Đề tài phương pháp xử lí nước ngầm

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN-GIỚI THIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM

Trên thế giới vấn đề ô nhiễm nước ngầm được quan tâm vào năm đầu của thập
niên 80 của thế kỷ 20 với các nghiên cứu về nồng độ của kim loại nặng trong nước
ngầm đặc biệt là As. Các đồng bằng châu thổ với mật độ dân cư lớn vùng Nam và
Đông Nam Á thường phân bố các tầng chứa nước phong phú và phân bố rộng khắp.
Việt nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tôt
về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá được
tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu , thấm của nguồn
nước mặt, nước mưa… nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét
hay hàng trăm mét.
Nước ngầm là một bộ phận của chu trình thủy văn xâm nhập vào các hệ đất đá từ
mặt đất hoặc bộ phận nước mặt, và trong một thời gian dài nước ngầm được xem là
“nguồn nước sạch” – có thể sử dụng cho ăn uống sinh hoạt. Thực tế thì nguồn nước
này thường chứa nồng độ các nguyên tố cao hơn hẳn so với tiêu chuẩn nước uống
được, đáng kể là Fe, Mn, H 2S, …vì thế nước ngầm cần phải được xử lý trước khi phân
phối sử dụng.
Bảng 1.1 Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt
Thông số

Nước ngầm

Nước bề mặt

Nhiệt độ

Tương đối ổn định

Thay đổi theo mùa

Rất thấp, hầu như Thường cao và thay đổi theo

Chất rắn lơ lửng

không có

Chất khoáng hoà tan
Hàm

lượng

Mn2+

mùa

Ít thay đổi, cao hơn Thay đổi tuỳ thuộc chất lượng
so với nước mặt.

Fe2+, Thường xuyên
trong nước

đất, lượng mưa.
có Rất thấp, chỉ có khi nước ở sát
dưới đáy hồ.

Khí CO2 hòa tan

Có nồng độ cao

Rất thấp hoặc bằng 0

Khí O2 hòa tan

Thường không tồn tại Gần như bão hoà


Khí NH3
Khí H2S
SiO2

Thường có

Có khi nguồn nước bị nhiễm
bẩn

Thường có

Không có

Thường có ở nồng độ Có ở nồng độ trung bình
cao
Có ở nồng độ cao, do Thường rất thấp

NO3-

bị nhiễm bởi phân
bón hoá học

Vi sinh vật

Chủ yếu là các vi Nhiều loại vi trùng, virut gây
trùng do sắt gây ra.

bệnh và tảo.

Khai thác và sử dụng các tầng chứa nước này đang rất phổ biến hiện nay và kèm
theo đó là những vấn đề nảy sinh ví dụ như tầng chứa nước vùng Hà Nội thuộc đồng
bằng châu thổ sông Hồng lại có hàm lượng Amoni và Sắt cao và hiện nay hàm luợng
Asen lớn vượt ngưỡng cho phép cũng được phát hiện trong các tầng chứa nước này
Theo Đồng Kim Loan và Trịnh Thị Thanh (2009) thì trong nước ngầm các ion
thường gặp là: Fe2+, Mn2+, Ca2+, Na+, Mg2+, HCO3-, Cl-,...với nồng độ lớn hơn 0,7mg/l.
Giá trị pH biến đổi rộng trong khoảng từ 1,8 – 11 và thường dao động trong khoảng từ
5 – 8.
Nghiên cứu của Nguyễn Văn Phước và cộng sự (2008) tại Hóc Môn cho thấy chất
lượng nước ngầm bị ô nhiễm Fe với hàm lượng là 9 mg/l cao hơn nhiều so với QCVN
09:2008/BTNMT là 5 mg/l.
Nghiên cứu của Nguyễn Đình Toàn và Nguyễn Công Hào (2010) cho thấy chất
lượng nước ngầm tại khu vực Nhà Bè cũng bị ô nhiễm Fetổng với hàm lượng 8,2mg/l.
Tại thành phố Cần Thơ, kết quả quan trắc môi trường giai đoạn từ 2005 – 2009
cho thấy chất lượng nước ngầm bị ô nhiễm ở các chỉ tiêu như: Độ cứng, Cl- (Clorua)
và Coliform (so với QCVN 09:2008/BTNMT) với hàm lượng trung bình trong năm
2009 lần lượt là: 268mg/l, 225mg/l, 1.442 MPN/100ml. Nhìn chung, các chỉ tiêu khác
nằm trong mức cho phép của QCVN 09:2008/BTNMT như : Độ màu, pH, Nitrat
(NO3-), Sunfat (SO42-), Fe. Sự hiện diện của chất hữu cơ (COD) và Coliform trong
nước dưới đất, là một dấu hiệu nói lên hiện tượng thông tầng. Nếu không có biện pháp
giải quyết có hiệu quả thì nước dưới đất sẽ bị ô nhiễm ngày càng trầm trọng dẫn đến
việc thiếu nước nghiêm trọng trong mùa khô vì không còn nguồn nước tự nhiên dự
trữ.

Nước trong tầng pleistocen có quan hệ mật thiết với nước mặt. Sức cản bổ sung
của trầm tích lòng sông ΔL = 1.200m. Hướng vận động của nước dưới đất theo hướng
tây bắc – đông nam. Loại hình hóa học thường gặp: HCO 3-; NaCl; HCO3-, Na2SO4.
Nước thuộc loại axít yếu đến kiềm, độ pH dao động từ 7,50 – 8,50.
Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên
nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp
chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình
phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có
nhiều hất bẩn v à luợng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất
khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất.
Nước ngầm có nguồn gốc từ nước mưa, nước mặt và hơi nước trong không khí
ngưng tụ lại và thẩm thấu cào lòng đất.
Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng
mà nước thấm qua. Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và granit thường có
tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì
nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngoài ra nước ngầm còn
có những đặc tính chung:
 Độ đục thấp.
 Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định.
 Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S,…
 Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là: Fe, Mn, Ca, Mg,…
 Không có hiện diện của vi sinh vật.
 Hàm lượng cặn nhỏ.
1.2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC NGẦM
1.2.1 Khái niệm nước ngầm (nước dưới đất).
Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở
rời như cặn, sạn, cát, bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dưới bề mặt trái đất, có thể
khai thác cho các hoạt động sống của con người. Theo độ sâu phân bố, có thể chia
nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu. Đặc điểm chung của

nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy
ngầm theo địa hình. Nước ngầm tầng mặt thường không có lớp ngăn cách với địa hình
bề mặt. Do vậy, thành phần và mực nước biến đổi nhiều , phụ thuộc vào trạng thái của
nước mặt. Loại nước ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nước ngầm tầng sâu thường
nằm trong lớp đất đá xốp được ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các lớp không
thấm nước. theo không gian phân bố, một lớp nước ngầm tầng sâu thường có 3 vùng
chức năng :
- Vùng thu nhận nước
- Vùng chuyển tải nước


- Vùng khai thác nước có áp.
Khoảng cách giữa vùng thu nhận và vùng khai thác nước thường khá xa, từ vài
chục đến vài trăm km. Các lỗ khoan nước ở vùng khai thác thường có áp lực. Đây
là loại nước ngầm có chất lượng tốt và lưu lượng ổn định. Trong các khu vực phát
triển đá cacbonat thường tồn tại loại nước ngầm caxtơ di chuyển theo các khe nút
caxtơ. Trong các dải cồn cát vùng ven biển thường có các thần kính nước ngọt
nằm trên mực nước biển.
1.2.2 Một số đặc điểm và cấu trúc của nước ngầm.
1.2.2.1 Đặc điểm
Đặc tính chung về thành phần, tính chất của nước ngầm là nước có độ đục thấp,
nhiệt độ và các thành phần hóa học ít thay đổi, nước không có oxy hóa trong môi
trường khép kín là chủ yếu, thành phần của nước có thể thay đổi đột ngột với sự thay
đổi độ đục và ô nhiễm khác nhau. Những thay đổi này liên quan đến sự thay đổi lưu
lượng của lớp nước sinh ra do nước mưa.
Thành phần, tính chất nước ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc, cấu trúc địa tầng của
khu vực và chiều sâu của lớp nước ngầm… Trong nước ngầm không chứa rong, tảo
là yếu tố dễ gây ô nhiễm nguồn nước nhưng chúng lại chứa các tạp chất hoà tan do
ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực.
Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, mưa nhiều hoặc bị ảnh hưởng của nguồn

thải thì trong nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ.
Bản chất địa chất của khu vực ảnh hưởng lớn đến thành phần hoá học của nước ngầm
vì nước luôn tiếp xúc với đất đá trong đó nó có thể lưu thông hoặc bị giữ lại. Giữa
nước và đất luôn hình thành nên sự cân bằng về thành phần hoá học, vì vậy thành
phần của nước thể hiện thành phần của địa tầng khu vực đó. Tuy vậy, nước ngầm có
một số đặc tính chung là: độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hoá học ít thay đổi theo
thời gian, ngoài ra nước ngầm thường chứa rất ít vi khuẩn, trừ trường hợp nguồn
nước bị ảnh hưởng của nước bề mặt.
Trong nước ngầm thường không có mặt oxi hoà tan nhưng có hàm lượng CO 2
cao, thường có hàm lượng sắt tổng cộng với các mức độ khác nhau, từ vài mg/l đến
100 mg/l hoặc lớn hơn, vượt xa tiêu chuẩn cho phép với nước ăn uống sinh hoạt ( tiêu
chuẩn cho phép đối với hàm lượng sắt trong nước ăn uống sinh hoạt là 0,3 mg/l, đối
với khu vực đô thị là 0,5 mg/l đối với khu vực nông thôn). Do đó cần phải xử lý trước
khi đưa vào sử dụng. Một đặc điểm khác cần quan tâm là pH trong nước thường khá
thấp, nhiều nơi pH giảm đến 3 – 4 ( do hàm lượng CO 2 cao), không thuận lợi cho việc
sử lý nước.
Các đặc tính của nước ngầm:
 Nhiệt độ của nước ngầm tương đối ổn định.
 Độ đục thường thay đổi theo mùa.
 Độ màu: Thường thì không có màu, độ màu gây ra do chứa các chất của
acid humic.














Độ khoáng hoá thường không thay đổi.
Sắt và mangan thường có mặt với các hàm lượng khác nhau.
CO2 thường xâm thực với hàm lượng lớn.
Ôxi hoà tan thường không có.
H2S thỉnh thoảng có mặt trong nước ngầm.
NH4+ thường có mặt trong nước ngầm.
Nitrat, Silic có hàm lượng đôi khi cao.
Ít bị ảnh hưởng bởi các chất vô cơ và hữu cơ.
Clo có thể bị ảnh hưởng hoặc không bị ảnh hưởng tuỳ theo khu vực.
Vi sinh vật: Thường có vi khuẩn

Đặc điểm thứ nhất: Nước ngầm tiếp xúc trực tiếp và hoàn toàn với đất và nham
thạch: nước ngầm có thể là các màng mỏng bao phủ các phần tử nhỏ bé của đất,
nham thạch; là chất lỏng được chứa đầy trong các ống mao dẫn nhỏ bé giữa các hạt
đất, đá; nước ngầm có thể tạo ra các tia nước nhỏ trong các tầng ngấm nước; thậm chí
nó có thể tạo ra khối nước ngầm dày trong các tầng đất, nham thạch . Thời gian tiếp
xúc của nước ngầm với đất và nham thạch lại rất dài nên tạo điều kiện cho các chất
trong đất và nham thạch tan trong nước ngầm. Như vậy thành phần hoá học của nước
ngầm chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hoá học của các tầng đất, nham thạch chứa
nó.
Đặc điểm thứ hai: Các loại đất, nham thạch của vỏ quả đất chia thành các tầng
lớp khác nhau. Mỗi tầng, lớp đó có thành phần hoá học khác nhau. Giữa các tầng, lớp
đất, nham thạch thường có các lớp không thấm nước. Vì vậy nước ngầm cũng được
chia thành các tầng, lớp khác nhau và thành phần hoá học của các tầng lớp đó cũng
khác nhau.
Đặc điểm thứ ba: Ảnh hưởng của khí hậu đối với nước ngầm không đồng đều.

Nước ngầm ở tầng trên cùng, sát mặt đất chịu ảnh hưởng của khí hậu. Các khí hoà
tan trong tầng nước ngầm này do nước mưa, nước sông, nước hồ… mang đến. Thành
phần hoá học của nước ngầm của tầng này chịu ảnh hưởng nhiều của thành phần hoá
học nước mặt do đó cũng chịu ảnh hưởng nhiều của khí hậu.
Trái lại, nước ngầm ở tầng sâu lại ít hoặc không chịu ảnh hưởng của khí hậu.
Thành phần hoá học của nước ngầm thuộc tầng này chịu ảnh hưởng trực tiếp của
thành phần hoá học tầng nham thạch chứa nó.
Đặc điểm thứ 4: Thành phần của nước ngầm không những chịu ảnh hưởng về thành
phần hoá học của tầng nham thạch chứa nó mà còn phụ thuộc vào tính chất vật lý của
các tầng nham thạch đó.
Ở các tầng sâu khác nhau, nham thạch có nhiệt độ và áp suất khác nhau nên chứa
trong các tầng nham thạch đó cũng có nhiệt độ và áp suất khác nhau.
Vì vậy nước ngầm ở các tầng rất sâu có thể có áp suất hàng ngàn N/m 2 và nhiệt độ
có thể lớn hơn 3730K.


Đặc điểm thứ 5: Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng của sinh vật nhưng chịu ảnh hưởng
nhiều của vi sinh vật.
Ở các tầng sâu do không có Oxy và ánh sáng nên vi sinh vật yếm khí hoạt động
mạnh, chi phối nhiều nên thành phần hóa học của nước ngầm. Vì vậy thành phần hoá
học của nước ngầm chứa nhiều chất có nguồn gốc vi sinh vật.
1.2.2.2 Cấu trúc của một tầng nước ngầm.
Cấu trúc của một tầng nước ngầm được chia ra thành các tầng như sau:
- Bề mặt trên gọi là mực nước ngầm hay gương nước ngầm.
- Bề mặt dưới, nơi tiếp xúc với tầng đất đá cách thuỷ gọi là đáy nước ngầm.
Chiều dày tầng nước ngầm là khoảng cách thẳng đứng giữa mực nước ngầm và đáy
nước ngầm.
- Tầng thông khí hay nước tầng trên là tầng đất đá vụn bở không chứa nước
thường xuyên, nằm bên trên tầng nước ngầm.
- Viền mao dẫn: là lớp nước mao dẫn phát triển ngay trên mặt nước ngầm.

- Tầng không thấm: là tầng đất đá không thấm nước.
1.2.3 Sự hình thành nước ngầm và các loại nước ngầm.
Nước trên mặt đất và trong ao, hồ, sông, biển gặp ánh sáng mặt trời bốc hơi
thành hơi nước bay lên không trung, gặp lạnh hơi nước sẽ kết lại thành hạt to và rơi
xuống thành mưa. Nước mưa rơi xuống mặt đất một phần chảy xuống sông, ao, hồ...
một phần bốc hơi qua mặt đất, mặt nước và sự bốc thoát hơi qua lá, một phần ngấm
dần xuống mặt đất đến tầng đất không thấm sẽ tích tụ lại thành nước ngầm. Sự hình
thành nước ngầm trải qua rất nhiều giai đoạn. Các tác nhân có liên quan đến chu trình
này bao gồm: bức xạ, trọng lực, sức hút phân tử và lực mao dẫn.
Hình thành nước ngầm do nước trên bề mặt ngấm xuống, do không thể ngấm
qua tầng đá mẹ nên trên nó nước sẽ tập trung trên bề mặt, tùy từng kiến tạo địa chất
mà nó hình thành nên các hình dạng khác nhau, nước tập trung nhiều sẽ bắt đầu di
chuyển và liên kết với các khoang, túi nước khác, dần dần hình thành mạch ngước
ngầm lớn nhỏ, tuy nhiên việc hình thành nước ngầm phụ thuộc vào lượng nước ngấm
xuống và phụ thuộc vào lượng mưa và khả năng trữ nước của đất.
Tuỳ theo vị trí mà ta có thể chia nước ra làm 3 loại:
- Nước ngấm: là tầng ở trên hết, bên trên nó không có tầng không thấm nước
chặn lại gọi là tầng nước ngấm. Đặc điểm của tầng nước ngấm là thay đổi rất nhanh
theo thời tiết: mưa nhiều thì mực nước lên cao, nắng lâu thì mực nước hạ xuống. Ao
giếng của nhân dân nếu đào cạn chỉ đến tầng nước ngấm thì mùa khô thường hết


nước. Tầng nước ngầm này được tạo ra từ nước trên mặt đất thấm xuống, sau đó lại
được tháo tiêu ra sông, hồ.
- Nước ứ: trên tầng thấm nước có một tầng đất khó thấm nước, khi mưa to tầng
đất này hút không kịp, nước tạm thời ứ lại trên tầng đất này và tạo thành nước ứ. Sau
đó, một phần nước ứ tiếp tục thấm xuống, một phần bốc hơi, lượng nước ứ sẽ ít dần đi
hoặc mất hẳn. Nước tầng này cách biệt hoàn toàn với nước mặt đất và hầu như không
giao lưu
- Nước giữa tầng: nước trong tầng thấm nước nằm giữa 2 tầng không thấm gọi

là nước giữa tầng. Nước giữa tầng ở sâu và nằm giữa 2 tầng đất sét nên lượng nước
không thay đổi nhiều theo mùa nắng và chất lượng nước tốt.
1.2.4 Tầm quan trọng của nước ngầm
Nước ngầm phục vụ cho sinh hoạt như: ăn, uống, tắm giặt, sưởi ấm….
Nước ngầm phục vụ cho nông nghiệp: tưới hoa màu, cây ăn quả, các cây có
giá trị kinh tế cao.
Con người có thể sử dụng nguồn nước ngầm để mở rộng các hoạt động sản
xuất công nghiệp.
Nước ngầm có chất lượng tốt còn được sử dụng để chữa bệnh. Nước ngầm
phục vụ cho sinh hoạt sẽ giảm hẳn các bệnh do nguồn nước mặt bị ô nhiễm như:
đường ruột, bệnh phụ khoa, bệnh ngoài da…
Sử dụng nước ngầm giúp con người được giải phóng sức lao động do phải lấy
nước xa nhà, tiết kiệm chi phí “đổi nước”, tiết kiệm thời gian nâng cao hiệu quả sản
xuất.
1.3 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước ngầm.
1.3.1 pH
Giá trị pH là một trong những yếu tố quan trọng nhất để xác định nước về mặt
hóa học. pH là chỉ tiêu quan trọng đối với mỗi giai đoạn trong môi trường môi trường,
là một chỉ tiêu cần phải kiểm tra đối với chất lượng nước. pH là yếu tố môi trường ảnh
hưởng tới tốc độ phát triển và giới hạn sự sinh trưởng của sinh vật trong môi trường
nước,sự thay đổi giá trị pH có thể dẫn tới sự thay đổi về thành phần các chất trong
nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, thúc đẩy hay ngăn chặn phản ứng hóa học,
sinh học xảy ra trong nước. Và được định nghĩa bằng biểu thức: pH = -lg [H+] ( Đặng
Kim Chi, 2001)
•

Khi pH =7 nước có tính trung tính


•

•

Khi pH <7 nước có tính axit
Khi pH >7 nước có tính kiềm ( Trịnh Xuân Lai, 2003)
1.3.2 Độ cứng.
Độ cứng: Độ cứng là đại lượng biểu thị hàm lượng các các ion hóa trị 2 mà
chủ yếu là ion Ca2+ và Mg2+. Độ cứng làm tiêu hao nhiều xà phồng khi giặc giũ, đóng
rắn trong các thành ống dẫn của nồi hơi làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị,
làm tăng tính ăn mòn do tăng nồng độ ion H+. Độ cứng bao gồm 3 loại:
+ Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước;
+ Độ cứng tạm thời là hàm lượng các muối của ion HCO 3-, CO32-, với Ca2+ và
Mg2+;
+ Độ cứng vĩnh cữu là hàm lượng các muối của ion Cl -, SO42-, HSO4- với Ca2+
và Mg2+.

1.3.3 Clorua (Cl-).
Cl- là ion chính trong nước thiên nhiên biểu thị độ mặn. Cl - có nhiều nhất ở
nước biển và các mỏ muối. Trong nước ngọt và nước ngầm hàm lượng Cl - thường
dao động từ 20 mg/L – 800 mg/L. Cl- rất có ích cho cơ thể, nhưng ở hàm lượng cao lại
có thể gây suy thận, góp phần tăng nguy cơ cao huyết áp…
1.3.4 hàm lượng đạm Nitrat (N-NO3).
Nitrat là dạng oxy hóa cao nhất trong chu trình nito và thường đạt đên những
nồng độ đáng kể trong các giai đoạn cuối cùng của quá trình oxy hóa sinh học
(Nguyễn Khắc Cường, 2002 ). Ngoài ra nitrat tìm thấy trong các thủy vực là sản phẩm
của quá trình nitrat hóa hay do cung cấp từ nước mưa khi trời có sấm chớp.
Trong thủy vực có nhiều đạm ở dạng N-NO 3- ,chứng tỏ quá trình oxy hóa đã
kết thúc. Tuy vậy, các nitrat chỉ bền trong điều kiện hiếu khí. Trong điều kiện yếm khí
N-NO3- bị khử thành nito tự do tách ra khỏi nước, loại trừ được sự phát triển của tảo
và các loại thực vật khác sống trong nước. Nhưng mặt khác khi hàm lượng nitrat trong
nước khá cao có thể gây độc hại với người, vì khi vào điều kiện thích hợp, ở hệ tiêu

hoa chúng sẽ chuyển hóa thành nitrit kết hợp với hồng cầu tạo thành chất không vận
chuyển oxy, gây bệnh xanh xao thiếu máu ( Đặng Kim Chi,2001 ).
1.3.5 Hàm lượng Sunfat (SO42-).
Sunfat là một chỉ tiêu tiêu biểu của vùng nước nhiễm phèn. Sunfat cao, nước sẽ
có vị chát, gây bệnh tiêu chảy, và gây xâm thực mạnh trên các công trình xây dựng.


Ngoài ra, sunfat sẽ kết hợp với ion Ca 2+ để tạo thành cặn cứng bám trên thành các thiết
bị trao đổi nhiệt.
1.3.6 Sắt (Fe).
Sắt là kim loại phong phú tạo nên vỏ trái đất. Sắt hiện diện ở hầu hết các nguồn
nước thiên nhiên:
Khi trong nước có chứa các ion sắt sẽ gây đục và màu trong nước do: Fe 2+
chuyển thành Fe 3+ (màu nâu đỏ).
Đồng thời ảnh hưởng đến độ cứng, duy trì sự phát triển của một số vi khuẩn
gây thoái rửa trong hệ thống phân phối nước. Hàm lượng sắt có thể xuất hiện trong
nước là do nó hòa tan trong nước ngầm (dưới dạng Fe 2+), hay có trong nước thải công
nghiệp.
Sắt thường có trong nước ngầm dưới dạng muối tan hoặc phức chất do hòa tan
từ các lớp khoáng trong đá hoặc do ô nhiễm bề mặt nước bởi nước thải (Đặng Kim
Chi,1998). Nước có hàm lượng sắt cao (lớn hơn 0.3 mg /l) gây trở ngại rất lớn cho
việc sử dụng trong sinh hoạt. Nước đục do sắt có màu vàng nhiều cặn và thức ăn của
các loại vi khuẩn ưa sắt.
1.3.7 Ecoli.
E.coli được xem là một chỉ tiêu đánh giá sự nhiễm bẩn của nguồn nước và đánh
giá hiệu quả của việc khử trùng. Khi dùng nước có nhiễm khuẩn E.coli, nó gây cho
người một số bệnh như: tả, lỵ, thương hàn, tiêu chảy…,nặng có thể gây tử vong.
Những hạt chất lơ lững, gây ra độ đục trong nước thường có bề mặt hấp phụ các kim
loại độc, các vi sinh vật gây bệnh. Chính những hạt này cản trở quá trình diệt trùng
của chất diệt trùng khi cần sử lý nước ăn.

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC NGẦM
2.1. XỬ LÍ NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC
Công trình thu nước ngầm có thể chia thành các loại sau:
Giếng khoan: là công trình thu nước nầm mạch sâu. Độ sâu khoan phụ thuộc
vào độ sâu tầng chứa nước, thường nằm trong khoảng 20 – 200m, đôi khi có thể lớn
hơn. Giếng khoan được sử dụng rộng rãi trong mọi trạm xử lý. Hiện nay có 4 loại
giếng khoan đang được sử dụng:
• Giếng khoan hoàn chỉnh, không áp
2.1.1


Giếng khoan không hoàn chỉnh, không áp
Giếng khoan hoàn chỉnh, có áp
Giếng khoan không hoàn chỉnh có áp
• Cấu tạo giếng khoan gồm:
• Miệng giếng
• Ống vách để gia cố và bảo vệ giếng
• Ống lọc
Ống lắng
Giếng khơi: là công trình thu nước ngầm mạch nông, thường không áp đôi khi
áp lực yếu, chỉ áp dụng đối với các điểm dùng nước nhỏ hoặc hộ gia đình lẻ.
Đường hầm thu nước: được áp dụng để thu nước ngầm mạch nông, độ sâu
tầng chứa nước không quá 8m, cung cấp cho những điểm dùng nước với lưu lượng
nhỏ.
Công trình thu nước ngầm mạch lộ thiên
Công trình thu nước thấm
2.1.2 Bể lắng:
Mục đích của bể lắng là nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước đi đư nước vào

bể lọc để hoàn than quá trình làm trong nước. Trong thực tế thường dùng các loại bể
lắng sau tùy thuộc vào công suất và chất lượng nước mà người ta sử dụng.
Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất >30000m 3/ng đối
với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các
trạm xử lý không dùng phèn.
Bể lắng đứng: thường được áp dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ hơn
(đến 3000 m3/ng). Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ.
Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn
ít diện tích xây dựng hơn nhưng bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, chế độ quản lý vận
hành khó, đòi hỏi công trình làm việc liên tục và rất nhạy cảm với sự dao động lưu
lượng và nhiệt độ của nước. Bể chỉ áp dụng đối với các trạm có công suất đến
3000m3/ng.
Bể lắng li tâm: có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên. Bể thường được áp
dụng để sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao(>2000mg/l) với công suất
>=30000 m3/ng thì có hoặc không dùng chất keo tụ.
2.1.3 Bể lọc
Bể lọc chậm: dùng để xử lý cặn bẩn, vi trùng có trong nước bị giữ lại trên lớp
màng lọc. Ngoài ra bể lọc chậm dùng để xử lý nước không dùng phèn, không đòi hỏi
sử dụng nhiều máy móc, thiết bị phức tạp, quản lý vận hành đơn giản. Nhược điểm
lớn nhất là tốc độ lọc nhỏ, khó cơ giới hóa và tự động hóa quá trình rửa lọc vì vậy
phải quản lý bằng thủ công nặng nhọc. Bể lọc chậm thường sử áp dụng cho các nhà
máy có công suất đến 1000m3/ng với hàm lượng cặn đến 50mg/l, độ màu đến 50 độ
Bể lọc nhanh: là bể lọc nhanh một chiều, dòng nước lọc đi từ trên xuống, có một
lớp vật liệu là cát thạch anh. Bể lọc nhanh phổ thông được sử dụng trong dây chuyền
xử lý nước mặt có dùng chất keo tụ hay trong dây chuyền xử lý nước ngầm.
•
•
•

Bể lọc nhanh 2 lớp: có nguyên tắc làm việc giống bể lọc nhanh phổ thông nhưng
có 2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than angtraxit nhằm tăng tốc độ lọc và kéo dài
chu kỳ làm việc của bể.
Bể lọc sơ bộ: được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triệt để
trong bể lọc chậm. Bể lọc này làm việc theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổ thông
Bể lọc áp lực: là một loại bảo vệ nhanh kín, thương được chế tạo bằng thép có
dạng hình trụ đứng cho công suất nhỏ và hình trụ ngang cho công suất lớn. Loại bể
này được áp dụng trong dây chuyề xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng khi hàm
lượng cặn của nước nguồn lên đến 50mg/l, độ đục lên đến 80 với công suất trạm xử lý
đến 300m3/ng, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùng ejector thu khí với công
suất <500m3/ng và dùng máy nén khí cho công suất bất kì.
Bể lọc tiếp xúc: thường được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng
chất phản ứng với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150mg/l, có độ màu đến 150 với
công suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lý có công suất đến
10000m3/ng.
2.1.4 Bể chứa nước sạch
Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I và
trạm bơm cấp II. Nó còn có nhiệm vụ dự trữ nước chữa cháy trong 3 giờ, nước xả cặn
bể lắng, nước rửa bể lọc và nước dùng cho các nhu cầu khác của nhà máy.
Bể có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gạch có dạng hình chữ nhật hoặc
hình tròn trên mặt bằng. Bể có thể xây dựng chìm, nổi hoặc nửa chìm nửa nổi tùy
thuộc vào điều kiện cụ thể.
2.2 XỬ LÍ NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÍ
 Xử lí nước ngầm bằng phương pháp làm thoáng
Mục đích làm thoáng là làm giàu oxy cho nước và tăng pH cho nước.
Làm thoáng trước để khử CO2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước. Công
trình làm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO 2 vì lượng CO2 trong
nước cao sẽ làm giảm pH mà môi trường pH thấp không tốt cho quá trình oxy hoá Fe.
Sau khi làm thoáng ta sẽ châm hóa chất để khử Fe có trong nước. Hóa chất sử dụng ở
đây là clo – một chất oxy hóa mạnh để oxy hóa Fe, các chất hữu cơ có trong nước,

Mn, H2S. Ngoài ra để tạo môi trường thuận lợi cho quá trình oxy hóa Fe thì ta phải
cho thêm vôi cùng với clo. Mục đích cho thêm vôi là để kiềm hóa nước giúp cho tốc
độ phản ứng oxy hóa Fe diễn ra nhanh hơn
Có thể làm thoáng tự nhiên hoặc làm thoáng nhân tạo.
 Các công trình làm thoáng gồm:
2.2.1 Làm thoáng đơn giản:
Phun hoặc tràn trên bề mặt bể lọc có chiều cao từ trên đỉnh tràn đến mực nước
cao nhất> 0,6m
• Hiệu quả:
• Khử được 30 – 35% CO2
• Tốc độ lọc 5 – 7m/h; d = 0,9 – 1,3mm; Hvll = 1,0 – 1,2m
• Cường độ rử lọc bằng nước 10 – 12l/s.m2; bằng khí 20l/s.m2
• Fe <=5mg/l; pH sau làm thoáng >6,8


2.2.2

Dàn mưa:
Làm thoáng tự nhiên. Khử được 75 – 80% CO2, tăng DO (55% DO bão hòa)
Cấu tạo dàn mưa gồm:
• Hệ thống phân phối nước
• Sàn tung nước (1 – 4 sàn), mỗi sàn cách nhau 0,8m
• Sàn đỡ vật liệu tiếp xúc
• Sàn và ống thu nước

Thùng quạt gió:
Làm thoáng tải trọng cao(làm thoáng cưỡng bức) nghĩa là gió và nước đi ngược
chiều. Khử được 85 – 90% CO2, tăng DO lên 70 – 85% DO bão hòa.
Cấu tạo:
• Hệ thống phân phối nước.

• Lớp vật liệu tiếp xúc.
2.2.4 Clo hóa sơ bộ
Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc, mục đích
của clo hóa sơ bộ là:
- Kéo dài thời gian tiếp xúc để tiệt trùng khi nguồn nước bị nhiễm bẩn nặng.
- Oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo
thành các kết tủa tương ứng.
- Oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu.
- Trung hòa amoniac thành cloramin có tính chất tiệt trùng kéo dài.
Clo hóa sơ bộ có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu trong bể phản
ứng tạo bông cặn và bể lắng, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên
mặt bể lọc, làm tăng thời gian cua chu kì lọc.
2.2.5 Keo tụ - tạo bông
Keo tụ và bông cặn là quá trình tạo ra các tác nhân có khả năng kết dính các
chất làm bẩn nước ở dạng lơ lửng thành các bông cặn có khả năng lắng được trong bể
lắng hay kết dính trên bề mặt hạt của lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh và kinh tế nhất.
Khi trộn đều phèn với nước cần xử lý, các phản ứng hóa học và hóa lý xảy ra
tạo thành hệ keo dương phân tán đều trong nước. Khi được trung hòa, hệ keo dương
này là các hạt nhân có khả năng dính kết với các keo âm phân tán trong nước và dính
với nhau tạo thành các bông cặn. Do đó, quá trình tạo nhân kết dính gọi là quá trình
keo tụ còn quá trình kết dính cặn bẩn và nhân keo tụ gọi là quá trình phản ứng tạo
bông cặn.
Trong kỹ thuật xử lý thường dùng phèn nhôm Al 2(SO4)3, phèn sắt FeCl3,
Fe2(SO4)3 và FeSO4. Nhưng hiện nay ở Việt Nam thường sử dụng phèn nhôm, còn
phèn sắt có hiệu quả keo tụ cao, nhưng các quá trình khác như sản xuất, vận chuyển,
phức tạp và trong quá trình xử lý dễ làm nước có màu vàng nên ít được sử dụng trong
kỹ thuật xử lý nước cấp.
Hiệu quả của quá trình tạo bông phụ thục vào cường độ và thời gian khuấy trộn
để các nhân keo tụ và cặn bẩn va chạm và kết dính vào nhau.
2.2.3

Để tăng cường quá trình tạo bông, thường cho vào bể phản ứng tạo bông cặn
chất trợ keo tụ polyme. Khi tan vào nước, polymer sẽ tạo ra liên kết dưới loại anion
nếu trong nước cần xử lý thiếu ion đối (như SO 22-,…) hay loại trung tính nếu thành
phần ion và độ kiềm của nước nguồn thỏa mãn điều kiện keo tụ.
2.2.6 Khử trùng nước
Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt.
Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng. Sau các quá trình xử
lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại. Song để
tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước. Hiện nay
có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả như: khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh,
các tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim loại nặng,…
a Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo
Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào. Khi Clo tác dụng với nước
tạo thành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào nước,
chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men
bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu
diệt.
Quá trình tiêu diệt vi sinh vật xảy ra như sau: đầu tiên chất diệt trùng đi qua
màng tế bào của vi sinh vật, sau đó phản ứng với men bên trong màng tế bào cản trở
quá trình trao đổi chất bên trong nhân tế bào và kết quả là tế bào sẽ bị diệt vong. Tốc
độ của quá trình khử trùng sẽ tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của
nước tăng, ngoài ra còn phụ thuộc vào hàm lượng các tạp chất khác trong nước, nồng
độ các tạp chất trong nước cao thì hiệu quả của quá trình khử trùng sẽ giảm đi đáng
kể.
Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào nồng độ chất khử trùng, tức nồng độ HClO.
Trong kỹ thuật xử lý nước chất diệt trùng được dùng phổ biến nhất là clo và các hợp
chất của clo vì rẻ. dễ kiếm và quản lý vận hành đơn giản.
b Dùng ozone để khử trùng

Ozon (O3) là chất khí màu lam nhạt (trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu
chuẩn),có mùi hắc đặc trưng.Ozone có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nên khả năng diệt
trùng mạnh hơn Clo rất nhiều lần. Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đó diện tích bề mặt
thiết bị giảm, không gây mùi vị khó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa
phênol.
c Khử trùng bằng phương pháp nhiệt
Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền. Đun sôi nước ở nhiệt độ 100 oCcó thể
tiêu diệt phần lớn các vi khuẩn có trong nước. Chỉ trừ nhóm vi khuẩn khi gặp nhiệt độ
cao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc. Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ
rất nhỏ. Phương pháp đun sôi nước tuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh,
nên chỉ dùng trong quy mô gia đình. Khử trùng bằng tia cực tím (UV)
Tia cực tím là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm, có tác dụng
diệt trùng rất mạnh. Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước. Các


tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu
trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thể chúng sẽ bị tiêu diệt. Hiệu quả khử trùng chỉ
đạt được triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Sát trùng
bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước.
d Khử trùng bằng siêu âm
Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm 2 trong khoảng
thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước.
e Khử trùng bằng ion bạc
Ion bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước. Với hàm lượng 2 – 10 ion
g/l đã có tác dụng diệt trùng. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là: nếu trong
nước có độ màu cao, có chất hữu cơ, có nhiều loại muối,…thì ion bạc không phát huy
được khả năng diệt trùng.
2.3 Lựa chọn phương án xử lý
2.3.1 Đề xuất phương án xử lý
Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưng của

nguồn nước thô. Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước bao gồm
chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau xử lý. Dựa vào các số liệu đã có, so
sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần xử lý những gì, chọn
những thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể. Theo chất
lượng nước nguồn đã có đưa ra các phương án xử lý:
•

Phương án 1:


vôi

Nước từ trạm bơm giếng khoan
giàn mưa

Bể
Bể trộn

lắng

Bể lọc nhanh
ngang

Xả cặn ra hồ nén bùn hoà neùn caën
Clorine

Cung cấp

•

Bể chứa nước sạch

Phương án 2:

vôi

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng
Thùng
Nước từ trạm bơm giếng khoan
quạt gió

Bể trộn

Bể lọc nhanh

Clorine

Cung cấp

Bể chứa nước sạch


3.2.2. So sánh 2 phương án
So sánh

Phương án 1

Phương án 2

Ưu điểm

Giàn mưa:
+ Dễ vận hành
+ Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh
định kỳ giàn mưa cũng không gặp
nhiều khó khăn
Bể lắng ngang:
+ hoạt động ổn định, có thể hoạt
động tốt ngay khi chất lượng nước
đầu thay đổi
+ Vận hành đơn giản
Khi nước qua bể lắng ngang
kết hợp với bể phản ứng thì hiệu
suất xử lý gần như tương đương so
với bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng

Hệ số khử khí CO2
trong thùng quạt gió là 90 –
95% cao hơn so với giàn
mưa
Bể lắng trong có lớp
cặn lơ lửng đạt hiếu suất cao
hơn bể lắng ngang
Khối lượng công trình
nhỏ ít chiếm diện tích

Khuyết điểm

Giàn mưa tạo tiếng ồn khi
Thùng quạt gió vận

hoạt động, khối lượng công trình hành khó hơn giàn mưa, khó
chiếm diện tích lớn
cải tạo khi chất lượng nước
đầu vào thay đổi, tốn điện
khi vận hành. Khi tăng công
suất phải xây dựng them
thùng quạt gió chứ không thể
cải tạo
Bể lắng trong có lớp
cặn lơ lửng xây dựng và vận
hành phức tạp, rất nhạy cảm
với sự dao động về lưu
lượng và nhiệt độ nguồn
nước khó khăn khi tăng giảm
lưu lượng nước đầu vào

Qua việc so sánh trên ta thấy phương án 1 là hợp lý. Chọn phương án 1 làm
phương án tính toán


 Tóm lại hệ thống xử lý của nhà máy bao gồm:
•
•
•
•
•

Giàn mưa
Bể trộn đứng
Bể lắng ngang

Bể lọc nhanh
Bể chứa nước sạch