Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khai thác nước thấm lọc từ sông phục vụ cấp nước sinh hoạt và sản xuất tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC NƯỚC THẤM LỌC TỪ SÔNG PHỤC VỤ CẤP NƯỚC SINH HOẠT VÀ SẢN XUẤT Ngành: Kỹ thuật cấp thoát nước Mã số: 9580213 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2023 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đoàn Thu Hà Phản biện 1: PGS.TS Trần Thanh Sơn, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Phản biện 2: PGS.TS Phạm Quý Nhân, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Phản biện 3: PGS.TS Lều Thọ Bách, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại: Trường Đại học Thủy Lợi, Hà Nội, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội; vào lúc ngày tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi Tính cấp thiết đề tài MỞ ĐẦU Trước tình hình nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt hoạt động sản xuất, phát triển kinh tế ngày cao Nguồn nước ngày khan hiếm, cạn kiệt ô nhiễm Các nghiên cứu tìm kiếm giải pháp nguồn nước cần thiết cấp bách Công nghệ khai thác nước thấm từ sông RBF sử dụng phổ biến Châu Âu 100 năm qua, Thụy Sỹ, Pháp, Hà Lan, Hungary, Đức, Hà Lan Tại Mỹ, công nghệ khai thác nước thấm áp dụng 50 năm Các quốc gia khác Ấn Độ, Trung Quốc Hàn Quốc gần bắt đầu khai thác RBF để cung cấp nước uống Nước thấm từ sông (RBF) công nghệ khai thác nước sử dụng nguồn nước mặt từ sông thông qua lớp cát lọc, sỏi lọc sát bờ sông, thềm sông, tạo hiệu cho việc khai thác nước với lưu lượng lớn chất lượng nước cao Trên phạm vi nước, nước thấm từ sông chưa đầu tư nghiên cứu ứng dụng chưa xem giải pháp khai thác nguồn nước Gần nghiên cứu áp dụng giải pháp khai thác nước thấm thực số nước giới, hầu hết nghiên cứu tập trung vào khả khai thác vị trí cụ thể, chủ yếu tập trung nghiên cứu chất lượng nước khả xử lý nước việc áp dụng giải pháp Trong bối cảnh này, tác giả tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khai thác nước thấm lọc từ sông phục vụ cấp nước sinh hoạt sản xuất” Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá tiềm khai thác ứng dụng công nghệ khai thác nước thấm lọc từ sông phục vụ cấp nước sinh hoạt sản xuất; - Đánh giá hiệu làm nước tầng thấm lọc ven sông Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nước thấm từ sông, chất lượng nước thấm, địa tầng ven sông, khả thấm lọc, hiệu làm sạch, trình áp dụng công nghệ Nội dung nghiên cứu - - Nghiên cứu tổng quan khả áp dụng giải pháp khai thác nước thấm từ sông; Phân tích sở lý thuyết, đề xuất sở khoa học, phương pháp nghiên cứu thiết lập sở liệu phát triển ứng dụng công nghệ khai thác nước thấm từ sông phục vụ cấp nước sinh hoạt sản xuất; Nghiên cứu đánh giá tiềm khả ứng dụng công nghệ khai thác nước thấm từ sông phục vụ cấp nước sinh hoạt sản xuất; Đánh giá tiềm khai thác nước thấm từ sơng khu vực nghiên cứu điển hình; Nghiên cứu xác định vị trí lưu lượng khai thác nước thấm từ sơng; Mơ dịng chảy chất lượng nước đất; Nghiên cứu đánh giá hiệu làm nước nhờ tầng thấm lọc ven sông; Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước thấm từ sông phục vụ cấp nước; Đề xuất quy trình áp dụng công nghệ RBF Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu sử dụng luận án: Phương pháp khảo sát thu thập liệu số liệu; Phương pháp phân tích, đánh giá tổng hợp số liệu; Phương pháp kế thừa; Phương pháp nghiên cứu lý thuyết; Phương pháp mơ hình tốn; Phương pháp phân tích mẫu đất, nước; Phương pháp khoan; Phương pháp chuyên gia Ý nghĩa khoa học thực tiễn kết nghiên cứu Góp phần cung cấp giải pháp kỹ thuật khai thác tài nguyên nước hiệu quả, có tính ứng dụng cao, chi phí thấp, phục vụ cấp nước sinh hoạt sản xuất, áp dụng cấp nước đô thị nông thôn Giảm khai thác nước ngầm, bảo vệ tài nguyên nước ngầm Khai thác lượng nước có chất lượng ổn định nhờ tầng thấm, ứng phó với tình trạng nước mặt có chất lượng suy giảm diễn biến phức tạp Góp phần tìm kiếm giải pháp nguồn cấp xử lý nước cấp hợp lý, giải khó khăn nguồn nước, chi phí xử lý nước, phục vụ mở rộng phát triển hệ thống cấp nước, phát triển doanh nghiệp CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sử dụng nước thấm từ sông làm nguồn nước cấp Công nghệ khai thác nước thấm từ sông sử dụng phổ biến Châu Âu 100 năm qua, Thụy Sỹ - 80% nước uống lấy từ giếng RBF, 50% Pháp, 48% Hà Lan, 40 % Hungary, 16% Đức, Mỹ, Ấn Độ… Ở nước ta, có nhiều cơng trình khai thác nước đất xây dựng gần sông cho lưu lượng khai thác lớn nhờ nguồn bổ cập nước mặt từ sông Phú Thọ, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Quảng Ngãi, Quy Nhơn… Ở thành phố Hà Nội, nhà máy nước Bắc Thăng Long, Gia Lâm, Cáo Đỉnh, Yên Phụ …, khai thác nước đất ven sông Hồng Ở Việt Nam có nghiên cứu để đánh giá chất, ý nghĩa sở khoa học tượng nước thấm từ sông, công nghệ, kỹ thuật khai thác nước thấm từ sông nhằm ứng dụng công nghệ phục vụ kinh tế, dân sinh 1.2 Các cơng trình nghiên cứu dự án khai thác nước thấm từ sông Nhiều nghiên cứu khai thác nước thấm từ sông thực chuyên gia, chứng minh hiệu việc khai thác nước sông, sử dụng tầng thấm lọc ven sông, cho phép khai thác lượng lớn với quy mô tập trung, chất lượng nước tốt, ổn định, chi phí khai thác xử lý thấp (T Grischek; P Cady; N Tufenkji) Các kết nghiên cứu cho thấy, có 04 q trình liên quan đến cơng nghệ RBF, gồm: thủy động lực, hóa học, sinh học, hóa lý Q trình thủy động lực bao gồm vận chuyển đối lưu-phân tán, pha loãng Tầng chứa nước hoạt động lọc hợp chất ô nhiễm có sông, đó, có kết nối sơng tầng chứa nước, nên nguồn nước ngầm có nguy bị nhiễm Các nghiên cứu khả loại bỏ chất ô nhiễm hữu thực Công nghệ RBF chứng minh xử lý sơ chất ô nhiễm hữu Các kết nghiên cứu chứng minh hiệu xử lý cao hợp chất vơ cơng nghệ RBF Ngồi biến đổi chất lượng nước sơng, pha lỗng xảy nước sông trộn lẫn với nước ngầm, thường có chất lượng tốt hơn, tiếp tục giúp cải thiện chất lượng nước thấm Các trình sinh học xảy trình thấm lọc phụ thuộc trực tiếp vào loại vi sinh vật sinh sống tầng chứa nước Quá trình trao đổi chất vi sinh vật chủ yếu xác định chất lượng cuối nước thấm Cuối trình lý hóa liên đến phản ứng hấp thụ, kết tủa, phản ứng keo tụ, đơng tụ oxy hóa khử Các q trình kiểm sốt loại bỏ hạt khỏi môi trường xốp, ảnh hưởng đến nồng độ hoạt động kim loại hợp chất vơ cơ, vậy, đóng vai trị thay đổi hóa học nước Hiện Việt Nam chưa có nghiên cứu cụ thể cơng nghệ RBF, nhằm đánh giá hiệu quả, tiềm khả áp dụng công nghệ RBF phục vụ cấp nước nước ta Tuy nhiên có số nghiên cứu, ấn phẩm khoa học có liên quan tới cơng nghệ RBF chủ yếu nghiên cứu liên quan đến việc xác định lưu lượng khả khai thác nước, nguồn bổ cập nước đất từ nước sông như: Nguyễn Văn Đản đánh giá tài nguyên nước đất vùng thành phố Hà Nội định hướng điều tra nghiên cứu, khai thác sử dụng; Phạm Quý Nhân thực nghiên cứu khu vực Hà Nội mối quan hệ thủy lực nước sông Hồng Nước đất; Nguyễn Minh Lân thực nghiên cứu mối quan hệ nước sông nước đất, đề xuất hệ phương pháp xác định trữ lượng khai thác nước đất vùng ven sông Hồng từ thị xã Sơn Tây đến Hưng Yên 1.3 Tình hình cung cấp nước nhu cầu dùng nước Việt Nam Cấp nước đô thị: Tổng lượng nước khai thác cấp cho đô thị công nghiệp nước mặt chiếm chủ yếu, nước ngầm đóng góp tỷ lệ nhỏ với ước tính khoảng 2.000.000 m3/ngày, chiếm khoảng 20% tổng lượng nước cấp hàng năm Dự báo nhu cầu cấp nước đô thị nước đến năm 2020 khoảng 4,98 tỷ m3/năm; đến năm 2030 khoảng 8,9 tỷ m3/năm Cấp nước nông thôn: Theo tổng hợp Tổng cục Thủy lợi Hiện trạng cấp nước nơng thơn đến năm 2020, tồn quốc có 88,5% dân số nông thôn sử dụng nước HVS, có 51,7% sử dụng nước đạt QCVN 011:2018/BYT với số lượng 60 l/người/ngày Dự báo nhu cầu dùng nước sinh hoạt nông thôn Việt Nam đến năm 2030 4.783 triệu m3/năm 1.4 Tổng quan nguồn nước mặt, nước ngầm, đặc điểm chất lượng, trữ lượng khả khai thác Nguồn nước mặt Việt Nam tương đối dồi dào, với khoảng 3.450 sông, suối có chiều dài từ 10km trở lên, có 13 sông lớn 310 sông liên tỉnh thuộc 08 LVS lớn với diện tích khoảng 270.000 km2 (chiếm 80% tổng diện tích LVS) Tuy nhiên chất lượng nguồn nước mặt bị ô nhiễm nhiều khu vực Theo cấu trúc chứa nước, phần đất liền lãnh thổ Việt Nam chia thành miền Địa chất thủy văn (ĐCTV), bao gồm 17 phụ miền Chất lượng nước ngầm tương đối tốt Việt Nam Tuy nhiên theo số liệu quan trắc gần hầu khắp vùng nước tượng mực nước chất lượng nước có xu hướng suy giảm Nước đất nhiều nơi chất lượng kém, có hàm lượng sắt, ammoni cao, chí nhiều vùng có nguồn nước đất nhiễm asen khai thác phục vụ cấp nước sinh hoạt Cơng trình khai thác nước mặt khai thác chủ yếu từ sông, suối, hồ, kênh, qua hệ thống xử lý truyền dẫn đến nơi tiêu thụ Công trình khai thác nước ngầm khai thác từ giếng khoan đường kính lớn (từ D90-D325) Các cơng trình xử lý cấp nước tập trung có dây chuyền cơng nghệ khai thác nước, xử lý nước mạng lưới cấp nước hồn chỉnh, cấp cho khu dân cư thị nông thôn tập trung sở công nghiệp, sản xuất độc lập với khu dân cư xen kẽ khu dân cư 1.5 Định hướng nghiên cứu Những nội dung cụ thể cần nghiên cứu đề tài, bao gồm: 1) Đánh giá tình hình nguồn nước, chất lượng, trữ lượng, khả khai thác, tình hình khan nước; Đánh giá thủy văn, địa chất thủy văn, tình hình nguồn nước vùng nói chung vùng nghiên cứu ĐBSH; Đánh giá sơ khả áp dụng cần thiết giải pháp RBF 2) Đánh giá tiềm khai thác nước thấm từ sông (tại khu vực nghiên cứu điển hình) 3) Nghiên cứu xác định vị trí lưu lượng khai thác nước thấm từ sông (tại khu vực nghiên cứu điển hình) 4) Mơ dịng chảy chất lượng nước đất 5) Nghiên cứu đánh giá hiệu làm nước nhờ tầng thấm lọc ven sơng 6) Phân tích đề xuất cơng nghệ xử lý nước thấm lọc từ sông 7) Đề xuất quy trình áp dụng cơng nghệ RBF CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC THẤM LỌC TỪ SÔNG 2.1 2.1.1 Cơ sở lý thuyết thực tiễn giải pháp công nghệ thấm lọc từ sông RBF Mô tả công nghệ RBF Nước thấm từ sông (RBF) công nghệ khai thác nước sử dụng giếng khai thác nước thấm từ nguồn nước mặt sơng hồ Giếng có ống lọc thu nước đặt tầng chứa nước Nước thấm lọc khai thác tầng nông tầng không áp Nước thấm bổ cập trực tiếp từ sông vào tầng chứa nước Nguyên lý bổ cập nước thấm lọc từ sông thể (Hình 2.1) Nước thấm lọc khai thác tầng chứa nước có áp nơi sơng cắt trực tiếp vào tầng chứa nước có áp, vùng ven sông, nước sông bổ cập vào tầng chứa nước khơng áp, sau vào tầng chứa nước có áp thơng qua cửa sổ địa chất thủy văn Hình 2.1 Nguyên lý bổ cập Nước thấm lọc từ sông Cấu trúc giếng sử dụng hệ thống RBF giếng đứng giếng nằm ngang, hai mang lại lợi ích khác Giếng đứng thu chất lượng tốt hơn, thi công vận hành đơn giản, giếng ngang thu lưu lượng lớn Có 04 q trình liên quan đến cơng nghệ RBF, gồm: thủy động lực, hóa học, sinh học, hóa lý Hình 2.2 Tổng hợp quy trình loại bỏ chất nhiễm q trình RBF 2.1.2 Khả cải thiện chất lượng nước RBF loại bỏ chất nhiễm thơng qua q trình lọc, hấp phụ chất ô nhiễm vào hạt đất, phân hủy vi sinh vật, kết tủa hóa học trao đổi ion, q trình oxy hóa khử Các mầm bệnh, chất dinh dưỡng loại bỏ thông qua trình khử hoạt tính bám dính, q trình oxy hịa tan q trình sinh học Đồng thời RBF loại bỏ kim loại nặng khỏi nước nguồn thơng qua q trình hấp phụ, kết tủa trao đổi ion 2.1.3 Vấn đề tắc nghẽn tự làm RBF Năng suất khai thác RBF phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ dẫn thủy lực mức độ tiếp xúc sông tầng chứa nước tĩnh; Nhiệt độ liên quan đến độ nhớt nước; Tắc nghẽn gây q trình vật lý, hóa học sinh học, chủ yếu nghẽn vật lý, hạt sét theo dịng chảy thấm từ sơng vào giếng giữ lại lỗ hổng tầng chứa nước, làm giảm hệ số thấm khả khai thác giếng 2.1.4 Khả khôi phục khả thấm nhờ dịng chảy xói Khả sục rửa tự làm hệ thống RBF phụ thuộc vào tính chất hạt lịng sơng ứng suất tác dụng tốc độ nước sông 2.2 Lựa chọn khu vực nghiên cứu, đặc điểm khu vực nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng 2.2.1 Lựa chọn khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu thí điểm cơng nghệ khai thác nước thấm từ sông (RBF) lựa chọn cần đáp ứng tiêu chí: i) Có điều kiện thủy văn địa chất thủy văn phù hợp, thu nước thấm từ sơng; ii) Có diễn biến tương quan mực nước mặt nước ngầm phù hợp áp dụng hiệu cơng nghệ RBF; iii) Có diện tích, điều kiện hạ tầng điều kiện địa hình phù hợp để phát triển hệ giếng thí nghiệm lỗ khoan quan trắc; iv) Có khả quản lý vận hành suốt trình thí nghiệm Vùng thuộc Đồng Sơng Hồng, bao gồm: vùng ven sông Hồng từ Minh Châu Ba Vì Hà Nội tới xã Tầm Xá, Đơng Anh, Hà Nội vùng ven sông Cẩm Giàng thuộc xã Tân Trường, huyện Cẩm Giàng: Có điều kiện thủy vặn địa chất thủy văn phù hợp có tương quan tốt nước mặt nước ngầm tác giả lựa chọn Nghiên cứu đánh giá tiềm khai thác nước thấm Khu vực Trạm bơm Ghẽ, bên bờ sông Cẩm Giàng thuộc xã Tân Trường, thuộc quản lý Công ty Cổ phần kinh doanh nước Hải Dương có diện tích bố trí cơng trình thuận lợi cho việc quản lý vận hành tác giả lựa chọn Nghiên cứu thí điểm cơng nghệ khai thác nước thấm 2.2.2 Đặc điểm dịng chảy sơng Hồng khu vực nghiên cứu Hệ thống sơng Hồng có chênh lệch mực nước lớn mùa nước lũ mùa nước kiệt Tiềm dịng chảy tháng kiệt trung bình nhiều năm Bắc Bộ đạt khoảng 1.200 m3/s, lãnh thổ đạt 811 m3/s Chất lượng nước sông Hồng: Hàm lượng phù sa lớn nồng độ BOD, COD, NH4+, NO2, Ecoli, Coliform cao gấp nhiều lần QCVN 08-MT:2015/BTNMT 2.2.3 Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 2.4.2 Cơ sở xác định lưu lượng khai thác nước thấm Hình 2.26 Cơ sở xác định lưu lượng khai thác nước thấm 2.5 Các hình thức cơng trình khai thác nước thấm lọc từ sông phương pháp tính tốn giếng thấm 2.5.1 Các hình thức cơng trình khai thác nước thấm lọc từ sông Về hình thức cơng trình khai thác nước thấm tương tự khai thác nước đất thông thường, khác giếng khai thác nước thấm đặt vị trí cho phép thu lượng nước thấm từ sơng hồ với lưu lượng chất lượng tốt Trong hình thức cơng trình khai thác nước thấm, giếng đứng loại cơng trình sử dụng nhiều với nhiều ưu điểm Các loại giếng đứng trình bày (Hình 2.28) bao gồm loại chính: A Giếng khoan khơng hồn chỉnh, khơng áp C Giếng khoan khơng hồn chỉnh, có áp B Giếng khoan hồn chỉnh, khơng áp D Giếng khoan hồn chỉnh, có áp Hình 2.28 Các hình thức giếng đứng 2.5.2 Phương pháp tính tốn giếng thấm Tính tốn thiết kế giếng thấm áp dụng tương tự phương pháp tính tốn giếng khai thác nước đất thông thường 11 Các tham số liên quan đến việc tính tốn giếng thấm như: Mực nước tĩnh (MNT)  Mực nước tầng chứa nước; Hệ số thấm tầng chứa nước; Đường kính giếng; Lưu lượng bơm; Chiều dày tầng chứa nước… 2.6 2.6.1 Cơ sở khoa học phương pháp nghiên cứu tính khả thi việc loại bỏ sắt, mangan amoni lịng đất cơng nghệ RBF Sơ đồ bãi giếng thí nghiệm Hình 2.33 Sơ đồ chùm lỗ khoan thí nghiệm mặt xã Tân Trường, huyện Cẩm Giàng, tỉnh Hải dương 2.6.2 Cấu tạo giếng thí nghiệm Giếng thiết kế dựa thông số, liệu địa tầng có từ giếng quan trắc lấy mẫu địa tầng khoan 2.6.3 Đánh giá diễn biến chất lượng nước thấm so với nước sông địa điểm nghiên cứu 2.6.3.1 Các tiêu đánh giá chất lượng nước Nhiệt độ ; Độ dẫn điện; Sắt; Chỉ tiêu COD ; NH4 2.6.3.2 Vị trí lấy mẫu Trên sông địa điểm nghiên cứu; Nước thấm từ giếng thí nghiệm giếng quan sát 2.6.4 Phương pháp lấy mẫu phân tích Thực theo tiêu chuẩn TCVN 6663-6:2018 Hướng dẫn lấy mẫu nước sông nước suối 2.7 Kết luận chương Chương phân tích Các sở khoa học phương pháp nghiên cứu tác giả tổng kết từ nghiên cứu có liên quan xây dựng phương pháp nghiên cứu đề tài 12 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI CHƯƠNG THÁC NƯỚC THẤM TỪ SÔNG PHỤC VỤ CẤP NƯỚC 3.1 Đánh giá tiềm khai thác nước thấm từ sơng khu vực nghiên cứu điển hình 3.1.1 Vị trí khu vực lựa chọn nghiên cứu tiềm khai thác nước thấm Vùng lựa chọn nghiên cứu đánh giá xác định khả khai thác nước thấm từ sông Hồng phạm vi đề tài vùng ven sông Hồng từ khu vực xã Minh Châu – Ba Vì tới khu vực cầu Nhật Tân – Tây Hồ, Hà Nội có tọa độ21°12′5″B 105°27′7″Đ thuộc xã, kết thúc xã Tàm Xá, huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội vị trí có tọa độ 21°06′34″B 105°50′37″Đ 3.1.2 Kết nghiên cứu cấu trúc địa chất, địa chất thủy văn Nghiên cứu mặt cắt địa chất thủy văn ngang sông Hồng thuộc vùng nghiên cứu cho thấy hầu hết vị trí sơng Hồng có quan hệ với tầng chứa nước qh qp với mức độ khác 3.1.3 Tiềm khai thác nước thấm vùng nghiên cứu Để đánh giá tiềm khai thác nước thấm vùng nghiên cứu, phân tích mối quan hệ thủy lực nước sơng Hồng NDĐ, tác giả phân chia khu vực nghiên cứu lựa chọn 04 vùng cho khu vực sau: - Vùng 1: Vùng bãi ven sông Hồng thuộc xã Minh Châu – Ba Vì - Vùng 2: Phía Nam ven sơng Hồng thuộc thị xã Sơn Tây - Vùng 3: Phía Nam vùng bãi ven sơng Hồng thuộc xã Thượng Cát - Vùng 4: Phía Bắc vùng bãi ven sông Hồng thuộc xã Tầm Xá 3.1.4 Các nội dung thực xác định lưu lượng khai thác nước thấm 04 địa điểm nhằm xác định tiềm khai thác nước thấm vùng nghiên cứu Kết toán mực nước ban đầu mơ hình xác lập toán chỉnh lý kết thúc ta lập lại động thái mực nước theo thời gian với sai số mực nước thực tế mơ hình lỗ khoan quan sát bơm thí nghiệm để đạt giá trị cho phép 13 3.1.5 Kết đánh giá tiềm khai thác nước thấm ven sông Hồng thuộc khu vực nghiên cứu điển hình Hình 3.9 Bản đồ phân vùng khả khai thác nước thấm ven sông Hồng thuộc khu vực nghiên cứu 3.2 Đánh giá xác định vị trí lưu lượng khai thác nước thấm địa điểm nghiên cứu Tân Trường, Cẩm Giàng, Hải Dương 3.2.1 Đánh giá điều kiện địa tầng, khả thấm ven sông khu vực Cẩm Giàng, Hải Dương Các tầng chứa nước qh khu vực ven sơng Cẩm Giàng, bao gồm trầm tích sơng hệ tầng Thái Bình (aQ23tb) trầm tích sơng - biển - đầm lấy hệ tầng Hải Hưng (ambQ21-2 hh1), phân bố rộng khắp khu vực nghiên cứu Chiều dày tầng chứa nước lớn gặp LK Ford (30m), LKTD30 (>17m) 3.2.2 Chất lượng nước sông nước đất Chất lượng nước sông Cẩm Giàng: Các thông số NH4+ - N vượt quy chuẩn cho phép từ 1,06 - 9,72 lần; COD (1,13 - 2,43 lần); NO2- - N (vượt từ 1,04 - 21,5 lần) Chất lượng nước ngầm khu vực Cẩm Giàng: Nước thuộc loại nước nhạt, loại hình hóa học NDĐ chủ yếu HCO3-, hàm lượng ion clo 32,79mg/l, ion HCO3- 344,76mg/l 3.2.3 Vị trí nghiên cứu RBF sơng Cẩm Giàng tỉnh Hải Dương Sông Cẩm Giàng sơng hệ thống sơng nhánh, nối sơng Thái Bình với sông Bắc Hưng Hải Khu vực nghiên cứu thuộc Thôn Tràng Kỹ, Xã Tân Trường, huyện Cẩm Giàng, tỉnh Hải Dương, bên bờ sông Cẩm Giàng 3.2.4 Các toán nghiên cứu 14 Xác định: (i) Lưu lượng tối đa khai thác giếng; (ii) Lưu lượng tối đa giếng với khoảng cách từ giếng tới sông khác nhau; (iii) Lưu lượng tối đa bãi giếng; (iv) Xác định thời gian lượng nước thấm từ sơng 3.2.5 Thuyết minh mơ hình Hình 3.14 Giới hạn phạm vi mơ hình Hình 3.15 Các lớp mơ hình mơ theo tài liệu khoan khảo sát Tân Trường Mơ hình mơ phạm vi 1700m x 1500m xung quanh khu vực xây dựng tuyến mặt cắt thí điểm Xã Tân Trường, huyện Cẩm Giàng, Hải Dương Mơ hình chia thành 17000 ô lưới gồm 170 cột (dx = 10m), 100 hàng (dy =10m) (Hình 3.14) Dựa theo tài liệu địa chất thủy văn tổng quát Hải Dương số liệu khoan khảo sát địa chất thủy văn khu vực thí điểm, mơ hình chia thành lớp, thể (Hình 3.15) 3.2.6 Kết mơ hình 3.2.6.1 Bài tốn 1: Xác định lưu lượng tối đa giếng khai thác Hình 3.1: Độ hạ thấp thiết kế giếng đặt máy bơm 7m 15 Mơ hình Tân Trường có lớp cách nước dày 2m bề mặt Nên độ hạ thấp tối đa 7m từ mặt đất Lưu lượng khai thác đạt Qmax = 1330 (m3/ngày) – (Hình 3.19) 3.2.6.2 Bài toán 2: Xác định lưu lượng tối đa giếng khai thác với khoảng cách từ sông khác Bảng 3.2 Khoảng cách từ giếng tới sông lưu lượng khai thác tối đa Khoảng cách từ giếng tới sông (m) Tổng lưu lượng (m3/s) 25 50 75 100 200 1.82E-02 1.64E-02 1.539E-02 1.48E-02 1.32E-02 Lưu lượng giếng (m3/d) 1568 1421 1330 1275 1139 Hình 3.20 Sơ đồ mơ giếng với khoảng cách từ giếng đến sông khác 3.2.6.3 Bài toán 3: Xác định lưu lượng tối đa bãi giếng khai thác với khoảng cách giếng khác Bảng 3.3 Kết tính tốn lưu lượng tối đa cho bãi giếng Bãi giếng giếng Khoảng cách giếng: 80m Tổng lưu lượng Lưu lượng (m3/d) giếng (m3/d) 1330 1330 giếng 2219 giếng 2911 giếng giếng Khoảng cách giếng: 50m Tổng lưu lượng Lưu lượng (m3/d) giếng (m3/d) 1330 1330 1110 2218 1109 970 2886 962 3772 943 3310 828 4485 897 3997 799 16 3.2.6.4 Bài toán 4: Xác định thời gian lượng nước thấm từ sơng Bảng 3.4 Kết tính tốn mơ chiều dài đường dịng chảy thời gian dịch chuyển từ sơng Chiều dài đường dịng chảy (m) Tên Giếng Thời gian dịch chuyển từ sông (ngày) Min Max Trung Bình Min Max Trung Bình Giếng 50.66 69.43 58.31 48.13 85.14 67.88 Giếng 49.86 76.53 56.12 36.71 81.8 49.1 Giếng 68.91 123.41 85.34 64.76 197.93 102.4 Giếng 69.97 132.32 90.63 72.05 282.13 132.5 3.3 Đánh giá hiệu cải thiện chất lượng nước nhờ tầng thấm lọc ven sông địa điểm nghiên cứu Tân trường, Cẩm Giàng, Hải Dương 3.3.1 Đánh giá chất lượng nước sông Cẩm Giàng nước ngầm khu vực nghiên cứu  Chất lượng nước sông Cẩm Giàng + Chỉ số pH đo từ 7,3 – 8,6 phổ biến mức QCVN loại A1 + Độ dẫn điện EC dao động lớn từ 184 – 733 µs/cm + Hàm lượng DO nước dao động từ 1,1 – 5,1 mg/l + Hàm lượng NH4+ dao động từ 1,5 đến 4,2 mg/l + COD dao động từ 4,1 đến 11,2 mg/l  Chất lượng nước ngầm tầng qh khu vực Cẩm Giàng + Hàm lượng NH4+ biến đổi từ 0,5 – 25 mg/l, trung bình 1,5 mg/l + Hàm lượng NO3- biến đổi từ 0,0- 18,14 mg/l, trung bình 2,05 mg/l + Hàm lượng NO2- biến đổi từ 0,0- 28 mg/l, trung bình 0,81 mg/l + Hàm lượng COD: biến đổi từ 0,8 – 20 mg/l, trung bình 4,01 mg/l 3.3.2 Đánh giá thay đổi chất lượng nước nước sông nước thấm Trên sở kết phân tích mẫu nước sơng Cẩm Giàng lỗ khoan khai thác (LKTT) qua tiêu như: ToC, EC, COD, NH4, Fe Tác giả đánh giá thay đổi chất lượng nước sông nước thấm  Nhiệt độ độ dẫn điện Nước sông Cẩm Giàng có nhiệt độ thay đổi theo mùa Trong thời gian quan trắc từ tháng 5/2020 đến 11/2020 nhiệt độ nước sông dao động từ 24,2 đến 29,2 17 C Nhiệt độ nước giếng khoan Tân Trường tương đối ổn định năm với mức dao động từ 25,0 oC đên 29,6 oC o Sự thay đổi độ dẫn điện nước sông nước thấm từ sơng (LKTT) qua hai đợt lấy mẫu phân tích chất lượng nước thể (Hình 3.28) Hình 3.28 Biểu đồ thể độ dẫn điện nước sơng nước giếng khoan hai đợt thí nghiệm Kết phân tích cho thấy độ dẫn điện nước sông Cẩm Giàng dao động từ 267 đến 430 mS/cm vào tháng từ 462 đến 638 mS/cm vào tháng 11 Độ dẫn điện nước thấm có giá trị thấp mức độ dao động nhỏ thể ổn định chất lượng nước mức độ ô nhiễm thấp Chứng tỏ nước thấm từ sông sau qua tầng lọc, chất khống có nước giảm đáng kể  Chỉ tiêu COD NH4 Hình 3.2 Hàm lượng COD NH4+ nước sông nước thấm đợt tháng Trong nước thấm từ sông giếng khoan trung tâm, hàm lượng COD dao động khoảng 0,8 đến 1,86 mg/l, giảm từ 73 tới 86% so với hàm lượng COD nước sông Như nước thấm q trình vận chuyển từ sơng vào giếng, hàm lượng chất hữu giảm, chứng tỏ có q trình oxy hóa phân hủy chất hữu cơ, chứng tỏ khả loại bỏ hữu nhờ lớp bùn cát đáy bờ sông Hàm lượng NH4 nước thấm nằm khoảng 0,54 đến 2,18 18 mg/l, giảm từ 48 đến 81% so với hàm lượng NH4 nước sông, thể khả xử lý amoni tầng lọc đáy thềm sông NH4 giảm, chứng tỏ có q trình biến đổi NH4 tầng đất cát, Kết nghiên cứu phù hợp với nghiên cứu trước đó, cho thấy COD NH4+ loại bỏ nhờ tầng thấm lọc thềm sơng giải thích tỷ lệ thấm nước sông vào tầng chứa nước, trình oxy hịa tan q trình sinh học  Chỉ tiêu sắt mangan Kết phân tích chất lượng nước cho thấy: Kết mơ dịng chảy nước đất với lưu lượng bơm 8m3/h cho tỷ lệ hòa trộn nước mặt nước ngầm lỗ khoan trung tâm khoảng 70-30, tương đối phù hợp với thành đổi hàm lượng Fe nước thấm Hàm lượng Mn nước sông Cẩm Giàng từ đến 0,03 mg/l, trong nước giếng khoan trung tâm có hàm lượng Mn biến động từ 0,12 đến 0.17 mg/l Hàm lượng Mn nước thấm tăng so với nước sông Mn nước đất vào giếng 3.3.3 Đánh giá khả loại bỏ sắt, mangan, amoni chất hữu nhờ tầng thấm lọc ven sơng Đồ thị (Hình 3.38, Hình 3.39) biểu thị phân bố hàm lượng Fe2+, Mn2+, NH4+, NO2-, NO3-, TN COD nước sông nước thấm lỗ khoan địa điểm nghiên cứu theo phương vng góc với sơng Cẩm Giàng Theo đó, hàm lượng Fe2+ Mn2+ tăng dần theo khoảng cách từ sông tăng lên, thể lượng thấm từ sông giảm dần lượng nước ngầm từ tầng chứa nước đất tăng lên, hàm lượng Fe2+ tăng nhiều vị trí giếng thấm khai thác (LKTT) Hàm lượng NH4+, NO2-, NO3-, TN COD giảm dần lỗ khoan xa sông, chứng minh hiệu loại NH4+, NO2-, NO3-, TN COD tầng thấm lọc ven sơng Trong vùng thấm ban đầu có điều kiện thiếu khí yếm khí tạo điều kiện hoạt động cho vi sinh vật trình phân hủy sinh học Các trình sinh hóa nitrification, denitrification q trình anamox xẩy giải thích cho tượng giảm nồng độ chất nước thấm từ sông tới lỗ khoan Sự giảm COD phù hợp với việc giảm NO3- trình denitrification 19 Hình 3.38 Hàm lượng Fe2+, Mn2+, NH4+ COD nước sông nước thấm lỗ khoan thuộc mặt cắt vng góc sơng Hình 3.33 Hàm lượng NH4+, NO2-, NO3- TN nước sông nước thấm lỗ khoan thuộc mặt cắt vng góc sơng 3.4 Đề xuất cơng nghệ xử lý nước thấm từ sông 3.4.1 Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý nước thấm từ sông (i) Chất lượng nước thấm; (ii) Yêu cầu chất lượng nước cấp; (iii) Cơng suất xử lý; (iv)Diện tích trạm xử lý; (v) Điều kiện địa hình, địa chất cơng trình yếu tố địa phương khác 3.4.2 Tiêu chí đề xuất công nghệ xử lý nước thấm từ sông (i) Chi phí đầu tư quản lý vận hành nhỏ nhất; (ii)Quản lý vận hành đơn giản thuận tiện; (iii) Đảm bảo tính ổn định chất lượng nước, đáp ứng yêu cầu; (iv) Phù hợp với điều kiện địa phương 3.4.3 Đặc điểm chất lượng nước thấm cần xử lý Theo kết nghiên cứu cho thấy sử dụng cơng nghệ RBF thu nước thấm có hàm lượng COD NH4+ nhỏ tới 85% 76% so với nước nước sông Hàm lượng sắt nước thấm điểm nghiên cứu RBF Minh Châu, dao động mức từ 2.25 đến 4.21 mg/l, nhỏ nhiều so với hàm lượng sắt nước đất thuộc tầng qh Minh Châu, dao động phổ biến từ đến 12 mg/l 20 3.4.4 Công suất trạm xử lý Công suất trạm xử lý, đề xuất với mức dao động từ 1.000 – 30.000 m3/ng.đêm Công suất trạm xử lý phụ thuộc vào lưu lượng khai thác nước thấm từ sông thông qua điều kiện cấu trúc địa chất thủy văn, mối quan hệ nước sông nước đất Áp dụng công nghệ RBF vùng nghiên cứu từ Minh Châu, Ba Vì, Hà Nội tới Tầm Xá, Đơng Anh, Hà Nội lỗ khoan cấp từ 500 – 3000 m3/ng.đêm Tại Tân Trường, Cẩm Giàng, Hải Dương, lỗ khoan cấp từ 200 – 500 m3/ng.đêm 3.4.5 Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thấm từ sông Với đặc điểm giải pháp khai thác nước thấm có chất lượng nước tốt nhờ tầng thấm lọc ven sơng Nước thấm có hàm lượng kim loại hòa tan nhỏ, hàm lượng COD NH4+ nhỏ, hàm lượng cặn nhỏ + Chất lượng nước thấm dựa tiêu chất lượng nước Fe2+ NH4+ sau: (i) Hàm lượng Fe2+: – 10 mg/l; (ii) Hàm lượng NH4+: – mg/l + Công suất trạm xử lý, đề xuất từ 1.000 – 30.000 m3/ng.đêm Với đặc điểm hàm lượng Fe2+ NH4+ nhỏ, số dây chuyền công nghệ xử lý nước thấm đề xuất sau: Sơ đồ 1: Áp dụng với trường hợp nước thấm có chất lượng tốt, công suất nhỏ Đối với hệ thống nhỏ, chất lượng nước thấm tương đối tốt, hàm lượng sắt