a) Các chất rắn có trong nước:
Các chất rắn trong nước gồm có các chất rắn vô cơ (các muối hòa tan, các chất không tan như huyền phù, đất cát…) và các chất rắn hữu cơ do phế thải như phân, rác, chất thải công nghiệp). Trong nước dưới đất thường chứa các chất rắn như cát, bột, sét, xác thực vật… các chất này tạo độ đục, nhiều tạp chất làm giảm chất lượng nước.
b) Các chất gây mùi vị trong nước:
Các chất khí và các chất hòa tan trong nước làm cho nước có mùi vị. Nước dưới đất trong tự nhiên có mùi đất, mùi tanh, mùi thối hay mùi đặc trưng của các chất hòa tan của nó như mùi clo, mùi amoniac, mùi hydrosunfua v.v…Nước cũng có thể có vị ngọt, vị chát tùy theo thành phần và hàm lượng các muối hòa tan trong nước.
- Các chất gây mùi trong nước có thể chia làm 3 nhóm:
+ Các chất gây mùi có nguồn gốc vô cơ như NaCl, MgSO4 gây vị mặn, muối
Cu, muối Fe gây mùi tanh, các chất gây tính kiềm, tính axít trong nước…
+ Các chất gây mùi có nguồn gốc hữu cơ trong chất thải công nghiệp, chất thải mạ, dầu mỡ, phenol…
+ Các chất gây mùi từ quá trình sinh hóa, các hoạt động của vi khuẩn, của tảo như CH3 – S – CH3 cho mùi tanh cá, C12H22O, C12H18O2 cho mùi tanh bùn…
c) Các hợp chất của Canxi, Magiê:
Các hợp chất của Canxi, Magiê dưới dạng ion hóa trị II chứa trong nước tạo nên nước cứng. Trong quá trình xử lý nước rất được chú ý, chia làm 3 loại là: độ cứng tổng cộng, độ cứng tạm thời, độ cứng vĩnh cửu. Phần lớn độ cứng của nước
trong đất có chứa nhiều CO2 và hàm lượng CO2 này cân bằng với H2CO3. Kết quả là pH của nước giảm, khi có tính bazơ, đặc biệt là đá vôi, sẽ bị hòa tan. Tùy theo
hàm lượng CaCO3 có trong nước, người ta chia nước ra làm 4 loại:
Loại nước Hàm lượng CaCO3 (mg/l) Nước mềm 0 – 75 Nước cứng trung bình 75 – 150 Nước cứng 150 – 300 Nước rất cứng >300
Trong sử dụng, dùng nước có độ cứng cao có tác hại là các ion Canxi, Magiê phản ứng với các axit béo tạo ra các hợp chất khó hòa tan, gây lãng phí chất tẩy rửa. Ngoài ra trong quá trình sản xuất, nước cứng tạo màng cứng trong các ống dẫn nước nóng, các nồi hơi và các bộ phận khác tiếp xúc với nước nóng, gây lãng phí năng lượng.
d) Các chất phóng xạ trong nước:
Nước nhiễm phóng xạ do sự phân hủy phóng xạ trong nước thường có nguồn gốc từ các nguồn chất thải, phóng xạ gây nguy hiểm cho sự sống nên độ phóng xạ trong nước là một chỉ tiêu quan trọng về chất lượng nước.
e) Khí HydroSunfua H2S:
Khí HydroSunfua là sản phẩm của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, phân rác có trong khí thải. Khí HydroSunfua làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu và rất độc hại gây ảnh hưởng đến sức khỏe. Ngoài ra nếu nồng độ cao có thể gây ăn mòn vật liệu.
f) Các hợp chất của nitơ: NH4+, NO2-, NO3-
Các hợp chất của nitơ trong nước là kết quả của quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong tự nhiên, trong các chất thải và trong các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hay gián tiếp đưa vào nước. Các hợp chất này thường tồn tại dưới
dạng ion amonium, nitrit, nitrat và cả dang nguyên tố (N2) .Các quá trình sinh thành các hợp chất nitơ cho theo sơ đồ dưới đây:
Quá trình oxy hóa
Protein NH4+ Nitrosomonas NO2- Nitrobacto NO3- N2
Quá trình khử nitơ
- Dựa vào sơ đồ trên, ta có thể thấy rằng tùy theo mức độ có mặt của nitơ trong nước mà ta có thể biết được mức độ ô nhiễm của nguồn nước. Ta có thể suy ra một số kết luận sau:
+ Nếu chứa nước NH4+ và nitơ hữu cơ: nước mới bị nhiễm bẩn và nguy hiểm.
+ Nếu nước chủ yếu chứa NO2- : nước bị nhiễm bẩn thời gian dài hơn và ít
nguy hiểm hơn.
+ Nếu nước chủ yếu chứa NO3- : quá trình oxy hóa đã kết thúc.
+ Ở điều kiện khí hiếm, NO3- sẽ bị khử thành N2 bay lên. Ammonium là chất
gây nhiễm độc trầm trọng cho nước, đặc biệt là cho các loài thủy sản sống trong nước.
g) Các hợp chất của axit cacbonic:
Các hợp chất của axit cacbonic có vai trò quyết định trong sự ổn định của nước trong tự nhiên. Chúng tồn tại dưới dạng của phân tử không phân ly của axit
cacbonic (H2CO3), phân tử cacbonic hòa tan (CO2), dạng phân ly thành bicacbonic
(HCO3-). Trong tổng thành phần phân tử dạng không phân ly, axit cacbonic hòa tan
chỉ chiếm 0.2% còn lại là 99.8% tồn tại ở dạng khí CO2 hòa tan. Vì vậy ta coi nồng
độ CO2 hòa tan trong nước là đặc trưng của cả CO2, HCO3-, CO3- với độ pH của
nước. Tương quan này được biểu hiện trên đồ thị sau:
Hình 3.1: Biểu đồ tương quan hàm lượng của CO2, HCO3- và CO3- ở nhiệt
độ 250C với các giá trị pH khác nhau.
- Trên biểu đồ trên ta thấy rằng:
+ Khi pH ≤ 4: trong nước chỉ tồn tại CO2.
+ Khi pH < 8,4 trong nước có cả CO2, HCO3-, theo chiều pH tăng thì nồng độ
HCO3- tăng và nồng độ CO2 giảm.
+ Khi pH > 8,4 thì lượng CO2 bị triệt tiêu và trong nước tồn tại cả HCO3- và
CO32-, theo chiều pH tăng thì nồng độ HO3- giảm và nồng độ CO32- tăng.
+ Khi pH = 12 thì nồng độ CO32- tăng cực đại (100%) và nồng độ HCO3- giảm
cực tiểu (0%).
+ Khi pH > 12: trong nước chỉ tồn tại CO32-.
h) Sắt và Mangan:
Trong nước dưới đất, sắt thường tồn tại dưới dạng hóa trị II kết hợp với các gốc hydrocacbonat, sunfat, clorua. Khi tiếp xúc với oxi hay các chất oxi hóa, sắt II
bị oxi hóa thành sắt III và kết tủa dưới dạng bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.
Nước thiên nhiêm thường có hàm lượng sắt lớn hơn 30mg/l, đôi khi cao hơn.
Cũng như sắt, mangan thường có trong nước dưới đất với hàm lượng nhỏ hơn hay ít vượt qua 2mg/l.Việc nước dưới đất chứa sắt hay mangan với hàm lượng lớn hơn 0,5mg/l sẽ làm cho nước có mùi tanh khó chịu, các cặn sắt kết tủa làm giảm khả năng vận chuyển nước của thiết bị.
i) Các hợp chất có photphat:
Khi nguồn nước bị nhiễm bẩn phân rác và các hợp chất hữu cơ, quá trình phân
hủy giải phóng ion PO43-. Sản phẩm của quá trình có thể tồn tại ở dạng H2PO4-,
HPO42-, PO42-, PO43-, Na3(PO3), các hợp chất hữu cơ photpho… Khi trong nước có
hàm lượng photpho cao sẽ thúc đẩy quá trình phì dưỡng.
j) Các hợp chất sunfa:
Ion sunfat SO42- có trong nước do khoáng chất hay có nguồn gốc hữu cơ, với
hàm lượng sunfat lớn hơn 250mg/l nước sẽ gây tổn hại đến sức khỏe con người.
Hàm lượng SO2- lớn hơn 300mg/l nước sẽ có tính xâm thực mạnh với bêtông.
Ở điều kiện yếm khí, SO42- phản ứng với các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi
khuẩn khử sunfat thành khí H2S mang tính độc hại. Đó là sự khử sinh hóa của
sunfat ở nước. Để sinh sống, các vi khuẩn sunfat cần phải có chất hữu cơ. Quá trình này xảy ra theo phương trình phản ứng sau:
SO42- + 2C + H2O → H2S + 2.HCO3-
k) Các hợp chất Clorua:
Clo tồn tại trong nước dưới dạng ion Cl-. Ở nồng độ cho phép không gây độc
hại, ở nồng độ cao (trên 250mg/l) làm cho nước có vị mặn. Các nguồn nước dưới đất có thể có hàm lượng clo lên tới 500 – 1000 mg/l. Sử dụng nguồn nước có hàm
lượng clo cao có thể gây bệnh thận. Nước chứa nhiều Cl- đồng thời với SO42- có tính
xâm thực với bêtông. Khi nồng độ Cl- trong nước cao thì giá trị sử dụng của nguồn
nước giảm vì hàm lượng CL- trong nước được coi là một yếu tố quan trọng khi lựa
chọn nguồn nước cung cấp cho sinh hoạt. Nồng độ Cl- được dùng để kiểm soát quá
trình khai thác nước dưới đất ở những nơi có hiện tượng xâm thực mạnh. Các muối clorua đi vào trong nước với những nguồn khác nhau:
+ Từ các thành phần clorua có trong đất.
+ Sự xâm nhập của nước biển vào sâu trong đất liền.
+ Phần nước tiểu của người chứa khoảng 6g NaCl tính trung bình cho một
người mỗi ngày. Lượng này làm tăng nồng độ Cl- của nước tiếp nhận nước thải
công nghiệp.
l) Các hợp chất Florua:
Nước dưới đất ở các giếng sâu hoặc ở các vùng đất có chứa quặng apatit thường có hàm lượng các hợp chất florua cao (2,0 – 2,5mg/l) tồn tại ở dạng cơ bản là canxi florua và magiê florua.
Các hợp chất florua khá bền vững khó bị phân hủy 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 1,3mg/l hay nhỏ hơn 0,7mg/l đều dễ bị mắc bệnh phá hoại men răng.
m) Các kim loại nặng:
* Arsen (As): Asen là kim loại có thể tồn tại dưới dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ. Trong tự nhiên asen thường có trong nhiều loại khoáng chất. Trong nước asen thường ở dạng asenic hay asenat. Các hợp chất asenmetyl có trong môi trường do chuyển hóa sinh học. Asen xâm nhập vào nước từ các công đoạn hòa tan các chất và quặng mỏ, từ nước thải công nghiệp và từ sự lắng đọng của không khí. Asen gây ung thư biểu mô da, phế quản, phổi và các xoang... Theo IARC thì asen vô cơ đưa vào nhóm 1 trong các nhóm gây ung thư cho người. Trong những nghiên cứu số người dân uống nước có nồng độ asenic cao cho thấy tỷ lệ mắc bệnh tăng cao theo thời gian và hàm lượng asen có trong nước.
* Crom (Cr): Trong địa quyển, crom tồn tại chủ yếu ở dạng quặng cromic
FeO.Cr2O3. Crom đưa vào nguồn nước tự nhiên do hoạt động nhân tạo và tự nhiên
(do phong hóa). Hợp chất Cr+6là chất ôxi hóa mạnh và độc. Nồng độ của chúng
trong nguồn nước tự nhiên tương đối thấp vì chúng dễ bị khử bởi các chất hữu cơ.
Các hợp chất hóa trị Cr+6 của crom dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm
gan, viêm thận, ung thư phổi...
* Thủy ngân (Hg): Thủy ngân là kim loại có thể tạo muối ở dạng ion. Thủy ngân tồn tại trong nước ngầm ở dạng vô cơ. Thủy ngân trong môi trường nước có thể hấp thụ vào cơ thể thủy sinh vật, người ăn vào sẽ gây ra ngộ độc. Thủy ngân vô cơ tác dụng chủ yếu đến thận, trong khi đó metyl thủy ngân ảnh hưởng chính đến hệ thần kinh trung ương.
* Chì (Pb): Chì là một trong những kim loại nặng có thể ảnh hưởng nhiều tới ô nhiễm môi trường vì nó tích lũy lâu dài trong cơ thể và gây nhiễm độc tới người, động vật. Chì tác động lên hệ thống enzym vận chuyển hydro. Tùy theo mức độ nhiễm độc có thể gây ra những tai biến như đau bụng chì, đường viền đen Buton ở lợi, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, tai biến não,... Nếu bị nặng có thể gây tử vong.
n) Các chỉ tiêu vi sinh:
Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh khác. Tùy theo tính chất các loại vi sinh trong nước được chia làm 2 nhóm: nhóm vi sinh có hại và nhóm vi sinh vô hại.
Nhóm vi sinh có hại bao gồm các vi trùng gây bệnh, các loại rong, rêu, tảo... Nhóm này cần loại bỏ trước khi đưa nước vào sử dụng. Trong nước dưới đất, khi bị ô nhiễm thường xuất hiện các vi trùng gây bệnh. Đây là các vi trùng trong nước gây bệnh lỵ, thương hàn, dịch tả, bại liệt... Việc xác định sự có mặt của các vi trùng gây bệnh thường rất khó và mất rất nhiều thời gian do sự đa dạng về chủng loại. Vì vậy trong thực tế thường áp dụng phương pháp chỉ số vi trùng đặc trưng. Nguồn gốc của các vi trùng trong nước là các nguồn nhiễm bẩn như rác, chất thải người và động vật. Trong chất thải của người và động vật có vi khuẩn E-coli (Escherichia coli thuộc nhóm Coliforms) sinh sống và phát triển. Sự có mặt của E- coli trong nước chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn bởi phân rác, chất thải của người và động vật có khả năng tồn tại các vi trùng gây bệnh. Số lượng E-coli nhiều hay ít tùy thuộc vào mức độ nhiễm bẩn của nước. Đặc tính của vi khuẩn E-coli là khả năng tồn tại cao hơn các vi khuẩn khác, từ đó cho thấy nếu nguồn nước đước xử lý không còn vi khuẩn E-coli thì coi như là cũng không còn các loại vi trùng gây bệnh khác. Mặt khác, việc xác định số lượng vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức nhiễm bẩn do vi trùng gây bệnh trong nước.