ĐỒ ÁN MÔ HÌNH CỘT TRAO ĐỔI ION TRONG XỬ LÝ NƯỚC CẤP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI

KHÓA LUẬN TỐT

NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH
CỘT TRAO ĐỔI ION TRONG XỬ LÍ NƯỚC CẤP

GVHD:

Th.S HOÀNG HỒNG GIANG

NHÓM SVTH:

NHÓM 1

LỚP:

12CMT1

NIÊN KHÓA:

2012-2015

ĐỒNG NAI, THÁNG 07 NĂM 2015

1


DANH SÁCH SINH VIÊN
Stt

Họ đệm

Tên

Mã số sv

1

Trần Quang Tiến

Anh

1200395

2

Nguyễn Thị

Đào

1202069

3

Nguyễn Thúc Quốc

Dũng

1201356

4

Nguyễn Quốc

Dương

1202613

5

Trần Thanh

Hải

1201460

6

Phạm Thị

Hoa

1201018

7

Nguyễn Ngọc Kim

Ngân

1201388

8

Phạm Minh

Nhật

1201439

9

Võ Hoàng

Phi

1203418

10

Vy Thiên

Phúc

1201437

11

Trương Đình

Phước

1202485

12

Vũ Thị

Thảo

1201886

13

Trần Thị Phương

Thảo

1201160

14

Trần Thị Diễm

Thúy

1200671

15

Lương Văn

Trung

1201141

16

Phạm Lê Minh

Trung

1202009

17

Nguyễn Thị Ngọc

Yến

1202160

Ghi chú

Nhóm trưởng

LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ
trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời
gian từ khi bắt đầu học tập ở trường đến nay, chúng em đã nhận được rất nhiều sự
quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Thực
phẩm – Môi trường – Điều dưỡng Trường Đại học công nghệ Đồng nai đã cùng với tri
2


thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong
suốt thời gian học tập tại trường.
Chúng em xin chân thành cảm ơn Th.s Hoàng Hồng Giang, giáo viên hướng
dẫn luận án đã giúp đỡ tận tình chúng em trong suốt quá trình làm luận án. Nhờ có sự
giúp đỡ của cô mà chúng em có thể hoàn thành luận án “Tính toán, thiết kế mô hình
cột trao đổi ion trong xử lý nước cấp”.
Với bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực thiết kế kỹ thuật, kiến thức
của chúng em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu
sót là điều chắc chắn, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu
của quý Thầy Cô và các bạn cùng lớp để kiến thức của chúng em trong lĩnh vực này
được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, chúng em xin kính chúc quý Thầy Cô trong khoa Thực phẩm – Môi
trường – Điều dưỡng, toàn thể quý Thầy Cô đang công tác tại trường và Thầy Hiệu
Trưởng T.s Phan Ngọc Sơn, thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ
mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.
Trân trọng.

Tp.Biên Hòa, tháng 7 năm 2015

Nhóm sinh viên thực hiện

LỜI MỞ ĐẦU
Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, quyết định sự
thành công trong các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội, bảo
đảm quốc phòng, an ninh quốc gia. Hiện nay nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm
và quan trọng này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt. Chính vì vậy mà
việc bảo vệ nguồn nước, khai thác nguồn nước hợp lí để phục vụ cho nhu cầu sinh
hoạt và sản xuất là một vấn đề đã và đang được quan tâm hiện nay. Nguy cơ thiếu
nước, đặc biệt là nước ngọt và nước sạch là một hiểm họa lớn đối với con người cũng

3


như toàn bộ sự sống trên trái đất. Do đó con người cần phải có các biện pháp bảo vệ và
sử dụng hợp lí nguồn tài nguyên nước.
Việc cung cấp nước sạch là một vấn đề cần thiết đang được Đảng và Nhà nước
ta quan tâm nhằm đáp ứng cho nhu cầu sử dụng nước cho người dân là hết sức quan
trọng đặc biệt là tại các trường học nơi có hàng ngàn học sinh, sinh viên có nhu cầu sử
dụng nguồn nước rất lớn, nên việc xây dựng một hệ thống xử lí nước cấp là điều cần
thiết. Với nguồn nước ngầm tại trường Đại học Công Nghệ Đồng Nai qua quá trình
phân tích, bước đầu ghi nhận những chỉ tiêu về chất lượng nước không đủ tiêu chuẩn
của Bộ Tài Nguyên Môi Trường. Nhận ra được vấn đề cũng như tầm quan trọng của
việc cung cấp nước sạch cho toàn thể sinh viên và cán bộ nhân viên trường nên chúng
em đã chọn đề tài: “Tính toán thiết kế mô hình cột trao đổi ion trong xử lí nước
cấp” nhằm tạo ra một mô hình xử lí nước, đảm bảo cung cấp một nguồn nước an toàn,
chất lượng đến cho người dân.

Lý do chọn đề tài

Theo khảo sát, nguồn nước ngầm tại trường Đại học công nghệ Đồng Nai có độ
cứng cao, các chỉ tiêu về chất lượng nước như: Canxi, Magie… không nằm trong giới
hạn cho phép theo QCVN 09:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất
lượng nước ngầm). Chính vì thế ta cần có một thiết bị xử lí nguồn nước nhằm xử lý
triệt để độ cứng trong nước, cung cấp nguồn nước sạch cho các mục đích sử dụng khác
nhau tại trường Đại học công nghệ Đồng Nai.

4


Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là hoàn thành mô hình cột trao đổi ion xử lý nước
cấp sử dụng làm mô hình học cụ tại trường Đại học công nghệ Đồng Nai. Bên cạnh đó,
mô hình còn đáp ứng cung cấp nguồn nước sạch cho các mục đích sử dụng khác nhau
tại trường Đại học Công nghệ Đồng Nai.
Tình hình nghiên cứu
Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng mô hình xử lí nước cấp
cho sinh hoạt và ăn uống rất phổ biến. Phương pháp trao đổi ion được sử dụng cho xử
lí nước cấp cho lò hơi tại khu công nghiệp Sóng Thần (Bình Dương); Thiết kế hệ
thống xử lí nước tinh khiết cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha.
Phạm vi nghiên cứu
Sử dụng nước ngầm được bơm lên từ hệ thống bơm của trường Đại học Công
nghệ Đồng Nai.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm, được sử dụng để phân tích chất lượng
nước đầu vào và chất lượng nước đầu ra của mô hình cột trao đổi ion.
Phương pháp tổng hợp tài liệu, được sử dụng để tham khảo các tài liệu về xử lí
nước cấp nhằm hoàn thiện bài luận án một cách hoàn thiện hơn.
Phương pháp tham khảo các chuyên gia, đây là một trong những phương pháp
quan trọng nhất; những kinh nghiệm, tính chính xác của các chuyên gia trong việc

thiết kế mô hình trên.
Phương pháp khảo sát thực tế tại các công ty, cơ sở phân phối về thiết bị xử lí
nước cấp như: công ty môi trường Úc Việt (Quận Bình Thạnh, TP. Hồ Chí Minh) công
ty xử lí và phân phối hệ thống xử lí nước cấp Việt Úc (Trảng Bom, Đồng Nai).
Nội dung nghiên cứu
Đề tài: “Tính toán thiết kế mô hình cột trao đổi ion trong xử lí nước cấp” có
những nội dung chính sau đây:
-

Tổng quan về nước cấp và công nghệ xử lý nước cấp.
5


-

Cơ sở lý thuyết của quá trình trao đổi ion trong xử lý nước cấp.

-

Tính toán thiết kế mô hình cột trao đổi ion trong xử lí nước cấp.

-

Vận hành và đánh giá mô hình.

6


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Thái độ làm việc:
Kỹ năng làm việc:
Trình bày:
Điểm số: ……………………………

Tp. Biên Hòa, ngày tháng năm 2015
Giáo viên hướng dẫn

Hoàng Hồng Giang

7


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Thái độ làm việc:
Kỹ năng làm việc:
Trình bày:
Điểm số: …………………………….

Tp. Biên Hòa, ngày tháng năm 2015
Giáo viên phản biện

8


MỤC LỤC
DANH SÁCH SINH VIÊN...............................................................................................2
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................3
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................4
Lý do chọn đề tài...............................................................................................................5
Mục đích nghiên cứu........................................................................................................5
Tình hình nghiên cứu.......................................................................................................5
Phạm vi nghiên cứu..........................................................................................................5
Phương pháp nghiên cứu.................................................................................................5
Nội dung nghiên cứu.........................................................................................................6
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN..............................................................7
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.................................................................8
DANH MỤC BẢNG........................................................................................................12
DANH MỤC HÌNH ẢNH...............................................................................................12

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT..........................................................................................13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC
CẤP.................................................................................................................................. 14
1.1 Tổng quan về nước ngầm...................................................................................14
1.1.1 Khái niệm nước ngầm..................................................................................14
1.1.2 Thành phần và tính chất nước ngầm.............................................................14
1.1.3 Các chỉ tiêu phân tích chất lượng nước ngầm...............................................15
1.2 Tổng quan về nước mặt......................................................................................21
1.2.1 Khái niệm nước mặt.....................................................................................21
1.2.2 Thành phần và tính chất nước mặt................................................................22
1.2.3 Các chỉ tiêu phân tích chất lượng nước mặt.................................................23
1.3 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp............................................................29
1.3.1 Hồ chứa và lắng sơ bộ..................................................................................31
1.3.2 Song chắn rác và lưới chắn...........................................................................31
1.3.3 Bể lắng cát....................................................................................................32
1.3.4 Xử lý nước tại nguồn bằng hóa chất.............................................................33
1.3.5 Làm thoáng..................................................................................................34
9


1.3.6 Clo hóa sơ bộ...............................................................................................36
1.3.7 Quá trình khuấy trộn hóa chất......................................................................36
1.3.8 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông.........................................................36
1.3.9 Quá trình lắng...............................................................................................37
1.3.10 Quá trình lọc...............................................................................................39
1.3.11 Dùng than hoạt tính để hấp thụ chất gây mùi, màu của nước.....................41
1.3.12 Khử trùng nước..........................................................................................42
1.3.13 Làm mềm, khử muối..................................................................................43
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ION TRONG
XỬ LÝ NƯỚC CẤP........................................................................................................47

2.1 Giới thiệu về quá trình trao đổi ion trong xử lý nước cấp...................................47
2.2 Cơ sở của phương pháp trao đổi ion...................................................................47
2.2.1 Cơ chế trao đổi ion.......................................................................................47
2.2.2 Vật liệu trao đổi ion......................................................................................50
2.2.3 Vật liệu trao đổi ion vô cơ............................................................................52
2.2.4 Vật liệu trao đổi ion trên than.......................................................................53
2.2.5 Nhựa trao đổi ion..........................................................................................53
2.2.6 Nguyên tắc chế tạo.......................................................................................55
2.2.7 Tái sinh vật liệu trao đổi ion.........................................................................57
2.3 Sơ đồ quy trình trao đổi ion trong xử lý nước cấp..............................................58
Các ứng dụng quá trình trao đổi ion trong xử lý nước cấp....................................58
2.3.1 Xử lý amoni (NH4+) trong nước ngầm..........................................................58
2.3.2 Khử sắt trong nước ngầm.............................................................................59
2.3.3 Xử lí Asen....................................................................................................60
2.3.4 Khử độ cứng trong nước..............................................................................60
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỘT TRAO ĐỔI ION
TRONG XỬ LÍ NƯỚC CẤP.........................................................................................62
3.1 Các thông số cần thiết để thiết kế mô hình.........................................................62
3.2 Đề xuất quy trình công nghệ...............................................................................62
3.3 Tính toán thiết kế mô hình..................................................................................62
CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH VÀ ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH..............................................66
4.1 Vận hành............................................................................................................66
4.1.1 Kiểm tra hệ thống chuẩn bị khởi động.........................................................66
10


4.1.2 Vận hành ổn định.........................................................................................66
4.1.3 Ngừng hệ thống............................................................................................66
4.1.4 Các sự cố thường gặp...................................................................................67
4.2 Đánh giá hiệu quả của mô hình..........................................................................68

4.2.1 Ưu điểm và nhược điểm của mô hình...........................................................68
4.2.2 Đánh giá hiệu suất thực tế của mô hình........................................................68
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................71
5.1 Kết luận..............................................................................................................71
5.2 Kiến nghị............................................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................72

11


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Đánh giá chất lượng DO trong nước.............................................................25
Bảng 1.2: Đánh giá chất lượng BOD trong nước mặt..................................................26
Bảng 1.3 So sánh vận tốc, Ưu, nhược điểm của 2 bể lọc.............................................41
Bảng 1.4: Đặc điểm của vật liệu trao đổi ion...............................................................50
Bảng 1.5: Kết quả phân tích nước................................................................................68

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Sơ đồ xử lý nước mặt......................................................................................45
Hình 2: Sơ đồ xử lý nước ngầm bằng làm thoáng tự nhiên..........................................45
Hình 3: Sơ đồ xử lý nước ngầm bằng nhân tạo............................................................46
Hình 4 : Trao đổi ion trong xử lí nước cấp...................................................................58
Hình 5: Mô hình cột trao lọc trao đổi ion.....................................................................67

12


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
BTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi Trường

COD: Nhu cầu oxy hóa học
BOD: Nhu cầu oxy sinh học
DO: Nhu cầu oxy hòa tan
BYT: Bộ Y tế
QĐ: Quy định
UAC: Gramular Activated Carbon
PAC: Powedered Activated Carbon
Q: Lưu lượng
C: Độ cứng
T: Thời gian làm việc của 1 chu kỳ.
NTU, FTU: Đơn vị

13


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
NƯỚC CẤP
1.1 Tổng quan về nước ngầm
1.2.1 Khái niệm nước ngầm
Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích
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.
Thành phần và tính chất nước ngầm.
 Thành phần
Khác với nước mặt, do tiếp xúc trực tiếp với đất đá, nước ngầm là một dung dịch

hoá học phức tạp, nó chứa hầu hết các nguyên tố trong vỏ quả đất. Tuy nhiên các
nguyên tố và ion đóng vai trò chủ yếu thì không nhiều, chỉ khoảng 10 loại là: Cl -,
HCO32-, SO42-, CO32-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, H+…
Cl- thường nằm dưới dạng hợp chất NaCl do các muối bị hoà tan hay do nước
mặn bị chôn vùi trong các đá trầm tích biến đi lên, pha trộn vào. Sự có mặt của Cl trong nước làm cho nước có vị chát (mặn).
Ion HCO3- chủ yếu gặp trong nước nhạt, thường là do hoà tan các đá cacbonat.
Nó thường cân bằng với hàm lượng CO 32- và CO2 tự do theo một tỷ lệ và luôn dịch
chuyển cho nhau theo phương trình:
2HCO3-  CO32- + CO2 + H2O
Ion SO42- trong nước ngầm thường ở dạng hợp chất H 2SO4 hay CaSO4, sinh ra do
hoà tan đá chứa sunfat. Nước chứa nhiều SO42- cũng sẽ có vị chát.

14


Các Ion kim loại kiềm như: Na+, K+... thường đi kèm với Cl-, ở những vùng nước
nằm gần mặt đất, vùng dân cư đông đúc mà làm lượng Na +, K+ tăng cao thì đây có thể
là dấu hiệu nước ngầm đã bị ô nhiễm.
Các ion kim loại kiềm thổ rất phổ biến trong nước dưới đất là Ca 2+, Mg2+. Khi
nước có độ khoáng hoá cao thì chủ yếu là Mg 2+. Nguồn gốc của nó là do sự hoà tan các
đá giàu khoáng vật canxit và đôlômit.
Các Ion Ca2+ và Mg2+ trong nước làm cho nước có tính cứng, gây ra sự tích đọng
cặn cacbonat trong nồi hơi, ấm đun nước. Tổng lượng Ca 2+ và Mg2+ có trong nước gọi
là tổng độ cứng, phần Ca2+ và Mg2+ bị kết tủa khi đun sôi nước gọi là độ cứng tạm thời.
 Tính chất
Nước ngầm được khai thác từ các tầng chứa nước dưới 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 đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ
kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngoài ra đặc trưng chung của nước ngầm là:
 Độ đục thấp.

 Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí: CO2, H2S…
 Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là: sắt, magan, canxi, magie, flo.
 Không có hiện diện của vi sinh vật.
1.2.2 Các chỉ tiêu phân tích chất lượng nước ngầm
a. pH
Giá trị pH giới hạn từ 5,5 – 8,5 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, 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+].
 Khi pH = 7 nước có tính trung tính.
15


 Khi pH < 7 nước có tính axit.

 Khi pH > 7 nước có tính kiềm.
b. Độ cứng
Độ cứng giới hạn từ 500 mg/l. Độ cứng là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion
hóa trị 2 mà chủ yếu là ion Ca 2+ và Mg2+. Độ cứng làm tiêu hao nhiều xà bông khi giặt
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 cửu là hàm lượng các muối của ion Cl -, SO42-, HSO4- với Ca2+ và

Mg2+.
c. Chất rắn hòa tan
Tổng lượng chất rắn là tính chất vật lý đặc trưng quan trọng của nước thải, bao
gồm chất rắn nổi, chất rắn lơ lửng (hay huyền phù), chất rắn keo và chất rắn hoà tan.
Tổng lượng chất rắn được xác định là phần còn lại sau khi cho bay hơi mẫu nước
thải trên bếp cách thuỷ, tiếp tục sấy khô ở nhiệt độ 103 0C cho tới khi khối lượng không
đổi. Giá trị giới hạn của chất rắn là 1500 mg/l.
d. Nhu cầu oxi hóa học COD
Chỉ số COD là lượng oxy cần thiết tính bằng gam hoặc miligam cho quá trình
oxy hoá các chất hữu cơ trong mẫu nước thành cacbonic và nước.
Chỉ số COD biểu thị lượng chất hữu cơ có thể oxy hoá bằng hoá học, bao gồm cả
lượng các chất hữu cơ không bị oxy hoá bằng vi sinh vật, do đó giá trị COD > BOD.
Giá trị giới hạn của COD là 4mg/l.

16


e. Amoni (NH3)
Amoni là chất gây nhiễm độc cho nước. Amoni bao gồm có 2 dạng: không ion
hoá (NH3) và ion hoá (NH4). Sự hiện diện của amoniac trong nước mặt hoặc nước
ngầm bắt nguồn từ hoạt động phân hủy hữu cơ do các vi sinh vật trong điều kiện yếm
khí. Đây cũng là một chất thường dùng trong khâu khử trùng nước cấp, chúng được sử
dụng dưới dạng các hóa chất diệt khuẩn chloramines nhằm tạo lượng clo dư có tác
dụng kéo dài thời gian diệt khuẩn khi nước được lưu chuyển trong các đường ống dẫn.
Lượng Amoni tự nhiên có mặt trong nước ngầm ở 0,1 mg/l.
f. Clorua (Cl-)
Cl- giới hạn từ 250 mg/l 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…
g. Florua (F-)

Nước mặt thường có hàm lượng flo thấp khoảng 0,2 mg/l. Đối với nước ngầm,
khi chảy qua các tầng đá vôi, dolomit, đất sét, hàm lượng flo trong nước có thể cao đến
8-9 mg/l.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi hàm lượng flo đạt 2 mg/l đã làm đen răng. Nếu
sử dụng thường xuyên nguồn nước có hàm lượng flo cao hơn 4 mg/l có thể làm mục
xương flo không có biểu hiện gây ung thư. Tiêu chuẩn nước uống quy định hàm lượng
flo trong khoảng 0,7-1,5 mg/l.
h. Hàm lượng nitrit (N-NO2)
Nitrit là một giai đoạn trung gian trong chu trình đạm hóa do sự phân hủy các
chất đạm hữu cơ. Vì có sự chuyển hóa giữa nồng độ các dạng khác nhau của nitrogen
nên các vết nitrit được sử dụng để đánh giá sự ô nhiễm hữu cơ. Trong các hệ thống xử
lý hay hệ thống phân phối cũng có nitrit do những hoạt động của vi sinh vật. Tuy nhiên
trong nước ngầm, nitrit không được vượt quá 1 mg/l.

17


i. Hàm lượng nitrat (N-NO3)
Nitrat giới hạn từ 15 mg/l là dạng oxy hóa cao nhất trong chu trình nitơ và
thường đạt đến những nồng độ đáng kể trong các giai đoạn cuối cùng của quá trình
oxy hóa sinh học. 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.
j. Hàm lượng sunfat (SO42-)
Sunfat giới hạn từ 400 mg/l 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.
k. Xyanua (CN-)
Xyanua có mặt trong nguồn nước do ô nhiễm từ các loại nước thải ngành nhựa,
xi mạ, luyện kim, hóa chất, sợi tổng hợp.

Xyanua rất độc, thường ảnh hưởng đến các cơ quan như phổi, da, đường tiêu hóa.
Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng xyanua < 0,01 mg/l.
l. Asen (thạch tín)
Do thấm qua nhiều tầng địa chất khác nhau, nước ngầm thường chứa Asen nhiều
hơn nước mặt. Ngoài ra Asen có mặt trong nguồn nước khi bị nhiễm nước thải công
nghiệp, thuốc trừ sâu. Khi bị nhiễm Asen, có khả năng gây ung thư da và phổi. Tiêu
chuẩn nước sạch quy định Asen < 0,05 mg/l. Tiêu chuẩn nước uống quy định Asen <
0,01 mg/l.
m. Cadimi (Cd)
Do thấm qua nhiều tầng địa chất khác nhau, nước ngầm thường chứa hàm lượng
Cadimi nhiều hơn nước mặt. Ngoài ra Cadimi có mặt trong nguồn nước khi bị nhiễm
nước thải công nghiệp khai thác mỏ, nước rỉ bãi rác. Cadimi có thể xuất hiện trong
đường ống thép tráng kẽm nếu xảy ra hiện tượng ăn mòn. Cadimi có tác động xấu đến
thận. Khi bị nhiễm độc cao có khả năng gây ói. Tiêu chuẩn nước uống quy định
Cadimi < 0,005 mg/l.
18


n. Chì (Pb)
Trong nguồn nước thiên nhiên chỉ phát hiện hàm lượng chì 0,4 - 0,8 mg/l. Tuy
nhiên do ô nhiễm nước thải công nghiệp hoặc hiện tượng ăn mòn đường ống nên có
thể phát hiện chì trong nước uống ở mức độ cao hơn.
Khi hàm lượng chì trong máu cao có thể gây tổn thương não, rối loạn tiêu hóa,
yếu cơ, phá hủy hồng cầu. Chì có thể tích lũy trong cơ thể đến mức cao và gây độc.
Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng chì < 0,01 mg/l.
o. Crom (Cr)
Crom có mặt trong nguồn nước khi bị nhiễm nước thải công nghiệp khai thác
mỏ, xi mạ, thuộc da, thuốc nhuộm, sản xuất giấy và gốm sứ.
Crom (VI) có độc tính mạnh hơn Crom (III) và tác động xấu đến các bộ phận cơ
thể như gan, thận, cơ quan hô hấp. Nhiễm độc cấp tính có thể gây xuất huyết, viêm da,

u nhọt. Crom được xếp vào chất độc nhóm 1 (có khả năng gây ung thư cho người và
vật nuôi). Tiêu chuẩn nước uống quy định Crom 0,05 mg/l.
p. Đồng (Cu)
Đồng hiện diện trong nước do hiện tượng ăn mòn trên đường ống và các dụng cụ
thiết bị làm bằng đồng hoặc đồng thau. Các loại hóa chất diệt tảo được sử dụng rộng
rãi trên ao hồ cũng làm tăng hàm lượng đồng trong nguồn nước. Nước thải từ nhà máy
luyện kim, xi mạ, thuộc da, sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ hay phim ảnh cũng góp
phần làm tăng lượng đồng trong nguồn nước.
Đồng không tích lũy trong cơ thể nhiều đến mức gây độc. Ở hàm lượng 1 - 2
mg/l đã làm cho nước có vị khó chịu, và không thể uống được khi nồng độ cao từ 5 8 mg/l. Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng đồng < 2 mg/l.
q. Kẽm (Zn)
Kẽm ít khi có trong nước, ngoại trừ bị ô nhiễm từ nguồn nước thải của các khu
khai thác quặng.

19


Chưa phát hiện kẽm gây độc cho cơ thể người, nhưng ở hàm lượng > 5 mg/l đã
làm cho nước có màu trắng sữa. Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định
hàm lượng kẽm 3mg/l.
r. Mangan (Mn)
Trong các nguồn nước thiên nhiên Mangan tồn tại dưới dạng hoà tan của các hợp
chất hydrocacbonat hoá trị II Mn(HCO 3)2 giá trị giới hạn của Mangan là 5 mg/l, nhưng
với hàm lượng ít hơn và hiếm hơn sắt. Khi nước ngầm tiếp xúc với không khí trong
nước xuất hiện cặn hydroxit sắt sớm hơn vì sắt dễ bị oxi hoá hơn Mangan và phản ứng
oxi hoá sắt bằng oxi hoá hoà tan trong nước xảy ra ở trị số pH thấp hơn so với
Mangan. Để oxi hoá Mangan trị số pH cần thiết > 9,5.
s. Thuỷ ngân (Hg)
Thủy ngân hiếm khi tồn tại trong nước. Tuy nhiên các muối thủy ngân được dùng
trong công nghệ khai khoáng có khả năng làm ô nhiễm nguồn nước.

Khi nhiễm độc thủy ngân các cơ quan như thận và hệ thần kinh sẽ bị rối loạn.
Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng Hg < 0,001 mg/l.
t. Sắt (Fe)
Sắt giới hạn từ 5 mg/l 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
ảnh hưởng đến hệ thống phân phối nước. Hàm lượng sắt có thể xuất hiện trong nước là
do nó hòa tan trong nước ngầm (dưới dạng Fe2+) 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. Nước có hàm
lượng sắt cao (< 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.

20


u. Tổng hoạt độ phóng xạ α, β
Tính phóng xạ của nước là do sự phân huỷ các chất phóng xạ có trong nước tạo
nên. Nước ngầm thường nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, các chất này có thời gian
bán phân huỷ rất ngắn nên nước thường vô hại. Tuy nhiên khi bị nhiễm bẩn phóng xạ
tứ nước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước thể vượt giới hạn cho phép.
 Tổng hoạt độ phóng xạ α 0,1 Bq/l.
 Tổng hoạt độ phóng xạ β 1,0 Bq/l.
v. Coliform
Vi khuẩn Coliform (phổ biến là Escherichia Coli) thường có trong hệ tiêu hóa

của người. Sự phát hiện vi khuẩn Coli cho thấy nguồn nước đã có dấu hiệu ô nhiễm.
Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng E. Coliform bằng 0.
Riêng Coliform tổng số trong nước sạch được cho phép 3 vi khuẩn.
1.3 Tổng quan về nước mặt
1.2.1 Khái niệm nước mặt
Tài nguyên nước mặt: Là nước phân bố trên mặt đất, nước trong các đại dương,
sông, suối, ao hồ, đầm lầy. Đặc điểm của tài nguyên nước mặt là chịu ảnh hưởng lớn
từ điều kiện khí hậu và các tác động khác do hoạt động kinh tế của con người. Nước
mặt dễ bị ô nhiễm và thành phần hóa lý của nước thường bị thay đổi. Khả năng hồi
phục trữ lượng của nước nhanh nhất ở vùng thường có mưa.
Tổng lượng dòng chảy sông ngòi trung bình hàng năm của nước ta bằng khoảng
847 km3, trong đó tổng lượng ngoài vùng chảy vào là 507 km 3 chiếm 60% và dòng
chảy nội địa là 340 km3, chiếm 40%. Nếu xét chung cho cả nước, thì tài nguyên nước
mặt của nước ta tương đối phong phú, chiếm khoảng 2% tổng lượng dòng chảy của
các sông trên thế giới, trong khi đó diện tích đất liền nước ta chỉ chiếm khoảng 1,35%
của thế giới. Tuy nhiên, một đặc điểm quan trọng của tài nguyên nước mặt là những
biến đổi mạnh mẽ theo thời gian (dao động giữa các năm và phân phối không đều
trong năm) và còn phân bố rất không đều giữa các hệ thống sông và các vùng.

21


1.2.2

Thành phần và tính chất nước mặt

a. Nước sông
Chất lượng nước sông ở Việt Nam thay đổi theo mùa và theo vùng địa lý. Do
dòng chảy bào mòn bề mặt khu vực tạo lên các chất trôi theo dòng chảy gồm: cát, bùn,
phù sa.

Nước sông có hàm luợng cặn cao vào mùa mưa. Tổng lượng cặn do các sông đổ
ra biển trung bình hằng năm khoảng 200 - 250 triệu tấn, trong đó 90% được tạo ra vào
mùa lũ. Vào mùa lũ, độ đục cao, hàm lượng cặn lớn và thay đổi theo từng thời kỳ. Độ
đục cao nhất xuất hiện trong tất cả các tháng của mùa lũ. Các tháng mùa cạn, khi các
sông có vận tốc dòng chảy nhỏ nhất thì nước có độ đục nhỏ nhất, đôi khi độ đục gần
đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt và ăn uống theo tiêu chuẩn cấp nước cho các đô thị.

 Thành phần chính của nước sông.
 Khoáng chất: Hàm lượng khoáng chất của các sông ở Việt Nam còn thấp
 (200 – 500 mg/l).
 Độ pH: Nước ở các sông chính có độ kiềm trung tính (7 – 8).
 Độ cứng: Nước thuộc nước mềm.
 Hàm lượng các ion chính: Chủ yếu là các ion Ca 2+, Mg2+, K+, SO42-, Cl-,
HCO32-...
b. Nước hồ
Nước ta có nhiều hồ tự nhiên như hồ Ba Bể, hồ Núi Cốc,... và một số hồ nhân
tạo để phục vụ việc tưới tiêu cho nông nghiệp. Đặc biệt một số hồ có dung tích trữ
nước lớn của các công trình thuỷ điện Thác Bà, Hoà Bình, Sơn La....
Nước hồ có hàm lưọng cặn nhỏ hơn nước sông vì đã được lắng tự nhiên và khá
ổn định. Tuy nhiên hàm lượng cặn cũng dao động theo mùa, mùa mưa có hàm lượng
cặn lớn, mùa khô hàm lượng cặn nhỏ, có hồ độ trong gần đảm bảo tiêu chuẩn độ trong
của nước sinh hoạt và ăn uống. Sự dao động về chất lượng nước thường xảy ra ở các
vùng ven bờ và phụ thuộc vào địa hình của vùng ven bờ. Vùng xa bờ và giữa hồ có
chất lượng nước ổn định hơn. Nước hồ có độ màu cao do rong, rêu, tảo. Hàm lượng
chất hữu cơ trong hồ thường cao do xác động thực vật ở quanh hồ gây nên.
22


1.3.1 Các chỉ tiêu phân tích chất lượng nước mặt
a.

Độ đục

Độ đục do sự hiện diện của các chất như: đất sét, bùn, chất hữu cơ li ti và nhiều
loại vi sinh vật khác. Nước có độ đục cao chứng tỏ nước có nhiều tạp chất chứa trong
nó, khả năng truyền ánh sáng qua nước giảm. Đơn vị NTU; FTU.
w. Độ màu (màu sắc)
Màu sắc của nước gây ra bởi lá cây, gỗ, thực vật sống hoặc đã phân hủy dưới
nước, từ các chất bào mòn có nguồn gốc từ đất đá, từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp.
Màu sắc của nước có thể là kết quả từ sự hiện diện của các ion có tính kim khí như:
sắt, mangan. Đơn vị Pt – Co.
x. Giá trị pH
pH có ý nghĩa quan trọng về mặt môi sinh, trong thiên nhiên pH ảnh hưởng đến
hoạt động sinh học trong nước, liên quan đến một số đặc tính như tính ăn mòn, hòa
tan…chi phối các quá trình xử lý nước như: kết bông tạo cặn, làm mềm, khử sắt diệt
khuẩn. Vì thế, việc đo pH để hoàn chỉnh chất lượng và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật
đóng một vai trò hết sức quan trọng trong kỹ thuật môi trường.
y. Chất rắn hòa tan
Trong những sự thay đổi về mặt môi trường, cơ thể con người có thể thích nghi ở
một giới hạn. Với nhiều người khi phải thay đổi chỗ ở, hoặc đi đây đó khi sử dụng
nước có hàm lượng chất rắn hòa tan cao thường bị chứng nhuận tràng cấp tính hoặc
ngược lại tùy theo thể trạng mỗi người. Tuy nhiên đối với dân địa phương, sự kiện trên
không gây một phản ứng nào trên cơ thể. Trong ngành cấp nước, hàm lượng chất rắn
hòa tan được khuyến cáo nên giữ thấp hơn 500mg/l và giới hạn tối đa chấp nhận cũng
chỉ đến 1000mg/l.
z. Chloride
Chloride là ion chính trong nước thiên nhiên và nước thải. Vị mặn của Chloride
thay đổi tùy theo hàm lượng và thành phần hóa học của nước. Với mẫu chứa 25mgCl/l
người ta đã có thể nhận ra vị mặn nếu trong nước có chứa ion Na +. Tuy nhiên khi mẫu
nước có độ cứng cao, vị mặn rất khó nhận biết dù có chứa đến 1000 mgCl/l. Hàm

23


lượng Chloride cao sẽ gây ăn mòn các kết cấu ống kim loại. Về mặt nông nghiệp
Chloride gây ảnh hưởng xấu đến sự tăng trưởng của cây trồng.
aa. Sắt
Sắt là nguyên tử vi lượng cần thiết cho cơ thể con người để cấu tạo hồng cầu. Vì
thế sắt với hàm lượng 0,3mg/l là mức ấn định cho phép đối với nước sinh hoạt. Vượt
qua giới hạn trên, sắt có thể gây nên những ảnh hưởng không tốt.
Sắt có mùi tanh đặc trưng khi tiếp xúc với khí trời kết tủa Fe (III) hydrat hình
thành làm nước trở nên có màu đỏ gạch tạo ấn tượng không tốt cho người sử dụng.
bb. Nitrogen-Nitrit (N-NO2)
Nitrit là một giai đoạn trung gian trong chu trình đạm hóa do sự phân hủy các
chất đạm hữu cơ. Vì có sự chuyển hóa giữa nồng độ các dạng khác nhau của nitrogen
nên các vết nitrit được sử dụng để đánh giá sự ô nhiễm hữu cơ. Trong các hệ thống xử
lý hay hệ thống phân phối cũng có nitrit do những hoạt động của vi sinh vật. Ngoài ra
nitrit còn được dùng trong ngành cấp nước như một chất chống ăn mòn. Tuy nhiên
trong nước uống, nitrit không được vượt quá 0,1 mg/l.
cc. Nitrogen – Nitrat (N-NO3)
Nitrat là giai đoạn oxy hóa cao nhất trong chu trình của nitrogen và là giai đoạn
sau cùng trong tiến trình oxy hóa sinh học. Ở lớp nước mặt thường gặp nitrat ở dạng
vết nhưng đôi khi trong nước ngầm mạch nông lại có hàm lượng cao. Nếu nước uống
có quá nhiều nitrat thường gây bệnh huyết sắc tố ở trẻ em. Do đó trong nguồn nước
cấp do sinh hoạt giới hạn nitrat không vượt quá 6 mg/l.
dd. Ammoniac (N-NH4+)
Amoniac là chất gây nhiễm độc cho nước. Sự hiện diện của amoniac trong nước
mặt hoặc nước ngầm bắt nguồn từ hoạt động phân hủy hữu cơ do các vi sinh vật trong
điều kiện yếm khí. Đây cũng là một chất thường dùng trong khâu khử trùng nước cấp,
chúng được sử dụng dưới dạng các hóa chất diệt khuẩn chloramines nhằm tạo lượng
clo dư có tác dụng kéo dài thời gian diệt khuẩn khi nước được lưu chuyển trong các

đường ống dẫn.

24


ee. Sulfate (SO42-)
Sulfate thường gặp trong nước thiên nhiên và nước thải với hàm lượng từ vài cho
đến hàng ngàn mg/l. Những vùng đất sình lầy, bãi bồi lâu năm, sulfur hữu cơ bị
khoáng hóa dần dần sẽ biến đổi thành sulfate. Nước chảy qua các vùng đất mỏ mang
nhiều sulfate sẽ có hàm lượng sulfate khá cao do sự oxy hóa quặng thiếc, quặng sắt.
Sulfate là một trong những chỉ tiêu tiêu biểu của những vùng nước nhiễm phèn.
Vì natri sulfate và mangan sulfate có tính nhuận tràng nên trong nước uống, sulfate
không được vượt quá 200mg/l.
ff. Phosphate (P-PO43-)
Trong thiên nhiên phosphate được xem là sản phẩm của quá trình lưu hóa và
thường gặp dưới dạng vết đối với nước thiên nhiên. Khi hàm lượng phosphate phát
triển mạnh mẽ sẽ là một yếu tố giúp rong rêu phát triển mạnh.
gg. Oxy hòa tan (DO)
Oxygen hòa tan trong nước (DO) không tác dụng với nước về mặt hóa học. Hàm
lượng DO trong nước phụ thuộc nhiều yếu tố như: áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa
học của nguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh vật…
Hàm lượng oxygen hòa tan là một chỉ số đánh giá “tình trạng sức khỏe” của
nguồn nước. Hàm lượng DO có quan hệ mật thiết đến các thông số COD và BOD của
nguồn nước. Nếu trong nước hàm lượng DO cao, các quá trình phân hủy các chất hữu
cơ sẽ xảy ra theo hướng háo khí (aerobic), còn nếu hàm lượng DO thấp, thậm chí
không còn thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước sẽ xảy ra theo hướng
yếm khí (anaerobic).

Bảng 1.1 Đánh giá chất lượng DO trong nước.
Chất lượng nước

DO (mg/l)

Tốt

>8.0

Hơi ô nhiễm

6.5 – 8.0

Ô nhiễm trung bình

4.5 – 6.5

Ô nhiễm nặng

4.0 – 4.5
25