Sự nhiễm bẩn nguồn nước, quá trình tự làm sạch

Nhìn chung những quá trình sinh hóa diễn ra khi xử lý nước thiên nhiên không phức tạp như khi xử lý nước thải, vì các chất hữu cơ trong nước thiên nhiên, nước cấp ít hơn cả về lượng cũng như loại các chất. Chúng ta hãy xét các loại nguồn nước, sự nhiễm bẩn và quá trình tự làm sạch của nước nguồn, đặt biệt là nguồn nước mặt để tạo cơ sở cho quá trình làm sạch nước trong công nghệ xử lý nước.

Sơ đồ chu trình thủy văn trên mặt nước

Sơ đồ chu trình thủy văn trên mặt nước

Các loại nguồn nước trên trái đất

Tất cả các loại nước trong thiên nhiên đều qua dạng nước mưa. Nước bay hơi từ đại dương, ngưng tụ lại thành những đám mây rồi lại rơi xuống lục địa thành mưa, tuyết. Sau đó nước tập trung vào sông hồ rồ lại chảy ra biển, đại dương. Chu trình thủy văn gồm 3 nguồn nước: Nước mưa, nước mặt, nước ngầm.

Nước mưa: Về mặt vệ sinh, vi trùng học và hóa học, thì nước mưa sạch nhất, chỉ có nhược điểm là nồng độ muối trong đó quá ít.
Nước ngầm: Về mặt vệ sinh thì nước ngầm kém nước mưa, nhưng sạch hơn nước mặt. Nhiều khi không phải xử lý mà vẫn sử dụng được. Thực chất nước ngầm là do nước mặt thấm xuống đất.Đối với nước ngầm, sự nhiễm bẩn về vi khuẩn rất đa dạng. Thông thường nước ngầm mạch nông bị nhiễm bẩn nhiều hơn so với nước ngầm mạch sâu. Càng thấm sâu xuống lòng đất, vi khuẩn càng ít đi bởi vì những lớp đất trên cũng có khả năng giữ lại hầu hết vi khuẩn
Nước mặt: Khi nước mưa rơi xuống đất, chảy vào các sông hồ gọi là nước mặt. Nước mặt bẩn nhất cả về vi sinh vật, chất hữu cơ, vô cơ. Nước mặt rất giàu các chất dinh dưỡng – môi trường tốt cho nhiều vi sinh vật phát triển, kể cả nấm và động vật hạ đẳng.

Sự nhiễm bẩn nguồn nước mặt:

Sự nhiễm bẩn nguồn nước có thể do tự nhiên hoặc nhân tạo. Các chất bẩn có thể ở dạng chất lơ lửng, keo, tan, chất độc, vi sinh vật, sinh vật… Sự nhiễm bẩn tự nhiên là do mưa rơi xuống mặt đất, kéo theo các chất bẩn xuống sông hồ hoặc do các sản phẩm sống, hoạt động phát triển của sinh vật, vi sinh vật – kể cả xác chết của chúng. Sự nhiễm bẩn nhân tạo chủ yếu do nước thải vùng dân cư đô thị, công nghiệp cũng như tàu thuyền xả ra.

Nhiễm bẩn tự nhiên: Nước mưa hay tuyết là nguồn bổ cập cho nguồn nước mặt, nước ngầm. Thành phần nước mưa biến đổi theo thời gian, không gian và tùy thuộc lượng các tạp chất bẩn trong không khí, trên mặt đất. Nếu ở trong những khu vực nghiên cứu hạt nhân thì nước mưa chứa cả những chất phóng xạ. Ngay cả lượng mưa cũng ảnh hưởng tới thành phần nước sông hồ. nếu tính rằng với thời gian 20’, thì lượng nước mưa ở Hà Nội hay các thành phố ở Việt Nam sẽ là bao nhiêu và tập trung vào sông hồ chứa bao nhiêu chất bẩn từ các mặt phủ, mặt đất ở các vùng?
Nhiễm bẩn nhân tạo:

Nước thải đô thị: Đó là nước thải sinh hoạt và công nghiệp trong phạm vi đô thị.
Nước thải sản xuất – công nghiệp: Nhiều lĩnh vực công nghiệp tiêu thụ và thải ra một lượng nước khổng lồ như công nghiệp luyện kim đen, hóa học, chế biến lọc hóa dầu, dệt nhuộm, thực phẩm… Thành phần tính chất nước thải công nghiệp rất đa dạng. Ngoài các chất bẩn thông thường, trong nước thải công nghiệp còn chứa các chất độc hại. Khi lẫn với nước nguồn, chúng sẽ tiêu diệt các loài thủy sinh vật.
Nước tưới tiêu, thủy lợi: Trong nông nghiệp sử dụng nhiều nước để tưới ruộng. Hệ thống nước tiêu của thủy lợi là sản phẩm quan trọng trong cách mạng xanh. Nước tưới ruộng, phần lớn thấm xuống đất và bay hơi, một phần quay lại hồ.

Sự nhiễm bẩn do vận tải đường thủy:

Quá trình tự làm sạch của nguồn nước mặt:
Quá trình xáo trộn, pha loãng giữa các dòng chất bẩn với khối lượng nước nguồn. Đó là quá trình vật lý thuần túy.
Quá trình tự làm sạch với nghĩa riêng của nó. Đó là quá trình khoáng hóa các chất bẩn hữu cơ – hay rộng hơn, đó là quá trình chuyển hóa, phân hủy các chất bẩn hữu cơ nhờ các thủy sinh vật, vi sinh vật. Ở mức độ nhất định, dù ít dù nhiều, tất cả những cơ thể sống đó đều tham gia vào quá trình, đồng thời chúng sinh trưởng, sinh sản (kể cả chết) và phát triển. Sinh khối của chúng tăng lên.

Vai trò của các loài thủy sinh trong quá trình tự làm sạch nguồn nước:

Thực vật phù du làm giàu oxy trong nước. Oxy thì cần cho quá trình phân hủy chất hữu cơ, làm giảm các nguyên tố dinh dưỡng trong nước. Thực vật phù du là nguồn thức ăn cho các loài sinh vật ăn thực vật. Tuy nhiên nếu thực vật phù du phát triển quá mạnh thì lại làm nguồn nước bị nhiễm bẩn lần thứ hai.

Những loài thực vật lớn cũng làm giàu oxy trong nước và làm giảm lượng các chất dinh dưỡng, tham gia tích cực vào việc khử các sản phẩm dầu, các chất độc, dễ tách khỏi bùn nước. Ở những sông hồ ít nước, chúng dễ biến thành đầm lầy.

Vi khuẩn đóng vai trò chính trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ, chúng có khả năng phân hủy bất kỳ loại hợp chất hữu cơ nào trong thiên nhiên, là nguồn thức ăn cho các sinh vật ở mức tiếp theo.

Động vật phù du ăn thực vật và vi khuẩn, đồng thời cũng tham gia quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Có thể tách các chất lơ lửng và làm cho nước trong. Chúng làm giảm hàm lượng oxy trong nước do hô hấp cũng như do chúng ăn thực vật phù du. Chúng làm xáo trộn nước và hấp thụ các sinh vật gây bệnh, có thể khử trùng trong nước.

Các loại động vật phù du lớn ăn thực vật phù du, tham gia quá trình phân hủy chất hữu cơ – ở mức độ nào đó cũng ảnh hưởng tới chế độ oxy trong nước. Cá là tột đỉnh của các mức dinh dưỡng. Những loài cá ăn thực vật sẽ làm cản trở hiện tượng “nở hoa” trong nguồn nước và gây ảnh hưởng đối với thành phần tất cả các loài thủy sinh vật ở các mức dinh dưỡng khác nhau.

Ảnh hưởng của các chất bẩn đối với nước nguồn:
– Làm thay đổi tính chất hóa lý, độ trong, màu, mùi, vị, pH, hàm lượng các chất hữu cơ, vô cơ, xuất hiện các chất độc, chất nổi, chất dễ lắng cặn…
– Làm giảm hàm lượng oxy hòa tan do phải tiêu hao cho các quá trình oxy hóa sinh hóa các chất bẩn hữu cơ.
– Làm thay đổi số lượng và các chủng loại vi sinh vật, sinh vật, xuất hiện các loại vi sinh vật gây bệnh, làm cá chết… Kết quả không thể sử dụng làm nguồn cung cấp nước được.
– Ảnh hưởng độc hại: Các chất bẩn độc hại có thể gây tác động khác nhau đối với thủy sinh vật, tùy thuộc bản chất, nồng độ của chúng. Một chất độc nào đó có thể phá hoại chế độ trao đổi chất hoặc nhịp độ sinh trưởng, phát triển của thủy sinh vật, tới một giá trị nồng độ nào đó, chúng sẽ bị tiêu diệt. Đối với nhiều loại sinh vật, có thể chưa thấy ngay tác động độc hại, mà mới chỉ làm hỏng cơ quan sinh sản, hoặc gây ảnh hưởng tới nhiều thế hệ sau. Kết quả là số lượng cá thể sinh vật, số loài sẽ bị giảm dần…

Phân loại nguồn nước theo mức độ nhiễm bẩn:

Những nguồn nước sạch về các chỉ tiêu hóa học không khác lắm so với những nguồn nước rất sạch nhưng đã thấy dấu vết hoạt động của con người – cụ thể là lượng vi khuẩn hoại sinh tăng lên. Nguồn này cũng dùng cho các đối tượng cấp nước. Để khử trùng chỉ cần chlore hóa là đủ.

Nguồn nước hơi bẩn, hàm lượng chất hữu cơ đã tăng lên, có ion chlore và amon. Đó là dấu hiệu nhiễm bẩn bởi nước mưa trên mặt đất, nước thải sinh hoạt chảy xuống. Nước hơi bẩn phải được xử lý thích đáng mới được dùng để cấp nước sinh hoạt dân dụng. Nước này có thể dùng để nuôi cá hoặc các mục tiêu khác.

Loại nguồn nước bẩn vừa là những sông hồ đã bị thay đổi tính chất tự nhiên do có nước thải chảy vào. Mùa đông có thể tạo điều kiện yếm khí trong hồ ở những vùng xứ lạnh, vì bị bao phủ bởi lớp băng đá trên mặt. Nước này không dùng để cấp nước sinh hoạt được, cũng không dùng cho mục đích văn hóa thể thao, nuôi cá. Phạm vi sử dụng nguồn nước này rất bị hạn chế, chỉ dùng cho 1 số quá trình sản xuất hoặc tưới tiêu, giao thông đường thủy.

Nguồn nước bẩn và rất bẩn: đã hoàn toàn mất tính chất tự nhiên. Mùa hè xông mùi khó chịu. Trong nước chứa nhiều CO2, các hợp chất sulfure, chứng tỏ do hoạt động của tàu bè, cảng. Do vậy nguồn nước này chỉ dùng cho giao thông tàu bè. Còn việc dùng để tưới ruộng cũng bị hạn chế vì không thích hợp với nhiều loại cây trồng.

Khi đánh giá độ bẩn của nguồn nước, trước khi phân tích hóa học, nhiều khi các chỉ tiêu: màu, mùi, độ trong, đục cũng là các dấu hiệu quan trọng chứng tỏ sự có mặt của nhiều chất bẩn. VD: mùi các chất độc xả vào như phenon, dichloretan, orezon, dầu… Dầu lẫn vào chẳng những có mùi mà còn có váng nổi lên.