1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGẦM
1.2.4. Một số mô hình lọc nước ngầm
1.2.4.3. Hệ thống lọc nước ngầm nhiễm phèn
Thứ nhất là giàn phun: Giàn phun tạo nên các tia nước nhỏ để quá trình tiếp xúc với không khí được triệt để. Thông thường giàn phun được thiết kế với các lỗ tạo tia nước đường kính 1-2mm.
Thứ 2 là bể lưu: Bể lưu là nơi chứa các tia nước và thu lại trong bể, tại đây sắt 2 hoàn tất chuyển đổi sang sắt 3 và các huyền phù sẽ được lắng cặn và loại bỏ
Thứ 3: Bể lọc: Bể lọc gồm 3 tầng vật liệu: Tầng 1(dưới cùng) là sỏi đỡ. Tầng tiếp theo là cát vàng và tầng trên cùng là cát đen.
Nguyên lý hoạt động: Nước đi từ giếng khoan được bơm qua hệ thống giàn phun và đi vào bể lưu, từ bể lưu nước sẽ được chảy tràn sang bể lọc, từ bể lọc nước sạch được lấy ra ở đáy, các chất bẩn sẽ lắng cặn trên bề mặt, Chỉ cần định kỳ lấy và bổ sung lớp cát đen mỏng là hệ hoạt động bình thường.
Hình 1.7. Hệ thống lọc nước ngầm nhiễm phèn
Điểm lưu ý của mô hình này là trước khi được phun qua giàn mưa vào bể lắng, nước ngầm bơm lên được đưa qua ejector.
1.3. TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC ĐIỂM TẠI XÃ TAM ANH NAM, HUYỆN NÚI THÀNH, TỈNH QUẢNG NAM
1.3.1. Vị trí đị lý, điều kiện tự nhiên
Xã Tam Anh Nam có tổng diện tích tự nhiên là: 2.575,27 ha, nằm ở phía Bắc huyện Núi Thành, cách trung tâm huyện 12km. Ranh giới hành chính của xã được xác định như sau:
+ Phía Bắc giáp xã Tam Anh Bắc;
+ Phía Đông giáp xã Tam Hòa;
+ Phía Tây giáp xã Tam Thạnh;
+ Phía Nam giáp xã Tam Hiệp.
GIÀN MƯA
BỂ LẮNG
BỂ CHỨA NƯỚC SẠCH
BỂ LỌC CÁT ĐEN MỊN
SỎI ĐỠ CÁT VÀNG
Hình 1.8. Bản đồ vị trí địa lý xã Tam Anh Nam - Địa hình trung du và đồi núi.
- Thổ nhưỡng: Đất đỏ vàng, đất xói mòn, đất phù sa sông suối.
- Thuộc vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa. Mùa mưa kéo dài từ tháng 9 đến tháng 12.
- Chế độ gió mùa chi phối là gió Tây Nam và Đông Nam, hoạt động từ tháng 2 đến tháng 9, gió mùa Đông Bắc xuất hiện từ tháng 10 đến tháng 2 năm sau.
Các chỉ số khí hậu, thời tiết đặc trưng của khu vực:
+ Nhiệt độ trung bình hàng năm: 27,5 0C.
+ Lượng mưa trung bình hằng năm: 2.532mm.
+ Độ ẩm trung bình: 82%.
- Đặc điểm khí hậu thuận lợi cho việc phát triển các loại cây trồng, tuy nhiên khí hậu phân thành 2 mùa rõ rệt, nắng hạn vào mùa khô, mưa lũ lụt lớn vào mùa mưa, gây rửa trôi, xói mòn đất, ảnh hưởng đến sản xuất nông – lâm nghiệp, trong năm cũng thường chịu ảnh hưởng của bão lũ.
Nguồn nước cung cấp cho sản xuất nông nghiệp lấy từ Hồ Thái Xuân. Nguồn nước sinh hoạt chủ yếu lấy từ giếng đào và hệ thống nước sạch sử dụng bằng bồn chứa, bể lọc lấy từ mạch nước ngầm[8].
1.3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội a. Cơ cấu kinh tế
Xã Tam Anh Nam có tổng diện tích tự nhiên là: 2.575,27 ha: trong đó đất sản xuất nông nghiệp: 1.024,96 ha, đất lâm nghiệp: 763,93 ha, đất nuôi trồng thuỷ sản: 25 ha, đất công nghiệp 193ha, còn lại là đất hoang hóa.
Thực trạng phát triển kinh tế xã hội của xã Tam Anh Nam đã chuyển dịch theo hướng công nghiệp, dịch vụ, nông nghiệp (gồm lâm nghiệp và chăn nuôi).
Tỷ lệ lao động phân bố theo ngành nghề như sau:
- 37,27% lao động ngành nông ngư nghiệp và nuôi trồng thủy sản - 26,14% lao động ngành công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp - 24,68% lao động ngành thương mại – dịch vụ
- 11,10% lao động trong các ngành khác.
Hình 1.9. Biểu đồ tỷ lệ lao động phân bố theo ngành nghề Thu nhập bình quân đầu người là 28 triệu/người/năm.
b. Dân số và lao động
Dân số: 10.712 nhân khẩu với 2.565hộ dân, mật độ dân số 416 người/km2; tổng số lao động trong độ tuổi lao động là 6.869 người. Tỷ lệ lao động trong độ tuổi có việc làm thường xuyên 97,8%.
c. Thực trạng phát triển khu dân cư nông thôn và cơ sở hạ tầng
* Giao thông
Xã có mạng lưới giao thông tương đối thuận lợi, có đường Quốc lộ 1A, đường sắt, đường sông và nhiều tuyến đường giao thông nông thôn được bê tông hóa. Đặc biệt, có nhiều tuyến đường thâm nhập nhựa đi đến rừng như: đường ĐH
38%
26%
25%
11% Ngành nông ngư nghiệp và
nuôi trồng thủy sản
Ngành công nghiệp - Tiểu thủ công nghiệp
Ngành thương mại - dịch vụ Ngành khác
dài khoảng 21km chạy từ quốc lộ 1A đến xã miền núi Tam Sơn, Tam Trà. Hàng năm, các tuyến đường được đầu tư nâng cấp, tu bổ nên đảm bảo cho giao thông thuận lợi.
* Thủy lợi
Hệ thống kênh mương thủy lợi lấy nước từ Hồ Thái Xuân cung cấp cho các đồng ruộng nên rất thuận lợi cho việc sản xuất của bà con nông dân trong các mùa vụ, tuy nhiên còn nhiều cánh đồng chưa có kênh mương dẫn nước tưới mà chủ yếu là dựa vào nước trời và những con đập nhỏ nhân dân tự đắp nên năng suất chưa cao.
* Điện thắp sáng:
Gần 100% số hộ trên toàn xã được sử dụng điện, nên đời sống nhân dân được cải thiện rất nhiều, hệ thống giao thông nông thôn tương đối thuận lợi nên đa số hộ có xe máy, xe tải; nhiều hộ có ti vi, tủ lạnh, điện thoại.
* Y tế
Xã có trạm y tế với 2 y sĩ, 1 y tá, 1 nữ hộ sinh và mạng lưới cộng tác viên y tế - dân số thôn nên đảm bảo thực hiện các dịch vụ chăm sóc, khám chữa bệnh cho nhân dân.
* Giáo dục
Trên địa bàn xã có 1 trường Trung học cơ sở; 2 trường Tiểu học (gồm 6 cơ sở); trường Mẫu giáo Công Lập (4 cơ sở) nên thuận lợi cho việc học tập của con em trong xã.
CHƯƠNG 2
NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nhằm nâng cao chất lượng nước ở các hộ gia đình nông thôn, thông thường người ta sử dụng mô hình lọc truyền thống qua các lớp vật liệu lọc như than, cát, sỏi… trong một bể lọc. Chất lượng nước sau lọc tuy có cải thiện tuy nhiên vẫn có thể không đảm bảo các tiêu chí của chất lượng nước dùng cho mục đích sinh hoạt và ăn uống.Đặc biệt, đối với các vùng có nước ngầm bị nhiễm phèn, có nồng độ sắt và mangan cao, các vật liệu truyền thống có thể không xử lý triệt để.Hơn nữa, việc cho tất cả các vật liệu lọc vào cùng một bể lọc cũng gây khó khăn cho quá trình rửa lọc.
Xuất phát từ thực tế đó, tôi tiến hành nghiên cứu một mô hình xử lý nước ngầm nhiễm phèn có quy trình công nghệ và quy mô phù hợp với hộ gia đình tại Xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam. Mục đích của nghiên cứu này nhằm xây dựng được mô hình xử lý nước ngầm nhiễm phèn phù hợp với quy mô hộ gia đình, đồng thời, khảo sát tuổi thọ tương ứng với khối lượng vật liệu lọc sử dụng để tạo ra quá trình lọc hiệu quả nhất trong điều kiện nước ngầm ở khu vực nghiên cứu. Từ đó, đề tài có thể làm cơ sở để nghiên cứu chế tạo mô hình xử lý nước ngầm nhiễm phèn quy mô hộ gia đình ở những khu vực có nguồn nước ngầm bị nhiễm phèn khác.
Nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:
- Khảo sát về tình hình sử dụng nước ngầm và hiện trạng chất lượng nước ngầm tại xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam.
+ Khảo sát về tình hình sử dụng nước ngầm tại xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam.
+ Khảo sát về hiện trạng chất lượng nước ngầm tại xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam.
- Thiết kế mô hình xử lý nước ngầm quy mô hộ gia đình
+ Khảo sát lưu lượng và thời gian sục khí cần thiết nhằm tăng cường hiệu quả quá trình lọc.
+ Khảo sát tuổi thọ tương ứng với khối lượng vật liệu lọc nhằm tối ưu hóa quá trình lọc.
+ So sánh khả năng lọc nước của mô hình nghiên cứu với các mô hình khác.
- Đề xuất ứng dụng mô hình xử lý nước ngầm quy mô hộ gia đình.
2.2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. Nguồn nước ngầm tại một số khu vực thuộc xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam.
Mụcđích cuối cùng của nghiên cứu chính là có thểthiết kế mô hình lọc nước ngầm quy mô hộ gia đình. Chất lượng nước ngầm tại khu vực nghiên cứu quyết định đến việc lựa chọn vật liệu lọc phù hợp xử lý được các chất ô nhiễm có trong nước ngầm.
Xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, Quảng Nam có một phần diện tích chạy dọc theo sông Trường Giang - đoạn sông nước lợ, chất lượng nước ngầmtạiđây có thể không đảm bảo chất lượng về nhu cầu sinh hoạt, ăn uống của người dân.
Do đó, nghiên cứu tiến hành khảo sát, đánh giá tình hình sử dụng và chất lượng nước ngầm tại một số khu vực thuộcđịa bàn xã.
2.2.2. Mô hình thiết kế nhằm lọc nước ngầm tại xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, Quảng Nam.
Dựa trên các cơ sở nguyên lý về xử lý nước ngầm, chủ yếu vẫn làoxy hóa, lắng, lọc, và một số nghiên cứu về các mô hình lọc nước, tác giả đề xuất mô hình lọc nước dưới dạng cột lọc, được ghép từ cácống lọc.
Quá trình oxy hóa được thực hiện bằng biện pháp sục khí.
Các loại vật liệu lọc sử dụng là những loại vật liệu đơn giản, dễ tìm mua trên thị trường, phù hợp với mục đích sử dụng, đồng thời giá thành rẻ. Cụ thể, mô hình sử dụng các loại vật liệu như sau: Bông lọc (Bông lọc bể cá), cát trắng, than hoạt tính, cát mangan, cát thạch anh, sỏi.
- Bông lọc hay còn gọi là bông lọc bể cá với cấu tạo các lỗ xốp rỗng có tác dụng giữ lại những cặn bẩn có kích thước lớn, không gây tắc nghẽn, cản trở quá trình lọc của các vật liệu lớp dưới. Đối với bông lọc cá sử dụng một lớp 5cm.
- Cát trắng: Với kích thước hạt nhỏ, có khả năng giữ lại những cặn bẩn, chất lơ lửng có kích thước nhỏ hơn, và giúp quá trình lọc của các lớp dưới hiệu quả hơn.
Đồng thời, cát trắng là nguồn tài nguyên sẵn có của khu vực nghiên cứu, nên tiến hành nghiên cứu khả năng lọc để có thể tận dụng nguồn nguyên liệu giá rẻ tại địa phương trong lọc nước.
- Than hoạt tính(d = 2 – 4 mm): Là vật liệu được sử dụng phổ biến trong lọc nước nhờ tính chất hấp phụ tốt.Hai cơ chế lọc nước cơ bản của than hoạt tính:
+ Lọc cơ học vật lý: Giúp loại bỏ các hạt, tạp chất bẩn trong nước khi đi qua lõi lọc nhờ các lỗ nhỏ li ti trong cấu trúc than.
+ Lọc hút bám: Bề mặt phân tử than sẽ thu hút các chất hóa học, tạp chất hòa tan trong nước và giữ chúng nằm lại bên trong lõi lọc. Với đặc tính “không hút nước” nhưng “hấp thụ dầu mỡ”, than hoạt tính có tác dụng mạnh với rất nhiều loại hóa chất chứa Clo, Benzen hay các hóa chất công nghiệp hòa tan trong nước.
- Cát mangan (d = 0,3 - 0,35 mm): là quặng khối lượng nhẹphủ bằng lớp vỏ bọc bên ngoài, thành phần hóa học cơ bản: Mn(OH)4, hoặc KMnO4. Cát Mangan hoạt động như chất oxi hóa bề mặt dùng kết tủa Sắt, Mangan Hydrogen sulfide.
Các chất này tách ra khỏi nước sau khi oxi hóa tạo thành chất bẩn kết tủa bám trên bề mặt hạt lọc trong hệ thống lọc. Ưu tiên sử dụng cát mangan để lọc các nguồn nước bị nhiễmphèn, sử dụng được trong khoảng pH rộng từ 6,0 – 8,5.Khi khả năng oxi hóa cát Mangan giảm, lớp lọc được hoàn nguyên bằng nước sạch và khí kết hợp, nhờ hoàn nguyên mà khả năng oxi hóa hạt lọc phục hồi.
- Cát thạch anh (d= 0,8 - 1,2 mm): có tác dụng lọc các thành phần lơ lửng có kích thướchạt nhỏ, không có khả năng kết tủa khi để lắng tự nhiên. Trong quá trình lọc, trên bề mặt cát thạc anh sẽ tạo ra lớp màng lọc hỗ trợ cho quá trình lọc, đặc biệt, khi Fe(OH)3 kết tủa trên bề mặt cát thạch anh sẽ giúp hấp phụ Asen khi nguồn nước có nguy cơ bị nhiễm asen. Cát thạch anh là tác nhân rất tốt trong việc giữ các kết tủa dạng bông có độ nhớt cao và rất khó tách và khó lọc.Cát thạch anh có thể sử dụng lâu dài, có thể lọc rửa thường xuyên khi bề mặt lắng cặn thành những lớp dày.Cát thạch anh có kích thước hạt nhỏ, có bề mặt riêng lớn nên hiệu quả lọc cao.
-Sỏi(d = 2,0 - 4,0mm): lớp dưới cùng có tác dụng tạo khoảng trống để thu gom nước. Sỏi lọc được coi là vật liệu đỡ trong quá trình lọc nước.
Hình 2. 1. Các loại vật liệu lọc
Theo thứ tự từ bên trái qua và bên trên xuống: Than hoạt tính, cát mangan, cát thạch anh, sỏi và cát trắng.
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1. Phương pháp khảo sát thực địa
Để thực hiện đề tài, chúng tôi thực hiện khảo sát thực địa về khu vực nghiên cứu, địa điểm thu thập mẫu và phát phiếu điều tra.
2.3.2. Phương pháp chuyên gia
Là phương pháp lấy ý kiến chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu. Thuộc phạm vi đề tài này, chuyên gia chính là giáo viên hướng dẫn và các cán bộ quản lý môi trường các cấp.
2.3.3. Phương pháp thu thập dữ liệu
Là biện pháp thu thập thông tin thứ cấp, thông qua các đề tài nghiên cứu cùng lĩnh vực trước đó; các báo cáo, đánh giá có liên quan về lĩnh vực, đối tượng và Cát trắng
Than hoạt tính Cát mangan
phạm vi nghiên cứu do các cấp chính quyền và các ban ngành địa phương phát hành; các thông tin trên sách báo, các phương tiện truyền thông và internet.
2.3.4. Phương pháp điều tra
Đây là phương pháp cơ bản được kết hợp với các phương pháp khác nhằm đảm bảo tính khách quan cho kết quả nghiên cứu thu thập được. Sau khi hỏi ý kiến chuyên gia và thông qua quá trình phỏng vấn trực tiếp các cán bộ quản lý địa phương, tùy theo từng nội dung đặt ra sẽ tính chọn mẫu để tiến hành điều tra phỏng vấn.
Số lượng mẫu điều tra được chọn theo công thức: n = N/ (1 + Ne2) Trong đó: n : Số mẫu điều tra
N : Tổng số mẫu
e : Độ sai số, được tính bằng phần trăm sai số của số gốc. e biến thiên trong khoảng từ 10% - 30%.
Độ sai số được chọn là 10%, tổng số hộ là 1452 mẫu (1452 hộ gia đình), vậy, số hộ điều tra là 96 hộ.
2.3.5. Phương pháp lấy mẫu phân tích
Phương pháp được thực hiện khi tiến hành lấy mẫu nước ngầm, mẫu nước sau lọc phân tích các chỉ tiêu cần thiết, nhằm xác định các thông số để đánh giá hiệu quả xử lý nước ngầm của mô hình nghiên cứu.
Các mẫu nước được phân tích tại Trung tâm Ứng dụng và Thông tin Khoa học công nghệ.
2.3.6. Phương pháp mô hình thực nghiệm
Đề tài sử dụng mô hình thực nghiệm để đánh giá khả năng xử lý nước ngầm tại khu vực nghiên cứu.
Mô hình được đặt tại hộ gia đình ông Phạm Viết Quang - thôn Diêm Phổ, xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam.
a. Mô hình thực nghiệm
Mô hình thực nghiệm là cột lọc được chế tạo từ các ống nhựa PVC có đường kính 90mm(loại ống to nhất và dễ tìm thấy trên thị trường).
Cột lọc được ghép từ 6 ống lọc nối với nhau bằng rắc co, bên trong mỗi ống lọc chứa các vật liệu lọc đã được lựa chọn, các vật liệu được sử dụng có khối lượng bằng nhau và cùng bằng 1 kg. Các ống lọc có chiều cao tương ứng với từng kg vật liệu lọc. Nước được lọc theo kiểu áp lực, với chiều tự chảy từ trên xuống. Nước sau lọc được dẫn vào thùng chứa nước sạch và phải đảm bảo tiêu chuẩn về nước sinh hoạt và ăn uống.
Hình 2.2. Cấu tạo mô hình nghiên cứu
Chiều cao của các ống lọc được xác định dựa vào chiều cao của vật liệu lọc trong ống nhựa PVC (d = 90mm)
Bảng 2.1. Chiều cao các ống lọc được khảo sát thực tế Vật liệu lọc
Khối lượng
(kg)
Chiều cao vật liệu
(mm)
Chiều cao ống lọc
(mm)
Bông lọc – cát trắng 1 330 380
Than hoạt tính 1 350 400
Cát mangan 1 130 180
Than thạch anh 1 110 160
Sỏi 130 180
Ống thu nước 0 200
Tổng chiều cao cột lọc 1500
Hình 2.3.Mô hình cột lọc nghiên cứu.
b. Các thí nghiệm tiến hành
* Thí nghiệm xác định lưu lượng khí cần sục: Xác định lưu lượng sục khí bằng cách khảo sát các chỉ tiêu độ đục, hàm lượng sắt tổng, mangan có trong nước đầu ra củacột lọc sau khi sục khí qua từng thiết bị có lưu lượng khí khác nhau từ 4lit/phút – 8lit/phút - 18lit/phút – 28lit/phút trong vòng 1giờ.
Mô tả thí nghiệm:Cho thiết bị sục khí có lưu lượng 4lit/phút vào bể chứa nước có thể tích 500lit (đây là bể chứa nước của hộ gia đình đặt mô hình nghiên cứu), tiến hành sục khí trong vòng 1 giờ, sau đó, dừng sục khí, để lắng trong vòng 1 giờ.
Tiếp theo, mở nước cho chảy qua cột lọc và lấy mẫu – Gọi là mẫu 4lit/phút. Tiếp tục, ta bơm nước lên tràn bể và thực hiện với các thiết bị sục khí khác.
Lần lượt cho các thiết bị sục khí có lưu lượng khác nhau thực hiện các bước như trên. Ta có được các mẫu 8lit/phút – 18lit/phút – 28lit/phút.
* Thí nghiệm xác định thời gian sục khí: Xác định thời gian sục khí bằng cáchkhảo sát độ đục, hàm lượng sắt tổng, mangan có trong nước đầu ra của cột lọc sau khi sục khí bằng thiết bị có lưu lượng 8lit/phút trong từng khoảng thời gian nhất định 1giờ - 2giờ - 3giờ - 4 giờ - 5giờ - 6giờ.
Mô tả thí nghiệm: Cho thiết bị sục khí có lưu lượng 8l/phút vào bể chứa nước 500lit (đây là bể chứa nước của hộ gia đình đặt mô hình nghiên cứu), sục khí trong vòng 1 giờ, sau đó, dừng sục khí và để lắng trong vòng 1 giờ. Tiếp theo, ta mở nước chảy qua cột lọc và lấy mẫu – Gọi là mẫu 1 giờ. Tiếp tục, ta bơm nước lên tràn bể và thực hiện với các khoảng thời gian khác nhau.
Lần lượt cho sục khí 2 giờ - 3 giờ - 4 giờ - 5 giờ - 6 giờ, sau mỗi khoảng thời gian sục khí ta cho lắng trong vòng 1 giờ, và bơm nước tràn bể chứa. Sau thời gian thực hiện ta thu được các mẫu 2 giờ - 3 giờ - 4 giờ - 5 giờ - 6 giờ.
2.3.7.Phương pháp so sánh
Dùng để đánh giá hiện trạng chất lượng nước tại khu vực nghiên cứu khi đối chiếu so sánh hiện trạng chất lượng nước với quy chuẩn hiện hành, so sánh hiệu quả xử lý giữa các mô hình nghiên cứu.
2.3.8. Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu sau khi thu thập sẽ được xử lý và vẽ biểu đồ bằng phần mềm Microsoft Office Excel, Microsoft Office Word.