Nước ngầm (nước dưới đất) là một thuật ngữ chỉ các dạng nước tồn tại trong các khe hở, lỗ hổng, mao quản trong các lớp đất đá từ mặt đất trở xuống. Tuỳ theo điều kiện địa hình, địa mạo, địa chất kiến tạo, địa chất thuỷ văn người ta phân chia thành nước ngầm tầng nông (khoảng từ 0 - 20m); nước ngầm tầng sâu (thường là trên 20m) hoặc nước ngầm không áp (không có chênh lệch áp lực); nước ngầm có áp (có chênh lệch áp lực của tầng dưới với tầng trên). ứng với hai cách phân chia trên có 2 loại nước ngầm: Nước ngầm  hiếu khí (trong nước có ô xy hoà tan lớn - nước ngầm tầng nông, không áp) và nước ngầm kỵ khí (trong nước ô xy hoà tan rất ít hoặc không có - nước ngầm tầng sâu, có áp). Thông thường nước ngầm có ô xy có chất lượng tốt có thể không cần xử lý mà có thể sử dụng trực tiếp vì trong nước thường không có các chất khử như H2S, CH4, NH4+…Còn nước ngầm kỵ khí thường có mặt các chất khử, các quá trình khử NO3-        NH4+, SO22-         H2S, CO2        CH4…cần phải xử lý mới sử dụng được.




Trong nước ngầm có chứa các cation như Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, NH4+ và các anion như HCO3-, SO42-,Cl-. Các ion Canxy, Magiê thường làm cho nước cứng, có tác hại cho người sử dụng như gây lãng phí xà phòng và các chất tẩy rửa, tạo cặn lắng bám trên bề mặt các trang bị sinh hoạt, trong công nghiệp nó gây giảm năng lực truyền nhiệt, giảm tuổi thọ thiết bị…, các ion sắt, mangan thường có vị tanh và tạo cặn bẩn màu vàng làm giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.




Để xử lý nước ngầm dùng cho sinh hoạt và sản xuất công nghiệp giản đơn có hai phương pháp vật lý và hoá học.




Phương pháp vật lý (cơ học) là: phương pháp lọc nhanh hoặc lọc chậm. Tuỳ theo đặc điểm chất lượng nước ngầm và khối lượng nước cần xử lý để lựa chọn phương pháp lọc.




Thông thường với giếng đào gia đình khai thác nước ngầm tầng nông trong điều kiện nước ngầm hiếu khí có thể sử dụng phương pháp lọc nhanh bằng vật liệu lọc gồm than hoạt tính (dày 20-25 cm), cát sạch (đường kính hạt 0,6-0,8 mm, chiều dày từ 15-20 cm), sỏi lót dưới cùng (dày 10 cm). Kích thước bể lọc tuỳ theo từng điều kiện cụ thể để thiết kế cho phù hợp với yêu cầu lượng nước cần lọc và sử dụng của từng gia đình hoặc nhóm.




Đối với nước ngầm tầng sâu, có áp (các giếng khoan UNICEP, hoặc giếng khoan đường kính lớn khai thác nước tập trung) thường chứa nhiều  Fe2+, Mn2+ và một số cation khác vì vậy để nước có thể dùng được cần phải khử Sắt, Mangan và các cation có trong nước.




Để khử Fe và Mn người ta có thhể sử dụng phương pháp cơ bản sau:




Phương pháp làm thoáng lắng lọc. Nguyên lý của phương pháp này là dùng Oxy trong không khí oxy hoá Fe2+ và Mn2+ thành Fe3+ và Mn4+ kết tủa để lắng rồi lọc (Sắt 3 Hyđrôxyt kết tủa màu vàng và Mangan 4 Hyđroxyt kết tủa có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc).




Để tăng cường khả năng tiếp xúc của Oxy trong không khí với nước người ta có 3 cách làm thoáng: Làm thoáng đơn giản ngay trên bề mặt bể lọc bằng cách làm giàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc với chiều cao dàn phun 0,5-0,7 m lỗ phun có đường kính 5-7 mm; Làm thoáng bằng giàn phun mưa tự nhiên bằng tháp phun mưa nhiều bậc với các bậc phía dưới là sàn rải xỉ hoặc sàn tre, gỗ, bê tông đục lỗ; Làm thoáng cưỡng bức bằng tháp cưỡng bức với lượng không khí cấp cưỡng bức từ 4-6 m3 cho 1 m3 nước. Trong quá trình làm thoáng các ion Fe, Mn sẽ bị oxy hoá, tạo thành các kết tủa Hyđroxyt sắt 3, Hyđroxyt mangan 4, chúng sẽ được giữ lại khi lắng lọc qua hệ thống bể lọc.




Phương pháp hoá học là: sử dụng một số hoá chất thông thường để xử lý nước: làm mềm nước (đối với nước cứng); khử Fe, Mn (đối với nước chứa quá nhiều sắt, mangan.




Làm mềm nước: Độ cứng của nước là số đo hàm lượng các ion kim loại Canxy (Ca2+) và Magiê (Mg2+) có trong nước. Có hai loại độ cứng là: độ cứng tạm thời (độ cứng cacbonat) và độ cứng vĩnh cửu (độ cứng không cacbonat).




Đối với độ cứng tạm thời có thể xử lý dễ dàng khi đun nóng bằng nhiệt, hoặc xử lý bằng các hoá chất như nước vôi; Sôđa; vôi kết hợp với sôđa; Trinatryphotphat.




Dưới đây chỉ giới thiệu công thức tính toán lượng vôi khi dùng vôi để làm mềm nước, lượng vôi được tính như sau:




Nếu hàm lượng Ca2+ lớn hơn HCO3- : 




  

Trong đó: mv Lượng vôi sử dụng mg/l; CO2 hàm lượng CO2 tự do trong nước mg/l; HCO3- hàm lượng ion bicacbonat trong nước mg/l; mph lượng phèn (FeCl3 hoặc FeSO4) mg/l tính theo sản phẩm ngậm nước; e đương lượng của phèn e = 54 với FeCl3, e = 76 với FeSO4; Cv tỷ lệ vôi tinh khiết theo CaO trong vôi thô %.




Nếu hàm lượng Ca2+ nhỏ hơn HCO3- : 

Trong đó Ca2+ là hàm lượng của nó có trong nước, mg/l;




Các ký hiệu khác có ý nghĩa như trên.




Trong thực tế khi làm mềm nước bằng vôi để khử CaCO3 pH phải đạt từ 9,5-9,8; để khử Mg(OH)2 pH phải đạt giá trị từ 10,6-11,5.




Sau đó lọc qua bể lắng lọc thông thường; vật liệu lọc tốt nhất là than Antraxit.




Khử sắt bằng hoá chất:




Khi trong nước ngầm hàm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì khử sắt bằng phương pháp làm thoáng sẽ không triệt để vì vậy cần sử dụng cả phương pháp hoá học để khử. Có thể dùng vôi; Clo hoặc thuốc tím (Permanganatkali-KMnO4) để khử. ở đây xin giới thiệu cách dùng vôi để khử sắt. Khi cho vôi vào độ pH của nước tăng lên; ở điều kiện giàu ion OH- các ion Fe2+ thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 lắng xuống một phần, thế ôxy hoá khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống, do đó sắt (II) dễ dàng chuyển hoá thành sắt (III); sắt (III) Hyđroxyt kết tụ thành bông cặn lắng trong bể lắng có thể dễ dàng tách ra khỏi nước. Lượng vôi cần thiết cho quá trình được tính như sau:




[CaO]  =  0,8[CO2]  +  1,8[Fe]




Trong đó: [CaO] là lượng vôi cần thiết cho quá trình, mg/l. [CO2]  hàm lượng CO2 có trong nguồn nước, mg/l.  [Fe]   tổng kàm lượng sắt trong nước, mg/l.




Thông thường đối với gia đình chỉ xử lý nước bằng cách lắng lọc đơn giản và xử lý bằng vôi, phèn theo kinh nghiệm. Còn đối với các công trình khai thác nước tập trung người ta kết hợp cả hai phương pháp vật lý và hoá học để xử lý nước triệt để và hiệu quả hơn.