1.2.1. Vị trí địa lý [7]
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 bắc : Giáp đèo Rọ Tượng.
Hình 1.7 Hình ảnh từ vệ tinh ở điểm lấy mẫu [7] Chú thích: : Địa điểm lấy mẫu.
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.
1.2.2. Đặc điểm khí hậu [8]
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, 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 1.3 Nhiệt độ và lượng mưa trung bình các tháng đo tại trạm Nha Trang năm 2010[7] Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cao nhất (°C) 27 8 29 31 32 32 32 32 32 30 28 27 Thấp nhất (°C) 22 2 23 25 26 26 26 26 25 24 24 22 Nhiệt độ TB 24 5 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
Hình 1.8 Biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa trung bình các tháng đo tại trạm Nha Trang năm 2010 [7]
1.2.3. Mạng lưới thủy văn [7]
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.
1.2.4. Hiện trạng cung cấp nước sạch trong khu vực và tại nhà máy [8]
1.2.4.1. Hiện trạng cung cấp và sử dụng nước tại Vĩnh Lương – Nha Trang
Thành phố Nha Trang có diện tích 251km2, dân số 361.454 người, mật độ 1.403 người/km2. Thành phố Nha Trang nằm ở vị trí trung tâm tỉnh Khánh Hòa, Bắc giáp huyện Ninh Hòa, Nam giáp thị xã Cam Ranh, Tây giáp Diên Khánh_ trong một thung lũng núi vây 3 phía Bắc - Tây - Nam và tiếp giáp với bờ biển về phía Đông. Sông Cái Nha Trang và sông Cửa Bé chia Nha Trang thành 3 phần, gồm 27 xã, phường:
- Phía Bắc sông Cái gồm các xã Vĩnh Lương, Vĩnh Phương, Vĩnh Ngọc và khu vực Đồng Đế gồm các phường Vĩnh Phước, Vĩnh Hải, Vĩnh Hòa, Vĩnh Thọ.
- Phía Nam sông Cửa Bé là xã Phước Đồng với địa danh “ Chiến khu Đồng Bò” và một vùng lý tưởng cho du lịch trong tương lai là rừng dừa sông Lô.
Hiện nay, hệ thống nước cấp cho thành phố Nha Trang và khu vực Diêm Khánh – Khánh Hòa do 2 nhà máy nước cấp chính là nhà máy nước Võ Cạnh có
Biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa trung bình đo tại trạm Nha Trang năm 2010 0 5 10 15 20 25 30 35 0 2 4 6 8 10 12 14 Tháng N h iệ t đ ộ ( °C ) Nhiệt độ trung bình Lượng mưa (cm)
công suất 60.000m3/ngày.đêm và nhà máy nước Xuân Phong có công suất 15.000m3/ngày.đêm. Như vậy, tính đến nay tổng công suất cấp nước sạch cho 2 khu vực trên là 75.000m3/ngày.đêm. Do địa hình đồi dốc và xa nguồn cấp nước nên một số khu vực ở phía Bắc thành phố Nha Trang chưa có nước cấp sinh hoạt gây ảnh hưởng đến đời sống và sản xuất của người dân khu vực này, thiếu nước sinh hoạt trở thành mối lo hằng ngày của người dân.
Theo ông Nguyễn Thanh Vân - Chủ tịch UBND xã Vĩnh Lương - TP.Nha Trang cho biết thì người dân tại địa phương này đang thiếu nghiêm trọng nước sạch dùng cho sinh hoạt và sản xuất. Toàn xã Vĩnh Lương có 3.141 hộ dân, để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của người dân thì mỗi ngày cần khoảng 2.000 m3 nước sạch. Tuy nhiên, hiện tại xã chỉ có một giếng nước sạch, có thể bơm dẫn nước về các tụ điểm công cộng để bà con lấy nước về dùng, nhưng mỗi ngày chỉ cung cấp được 240 m3. Do không đủ nước sạch trong khi xã chưa có hệ thống nước máy nên nhiều hộ dân đã phải đi mua nước sạch về để nấu ăn hoặc phải dùng nước giếng bị nhiễm mặn và có độ cứng rất cao. Hàng ngàn hộ dân Vĩnh Lương sẽ còn khó khăn hơn khi mùa khô hạn đang đến gần, giếng nước sạch duy nhất của xã cũng gần khô đáy.
Hình 1.9 Những tụ điểm nước công cộng không đủ đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của người dân xã Vĩnh Lương [8]
Hình 1.10 Người dân phải đi xa mua nước sạch về sử dụng [8]
1.2.4.2. Hiện trạng cung cấp và sử dụng nước ở nhà máy sản xuất đá cây tại Vĩnh Lương – Nha Trang
Nhà máy sản xuất đá cây tại thôn Lương Sơn, xã Vĩnh Lương thuộc Thành phố Nha Trang có công xuất 400cây đá/ngày, tức là cần lượng nước cấp mỗi ngày là 20m3/ngày. Khu vực này có lượng nước ngầm chưa được khai thác nhưng do độ cứng cao nên nhà máy không sử dụng được, hiện nước cấp được nhà máy sử dụng để sản xuất đá cây, nhà máy phải mua và vận chuyển từ Thành phố Nha Trang cách đó khoảng 12km về để sử dụng.
Ước tính mỗi ngày nhà máy sử dụng xe chở 6m3 nước, giá 1m3 nước là 8.000 đồng vận chuyển 3 – 4 chuyến và mỗi chuyến chi phí mất 100.000 đồng tiền xăng dầu. Như vậy, để sản xuất 1 tháng nhà máy phải tốn 15,3 triệu đồng cho tiền nước cấp chưa tính đến tiền nhân công và phương tiện vận chuyển. Do đó, chủ nhà máy hiện đang tìm cách sử lý nguồn nước ngầm hiện có để tiết kiệm chi phí sản xuất.
1.2.3. Ảnh hưởng của tạp chất trong nước đến quá trình làm đá công nghiệp [3]
Nước đá có vai trò rất quan trọng trong đời sống và trong công nghiệp. Trong công nghiệp người ta sử dụng nước đá để ướp lạnh bảo quản thực phẩm, rau
quả chống hư hỏng. Trong đời sống vai trò nước đá càng quan trọng hơn như phục vụ giải khát, giải trí. Nước đá còn có vai trò quan trọng như tạo sân băng trược băng nghệ thuật.
Trong công nghiệp chế biến thực phẩm nước đá thường được sử dụng dưới nhiều dạng: đá cây, đá vảy, đá tấm,… Chúng đều được sử dụng để ướp đá thực phẩm trong quá trình chế biến.
Chất lượng nước đá chịu tác động của nhiều yếu tố: các thành phần trong nước, phương pháp làm lạnh. Thông thường, nước đá được lấy từ mạng lưới thủy cục, các tạp chất và vi sinh vật trong nước không được vượt quá các giá trị qui định.
Bảng 1.4 Hàm lượng tạp chất trong nước đá công nghiệp[3]
STT Tạp chất Hàm lượng
1 Số lượng vi khuẩn 100/con
2 Vi khuẩn đường ruột 3con/L
3 Chất khô 1g/L
4 Độ cứng 7mg/L
5 Độ đục 1,5mg/L
6 Hàm lượng sắt 0,3mg/L
7 pH 6,5 – 9,5
Tạp chất hoà tan trong nước làm cho chất lượng và thẩm mỹ của đá bị biến đổi. Các tạp chất có thể tạo ra màu sắc, màu đục không trong suốt. Một số tạp chất làm cho đá dễ bị nứt nẻ. Một số tạp chất tách ra được khi đông đá tạo thành cặn bẩn nằm ở đáy, nhưng một số tạp chất lại không tách ra được trong quá trình đóng băng, có tạp chất khi hoà tan trong nước làm cho đá khó đông hơn, do nhiệt độ đóng băng giảm.
Bảng 1.5 Ảnh hưởng một số tạp chất đến chất lượng nước đá[3]
TT Tạp chất Ảnh hưởng Kết quả sau
chế biến
1 Cacbonat canxi CaCO3
Tạo thành chất lắng bẩn ở dưới hoặc ở giữa cây. Tách ra được 2 Cacbonat magiê MgCO3 Tạo thành chất lắng bẩn và bọt khí, làm nứt đá ở nhiệt độ thấp. Tách ra được
3 Ôxit sắt Tạo chất lắng màu vàng hay nâu và nhuộm màu chất lắng canxi và magiê.
Tách ra được
4 Ôxit silic và ôxit nhôm
Tạo chất lắng bẩn. Tách ra được
5 Chất lơ lửng Tạo cặn bẩn. Tách ra được
6 Sunfat natri clorua va sunfat canxi
Tạo các vết trắng ở lõi, làm đục lõi và tăng thời gian đóng băng. Không tạo chất lắng.
Không thay đổi
7 Clorua canxi và sunfat magiê
Tạo chất lắng xanh nhạt hay xám nhạt ở lõi, kéo dài thời gian đông và tạo lõi không trong suốt.
Biến đổi thành sunfua canxi
8 Clorua magiê Tạo vết trắng, không có cặn. Biến đổi thành clorua canxi
9 Cacbonat natri Chỉ cần một lượng nhỏ cũng làm nứt đá ở nhiệt độ dưới -90C. Tạo vết màu trắng ở lõi, kéo dài thời gian đóng băng. Tạo đục cao và không có cặn. Biến đổi thành cacbonat natri 1.3. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CỨNG [1] 1.3.1. Khái niệm chung về nước cứng
Ion canxi và magiê là nguyên nhân chính gây nên độ cứng trong nước. Ngoài ra, sự hiện diện của các cation kim loại của sắt, natri, mangan và stronti có thể là
nguyên nhân gây nên độ cứng. Các cation này hiện diện với các anion như là HCO3- , SO42-, Cl-, NO3- và SiO42-.
1.3.2. Phân loại
1.3.2.1. Độ cứng tạm thời (độ cứng có cacbonat)
Các cacbonat và bicacbonat của canxi, magiê và natri được gọi là độ cứng có cacbonat hoặc độ cứng tạm thời, nó có thể được loại bỏ bằng cách đun sôi nước.
1.3.2.2. Độ cứng vĩnh cửu (độ cứng không có cacbonat)
Độ cứng không có cacbonat hay độ cứng vĩnh cửu được tạo bởi chloride và sunfat kết hợp với các cation hóa trị 2. Chính độ cứng này là nguyên nhân gây đóng cặn và ăn mòn đường ống và các nồi nấu, nồi chưng cất.
1.3.3. Độ cứng toàn phần
Bảng 1.6 Phân loại nước cứng [1]
Phân loại độ cứng mg/LCaCO3
US Quốc tế Mềm Tương đối mềm Hơi cứng Tương đối cứng Cứng Rất cứng 0 – 60 61 – 120 121 – 180 > 180 0 – 50 51 – 100 101 -150 151 – 200 201 – 300 > 300
Độ cứng toàn phần của nước bằng tổng hàm lượng của ion canxi và magiê có trong nước. Người ta chia độ cứng toàn phần ra: độ cứng cacbonat (độ cứng tạm thời) tính bằng tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ trong muối cacbonat và hydrocacbonat canxi, hydrocacbonat magiê. Độ cứng không cacbonat (độ cứng vĩnh cửu) tính bằng tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ trong các muối acid mạnh của canxi và magiê.
Nếu như trong nước hàm lượng của ion HCO3- < Ca2+ + Mg2+ (mgđl/L) thì trị số của độ cứng cacbonat bằng tổng hàm lượng của ion canxi và magiê. Lượng dư HCO3- là cacbonat natri (Na2CO3) và cacbonat kali (K2CO3).
Nếu như trong nước hàm lượng của ion HCO3- < Ca2+ + Mg2+ (mgđl/L) thì trị số của độ cứng cacbonat bằng tổng nồng độ ion HCO3-.
Nếu biểu thị nồng độ ion Ca2+, Mg2+ và HCO3- bằng mg/L thì độ cứng tổng và các độ cứng thành phần được tính theo công thức sau (tính bằng mgđl trong một lít nước, mgđl/L). Độ cứng toàn phần : C0 C0 = , + , Độ cứng cacbonat: Ck Khi , + , , ⇨ Ck = , Khi , + , , ⇨ Ck = , + ,
Độ cứng phi cacbonat (độ cứng vĩnh cửu)
Cv = C0 - Ck Độ cứng canxi: CCa = , Độ cứng Magiê CMg = ,
Giới hạn cho phép của độ cứng trong nước ăn uống, sinh hoạt theo QCVN 02:2009/BYT [phụ lục 1] không vượt quá 7 mgđl/L.
1.3.4. Các đơn vị đo độ cứng
Độ Đức: 0dH = 10mg CaO hoặc 7,14 mg MgO hòa tan trong 1 lít nước. Độ Pháp: 0f = 10 mg CaO hòa tan trong 1 lít nước.
Độ Anh: 0e = 10 mg CaO hòa tan trong 0,7 lít nước.
Việt Nam dùng đơn vị đo độ cứng mili đương lượng trong 1 lít (mgđl/L). 1mgđl/l = 2,8 0dH.
1.3.5. Các vấn đề trong nước cứng
Mặc dù nước cứng không ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Nhưng khi sử dụng, nước cứng thường gây ra nhiều tác hại cho người sử dụng: làm tốn nhiều xà phòng và chất tẩy, tạo ra cặn kết bám vững chắc bên trong đường ống, thiết bị công nghiệp làm giảm khả năng hoạt động và tuổi thọ của chúng. Khử cứng (làm mềm nước) thực chất là quá trình xử lý giảm hàm lượng canxi và magiê nhằm hạ độ cứng của nước tới mức cho phép.
1.3.6. Các phương pháp khử cứng (làm mềm nước)
Có 4 phương pháp khử cứng - Phương pháp hóa học
Làm mềm nước bằng hóa chất bằng cách pha các hóa chất khác nhau vào nước để kết hợp với ion Ca2+ và Mg2+tạo thành các hợp chất không tan trong nước dễ lắng và lọc. Các hóa chất để làm mềm nước là: vôi CaO, sôđa Na2CO3, xút NaOH, hydroxit bari Ba(OH)2, photphat natri Na3PO4.
- Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất.
- Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp cation có khả năng trao đổi ion Na+ hoặc H+ có trong thành phần của hạt cationit với ion Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc.
- Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp hai trong ba phương pháp kể trên (phương pháp thứ nhất và thứ hai, hoặc thứ nhất và thứ ba...).
- Lọc qua màng bán thấm, thẩm thấu ngược (RO).
1.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM [2] NGHIỆM [2]
Giả sử ảnh hưởng của k yếu tố vào thông số tối ưu hóa y, quan hệ giữa hai hàm mục tiêu y và các nhân tố x được mô tả theo phương trình bậc 2 có dạng:
Để xác định trong phương trình hồi quy, số thí nghiệm N trong phương án thực nghiệm không nhỏ hơn số hệ số cần xác định trong phương trình.
Để xác định các hệ số trong phương trình hồi quy, số thí nghiệm N trong phương án thực nghiệm không nhỏ hơn số hệ số cần xác định trong phương trình. Vì vậy để ước lượng tất các hệ số của đa thức bậc hai, mỗi yếu tố trong phương án có số mức không nhỏ hơn ba. Nhưng khi dùng phương án thực nghiệm yếu tố toàn phần (tức là thực nghiệm mà mọi tổ hợp các mức của các yếu tố đều phải thực hiện để nghiên cứu) ta phải thực hiện một số thí nghiệm khá lớn khi k > 2.
Số thí nghiệm giảm xuống một cách đáng kể nếu dùng phương pháp cấu trúc có tâm do Box và Wilson đề ra.
Phương án cấu trúc có tâm cấp hai của hai yếu tố nhận được từ phương án thực nghiệm yếu tố toàn phần nhân gồm các điểm 1, 2, 3, 4 bổ sung no thí nghiệm ở tâm phương án, điểm 9 và 4 điểm (*) 5, 6, 7, 8 với các tọa độ (0,0); (+, 0; (-α,0); (0;+; (0,-α) α là khoảng cách từ tâm của phương án tới các điểm * được gọi là cánh tay đòn sao.
Số thí nghiệm của phương án cấu trúc có tâm cấp hai, k yếu tố được tính như sau:
! " # 2" # 2, % 2& % '% 2& % ' &() & * 5
&() & * 5
Cánh tay đòn theo phương án trực giao cấp 2 được tính từ biểu thức: