XỬ LÝ NƯỚC NGẦM (NƯỚC GIẾNG)

TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC NGẦM SỬ DỤNG LÀM NƯỚC CẤP SINH HOẠT

Nước ngầm là gì?

Nước ngầm (hay còn gọi là nước dưới đất) là lượng nước tích trữ tự nhiên nằm sâu bên dưới bề mặt đất, trong các khe nứt, lỗ hổng của đất đá và các tầng chứa nước (tầng địa chất bão hòa nước). Nguồn nước này được hình thành chủ yếu do nước mưa, nước mặt (từ sông, hồ, ao) thấm sâu qua các lớp đất đá. Nước ngầm đóng vai trò quan trọng trong chu trình thủy văn và là một trong những nguồn nước ngọt lớn nhất trên Trái Đất.

Tại sao phải xử lý nước ngầm trước khi sử dụng cho sinh hoạt?

Mặc dù nước ngầm thường được coi là sạch hơn nước mặt vì được lọc tự nhiên qua các lớp đất đá, nhưng nó vẫn tiềm ẩn nhiều nguy cơ và cần được xử lý trước khi sử dụng, đặc biệt là cho mục đích ăn uống và sinh hoạt. Dưới đây là những lý do chính:

• Ô nhiễm tự nhiên:
  • Kim loại nặng: Nhiều khu vực có nước ngầm chứa các kim loại nặng độc hại như asen (As), mangan (Mn), sắt (Fe) với nồng độ vượt quá giới hạn cho phép. Asen là chất gây ung thư nguy hiểm, còn sắt và mangan gây mùi tanh, màu vàng đục, đóng cặn làm hư hại thiết bị và ảnh hưởng đến sinh hoạt.
  • Độ cứng cao: Nước ngầm thường chứa nhiều ion Canxi (Ca2+) và Magie (Mg2+), gây ra hiện tượng nước cứng. Nước cứng làm giảm khả năng tạo bọt của xà phòng, gây lắng cặn trong ấm đun nước, đường ống, thiết bị đun nóng, làm giảm tuổi thọ của thiết bị và có thể ảnh hưởng đến da, tóc khi sử dụng lâu dài.
  • Florua (F^-): Một số vùng có hàm lượng florua tự nhiên cao, có thể gây nhiễm florua răng (răng ố vàng, đen) và xương (nếu nồng độ rất cao).
  • Amoni (NH4+​) và Nitrit (NO2−​): Là sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ yếm khí hoặc từ các nguồn ô nhiễm. Nồng độ cao có thể chuyển hóa thành nitrat và là dấu hiệu của ô nhiễm hữu cơ.
• Ô nhiễm do hoạt động của con người:
  • Ô nhiễm vi sinh: Mặc dù được lọc qua đất, nước ngầm vẫn có thể bị nhiễm vi khuẩn, virus, ký sinh trùng gây bệnh (như E.coli, Coliform) từ các nguồn ô nhiễm như hầm tự hoại rò rỉ, chất thải sinh hoạt, chăn nuôi, hoặc các bãi rác không hợp vệ sinh.
  • Nitrat (NO3−​): Chủ yếu từ phân bón hóa học, chất thải chăn nuôi và nước thải sinh hoạt thấm vào đất. Nitrat nồng độ cao đặc biệt nguy hiểm đối với trẻ sơ sinh (gây bệnh xanh da - Methemoglobinemia).
  • Hóa chất độc hại: Từ rò rỉ bể chứa xăng dầu, chất thải công nghiệp, thuốc bảo vệ thực vật... Các hóa chất hữu cơ này rất khó xử lý và gây độc hại nghiêm trọng.
  • Độ mặn: Ở vùng ven biển, khai thác nước ngầm quá mức có thể gây xâm nhập mặn, làm nước ngầm trở nên mặn và không thể sử dụng được.
• Đảm bảo sức khỏe cộng đồng: Mục tiêu cuối cùng của việc xử lý là loại bỏ các tác nhân gây hại, đảm bảo nước đạt tiêu chuẩn uống trực tiếp hoặc phục vụ sinh hoạt an toàn, không ảnh hưởng đến sức khỏe người dân.
• Bảo vệ thiết bị: Xử lý nước ngầm giúp loại bỏ các chất gây đóng cặn, ăn mòn, kéo dài tuổi thọ của đường ống, máy bơm, bình nóng lạnh và các thiết bị gia đình khác.

Bảng so sánh các chỉ tiêu cơ bản nước sinh hoạt

Ở Việt Nam, hai quy chuẩn chính được sử dụng để đánh giá chất lượng nước sinh hoạt là:

• QCVN 01-1:2018/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống. Đây là tiêu chuẩn cao nhất, áp dụng cho nước dùng để uống trực tiếp hoặc sau khi xử lý đơn giản tại hộ gia đình (ví dụ: nước máy).
• QCVN 02:2009/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt. Áp dụng cho nước dùng cho các mục đích sinh hoạt thông thường như tắm giặt, vệ sinh, không bao gồm ăn uống trực tiếp (ví dụ: nước giếng khoan sau xử lý đơn giản để sinh hoạt).

Dưới đây là bảng so sánh một số chỉ tiêu cơ bản của nước ngầm chưa xử lý (thường có các vấn đề) với hai quy chuẩn này:

Lưu ý:

• Các giá trị trong cột "Nước ngầm chưa xử lý" chỉ là giá trị tham khảo và có thể biến đổi rất lớn tùy thuộc vào vị trí địa lý, tầng chứa nước và mức độ ô nhiễm.
• "Không quy định*" cho Amoni trong QCVN 01-1:2018/BYT có nghĩa là Quy chuẩn không đặt giới hạn trực tiếp, nhưng sự có mặt của Amoni là dấu hiệu của ô nhiễm hữu cơ và có thể liên quan đến các chất gây hại khác.

Các phương án xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt

Việc lựa chọn phương án xử lý nước ngầm phụ thuộc vào tính chất cụ thể của nước ngầm đầu vào và mục đích sử dụng (chỉ sinh hoạt hay cả ăn uống). Dưới đây là các phương án phổ biến, từ đơn giản đến phức tạp:

Xử lý cơ bản (Thường áp dụng cho hộ gia đình/cộng đồng nhỏ)

Phương pháp này tập trung vào loại bỏ sắt, mangan, mùi tanh, độ đục.

• Nguyên lý: Làm thoáng để oxy hóa sắt (Fe²⁺) và mangan (Mn²⁺) thành dạng kết tủa (Fe(OH)3​, Mn(OH)4​) và lọc để giữ lại các kết tủa này.
• Thiết bị:
  • Dàn mưa/Tháp làm thoáng: Nước được phun thành hạt nhỏ hoặc chảy qua các tầng vật liệu để tiếp xúc với không khí, giúp oxy hóa Fe, Mn và loại bỏ khí H2​S (mùi trứng thối).
  • Bể lắng (tùy chọn): Cho các kết tủa lớn lắng xuống.
  • Hệ thống lọc cát/Lọc đa vật liệu: Sử dụng các vật liệu lọc như cát thạch anh, sỏi, than antraxit, hạt Mangan greensand (Filox, Birm) hoặc vật liệu chuyên dụng khác để giữ lại các kết tủa Fe, Mn, cặn bẩn và một phần chất hữu cơ.
• Ưu điểm: Chi phí đầu tư và vận hành tương đối thấp, dễ thực hiện, hiệu quả cao với sắt và mangan.
• Hạn chế: Không hiệu quả với các chất ô nhiễm hòa tan như asen, nitrat, độ cứng cao, hoặc vi sinh vật.

Xử lý nâng cao (Khi nước ngầm có nhiều vấn đề hơn)

Khi nước ngầm có thêm asen, độ cứng cao, nitrat hoặc cần đạt tiêu chuẩn nước uống.

• Kết hợp làm thoáng + Lọc + Trao đổi ion/Hấp phụ/Khử trùng:
  • Sau lọc Fe, Mn: Nước tiếp tục qua các bước sau:
    • Cột trao đổi ion:
      • Làm mềm nước: Loại bỏ ion Ca2+, Mg2+ bằng nhựa trao đổi ion (cationite) để giảm độ cứng.
      • Loại bỏ Asen/Nitrat/Florua: Sử dụng nhựa trao đổi ion chuyên dụng.
    • Cột lọc than hoạt tính: Hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan (mùi, màu, hóa chất, clo dư), cải thiện vị nước.
    • Thiết bị khử trùng: Bắt buộc để tiêu diệt vi khuẩn, virus, đảm bảo nước an toàn cho ăn uống. Các phương pháp phổ biến là:
      • Khử trùng bằng Clo: Sử dụng hóa chất chứa Clo (Javen, Clo bột) để tiêu diệt mầm bệnh.
      • Khử trùng bằng tia UV: Sử dụng đèn UV để phá hủy DNA của vi sinh vật, không dùng hóa chất.
• Ưu điểm: Xử lý được nhiều loại ô nhiễm hơn, đáp ứng tiêu chuẩn cao hơn.
• Hạn chế: Chi phí đầu tư và vận hành cao hơn, cần bảo trì định kỳ cho vật liệu trao đổi ion và than hoạt tính.

Xử lý tổng hợp bằng công nghệ màng

(Đối với nước ngầm ô nhiễm nặng hoặc yêu cầu chất lượng cao nhất)

Đây là phương pháp hiện đại, hiệu quả cao nhưng chi phí lớn.

• Hệ thống lọc tổng hợp kết hợp màng lọc:
  • Tiền xử lý: Tương tự như xử lý cơ bản (làm thoáng, lắng, lọc thô) để bảo vệ màng lọc.
  • Công nghệ màng lọc:
    • Siêu lọc (Ultrafiltration - UF): Loại bỏ vi khuẩn, virus, chất rắn lơ lửng, chất keo, độ đục. Thường dùng làm tiền xử lý cho RO.
    • Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO): Loại bỏ hầu hết các ion hòa tan (muối, kim loại nặng, asen, nitrat), chất hữu cơ, vi sinh vật. Cho ra nước tinh khiết gần như tuyệt đối, thường dùng cho nước uống đóng chai hoặc cấp nước cho các ngành công nghiệp đòi hỏi chất lượng nước rất cao.
• Ưu điểm: Chất lượng nước đầu ra rất cao, loại bỏ gần như mọi loại ô nhiễm.
• Hạn chế: Chi phí đầu tư và vận hành cao nhất, cần tiền xử lý tốt để bảo vệ màng, tạo ra nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao (nước thải tập trung).

Sơ đồ quy trình xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt phổ biến nhất