Bao gồm cụng cụ quản lý, cỏc giải phũng đề phũng, khống chế nguồn nhiễm bẩn và xử lý nguồn nước cấp bị ụ nhiễm.
1. Cỏc cụng cụ quản lý nước dưới đất
Để theo dừi và quản lý mụi trường nước dưới đất núi chung và khu vực nghiờn cứu núi riờng, mạng lưới quan trắc quốc gia và quan trắc địa phương đó được xõy dựng và ngày càng được chi tiết húa. Nguyờn tắc thiết kế cỏc mạng lưới này là dựa trờn sự
khỏc biệt vềđộng thỏi nước dưới đất ở cỏc khu vực để bố trớ cỏc mạng quan trắc và hệ
thống cỏc điểm quan trắc. Ở trờn toàn diện tớch vựng nghiờn cứu của luận ỏn đó cú cỏc mạng lưới này.
Dưới đõy đề cập đến một số yờu cầu xõy dựng mạng lưới quan trắc nước dưới đất trong điều kiện khai thỏc ở cỏc bói giếng và trờn cỏc diện tớch canh tỏc cú ỏp dụng bún phõn hữu cơ và vụ cơ như sau.
+ Bói giếng khai thỏc nước dưới đất dạng đường thẳng phổ biến chủ yếu ven sụng, cỏc giếng khai thỏc thường xếp thành hàng song song với sụng. Ở dạng bói giếng này cần bố trớ cỏc trạm quan trắc thành 2 tuyến cắt nhau ở tõm bói giếng. 1 tuyến song song với bói giếng, 1 tuyến vuụng gúc với bói giếng. Mỗi tuyến tối thiểu cú 3 trạm cả ở trong phạm vi và ngoài phạm vi bói giếng (Hỡnh 33).
+ Bói giếng dạng diện tớch phổ biến ở vựng xa sụng (miền dũng), trong đú cỏc giếng khai thỏc bố trớ dạng ụ bàn cờ, hỡnh trũn, hoặc trải đều theo diện tớch. Ở cỏc bói giếng dạng này đều phải bố trớ 1 trạm quan trắc vào tõm bói giếng (tõm giếng lớn) nơi cú mực nước hạ thấp sõu nhất và cỏc trạm quan trắc khỏc để sao cho hỡnh thành được 2 tuyến quan trắc cắt nhau tạo tõm bói giếng theo hướng đặc trưng nhất (Hỡnh 34).
Ở mỗi trạm quan trắc phải thiết kế cỏc lỗ khoan riờng biệt để nghiờn cứu cỏc tầng chứa nước khỏc nhau (Hỡnh 35).
Nhiễm bẩn Amoni trong nước dưới đất khu vưc nghiờn cứu cú thể bắt nguồn từ
nguồn phõn bún vụ cơ trong sản xuất nụng nghiệp. Vỡ vậy trờn cỏc diện tớch canh tỏc phải xõy dựng cỏc trạm quan trắc để theo dừi sự nhiễm bẩn cỏc hợp chất Nito và tầng
I I’ r
nước ngầm nhằm mục đớch điều chỉnh sự bún phõn. Nhằm mục đớch trờn, ở cỏc điểm quan trắc phải bố trớ cỏc lỗ khoan quan trắc ở cảđới thụng khớ và phần trờn của đới bóo hũa như thể hiện ở hỡnh 36.
Hỡnh 33: Sơđồ cỏc điểm quan trắc ở bói giếng dạng đường thẳng
sụng I II II’ Hỡnh 34: Sơđồ cỏc điểm quan trắc ở bói giếng dạng diện tớch II III r II’ III’ Giếng khai thác Giếng quan trắc Giếng khai thác Giếng quan trắc Tuyến các điểm quan trắc Bán kính giếng lớn I’
Hỡnh 35: Sơđồ cấu trỳc cỏc điểm quan trắc vựng bói giếng khai thỏc
Hỡnh 36: Sơ đồ cấu trỳc điểm quan trắc ở diện tớch canh tỏc
2. Cỏc giải phỏp đề phũng nhiễm bẩn nước dưới đất
- Cỏch ly nguồn gõy bẩn với nước dưới đất, chẳng hạn cỏc bói rỏc phải xõy dựng trờn một nền khụng thấm nước, cỏc rỏc thải độc hại, nguy hiểm hoặc cỏc loại nước bẩn khụng thể xử lý được phải chon sõu vào trong một tầng đất đỏ cỏch ly tốt với cỏc tầng chứa nước đang sử dụng.
- Ở cỏc trung tõm cụng nghiệp, để ngăn chặn sự thấm của nước thải vào tầng chứa nước thỡ hệ thống cống rónh thải nước phải được đảm bảo cỏch ly bằng tường bờ tụng
hoặc màng polyetylen. Cỏc bể và bồn chứa nước thải phải được cỏch ly tốt bằng màng chống thấm, nước được lọc và dẫn tới cỏc cụng trỡnh xử lý trước khi thải vào mụi trường.
- Nước thải từ cỏc nhà mỏy, bệnh viện, khu dõn cư thường cú khối lượng rất lớn,
đũi hỏi phải xử lý để trỏnh gõy nhiễm bẩn cho nước ngầm. Do thành phần nhiễm bẩn rất đa dạng nờn mỗi nhà mỏy, bệnh viện phải cú cụng trỡnh xử lý riờng trước khi đưa
đến hệ thống xử lý nước thải chung của thành phố.
- Hiện nay một lượng lớn cỏc chất thải chưa qua xử lý được đổ về khu vực phớa Nam của thành phố. Tỏc giảđề nghị cần xõy dựng trạm xử lý nước thải tõp trung với cụng suất cao ở vựng Mễ Sở -Hoàng Mai.
- Trong nụng nghiệp, nụng dõn khụng thể khụng sử dụng phõn bún, mà cỏc loại này đều cú khả năng gõy nhiễm bẩn amoni cho nước ngầm. Cần thực hiện cỏc biện phỏp đề phũng nhiễm bẩn như : Đối với phõn chuồng, nờn bún phõn đó ủ mục, nếu phải bún phõn tươi thỡ chỉ bún ở đất thoỏng khớ, khụng bún vào loại đất lầy hoặc bún cho lỳa. Đối với phõn vụ cơ dễ tan như phõn đạm, thỡ phải bún vào thời kỡ cõy trồng cần nhiều chất dinh dưỡng, bún vừa phải, trộn phõn với đất vo viờn bún sỏt gốc cõy. Ngoài ra phải điều chỉnh chế độ và lượng phõn bún theo kết quả thu được từ cỏc trạm quan trắc nhưđó đề suất
- Thiết lập cỏc đới vệ sinh phũng hộ xung quanh cỏc giếng khai thỏc là rất cần thiết. Trong từng phạm vi đới phũng hộ, một số hoạt động cú thể gõy ụ nhiễm nước dưới đất bị nghiờm cấm hoặc hạn chế, như chăn nuụi gia sỳc, gia cầm, trồng trọt, đổ
nước thải. Xung quanh cỏc bói rỏc cũng cần thiết lập cỏc đới vệ sinh phũng hộđặc biệt là trong điều kiện cỏc bói rỏc hiện nay đều chưa đạt chuẩn, là nguồn đe dọa lớn nhất
đối với nước dưới đất thành phố.
3. Cỏc biện phỏp khống chế nguồn nhiễm bẩn
ễ nhiễm Amoni được phỏt hiện trong nhiều năm và phổ biến trờn diện tớch rộng trong khu vực nghiờn cứu. Để khắc phục tỡnh trạng này,khống chế nguồn gõy nhiễm
bẩn là giải phỏp xử lý đầu tiờn. Trong khu vực nghiờn cứu, bói rỏc Tam Hiệp, nghĩa trang Văn Điển và bói rỏc Mễ Trỡ được xỏc định là những nguồn gõy ụ nhiễm lớn và
điển hỡnh. Bờn cạnh đú là một loạt nguồn gõy ụ nhiễm nhỏ khỏc.
Bói rỏc Mễ Trỡ là một phần của hồ Mễ Trỡ, được chọn làm bói rỏc từ năm 1992 sau khi bói rỏc Tam Hiệp đó đầy. Đõy là bói rỏc cũ nờn lỳc đầu rỏc được đổ tự do theo kiểu đầy ụ này chuyển sang ụ khỏc, khụng được san phẳng, khụng cú rào che chắn, khụng ỏp dụng chống ụ nhiễm mụi trường như thu và xử lý nước rỏc, xử lý khớ gas, chống ụ nhiễm đất. Sau đú, khi chất thải cao bằng mặt đất thỡ bói mới xõy dựng rào bảo vệ bằng cỏc tấm kim loại cũ. Hàng ngày rỏc khụng được phủ đất đều đặn và khụng cú hệ thống cỏch ly với nước xung quanh, khụng cú cõy xanh quanh bói. Đến năm 1996 mơi xõy dựng đờ bao quanh bói, cao hơn mặt đất khoảng 1,5m và hầu hết được rào bằng tấm vỏch containner. Thỏng 5 năm 2008 bói rỏc bị đúng cửa. Hiện nay, theo ước tớnh rỏc tại bói rỏc Mễ Trỡ được đổ cao hơn mặt ruộng xung quanh từ 4 đến 5m. Chiều dầy lớn nhất của lớp rỏc là 8,9m, trung bỡnh là 7,8 - 8,5m với thành phần chủ yếu là rỏc
đang phõn huỷ dở dang, lẫn nhiều thành phần nylon, cao su, vải vụn chưa kịp phõn huỷ. Đõy là nguồn cung cấp Amoni cho nước dưới đất. Theo nghiờn cứu, bói rỏc Mễ
Trỡ nằm trong phễu hạ hấp cục bộ của cả 2 tầng chứa nước Qh và Qp với tõm phễu hạ
thấp là nhà mỏy nước hạ Đỡnh, vỡ vậy nước ngầm nhiễm bẩn Amoni do sự phõn hủy vật chất hữu cơở trờn cú hướng vận động từ bói rỏc đến nhà mỏy nước HạĐỡnh, gõy ụ nhiễm cho nước dưới đất khu vực này.
Bói rỏc Tam Hiệp cú thời gian hoạt động từ năm 1992 đến năm 1997 với diện tớch 8,08 ha (dung tớch ước lượng khoảng 2.000.000 m3). Tương tự như bói rỏc Mễ Trỡ, đõy là bói rỏc kiểu cũ nờn rỏc thải được đổ tự do, khụng cú bất kỡ biện phỏp nào để xử lý hay chống ụ nhiễm mụi trường. Đối với bói rỏc Mễ Trỡ, rỏc thải được đổ trực tiếp lờn bề mặt nờn đõy là nguồn gõy nhiễm bẩn Amoni trực tiếp cho nước dưới đất tầng Holocen. Ở bói rỏc Tam Hiệp, do búc bỏ lớp trầm tớch Holocen ở trờn, và đổ rỏc lờn tầng trầm tớch Pleistocen nờn nhiễm bẩn ở bói rỏc này cũn ảnh hưởng đến tầng chứa
nước sõu hơn – tầng Pleistocen. Bờn cạnh bói rỏc Tam Hiệp là nghĩa trang Văn Điển
được xõy dựng từ năm 1957 với diện tớch 17,7 ha. Nghĩa trang được xõy dựng từ khỏ lõu và trong quỏ trỡnh xõy dựng cũng như đi vào hoạt động, người ta khụng tiến hành bất kỡ biện phỏp bảo vệ mụi trường nào. Cựng với bói rỏc Tam Hiệp, hai điểm ụ nhiễm này tạo nờn nguồn gõy ụ nhiễm lớn cho cả khu vực.
Để khống chế cỏc nguồn ụ nhiễm này, tỏc giảđề xuất sử dụng cỏc biện phỏp kĩ
thuật sau:
- Sử dụng giếng hỳt nước để hạ thấp mực nước ngầm quanh vựng ụ nhiễm (Hỡnh 37). Vị trớ đặt cỏc cụng trỡnh hỳt nước, chếđộ làm việc, số lượng lỗ khoan, hay hào phụ
thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn cụ thể. Khi ỏp dụng biện phỏp này trước hết phải giải quyết trước vấn đề sử dụng hoặc xử lý nước được hỳt lờn từ cỏc giếng.
Hỡnh 37 : Sử dụng giếng hỳt nước để hạ thấp mực nước ngầm
- Bơm oxy và cỏc chất dinh dưỡng vào tầng chứa để thỳc đầy biến đổi sinh học, làm tan dần dải ụ nhiễm (Hỡnh 38 )
- Do chất thải nằm thấp hơn mực nước ngầm nờn cú thể thế xõy dựng tường chắn thẳng đứng thấm nước kộm để ngăn và hạ thấp mực nước ngầm, khụng cho đi qua cỏc khu vực chất ụ nhiễm (Hỡnh 39)
Hỡnh 38: Bơm cỏc chất dinh dưỡng vào tầng chứa để thỳc đẩy biến đổi sinh học
Hỡnh 39: Tường chắn thẳng đứng để hạ thấp mực nước ngầm
4. Cỏc phương phỏp húa học xử lý amoni trong nước cấp Phương phỏp Clo hoỏ
Clo gần như là chất oxi húa mạnh cú khả năng oxi hoỏ amoni/amoniac ở nhiệt độ
phũng thành N2. Khi hoà tan Clo trong nước tuỳ theo PH của nước mà Clo cú thể nằm dạng HClO hay ion ClO- do cú phản ứng theo phương trỡnh:
Cl2 + H2O HCl + HClO (PH<7) HClO H+ + ClO- (PH>8)
Khi trong nước cú NH4+ sẽ xảy ra cỏc phản ứng sau: HClO + NH3 = H2O + NH2Cl (Monocloramin) HClO + NH2Cl = H2O + NHCl2 (Dicloramin) HClO + NHCl2 = H2O + NCl3 (Tricloramin) Nếu cú Clo dư sẽ xảy ra phản ứng phõn huỷ cỏc Cloramin HClO +2 NH2Cl = N2 + 3Cl- + H2O
Lỳc này lượng Clo dư trong nước sẻ giảm tới số lượng nhỏ nhất vỡ xảy ra phản ứng phõn huỷ Cloramin.
Những nghiờn cứu trước đõy cho thấy, tốc độ phản ứng của Clo với cỏc hợp chất hữu cơ bằng một nửa so với phản ứng với amoni .Khi amoni phản ứng gần hết, Clo dư sẽ
phản ứng với cỏc hợp chất hữu cơ cú trong nước để hỡnh thành nhiều hợp chất Clo cú mựi đặc trưng khú chịu. Trong đú khoảng 15% là cỏc hợp chất nhúm THM- trihalometan và HAA-axit axờtic halogen đều là cỏc chất cú khả năng gõy ung thư và bị
hạn chế nồng độ nghiờm ngặt. Ngoài ra với lượng Clo cần dựng rất lớn, vấn đề an toàn trở nờn khú giải quyết đối với cỏc nhà mỏy lớn. Đõy là những lý do khiến phương phỏp Clo hoỏ mặc dự đơn giản về mặt thiết bị, rẻ về mặt kinh tế và xõy dựng cơ bản nhưng rất khú ỏp dụng.
Phương phỏp kiềm húa và làm thoỏng
Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cõn bằng:
Như vậy, ở PH gần 7 chỉ cú một lượng rất nhỏ khớ NH3 so với ion amoni. Nếu ta nõng PH tới 9.5 tỷ lệ [NH3]/[ NH4+] = 1, và càng tăng PH cõn bằng càng chuyển về
phớa tạo thành NH3. Khi đú nếu ỏp dụng cỏc kỹ thuật sục khớ hoặc thổi khớ thỡ NH3 sẽ
bay hơi theo định luật Henry, làm chuyển cõn bằng về phớa phải: NH4+ + OH- NH3 + H2O
Trong thực tế PH phải nõng lờn xấp xỉ 11, lượng khớ cần để đuổi NH3 ở mức 1600 m3 khụng khớ/ m3 nước và quỏ trỡnh phụ thuộc vào nhiệt độ của mụi trường. Phương phỏp này ỏp dụng được cho nước thải, khú cú thể đưa được nồng độ NH4+ xuống dưới 1,5mg/l nờn rất hiếm khi được ỏp dụng để xử lý nước cấp.
Phương phỏp trao đổi ion
Quỏ trỡnh trao đổi ion là một quỏ trỡnh hoỏ lý thuận nghịch trong đú xảy ra phản
ứng trao đổi giữa cỏc ion trong dung dịch điện ly với cỏc ion trờn bờ mặt hoặc bờn trong của pha rắn tiếp xỳc với nú. Quỏ trỡnh trao đổi ion tuõn theo định luật bảo toàn
điện tớch, phương trỡnh trao đổi ion được mụ tả một cỏch tổng quỏt như sau: AX + B- AB + X- CY + D+ CD + Y+ Trong đú AX là chất trao đổi anion, CY là chất trao đổi cation.
Phản ứng trao đổi là phản ứng thuận nghịch, chiều thuận được gọi là chiều trao
đổi, chiều nghịch được gọi là chiều phản ứng tỏi sinh. Mức độ trao đổi ion phụ thuộc vào:
● Kớch thước hoỏ trị của ion.
● Bản chất của chất trao đổi ion.
● Nhiệt độ.
Nhựa trao đổi ion dạng rắn được dựng để thu những ion nhất định trong dung dịch và giải phúng vào dung dịch một lượng tương đương cỏc ion khỏc cú cựng dấu
điện tớch. Nhựa trao đổi cation (Cationit) là những hợp chất cao phõn tử hữu cơ cú chứa cỏc nhúm chức cú khả năng trao đổi với cụng thức chung là RX. Trong đú R là gốc hữu cơ phức tạp, cú thể là: COOH-, Cl-,…Phản ứng trao đổi cation giữa chất trao
đổi và cation cú trong dung dịch.
R-H(Na) + NH4+ R-NH4 + H+(Na+) 2R-H + Ca2+ R2Ca + 2H+
Chất trao đổi ion cú thể cú sẳn trong tự nhiờn như cỏc loại khoỏng sột, trong đú quan trọng nhất là zeolit, cỏc loại sợi,…cũng cú thể là chất vụ cơ tổng hợp (aluminosilicat, aluminophotphat,…) hoặc hữu cơ (nhựa trao đổi ion). Trong thực tế nhựa trao đổi ion
được sản xuất và ứng dụng rộng rải nhất. Trong nước ngầm ngoài ion amoni (thường chiếm tỉ lệ thấp so với cỏc cation khỏc) cũn tồn tại cỏc cation hoỏ trị I và hoỏ trị II như
Ca2+, Mg2+, K+, Na+,…phần lớn cỏc nhựa cation cú độ chọn lọc thấp đối với ion amoni.
Để ứng dụng thực tiễn cần tỡm được chất trao đổi ion cú độ chọn lọc cao đối với ion amoni. Trong khi đú, Zeolic đặc biệt là loại Clinoptilolit tự nhiờn cú thểđỏp ứng được
đồi hổi trờn. Clinoptilolit là loại Zeolic tự nhiờn cú cụng thức hoỏ học là (Na4K4)Al20O40.20H2O, độ lớn mao quản nằm trong khoảng 3-8A0, độ xốp khoảng 34%. Độ chọn lọc của Clinoptilolit đối với ion amoni tuõn theo thứ tự:
Từ dóy chọn lọc này cho thấy hầu hết cỏc cation cú mặt trong nước tự nhiờn như: Ca2+, Mg2+, Na+đều cú tớnh chọn lọc kộm hơn so với amoni và tớnh chọn lọc của amoni gần ngang với Kali.
Phương phỏp sinh học
Ở phương phỏp sinh học bao gồm hai quỏ trỡnh nối tiếp nhau là nitrat hoỏ và khử
nitrat hoỏ như sau:
Quỏ trỡnh nitrat hoỏ:
Quỏ trỡnh chuyển hoỏ về mặt hoỏ học được viết như sau: NH4+ + 1,5O2 → NO2- + 2H+ + H2O
NO2- + 0,5O2 → NO3- Phương trỡnh tổng:
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O
Đầu tiờn, amoni được oxy húa thành cỏc nitrit nhờ cỏc vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus. Sau đú cỏc ion nitrit bị oxy húa thành nitrat nhờ cỏc vi khuẩn Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus. Cỏc vi khuẩn nitrat húa Nitrosomonas và Nitrobacter thuộc loại vi khuẩn tự dưỡng húa năng. Năng lượng sinh ra từ phản ứng nitrat húa (Nitơ amoni là chất nhường điện tử) được vi khuẩn sử dụng trong quỏ trỡnh tổng hợp tế bào. Nguồn cacbon để sinh tổng hợp ra cỏc tế bào vi khuẩn