ĐẶT VẤN ĐỀ Ở Việt Nam, trong vài chục năm trở lại đây, nƣớc ngầm đƣợc sử dụng rất phổ biến (chiếm tới 35-50% lƣợng nƣớc cấp) cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt của ngƣời dân, đặc biệt tại các vùng đồng bằng, đô thị đông dân cƣ. Vì nƣớc ngầm thƣờng đƣợc coi là sạch hơn nƣớc mặt do không tiếp xúc trực tiếp với các nguồn thải con ngƣời tạo ra. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã cho thấy nƣớc ngầm tại một số vùng có hàm lƣợng asen, sắt, amoni, mangan… cao hơn tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần. Khi nƣớc ngầm này đƣợc sử dụng cho mục đích ăn uống thì mức độ vƣợt tiêu chuẩn lại càng nghiêm trọng.
Bên cạnh đó sự phát triển của kinh tế xã hội đặc biệt là phát triển các khu công nghiệp cùng với sự gia tăng các công trình xây dựng đã làm ảnh hƣởng đến môi trƣờng đặc biệt là môi trƣờng nƣớc ngầm. Với cấu trúc địa chất thủy văn của khu vực, môi trƣờng nƣớc ngầm rất nhạy cảm với sự ô nhiễm từ trên mặt đất nên cần phải kiểm soát nghiêm ngặt nguồn nƣớc thải từ trên bề mặt đã thấm sâu xuống tầng nƣớc ngầm và phải có các biện pháp phù hợp để cải thiện và bảo vệ chất lƣợng nguồn nƣớc ngầm để phục vụ cho hoạt động sống của con ngƣời. Trên địa bàn xã Trung Thịnh, huyện Thanh Thủy, tỉnh Phú Thọ hiện nay số hộ dân chƣa có nƣớc sạch còn cao, ngƣời dân tự khai thác và xử lý nƣớc giếng để sử dụng còn nhiều. Yêu cầu đặt ra là phải có giải pháp trực tiếp và cụ thể để cải thiện chất lƣợng nƣớc ngầm để ngƣời dân có thể sử dụng cho sinh hoạt đảm bảo vệ sinh.
Vì vậy, suất phát từ thực tế đã nêu lên đề tài: “Ứng dụng phương pháp hấp phụ bằng cát mangan để xử lý nước ngầm phục vụ cho sinh hoạt tại xã Trung Thịnh, huyện Thanh Thủy, tỉnh Phú Thọ” để giải quyết vấn đề về nƣớc sinh hoạt của ngƣời dân. 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Đặc điểm và cấu trúc của nƣớc ngầm Nƣớc ngầm là một dạng nƣớc dƣới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở rời nhƣ cặn, sạn, cát bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dƣới bề mặt trái đất, có thể khai thác cho các hoạt động sống của con ngƣời.[6] Nƣớc ngầm là nƣớc xuất hiện ở tầng sâu dƣới đất, thƣờng từ 30 – 40 (m), 60 – 70 (m), có khi còn sâu hơn rất nhiều. Theo độ sâu phân bố, có thể chia nƣớc ngầm thành nƣớc ngầm tầng mặt và nƣớc ngầm tầng sâu.
Đặc điểm chung của nó là khả năng di chuyển trong các lớp đất xốp tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nƣớc ngầm tầng mặt thƣờng không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt, do vậy mực nƣớc và thành phần biến đổi nhiều phụ thuộc vào trạng thái của nƣớc mặt. Theo không gian phân bố, một lớp nƣớc ngầm tầng sâu thƣờng có ba vùng chức năng: Vùng thu nhận nƣớc Vùng chuyển tải nƣớc Vùng khai thác nƣớc có áp Khoảng cách giữ vùng thu nhận và khai thác thƣờng khá xa, từ vài chục đến vài trăm km, các lỗ khoan nƣớc ở vùng khai thác thƣờng có áp lực. Đây là loại nƣớc ngầm có chất lƣợng tốt và lƣu lƣợng ổn định.
Đặc tính của nước ngầm Đặc tính chung về thành phần và tính chất của nƣớc ngầm là nƣớc có độ đục thấp, nhiệt độ và các thành phần hóa học ít thay đổi, nƣớc không có sự oxi hóa trong môi trƣờng khép kín, thành phần của nƣớc có sự thay đổi đột ngột với sự thay đổi của độ đục và ô nhiễm khác nhau. Những thay đổi này liên quan đến sự thay đổi lƣu lƣợng của lớp nƣớc sinh ra do nƣớc mƣa. Thành phần và tính chất của nƣớc ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc, cấu trúc địa tầng khu vực và chiều sâu của lớp nƣớc ngầm. Ở những vùng có điều kiện phong hóa tốt, mƣa nhiều hoặc bị ảnh hƣởng của nguồn thải thì trong nƣớc ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ.
Địa chất ảnh hƣởng lớn đến thành phần hóa học của nƣớc ngầm vì nƣớc luôn tiếp xúc với đất đá trong đó nó có thể lƣu thông hoặc bị giữ lại. Giữa nƣớc và đất luôn hình thành nên sự cân bằng về thành phần hóa học, vì vậy thành phần của nƣớc thể hiện thành phần địa tầng của khu vực đó. 1- Một số đặc điểm khác nhau giữa nước mặt và nước ngầm STT Thông số Nƣớc mặt Nƣớc ngầm 1 Nhiệt độ Thay đổi theo mùa Tƣơng đối ổn định 2 Chất rắn lơ lửng Thƣờng cao và thay đổi theo Rất thấp, hầu nhƣ mùa không có 3 Chất rắn hòa tan Thay đổi tùy thuộc vào chất Ít thay đổi, cao hơn so lƣợng đất, lƣợng mƣa với nƣớc mặt 4 Hàm lƣợng Fe2+ và Rất thấp, chỉ có khi nƣớc ở Thƣờng xuyên có Mn2+ sát dƣới đáy hồ trong nƣớc 5 Khí CO2 hòa tan Rất thấp Có nồng độ cao 6 Khí O2 hòa tan Gần nhƣ bão hòa Thƣờng không tồn tại 7 Khí NH3 Có khi nƣớc bị nhiễm bẩn Thƣờng có 8 Khí H2S Không có Thƣờng có 9 SiO2 Có ở nồng độ trung bình Thƣờng có ở nồng độ cao 10 NO3- Có ở nồng độ cao do bị Thƣờng rất thấp nhiễm bởi phân bón hóa học 11 Vi sinh vật Nhiều loại vi trùng, vi rút Chủ yếu là các vi gây bệnh và tảo trùng do sắt gây ra (Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thủy, 2000,[7]) Đặc điểm của nước ngầm Nƣớc ngầm tiếp xúc trực tiếp với đất và nham thạch. Thời gian tiếp xúc của nƣớc ngầm với đất và nham thạch lại rất dài nên tạo điều kiện cho các chất trong đất và nham thạch tan trong nƣớc ngầm.
Vậy nên thành phần hóa học của nƣớc ngầm chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hóa học của các tầng đất, nham thạch chứa nó. Nƣớc ngầm cũng đƣợc chia thành các tầng, lớp khác nhau và có thành phần hóa học cũng khác nhau. Nƣớc ngầm chịu ảnh hƣởng bởi khí hậu không đều. Tầng trên cùng sát mặt đất chịu ảnh hƣởng mạnh nhất.
Các khí hòa tan trong tầng nƣớc ngầm này do nƣớc mƣa, nƣớc sông, nƣớc hồ… mang đến. Nƣớc ngầm ít chịu ảnh hƣởng của sinh vật nhƣng chịu ảnh hƣởng của vi sinh vật. Ở các tầng sâu do không có khí oxy nên vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh chi phối nhiều nên thành phần hóa hoc của nƣớc ngầm. Cấu trúc nước ngầm Nƣớc ngầm đƣợc chia thành các tầng nhƣ sau: - Bề mặt gọi là mực nƣớc ngầm hay gƣơng nƣớc ngầm - Bề mặt dƣới nơi tiếp xúc với tầng đất đá cách thủy gọi là đáy nƣớc ngầm 3 - Tầng không khí hay nƣớc tầng trên là tầng đất đá vụn bở không chứa nƣớc thƣờng xuyên, nằm bên trên tầng nƣớc ngầm.
- Viền mao dẫn là lớp nƣớc mao dẫn phát triển ngay trên mặt nƣớc ngầm - Tầng không thấm là tầng đất đá không thấm nƣớc. Phân loại nước ngầm Tùy theo vị trí mà ta có thể chia nƣớc ngầm là 3 loại: Nước ngấm: Là tầng ở trên hết, bên trên nó không có tầng không thấm nƣớc chặn lại gọi là tầng nƣớc ngấm. Đặc điểm của tầng này là thay đổi rất nhanh theo thời tiết: Mƣa nhiều thì mực nƣớc dâng cao, nắng nhiều thì mực nƣớc hạ xuống. Nước ứ: Trên tầng thấm nƣớc có một tầng đất khó thấm nƣớc, khi mƣa to tầng đất này hút không kịp, nƣớc tạm thời ứ lại trên tầng đất này và tạo thành nƣớc ứ.
Sau đó một phần nƣớc ứ tiếp tục thấm xuống, một phần bốc hơi, lƣợng nƣớc ứ sẽ dần dần ít đi hoặc mất hẳn. Nƣớc tầng này cách biệt hoàn toàn với nƣớc mặt đất và hầu nhƣ không giao lƣu. Nước giữa tầng: Nƣớc trong tầng thấm nƣớc nằm giữa hai tầng không thấm gọi là nƣớc giữa tầng. Nƣớc giữa tầng ở sâu và nằm giữa hai tầng đất sét nên lƣợng nƣớc không thay đổi nhiều theo mùa nắng và chất lƣợng nƣớc tốt.
Ưu và nhược điểm khi sử dụng nước ngầm cho mục đích sinh hoạt Ưu điểm Nƣớc ngầm là tài nguyên thƣờng xuyên, ít chịu ảnh hƣởng của các yếu tố khí hậu nhƣ hạn hán. Chất lƣợng nƣớc tƣơng đối ổn định, ít bị biến động theo mùa nhƣ nƣớc mặt. Chủ động hơn trong vấn đề cấp nƣớc cho các vùng hẻo lánh, dân cƣ thƣa, nhất là trong hoàn cảnh hiện nay bởi vì nƣớc ngầm có thể khai thác với nhiều công suất khác nhau. Để khai thác nƣớc ngầm có thể sử dụng các thiềt bị điện nhƣ bơm ly tâm, máy nén khí, bơm nhúng chìm hoặc các thiết bị không cần điện nhƣ các loại bơm tay.
Ngoài ra nƣớc ngầm còn đƣơc khai thác tập trung tại các nhà máy nƣớc ngầm, các xí nghiệp, hoặc khai thác phân tán tại các hộ dân cƣ. Đây là ƣu điểm nổi bật của nƣớc ngầm trong vấn đề cấp nƣớc nông thôn. Giá thành xử lý nƣớc ngầm nhìn chung rẻ hơn so với nƣớc mặt. Nhược điểm Một số nguồn nƣớc ngầm ở tầng sâu đƣợc hình thành từ hàng trăm, hàng nghìn năm và ngày nay nhận đƣợc rất ít sự bổ cập từ nƣớc mƣa.
Và tầng nƣớc này nói 4 chung không thể tái tạo hoặc khả năng tái tạo rất hạn chế. Do vậy trong tƣơng lai cần phải tìm nguồn nƣớc khác thay thế khi các tầng nƣớc này bị cạn kiệt. Việc khai thác nƣớc ngầm với quy mô và nhịp điệu quá cao cũng sẽ làm cho hàm lƣợng muối trong nƣớc tăng lên từ đó dẫn đến việc tăng chi phí cho việc xử lý nƣớc trƣớc khi đƣa vào sử dụng. Khai thác nƣớc ngầm với nhịp điệu cao sẽ làm cho mực nƣớc ngầm hạ thấp xuống, một mặt làm cho quá trình nhiễm mặn tăng lên, mặt khác làm cho nền đất bị võng xuống gây hƣ hại các công trình xây dựng, là một trong các nguyên nhân gây hiện tƣợng lún sụt đất.
Khai thác nƣớc ngầm một cách bừa bãi cũng dễ dẫn tới tình trạng ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc ngầm 1.1Các chỉ tiêu lý học Nhiệt độ Nhiệt độ của nƣớc là một đại lƣợng phụ thuộc vào điều kiện môi trƣờng và khí hậu, là yếu tố ảnh hƣởng không nhỏ tới quá trình xử lý nƣớc và các nhu cầu tiêu thụ nƣớc. Nƣớc sông, hồ, nƣớc mạch nông thƣờng có nhiệt độ thay đổi theo môi trƣờng, chênh lệch nhiệt độ đôi khi lên đến 33.5 oC và thấp nhất là 13. Nƣớc ngầm có nhiệt độ ổn định hơn thƣờng không thay đổi theo mùa, nhiệt độ khoảng 27 ÷ 31 oC suốt cả năm.
