Nghiên cứu công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nước sinh hoạt phù hợp cho hộ gia đình tại thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị

PHẦN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nước là một nhu cầu không thể thiếu được trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cũng như trong quá trình sản xuất công nghiệp. Trong sinh hoạt, nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng như cứu hỏa, phun nước tưới cây, rửa đường.... Trong hoạt động sản xuất công nghiệp, nước cấp dùng cho quá trình làm lạnh, sản xuất các thực phẩm đồ hộp, nước giải khát, rượu, bia.... Xét trên phạm vi toàn cầu, tình trạng cung cấp nước sạch hiện nay là không đáp ứng: Cứ 5 người thì có một người thiếu nước uống, cứ 2 người thì có một người không được sử dụng nước sạch hợp vệ sinh và 5 triệu người chết hàng năm vì dùng nước bị ô nhiễm [5]. Tromg tương lai, tình trạng khan hiếm nước ngọt và vấn đề cung cấp nước sạch cho người dân càng khó khăn hơn do sự biến đổi về khí hậu, xuất hiện nhiều vùng thiếu nước do khô cằn, hạn hán. Sự gia tăng dân số làm cho nhu cầu dùng nước tăng cao. Ngân hàng thế giới (WB) ước tính nhu cầu về nước trên thế giới vào năm 2030 sẽ tăng 50% so với mốc thời gian là năm 2009, chủ yếu do tăng dân số và tăng nhu cầu đa dạng về thực phẩm. Do đó việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm để cung cấp nước sạch phục vụ đời sống cộng đồng dân cư là mối quan tâm của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức xã hội và chính bản thân mỗi cộng đồng dân cư. Việt Nam là một nước mà phần lớn dân cư sống ở vùng nông thôn đang trong tình trạng thiếu nước sạch. Thực tế hiện nay cho thấy: Chỉ có 60% hộ dân ở nông thôn được sử dụng nước sạch, còn lại 40% trong số 80% dân số chưa được sử dụng nước sạch. Nước sử dụng cho sinh hoạt là 70% nước mặt và 30% nước ngầm, nhưng nước ngầm và nước mặt trên lãnh thổ nước ta do phân bố không đồng đều, phụ thuộc vào lượng mưa hàng tháng nên đa phần khu vực miền núi, miền Trung rất thiếu nước, đặc biệt là vào mùa khô. Người dân thuộc các tỉnh vùng núi phía Bắc như Bắc Kạn, Lào Cai, Hà Giang và vùng Tây Nguyên, Bình Thuận, Ninh Thuận, số người nông dân tiếp xúc với nguồn nước sạch chỉ trên 28% và thường xuyên phải chịu khát ít nhất 1
2 tháng trong mùa khô. Dân cư của các huyện Quảng Ninh, Bố Trạch (Quảng Bình), thị trấn Đông Hà (Quảng Trị),... thường phải sống và trăn trở với nạn hạn hán và thiếu nước sinh hoạt. Các vùng hạn nặng, như Tây Gio Linh, Vĩnh Linh, Triệu Phong (Quảng Trị) nhiều làng dân không có nước sinh hoạt phải chở nước xa 5
7km về. Tại các huyện Bình Sơn, Mộ Đức, Đức Phổ (Quảng Ngãi), trong mùa khô hạn các con sông lớn như Trà Khúc, Sông Vệ cũng bị khô cạn. Một số vùng phải đào lòng sông sâu xuống để lấy nước. Do đó nhiệm vụ xử lý và cung cấp nước sạch là một vấn đề xã hội nỗi bật đang được quan tâm đặc biệt bởi nhiều nhà khoa học và nhà quản lý nước ta. Sự gia tăng dân số dẫn đến nhu cầu dùng nước của người dân tăng cao, trong khi nguồn nước từ giếng khoan, giếng đào ngày càng không đáp ứng về cả số lượng và chất lượng. Mặt khác, tình trạng nguồn nước mặt bị ô nhiễm ở vùng nông thôn phổ biến làm cho nước sạch trở nên khan hiếm nhưng các hệ thống xử lý và cung cấp nước lớn chưa được lắp đặt nhiều nơi, nên cần phải nghiên cứu một quy trình công nghệ và thiết bị xử lý nước sông phục vụ sinh hoạt hộ gia đình phù hợp. Chính vì vậy tôi quyết định chọn đề tài: “ Nghiên cứu công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nước sinh hoạt phù hợp cho hộ gia đình tại thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị.” Hiện nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật việc nghiên cứu các công nghệ và thiết bị mới phục vụ cho việc xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm, nước biển cấp cho sinh hoạt như công nghệ lọc màng (RO), thiết bị lọc nước bằng năng lương mặt trời, thiết bị lọc trọng lực tự động...Tuy nhiên, việc áp dụng các công nghệ này tốn nhiều kinh phí, vận hành, lắp đặt khó khăn. Đối với một nước đang phát triển như Việt Nam thì công nghệ mới chưa được phổ biến ra diện rộng, nhất là các vùng nông thôn, các vùng núi, vùng sâu, vùng xa. Việc nghiên cứu công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nước sinh hoạt phù hợp cho hộ gia đình có ý nghĩa to lớn về mặt thực tiễn, công nghệ và thiết bị có thể áp dụng lắp đặt ở quy mô nhỏ và trung bình nhằm giải quyết vấn đề thiếu nước sạch cho bà con ở vùng nông thôn, vùng núi nơi có nguồn nước bị ô nhiễm. Song song với việc nghiên cứu quy trình công nghệ và thiết bị xử lý nguồn nước bị ô nhiễm thì việc quy hoạch, quản lý và bảo vệ nguồn tài nguyên nước cũng hết sức quan trọng, từ đó nâng cao ý thức người dân trong việc bảo vệ nguồn nước đầu nguồn. Nhiệm vụ của đề tài chỉ tập trung nghiên cứu quy trình công nghệ xử lý nước sinh hoạt phù hợp cho hộ gia đình, tính toán hệ thống các thiết bị trong quy trình xử lý, tìm hiểu các ưu điểm và những tồn tại thiếu sót trong công nghệ và thiết bị đó. PHẦN 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1. Tình hình nghiên cứu 2.1.1 Tình hình nghiên cứu quy trình công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nguồn nước bị ô nhiễm phục vụ sinh hoạt trên thế giới Sự cạn kiệt nhanh chóng nguồn nước ngọt trên hành tinh bắt nguồn từ sự tăng dân số, biến đổi khí hậu..., nước biển ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước uống. Công nghệ ngọt hóa nước biển đang được ứng dụng phổ biến ở nhiều quốc gia. Hiện nay, ước tính toàn cầu có hơn 12000 nhà máy xử lý nước biển và nước lợ ở 140 quốc gia, với công suất lên tới 40 triệu m3 trên ngày. Trong đó xử lý nước biển chiếm 57,4%, công suất khử mặn trên thế giới đạt gần 9,6 tỷ m3, trong đó các nước thuộc hội đồng hợp tác vùng vịnh như Ả Rập, Cô Oét, tiểu Vương quốc Ả Rập thống nhất, Bahrain, Quatar, Oman chiếm 47% tổng công suất. Thẩm thấu ngược(RO) là quá trình được áp dụng rộng rãi để xử lý nước biển thành nước ngọt dùng cho mục đích sinh hoạt. Đây là quá trình ngược với quá trình thẩm thấu tự nhiên. Với công nghệ RO, để xử lý nước biển có nồng độ muối 35000 mg/l thành nước đạt yêu cầu dùng cho sinh hoạt thì cần cung cấp áp lực tổng cộng là 60
100 atm, ngoài ra công nghệ lọc RO có chi phí đầu tư, vận hành, quản lý cao. Phương pháp RO đầu tiên được ứng dụng ở Mỹ để sản xuất nước tinh khiết. Các thử nghiệm cho thấy các màng lọc RO có thể khử bỏ tới 99% tất cả các chất tan, vi trùng, vi rút nhưng làm cho nồng độ các chất dinh dưỡng trong nước giảm xuống mức thấp hơn các tiêu chuẩn kỹ thuật, nên sản phẩm nước đã qua xử lý RO thì cần bổ sung thêm các chất dinh dưỡng. Hiện nay, có 6 quốc gia đã xây dựng được 36 nhà máy lớn để khử mặn nước biển và nước lợ; 21 nhà máy nằm trên bờ biển Đỏ và 15 trên vùng vịnh. Năm 2005, Singapore đã khành thành nhà máy lọc nước biển thành nước sinh hoạt, có thể cung cấp 10% nước cho nhu cầu hàng ngày của người dân (tương đương với 136000 m3/ngày) [12]. Ngoài ra, phương pháp chưng cất hiện nay được sử dụng để sản xuất trên 85% tổng nước được khử mặn trên thế giới. Việc ứng dụng năng lượng mặt trời để chưng cất nước với quy mô hộ gia đình cũng đã phổ biến. Tuy nhiên công nghệ này còn phụ thuộc quá nhiều vào điều kiện thời tiết và năng suất thấp, thiết bị sử dụng cồng kềnh nên khả năng lắp đặt chưa được rộng rãi trên toàn quốc. 2.1.2. Tình hình nghiên cứu quy trình công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nguồn nước bị ô nhiễm phục vụ sinh hoạt ở Việt Nam: 2.1.2.1. Hiện trạng tài nguyên nước ở Việt Nam: Tổng lượng nước mặt bình quân ở Việt Nam khoảng 830 tỉ m3. Gần 57% lượng dòng chảy này là ở lưu vực sông Cửu Long, hơn 16% là ở lưu vực sông Hồng – Thái Bình, và hơn 14% là ở lưu vực sông Đồng Nai. Hơn 60% nguồn nước mặt của Việt Nam được sản sinh ở nước ngoài, chỉ có bình quân 309 tỉ m3 mỗi năm được sản sinh trên lãnh thổ Việt Nam. Tuy nhiên, nguồn nước mặt ở Việt Nam phân bố không đồng đều, không chỉ về mặt không gian mà còn thay đổi theo thời gian. Ở miền Bắc, mùa khô bắt đầu từ tháng 10, tháng 11; ở miền Trung và miền Nam mùa khô bắt đầu từ tháng 1. Mùa khô thường kéo dài từ 6 đến 9 tháng, các lưu vực sông ở miền Trung có mùa khô dài nhất. Lưu lượng nước tự nhiên trong mùa khô chiếm 20
30% tổng lưu lượng cả năm. Tổng dung tích trữ hữu ích của các hồ chứa ở Việt Nam là khoảng 37000 triệu m3 . Mùa khô kéo dài làm cho mức nước tại các lưu vực sông giảm xuống, việc khai thác nước vào mùa khô làm cạn nước trong sông. Điển hình là ở lưu vực sông Hồng gần 82% tổng lượng nước trên toàn quốc được sử dụng cho tưới, 11% cho nuôi trồng thủy sản, 5% cho công nghiệp và 3% cho đô thị. Hiện nay, nước mặt ở tất cả các sông không thỏa mãn tiêu chuẩn nước ăn uống vì bị ô nhiễm hữu cơ. Hàm lượng bình quân của BOD5 vượt quá tiêu chuẩn loại A ở hầu hết các sông, lớn hơn 1,2 đến 2 lần so với tiêu chuẩn, tiêu biểu là các sông như sông Trà Khúc, sông Gianh, sông Đồng Nai, sông Hồng – Thái Bình và sông Cửu Long (gấp 2 đến 3 lần tiêu chuẩn. Các lưu vực của sông Nhuệ - Đáy, sông Sài Gòn chảy qua khu vực khu dân cư có hàm lương BOD5 gấp 12,5 lần tiêu chuẩn loại A. Sự suy giảm về số lượng và chất lượng nguồn nước mặt trên lãnh thổ Việt Nam đang ở mức báo động, trong khi lượng nước sử dụng mỗi năm là 80,6 tỉ m3. Đến năm 2020 con số này sẽ tăng lên khoảng 120 tỉ m3, với mức tăng là 48%. Do đó nếu công tác quy hoạch khai thác, quản lý nguồn nước mặt không tốt thì trong tương lai Việt Nam sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước hết sức nghiêm trọng.[14] Tổng trữ lượng nước dưới đất ở Việt Nam ước tính khoảng 63000 triệu m3, có khoảng 55
60% dân số Việt Nam dùng nước ngầm cho sinh hoạt; 60% dân số ở nông thôn sử dụng nguồn nước dưới đất khai thác từ các giếng khoan, giếng đào. Ước tính, mức độ khai thác nước dưới đất ở đồng bằng Bắc bộ, đồng bằng sông Cửu Long, khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên vào khoảng 20
30% trữ lượng tiềm năng của từng vùng... Trong các đô thị như Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh, Cà Mau...chỉ số khai thác còn cao hơn nhiều so với mức trên. Nước ngầm bị khai thác quá mức gây ra tình trạng nước ngầm bị suy giảm liên tục (0,2
0,6 m/năm) và chưa có dấu hiệu phục hồi. Chất lượng nước ngầm cũng bị suy giảm, nhất là mức độ ô nhiễm các hợp chất hữu cơ, hiện tượng sụt, lún đất cũng đã xuất hiện ở nhiều nơi và đang có chiều hướng gia tăng.[9] Việt Nam đang đối mặt với những thách thức lớn về ô nhiễm nước ngầm tầng nông do cơ sở công nghiệp, do sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu trong nông nghiệp, hoạt động khai thác thủy sản, hoạt động khai mỏ và thải chất thải. Khi nước ngầm bị ô nhiễm thì khó làm sạch và chi phí sẽ rất cao, do đó nếu không tránh được ô nhiễm hoặc không khắc phục được ô nhiễm không chỉ gây ra mối đe dọa lớn cho sức khỏe cộng đồng mà cho cả các hoạt động và ngành công nghiệp. 2.1.2.2. Tình hình nghiên cứu quy trình công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nguồn nước bị ô nhiễm phục vụ sinh hoạt ở Việt Nam Biến đổi khí hậu sẽ mang lại nhiều thiên tai rủi ro cho Việt Nam. Mực nước biển dâng cao là yếu tố liên quan trực tiếp đến vấn đề nước sạch và môi trường trong nông nghiệp và nông thôn ở nước ta, làm tăng rủi ro lũ lụt cho các vùng đất trũng ven biển, ảnh hưởng đến cuộc sống của nhân dân và hệ sinh thái ven biển. Theo báo cáo của ngân hàng thế giới (WB) và Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), mực nước biển dâng cao 1m sẽ có khả năng gây ra “khủng hoảng sinh thái”, ảnh hưởng đến 12% diện tích và 11% dân số Việt Nam. Từ nhũng yếu tố trên cho thấy sự cần thiết phải tìm một nguồn tài nguyên nước ổn định để cấp nước cho nhân dân vùng ven biển và hải đảo. Nguồn tài nguyên ổn định và phong phú nhất là nước biển. Tìm kiếm công nghệ và triển khai lắp đặt các công trình, thiết bị xử lý nước biển và nước lợ để cung cấp nước cho cụm dân cư, đô thị ven biển và hải đảo là nhiệm vụ cấp bách và cần thiết Tại Việt Nam, các công trình nghiên cứu về khử mặn nước biển đã bắt đầu từ cuối những năm 1990. Công nghệ cất nước biển bằng năng lượng mặt trời được Viện hóa học (Viện khoa học và công nghệ Việt Nam) nghiên cứu ứng dụng, với giá thành khoảng 1 triệu đồng trên 1m3 công suất. Hiện công nghệ đang được lắp đặt thử nghiệm tại Bến Tre và Thừa Thiên Huế. Một hệ thống được lắp đặt tại ngư trường Bình Đại đã cung cấp từ 120
150 lít nước sạch mỗi ngày cho một đội công nhân gồm 8 người. Năm 2005, Viện Khoa học Công nghệ nhiệt lạnh (trường Đai học Bách khoa Hà Nội) vừa nghiên cứu thành công quy trình chưng cất nước biển bằng năng lượng mặt trời. Theo hình thức bay hơi cưỡng bức mỗi m2 vật liệu hấp thụ nhiệt của nhà máy có thể tạo ra được 15
20 lít nước ngọt trên ngày. Năm 2003, Trung tâm tư vấn và chuyển giao công nghệ nước sạch và môi trường nghiên cứu thiết kế và lắp đặt tại đảo Bạch Long Vĩ. Dây chuyền gồm 5 thiết bị xử lý nước biển qua 5 công đoạn khác nhau, trong đó thiết bị cuối cùng sử dụng màng lọc RO có kết cấu đặc biệt. Năm 2008,Viện Khoa học vật liệu ứng dụng thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã bàn giao và đưa vào vận hành thiết bị xử lý nước biển thành nước ngọt đáp ứng tiêu chuẩn Bộ Y tế về nước sinh hoạt với công suất 300 lít nước ngọt/h cho ngư dân Đà Nẵng. Thiết bị làm việc dựa trên nguyên lý RO với màng lọc của Mỹ. Các nghiên cứu ứng dụng màng lọc để xử lý nước biển thành nước sinh hoạt đang ở mức thử nghiệm và với quy mô nhỏ, các thiết bị chưng cất cồng kềnh khó lắp đặt và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, phương pháp RO tốn kém về năng lượng và tuổi thọ màng không cao. Màng NF (nanofilter) là loại màng có kích thước lỗ nhỏ khoảng 10 A
thích hợp cho quá trình làm mềm nước, loại bỏ một số chất hữu cơ hòa tan, áp suất động lực lớn hơn màng thẩm thấu ngược. Các phương pháp lọc màng sẽ giữ lại các chất trong nước ô nhiễm tự nhiên, màng NF sẽ giữ lại được các phần tử kích thước nhỏ như các chất hữu cơ hòa tan, các ion natri, chì, sắt, niken, thủy ngân(II), các vi khuẩn gây bệnh...và cho các ion I đi qua. Xử lý nước biển bằng phương pháp NF để được nước ăn uống theo QCVN 01:2009/BYT có chi phí đầu tư và vận hành thấp hơn so với phương pháp màng RO. Trong công nghệ ngọt hóa nước biển cấp cho sinh hoạt, trước tiên màng NF được nghiên cứu áp dụng để xử lý sơ bộ nhằm giảm độ mặn sau đó xử lý bằng công nghệ RO.[12] Năm 2007, công ty chế tạo thiết bị xử lý nước PECOM Việt Nam đã chế tạo và lắp đặt thành công thiết bị lọc trọng lực tự động với vật liệu chuyên dụng sử dụng trong quá trình xử lý nước. Quá trình rửa ngược hoàn nguyên vật liệu lọc hoàn toàn tự động dựa trên nguyên lý thủy lực. Công nghệ lọc trọng lực được ứng dụng trong quá trình xử lý nguồn nước mặt và trong xử lý nguồn nước ngầm. Công nghệ xử lý có thể thay đổi tùy thuộc vào đặc điểm, tính chất nguồn nước. Thiết bị có nhiều ưu điểm như chi phí vận hành thấp, tốn ít năng lượng điện, quá trình rửa ngược xảy ra hoàn toàn tự động theo nguyên lý thủy lực không cần bơm rửa ngược, khí nén. Thiết bị lọc trọng lực tự động được triển khai ở nhiều nhà máy nước như: Công ty kinh doanh nước sạch Hải Phòng, nhà máy xử lý nước như Hợp Thành, Nghĩa Đồng – Tân Kỳ (Nghệ An)...[10] Ngày 25 tháng 8 năm 2000, Thủ tướng Chính phủ đã ra quyết định số 104/2000/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược Quốc gia về Cấp nước và Vệ sinh nông thôn đến năm 2020. Chiến lược quốc gia sẽ góp phần thực hiện Chiến lược Phát triển nông nghiệp - Nông thôn trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Mục đích tổng thể: - Tăng cường sức khoẻ cho dân cư nông thôn bằng cách giảm thiểu các bệnh có liên quan đến nước và vệ sinh nhờ cải thiện việc cấp nước sạch, nhà vệ sinh và nâng cao thực hành vệ sinh dân chúng. - Nâng cao điều kiện sống cho người dân nông thôn thông qua việc xây dựng và sử dụng các công trình cấp nước và vệ sinh hiện nay, làm giảm bớt sự cách biệt giữa đô thị và nông thôn, góp phần thúc đẩy công nghiệp hoá hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn. - Giảm tình trạng ô nhiễm do phân người và gia súc chưa được xử lý, làm ô nhiễm môi trường, cũng như giảm ô nhiễm hữu cơ các nguồn nước. Đến năm 2020: Tất cả dân cư nông thôn sử dụng nước sạch đạt tiêu chuẩn quốc gia với số lượng tối thiểu 60 lít/người/ngày và sử dụng hố xí hợp vệ sinh nhờ huy động cộng đồng tham gia mạnh mẽ và áp dụng cách tiếp cận dựa theo nhu cầu. Đến năm 2010: 85% dân cư nông thôn sử dụng nước hợp vệ sinh với số lượng 60lít/người/ngày. Để đáp ứng nhu cầu dùng nước và góp phần thực hiện các chiến lược trên, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vào việc xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm để cấp nước sinh hoạt cho nhân dân đang và sẽ còn tiếp tục với quy mô và chất lượng ngày càng cao hơn. Trong tương lai, tình trạng thiếu nước sạch sẽ diễn ra hết sức gay gắt tại một số nơi trong cả nước, do đó mà nhiệm vụ xử lý và cấp nước cho nhân dân ngày càng trở nên cấp bách hơn. 2.1.3. Tình hình nghiên cứu quy trình công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nguồn nước bị ô nhiễm phục vụ sinh hoạt trên địa bàn thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị: 2.1.3.1. Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế xã hội của thị trấn Bến Quan: Thị trấn Bến Quan thuộc huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị nằm ở vị trí 17,1o vĩ bắc, cách đường quốc lộ 1A 17 km về phía Tây huyện Vĩnh Linh dọc tuyến đường Hồ Chí Minh lịch sử. Phía Tây giáp 2 xã Vĩnh Hà, Vĩnh Ô; phía Nam giáp huyện Gio Linh; phía Bắc giáp tỉnh Quảng Bình và phía Đông giáp thị trấn Hồ Xá. Với vị trí địa lý như vậy, thị trấn Bến Quan có điều kiện khí hậu 4 mùa rõ rệt. Mùa hạ kéo dài từ tháng 4 đến tháng 7, số giờ nắng nhiều cộng với gió Tây Nam mang theo hơi nóng, oi bức vào làm cho đất đai khô cằn, nứt nẻ nặng ở nhiều vùng. Nắng nóng kéo dài trang thời gian dài là cho mực nước trong các sông ngòi, ao hồ trên thị trận giảm xuống nhanh, có nơi khô kiệt. Mùa mưa kéo dài từ tháng 10 đến tháng 12, lượng mưa tương đối nhiều. Nhiều năm có hiện tượng lũ lụt và làm cho các sông bị sụt lún nghiêm trọng. Diện tích đất của thị trấn là 421,58 ha với 996 hộ dân sinh sống. Đất đai chủ yếu là đất đá, sỏi phù hợp trồng các loại cây công nghiệp như cao su, hồ tiêu, cây lâm nghiệp như tràm, gió bầu...Dân cư vùng thị trấn sinh sống chủ yếu bằng nghề khai thác mủ từ cây cao su, đời sồng tương đối ổn định. Từ khi thành lập thị trấn đến nay đã được 17 năm, sự phát triển cơ sở hạ tầng còn thấp. Các nhà máy, công xưởng sản xuất rất ít và chưa được quan tâm xây dựng. 2.1.3.2. Tình hình xử lý nguồn nước bị ô nhiễm tại thị trấn Bến Quan: Nguồn nước mặt tại thị trấn có trữ lượng tương đối dồi dào, đặc biệt là lượng nước trên sông Sa Lung chảy qua địa phận thị trấn là nguồn tài nguyên nước mặt phục vụ cho công trình khai thác nước cấp sinh hoạt dân cư trong vùng. Ngoài ra, trong vùng còn có hệ thống hồ lớn, nhỏ với lượng nước tương đối nhiều.. Trước đây, người dân ở đây chủ yếu sử dụng nước ngầm ở tầng mạch nông để uống dưới dạng nước giếng đào, giếng khoan. Khi sử dụng loại nước giếng, về mùa mưa nước giếng thường có hiện tượng đục, do đó bà con dùng cát, tro, trấu để lọc trong nước trước khi sử dụng cách này phổ biến trong từng hộ gia đình với quy mô nhỏ. Về mùa hè, nước giếng thường có hiện tượng cạn khô, dân cư không đủ nước để ăn uống sinh hoạt, một số nơi bà con tắm giặt trên sông vừa không hợp vệ sinh lại làm cho nước sông bị nhiễm bẩn. Hiện nay, do tình hình dân số tăng, sự biến đổi khí hậu...nước giếng ngày càng không đáp ứng về cả số lượng và chất lượng. Công trình xử lý nguồn nước sông bị ô nhiễm phục vụ sinh hoạt trên địa bàn thị trấn được xây dựng và đưa vào hoạt động từ năm 2007, với nhiệm vụ là cung cấp đầy đủ nguồn nước sạch cho cư dân trong vùng phục vụ ăn uống, sinh hoạt. Trạm xử lý và cấp nước mới được xây dựng, số hộ sử dụng nước còn ít nên công suất còn nhỏ, trong tương lai trạm xử lý nâng cấp để phục vụ nước sinh hoạt cho dân cư vùng thị trấn Hồ Xá và khu vực Vĩnh Hà, Vĩnh Ô. 2.1.4 Các công trình liên quan đến đề tài đã được nghiên cứu và công bố: Các công trình lắp đặt hệ thống thiết bị xử lý và cấp nước sinh hoạt cho dân cư đã được nghiên cứu và ứng dụng từ rất sớm nhất là tại các thành phố lớn như Hà Nội, Tp. Hồ Chí Minh... Càng ngày các công nghệ và thiết bị đó càng trở nên hoàn thiện hơn và nhiều công trình nghiên cứu mới đã ra đời và góp phần to lớn vào trong cuộc sống. Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển đất nước, đi đôi với việc quy hoạch quản lý tài nguyên nước thì việc nghiên cứu áp dụng các công nghệ mới nhằm mục đích xử lý những nguồn nước bị ô nhiễm, nước mặn... thành nước ngọt phục vụ sinh hoạt đóng vai trò hết sức quan trọng. Các công trình nghiên cứu đem lại nhiều kết quả tốt như: *) Nghiên cứu ứng dụng công nghệ màng thẩm thấu ngược trong quá trình khử mặn phục vụ cấp nước cho sinh hoạt vùng duyên hải và hải đảo: Kết quả nghiên cứu đánh giá mức độ tập trung của hiệu quả khử muối đưa ra sự so sánh các thông số: TDS (Tổng chất rắn hòa tan) và độ muối của nước sau xử lý từ nước đầu vào có hàm lượng muối 2% với TCVN ( Bộ y tế, 2005). Như vậy nước đầu vào có nồng độ muối 2% được loại bỏ bằng màng thẩm thấu ngược RO đã đạt được yêu cầu chỉ tiêu nước sinh hoạt. Nước sau xử lý có TDS nhỏ hơn khoảng 4,5 và độ muối thấp hơn 10 lần so với tiêu chuẩn nước sinh hoạt. Nước nguồn vào có nồng độ muối 2% là cao nhất của vùng nước lợ, một lần nữa khẳng định màng RO hoàn toàn có thể dùng khử muối nước biển và nước lợ cấp cho sinh hoạt.[11] *) Nghiên cứu tách loại As trong nước bằng Zeolit NaX tổng hợp từ cao lanh Phú Thọ: Kết quả nghiên cứu cho thấy: Vật liệu Zeolit NaX tổng hợp từ cao lanh Phú Thọ có thể được sử dụng để tách As trong các nguồn nước ô nhiễm. Khi trao đổi Zeolit NaX một phần với ion Fe3+ tạo ra vật liệu Zeolit NaFe có khả năng xử lý As cao hơn nhờ cơ chế hấp phụ - trao đổi ion của zeolit và cơ chế lắng do sự cộng kết của Fe với As tạo hợp chất không tan; Để xử lý 1m3 H2O chứa 0,5 mg/l As tại pH=7, nhiệt độ là 25oC, thời gian 15 phút có thể chỉ cần 100 gam zeolit NaXFe hoặc 70 gam vật liệu này khi trong dung dịch này xử lý có mặt chất oxy hóa.[8] *) Nghiên cứu xử lý nito amon trong nước ngầm bằng phương pháp sinh học ngập nước: Đề tài do trung tâm Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững, Trường ĐHKHTN-Đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện. Kết quả nghiên cứu được công bố cho thấy với lưu lượng nhỏ hơn 4 m3/h, hệ đạt năng suất xử lý 390 g N-NH4+/m3.ngđ, nồng độ NH4+ sau xử lý đạt tiêu chuẩn là thấp hơn 0,5 mg/l.[15] Nghiên cứu ứng dụng vật liệu sợi tổng hợp acryl nhằm xử lý sinh học nito amon trong nước ngầm: Đây là đề tài nghiên cứu hợp tác quốc tế giữa Trung Tâm Kỹ Thuật Môi Trường đô thị - khu công nghiệp, Đại học Xây dựng và phòng thí nghiệm nước, Đại học Kamamoto, Nhật Bản. Kết quả từ nghiên cứu cho thấy vật liệu sợi tổng hợp acryl có khả năng lưu giữ bùn cao đảm bảo duy trì được nồng độ bùn thích ứng cho quá trình xử lý sinh học nito amon, hệ thồng vận hành đơn giản, hiệu quả xử lý cao và ổn định. Hệ thống có khả năng xử lý đạt công suất 750 g N-NH4+/m3.ngđ.[15] *) Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật để tái sử dụng nước thải sinh hoạt ngay tại nguồn: Kết quả nghiên cứu cho thấy nước thải sau khi được xử lý ở công đoạn 2 được phân tích tại phòng thí nghiệm, đồng thời kết quả này đem so sánh với tiêu chuẩn đối với nước tái sử dụng ở đô thị của Israel thể hiện ở bảng 2.1 Công nghệ này hoàn toàn có thể đáp ứng những yêu cầu cả về chất lượng lẫn số lượng phục vụ nhu cầu tái sử dụng cho các mục đích khác nhau tại nước ta nói chung và các vùng khan hiếm nước ngọt hay những nhà máy sử dụng nước lớn.[13] Bảng 2.1. Nước sinh hoạt sau xử lý công đoạn 2 so sánh với tiêu chuẩn nước sinh hoạt của Israel và của bộ Y tế. Thông số  Đơn vị  Kết quả phân tích  Tiêu chuẩn Israel  Tiêu chuẩn bộ y tế     Lần 1  Lần 2  Lần 3  Lần 4     pH  -  6.6  6.7  6.74  6.59  6.5
8.5  6.5
8.5   DO  NTU  6  6  -  -  >5  -   Độ đục  mg/l  5  5  -  -  5  -   BOD5  mg/l  2  1  2  0  <5  -   COD  mg/l  5  4  7  2  <10  -   TDS  mg/l  1000  1000  -  -  1000  1000   N-NH4+  mg/l  0.04  0.05  0.04  KPH  <3  1.5   N-NO2  mg/l  KPH  KPH  KPH  KPH  <1  3   N-NO3  mg/l  3.14  3.52  0.34  0.19  <10  50   Clorua  mg/l  200  200  -  -  250  250   Tổng coliforms  MPN/100ml  2  1  2  0  2  0   As  mg/l  KPH  KPH  -  -  0.01  0.01   Cr  mg/l  KPH  KPH   -  0.05  0.05   Cu  mg/l  0.1  0.1  -  -  1.0  2   Zn  mg/l  0.1  0.2  -  -  3.0  0.01   Mn  mg/l  KPH  KPH  -  -  0.5  0.5   Al  mg/l  KPH  KPH  -  -  0.5  0.2   Fe  mg/l  0.1  0.2  -  -  0.5  0.5   Hg  mg/l  KPH  KPH  -  -  0.001  0.001   Ghi chú: - KPH: không phát hiện được; - Dấu (-): không phân tích 2.2. Các ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nguồn nước bị ô nhiễm phục vụ sinh hoạt trên địa bàn thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị Việc sử dụng công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nguồn nước sông bị ô nhiễm phục vụ sinh hoạt trên địa bàm thị trấn Bến Quan có nhiều ưu điểm như: Cung cấp đủ và đảm bảo chất lượng lượng nước sinh hoạt cho bà con trong thị trấn; Hệ thống dây chuyền công nghệ và thiết bị đơn giản, dễ vận hành, sửa chữa và quản lý. Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số nhược điểm sau: Các thao tác vệ sinh,bảo dưỡng thiết bị chủ yếu bằng thủ công nên mất nhiều sức lao động; Nhu cầu dùng nước của công đồng dân cư trên địa bàn thị trấn còn ít nên công suất trạm bơm nhỏ việc xử lý nước đành phải gián đoạn 2 ngày thì trạm tiến hành bơm và xử lý một lần. Trong công nghệ xử lý nước, chất lượng nước chưa được tiến hành kiểm tra thường xuyên do không có phòng hóa nghiệm tại chỗ. Trong nhiều chỉ tiêu liên quan đến chất lượng nước thì chỉ kiểm tra được hai thông số là độ pH và nồng độ Clo trong nước. Khu pha hóa chất chưa được trang bị các bộ phận thông gió, chiếu sáng. Rất nguy hiểm khi người công nhân vận hành. Đồng thời, khi định lượng hóa chất bằng Clo người công nhân không mang khẩu trang phòng độc. Điều này ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe. PHẦN 3 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nước sinh hoạt phù hợp với quy mô hộ gia đình tại thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị. 3.2. Đối tượng nghiên cứu Nguồn nước mặt ( nước sông) bị ô nhiễm ở thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị. Công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt cho quy mô hộ gia đình tại xí nghiệp cấp nước Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị. 3.3. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nước sinh hoạt phù hợp với quy mô hộ gia đình tại thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị. Thời gian: Từ ngày 06/01 đến ngày 09/05/2010 Địa điểm nghiên cứu: Xí nghiệp cấp nước sinh hoạt thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị. 3.4. Phương pháp nghiên cứu 3.4.1 Phương pháp tiếp cận thông tin trực tiếp và gián tiếp Thu thập thông tin, tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu. Thu thập số liệu từ mạng internet, từ sách xuất bản, từ báo, tạp chí và một số tài liệu khác. Các số liệu được thu thập trên các tại liệu chính thống có cơ sở khoa học và được lựa chọn để kiểm tra. 3.4.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Tính toán các thiết bị keo tụ - tạo bông, thiết bị lắng, thiết bị lọc 3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu thống kê PHẦN 4 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1. Tình trạng các nguồn nước sông, giếng khoan, giếng đào ở thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị. 4.1.1. Tình trạng nguồn nước sông Sông Sa Lung chảy qua địa phận thị trấn Bến Quan có lượng nước dồi dào, Ngoài ra, còn có một số ao, hồ cung cấp một lượng nước lớn cho sản xuất nông nghiệp trong vùng. Chất lượng nước sông trước đây tương đối tốt, hàm lượng các chất rắn lơ lửng trong nước nhỏ, hàm lượng rong, tảo trong nước ít nên độ màu thấp, nước có độ đục thấp... Tuy nhiên, trong những năm gần đây tình trạng gia tăng dân số quá nhanh, chặt phá rừng đầu nguồn, khai thác vàng bừa bãi làm cho chất lượng nước sông xấu đi nhiều. Nước có độ đục cao nhất là vào mùa mưa, lũ lụt dâng cao gây xói mòn, sụt lún hai bên bờ sông. Mùa hè, mực nước trong sông giảm đi nhiều. Chất lượng nước sông còn chịu ảnh hưởng của sản xuất công nghiệp địa phương, lượng nước thải từ xưởng chế biến mủ cao su thải vào nước sông làm cho nước sông có mùi hôi thối khó chịu. Tình trạng chất lượng nước sông bị ô nhiễm do hàm lượng cặn gia tăng, độ màu, mùi vị biến đổi theo chiều hướng xấu, nên muốn sử dụng nguồn nước sông cấp cho sinh hoạt thì phải dùng công nghệ xử lý để làm sạch nước. 4.1.2. Tình trạng nguồn nước trong giếng khoan, giếng đào Do cấu tạo địa hình đất đai vùng đồi núi, nên muốn khai thác nguồn nước ngầm ở tầng nông phục vụ sinh hoạt người ta phải đào hay khoan giếng ở độ sâu lớn và khó khăn. Thị trấn Bến Quan có 996 hộ dân, trong số đó có 100 hộ sử dụng giếng khoan, còn lại là sử dụng giếng đào để lấy nước sinh hoạt. Chất lượng nước giếng ở đây cũng tương đối tốt. Độ trong cao, nước ít bị nhiễm phèn, sắt, hàm lượng cặn ít... dùng làm nước ăn uống, sinh hoạt rất tốt. Trong 4 năm trở lại đây, nguồn nước giếng tại thị trấn bị giảm đi nhiều, hàm lượng sắt, mangan trong nước tăng, nước bị nhiễm phèn gây khó khăn trong sinh hoạt. Mùa hè, mực nước giếng giảm gây tình trạng thiếu nước trầm trọng. Mùa mưa, nước giếng bị nhiễm đục dài ngày nên người ta phải lọc qua các bể lọc cát trước khi sử dụng. Ngoài ra, một số thôn xóm trong thị trấn sống trên vùng đất trước kia là kho thuốc trừ sâu của nông trường nên nguồn nước giếng bị nhiễm các hóa chất độc hại gây ảnh hưởng tới sức khỏe của người dân rất nghiêm trọng. Với đà phát triển công nghiệp của địa phương, sự gia tăng dân số, tình hình biến đổi khí hậu như hiện nay nguồn nước giếng không thể đảm bảo về số lượng và chất lượng để cung cấp cho sinh hoạt của cư dân trong thị trấn. Vì vậy, xây dựng trạn xử lý và cấp nước sinh hoạt cho cộng đồng dân cư trong vùng là công việc cần thiết và cấp bách. 4.2. Các chỉ tiêu chất lượng và tiêu chuẩn dùng nước 4.2.1. Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt dùng làm nguồn cấp nước Bảng 4.1. Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt dùng làm nguồn cấp nước [3] Stt  Chỉ tiêu  Tiêu chuẩn cho phép  Stt  Chỉ tiêu  Tiêu chuẩn cho phép   1 2 3  Tính chất lý học - Độ màu - Mùi vị - Nhiệt độ - Độ đục Tính chất vi sinh - Coliform - Fecal Coliform Tính chất hóa học - Độ kiềm - Amoniac - Arsen - Bari - Cadimi - Clorua - Crom Cr6+ - Đồng - Oxy hòa tan - Flo - Độ cứng - Chì - Mangan qua lọc - Nitrat + Nitrit - pH  75 - - - 10000/100ml 200/100ml - 0,5 mg/l (Tính theo N) 0,05 mg/l 1,0 mg/l 0,01 mg/l 250 mg/l 0,05 mg/l 1,0 mg/l
4 mg/l - - 0,05 mg/l 0,05 mg/l 10 mg/l (Tính theo N) 6,0
8,5  4 5 6 7  - Photpho - Selen - Bạc - Sunfat - Tổng chất rắn hòa tan - Kẽm - Chất tạo bọt - Dầu mỡ Thuốc trừ sâu - Endrin - Lindane - Methoxy Chlor - Toxaphene Thuốc diệt cỏ - 2,4-D Chất phóng xạ - Tổng hoạt độ
- Tổng hoạt độ
 - 0,01 mg/l 0,05 mg/l 400 mg/l 500 mg/l 5 mg/l 0,5 mg/l không 0,0002 mg/l 0,04 mg/l 0,1 mg/l 0,005 mg/l 0,1 15 pc/l 50 pc/l   4.2.2. Tiêu chuẩn chất lượng nước dùng để làm nước ăn uống và sinh hoạt Nước cấp cho ăn uống phải không màu, không mùi vị, không chứa các chất độc hại, vi trùng và tác nhân gây bệnh. Hàm lượng các chất hòa tan không được vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Theo tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sinh hoạt phải có các chỉ tiêu chất lượng như sau: Bảng 4.2. Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống Ban hành kèm theo quyết định của Bộ trưởng Bộ Y tế số 1329/ 2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002 TT  Tên chỉ tiêu  Đơn vị tính  Giới hạn tối đa  TT  Tên chỉ tiêu  Đơn vị tính  Giới hạn tối đa   1  Màu sắc  CTU  15  17  Hàm lượng Xianua  mg/l  0,07   2  Mùi vị   Không có mùi, vị lạ  18  Hàm lượng Florua  mg/l  0,7
1,5   3  Độ đục  NTU  2  19  Hàm lượng Hydrosunfua  mg/l  0,05   4  pH   6,5
8,5  20  Hàm lượng sắt  mg/l  0,5   5  Độ cứng  mg/l  300  21  Hàm lượng chì  mg/l  0,01   6  Tổng chất rắn hòa tan (TDS)  mg/l  1000  22  Hàm lượng Mangan  mg/l  0,5   7  Hàm lượng nhôm  mg/l  0,2  23  Hàm lượng thủy ngân  mg/l  0,001   8  Hàm lượng amoni tính theo NH
 mg/l  1,5  24  Hàm lượng Molibden  mg/l  0,07   9  Hàm lượng antimon  mg/l  0,005  25  Hàm lượng Niken  mg/l  0,02   10  Hàm lượng Asen  mg/l  0,01  26  Hàm lượng Nitrat  mg/l  50   11  Hàm lượng Bari  mg/l  0,7  27  Hàm lượng Nitrit  mg/l  3   12  Hàm lượng Bo  mg/l  0,3  28  Hàm lượng Selen  mg/l  0,01   13  Hàm lượng Cadimi  mg/l  0,003  29  Hàm lượng Natri  mg/l  200   14  Hàm lượng Clorua  mg/l  250  30  Hàm lượng Sunfat  mg/l  250   15  Hàm lượng đồng  mg/l  0,05  31  Hàm lượng Kẽm  mg/l  3   16  Hàm lượng Crom  mg/l  2  32  Độ oxy hóa  mg/l  2   4.2.3. Tiêu chuẩn chất lượng nước dùng để làm nước sinh hoạt Bảng 4.3. Tiêu chuẩn vệ sinh nước sạch TT  Tên chỉ tiêu  Đơn vị tính  Giới hạn tối đa   1  Màu sắc  TCU  15   2  Mùi vị   Không có mùi vị lạ   3  Độ đục  NTU  5   4  pH   6.0-8.5 (**)   5  Độ cứng  mg/l  350   6  Amoni (tính theo NH4+)  mg/l  3   7  Nitrat (tính theo NO3- )  mg/l  50   8  Nitrit (tính theo NO2- )  mg/l  3   9  Clorua  mg/l  300   10  Asen  mg/l  0.05   11  Sắt  mg/l  0.5   12  Độ ô-xy hoá theo KMn04  mg/l  4   13  Tổng số chất rắn hoà tan (TDS)  mg/l  1200   14  Đồng  mg/l  2   15  Xianua  mg/l  0.07   16  Florua  mg/l  1.5   17  Chì  mg/l  0.01   18  Mangan  mg/l  0.5   19  Thuỷ ngân  mg/l  0.001   20  Kẽm  mg/l  3   21  Coliform tổng số  vi khuẩn /100ml  50   22  E. coli hoặc Coliform chịu nhiệt  vi khuẩn /100ml  0   Bảng 4.4. Giới hạn các chỉ tiêu chất lượng nước sinh hoạt (Quy chuẩn Việt Nam 02:2009/BYT) Tên chỉ tiêu  Đơn vị tính  Giới hạn tối đa cho phép  Phương pháp thử     I  II    Màu sắc  TCU  15  15  TCVN 6185-1996   Mùi, vị  -  Không có mùi, vị lạ  Không có mùi, vị lạ  Cảm quan   Độ đục  NTU  5  5  TCVN 6184-1996   Clo dư  mg/l  0.3
0.5  0.3
0.5  SMEWW 4500 CI   pH  -  6
8.5  6
8.5  TCVN 6492-1999   Hàm lượng amon(NH4+)  mg/l  3  3  SMEWW 4500 – NH3C   Hàm lượng sắt tống số(Fe2+, Fe3+)  mg/l  0.5  0.5  TCVN 6177-1996   Chỉ số KMnO4  mg/l  4  4  TCVN 6186-1996   Độ cứng tính theo CaCO3  mg/l  350  -  TCVN 6224-1996   Hàm lượng clorua  mg/l  300  -  TCVN 6194-1996   Hàm lượng Florua  mg/l  1.5  -  TCVN 6195-1996   Hàm lượng Asen tổng số  mg/l  0.01  0.05  TCVN 6626-2000   Coliforms tổng số  Vi khuẩn/100ml  50  150  TCVN 6187 – 1,2: 1996   E-coli hoặc coliform chịu nhiệt  Vi khuẩn/100ml  0  20  TCVN 6187 – 1,2: 1996   Ghi chú: Giới hạn tối đa cho phép I áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước. Giới hạn tối đa cho phép II áp dụng đối với các hình thức khai thác nước cá nhân, hộ gia đình (các hình thức cấp nước bằng đường ống chỉ qua xử lý đơn giản như giếng khoan, giếng đào, bể mưa, đường ống tự chảy). 4.3. Tổng quan về chất lượng nước[3] Để cung cấp nước sạch có thể khai thác các nguồn nước thiên nhiên như nước mặt ( sông, suối, ao, hồ...), nước ngầm và nước biển. + Nước mặt: Là nguồn nước được kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên đặc trưng của nước mặt là: chứa khí hòa tan, chứa nhiều chất rắn lơ lửng, có hàm lượng chất hữu cơ cao, có sự hiện diện của tảo. Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước mặt dùng để làm nước cấp sinh hoạt theo bảng (4.1). + Nước ngầm: Được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nó chảy qua. Đặc trưng chung của nước ngầm là: Độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định, không có ôxy, chứa nhiều khí H2S, CO2, chứa nhiều chất khoáng hòa tan (mangan, sắt, fluor...), không có sự hiện diện của vi sinh vật. + Nước biển: Có độ mặn cao, phụ thuộc vào vị trí địa lý như gần bờ hay xa bờ, gần cửa sông hay xa cửa sông. 4.3.1. Tính chất lý học của nước [3] 4.3.1.1. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước dùng làm nguồn nước cấp phụ thuộc vào nhiệt độ và điều kiện khí hậu môi trường, trong đó nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý và nhu cầu tiêu thụ nước. Nước mặt có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường, ví dụ: Miền Bắc nhiệt độ nước mặt dao động từ 13
34oC, còn ở miền Nam nhiệt độ nguồn nước mặt dao động từ 26
29oC. 4.3.1.2. Độ màu Do các chất bẩn trong nước tạo nên, các hợp chất sắt, mangan không hòa tan trong nước làm cho nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, các loại thủy sinh tạo cho nước có màu xanh lá cây. Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen. Đơn vị đo độ màu của nước là Platin-Coban. Độ màu biểu kiến của nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo nên và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc. Độ màu thực của nước do các chất hòa tan trong nước tạo nên và loại bỏ bằng phương pháp hóa lý kết hợp. 4.3.1.3. Độ đục Nước là môi trường truyền ánh sáng tốt. Khi trong nước có các chất rắn, cạn, huyền phù thì khả năng truyền ánh sáng giảm đi. Đơn vị đo độ đục là NTU hoặc FTU. Nước cấp cho ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU. 4.3.1.4. Mùi, vị Mùi trong nước do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ quá trình phân hủy vật chất tạo nên. Nước thiên nhiên có mùi tanh, mùi đất, mùi thối. Trong quá trình xử lý tiệt trùng nước bằng các hợp chất Clo thì nước bị nhiễm mùi Clo hoặc Clophenol. Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan mà nước có thể có các vị ngọt, đắng, chát, mặn. 4.3.1.5. Độ nhớt Là đại lượng biểu thị lực ma sát nội sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau. Độ nhớt là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy 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. 4.3.1.6. Độ dẫn điện Nước có tính 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. Độ dẫn điện dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hòa tan trong nước. 4.3.1.7. Tính phóng xạ Tính phóng xạ của nước là do sự phân hủy các chất phóng xạ có trong nước tạo nên. Nước ngầm thường bị nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, tuy nhiên các chất phóng xạ này có thời gian bán phân hủy rất ngắn nên nước thường vô hại. Khi nước bị nhiễm bẩn từ nước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước có thể vượt quá giới hạn cho phép. 4.3.2. Tính chất hóa học của nước[3] 4.3.2.1. Độ pH Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, dùng để biểu thị tính acid và tình kiềm của nước. Độ pH có liên quan đến sự hiện diện cả một số kim loại và khí hòa tan trong nước. Ở độ pH < 5, tùy vào điều kiện địa chất trong một số nguồn nước có thể chứa sắt, mangan và nhôm ở dạng hòa tan và một số loại khí như CO2, SO2 ở dạng tự do trong nước. Tính chất này được ứng dụng để khử các hợp chất sunfua và cacbonat có trong nước bằng biện pháp làm thoáng. Ngoài ra, khi tăng pH và có tác nhân oxy hóa, các kim loại hòa tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng, lọc 4.3.2.2. Độ kiềm Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion bicacbonat, cacbonat, hydroxit và các anion của các muối acid yếu. 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, cacbonat góp phần tạo nên tính đệm cho dung dịch nước, nguồn nước có tính đệm cao, trong quá trình xử lý có dùng thêm các hóa chất như phèn thì độ pH của nước ít thay đổi nên sẽ tiết kiệm được các hóa chất dùng để điều chỉnh pH. 4.3.2.3. Độ cứng Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi và magie có trong nước. Trong kỹ thuật xử lý nước sử dụng 3 khái niệm độ cứng là độ cứng toàn phần, độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu. Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lẵng phí xà phòng. Còn trong sản xuất, nước cứng tạo thành lớp cáu cặn trong các lò hơi hoặc gây kết tủa làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 4.3.2.4. Độ oxy hóa Độ oxy hóa là đại lượng đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước, đó là lượng oxy cần để oxy hóa hết các hợp chất hửu cơ trong nước. Chất oxy hóa thường dùng để xác định chỉ tiêu này là KMnO4 . Trong thực tế, nguồn nước có độ oxy hóa >10 mgO2/l đã có thể bị nhiễm bẩn. Nếu trong quá trình xử lý nếu dùng háo chất clo ở dạng tự do hay hợp chất hypoclorit thì sẽ tạo thành hợp chất clo hữu cơ là Trihalometan (THM) có khả năng gây ưng thư. Tổ chức Y tế thế giới quy định mức tối đa của THM trong nước uống là 0,1mg/l. 4.3.2.5. Các hợp chất chứa nito Quá trình phân hủy các chất hửu cơ tạo ra NH3, NO3, NO2. Các hợp chất này dùng để làm chất chỉ thị để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Khi nước mới bị nhiễm bẩn ngoài các chỉ tiêu có giá trị cao như độ oxy hóa, amoniac trong nước còn có một ít nitrat và nitrit. Sau một thời gian, amoniac và nitrit bị oxy hóa thành nitrat. Nồng độ nitrat cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho rong tảo phát triển gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dùng trong sinh hoạt. Tổ chức Y tế thế giới quy định nồng độ nitrat trong nước uống không được vượt quá 10 mg/l (tính theo N). 4.3.2.6. Các hợp chất chứa phospho Trong nước tự nhiên thường gặp nhất là phosphat, đây là sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ. Phosphat là chất dinh dưỡng cho sự phát triển của rong tảo, nguồn phosphat 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. Phosphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người, nhưng sự tồn tại của chất này với hàm lượng cao trong nước gây cản trở cho quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt động của các bể lắng. Đối với các nguồn nước có hàm lượng cặn hữu cơ cao như nitrat và phosphat thì các bông cặn kết cợn ở bể tạo bông không lắng được ở bể lắng mà có khuynh hướng tạo thành dám nỗi lên mặt nước. 4.3.2.7. Các hợp chất silic Trong nước thiên nhiên thường có các hợp chất silic. pH 11 silic tồn tại dạng HSiO
, SiO
. Trong quá trình xử lý nước Silic có thể được loại bỏ một phần khi dùng các hóa chất keo tụ để làm trong nước. 4.3.2.8. Clorua Clorua làm cho nước có vị mặn, ion này xâm 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 đọan sông gần biển. 4.3.2.9. Sunfat Ion sunfat (SO
) thường có trong nước có nguồn gốc hữu cơ hoặc nguồn gốc khoáng chất. Với hàm lượng sunfat cao hơn 400 mg/l có thể gây mất nước trong cơ thể và làm tháo ruột. 4.3.2.10. Florua Trong nước thiên nhiên các hợp chất của florua khá bền vững và khó loại bỏ trong quá trình xử lý thông thường. Nồng độ thấp từ 0,5 đến 1 mg/l giúp bảo vệ men răng nhưng nếu nồng độ >4 mg/l trong một thời gian dài có thể gây đen răng và hủy hoại răng vĩnh viễn. 4.3.2.11. Sắt Trong nước mặt thường chứa các ion Fe3+ dạng keo hữu cơ hoặc là cặn huyền phù. Trong nước thiên nhiên chủ yếu là nước ngầm thì hàm lượng sắt là 40 mg/l hoặc cao hơn nữa. Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo, làm hỏng sản phẩm các ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Cặn sắt kết tủa trong đường ống làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của đường ống. 4.3.2.12. Mangan Tồn tại chủ yếu trong nước ngầm dưới dạng ion Mn2+ nhưng với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l. Khi hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l thì sẽ gây ra các tác hại như sắt. 4.3.2.13. Nhôm Vào mùa mưa, ở những vùng đất phèn, đất trong điều kiện không có oxy các chất như Jarosite và Fe2O3 tác động qua lại, lất oxy của nhau và tạo thành sắt, nhôm sunfat hòa tan trong nước làm cho nước ở các vùng này rất chua. Khi chứa nhiều nhôm, nước thường có màu xanh và vị chua. Nhôm có độc tính đối với con người, uống nước chứa nhiều nhôm gây ra các bệnh về não. 4.3.2.14. Khí hòa tan Các loại khí hòa tan thấy nhiều trong nước thiên nhiên như là khí cacbonic, oxy, sunfua hydro. Trong nước mặt các hợp chất sunfua thường bị oxy hóa thành dạng sunfat. Do vậy mà sự có mặt của khí H2S chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn và có quá thừa chất hữu cơ chưa phân hủy đang tích tụ ở đáy. Khi pH tăng H2S chuyển sang các dạng HS
và S
. 4.3.2.15. Các hóa chất bảo vệ thực vật Đều có độc tính cao đối với con người, việc sử dụng khối lượng lớn các loại hóa chất trên đồng ruộng đang đe dọa làm ô nhiễm nguồn nước. 4.3.2.16. Các chất hoạt động bề mặt Một số chất hoạt động bề mặt như xà phòng, chất tẩy rửa, chất tạo bọt trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp đang xả vào các nguồn nước. Đây là những hợp chất khó phân hủy sinh học nên tích tụ lại gây hại cho cơ thể con người khi sử dụng. Ngoài ra, các chất này tạo thành lớp màng ngăn cản quá trình hòa tan oxy vào nước làm chậm quá trình làm sạch của nguồn nước. 4.3.3. Các chỉ tiêu vi sinh Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các bào tử của chúng. Chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quang hoặc sống và phát triển trong nước. Trong thực tế không thể xác định được tất cả các loại vi sinh vật gây bệnh qua đường nước vì phức tạp và tốn thời gian. Mục đích của việc kiểm tra vệ sinh nước là xác định mức độ an toàn của nước đối với sức khỏe con người. Ecoli là nhóm trực khuẩn đường ruột có thời gian bảo tồn trong nước gần giống những vi sinh vật gây bệnh khác. Sự có mặt của E.coli chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn phân rác và có khả năng tồn tại các vi trùng gây bệnh khác. Số lượng E.coli nhiều hay ít tùy thuộc vào mức độ nhiễm bẩn phân rác của nguồn nước. 4.3.4. Tính ổn định của nước Nước ổn định sẽ không làm ăn mòn đường ống hoặc đóng cáu cặn trong quá trình vận chuyển và dự trữ. 4.4. Xử lý nước Sự cần thiết phải xử lý nước thiên nhiên: Nước cấp cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt cũng như công nghiệp có thành phần, tính chất vật lý, hóa học và vi trùng nằm trong giới hạn nhất định. Trong khi đó nguồn cấp nước lại có thành phần, tính chất vật lý, hóa học và vi trùng đa dạng và hầu hết các chỉ tiêu lại lớn gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn quy định. Vì vậy cần xử lý nước đến một mức độ nhất định trước khi cấp cho nhu cầu sinh hoạt và công nghiệp. 4.4.1. Nguyên tắc lựa chọn công nghệ xử lý nước[7] Chọn lựa công nghệ xử lý nước phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và đặc trưng của nguồn nước thô, yêu cầu chất lượng nước cấp và công suất trạm nước cấp cần xử lý. Chất bẩn trong nước bao gồm các hạt keo (10

10
mm), hệ keo gồm các khoáng chất, các chất keo phù du, vi trùng, vi rút, polyme sinh học và các phân tử lớn. Các hạt có kích thước nhở hơn 10
mm là các chất hòa tan gồm có ion, các phân tử vô cơ đơn giản và các tổ hợp. Phương án lựa chọn quá trình xử lý nước là dựa vào kích thước hạt. Để có được thông số chính xác về chất lượng và đặc trưng của nguồn nước, người ta sử dụng các phương pháp phân tích khác nhau để phân tích các kích thước hạt trong nước. Chất lượng nguồn nước thay đổi theo vị trí và thời gian, từ chỗ này sang chỗ khác và từ mùa này sang mùa khác. Do vậy, công nghệ xử lý nước và quá trình vận hành cũng thay đổi dựa vào tính chất lý, hóa, sinh của nước thô. Lựa chọn công nghệ xử lý nước trước hết cần tiến hành trong phòng thí nghiệm để tìm ra các thông số tối ưu và hóa chất sử dụng, liều lượng sử dụng, chất xúc tác, độ pH... Sau đó đánh giá các thông số và điều kiện vận hành tối ưu, thử nghiệm công nghệ trên mô hình thực tế. Các vấn đề được đề cập đến khi thiết kế quá trình xử lý nước bao gồm: chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn nước sau xử lý. Dựa vào các số liệu đã có, so sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định tách gì trong nước, chọn thông số chính về chất lượng và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể, chọn hóa chất và liều lượng hóa chất cần dùng, tối ưu hóa điều kiện vận hành cho tưng bước xử lý và sắp xếp chúng cho hợp lý. Bảng 4.5. Hiệu suất có thể đạt được trong các quá trình xử lý thông dụng Quá trình xử lý Thông số  Làm thoáng  Keo tụ, tạo bông  Lọc cát  Lắng nhanh  lọc cát chậm  Clo hóa   DO  +  0  0  -  -  +   CO
 +++  0  0  +  + +  +   Giảm độ đục  0  +++  +  +++  + + +  0   Giảm độ màu  0  ++  +  +  + +  ++   Khử mùi vị  ++  +  +  ++  + +  +   Khử trùng  0  +  ++  ++  + + + +  ++++   Khử sắt, mangan  ++  +  +  ++++  + + + +  0   Khử tạp chất hữu cơ  +  +  ++  + + +  + + + +  +++   Ghi chú: + + + +: Tách triệt để; + + + : Tách rất tốt; + + : Tách tốt nhưng không hết; +: Tách một phần; 0 : Không tách đươc; - : Ảnh hưởng ngước lại; Nhận xét: Từ bảng trên ta thấy, mỗi quá trình xử lý chỉ tách tối đa được một số ít chất cặn bẩn trong nước nên hiệu suất xử lý chung là không cao. Do đó trong quá trình xử lý nước, tùy theo chất lượng nguồn nước, cần kết hợp nhiều quá trình xử lý một cách phù hợp để đạt được hiệu quả xử lý cao nhất. 4.4.2. Quy trình công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt tại thị trấn Bến Quan 4.4.2.1. Sơ đồ công nghệ