TỔNG QUAN VÊ NƯỚC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XƯ LÝ NƯỚC
2.3 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG .1 Các chỉ tiêu vật lý
2.3.2 Các chỉ tiêu hoá học
Độ pH của nước
pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước.
Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hoà tan trong nước. pH có ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nước. Độ pH có ảnh hưởng đến các quá trình trao đổi chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. Do vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường
Độ kiềm
Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion bicacbonat, cacbonat, hydroxyl và anion của các muối axít yếu. Do hàm lượng các muối này rất nhỏ nên có thể bỏ qua.
Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO2 tự do có trong nước. Độ kiềm là chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước. Để xác định độ kiềm ta dùng phương pháp chuẩn độ mẫu nước thử bằng axit clohydric.
Độ cứng của nước
Là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước. Trong xử lý nước thường phân biệt ba loại độ cứng:
- Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi, magie có trong nước
- Độ cứng tạm thời: biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi, magie trong các muối cacbonat (hydrocacbonat canxi, hydrocacbonat magie) có trong nước.
- Độ cứng vĩnh cửu: biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi, magie trong các muối axit mạnh của canxi và magie.
Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng do canxi và magie phản ứng với các axit béo tạo thành các hợp chất khó tan. Trong sản xuất, nước cứng có thể tạo lớp cáu cặn trong các lò hơi hoặc gây kết tủa ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Khí hydro sunfua (H2S)
Là sản phẩm của quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ, phân rác có trong nước thải. Khí làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu. Với nồng độ cao khí mang tính ăn mòn vật liệu.
Các hợp chất của nitơ
Là kết quả của quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên, các chất thải và các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hoặc gián tiếp đưa vào nguồn nước.
Các hợp chất này thường tồn tại dưới dạng amoniac, nitric, nitrat và cả dạng nguyên tố nitơ (N2). Tuỳ theo mức độ có mặt của các hợp chất niơ mà ta có thể biết được mức độ ô nhiễm nguồn nước. Khi nước mới bị nhiễm bẩn bởi phân bón hoặc nước thải, trong nguồn nước có NH3, NO2-, NO3-. Sau một thời gian NH3, NO2- bị oxy hoá thành NO3-. Nếu nước chứa NH3 và nitơ hữu cơ thì coi như nước mới bị nhiễm bẩn và nguy hiểm. Nếu nước chủ yếu có NO2- thì nước đã bị ô nhiễm thời gian dài hơn, ít nguy hiểm hơn. Nếu nước chủ yếu có NO3- thì quá trình oxy hoá đã kết thúc.
Ở điều kiện yếm khí NO3- sẽ bị khử thành N2 bay lên. Amoniac là chất gây nhiễm độc trầm trọng cho nước, gây độc cho loài cá.
Việc sử dụng rộng rãi các nguồn phân bón hoá học cũng làm cho hàm lượng amoniac trong nước tự nhiên tăng lên. Trong nước ngầm và nước đầm lầy hay gặp NO3- và amoniac hàm lượng cao. Nếu trong nước uống chứa hàm lượng cao NO3- thường gây bệnh xanh xao ở trẻ nhỏ có thể dẫn đến tử vong.
Clorua
Tồn tại ở dạng Cl-, ở nồng độ cho phép không gây độc hại, nồng độ cao (>250mg/l) nước có vị mặn. Nguồn nước ngầm có thể có hàm lượng clo lên tới 500 ÷1000 mg/l.
Sử dụng nước có hàm lượng clo cao có thể gây bệnh thận. Nước chứa nhiều ion Cl- có tính xâm thực đối với bêtông. Ion Cl- có trong nước do sự hoà tan muối khoáng, do quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ.
Các hợp chất của axit silic
Trong thiên nhiên thường có các hợp chất của axit silic, mức độ tồn tại của chúng phụ thuộc vào độ pH của nước. Ở pH< 8 - 11 silic chuyển hoá dạng HSiO3-, các hợp chất này có thể tồn tại dạng keo hay dạng ion hoà tan.
Sự tồn tại của các hợp chất này gây lắng đọng cặn silicat trên thành ống, nồi hơi, làm giảm khả năng vận chuyển và khả năng truyền nhiệt.
Sunfat SO42-
Ion sunfat thường có nguồn gốc khoáng chất hay nguồn gốc hữu cơ. Nước có hàm lượng sunfat hơn 250mg/l có tính độc hại cho sức khoẻ người sử dụng.
Sắt và mangan
Trong nước ngầm sắt tồn tại ở dạng Fe2+, kết hợp với gốc SO42-, Cl-. Đôi khi tồn tại dưới dạng keo của axit humic hoặc silic. Khi tiếp xúc với oxy không khí tạo ra Fe3+dễ kết tủa màu nâu đỏ. Nước mặt thường chứa sắt ở dạng Fe3+, tồn tại keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù .Với hàm lượng sắt > 0,5 mg/l: nước có mùi tanh khó chịu, vàng quần áo, hỏng sản phẩm dệt.
Mangan có trong nước ngầm dưới dạng Mn2+. Nước có hàm lượng mangan khoảng 1mg/l sẽ gây trở ngại giống như khi sử dụng nước có hàm lượng sắt cao. Công nghệ khử mangan thường kết hợp với khử sắt trong nước. Mangan thường gặp trong nước ngầm nhưng ít hơn sắt nhiều, ít khi lớn hơn 5 mg/l.
Các hợp chất photpho
Trong nước tự nhiên các hợp chất ít gặp nhất là photphat, khi nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi rác và các chất hữu cơ trong quá trình phân huỷ, giải phóng ion PO43-, có thể tồn tại dưới dạng H2PO4-, HPO42-, PO43-, Na3(PO4)3.
Photpho không thuộc loại độc hại với con người nhưng sự tồn tại của chất này với hàm lượng cao trong nước sẽ gây cản trở cho quá trình xử lý, đặt biệt là hoạt động của bể lắng.
Các hợp chất của florua
Nước ngầm ở giếng sâu hoặc ở các vùng đất có chứa cặn apatit thường có hàm lượng các hợp chất florua cao (2 ÷ 2,5 mg/l), tồn tại dạng cơ bản là canxi florua và magie florua.
Các hợp chất florua khá bền vững, khó bị phân huỷ ở quá trình tự làm sạch. Hàm lượng florua trong nước cấp ảnh hưởng đến việc bảo vệ răng. Nếu thường xuyên dùng nước có hàm lượng florua lớn hơn 1,3 mg/l hoặc nhỏ hơn 0,7 mg/l đều dễ mắc bệnh loại men răng.
Các chất khí hoà tan
Các chất khí hoà tan thường gặp trong nước thiên nhiên là khí cacbonic, oxy và sufurhydro.
Trong nước ngầm khi pH <5,5 thì nước chứa nhiều CO2. Hàm lượng CO2 hoà tan trong nước cao thường làm cho nước có tính ăn mòn bêtông ngăn cản sự tăng pH của nước.
Trong nước ngầm khí H2S là sản phẩm của quá trình khử diễn ra trong nước. Nó cũng xuất hiện trong nước ngầm mạch nông khi nước ngầm nhiễm bẩn các loại nước thải. Hàm lượng khí H2S hoà tan trong nước nhỏ hơn 0,5 mg/l đã tạo cho nước có mùi khó chịu và làm cho nước có tính ăn mòn kim loại.
Các kim loại có tính độc cao Arsen (As)
Crom (Cr) Thuỷ ngân ( Hg) Chì (pb)
Các chỉ tiêu vi sinh
Trong nước thiên nhiên có rất nhiều loại vi trùng và siêu vi trùng, trong đó có các loại vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm là: kiết lị, thương hàn, dịch tả, bại liệt… việc xác định sự có mặt của các vi trùng gây bệnh này thường rất khó khăn và mất nhiều
thời gian. Trong thực tế việc xác định số vi khuẩn trong nước thường là xác định E.coli vi đặc tính của nó có khả năng tồn tại cao hơn các vi trùng gây bệnh khác. Do đó, sau khi xử lý, nếu trong nước không còn phát hiện thấy E.coli chứng tỏ các loài vi trùng khác cũng đã bị tiêu diệt, mặt khác việc xác định loại vi khuẩn này đơn giản và nhanh chóng
Vi trùng gây bệnh
Vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước gây tác hại cho mục đích sử dụng nước trong sinh hoạt. Các vi sinh vật này vốn không bắt nguồn từ nước, chúng cần vật chủ để sống kí sinh phát triển và sinh sản. Một số vi sinh vật gây bệnh sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng.
Vi khuẩn: Các loại vi khuẩn trong nước thường gây các bệnh về đường ruột như:
- Vi khuẩn Shigella spp: chủ yếu gây nên các triệu chứng lỵ . Biểu hiện bệnh từ tiêu chảy nhẹ đến nghiêm trọng như đi tiêu ra máu, mất nước, sốt cao và bị co rút thành bụng. Các triệu chứng này có thể kéo dài 12 - 14 ngày thậm chí hơn.
- Vi khuẩn Salmonella typhii : gây sốt thương hàn.
- Vi khuẩn Vibrio cholerae: tác nhân gây nên các vụ dịch tả trên toàn thế giới.
Dịch tả gây bởi Vibrio cholerae thường được lan truyền rất nhanh qua đường nước.
Virus: Các bệnh do virus gây ra thường mang tính triệu chứng và cấp tính với giai đoạn mắc bệnh tương đối ngắn, virut sản sinh với mức độ cao, liều lây nhiễm thấp và giới hạn động vật chủ. Gồm:
- Virus Adenovirus bệnh khuẩn xâm nhập từ khí quản: virus đậu mùa, thuỷ đậu, virus zona,..
- Virus Poliovirus : virus bại liệt
- Hepatitis -A Virus (HAV) : virus viêm gan siêu vi A - Reovirus, rotavirus, norwalk virus :viêm dạ dày ruột
Động vật đơn bào ( protozoa): Các loại động vật đơn bào dễ dàng thích nghi với điều kiện bên ngoài nên chúng tồn tại rất phổ biến trong nước tự nhiên. Trong điều kiện môi trường không thuận lợi, các loại động vật đơn bào thường tạo lớp vỏ kén bao bọc (cyst), rất khó tiêu diệt trong quá trình khử trùng. Vì vậy thông thường trong
quá trình xử lý nước sinh hoạt cần có công đoạn lọc để loại bỏ các động vật đơn bào ở dạng vỏ kén này.
- Giardia spp : nhiễm trùng đường ruột
- Cryptospridium spp : gây bệnh thương hàn, ỉa chảy
Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do nhiễm bẩn rác, phân người và động vật. Trong người và động vật thường có vi khuẩn E.coli sinh sống và phát triển.
Đây là loại vi khuẩn vô hại thường được bài tiết qua phân ra môi trường. Sự có mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn. Khả năng tồn tại của vi khuẩn E.coli cao hơn các vi khuẩn gây bệnh khác. Do đó nếu sau xử lý trong nước không còn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết. Mặt khác, việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệng của nước qua việc xác định số lượng số lượng E.coli đơn giản và nhanh chóng. Do đó vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nguồn nước.
Các loại rong tảo
Rong tảo phát triển trong nước làm nước bị nhiễm bẩn hữu cơ và làm cho nước có màu xanh. Nước mặt có nhiều loại rong tảo sinh sống trong đó có loại gây hại chủ yếu và khó loại trừ là nhóm tảo diệp lục và tảo đơn bào. Hai loại tảo này khi phát triển trong đường ống có thể gây tắc ngẽn đường ống đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình hô hấp thải ra khí cacbonic.