Tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho nhà máy đá cây tại vĩnh lương, nha trang

i LỜI CẢM ƠN Trong suốt gần 4 năm học tập tại trường Đại Học Nha Trang Thành Phố Nha Trang tôi đã được quý thầy cô Viện Công Nghệ Sinh Học Và Môi Trường trang bị cho một nền tảng kiến thức quý báu. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đã hết lòng giảng dạy, truyền đạt những kiến thức hữu ích trong suốt quá trình học tập cũng như động viên góp ý giúp tôi hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy cô trực tiếp hướng dẫn là thầy PGS.TS. Phạm Hùng Thắng và cô ThS. Trần Nguyễn Vân Nhi đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến thiết thực trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng tôi xin gởi lời tri ân đến cha mẹ, anh chị em trong gia đình cùng tất cả bạn bè trong lớp, trong Viện, những người đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập cũng như trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Nha trang, tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực hiện Đỗ Quang Huy ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................................i DANH SÁCH BẢNG..........................................................................................................vii DANH SÁCH HÌNH ..........................................................................................................viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...............................................................................................ix GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN ..............................................................................................1 Chương I: TỔNG QUAN ......................................................................................................4 1.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN: .............................................................................................4 1.1.1. Vị trí địa lý: .............................................................................................................4 1.1.2. Địa hình:..................................................................................................................4 1.1.3. Đặc điểm khí hậu: ...................................................................................................4 1.1.4. Mạng lưới thủy văn: ................................................................................................5 1.2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT................................................................6 1.2.1. Cấu tạo nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu: ......................................................6 1.2.2. Định nghĩa về sự ô nhiễm nước dưới đất: ...............................................................7 1.2.3. Các chất ô nhiễm có trong nước:.............................................................................8 1.2.3.1. Các chất rắn có trong nước: ..............................................................................8 1.2.3.2. Các chất gây mùi vị trong nước:.......................................................................8 1.2.3.3. Các hợp chất của Canxi, Magiê: .......................................................................8 1.2.3.4. Các chất phóng xạ trong nước: .........................................................................9 1.2.3.5. Khí HydroSunfua H2S: .....................................................................................9 1.2.3.6. Các hợp chất của nitơ (NH4+, NO2-, NO3-): ......................................................9 1.2.3.7. Sắt và Mangan: ...............................................................................................10 1.2.3.8. Các hợp chất của axit cacbonic:......................................................................10 1.2.3.9. Các hợp chất có photphat:...............................................................................11 1.2.3.10. Các hợp chất sunfat:......................................................................................11 1.2.3.11. Các hợp chất Clorua: ....................................................................................11 1.2.3.12. Các hợp chất Florua: .....................................................................................12 1.2.3.13. Các kim loại nặng: ........................................................................................12 1.2.3.14. Các chỉ tiêu vi sinh: ......................................................................................13 1.3. TỔNG QUAN MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP.............................14 iii 1.3.1. Công trình thu nước: .............................................................................................14 1.3.2. Công trình vận chuyển nước: ................................................................................14 1.3.3. Xử lý nước cấp bằng phương pháp cơ học: ..........................................................15 1.3.3.1. Hồ chứa và lắng sơ bộ: ...................................................................................15 1.3.3.2. Song chắn rác và lưới chắn rác: ......................................................................15 1.3.3.3. Bể lắng: ...........................................................................................................15 1.3.3.4. Lọc: .................................................................................................................16 1.3.4. Xử lý nước cấp bằng phương pháp hóa lý: ...........................................................17 1.3.4.1. Làm thoáng: ....................................................................................................17 1.3.4.2. Clo hóa sơ bộ: .................................................................................................17 1.3.4.3. Keo tụ - Tạo bông: ..........................................................................................18 1.3.4.4. Khử trùng nước:..............................................................................................20 1.3.5. Các phương pháp khử Fe trong nước ngầm:.........................................................22 1.3.5.1. Công nghệ khử sắt bằng làm thoáng...............................................................22 1.3.5.2. Công nghệ khử sắt bằng hóa chất: ..................................................................25 1.3.5.3. Công nghệ làm thoáng kết hợp với sử dụng chất oxy hóa mạnh:...................25 1.3.6. Các phương pháp khử độ cứng trong nước ngầm: ................................................25 1.3.6.1. Phương pháp dùng hóa chất:...........................................................................25 1.3.6.2. Phương pháp nhiệt: .........................................................................................26 1.3.6.3. Phương pháp trao đổi ion:...............................................................................27 1.3.6.4. Phương pháp lọc màng: ..................................................................................27 1.3.6.5. Phương pháp tổng hợp:...................................................................................28 1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC NGẦM TRONG THỰC TẾ....................29 1.4.1. Công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm sắt cao ( 40 – 60 mg/l) tại xã Phước Kiểng, huyện Nhà Bè, Thành phố Hồ Chí Minh.............................................................29 1.4.2. Công nghệ xử lý nước ngầm tại Hóc Môn, Thành phố Hồ Chí Minh công suất 65.000 m3/ngày đêm ................................................................................................30 1.5. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ.........................................................................................30 Chương II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ................................................................32 2.1. HIỆN TRẠNG CUNG CẤP SỬ DỤNG NƯỚC TẠI NHÀ MÁY VÀ TRONG KHU VỰC.........................................................................................................................32 2.1.1 Hiện trạng cung cấp và sử dụng nước tại Vĩnh Lương – Nha Trang:....................32 iv 2.1.2. Hiện trạng cung cấp và sử dụng nước ở nhà máy sản xuất đá cây tại Vĩnh Lương – Nha Trang.........................................................................................................34 2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA TẠP CHẤT ĐẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐÁ CÔNG NGHIỆP: ...........................................................................................................................34 2.3. LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC CHO NHÀ MÁY....................................................36 2.4. ĐẶC ĐIỂM NGUỒN NƯỚC NGẦM TẠI LƯƠNG SƠN – NHA TRANG..........37 2.5. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC NGẦM CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐÁ CÂY VĨNH LƯƠNG – NHA TRANG........................................................39 2.5.1. Lựa chọn công nghệ: .............................................................................................39 2.5.1.1. Quá trình làm thoáng: .....................................................................................39 2.5.1.2. Bể trộn: ...........................................................................................................39 2.5.1.3. Bể lắng: ...........................................................................................................39 2.5.1.4. Bể lọc: .............................................................................................................39 2.5.1.5. Bể chứa: ..........................................................................................................40 2.5.1.6. Cụm xử lý bùn: ...............................................................................................40 2.5.2. Công nghệ được đề xuất: ......................................................................................40 Chương III: TÍNH TOÁN QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ..............................42 3.1. THIẾT KẾ GIẾNG KHOAN: ....................................................................................42 3.1.1. Lưu lượng thiết kế:................................................................................................42 3.1.2. Tính toán thiết kế giếng khoan:.............................................................................42 3.1.2.1. Tính toán công suất giếng:..............................................................................42 3.1.2.2. Thiết kế giếng khoan: .....................................................................................42 3.1.2.3. Chọn bơm cấp 1:.............................................................................................43 3.2. THIẾT KẾ GIÀN MƯA:............................................................................................43 3.2.1. Xác định kích thước giàn mưa: .............................................................................44 3.2.2. Sàn tung mưa: .......................................................................................................44 3.2.3. Hệ thống phân phối nước: .....................................................................................45 3.2.4. Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước: ..................................................................49 3.2.5. Sàn và ống thu nước:.............................................................................................49 3.2.6. Hệ thống xả cặn và ống dẫn nước sạch cọ rửa giàn mưa:.....................................50 3.2.7. Hàm lượng CO2, O2 và pH sau làm thoáng bằng giàn mưa:.................................50 3.2.7.1. Hàm lượng CO2 sau làm thoáng: ....................................................................50 v 3.2.7.2. Hàm lượng O2 sau làm thoáng:.......................................................................51 3.2.7.3. Xác định pH sau làm thoáng:..........................................................................51 3.3. THIẾT KẾ BỂ TRỘN: ...............................................................................................52 3.4. THIẾT KẾ BỂ LẮNG ĐỨNG ...................................................................................54 3.4.1. Hàm lượng cặn trong nước khi đưa vào bể lắng đứng:.........................................55 3.4.2. Xác định kích thước bể lắng đứng: .......................................................................56 3.4.3. Máng thu nước: .....................................................................................................60 3.4.4. Ống dẫn nước vào bể lắng: ...................................................................................62 3.5. THIẾT KẾ NGĂN CHỨA TRUNG GIAN ...............................................................63 3.5.1. Thể tích ngăn chứa trung gian:..............................................................................63 3.5.2. Kích thước của bể chứa trung gian: ......................................................................63 3.6. THIẾT KẾ BỒN LỌC ÁP LỰC: ...............................................................................63 3.6.1. Xác định kích thước bồn lọc áp lực: .....................................................................65 3.6.2. Rửa lọc: .................................................................................................................67 3.6.3. Hệ thống thu nước và phân phối nước: .................................................................71 3.6.4.Hệ thống phân phối nước: ......................................................................................72 3.6.5. Hệ thống sàn chụp lọc:..........................................................................................72 3.6.6. Tính Bơm: .............................................................................................................73 3.6.7. Tính cơ khí: ...........................................................................................................82 3.7. HÓA CHẤT DÙNG ĐỂ KHỬ CỨNG .....................................................................88 3.8. TÍNH TOÁN KHỬ TRÙNG......................................................................................88 3.8.1. Liều lượng Clo hoạt tính cần thiết sử dụng trong một giờ được xác định theo công thức sau:..........................................................................................................89 3.8.2. Liều lượng Clo cần thiết trong một ngày: .............................................................89 3.9. THIẾT KẾ BỂ CHỨA................................................................................................89 3.9.1. Dung tích điều hòa của bể chứa: ...........................................................................90 3.9.2. Một số bộ phận của bể chứa:.................................................................................91 3.10. THIẾT KẾ BỂ CHỨA CẶN ....................................................................................92 3.11. KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM MÔ HÌNH.................................................................93 3.11.1. Mô hình khảo nghiệm: ........................................................................................93 3.11.2. Kết quả khảo nghiệm mô hình: ...........................................................................94 3.12. BỐ TRÍ MẶT BẰNG...............................................................................................94 vi 3.13. TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH XỬ LÝ ........................................................................95 3.13.1. Tính toán bê tông sử dụng cho các công trình ....................................................95 3.13.1.1. Giàn mưa.......................................................................................................95 3.13.1.2. Bể trộn...........................................................................................................95 3.13.1.3. Bể lắng đứng .................................................................................................96 3.13.1.4. Bể chứa trung gian ........................................................................................97 3.13.1.5. Bể chứa nước sạch ........................................................................................97 3.13.1.6. Bể chứa cặn...................................................................................................98 3.13.2. Khai toán kinh phí xây dựng các công trình .......................................................98 3.13.3. Chi phí vận hành ...............................................................................................100 3.13.3.1. Suất đầu tư cho 1m3 nước cấp: ...................................................................100 3.13.3.2. Chi phí xử lý 1m3 nước cấp: .......................................................................101 3.13.3.3. Phân tích lợi ích kinh tế: .............................................................................102 3.13.3.4. Thời gian hoàn vốn xây dựng hệ thống: .....................................................102 3.14. QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ............................................................102 3.14.1. Công tác chuẩn bị trước khi vận hành...............................................................102 3.14.2. Các thao tác vận hành hằng ngày và công tác bảo dưỡng.................................103 3.14.2.1. Trình tự vận hành........................................................................................103 3.14.2.2. Thao tác vận hành và bảo dưỡng ................................................................104 3.14.2.3. Thao tác vận hành và bảo dưỡng ................................................................110 3.14.3. SỰ CỐ VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC...........................................................110 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ...........................................................................................114 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................116 vii DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Nhiệt độ và lượng mưa trung bình các tháng đo tại trạm Nha Trang năm 2010 .......................................................................................................................................5 Bảng 1.2: Phân loại độ cứng theo CaCO3 ..............................................................................9 Bảng 1.3: Hiệu xuất loại bỏ tạp chất của màng lọc RO.......................................................28 Là phương pháp phối hợp hai trong ba phương pháp nói trên (Phương pháp thứ nhất với thứ hai, thứ nhất với thứ ba,…) sao cho chất lượng đầu ra đạt yêu cầu. .......................28 Bảng 2.1: Hàm lượng tạp chất trong nước đá công nghiệp .................................................35 Bảng 2.2: Ảnh hưởng một số tạp chất đến chất lượng nước đá...........................................35 Bảng 2.3: Kết quả xét nghiệm nước ngầm tại Lương Sơn – Nha Trang .............................37 Bảng 3.1: Tóm tắt các thông số của giàn mưa.....................................................................52 Bảng 3.2: Nồng độ trung bình của cặn đã nén.....................................................................59 Bảng 3.3: Tóm tắc các thông số của bể lắng đứng ..............................................................63 Bảng 3.4: Đặc trưng của lớp vật liệu lọc .............................................................................64 Bảng 3.5: Lựa chọn lớp sỏi đỡ.............................................................................................66 Bảng 3.6: Độ nở tương đối của vật liệu lọc và cường độ rửa lọc ........................................67 Bảng 3.7: Độ đặc của cặn ....................................................................................................68 Bảng 3.8: Thể tích cặn chiếm chỗ trong lỗ rỗng hạt vật liệu lọc .........................................68 Bảng 3.9: Đặc tính vật liệu lọc ............................................................................................68 Bảng 3.10: Các thông số về chân đỡ....................................................................................87 Bảng 3.11: Tóm tắc các thông số bồn lọc............................................................................88 Bảng 3.12: Tóm tắc các thông số của bể chứa.....................................................................92 Bảng 3.13: Tóm tắc các thông số của bể chứa cặn ..............................................................93 Bảng 3.14: Kết quả khảo nghiệm mô hình ..........................................................................94 Bảng 3.15: Khai toán kinh phí xây dựng các công trình .....................................................98 Bảng 3.16: Các sự cố và biện pháp khắc phục ..................................................................110 viii DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa trung bình các tháng đo tại trạm Nha Trang năm 2010................................................................................................................................5 Hình 1.2: Biểu đồ tương quan hàm lượng của CO2, HCO3- và CO32- ở nhiệt độ 250C với các giá trị pH khác nhau ................................................................................................10 Hình 1.3: Sơ đồ làm thoáng đợ giản – Lọc..........................................................................22 Hình 1.4: Sơ đồ làm thoáng tự nhiên – Lắng tiếp xúc – Lọc...............................................22 Hình 1.5: Sơ đồ làm thoáng cưỡng bức – Lắng – Lọc.........................................................23 Hình 1.6: Sơ đồ xử lý nước ngầm bằng ejector thu khí và lọc áp lực .................................23 Hình 1.7: Sơ đồ xử lý nước ngầm bằng máy nén khí và lọc áp lực.....................................24 Hình 1.8: Sơ đồ làm thoáng - Lọc tiếp xúc..........................................................................25 Hình 1.9: Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm tại xã Phước Kiểng, huyện Nhà Bè, Thành phố Hồ Chí Minh......................................................................................................29 Hình 1.10: Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm tại Hóc Môn ...............................................30 Hình 2.1: Những tụ điểm nước công cộng không đủ đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của người dân xã Vĩnh Lương ....................................................................................33 Hình 2.2: Người dân phải đi xa mua nước sạch về sử dụng ................................................33 Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm cho nhà máy đá cây tại Vĩnh Lương – Nha Trang ............................................................................................................................40 Hình 3.1: Sơ đồ khảo nghiệm mô hình ................................................................................93 ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD : Tiêu chuẩn xây dựng BYT : Bộ y tế 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN ∗ ĐẶT VẤN ĐỀ: Cùng với sự phát triển của kinh tế thế giới nền kinh tế Việt Nam cũng ngày càng tăng lên đáng kể, Việt Nam đã trở thành một thành viên của WTO trong năm 2007. Khi nền kinh tế phát triển, đời sống của người dân được nâng cao thì nhu cầu dùng nước sạch càng mạnh mẽ. Do đó, vấn đề nước sạch đang là nỗi bức xúc của người dân là một việc làm cần thiết và cấp bách. Nó không chỉ đáp ứng nhu cầu dùng nước hằng ngày nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân mà còn góp phần tạo điều kiện thuận lợi để đưa nền kinh tế của Việt Nam vươn xa hơn nữa. Thiếu nước sạch hiện nay là tình trạng nghiêm trọng không chỉ ở nước ta mà cả toàn cầu, khi mà những vấn đề ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu ngày càng nhận được sự quan tâm hàng đầu trên thế giới thì vấn đề này càng trở nên nóng bỏng. Nước sạch là nước không màu, không mùi, không vị và không có các mầm bệnh, chất độc hại, có các thành phần hóa lý phù hợp với tiêu chuẩn quy định. 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 các hoạt động công nghiệp nước cấp được dùng cho quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như: đồ hộp, nước giải khát, bia rượu,…Hầu hết mọi nghành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như một nguồn nguyên liệu không gì thay thế trong sản xuất. Nước sạch cấp cho hoạt động sinh hoạt và công nghiệp là nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống hôm nay. Theo Cục Thủy Lợi (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) nhu cầu dùng nước tại Việt Nam ngày càng tăng trong khi nguồn cung cấp thì có hạn, khiến cho Việt Nam đang bị đẩy vào nguy cơ xếp hạn là một trong những quốc gia thiếu nước trên thế giới. Tại nhiều vùng trong cả nước nguồn nước cấp cho sinh hoạt và sản xuất đang bị thiếu trầm trọng, được sử dụng nước sạch là niềm khao khát của người dân. 2 Cấp nước sạch và đầy đủ là những điều kiện tiên quyết để cải thiện sức khỏe cộng đồng và phát triển kinh tế xã hội. Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên bị hao kiệt và ô nhiễm dần. Vì thế con người phải biết khám phá và xử lý các nguồn nước mới để có thể đáp ứng đủ nước sạch cho cộng đồng và cuộc sống ngày càng cao của người dân. ∗ TÍNH CẤP THIẾT: Nước là nhu cầu thiết yếu cho cuộc sống của con người và sinh vật. Nước sạch xem như là hàng hóa đặc biệt trong đời sống của con người. Việc quy hoạch và xây dựng mô hình xử lý nước phù hợp không những giải quyết được tình trạng khan hiếm nước sạch hiện nay mà còn tạo điều kiện cho người dân có thu nhập thấp cũng có thể sử dụng nước sạch. Ngoài ra nó còn cải thiện được chất lượng cuộc sống của người dân giảm bệnh tật, đảm bảo sự bình đẳng giữa các thành phần sử dụng nước, giảm cách biệt giữa thành phố và nông thôn. Trong xử lý nước cấp, tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu cầu về chất lượng nước cấp mà người ta quyết định quá trình xử lý để có được chất lượng nước cấp đảm bảo các chỉ tiêu và ổn định nước cấp cho nhu cầu sử dụng. Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về chất lượng nước cấp, trong đó có thể có các chỉ tiêu cao thấp khác nhau, nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này phải đạt các tiêu chuẩn an toàn vệ sinh về số vi sinh có trong nước, không có chất độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người và nhất là phải đạt được các tiêu chuẩn của tổ chức sức khỏe thế giới hoặc cộng đồng Châu Âu. Thông thường, nước cấp sinh hoạt phải đạt các chỉ tiêu về độ pH, nồng độ oxy hòa tan, độ đục, màu sắc, hàm lượng sắt, mangan, độ cứng, mùi vị,… Ngoài ra nước cấp sinh hoạt cần phải ổn định về mặt lý học, hóa học cũng như các chỉ tiêu vệ sinh an toàn khác như vi trùng trong nước. Nước cấp cho công nghiệp ngoài các chỉ tiêu chung về chất lượng thì còn phụ thuộc vào mục đích sử dụng mà đặt ra những yêu cầu riêng. Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết của nhà máy sản xuất đá cây là cần có nguồn nước cấp là nước ngầm 3 để sản xuất đá cây tại Vĩnh Lương – Nha Trang nên em thực hiện đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho nhà máy đá cây tại Vĩnh Lương – Nha Trang”. ∗ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho nhà máy đá cây tại Vĩnh Lương – Nha Trang. ∗ NỘI DUNG ĐỒ ÁN: 1. Tìm hiểu tổng quan về hiện trạng cung cấp nước tại nhà máy và khu vực thiết kế tại Vĩnh Lương – Nha Trang. 2. Lựa chọn và đề xuất công nghệ xử lý cho nhà máy đá cây tại Vĩnh Lương – Nha Trang. 3. Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước ngầm cho nhà máy đá cây tại Vĩnh Lương – Nha Trang. 4. Thực hiện bản vẽ: a. Mặt bằng trạm xử lý nước b. Mặt cắt các công trình theo cao trình c. Chi tiết các công trình đơn vị 5. Tính toán kinh tế. 4 Chương I: TỔNG QUAN 1.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN: 1.1.1. Vị trí địa lý: Thôn Lương Sơn thuộc xã Vĩnh Lương nằm về phía Bắc Thành phố Nha Trang cách trung tâm thành phố 12km. - Phía Đông: Giáp biển Đông - Phía Tây: Giáp Quốc lộ 1A - Phía Nam: Giáp đèo Rù Rì - Phía Tây: Giáp đèo Rọ Tượng 1.1.2. Địa hình: Lương Sơn – Vĩnh Lương – Nha Trang tuy giáp nhiều đèo dốc nhưng địa hình có độ dốc không cao, thấp dần từ Tây sang Đông. Có 2 loại đất chính là đất xám và đất phèn. Khu vực cấp nước có địa hình tương đối bằng phẳng, cách Quốc lộ 1A khoảng 250m về phía Tây và biển Đông 400m về phía Đông. 1.1.3. Đặc điểm khí hậu: Xã Vĩnh Lương thuộc địa phận Nha Trang nằm trong khu vực chịu sự chi phối của khí hậu nhiệt đới gió mùa, vừa mang tính chất của khí hậu đại dương nên tương đối ôn hòa. Thường có 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa nắng : - Mùa mưa ngắn, từ khoảng giữa tháng 9 đến giữa tháng 12 dương lịch, lượng mưa thường chiếm trên 50% lượng mưa trong năm. - Những tháng còn lại là mùa nắng, trung bình hàng năm có tới 2.600 giờ nắng. Nhiệt độ trung bình hàng năm cao khoảng 26,70C. Từ tháng 1 đến tháng 8, có thể coi là mùa khô, thời tiết thay đổi dần. Những tháng đầu mùa, trời mát, nhiệt độ từ 17-25°C, nhưng từ tháng 5 đến tháng 8 trời nóng nực, nhiệt độ có thể lên tới 34°C. Từ tháng 9 đến tháng 12, được xem như mùa mưa, nhiệt độ thay đổi từ 20-27°C. Nha Trang là vùng ít gió bão, tần số bão đổ bộ vào Nha Trang thấp chỉ có khoảng 0,82 cơn bão/năm so với 3,74 cơn bão/năm đổ bộ vào bờ biển Việt Nam, 5 các trận bão được dự đoán sẽ đổ bộ vào Nha Trang trong những năm gần đây thường lệch hướng vào Nam hoặc tan ngay khi gần vào bờ. Tuy vậy, do địa hình sông suối có độ dốc cao nên khi có bão kèm theo mưa lớn, làm nước dâng cao nhanh chóng, trong khi đó sóng bão và triều dâng lại cản đường nước rút ra biển, nên thường gây ra lũ lụt. Bảng 1.1: Nhiệt độ và lượng mưa trung bình các tháng đo tại trạm Nha Trang năm 2010 [14] Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cao nhất (°C) 27 28 29 31 32 32 32 32 32 30 28 27 Thấp nhất (°C) 22 22 23 25 26 26 26 26 25 24 24 22 Nhiệt độ TB 24 25 26 28 29 29 29 29 29 27 26 24 Lượng mưa (cm) 2,4 0,6 2,1 2,0 5,1 3,5 2,6 3,2 13,4 25,4 25,1 12,2 Biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa trung bình đo tại trạm Nha Trang năm 2010 Nhiệt độ (°C) 35 30 25 20 Nhiệt độ trung bình 15 Lượng mưa (cm) 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Tháng Hình 1.1: Biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa trung bình các tháng đo tại trạm Nha Trang năm 2010 [14] 1.1.4. Mạng lưới thủy văn: Địa hình là đồi dốc bao quanh, không có sông ngòi chạy qua. Nguồn nước được sử dụng chủ yếu là nước ngầm và nước mưa. 6 1.2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT 1.2.1. Cấu tạo nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu: - Nước dưới đất có thể chia thành các loại sau: • Nước trong đới thông khí: Đới thông khí là lớp đất đá giới hạn từ mặt đất tới bề mặt nước ngầm thấm nước. Trong đới này, không khí có thể tự do lưu thông nhưng không hoàn toàn bão hòa nước. Nước trong đới thông khí bao gồm đủ các dạng: Nước không trọng lực, nước mao dẫn và nước trọng lực, ở các trạng thái lỏng và hơi. • Nước ngầm là loại nước trọng lực dưới đất ở trong tầng chứa nước thứ nhất kể từ trên mặt xuống. Phía trên tầng nước ngầm thường không có lớp các nước che phủ và nước trọng lực không chiếm hết toàn bộ bề dày của lớp đá thấm nước, nên bề mặt của nước ngầm là một bề mặt thoáng tự do. Điều này quyết định tính chất không có áp của nước ngầm. Trong một số trường hợp, trong đới thông khí có thấu kính cách nước nằm đè lên bề mặt nước ngầm sẽ làm cho nước ngầm có áp lực cục bộ. - Phạm vi phân bố của nước ngầm phụ thuộc vào địa lý tự nhiên. Điều kiện địa hình, địa mạo, địa chất của khu vực. - Nước ngầm vận động dưới tác dụng của độ chênh mặt nước, nó chảy từ nơi có mực nước ngầm cao đến nơi có mực nước ngầm thấp. - Nước ngầm có miền cung cấp và miền phân bố khác nhau. Do không có tầng cách nước phía trên nên nước mưa, nước mặt ở trên có thể dễ dàng thấm qua đới thông khí xuống cung cấp cho nước ngầm trên toàn bộ diện tích miền phân bố của nó. Vì vậy, làm cho động thái của nước ngầm (tức là sự biến đổi của mực nước, lưu lượng, nhiệt độ, thành phần của nước theo thời gian) biến đổi mạnh mẽ theo các yếu tố khí tượng, thủy văn. - Trong mùa mưa, nước mưa, nước mặt thấm xuống cung cấp cho nước ngầm làm cho mực nước ngầm dâng lên cao. Do vậy, bề dày tầng chứa nước tăng lên. Ngược lại vào mùa khô, mực nước ngầm hạ thấp. Nhiệt độ của nước ngầm cũng biến đổi theo mùa. 7 - Về nguồn gốc của nước ngầm, thường là nguồn gốc ngấm, tức là do nước mưa, nước mặt ngấm xuống. Trong một số trường hợp, nước ngầm có nguồn gốc ngưng tụ, khá phổ biến là nước ngầm có nguồn gốc hỗn hợp từ nước ngấm và nước ở dưới sâu đi lên theo các đứt gãy kiến tạo hoặc các cửa sổ địa chất thủy văn. 1.2.2. Định nghĩa về sự ô nhiễm nước dưới đất: Ô nhiễm nước là sự thay đổi có xu hướng bất lợi cho môi trường nước, hoàn toàn hay đại bộ phận do các hoạt động kinh tế kỹ thuật của con người gây ra. Những hoạt động gây tác động trực tiếp hay gián tiếp đến những thay đổi về các mặt thành phần vật lý, hóa học của nước và sự phong phú của các loài vi sinh trong nước. Không giống như nước bề mặt, nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng đến các yếu tố tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước bề mặt. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt cặn lơ lửng, các chỉ tiêu vi sinh trong nước ngầm cũng tốt hơn các chỉ tiêu vi sinh trong nước bề mặt. Trong nước ngầm không chứa rong tảo là những thứ dễ gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết nắng mưa, các quá trình phong hóa và sinh hóa trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có nhiều chất thải bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào nguồn nước. Mặt dù vậy, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do các tác động của con người trong quá trình sinh hoạt và sản xuất. Các chất thải của người và động vật, các chất thải hóa học, chất thải sinh hoạt cũng như việc sử dụng phân bón hóa học,… Tất cả những chất thải đó theo thời gian sẽ ngấm vào nguồn nước và tích tụ dần cuối cùng ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ khó phân hủy, các vi khuẩn gây bệnh và nhất là các hóa chất độc hại như các kim loại nặng và không loại trừ các chất phóng xạ. 8 1.2.3. Các chất ô nhiễm có trong nước: 1.2.3.1. Các chất rắn có trong nước: Các chất rắn trong nước gồm có các chất rắn vô cơ (các muối hòa tan, các chất không tan như huyền phù, đất cát,…) và các chất rắn hữu cơ do phế thải như phân, rác, chất thải công nghiệp). Trong nước dưới đất thường chứa các chất rắn như cát, bột, sét, xác thực vật,… các chất này tạo độ đục, nhiều tạp chất làm giảm chất lượng nước. 1.2.3.2. Các chất gây mùi vị trong nước: Các chất khí và các chất hòa tan trong nước làm cho nước có mùi vị. Nước dưới đất trong tự nhiên có mùi đất, mùi tanh, mùi thối hay mùi đặc trưng của các chất hòa tan của nó như: Mùi clo, mùi ammoniac, mùi hydrosunfua,… Nước cũng có thể có vị ngọt, vị chát tùy theo thành phần và lượng muối hòa tan trong nước. Các chất gây mùi trong nước có thể chia làm 3 nhóm: - Các chất gây mùi vị có nguồn gốc vô cơ như: NaCl, MgSO4 gây vị mặn, muối Cu, muối Fe gây mùi tanh, các chất gây tính kiềm, tính axít trong nước,… - Các chất gây mùi vị có nguồn gốc hữu cơ trong chất thải công nghiệp, chất thải mạ, dầu mỡ, phenol,… - Các chất gây mùi từ quá trình sinh hóa, cách hoạt động của vi khuẩn, của tảo như CH3 – S – CH3 cho mùi tanh cá, C12H22O, C12H18O2 cho mùi tanh bùn,… 1.2.3.3. Các hợp chất của Canxi, Magiê: Các hợp chất của Canxi, Magiê dưới dạng ion hóa tri II chứa trong nước tạo nên độ cứng cho nước. Trong quá trình xử lý nước rất được chú ý, độ cứng chia làm 3 loại: Độ cứng tổng cộng, độ cứng tạm thời, độ cứng vĩnh cửu. Phần lớn độ cứng của nước tạo ra do tiếp xúc với đất đá. Do hoạt động của các vi khuẩn, CO2 được tạo ra, nước trong đất có chứa nhiều CO2 và hàm lượng CO2 này cân bằng với H2CO3. Kết quả là pH của nước giảm, khi có tính bazơ, đặc biệt là đá vôi, sẽ bị hòa tan. Tùy theo hàm lượng CaCO3 trong nước mà người ta làm 4 loại: 9 Bảng 1.2: Phân loại độ cứng theo CaCO3 [9] Loại nước Hàm lượng CaCO3 (mg/l) Nước mềm 0 – 75 Nước cứng trung bình 75 – 150 Nước cứng 150 – 300 Nước rất cứng >300 Trong sử dụng, dùng nước có độ cứng cao có tác hại là các ion Canxi, Magiê phản ứng với các axít béo tạo ra các hợp chất khó hòa tan, gây lãng phí chất tẩy rửa. Ngoài ra, trong quá trình sản xuất, nước cứng tạo màng cứng trong các ống dẫn nước nóng, các nồi hơi và các bộ phận khác tiếp xúc với nước nóng, gây lãng phí năng lượng. 1.2.3.4. Các chất phóng xạ trong nước: Nước nhiễm phóng xạ do sự phân hủy phóng xạ trong nước thường có nguồn gốc từ các nguồn chất thải, phóng xạ gây nguy hiểm cho sự sống nên độ phóng xạ trong nước là một chỉ tiêu quan trọng về chất lượng nước. 1.2.3.5. Khí HydroSunfua H2S: Khí HidroSunfua là sản phẩm của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, phân rác có trong khí thải. Khí HydroSunfua làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu và rất độc hại gây ảnh hưởng đến sức khỏe. Ngoài ra, nếu nồng độ cao có thể gây ăn mòn vật liệu. 1.2.3.6. Các hợp chất của nitơ (NH4+, NO2-, NO3-): Các hợp chất nitơ trong nước là kết quả của quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong tự nhiên, trong các chất thải và trong các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hay gián tiếp đưa vào nước. Các hợp chất này thường tồn tại dưới dạng ion ammonium, nitrit, nitrate và cả dạng nguyên tố (N2). Tùy theo mức độ có mặt của nitơ trong nước mà ta có thể biết được mức độ ô nhiễm của nguồn nước: - Nếu nước chứa NH4+ và nitơ hữu cơ: Nước mới bị nhiễm bẩn và nguy hiểm. 10 - Nếu nước chủ yếu chứa NO2-: Nước bị nhiễm bẩn thời gian dài hơn và ít nguy hiểm hơn. - Nếu nước chủ yếu chứa NO3-: Quá trình oxy hóa kết thúc. - Ở điều kiện khí hiếm, NO3- sẽ bị khử thành N2 bay lên. 1.2.3.7. Sắt và Mangan: Trong nước dưới đất, sắt thường tồn tại dưới dạng hóa trị II kết hợp với các gốc hydrocacbonat, sunfat, clorua. Khi tiếp xúc với oxi hay các chất oxi hóa, sắt(II) bị oxi hóa thành sắt(III) và kết tủa dưới dạng bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ. Nước thiên nhiên thường có hàm lượng sắt lớn hơn 30mg/l, đôi khi cao hơn. Cũng như sắt, mangan thường có trong nước dưới đất với hàm lượng nhỏ hơn hay ít vượt qua 2mg/l. Việc nước dưới đất chứa sắt hay mangan với hàm lượng lớn hơn 0,5mg/l sẽ làm cho nước có mùi tanh khó chịu, các cặn sắt kết tủa làm giảm khả năng vận chuyển nước của thiết bị. 1.2.3.8. Các hợp chất của axit cacbonic: Các hợp chất của axit cacbonic có vai trò quyết định trong sự ổn định của nước trong tự nhiên. Chúng tồn tại ở dạng phân tử không phân ly của axit cacbonic (H2CO3), phân tử cacbonic hòa tan (CO2), dạng phân ly thành bicacbonic (HCO3). Trong tổng thành phần phân tử không phân ly, axit cacbonic hòa tan chỉ chiếm 0.2% còn lại là 99.8% tồn tại ở dạng CO2 hòa tan. Vì vậy, ta coi nồng độ CO2 hòa tan trong nước là đặc trưng của cả CO2, HCO3-, CO32- với độ pH của nước. Hình 1.2: Biểu đồ tương quan hàm lượng của CO2, HCO3- và CO32- ở nhiệt độ 250C với các giá trị pH khác nhau [3] 11 Trên đồ thị trên ta thấy rằng: - Khi pH ≤ 4: Trong nước chỉ tồn tại CO2 - Khi pH < 8,4 trong nước có cả CO2, HCO3-, theo chiều pH tăng thì nồng độ HCO3- tăng và nồng độ CO2 giảm. - Khi pH = 8,4 thì nồng độ HCO3- tăng cực đại (100%) và nồng độ CO2 giảm cực tiểu (0%). - Khi pH > 8,4 thì lượng CO2 bị triệt tiêu và trong nước tồn tại cả HCO3- và CO32-, theo chiều pH tăng thì nồng độ HCO3- giảm và nồng độ CO32- tăng. - Khi pH = 12 thì nồng độ CO32- tăng cực đại (100%) và nồng độ HCO3giảm cực tiểu (0%). - Khi pH > 12: Trong nước chỉ tồn tại CO32-. 1.2.3.9. Các hợp chất có photphat: Khi nguồn nước bị nhiễm bẩn phân rác và các chất hữu cơ, quá trình phân hủy giải phóng ion PO43-. Sản phẩm của quá trình có thể tồn tại ở dạng H2PO4-, HPO42-, PO42-, PO43-, Na3(PO3), các hợp chất hữu cơ photpho,… Khi trong nước có hàm lượng photpho cao sẽ thúc đẩy quá trình phú dưỡng. 1.2.3.10. Các hợp chất sunfat: Ion sunfat SO42- có trong nước do khoáng chất hay có nguồn gốc hữu cơ, với hàm lượng sunfat lớn hơn 250mg/l nước sẽ gây tổn hại đến sức khỏe con người. Hàm lượng SO42- lớn hơn 300mg/l nước sẽ có tính xâm thực mạnh với bê tông. Ở điều kiện yếm khí, SO42- phản ứng với các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn khử sunfat thành khí H2S mang tính độc hại. Đó là sự khử sinh hóa của sunfat ở nước. Để sinh sống, các vi khuẩn sunfat cần phải có chất hữu cơ. Quá trình này xảy ra theo phương trình phản ứng sau: SO42- + 2C + H2O
H2S + 2HCO31.2.3.11. Các hợp chất Clorua: Clo tồn tại dưới dạng Cl-. Ở nồng độ cho phép không gây độc hại, ở nồng độ cao (trên 250mg/l) làm cho nước có vị mặn. Các nguồn nước dưới đất có thể có hàm lượng clo lên tới 500 – 1000 mg/l. Sử dụng nguồn nước có hàm lượng clo cao