Tài liệu Khoá luận tốt nghiệp nghiên cứu thiết kế mô hình xử lý nước sinh hoạt tại thôn việt yên, xã đông yên, huyện quốc oai, thành phố hà nội

LỜI CẢM ƠN Đƣợc sự đồng ý của khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trƣờng, bộ môn Quản lý môi trƣờng và ThS Trần Thị Hƣơng nhất trí, đề tài xin tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mô hình xử lý nước sinh hoạt tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên, huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội” – chuyên ngành Khoa học môi trƣờng. Trong suốt quá trình thực hiện đề tài đã nhận đƣợc sự giúp đỡ rất tận tình của các thầy, cô giáo trƣờng Đại học Lâm nghiệp và các cơ quan, tổ chức, ngƣời dân tại địa phƣơng. Nhân dịp này đề tài xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu nhà trƣờng, khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trƣờng – trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi điều kiện cho đề tài trong suốt quá trình thực tập và nghiên cứu. Đặc biệt, đề tài xin bày tỏ lòng biết ơn tới Th.S Trần Thị Hƣơng đã hết lòng giúp đỡ đề tài trong suốt quá trình thực hiện, xin cám ơn các thầy cô trong bộ môn Quản lý môi trƣờng đã đóng góp những ý kiến quý báu giúp đề tài hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Đề tài xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong phòng phân tích hóa môi trƣờng của trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho đề tài trong quá trình thực hiện đề tài. Đề tài xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của UBND xã Đông Yên cùng toàn thể nhân dân thôn Việt Yên – xã Đông Yên đã nhiệt tình cung cấp thông tin cần thiết để đề tài hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Do bản thân còn những hạn chế nhất định về mặt chuyên môn và thực tế, thời gian thực hiện khóa luận có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy giáo và các bạn để khóa luận đƣợc hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày 20 tháng 4 năm 2015 Sinh viên Lê Đình Giới MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................................................1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...............................................................2 1.1. Tổng quan về nƣớc sinh hoạt............................................................................................................2 1.2. Thực trạng nƣớc sinh hoạt tại ở Việt Nam....................................................................................6 1.3. Tổng quan về mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt................................................................................7 1.3.1. Một số mô hình xử lý nƣớc cấp sinh hoạt áp dụng trên thế giới........................................7 1.3.2. Một số mô hình xử lý nƣớc cấp sinh hoạt áp dụng tại Việt Nam......................................9 CHƢƠNG II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 12 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................................................ 12 2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu................................................................................................ 12 2.3. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................................................... 12 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................................................ 12 2.4.1. Thực trạng sử dụng nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu............................................ 12 2.4.2. Đánh giá chất lƣợng nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu........................................... 13 2.4.3. Thiết kế và thử nghiệm mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu ......... 24 2.4.4. Đề xuất biện pháp áp dụng mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu... 25 CHƢƠNG III. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN- KINH TẾ-XÃ HỘI CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU........................................................................................................................................ 26 3.1. Điều kiện tự nhiên ............................................................................................................................. 26 3.1.1. Vị trí địa lý........................................................................................................................................ 26 3.1.2. Địa hình - đất đai ........................................................................................................................... 26 3.1.3. Khí hậu – thủy văn......................................................................................................................... 27 3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội................................................................................................................ 28 3.2.1. Dân số ............................................................................................................................................... 28 3.2.2. Lao động và việc làm.................................................................................................................... 28 3.2.3. Kinh tế............................................................................................................................................... 29 3.2.4. Cảnh quan và môi trƣờng ............................................................................................................ 29 CHƢƠNG IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................................... 31 4.1. Thực trạng sử dụng nƣớc sinh hoạt tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội ...................................................................................................................................... 31 4.1.1. Các nguồn cung cấp nƣớc sinh hoạt cho thôn Việt Yên................................................... 31 4.1.2. Các loại hình sử dụng nƣớc tại thôn Việt Yên..................................................................... 31 4.2. Đánh giá chất lƣợng nƣớc sinh hoạt tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội ...................................................................................................................................... 32 4.2.1. Đánh giá chất lƣợng nƣớc qua các chỉ tiêu vật lý ............................................................... 33 4.2.2. Đánh giá chất lƣợng nƣớc qua các chỉ tiêu hóa học........................................................... 37 4.3. Thiết kế mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội ............................................................................................................................. 45 4.3.1. Lựa chọn mô hình bể lọc nƣớc sinh hoạt.............................................................................. 45 4.3.2. Tính toán và thiết kế bể lọc nƣớc sinh hoạt .......................................................................... 48 4.3.3. Vận hành và bảo dƣỡngbể lọc ................................................................................................. 50 4.3.4. Đánh giá hiệu quả xử lý chất lƣợng nƣớc của bể lọc......................................................... 52 4.4. Đề xuất biện pháp áp dụng mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu. ....... 55 4.4.1. Biện pháp áp dụng về mặt quản lý ......................................................................................... 55 4.4.2. Biện pháp áp dụng về mặt kinh tế........................................................................................... 57 4.4.3. Biện pháp áp dụng về mặt công nghệ.................................................................................... 59 CHƢƠNG V. KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ................................................. 62 5.1. Kết luận................................................................................................................................................ 62 5.2. Tồn tại .................................................................................................................................................. 62 5.3. Khuyến nghị....................................................................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Vị trí lấy mẫu tại khu vực nghiên cứu............................................................................... 14 Bảng 2.2. Tổng hợp phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu ........................................ 17 Bảng 2.3. Thể tích các hóa chất cần để phân tích COD.................................................................. 21 Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng đất xã Đông Yên năm 2014........................................................... 27 Bảng 4.1. Bảng tỷ lệ hình thức sử dụng nƣớc sinh hoạt của ngƣời dân...................................... 31 Bảng 4.2. Kết quả phân tích các thông số vật lý trong nƣớc sinh hoạt........................................ 33 Bảng 4.3. Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa học.............................................................................. 37 Bảng 4.4. Tốc độ lọc trong bể lọc chậm.............................................................................................. 48 Bảng 4.5. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đại diện của nƣớc trƣớc và sau lọc ............................ 52 Bảng 4.6. Chi phí ƣớc tính xây dựng mô hình đề xuất xử lí nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu................................................................................................................................................... 58 Bảng 4.7. Giá một số loại máy lọc nƣớc trên thị trƣờng hiện nay ................................................ 58 Bảng 4.8. Phân loại mức độ ô nhiễm nƣớc ngầm tại khu vực nghiên cứu ................................ 59 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ lầy mẫu tại khu vực nghiên cứu.............................................................................. 15 Hình 4.1. Tỷ lệ % các loại hình sử dụng nƣớc của ngƣời dân....................................................... 32 Hình 4.2. Giá trị pH của nƣớc tại các điểm nghiên cứu .................................................................. 35 Hình 4.3. Giá trị TDS trong nƣớc đƣợc lấy tại các điểm nghiên cứu .......................................... 39 Hình 4.4. Giá trị độ cứng của nƣớc đƣợc lấy tại các điểm nghiên cứu ....................................... 40 Hình 4.5. Hàm lƣợng COD trong nƣớc đƣợc lấy tại các điểm nghiên cứu............................... 40 Hình 4.6. Độ đục của nƣớc đƣợc lấy tại các điểm nghiên cứu...................................................... 41 Hình 4.7. Hàm lƣợng sắt tổng số trong mẫu nƣớc đƣợc lấy tại các điểm của khu vực nghiên cứu……………....................................................................................................................................... 42 Hình 4.8. Hàm lƣợng mangan trong nƣớc của các điểm lấy mẫu tại.......................................... 43 khu vực nghiên cứu .................................................................................................................................. 43 Hình 4.9. Hàm lƣợng clorua trong mẫu nƣớc tại các điểm nghiên cứu...................................... 44 Hình 4.10. So sánh pH nƣớc sinh hoạt trƣớc và sau lọc ................................................................. 53 Hình 4.11. So sánh độ đục trƣớc và sau lọc của mẫu nƣớc............................................................ 53 Hình 4.12. So sánh COD trong nƣớc sinh hoạt trƣớc và sau lọc.................................................. 54 Hình 4.13. So sánh hàm lƣợng Mn2+ trong nƣớc sinh hoạt trƣớc và sau lọc............................. 55 ĐẶT VẤN ĐỀ Nƣớc là tài nguyên có thể tái tạo, nhƣng sử dụng phải cân bằng với nguồn dự trữ và tái tạo, để tồn tại và phát triển sự sống lâu bền. Mặc dù lƣợng nƣớc chiếm 97% bề mặt Trái Đất nhƣng chỉ có 3% là dùng đƣợc cho các hoạt động sinh hoạt, đời sống và sản xuất. Với trữ lƣợng có hạn đó, nƣớc có vai trò không thể thiếu trong đời sống con ngƣời, động - thực vật và tất cả các sinh vật khác trên Trái Đất. Tuy nhiên, với tốc độ đô thị hóa nhƣ hiện nay cộng thêm sự phát triển vũ bão của các ngành công nghiệp, tài nguyên nƣớc đã và đang bị ô nhiễm, suy giảm về chất lƣợng. Việc môi trƣờng nƣớc ngày càng bị ô nhiễm dẫn đến tình trạng khan hiếm nƣớc ngọt, điều này đang gây ra hậu quả nghiêm trọng cho hệ sinh thái, môi trƣờng, sinh vật cũng nhƣ con ngƣời. Theo đánh giá của tổ chức y tế thế giới (WHO) năm 1985 tại các nƣớc châu Á: 60% số ngƣời bị nhiễm trùng và 40% các trƣờng hợp bị tử vong là do các căn bệnh truyền qua nƣớc. Năm 1990, UNICEF cũng đã chỉ rõ, hàng năm tại các nƣớc đang phát triển có khoảng 14 triệu trẻ em dƣới 5 tuổi bị chết, hơn 3 triệu trẻ em bị tàn tật nặng là hậu quả của nhiễm bẩn nƣớc, vệ sinh kém và ô nhiễm môi trƣờng. Vì vậy, việc nghiên cứu nhằm quản lý và sử dụng bền vững nguồn nƣớc sạch là rất cần thiết để duy trì nguồn tài nguyên này cho thế hệ hiện tại và tƣơng lai [8]. Thôn Việt Yên, xã Đông Yên, huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội là một vùng nông thôn điển hình với các hoạt động nông nghiệp, chăn nuôi là chủ yếu. Hiện nay đời sống ngƣời dân ngày càng đƣợc nâng cao, nhu cầu sử dụng nƣớc tăng và ảnh hƣởng của các hoạt động trồng trọt, chăn nuôi đến nguồn nƣớc ngày càng lớn. Qua điều tra và khảo sát cho thấy, nguồn nƣớc cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt ở đây chủ yếu là nƣớc ngầm và hoạt động khai thác nƣớc hoàn toàn mang tính tự phát. Cho đến nay chƣa có nghiên cứu cụ thể và đầy đủ nào về hiện trạng sử dụng nƣớc và chất lƣợng nƣớc tại khu vực này. Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mô hình xử lý nước sinh hoạt tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội” đƣợc thực hiện để góp phần nâng cao chất lƣợng nguồn nƣớc sinh hoạt tại địa phƣơng. 1 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về nƣớc sinh hoạt  Khái niệm về nước sinh hoạt Nƣớc sinh hoạt là nƣớc sạch hoặc nƣớc có thể dùng cho ăn, uống, vệ sinh của con ngƣời [14].  Nguồn nước cấp cho sinh hoạt Hiện nay, hầu hết các vùng nông thôn thƣờng dùng nguồn nƣớc ngầm đƣợc khai thác qua 2 hình thức trực tiếp là giếng khoan, giếng đào để phục vụ các hoạt động sinh hoạt hàng ngày. Đặc điểm của nước ngầm: Nƣớc ngầm là một dạng nƣớc dƣới mặt đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở rời nhƣ cát, sạn, cát bột kết, trong các khe nứt, hang karxtơ dƣới bề mặt Trái đất, có thể khai thác cho các hoạt động sống của con ngƣời. Theo độ sâu phân bố, có thể chia nƣớc ngầm thành: Nƣớc ngầm tầng mặt và nƣớc ngầm tầng sâu. Đặc điểm chung của nƣớc ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nƣớc ngầm tầng mặt thƣờng không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt. Do vậy, thành phần và mực nƣớc biến đổi nhiều, phụ thuộc vào trạng thái của nƣớc mặt. Loại nƣớc ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nƣớc ngầm tầng sâu thƣờng nằm trong lớp đất đá xốp đƣợc ngăn cách bên trên và phía dƣới bởi các lớp không thấm nƣớc. Nguồn nƣớc ngầm là nguồn nƣớc có vai trò quan trọng trong cuộc sống của con ngƣời, là nguồn cung cấp nƣớc chính cho sinh hoạt của cả cộng đồng bởi các nguồn nƣớc mặt thƣờng biến động theo mùa, và đang bị ô nhiễm bởi các yếu tố nhân tạo. Nguồn nƣớc ngầm ít chịu những ảnh hƣởng bởi các hoạt động của con ngƣời hơn so với nguồn nƣớc mặt. Nhƣng do việc khai thác sử dụng nguồn nƣớc ngầm một cách bữa bãi, thiếu ý thức, không hợp lý nên hiện nay nguồn nƣớc ngầm đang bị suy giảm về cả số lƣợng và chất lƣợng. 2 Để hạn chế những tác động của ô nhiễm và suy thoái nguồn tài nguyên nƣớc ngầm hiện nay chúng ta phải có sự kết hợp các biện pháp kĩ thuật, và cả biện pháp xã hội một cách hài hòa và kịp thời. Các biện pháp kĩ thuật cần có nhƣ: thăm dò, quan trắc trữ lƣợng và chất lƣợng nƣớc ngầm, đánh giá các chất lƣợng nƣớc và có các biện pháp xử lý nƣớc thích hợp trƣớc khi đƣa vào sử dụng. Ngoài ra còn phải tuyên truyên về vấn đề ô nhiễm và sử dụng nguồn nƣớc ngầm đến tận những ngƣời dân nhằm nâng cao ý thức của ngƣời dân trong sử dụng và bảo vệ. Giếng khoan: Nƣớc giếng khoan hay nƣớc ngầm đƣợc khai thác từ các tầng sâu dƣới lòng đất, tùy thuộc vào thành phần khoáng chất và cấu trúc địa tầng mà có những đặc điểm khác nhau. Nhƣng nƣớc ngầm vẫn giữ đƣợc một số đặc điểm cơ bản sau: Độ đục thấp, thành phần khoáng hóa khá ổn định, thiếu Oxy, hàm lƣợng sắt và mangan thƣờng cao và có xuất hiện vi khuẩn sắt. Đây là loại hình đƣợc áp dụng cho những vùng thiếu nƣớc ngầm tầng nông hoặc không đủ không gian để đào giếng khơi. Hiện nay, các giếng khoan thƣờng đi kèm với các hệ thống lọc đơn giản sử dụng các vật liệu lọc phổ biến nhƣ : cát, sỏi, than… Ƣu điểm của hệ thống này là đơn giản, rẻ tiền, phù hợp và thuận tiện, dễ sử dụng và đảm bảo vệ sinh hơn nƣớc giếng đào và có thể loại đƣợc một số cặn lơ lửng, hợp chất của Sắt… nhƣng nó chỉ áp dụng trong quy mô hộ gia đình. Giếng đào (giếng khơi): Là loại hình đƣợc sử dụng lâu đời và phổ biến nhất tại các vùng nông thôn. Đây là loại hình phù hợp với kinh tế, điều kiện tự nhiên xã hội của ngƣời dân Việt Nam và nó hạn chế đƣợc các tác nhân ô nhiễm gần mặt đất nhƣ: chăn nuôi gia súc gia cầm, rác thải sinh hoạt… Tuy nhiên giếng khơi thƣờng áp dụng nhiều ở các vùng đồng bằng, trung du – nơi thƣờng xảy ra ngập lụt, lũ quét có thể làm cho nguồn nƣớc có thể nhiễm bẩn và không sử dụng đƣợc trong thời gian dài nếu không có biện pháp xử lý. Đặc điểm của nguồn nƣớc này là chứa hàm lƣợng lớn các chỉ tiêu nhƣ: Sắt, nitrate, độ đục… 3  Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước sinh hoạt Chỉ tiêu pH pH là một chỉ số xác định tính chất hóa học của nƣớc và cần phải kiểm tra đối với chất lƣợng nƣớc sinh hoạt và nƣớc thải. Việc đo độ pH của nguồn nƣớc để đánh giá khả năng ăn mòn kim loại đối với đƣờng ống, các vật chứa nƣớc, đánh giá nguy cơ các kim loại có thể hòa tan vào nguồn nƣớc nhƣ: chì, đồng, sắt, kẽm, cadimi, kẽm…có trong vật chứa nƣớc, đƣờng ống và từ đó quyết định phƣơng pháp xử lý thích hợp hoặc điều chỉnh lƣợng hóa chất trong quá trình xử lý nƣớc nhƣ: đông tụ hóa học, keo tụ tủa bông hay bằng phƣơng pháp sinh học. Chỉ tiêu về màu sắc Nƣớc tự nhiên sạch thƣờng trong suốt và không màu, cho phép ánh sáng mặt trời chiếu tới các tầng nƣớc sâu. Màu sắc của nƣớc là do: các chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân rã, nƣớc có sắt và mangan ở dạng keo hoặc dạng hòa tan, nƣớc có các chất thải công nghiệp. Màu sắc làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc gây tác động xấu đến hoạt động sống của các sinh vật và con ngƣời. Mùi và vị Nƣớc tự nhiên không mùi, không vị. Mùi vị của nƣớc là do các chất hữu cơ từ cống rãnh khu dân cƣ, xí nghiệp chế biến thực phẩm, nƣớc thải công nghiệp hóa chất, chế biến dầu mỡ, các sản phẩm phân hủy cây cỏ, rong tảo, động vật, vi sinh vật, nƣớc thải từ các hoạt động chăn nuôi, giết mổ gia súc gia cầm… Độ đục Độ đục trong nƣớc là do các hạt rắn lơ lửng, các chất hữu cơ phân rã hoặc do các động thực vật trong nƣớc gây nên. Làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sinh hoạt. Độ cứng Độ cứng cửa nƣớc đƣợc quyết định bởi hàm lƣợng chất khoáng hòa tan trong nƣớc, chủ yếu là do các ion kim loại Ca2+ và Mg2+ ở dạng muối tan 4 clorua, sunfat, nitrat, hidrocacbonat… Độ cứng đƣợc chia làm 2 loại là độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh viễn. Độ cứng vĩnh viễn ít ảnh hƣởng đến đời sống con ngƣời và sinh vật trừ khi nó quá cao. Ngƣợc lại, độ cứng tạm thời lại có ảnh hƣởng rất lớn do thành phần chính tạo ra độ cứng tạm thời là Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 , các muối này dễ bị thủy phân thành CaCO3 và MgCO3 là các muối kết tủa. Khi phản ứng phân hủy xảy ra trong cơ thể sinh vật, các muối này kết tủa trong cơ thể sinh vật sẽ gây hại không nhỏ. Ở con ngƣời, chúng là nguyên nhân gây ra sỏi thận và một trong các nguyên nhân gây tắc động mạch do đóng cặn vôi ở thành trong của động mạch. Ngoài ra, nƣớc cứng có thể gây tắc nghẽn các đƣờng ống dẫn nƣớc do sự đóng cặn CaCO3 và MgCO3 ở thành ống, gây tốn xà phòng khi giặt bằng nƣớc cứng do Ca2+ làm kết tủa gốc axit trong xà phòng và làm xà phòng không lên bọt… Chính vì vậy độ cứng của nƣớc là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng nƣớc. Tổng chất rắn hòa tan (TDS – Total Dissolved Solids) Tổng chất rắn hòa tan là tổng số các ion mang điện tích bao gồm: khoáng chất, muối bicacbonat, clorua, sulfat, photphat, nitrat… hoặc kim loại tồn tại trong một khối lƣợng nƣớc nhất định. Hàm lƣợng TDS trong nƣớc sẽ quyết định đến mùi vị của nƣớc, đôi khi một số chất hòa tan trong nƣớc có thể làm nƣớc có mùi, vị khó chịu. TDS thƣờng đƣợc lấy làm cơ sở ban đầu để xác định mức độ sạch/tinh khiết của nguồn nƣớc. Một số chất hòa tan trong nƣớc là các nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho cơ thể khi ở hàm lƣợng nhỏ, nếu hàm lƣợng các chất này vƣợt quá ngƣỡng cho phép thì có thể gây ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe con ngƣời. Chính vì thế TDS là thông số quan trọng cần quan tâm khi chọn làm nƣớc sinh hoạt. Nhu cầu oxi hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand) Chỉ số COD là lƣợng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong một đơn vị mẫu nƣớc (mg/l) thành CO2 và H2O. COD cho biết hàm 5 lƣợng của chất hữu cơ có thể bị oxi hóa có trong nƣớc nên cũng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nƣớc Hàm lượng sắt tổng số Trong nƣớc ngầm tồn tại dƣới dạng ion, sắt có hóa trị 2 (Fe 2+) là thành phần của các muối hòa tan nhƣ: bicacbonat Fe(HCO3)2, sunfat FeSO4. Hàm lƣợng sắt trong nƣớc ngầm thƣờng cao và phân bố không đồng đều trong các trầm tích dƣới sâu. Nƣớc có hàm lƣợng sắt cao sẽ có mùi tanh và có nhiều cặn bẩn màu vàng, gây ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng nƣớc ăn uống và cho sinh hoạt sản xuất. Vì vậy trƣớc khi đƣa nguồn nƣớc ngầm vào mục đích sinh hoạt cần kiểm tra hàm lƣợng sắt tổng số trong nƣớc ngầm. Nếu hàm lƣợng vƣợt quá giới hạn cho phép cần phải có biện pháp xử lý trƣớc khi đƣa vào sử dụng. Hàm lượng mangan trong nước Trong nƣớc mangan thƣờng nằm ở hai trạng thái tan và không tan. Ở dạng tan tồn tại dƣới dạng Mn2+, còn dạng không tan là kết tủa hidroxit. Hàm lƣợng mangan trong nƣớc ở nồng độ thấp là rất cần thiết cho sức khỏe con ngƣời. Tuy nhiên nếu trong nƣớc mangan ở nồng độ cao cùng với sắt là nguyên nhân gây ra hiện tƣợng nƣớc cứng, hiện tƣợng nhuộm màu các dụng cụ nấu nƣớng, đồ dùng nhà tắm và quần áo, gây mùi trong thức ăn và nƣớc uống… 1.2. Thực trạng nƣớc sinh hoạt tại ở Việt Nam Dân số Việt Nam hiện nay khoảng 90 triệu ngƣời, trong đó có khoảng 70% dân số ở nông thôn. Do điều kiện phát triển còn thấp, cùng với thói quen sinh hoạt truyền thống nên cho đến nay đa phần dân cƣ nông thôn vẫn thƣờng xuyên sử dụng các nguồn nƣớc trực tiếp từ nƣớc ngầm. Sau khi đã áp dụng các biện pháp lọc thô, đánh phèn… trong khi không xác định rõ chất lƣợng nƣớc mà mình đang sử dụng. Thêm vào đó, môi trƣờng đang ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng, các sông ngòi, ao hồ, kênh mƣơng là nguồn tiếp nhận chất thải trực tiếp rồi mới ngấm xuống nƣớc ngầm gây ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời. Kết quả khảo sát cho biết mức độ ô nhiễm nguồn nƣớc ở một số tỉnh 6 nhƣ sau: Hà Nam (64,03%), Hà Nội (61,63%), Hải Dƣơng (51,99%), Đồng Tháp (37,26%)... [4]. So với nhiều nƣớc, Việt Nam có nguồn nƣớc ngọt dồi dào, lƣợng nƣớc bình quân đầu ngƣời đạt 17.000m3/ngƣời/năm. Do nền kinh tế nƣớc ta chƣa phát triển nên nhu cầu về nƣớc sử dụng chƣa cao, hiện nay mới chỉ khai thác đƣợc 500m3/ngƣời/năm nghĩa là chỉ khai thác đƣợc 3% lƣợng nƣớc tự nhiên cung cấp và chủ yếu là chỉ khai thác lớp nƣớc mặt của các dòng sông, phần lớn tập trung cho sản xuất nông nghiệp [6]. Hiện nay, tổng trữ lƣợng khai thác nƣớc dƣới đất trên toàn quốc đạt gần 20 triệu m3, tổng công suất của hơn 300 nhà máy khai thác nguồn nƣớc này vào khoảng 1,47 triệu m3/ngày. Nhƣng trên thực tế các nhà máy chỉ khai thác đƣợc 60 – 70 % so với công suất thiết kế. Vấn đề đáng báo động là nguồn nƣớc dƣới đất của Việt Nam đã và đang đối mặt với vấn đề xâm nhập mặn trên diện rộng, ô nhiễm vi sinh vật và ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng, do khoan nƣớc dƣới đất thiếu quy hoạch và không có kế hoạch bảo vệ nguồn nƣớc [4]. 1.3. Tổng quan về mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt 1.3.1. Một số mô hình xử lý nước cấp sinh hoạt áp dụng trên thế giới  Công nghệ lọc nước sạch bằng cát Nƣớc bị ô nhiễm có thể đƣợc làm sạch hiệu quả hơn nhiều bằng cách sử dụng một loại vật liệu giá rẻ, đƣợc mệnh danh là "siêu cát", nó có thể đƣợc dùng nhƣ một cách lọc nƣớc ít tốn kém tại các nƣớc đang phát triển. Đây là loại cát đƣợc tráng bên ngoài một loại ô-xit có từ loại vật liệu khá phổ biến, than chì - thƣờng đƣợc sử dụng làm lõi bút chì. Nhóm nghiên cứu đã mô tả cụ thể trong tạp chí của Hiệp Hội Hóa học Mỹ. Cát đƣợc tráng lớp graphite là một giải pháp có thể cân nhắc, đặc biệt là khi con ngƣời đã biết dùng cát để lọc nƣớc sạch từ thời cổ đại. "Siêu cát" đƣợc coi là một biện pháp tiết kiệm chi phí nhƣng hiệu quả trong việc lọc nƣớc.Với cát thƣờng, việc lọc nƣớc có thể không mấy thuận tiện. Kết hợp chất liệu cát thô với chất liệu carbon, khiến cho sản phẩm có khả năng lọc giữ cao các chất ô nhiễm, đồng thời cho 7 phép dòng nƣớc lƣu thông nhanh, cát trộn ô-xit graphite vào nƣớc rồi trộn với cát thƣờng, sau đó làm nóng hỗn hợp lên đến 105 độ C trong vài giờ để nƣớc bay hơi hết, còn lại thành phẩm cát đã đƣợc tráng vỏ, dùng để lọc sạch nƣớc ô nhiễm. Hiện tại công nghệ này đang đƣợc áp dụng phổ biến ở Úc và một số quốc gia trên thế giới [11].  Bể lọc nước được áp dụng ở Mỹ Có thể bố trí 2 hoặc 3 lớp vật liệu, tùy theo nguồn nƣớc: - Lớp dƣới cùng là sỏi, tạo khoảng trống để thu gom nƣớc. - Tiếp theo là lớp than hoạt tính. Dùng loại hạt than càng nhỏ càng tốt để hấp phụ mùi, màu và các loại hóa chất hòa tan. - Trên cùng là lớp cát vàng hoặc Filox (nếu muốn khử sắt, mangan và mùi tanh). Điểm mấu chốt ở đây không phải là vật liệu lọc mà là ở chỗ bể lọc này luôn ngập nƣớc, tạo lớp màng sinh học trên mặt lớp cát. Vậy làm thế nào để bể lọc không bao giờ cạn khô. Các bộ lọc truyền thống sau khi gom nƣớc sẽ cho chảy ra bằng vòi/ van nƣớc ngay dƣới đáy bể. Nƣớc trong bể lọc sẽ chảy lên tục cho đến khi không còn nữa. Bây giờ ta cải tiến, bắt dòng nƣớc này chảy ngƣợc lên phía trên bằng cách gắn đƣờng ống theo đúng nhƣ sơ đồ. Miệng ống phải cao hơn mặt trên cùng của lớp cát (trên 20cm). Khi nƣớc trong bể chứa dâng lên, nƣớc trong ống cũng dâng theo nguyên tắc bình thông nhau. Nƣớc sẽ chảy ra khi mực nƣớc trong bể cao hơn miệng ống. Nƣớc sẽ ngừng chảy khi mực nƣớc trong bể hạ thấp ngang với miệng ống. Do đó, bề mặt của lớp cát không bao giờ bị khô, tạo thành một lớp màng vi sinh nên có thể lọc đƣợc cả vi khuẩn. Cơ chế hoạt động của bể lọc nƣớc tự chế này gần giống với sản phẩm lọc kín. Hệ thống này thích hợp cho cả nƣớc ngầm và nƣớc sông, chỉ cần thay đổi vật liệu lọc tƣơng ứng. Nếu nƣớc cứng (nhiễm vôi/ canxi) cần xử lý bằng thiết bị trao đổi ion. Hệ thống này có thể để ở nhà, có thể mang lên tàu. 8 thuyền, ... Đặc biệt, có thể dùng bể lọc nƣớc kiểu này để cung cấp nƣớc sạch cho dân cƣ sau các trận lũ lụt [15]. 1.3.2. Một số mô hình xử lý nước cấp sinh hoạt áp dụng tại Việt Nam  Mô hình bể lọc nước phèn 2 ngăn Với một bể lọc nƣớc 2,5m3, chia ra làm hai ngăn, một ngăn chứa nƣớc bị nhiễm phèn thể tích 1,15m3 và ngăn hai chứa nƣớc đã lọc từ ngăn một 1,35m3. Tại ngăn chứa nƣớc phèn đƣợc xây thêm một ô chứa cát kích thƣớc cao 0,4m; rộng 0,3m; dài 1m giáp với vách của ngăn hai. Trong đó, vách xây ô chứa cát không tô vữa xi măng, nhằm tận dụng triệt để nƣớc thấm qua cát. Khi cho cát vào ô này, nhất thiết phải rửa cát thật sạch và nén cát lại thật kỹ. Đây là khâu quan trọng nhất trong quá trình lọc nƣớc, bởi nƣớc phèn vào ngăn một sẽ thấm qua ô cát này để chảy qua ngăn hai qua ba ống nhựa có đƣờng kính 2,7cm (đƣợc làm dƣới lớp cát) theo nguyên tắc bình thông nhau và phèn sẽ đƣợc ngăn giữ lại tại ô chứa cát này. Qua thực tế ứng dụng cho thấy, bể lọc nƣớc với kích thƣớc trên có công suất lọc nƣớc đƣợc 720 lít/giờ. So với các phƣơng pháp bể lọc truyền thống cùng quy mô trƣớc đây, phƣơng pháp này có tốc độ lọc nƣớc nhanh hơn từ 40 đến 50 lần. Đặc biệt, sau một năm sử dụng, chỉ cần tiến hành rửa cát một lần với thời gian chỉ mất nữa tiếng đồng hồ. Đánh giá mô hình: ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Đặc biệt có thể áp dụng trên quy mô lớn. Trƣờng mầm non Phú Hiệp, thị trấn Định Quán, huyện Định Quán là trƣờng có quy mô khá lớn với khoảng 400 cháu, vì vậy, nhu cầu sử dụng nƣớc sạch để phục vụ cho các cháu trong sinh hoạt trong những năm qua là hết sức bất thiết. Cùng với việc xây dựng cơ sở trƣờng lớp, năm 2003 nhà trƣờng cũng đã đầu tƣ khoan giếng và lắp đặt thêm bồn chứa nƣớc. Thế nhƣng từ đó đến năm 2008, nguồn nƣớc từ giếng khoan này không sử dụng đƣợc vào bất cứ công việc gì do bị nhiễm phèn rất nặng. Cuối năm 2008, khi đƣợc phòng giáo dục huyện giới thiệu về giải pháp lọc nƣớc phèn này, nhà trƣờng nhanh chóng áp dụng và đã xử lý phèn hiệu quả. 9 Từ nguồn nƣớc váng phèn vàng ố, sau khi lọc đã cho nƣớc sạch hơn và trong hơn. Bể lọc này là ít tốn cát, giá thành rẻ, vật liệu sẵn có dễ tìm, tốc độ lọc nhanh đủ để gia đình sử dụng trong sinh hoạt gia đình hằng ngày [13].  Bể lọc nước bằng than bùn Thực ra để đạt đƣợc điều này, cần tiến hành một khâu trung gian quan trọng, đó là biến than bùn thành than hoạt tính, vật liệu hấp thụ "kỳ diệu". Tuy có thể đƣợc chế tạo từ nhiều nguồn khác nhau, nhƣng than hoạt tính làm từ than bùn vẫn có hiệu quả lọc nƣớc cao hơn cả, đồng thời, tài nguyên này ở nƣớc ta lại rất dồi dào. Vừa qua, Viện Nghiên cứu địa chất và khoáng sản (Bộ Công nghiệp) cùng Phân viện Phòng hóa vũ khí NBC, Trung tâm Công nghệ xử lý môi trƣờng (Bộ Quốc phòng) đã phối hợp, nghiên cứu và ứng dụng thành công việc dùng than hoạt tính sản xuất từ than bùn để xử lý nƣớc sinh hoạt. Công nghệ này đã đƣợc triển khai thí điểm ở xã Bình Tân (huyện Gò Công Tây, tỉnh Tiền Giang). Than hoạt tính là loại vật liệu có khả năng hấp thụ đặc biệt, nên đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có việc ứng dụng để xử lý nƣớc sinh hoạt. Than hoạt tính có nhiều dạng: dạng bột, dạng ép, mảnh, sợi ống... mỗi loại có một chức năng và có khả năng hấp phụ khác nhau. Than hoạt tính có thể sản xuất từ nguồn nguyên liệu khác nhau nhƣ than antraxit, than bitum, gáo dừa, gỗ, xƣơng động vật, sản phẩm dầu mỏ... Tuy nhiên, hiệu quả lọc nƣớc của than hoạt tính chế tạo từ than bùn vẫn cao hơn cả. Nguyên nhân là do dạng than hoạt tính này chứa nhiều lỗ kích thƣớc bé và kích thƣớc lớn, vì vậy, nó có thể hấp phụ các chất hữu cơ phân tử bé cũng nhƣ phân tử lớn. Để có thể xử lý nƣớc sinh hoạt có hiệu quả, phƣơng pháp truyền thống đƣợc áp dụng trên thế giới là lắng và lọc. Phƣơng pháp lắng, lọc đƣợc cải tiến khi áp dụng công nghệ mới là than hoạt tính dạng hạt và dạng bột đã mang lại hiệu quả kinh tế cao. Trên cơ sở phƣơng pháp này, các nhà khoa học Việt 10 Nam đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hai loại thiết bị lọc nƣớc phù hợp với quy mô hộ gia đình và cụm dân cƣ. Các trang thiết bị rất gọn nhẹ, dễ sử dụng để bảo hành và thay thế. Quy trình lọc nƣớc bằng than hoạt tính Loại cho các hộ gia đình: Có công suất nhỏ, 1 m3/ngày, gồm hai bộ phận chính là bể chứa và bình lọc. Những bình lọc 2 lít có thể tiến hành lọc mỗi ngày 10 lần, cần lúc nào xử lý lúc ấy, chỉ cần sau 30 phút là có nƣớc sạch dùng. Nếu dùng bằng thùng nhựa, giá thành mỗi thiết bị nhƣ thế khoảng 600.000 đồng. Tùy theo mức độ nhiễm bẩn của nƣớc và chất lƣợng than hoạt tính ở bình lọc mà xác định thời gian tái sinh hay thay thế than hoạt tính. Loại cho cụm dân cư: Các nhà khoa học dự kiến sẽ thiết kế các trạm nƣớc tập trung có công suất 300 m3/ngày đêm, cung cấp nƣớc sạch cho khoảng 3.000 dân, trung bình 100 lít/ngƣời/ngày. Hệ thống này sử dụng dễ dàng, theo định kỳ, 2 bình lọc đƣợc tháo ra khỏi hệ thống, thay than ở bên trong, đƣa than cũ tái sinh vào. Việc tháo lắp và thay than dễ dàng, nhân dân có thể tự làm đƣợc [17].  Mô hình bể lọc nước giếng khoan Nguyên vật liệu chủ yếu là cát thạch anh, than hoạt tính, sỏi nhỏ, sỏi lớn… ống nhựa PVC để làm giàn phun mƣa, các van khóa, mở nƣớc. Lớp dƣới cùng là sỏi, tạo khoảng trống để thu gom nƣớc. Tiếp theo là lớp than hoạt tính, dùng loại hạt than càng nhỏ càng tốt để hấp phụ mùi, màu và các loại hóa chất hòa tan. Trên cùng là lớp cát thạch anh, cát vàng hoặc cát đen (nếu muốn khử sắt, mangan và mùi tanh). Điểm khác biệt ở đây là vật liệu lọc phải là cát thạch anh, than hoạt tính, đồng thời bể lọc này luôn phải ngập nƣớc, tạo độ mịn trong các lớp vật liệu. Mô hình này khá đơn giản, chi phí xây dựng thấp, dễ dàng vệ sinh cát định kỳ, đƣợc áp dụng khá phổ biến ở các hộ gia đình, hiệu quả lọc nƣớc cũng khá cao, chất lƣợng nƣớc đầu ra đạt tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc sinh hoạt. 11 CHƢƠNG II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: góp phần nâng cao chất lƣợng nƣớc sinh hoạt cho ngƣời dân tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên, huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội. Mục tiêu cụ thể: - Đánh giá đƣợc hiện trạng chất lƣợng nƣớc sinh hoạt tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên, huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội. - Thiết kế và thử nghiệm đƣợc mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu. 2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: nguồn nƣớc cấp sinh hoạt tại khu vực thôn Việt Yên, xã Đông Yên, huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội. Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung thiết kế mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt từ nguồn nƣớc ngầm, vì đây là nguồn nƣớc cấp sinh hoạt chủ yếu cho ngƣời dân tại khu vực nghiên cứu. 2.3. Nội dung nghiên cứu  Nghiên cứu thực trạng sử dụng nƣớc sinh hoạt tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội  Nghiên cứu đánh giá chất lƣợng nƣớc sinh hoạt tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội  Thiết kế và thử nghiệm mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt tại thôn Việt Yên, xã Đông Yên huyện Quốc Oai, thành phố Hà Nội  Đề xuất biện pháp áp dụng mô hình xử lý nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu. 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.4.1. Thực trạng sử dụng nước sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu. Để thực hiện nội dung trên đề tài đã tiến hành sử dụng phƣơng pháp điều tra xã hội học sau: 12 - Mục đích của phương pháp: điều tra hiện trạng sử dụng nƣớc sinh hoạt của ngƣời dân trong khu vực nghiên cứu, các thông tin thu thập đƣợc qua điều tra giúp cho đề tài tổng hợp đƣợc các ý kiến và quan điểm khác nhau. - Cách tiếp cận cơ bản: + Phỏng vấn trực tiếp thông qua các cuộc trao đổi, trò chuyện. + Phỏng vấn bằng phiếu điều tra - Thiết kế bảng câu hỏi: Gồm hệ thống những câu hỏi đóng - mở và câu hỏi lựa chọn dựa trên căn cứ về thời gian cho mỗi phiếu điều tra. - Đối tượng: Ngƣời dân trong khu vực nghiên cứu. - Địa điểm điều tra: Thôn Việt Yên - xã Đông Yên - huyện Quốc Oai Hà Nội. - Số lượng phiếu điều tra: 50 phiếu. - Nội dung phiếu điều tra: nguồn nƣớc đang sử dụng của gia đình là nƣớc mƣa, nƣớc giếng khoan hay giếng đào… gia đình có sử dụng hình thức nào để lọc nƣớc hay không? Có thấy mùi lạ của nƣớc khi sử dụng không? Mong muốn sử dụng nƣớc máy của các hộ gia đình… Câu hỏi chi tiết của phiếu điều tra đƣợc đề cập trong phụ lục 01. 2.4.2. Đánh giá chất lượng nước sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu Để đánh giá chất lƣợng nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu đề tài đã sử dụng các phƣơng pháp sau:  Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu [10] Dựa vào tính chất và đặc điểm của nƣớc cũng nhƣ đặc điểm về điều kiện tự nhiên, đặc điểm phát triển kinh tế - xã hội của khu vực nên các chỉ tiêu đƣợc lựa chọn để phân tích mẫu nƣớc ở đây là: màu sắc, mùi, pH, độ cứng, độ đục, sắt tổng số, Mangan, COD, TDS, Cl- và NO3- . Các mẫu nƣớc đƣợc lấy trực tiếp từ điểm khai thác nƣớc hoặc từ bể chứa nƣớc và bảo quản theo yêu cầu của phƣơng pháp lấy mẫu nƣớc phù hợp cho từng chỉ tiêu. Các vị trí lấy mẫu phải phù hợp và có sơ đồ lấy mẫu cụ thể, mẫu đƣợc lấy phải đặc trƣng cho hiện trạng chất lƣợng nƣớc của vùng nghiên cứu. 13 - Mục đích lấy mẫu: đánh giá chất lƣợng nƣớc sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu. - Nguồn nước lấy mẫu: nƣớc ngầm chƣa qua xử lý. - Địa điểm lấy mẫu: Vị trí và sơ đồ lấy mẫu đƣợc thể hiện qua bảng 2.1 và hình 2.1 Bảng 2.1. Vị trí lấy mẫu tại khu vực nghiên cứu STT Kí hiệu mẫu 1 M1 2 Tên chủ hộ Địa điểm Loại hình Sỹ Danh Dƣơng Tổ 4 – Việt Yên Giếng đào M2 Sỹ Danh Ru Tổ 3 – Việt Yên Giếng đào 3 M3 Cấn Văn Quân Tổ 5 – Việt Yên Giếng đào 4 M4 Cấn Đặng Ráng Tổ 6 – Việt Yên Giếng đào 5 M5 Nguyễn Văn Bào Tổ 6 – Việt Yên Giếng đào 6 M6 Nguyễn Văn Hùng Tổ 1 – Việt Yên Giếng đào 7 M7 Hà Hữu Nguyên Tổ 2 – Việt Yên Giếng đào 8 M8 Cấn Văn Hảo Tổ 2 – Việt Yên Giếng đào 9 M9 Bùi Văn Tâm Tổ 3 – Việt Yên Giếng đào 10 M10 Trần Văn Tuấn Tổ 5 – Việt Yên Giếng đào 11 M11 Đặng Văn Đìa Tổ 4 – Việt Yên Giếng đào 12 M12 Lê Đình Khuyến Tổ 1 – Việt Yên Giếng đào (Nguồn: Đề tài năm 2015) 14 Hình 2.1. Sơ đồ lầy mẫu tại khu vực nghiên cứu 15