Thành phần hoá học, các tính chất vật lý chủ yếu của nước dưới đất và đánh giá chất lượng nước theo mục đích sử dụng

Chính vì có các tính chất khác nhau đó nên công nghệ xử lý và làm sạch nước cũng khác nhau. Tuy nhiên, tất cả các công nghệ xử lý nước đều được đưa ra sau khi nghiên cứu thành phần hoá, lý của chúng. Thành phần hoá, các tính chất vật lý chủ yếu và việc đánh giá chất lượng theo mục đích sử dụng của nước dưới đất là nội dung cơ bản mà tác giả muốn cung cấp để bạn đọc cùng nghiên cứu. 

Thành phần hoá học, tính chất vật lý của nước dưới đất:

–  Thành phần hoá học

Khác với nước mặt, do tiếp xúc trực tiếp với đất đá,  nước dưới đất là một dung dịch hoá học phức tạp, nó chứa hầu hết các nguyên tố trong vỏ quả đất. Tuy nhiên các nguyên tố và ion đóng vai trò chủ yếu thì không nhiều, chỉ  khoảng 10 loại là: Cl-, HCO3-, SO42-, CO32-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, H+.

Ion Cl- thường nằm dưới dạng hợp chất NaCl do các muối bị hoà tan hay do nước mặn bị chôn vùi trong các đá trần tích biến đi lên, pha trộn vào. Sự có mặt của Cl-  trong nước làm cho nước có vị chát (mặn).

Ion HCO3- chủ yếu gặp trong nước nhạt, thường là do hoà tan các đá cacbonat. Nó thường cân bằng với hàm lượng CO32- và CO2 tự do theo một tỷ lệ và luôn dịch chuyển cho nhau theo phương trình:

2HCO3-      CO32- +  CO2  + H2O

Ion SO42- trong nước dưới đất thường ở dạng hợp chất H2SO4 hay CaSO4, sinh ra do hoà tan đá chứa sunfat. Nước chứa nhiều SO42- cũng sẽ có vị chát.

Các Ion kim loại kiềm như: Na+, K+ … thường đi kèm với Cl-, ở những vùng nước nằm gần mặt đất, vùng dân cư đông đúc mà làm lượng Na+, K+ tăng cao thì đây có thể là dấu hiệu nước dưới đất đã bị ô nhiễm.

Các ion kim loại kiềm thổ rất phổ biến trong nước dưới đất là Ca2+, Mg2+. Khi nước có độ khoáng hoá cao thì chủ yếu là Mg2+. Nguồn gốc của nó là do sự hoà tan các đá giàu khoáng vật canxit và đôlômit.

CaCO3 (canxit) + CO2+H2O    Ca2++ 2HCO3-MgCO3 (đôlômit)+CO2+H2O     Mg2++ 2HCO3-

Các Ion Ca2+ và Mg2+ trong nước làm cho nước có tính cứng, gây ra sự tích đọng cặn cacbonat trong nồi hơi, ấm đun nước. Tổng lượng Ca2+ và Mg2+ có trong nước gọi là tổng độ cứng, phần Ca2+ và Mg2+ bị kết tủa khi đun sôi nước gọi là độ cứng tạm thời.

Ca2+ (Mg2+)  + CO32-  = Ca(Mg) CO3

Phần Ca2+ và Mg2+ không bị kết tủa khi đun sôi gọi là độ cứng vĩnh viễn. Dựa vào độ cứng có thể chia nước dưới đất thành 05 loại như sau:

Nước rất mềm: có độ cứng <1,5mg đương lượng.

Nước mềm: có độ cứng  1,5 – 3mg đương lượng.

Nước hơi mềm: có độ cứng  3 – 6mg đương lượng.

Nước cứng: có độ cứng  6-  9mg đương lượng.

Nước rất cứng: có độ cứng > 9mg đương lượng.

1mg đương lượng (1mgđl) tương đương với 20,04mg/l Ca2+ hay 12,16mg/l Mg2+.

Ion H+ có trong nước dưới đất là do nước và các Axit phân ly ra, nồng độ H+ được biểu thị bằng độ pH của nó (pH  = – Lg [H+]). Căn cứ vào trị số pH có thể chia nước dưới đất là 5 loại:

Nước có tính axit mạnh khi  pH  <  5.

Nước có tính axit            pH = 5 – 7.

Nước trung tính           pH = 7.

Nước có tính kiềm               pH = 7 – 9.

Nước có tính kiềm mạnh       pH >  9.

Đại bộ phận nước dưới đất có tính kiềm yếu và trung tính. Nước trong vùng có các mỏ khoáng sản kim loại, mỏ than thường có tính axit.

Ngoài các Ion trong nước, về thành phần hoá của nước còn có các muối hoà tan. Tổng lượng muối tan trong nước gọi là tổng độ khoáng hoá [M(g/l)]. Tổng  độ khoáng hoá được xác định bằng cách chưng khô nước ở nhiệt độ 105-110 0C. Dựa vào tổng độ khoáng hoá người ta chia nước dưới đất làm 04 loại:

Nước nhạt khi        M  <  1.

Nước khoáng hoá thấp    M = 1 – 10.

Nước khoáng hoá cao    M = 10 – 50.

Nước muối        M >  50.

– Tính chất vật lý của nước dưới đất:

Những tính chất vật lý chủ yếu của nước dưới đất gồm có: tỷ trọng, nhiệt độ, độ trong suốt, màu sắc, mùi, vị, tính dẫn điện, tính phóng xạ, …

Độ trong suốt: Độ trong của nước phụ thuộc vào lượng khoáng bị hoà tan, các hợp chất cơ học, chất hữu cơ và chất keo tụ trong nước. Nước nguyên chất thì trong suốt (thường gọi là không màu).

Màu: Màu của nước phụ thuộc vào thành phần hoá học và tạp chất có trong nước. Phần lớn nước không màu. Nước cứng có màu xanh nhạt, nước chứa Fe và H2S có màu lục nhạt; nước chứa chất hữu cơ thường có màu vàng nhạt.

Mùi: Mùi của nước có liên quan đến hoạt động của vi khuẩn trong các chất hữu cơ có trong nước. Nước thường không có mùi, khi chứa H2S có mùi Trứng thối.

Vị: Vị của nước do các loại muối, các chất khí, các tạp chất trong nước quyết định. Khi nước có chứa cacbonat canxi và manhe hay axitcacbonic thì nước có vị ngọt dễ chịu. Sunfatnatri và manhe có mặt trong nước làm cho nước có vị chát. Nước chứa sắt có vị lợ, tanh.

Tính dẫn điện: Tính dẫn điện của nước phụ thuộc vào tổng lượng muối trong nước, tính chất các muối và nhiệt độ của nước. Nước khoáng hoá cao thường có tính dẫn điện mạnh.

Tính phóng xạ: Các loại nước dưới đất hầu hết đều có tính phóng xạ. Tuy nhiên mức độ phóng xạ của chúng khác nhau.

2. Đánh giá chất lượng nước dưới đất cho các mục đích sử dụng:

Khi thăm dò nước dưới đất, ngoài việc đánh giá về mặt trữ lượng, điều kiện khai thác…người ta đặc biệt chú ý đến việc đánh giá chất lượng nước cho  các mục đích sử dụng nước cũng  như tác hại của nó gồm:

– Chất lượng nước dùng cho sinh hoạt:

Tiêu chuẩn chất lượng nước dùng cho sinh hoạt cần các tiêu chuẩn, qui phạm hiện hành gồm:

Tiêu chuẩn Việt Nam(TCVN-5502/2003) – Nước cấp sinh hoạt – Yêu cầu chất lượng do Bộ khoa học Công nghệ ban hành.

Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống (Ban hành theo Quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002 của Bộ trưởng Bộ Ytế)

Tiêu chuẩn vệ sinh nước sạch (Ban hành theo Quyết định số 09/2005/QĐ/BYT ngày 11/3/2005 của Bộ trưởng Bộ Ytế)

Ngoài các tiêu chuẩn trên, hiện tại còn một số tiêu chuẩn ngành vẫn đang được áp dụng ở nước ta.

Về mặt hoá, lý: Nước dùng cho sinh hoạt phải trong suốt, không mùi, có vị dễ chịu, lượng cặn khô không quá 1000mg/l, độ cứng nhỏ hơn 7mgđl.

Về thành phần vi trùng: Nước dùng cho sinh hoạt không có vi trùng gây tả, lị, thương hàn.

Qua nghiên cứu người ta thấy lượng vi trùng gây bệnh nguy hiểm rất khó phát hiện lại tỉ lệ với lượng vi khuẩn dễ phát hiện nhưng không gây bệnh là thực khuẩn đại tràng coli. Vì thế trong thực tế người ta đánh giá độ nhiễm bẩn của nước dưới đất thông qua lượng trực khuẩn đại tràng (coli) có mặt trong nước:

Nước dùng tốt khi có      <  2 con/l.

Nước dùng được khi có      <  2  –  3 con/l.

Nước đáng nghi ngờ khi có <  3  –  5 con/l.

Nước khả nghi khi có      <  5  –  8 con/l.

Nước không tốt khi có      <  8  –  20 con/l.

Nước không dùng được khi có >  20 con/l.

– Đánh giá khả năng ăn mòn bêton:

Nước dưới đất có khả năng ăn mòn bêton, đá xây dựng,… cường độ ăn mòn bêton do hàm lượng CO2 xâm thực, SO42- có trong nước quyết định. Tác dụng ăn mòn của CO2 xâm thực do hoà tan CaCO3 trong xi măng theo phương trình sau:

CaCO3 (xi măng)+H2O+ CO2= Ca2++  2HCO3-

Khả năng ăn mòn của CO2 xâm thực đối với bêton trong nước mềm nhanh hơn rất nhiều so với nước cứng.

Nước có chứa sunfat tác dụng với vôi (CaO) có trong bêton để tạo thành hợp chất sunfat (CaSO4). Quá trình biến đổi đó có thể cho thể tích mở ra làm phá hoại bêton.

Nước sunfat không ăn mòn khi SO42-<  50mg/l.

Nước sunfat ăn mòn yếu khi SO42-= 250-300mg/l.

Nước sunfat ăn mòn mạnh  khiSO42->  300mg/l.

– Đánh giá chất lượng nước dùng để tưới:

Khi đánh giá chất lượng nước dưới đất dùng để tưới cây trồng thì cần phải xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng như nhiệt độ, thành phần hoá và tổng lượng muối có trong nước.

Thông thường nhiệt độ nước dưới đất thường thấp, do đó cần phải làm ấm nước trước khi đem tưới.

Thành phần muối cần lưu ý là muối natri, vì nó là loại có hại nhất cho cây trồng. Đối với đất trồng dễ thấm nước, trị số giới hạn lớn nhất của muối natri (tính bằng mg/l) là Na2CO3: 1000; NaCl: 2000; Na2SO4: 5000 ….

Tuy nhiên trong nước dưới đất có chứa các hợp chất của axitnitoric và muối của axitfotforit lại rất cần thiết cho cây trồng.