Vấn đề nhiễm bẩn và bảo vệ tầng chứa nước khối bị nhiễm bẩn

VẤN ĐỀ NHIỄM BẨN VÀ BẢO VỆ TẦNG CHỨA NƯỚC
KHỎI BỊ NHIỄM BẨN
1. Các dạng nhiễm bẩn
Tất cả các dạng nhiễm bẩn nước dưới đất, tuỳ theo nguồn gốc xuất hiện, hậu quả
của nhiễm bẩn và biện pháp chống lại chúng, có thể chia ra làm 4 nhóm: vi trùng, hoá
học, cơ học và phóng xạ.
a. Nhiễm bẩn vi trùng
Gây ra do sự có mặt vi trùng gây bệnh ở trong nước dưới đất và trong các lớp đất
đá nước thấm qua. Mức độ nhiễm bẩn phụ thuộc vào tốc độ xâm nhập của vi trùng vào
trong nước và thời gian sinh trưởng của chúng ở trong nước và trong đới thông khí.
Kinh nghiệm thực tế cho thấy là những lớp cát có chiều dày 3 m thông khí tốt thì hoàn
toàn có thể làm sạch nước bẩn do vi trùng, hoặc là chúng sẽ chết khi nước vận động
qua đó, hoặc là sẽ bị cát hấp phụ. Nếu vi trùng gây bệnh mà bằng cách nào đó vào
được trong nước dưới đất thì chúng có thể sống rất lâu và nó sẽ di chuyển theo dòng
ngầm. Thời gian sinh trưởng của chúng trong nước dưới đất bao lâu cho đến nay vẫn
chưa biết được vì điều kiện tồn tại của nước dưới đất rất khác nhau. Do đó, tốt nhất là
bảo vệ nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn vi trùng.
b. Nhiễm bẩn hoá học
Nhiễm bẩn hoá học nước dưới đất được thể hiện dưới dạng hoặc là xuất hiện thành
phần mới trong nước dưới đất, hoặc là do tăng hàm lượng các nguyên tố có sẵn ở trong
nước. Các hợp chất hoá học gây bẩn nước dưới đất có thể có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô
cơ. Nếu chúng không bị đất đá hấp phụ hay không tham gia vào các phản ứng giữa chúng
hay với đất đá, không lắng đọng lại khi thay đổi hoàn cảnh hoá - lí trong tầng chứa nước
khi có sự tác động qua lại giữa nước dưới đất sạch và nước bẩn thì chúng có thể tồn tại
trong nước dưới đất không biết đến bao giờ. Do đó, nhiễm bẩn hoá học là nguy hiểm nhất
và cũng khó xác định nhất.
c. Nhiễm bẩn cơ học
Loại nhiễm bẩn này ít gặp hơn và cũng dễ xử lí hơn và có thể làm dấu hiệu để
dự đoán có thể sẽ bị nhiễm bẩn vi trùng hoặc hoá học.
d. Nhiễm bẩn phóng xạ
Nhiễm bẩn phóng xạ liên quan với sự xuất hiện các vật chất có tính phóng xạ ở

trong nước dưới đất. Vì các nguyên tố phóng xạ có tác dụng có hại đến cơ thể con
người và có ý nghĩa lớn trong công nghiệp nên phải chú ý đến loại nhiễm bẩn này.
2. Các nguồn nhiễm bẩn và phân kiểu điều kiện nhiễm bẩn
Các vật chất có thể từ các nguồn khác nhau và bằng các con đường khác nhau mà
vào nước dưới đất trong điều kiện khai thác. Theo đặc điểm xâm nhập của nước bẩn
vào nước dưới đất mà phân ra như sau:
Kiểu I : Nước bẩn từ phía trên xâm nhập vào nước dưới đất qua đới thông khí
một cách định kỳ.
Đó là nước mưa, nước của các dòng chảy trên mặt và nước tưới.
Kiểu II Nhiễm bẩn qua cửa sổ địa chất thuỷ văn ở mái tầng chứa nước.
Kiểu III : Nước bẩn xâm nhập vào nước dưới đất bằng cách chảy tràn trực tiếp
qua lỗ khoan, đới phá huỷ nứt nẻ, công trình khai thác mỏ nối tầng khai
thác với các tầng nằm trên hoặc dưới.
KiểuI V : Nhiễm bẩn từ phía các dòng nước mặt.
Kiểu VI : Nhiễm bẩn từ chính lớp đó khi bị tháo khô.
Khi các hợp chất dễ hoà tan được thành tạo do quá trình oxy hoá trong đới bị
tháo khô chuyển vào dung dịch khi dâng cao mực nước.
3. Bảo vệ nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn
Vấn đề bảo vệ nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn là cách tốt nhất để phòng ngừa
nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn, ở nhiều nước đã đặt ra từ cuối thế kỷ 19. Nhưng cho
mãi đến năm 20 - 30 của thế kỷ này mới xuất hiện những luật Nhà nước thành lập
những đới phòng hộ vệ sinh xung quanh công trường khai thác.
ở Liên Xô, vào tháng 6 năm 1956 Nhà nước đã ban hành “Quy phạm về lập đới
phòng hộ vệ sinh”. Theo quy phạm ấy, xung quanh công trình khai thác lập hai đới
phòng hộ : đới thứ nhất - đới có chế độ nghiêm ngặt, đới thứ hai - đới giới hạn.
Trong đới thứ hai có đề ra nghiêm cấm mọi việc canh tác cũng như xây dựng các
công trình có nguy cơ nhiễm bẩn. Nhưng kích thước của đới này quy phạm ấy không
đề ra.
Hai đới phòng hộ vệ sinh này cũng được Nhà nước Rumani quy định, trong đó
đới thứ nhất được giới hạn bởi diện tích, mà thời gian vận động của chất bẩn từ ranh

giới ngoài đới đó đến công trình khai thác là 30 ngày, vì cho rằng với thời gian đó đủ
để làm sạch tự nhiên nước bẩn.
ở Tây Đức, vào 1957 cũng ban hành luật bảo vệ với miền bảo vệ gồm 3 đới : đới
công trình, đới bảo vệ hẹp và đới bảo vệ rộng.
Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể mà đới công trình có bán kính từ 10 - 50m. Đới
bảo vệ hẹp bao gồm lãnh thổ, mà thời gian chuyển động từ ranh giới đới đó đến công
trình khai thác đủ để làm chết các vi sinh vật. Thời gian đó vào khoảng 50 ngày đối
với các đất đá hạt thô và nứt nẻ, 30 ngày - đất đá có khả năng làm sạch tốt. Bán kính
đới đó khoảng 50m, còn trong đá cactơ khoảng 2km.
Đới bảo vệ rộng phải ở khoảng cách nào đấy để tránh nhiễm bẩn phóng xạ và hoá
học. Khi đó, nếu miền cung cấp của tầng chứa nước gần hơn 2km kể từ công trình khai
thác thì đới này phải bao gồm cả miền cung cấp. Còn nếu miền cung cấp nằm xa hơn,
thì chia làm 2 phụ đới 3a và 3b. Trong đới 3a - bán kính 2km cần phải có biện pháp vệ
sinh bảo vệ khỏi bị nhiễm bẩn vi trùng và hoá học. Trong đới 3b, bao gồm cả miền
cung cấp, cấm xây dựng những nhà máy gây nhiễm bẩn hoá học.
Việc chia đới phòng hộ vệ sinh cũng được ban lệnh ở Cộng hoà dân chủ Đức, áo,
Thuỵ Sĩ, Mỹ
ở Việt Nam, theo thông tư của Bộ Y tế số 39/BYT - TT (21/10/1971) :
- Trong vòng hạn chế 300 - 500m không được xây dựng công trình có thải ra chất
hoá học có hại bằng bất kỳ đường nào và hình thức nào (khói, bụi, hơi, nước thải).
- Trong vòng nghiêm ngặt 300m nếu không có lệnh của UBND địa phương cấm
diễn tập, nghiên cứu thuỷ địa lý.
Như vậy, việc phân đới phòng hộ vệ sinh ở xung quanh công trình khai thác là
cần thiết để bảo vệ nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn. Xuất phát từ kinh nghiệm và
những phương pháp phân đới phòng hộ vệ sinh hiện hành, chúng ta có thể lập những
đới phòng hộ vệ sinh như sau :
a. Đới thứ nhất - đới có chế độ nghiêm ngặt : bao quanh công trình khai thác với
bán kính 30m - đối với nước có áp, và 50m - đối với nước ngầm. Đó là diện tích, được
giới hạn bởi ranh giới mà vận động của nước từ đó đến công trình khai thác khoảng từ
30 đến 50 ngày. Trong đới này nghiêm cấm mọi việc xây dựng và canh tác, có rào bảo

vệ xung quanh.
b. Đới thứ hai - đới giới hạn : đới bảo vệ và ngăn ngừa mọi khả năng có thể gây
nhiễm bẩn nước dưới đất. Vì vậy, trong đới này nghiêm cấm mọi sự canh tác mà gây
phá huỷ lớp bảo vệ tầng chứa nước hoặc phải dùng nước tưới, nghiêm cấm xây dựng
các nhà máy hoá chất hoặc các trại chăn nuôi. Nhưng kích thước của đới này là bao
nhiêu, còn là vấn đề cần giải quyết.
Trên những công trình khai thác nước lớn, thường xuyên lâu dài trong điều kiện
có thể bị nhiễm bẩn hoá học, mà những vật chất bẩn này có thể tồn tại ở trong nước
dưới đất lâu dài, thì kích thước đới thứ hai phải tính toán như thế nào đấy để các vật
chất bẩn đi vào tầng chứa nước ở bên ngoài ranh giới đới sẽ không bao giờ đến được
công trình khai thác. Điều đó có thể thực hiện được khi ranh giới của đới thứ hai vạch
theo cái gọi là “đường dòng trung lập” trong trường thấm của công trình.
Đánh giá chất lượng nước cho các mục đích kỹ thuật và xây dựng
Các nhu cầu về kỹ thuật thường tiêu thụ một khối lượng lớn nước dưới đất. Việc
đánh giá các loại nước này được tiến hành xuất phát từ khả năng sử dụng chúng cho
từng ngành sản xuất cụ thể. Nước dùng cho công nghiệp được đánh giá theo các chỉ
tiêu : độ cứng, sự tạo váng, sự gặm mòn, độ sủi bọt, và tính ăn mòn.
1. Độ cứng
Người ta tiến hành đánh giá độ cứng đối với những loại nước dùng để cung cấp
cho các nồi hơi và làm nguội các động cơ. Giới hạn cho phép của các tiêu chuẩn về độ
cứng của nước được xác định như sau (bằng mge/l) : đối với nồi hơi ống lửa - 7 ; đối
với nồi hơi ống khói - 5 ; đối với nồi hơi ống nước - 2 ; đối với nồi hơi có áp lực cao
không được phép dùng nước cứng. Các đầu máy xe lửa tuỳ theo kiểu của chúng mà sử
dụng nước có tổng độ cứng dao động trong khoảng từ 0,2 đến 1,5 mge/l. Tổng độ cứng
của nước sử dụng để làm nguội các động cơ không quá 8 mge/l.
2. Độ tạo váng, gặm mòn, sủi bọt
Những tính chất này của nước dưới đất có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với
việc cung cấp nước cho các nồi hơi.
a. Váng lắng đọng trên thành nồi hơi dưới dạng một lớp muối đặc, làm giảm
hiệu suất của nồi hơi và làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu. Người ta đã xác định rằng

váng dày 1mm làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu lên gần 1,5 - 2,0 %. Ngoài ra váng
còn làm cho thành nồi nóng quá mức, điều đó đôi khi có thể làm chảy kim loại và nổ
nồi hơi.
Váng được tích tụ trong nồi hơi gồm có váng cứng (“đá nồi hơi”) và bùn bở rời.
Trọng lượng tổng cộng của váng cứng và mùn được xác định theo công thức :
H = s + c + 36 rFe
2+
+ 17 rAl
3+
+ 20 rMg
2+
+ 59 rCa
2+
Trong đó :
H - trọng lượng tổng cộng của váng trong 1m
3
nước tính bằng gam ;
s - trọng lượng vật chất lơ lửng trong 1 lít nước tính bằng gam ;
c - trọng lượng các chất keo (SiO
2
+ Fe
2
O
3
+ Al
2
O
3
) trong 1 lít nước tính bằng gam.
Theo trọng lượng tổng cộng của váng người ta phân biệt :

1. Nước có lượng lắng tụ rất nhỏ nếu H < 125
2. Nước có lượng lắng tụ nhỏ nếu 125 < H < 250
3. Nước có lượng lắng tụ lớn nếu 250 < H < 500
4. Nước có lượng lắng tụ rất lớn nếu H > 500
Trọng lượng váng cứng được xác định theo công thức :
H
h
= SiO
2
+ 20 rMg
2+
+ 68(rCl
-
+ rSO
4
2-
- rNa
+
- rK
+
)
Trong đó :
H
h
- trọng lượng váng cứng trong 1m
3
nước tính bằng gam
ở đây trọng lượng oxit silic được tính bằng mg trong một lít nước.
Theo tỷ số giữa váng cứng H
h

và tổng trọng lượng váng H mà phán đoán về chát
lượng thành tạo váng cứng K
h
. Người ta phân biệt :
1. Khi 0 < K
h
< 0,25 : Nước có lắng tụ mềm.
2. Khi 0,25 < K
h
< 0,5 : Nước có lắng tụ trung bình.
3. Khi K
h
> 0,5 : Nước có lắng tụ cứng.
b. Sự gặm mòn (ăn mòn thành nồi) phụ thuộc vào nồng độ ion hyđrô cũng như
các khí hoà tan trong nước : oxy, đihyđrôsunfua, khí cacbonic và một số muối. Nhiệt
độ cao cũng có khả năng làm tăng sự gặm mòn.
Các chỉ tiêu gặm mòn không phải lúc nào cũng có thể xác định được trong phòng
thí nghiệm. Cần biết rằng việc xác định khí trong những mẫu đã để lâu ngày là không
có ý nghĩa vì thành phần khí bị biến đổi rất nhanh chóng.
Để giải thích khả năng gặm mòn của nước người ta xác định hệ số gặm mòn K
k
.
Đối với nước có phản ứng axit :
K
k
= 1,008 (rH
+
+ rAl
3+
+ rFe

2+
+ rMg
2+
- rCO
3
2-
- rHCO
3
-
)
Đối với nước có phản ứng kiềm :
K
k
= 1,008 (rMg
2+
- rHCO
3
-
)
Theo hệ số gặm mòn người ta phân biệt :
1. Nước không gặm mòn nếu K
k
+ 0,0503 Ca
2+
< 0
2. Nước nửa gặm mồn nếu K
k
< 0 nhưng K
k
+ 0,0503 Ca

2+
> 0
3. Nước gặm mòn nếu K
k
> 0
Hàm lượng Ca
2+
được tính bằng mg/l.
c. Sự sủi bọt của nước trong nồi hơi được xác định theo hệ số sủi bọt F, hệ số
này được tính theo công thức :
F = 62 rNa
+
+ 78 rK
+
Theo hệ số sủi bọt người ta phân biệt :
1. Nước không sủi bọt nếu F < 60
2. Nước nửa sủi bọt nếu 60 < F < 200
3. Nước sủi bọt nếu F > 200
Sự sủi bọt của nước tăng lên khi trong nước có SiO
2
, cũng như hàm lượng O
2
,
CO
2
và H
+
cao.
3. Tính ăn mòn bêtông và bêtông cốt sắt của nước dưới đất
Với tinh thể tự do là phần chủ yếu của bêtông thường bị rửa lũa trước tiên. Sự

rửa lũa vôi không những làm cho độ cứng của bêtông giảm một cách đáng kể mà còn
tạo điều kiện để phân hoá những thành phần khác của bêtông (silicát và aluminat
canxi).
Các sunfat, chủ yếu là thạch cao kết tinh trong các lỗ hổng của bêtông là những
hợp chất có hại nhất. Thạch cao được thành tạo do phản ứng giữa các sunfat có trong
nước và vôi trong bêtông. Như ta đã biết, khi vôi chuyển hoá thành thạch cao thì thể
tích của nó tăng lên (tới 2 - 3 lần). Điều đó đương nhiên làm cho bêtông căng thẳng và
thậm chí bị phá huỷ. Người ta phân ra 5 dạng ăn mòn :
a. Tính ăn mòn rửa lũa được xác định theo trị số cứng tạm thời của nước.
Trong các vỉa đất đá thấm nước tốt (cát hạt thô, đất đá nứt nẻ mạnh v.v ) thì nước ăn
mòn đối ximăng pooclăng có độ cứng tạm thời bằng 6
O
(2,14 mge/l) ; đối với ximăng
pooclăng xỉ sắt - 3
O
(1,07 mge/l) ; đối ximăng pooclăng puzolan và puzolan cát - 1,5
O
(0,54 mge/l).
b. Tính ăn mòn tổng axit được xác định theo số lượng ion hydro trong nước
(theo đại lượng pH). Nước trong các vỉa có độ dẫn nước cao được xem là ăn mòn đối
với tất cả các ximăng kể trên :
- Khi pH < 7 và độ cứng tạm thời < 24
o
(< 8,6 mge/l).
- Khi pH < 6,7 và độ cứng tạm thời > 24
o
(> 8,6 mge/l).
Đối với các vỉa thấm nước yếu nước được xem là ăn mòn khi pH < 5.
c. Tính ăn mòn cacbonic được xác định theo hàm lượng cacbonic tự do trong
nước. Nước trong các vỉa có độ dẫn nước cao được xem là ăn mòn đối với phần lớn

các loại ximăng nếu biểu thức a [Ca
2+
] + b lớn hơn hàm lượng cacbonic tự do (a và b
là hệ số được xác định theo bảng chỉ dẫn trong bảng 1, phụ thuộc vào đại lượng độ
cứng tạm thời và lượng Cl
-
+ SO
4
2-
). Tính ăn mòn của nước đối với các vỉa thấm nước
yếu chưa được tiêu chuẩn hoá.
d. Tính ăn mòn sunfat được xác định theo bảng 1 và phụ thuộc vào thành phần
bêtông.
- Nước trong đất đá có độ dẫn nước cao được xem là ăn mòn đối với bêtông bằng
ximăng pooclăng khi hàm lượng các ion (bằng mg/l) :
Cl
-
SO
4
2-
0 - 3.000 250 - 500
3.001 - 5.000 501 - 1.000
> 5.000 > 1.000
- Nước trong đất đá có độ dẫn nước kém được xem là ăn mòn đối với bêtông
bằng ximăng pooclăng khi hàm lượng ion SO
4
2-
> 1000 mg/l, đối với bêtông bằng các
loại ximăng pooclăng pyzolan, xỉ sắt, và puzolan cát - khi hàm lượng ion SO
4

2-
> 4000
mg/l, không phụ thuộc vào hàm lượng Cl
-
.
e. Tính ăn mòn magie được xác định theo sự có mặt ion Mg
2+
trong nước. Đối
với ximăng pooclăng trong đá thấm nước mạnh, nước được xem là ăn mòn khi hàm
lượng Mg
2+
> 5000 mg/l ; đối với ximăng pooclăng puzolan, puzolan - cát và xỉ sắt,
nước được xem là ăn mòn khi hàm lượng Mg
2+
(bằng mg/l) lớn hơn các đại lượng
dưới đây :
SO
4
2-
Mg
2+
0 - 1.000 > 5.000
1.001 - 2.000 3.001 - 5.000
2.001 - 3.000 2.001 - 3.000
3.001 - 4.000 1.000 - 2.000
Đối với đất đá thấm nước kém tính ăn mòn của nước chưa được tiêu chuẩn hoá.
Trong trường hợp sử dụng các loại ximăng khác không có nói ở trên thì tính ăn
mòn của nước được xác định bằng cách thí nghiệm độ bền vững của loại ximăng đó
trong nước.
Khi nghiên cứu tính ăn mòn của nước dưới đất bên cạnh thành phần hoá học cần

phải tính đến điều kiện ĐCTV của khu xây dựng hay khu mỏ, vì tốc độ ăn mòn
cacbonic, sunfat và các dạng ăn mòn khác phụ thuộc vào tốc độ của những lượng nước
mới chảy vào công trình để thay thế cho phần nước đã mất tính chất phá hoại. Khi
dòng nước chảy đến các công trình tương đối nhanh thì tác hại của nước dưới đất
tăng lên.
Trong thời gian gần đây để xây dựng các công trình tiếp xúc với nước biển và
nước dưới đất ăn mòn, người ta bắt đầu lựa chọn những loại bêtông bền vững về mặt
hoá học, đồng thời có độ đặc cao và không thấm nước. Những bêtông như thế sẽ chịu
được lâu dài trong môi trường ăn mòn.
Khi khai thác nước dưới đất với mục đích cung cấp nước cũng như khi khai thác
các mỏ khoáng sản cứng thường xảy ra sự pha trộn nước của một số tầng chứa nước
có độ khoáng hoá khác nhau. Sự pha trộn nước xảy ra do sự tháo nước và do sự tạo
thành hình phễu hạ thấp khi tháo nước. Trong phạm vi các phễu hạ thấp ở nhiều nơi
nước của một số tầng chứa nước pha trộn lẫn nhau và đôi khi cả nước mặt cũng bị lôi
cuốn vào vòng ảnh hưởng của việc tháo nước. Nước ăn mòn có thể được tạo thành khi
có sự pha trộn với những tỷ lệ nhất định.
F. F. Lavtev đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng hỗn hợp của nhiều loại nước
có thể trở thành nước ăn mòn, mặc dù riêng từng loại chúng không có tính ăn mòn.
Bảng 1. Giá trị hệ số a và b dùng xác định tính ăn mòn cacbonic của nước
Độ
cứng
cacbon
at
Tổng hàm lượng Cl
-
+ SO
4
2-
, (mg/l)
0 - 200 201- 400 401 - 600 601 - 800 801 - 1000 > 1000

a b a b a b a b a b a b
1,4 0,01 16 0,01 17 0,01 17 0,00 17 0,00 17 0,00 17
1,8 0,04 17 0,04 18 0,03 17 0,02 18 0,02 18 0,02 18
2,1 0,07 19 0,06 19 0,05 18 0,04 18 0,04 18 0,04 18
2,5 0,10 21 0,08 20 0,07 19 0,06 18 0,06 18 0,05 18
2,9 0,13 23 0,11 21 0,09 19 0,08 18 0,07 18 0,07 18
3,2 0,16 25 0,14 22 0,11 20 0,10 19 0,09 18 0,08 18
3,6 0,20 27 0,17 23 0,14 21 0,12 19 0,11 18 0,10 18
4,0 0,24 29 0,20 24 0,16 22 0,15 20 0,13 19 0,12 19
4,3 0,28 32 0,24 26 0,19 23 0,17 21 0,16 20 0,14 20
4,7 0,32 34 0,28 27 0,22 24 0,20 22 0,19 21 0,17 21
5,0 0,36 36 0,32 29 0,25 26 0,23 23 0,22 22 0,19 22
5,4 0,40 38 0,36 30 0,29 27 0,26 24 0,24 23 0,22 23
5,7 0,44 41 0,40 32 0,32 28 0,29 25 0,27 24 0,25 24
6,1 0,48 43 0,44 34 0,36 30 0,33 26 0,30 25 0,28 25
6,4 0,54 46 0,47 37 0,40 32 0,36 28 0,33 27 0,31 27
6,8 0,61 48 0,51 39 0,44 33 0,40 30 0,37 29 0,34 28
7,1 0,67 51 0,55 41 0,48 35 0,44 31 0,41 30 0,38 29
7,5 0,74 53 0,60 43 0,53 37 0,48 33 0,45 31 0,41 31
7,8 0,81 55 0,65 45 0,58 38 0,53 34 0,49 33 0,44 32
8,2 0,88 58 0,70 47 0,63 40 0,58 35 0,53 34 0,48 33
8,6 0,96 60 0,76 49 0,68 42 0,63 37 0,57 36 0,52 35
9,0 1,04 63 0,81 51 0,73 44 0,67 39 0,61 38 0,56 37