Đặc điểm nguồn nước ngầm

Giếng nước là hình ảnh tiêu biểu của khai thác nước ngầm, đã gắn liền với nhiều thế hệ người dân Việt Nam. Tuy nhiên tùy theo kết cấu và tính chất thổ nhưỡng từng vùng mà có những người nước ngầm khác nhau, có nhiều nguồn nước ngầm đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt, tuy nhiên cũng có nhiều nơi nước ngầm không đạt tiêu chuẩn cần xử lý trước khi sử dụng.

1.1 Giới thiệu về nước ngầm

– Nước là vai trò và nhu cầu rất cần thiết trong đời sống con người và sinh vật, nó tham gia vào mọi hoạt động của quá trình tự nhiên và tác động đến mọi sự biến đổi của sinh vật trên trái đất, không có nước sẽ không có sự sống. Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về nước của con người cũng ngày càng tăng.

– Do đó nguồn nước sử dụng trong sinh hoạt của con người lại được phân chia ra nhiều loại khác nhau: nước cho nhu cầu ăn uống đòi hỏi phải có chất lượng cao, đảm bảo không gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người; các nguồn nước dùng cho tắm giặt, rửa có thể yêu cầu thấp hơn. Ngoài ra thì nước ta là một nước nông nghiệp nên nhu cầu nước dùng cho sản xuất nông nghiệp là rất lớn; bên cạnh đó nước còn sử dụng cho công nghiệp, giao thông vận tải và các hoạt động khác. Nước dùng để cấp cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất có chất lượng rất khác nhau bao gồm nước mặt và nước ngầm. Các nguồn nước này hầu như không đáp ứng được các yêu cầu chất lượng; do đó phải biết được thành phần tính chất của chúng để tiến hành xử lý nhằm đạt được các yêu cầu về chất lượng, đáp ứng mục đích sử dụng nước. Trong mục đích cấp nước cho sinh hoạt người ta thường sử dụng nguồn nước ngầm, do đó có rất nhiều công nghệ xử lý nước ngầm đã được áp dụng để đáp ứng nhu cầu cuộc sống của con người.

– Nước ngầm được con người khai thác và sử dụng từ hàng nghìn năm qua. Qua các thời đại, ở khắp mọi miền trên thế giới, loài người đã sang tạo ra nhiều phương pháp khác nhau để khai thác nước ngầm, dùng đến đủ mọi năng lượng (sức động vật, sức người, sức gió, sức nước, năng lượng mặt trời,…). Ngày nay, trên toàn thế giới khoảng60% nước ăn uống, 15% nước dùng trong gia đình và 20% nước tưới lấy từ các nguồn nước ngầm. Hầu hết các vùng khô cằn trên thế giới, nước ngầm là nguồn cung cấp nước chủ yếu. Ngoài ra nó còn cung cấp ít nhất 20% và nhiều khi hơn 30% tổng khối lượng nước sử dụng ở các nước công nghiệp. Hiện nay trên thế giới hàng năm người ta khai thác khoảng từ 600 – 700 tỷ m3 nước ngầm, nhiều hơn bất kỳ một nguồn tài nguyên nào khác được khai thác từ lồng đất. Còn ở Việt Nam nguồn nước ngầm tương đối phong phú, nhiều nơi có chất lượng nước tốt có thể khai thác lên sử dụng trực tiếp mà không cần phải qua xử lý.

1.2 Đặc điểm, thành phần và tính chất của nguồn nước ngầm

1.2.1 Đặc điểm nước ngầm ở Việt Nam

– Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt 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 từ nguồn nước mặt, nước mưa… Nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét đến 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, H2S,…vì thế nước ngầm cần phải được xử lý trước khi phân phối sử dụng.

1.2.2 Các đặc tính của nước ngầm

a. Nhiệt độ

Nhiệt độ của nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu. Nhiệt độ ảnh hưởng đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ. Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo môi trường. Nhiệt độ trong các nguồn nước mặt ở miền Nam tương đối ổn định (26 đến 29 oC )

b. Độ màu

Độ màu thường thì không có màu. Độ màu gây ra do chứa các chất của acid humic. Các hợp chất Sắt, Mangan không hòa tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn Humic gây màu vàng. Đơn vị đo độ màu thường dùng là platin – coban. Độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằngphương pháp lọc. Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước (do các chất hòa tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hóa lý kết hợp.

c. Độ đục

Thường thay đổi theo mùa. Đơn vị độ đục thường là mgSiO2/L, NTU, FTU.Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước.

d. Mùi vị

Mùi vị trong nước thường do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hay các sản phảm từ các quá trình phân hủy vật chất gây nên.
Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan, nước có thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng…

e. Độ nhớt

Độ nhớt là đại lượng biểu thị lực ma sát nội lực, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các chất lỏng với nhau. Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực. Vì thế nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước. Độ nhớt tăng khi hàm lượng các muối hòa tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ tăng.

f. Độ dẫn điện

Nước có độ dẫn điện kém. Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước và dao động theo nhiệt độ. Tính chất này thường được dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hòa tan trong nước.

1.2.3 Tính chất hóa học của nguồn nước

a. Độ pH

Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước.

Độ pH của nước có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khí hòa tan trong nước. Ở độ pH < 5, tùy thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nước có thể chứa Sắt, Mangan, Nhôm ở dạng hòa tan và một số loại khí như CO2, H2O tồn tại ở dạng tự do trong nước. Ngoài ra, khi tăng pH và có thêm tác nhân oxy hóa, các kim loại hòa tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tác khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc.

b. Độ kiềm

– Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion Bicacbonat, Hydroxyt và anion của các muối của các axit yếu. Do hàm lượng các muối này có trong nước rất nhỏ nên có thể bỏ qua.

– Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO2 tự do có trong nước.

– Độ kiềm Bicacbonat góp phần tạo nên tính đệm cho dung dịch nước. Nguồn nước có tính đệm cao, nếu trong quá trình xử lý có dùng thêm các hóa chất như phèn, thì độ pH của nước cũng ít thay đổi nên sẽ tiết kiệm được các hóa chất dùng để điều chỉnh pH.

c. Độ cứng

Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion Canxi và Magie có trong nước. Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng do Canxi và Magie phản ứng với các axit béo tạo thành các hợp chất khó tan. Trong sản xuất, nước cứng có thể tạo lớp cáu cặn trong các lò hơi hoặc gây kết tủa ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

d. Độ oxy hóa

Độ oxy hóa là một đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ ô nhiễm bẩn của nguồn nước. Đó là lượng oxy cần có để oxy hóa hết các hợp chất hữu cơ trong nước. Chất oxy hóa thường dùng để xác định chỉ tiêu này là kali permanganat (KMnO4).

e. Các hợp chất chứa nitơ

– Quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo ra amoniac, nitrit và nitrat. Do đó các hợp chất này thường được xem là những chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Khi mới bị nhiễm bẩn, ngoài các chỉ tiêu có giá trị cao như độ oxy hóa, amoniac, trong nước còn có một ít nitrit và nitrat. Sau một thời gian, amoniac, nitrit bị oxy hóa thành nitrat.

– Nồng độ nitrat cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho tảo, rong phát triển, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dùng sinh hoạt. Trẻ em uống nước có nồng độ nitrat cao có thể ảnh hưởng đến máu (chứng methaemoglo binaemia). Theo quy định của Tổ chức Y tế thế giới, nồng độ nitrat trong nước uống không được vượt quá 10 mg/l.

f. Các hợp chất photpho

Trong nước tự nhiên, thường gặp nhất là photphat. Đây là sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ. Nguồn photphat đưa vào môi trường nước là từ nước thải sinh hoạt, nước thải một số ngành công nghiệp và lượng phân bón dùng trên đồng ruộng. Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người, nhưng sự tồn tại của chất này với hàm lượng cao sẽ gây cản trở quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt chất của các bể lắng. Nồng độ photphat trong nguồn nước không ô nhiễm thường < 0,01mg/l.

g. Clorua

Clorua làm cho nước có vị mặn. Ion này thâm nhập vào nước qua sự hòa tan các muối khoáng hoặc bị ảnh hưởng từ quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nước ngầm hay ở đoạn sông gần biển. Việc dùng nước có hàm lượng Clorua cao có thể gây bệnh về thận. Ngoài ra, nước chứa nhiều Clorua có tính xâm thực đối với bê tông.

h. Sắt

Trong nước thiên nhiên, chủ yếu là nước ngầm, có thể chứa sắt với hàm lượng đến 40 mg/l hoặc cao hơn. Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước.

i. Mangan

Cũng như sắt, mangan thường có trong nước ngầm dưới dạng ion Mn2+, nhưng với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l. Tuy nhiên, với hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l sẽ gây nguy hại trong việc sử dụng, giống như trường hợp nước chứa sắt với hàm lượng cao.

j. Nhôm

Khi chứa nhiều nhôm hòa tan, nước thường có màu trong xanh và vị rất chua. Nhôm có độc tính đối với sức khỏe con người. Khi uống nước có hàm lượng nhôm cao có thể gây ra các bệnh về não như alzheimer.

1.2.4 Các chỉ tiêu vi sinh

– Trong nước thiên nhiên có rất nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các đơn bào, chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quanh hoặc sống và phát

triển trong nước. Trong đó có một số sinh vật gây bệnh cần phải được loại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng.

– Có thể sử dụng vài vi sinh chỉ thị ô nhiễm phân để đánh giá sự ô nhiễm từ rác, phân người và động vật:

✓ Nhóm coliform đặc trưng là Escherichia Coli (E.Coli)
✓ Nhóm Streptococci đặc trưng là Streptococcus Faecalis
✓ Nhóm Clostridia khử Sunfit đặc trưng là Clostridium Perfringents

1.3 Quy chuẩn nước cấp sau khi xử lý

Sau xử lý, nước cấp đạt quy chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước cấp.

QUY ĐỊNH VỀ KỸ THUẬT
Trích điều 4. Danh mục các thông số chất lượng nước sạch và ngưỡng giới hạn cho phép

TT	Tên thông số	Đơn vị tính	Ngưỡng giới hạn cho phép
Các thông số nhóm A
	Thông số vi sinh vật
1.	Coliform	CFU/100 mL	<3
2.	E.Coli hoặc Conform chịu nhiệt	CFU/100 mL	<1
	Thông số cảm quan và vô cơ
3.	Arsenic (As)(*)	mg/L	0.01
4.	Clo dư tự do(**)	mg/L	Trong khoảng 0,2 – 1,0
5.	Độ đục	NTU	2
6.	Màu sắc	TCU	15
7.	Mùi, vị	–	Không có mùi, vị lạ
8.	pH	–	Trong khoảng 6,0-8,5
Các thông số nhóm B
	Thông số vi sinh vật
9.	Tụ cầu vàng (Staphylococcus aureus)	CFU/ 100mL	<1
10.	Trực khuẩn mủ xanh (Ps. Aeruginosa)	CFU/ 100mL	<1
	Thông số vô cơ
11.	Amoni (NH3 và NH4+ tính theo N)	mg/L	0,3
12.	Antimon (Sb)	mg/L	0,02
13.	Bari (Bs)	mg/L	0,7
14	Bor tính chung cho cả Borat và axit Boric (B)	mg/L	0,3
15.	Cadmi (Cd)	mg/L	0,003

16.	Chì (Plumbum) (Pb)	mg/L	0,01
17.	Chì số pecmanganat	mg/L	2
18.	Chloride (Cl-)(***)	mg/L	250 (hoặc 300)
19.	Chromi (Cr)	mg/L	0,05
20.	Đồng (Cuprum) (Cu)	mg/L	1
21.	Độ cứng, tính theo CaCO3	mg/L	300
22.	Fluor (F)	mg/L	1,5
23.	Kẽm (Zincum) (Zn)	mg/L	2
24.	Mangan (Mn)	mg/L	0,1
25.	Natri (Na)	mg/L	200
26.	Nhôm (Aluminium) (Al)	mg/L	0.2
27.	Nickel (Ni)	mg/L	0,07
28.	Nitrat (NO3- tính theo N)	mg/L	2
29.	Nitrit (NO2- tính theo N)	mg/L	0,05
30.	Sắt (Ferrum) (Fe)	mg/L	0,3
31.	Seleni (Se)	mg/L	0,01
32.	Sunphat	mg/L	250
33.	Sunfua	mg/L	0,05
34.	Thủy ngân (Hydrargyrum) (Hg)	mg/L	0,001
35.	Tổng chất rắn hòa tan (TDS)	mg/L	1000
36.	Xyanua (CN)	mg/L	0,05

1.4 Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng nước ngầm làm nguồn

1.4.1 Ưu điểm

– Nước ngầm là nguồn tài nguyên ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu như hạn hán.

Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều, trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp.
Chủ động hơn trong vấn đề cấp nước cho các vùng hẻo lánh, thưa dân cư vì hiện nay nước ngầm có thể khai thác với nhiều công suất khác nhau.
Giá thành xử lí nước ngầm nhìn chung rẻ hơn so với nước mặt.

1.4.2 Nhược điểm

Một số nguồn nước ngầm ở tầng sâu trong lòng đất, được hình thành từ rất lâu về trước, và những tầng này không thể tái tạo hoặc khả năng tái tạo rất hạn chế. Do vậy trong tương lai cần tìm những nguồn nước khác để thay thế khi các tầng nước này bị cạn kiệt.
Việc khai thác nước ngầm với quy mô và nhịp điệu quá cao sẽ làm cho hàm lượng muối trong tăng lên từ đó dẫn đến việc chi phí cho việc xử lý nước ngầm trước khi đưa vào sử dụng cũng tăng theo.
Ngoài ra, việc khai thác nước ngầm với nhịp điệu cao còn làm cho mực nước ngầm hạ thấp xuống, làm cho nền đất bị võng xuống – một trong các nguyên nhân gây nên hiện tượng lún sụt đất.
Khai thác nước ngầm một cách bừa bãi cũng dễ dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngầm.

1.4.3 Nước ngầm nếu không xử lí sẽ có tác hại gì ?

– Theo nghiên cứu, nguồn nước ngầm thường chứa nồng độ các nguyên tố cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn, phải kể đến là Fe, Mn, H2S,… Vì vậy không thể sử dụng trực tiếp mà phải qua xử lí. Nước ngầm dưới mắt thường sẽ trong và sạch, tuy nhiên các hóa chất tự nhiên và do con người gây ra có thể làm ô nhiễm nguồn nước ngầm.

– Nguồn nước ngầm chưa qua xử lý sẽ không an toàn khi sử dụng. Bởi trong tự nhiên, nguồn nước ngầm còn thô sơ, chứa nhiều tạp chất và những chất không tốt cho cơ thể. Hiện nay, việc khai thác nước ngầm đang gia tăng dẫn đến nguy cơ ô nhiễm nước ngầm. Điều này có thể gây ra nhiều nguy cơ lớn cho sức khỏe. Khi sử dụng mà chưa qua xử lý thì sẽ gây ra các vấn đề như: dị ứng, mẩn ngứa, viêm da, rụng tóc, ngộ độc, ung thư, viêm gan và đường ruột,…

1.1 Giới thiệu về nước ngầm

1.2 Đặc điểm, thành phần và tính chất của nguồn nước ngầm