2.2. Các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước
2.2.2. Các chỉ tiêu hoá hoc
2.2.2.1. Độ pH
Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tình axit và tình kiềm của nước.
Khi pH = 7 nước có tình trung tình;
Khi pH < 7 nước có tình axit;
Khi pH > 7 nước có tình kiềm.
Độ pH của nước có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khì hoà tan trong nước. Ở độ pH < 5, tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nước có thể chứa sắt, mangan, nhôm ở dạng hoà tan và một số loại khì như CO2, H2S tồn tại ở dạng tự do trong nước. Độ pH được ứng dụng để khử các hợp chất sunfua và cacbonat có trong nước bằng biện pháp làm thoáng. Ngoài ra khi tăng pH và có thêm tác nhân oxy hoá, các kim loại hoà tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc.
2.2.2.2. Độ kiềm
Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lƣợng của các ion hydrocacbonat (HCO-3), hyđroxyl (OH-) và ion muối của các axit khác.
Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lƣợng khì CO2 tự do có trong nước.
Độ kiềm là một chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước. Để xác định độ kiềm thường dùng phương pháp chuẩn độ mẫu nước thử bằng axit clohydric.
2.2.2.3. Độ cứng
Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi và magie có trong nước. Trong kỹ thuật xử lý nước sử dụng ba loại khái niệm độ cứng:
Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lƣợng các ion canxi và magie có trong nước.
Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lƣợng các ion Ca2+, Mg2+ trong các muối
cacbonat và hydrocacbonat canxi, hydrocacbonat magie có trong nước.
Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tổng hàm lƣợng các ion Ca2+, Mg2+ 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 lƣợng sản phẩm.
Có nhiều đơn vị đo độ cứng khác nhau:
- Độ Đức (o dH): 1odH = 10 mg CaO/L nước.
- Độ Pháp (of ): 1of = 10 mg CaCO3/0,7 L nước.
- Độ Anh (oe ): 1oe = 10 mg CaCO3/0,7 L nước.
- Đông Âu ( mg đL/L): 1 mg đL/L = 2,8 odH.
Tuỳ theo giá trị độ cứng, nước được phân loại thành:
- Độ cứng < 50 mg CaCO3/L : nước mềm.
- Độ cứng từ 50 – 150 mg CaCO3/L : nước trung bính.
- Độ cứng từ 150 – 300 mg CaCO3/L : nước cứng.
- Độ cứng > 300 mg CaCO3/L : nước rất cứng.
2.2.2.4. Độ oxy hoá
Độ oxy hoá là một đại lƣợng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Đó là lượng oxy cần có để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ trong nước. Chất oxy hóa thường dùng để xác định chỉ tiêu này là pecmanganat kali (KMnO4).
Trong thực tế, nguồn nước có độ oxy hoá lớn hơn 10 mg O2/L đã có thể bị nhiễm bẩn. Nếu trong quá trính xử lý có dùng clo ở dạng clo tự do hay hợp chất hypoclorit sẽ tạo thành các hợp chất clo hữu cơ [trihalomentan(THM)] có khả năng gây ung thư. Tổ chức Y tế thế giới quy định mức tối đa của THM trong nước uống là 0,1 mg/L.
Ngoài ra, để đánh giá khả năng ô nhiễm nguồn nước, cần cân nhắc thêm các yếu tố sau đây:
- Độ oxy hoá trong nước mặt, đặc biệt nước có màu có thể cao hơn nước ngầm.
- Khi nguồn nước có hiện tượng nhuộm màu do rong tảo phát triển, hàm lượng oxy hoà tan trong nước sẽ cao nên độ oxy hoá có thể thấp hơn thực tế.
- Sự thay đổi oxy hoá theo dòng chảy: Nếu thay đổi chẩm, lƣợng chất hữu cơ có trong nguồn nước chủ yếu là các axit humic. Nếu độ oxy hoá giảm nhanh, chứng tỏ nguồn ô nhiễm là do các dòng nước thải từ bên ngoài đổ vào nguồn nước.
- Cần kết hợp vói các chỉ tiêu khác nhƣ hàm lƣợng ion clorua, sunfat, photphat, oxy hoà tan, các hợp chất nitơ, hàm lƣợng vi sinh vật gây bệnh để có thể đánh giá tổng quát về mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước.
2.2.2.5. Các hợp chất nitơ
Quá trính phân huỷ các chất hữu cơ tạo ra amoniac (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO-3). Do đó các hợp chất này thường được xem là những chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Khi mới bị nhiễm bẩn, ngoài các chỉ tiêu có giá trị cao như độ oxy hoá, amoniac, trong nước còn có một ìt nitrit và nitrat. Sau một thời gian NH4+, NO2- bị oxy hoá thành NO3-. Phân tìch sự tương quan giá trị các đại lượng này có thể dự đoán mức độ ô nhiễm nguồn nước.
Vệc sử dụng rộng rãi các loại phân bón cũng làm cho hàm lƣợng nitrat trong nước tự nhiên tăng cao. Ngoài ra do cấu trúc địa tầng tăng ở một số đầm lầy, nước thường nhiễm nitrat.
Nồng độ NO3- cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho tảo, rong phát triển, gây ảnh hởng đến chất lượng nước dựng trong sinh hoạt. Trẻ em uống nước cú nồng độ nitrat cao có thể ảnh hƣỏng đến máu ( chứng methaemoglo binaemia). Theo quy định của Tổ chức Y tế thế giới, nồng độ NO3- trong nước uống không được vượt quá 10 mg/L (tính theo N).
2.2.2.6. Các hợp chất photpho
Trong nước tự nhiên, thường gặp nhất là photphat. Đây là sản của quá trính phân huỷ sinh học các chất hữu cơ. Cũng nhƣ nitrat là chất dinh dƣỡng cho sự phát triển của rong tảo. Nguồn photphat đưa vào môi trường nước là từ nước thải sinh hoạt, nước thải một số ngành công nghiệp và lượng phân bón dùng trên đồng ruộng.
Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người, nhưng sự tồn tại của chất này với hàm lượng cao trong nước sẽ gây cản trở cho quá trính xử lý, đặc biệt là hoạt chất của các bể lắng. Đối với những nguồn nước có hàm lượng chất hữu cơ, nitrat và photphat cao, các bông cặn kết cặn ở bể tạo bông sẽ không lắng đƣợc ở bể mà có khuynh hướng tạo thành đám nổi lên mặt nước, đặc biệt vào những lúc trời nắng trong ngày.
2.2.2.7. Các hợp chất Silic
Trong nước thiên nhiên thường có các hợp chất silic. Ở pH < 8, silic tồn tại ở dạng H2SiO3. Khi pH = 8-11, silic chuyển sang HSiO3-. Ở pH > 11, silic tồn tại ở dạng HSiO3- và SiO32-. Do vậy trong nước ngầm, hàm lượng silic thường không vượt quá 60mg/L, chỉ có ở những nguồn nước có pH > 9,0 hàm lượng silic đôi khi cao đến 300mg/L.
Trong nước cấp cho các nồi hơi áp lực cao, sự tồn tại của các hợp chất silic rất nguy hiểm do cặn silic đóng lại trên thành nồi, thành ống làm giảm khả năng truyền nhiệt và gây tắc ống.
Trong quá trính xử lý nước, silic có thể được loại bỏ một phần khi dùng các hoá chất keo tụ để làm trong nước.
2.2.2.8. Clorua
Clorua làm cho nước có vị mặn. Ion này thâm nhập vào nước qua sự hoà tan các muối khoáng hoặc bị ảnh hưởng từ quá trính nhiễm mặn các tầng chứa nước ngầm hay ở đoạn sông gần biển. Việc dùng nước có hàm lượng clorua cao có thể gây ra bệnh về thận. Ngoài ra, nước chứa nhiều clorua có tình xâm thực đối với bêtông.
2.2.2.9. Sunfat
Ion sunfat thường có trong nước có nguồn gốc khoáng chất hoặc nguồn gốc hữu cơ. Với hàm lượng sunfat cao hơn 400mg/L, có thể gây mất nước trong cơ thể và làm tháo ruột.
Ngoài ra, nước có nhiều ion clorua và sunfat sẽ làm xâm thực bêtông.
2.2.2.10. Florua
Nước ngầm từ các vùng đất chứa quặng apatit, đá alkalic, granit thường có hàm lượng florua cao đến 10mg/l. Trong nước thiên nhiên, các hợp chất của florua khá bền vững và khó loại bỏ trong quá trính xử lý thông thường. Ở nồng độ thấp, từ 0,5mg/L đến 1mg/L, florua giúp bảo vệ răng.
Tuy nhiên, nếu dùng nước chứa florua lớn hơn 4mg/l trong một thời gian dài thí có thể gây đen răng và huỷ hoại răng vĩnh viễn.Các bệnh này hiện nay đang rất phổ biến tại một số khu vực ở Phú Yên, Khánh Hoà.
2.2.2.11. Các hợp chất sắt
Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng ion Fe2+, kết hợp với các gốc bicacbonat, sunfat, clorua; đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic.
Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hoá, ion Fe2+ bị oxy hóa thành ion Fe3+
và kết hợp tủa thành các bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.
Nước mặt thường chứa sắt (Fe3+), tồn tại ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù. Trong nước thiên nhiên, chủ yếu là nước ngầm, có thể chứa sắt với hàm lượng đến 40 mg/L hoặc cao hơn.
Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước.
2.2.2.12. Các hợp chất mangan
Cũng như sắt, mangan thường có trong nước ngầm dưới dạng ion Mn2+, nhưng với hàm lượng tương đối thấp, ìt khi vượt quá 5mg/L. Tuy nhiên, với hàm lượng
mangan trong nước lớn hơn 0,1mg/L sẽ gây nguy hại trong việc sử dụng, giống như trường hợp nước chứa sắt với hàm lượng cao.
2.2.2.13. Nhôm
Vào mùa mƣa, ở những vùng đất phèn, đất ở trong điều kiện khử không có oxy, nên các chất nhƣ Fe2O3 và jarosite tác động qua lại, lấy oxy của nhau vào tạo thành sắt, nhôm, sunfat hoà tan vào nước. Do đó, nước mặt ở vùng này thường rất chua, pH = 2,5 – 4,5, sắt tồn tại chủ yếu la Fe2+ ( có khi cao đến 300mg/L), nhôm hoà tan ở dạng ion Al3+ ( 5 – 7mg/L).
Khi chứa nhiều nhôm hoà tan, nước thường có màu trong xanh và vị rất chua.
Nhôm có độc tình đối với sức khoẻ con người. Khi uống nước có hàm lượng nhôm cao có thể gây ra các bệnh về não nhƣ alzheimer.
2.2.2.14. Khí hoà tan
Các loại khì hoà tan thường thấy trong nước thiên nhiên là khí cacbonic (CO2), khí oxy (O2) và sunfua huyđro (H2S).
Nước ngầm không có oxy. Khi độ pH < 5,5, trong nước ngầm thường chứa nhiều khì CO2. Đây là khì có tình ăn mòn kim loại và ngăn cản việc tăng pH của nước. Các biện pháp làm thoáng có thể đuổi khì CO2, đồng thời thu nhận oxy hỗ trợ cho các quá trính khử sắt và mangan. Ngoài ra, trong nước ngầm có thể chứa khì H2S có hàm lƣợng đến vài chục mg/L. Đây là sản phẩm của quá trính phân huỷ kỵ khì các chất hữu cơ có trong nước. Với nồng độ lớn hơn 0,5mg/L, H2S tạo cho nước có mùi khó chịu.
Trong nước mặt, các hợp chất sunfua thường được oxy hoá thành dạng sunfat.
Do vậy, sự có mặt của khì H2S trong các nguồn nước mặt, chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn và có quá thừa chất hữu cơ chưa phân huỷ, tìch tụ ở đáy các vực nước.
Khi độ pH tăng, H2S chuyển sang các dạng khác là HS- và S2-. 2.2.2.15. Hoá chất bảo vệ thực vật
Hiện nay, có hàng trăm hoá chất diệt sâu, rầy, nấm, cỏ đƣợc sử dụng trong nông
nghiệp. Các nhóm hoá chất chình là:
- Photpho hữu cơ.
- Clo hữu cơ.
- Cacbarmat.
Hầu hết các chất này đều có độc tình cao đối với người. Đặc biệt là clo hữu cơ, có độ bền vững cao trong môi trường và khả năng tìch luỹ trong cơ thể con người.
Việc sử dụng khối lƣợng lớn các hoá chất này trên đồng ruộng đang đe doạ làm ô nhiễm các nguồn nước.
2.2.2.16. Chất hoạt đồng bề mặt
Một số chất hoạt động bề mặt nhƣ xà phòng, chất tẩy rửa, chất tạo bọt có trong nước thải sinh hoạt và nước thải một số ngành công nghiệp đang được xả vào các nguồn nước. Đây là những hợp chất khó phân huỷ sinh học nên ngày càng tìch tụ nước đến mức có thể gây hại cho cơ thể con người khi sử dụng. Ngoài ra các chất này còn tạo thành một lớp màng phủ bề mặt các vực nước, ngăn cản sự hoà tan oxy vào nước và làm chậm các quá trính tự làm sạch của nguồn nước.