Phương pháp xử lý nước nhiễm ion sắt ( tiếp theo).

[ong noi loc]

PHẦN 2 CÁCH XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM SẮT BẰNG PP KHÁC.
​

4.2 Phương pháp khử sắt bằng quá trình ôxy hoá
Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc
Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng giàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc. Chiều cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun có đường kính từ 5-7mm, lưu lượng tưới vào khoảng 10 m[SUP]3[/SUP]/m[SUP]2[/SUP].h. Lượng ôxy hoà tan trong nước sau khi làm thoáng ở nhiệt độ 25[SUP]o[/SUP]C lấy bằng 40% lượng ôxy hoà tan bão hoà (ở 25[SUP]o[/SUP]C lượng ôxy bão hoà bằng 8,1 mg/l).
Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên
Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bậc hay nhiều bậc với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. Lưu lượng tưới và chiều cao thấp cũng lấy như trường hợp trên. Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 55%lượng ôxy hoà tan bão hoà. Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 50%.


Làm thoáng cưỡng bức
Cũng có thể dùng tháp làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m[SUP]3[/SUP]/h. Lượng không khí tiếp xúc lấy từ 4 đến 6 m[SUP]3[/SUP] cho 1m[SUP]3[/SUP]nước. Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 70% hàm lượng ôxy hoà tan bão hoà. Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 75%.
4.3 Khử sắt bằng hoá chất
Khi trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao,các chất hữu cơ sẽ tạo ra dạng keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của các chất ôxy hoá mạnh.Đối với nước ngầm, khi làm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H[SUB]2[/SUB]S thì lượng ôxy thu được nhờ làm thoáng không đủ để ôxy hoá hết H[SUB]2[/SUB]S và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng đến hoá chất để khử sắt.
Biện pháp khử sắt bằng vôi
Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên. Ở điều kiện giàu ion OH[SUP]-[/SUP], các ion Fe[SUP]2+[/SUP] thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 và 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 và có thể dễ dàng tách ra khỏi nước. Phương pháp này cót hể áp dụng cho cả nước mặt và nước ngầm. Nhược điểm của phương pháp này là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, cho nên thường kết hợp khử sắt với quá trình xử lý khác như xử lý ổn định nước bằng kiềm, làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa.
Biện pháp khử sắt bằng Clo
Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau:
2Fe(HCO[SUB]3[/SUB])[SUB]2[/SUB] + Cl[SUB]2[/SUB] + Ca(HCO[SUB]3[/SUB])[SUB]2[/SUB] + 6H[SUB]2[/SUB]O → 2Fe(OH)[SUB]3 [/SUB]+CaCl[SUB]2[/SUB] + 6H[SUP]+[/SUP] + 6HCO[SUB]3[/SUB][SUP]-[/SUP]
Biện pháp khử sắt bằng Kali Permanganat (KMnO[SUB]4[/SUB])
Khi dùng KMnO[SUB]4[/SUB] để khử sắt, qua trình xảy ra rất nhanh vì cặn mangan (IV) hyđroxyt vừa được tạo thành sẽ là nhân tố xúc tác cho quá trình khử. Phản ứng xảy ra theo phương trình sau:
5Fe[SUP]2+[/SUP] + MnO[SUB]4[/SUB][SUP]-[/SUP] + 8H[SUP]+[/SUP] → 5Fe[SUP]3+ [/SUP]+ Mn[SUP]2+[/SUP] + 4H2O
Biện pháp khử sắt bằng cách lọc qua lớp vật liệu đặc biệt
Các vật liệu đặc biệt có khả năng xúc tác, đẩy nhanh quá trình ôxy hoá khử Fe[SUP]2+[/SUP] thành Fe[SUP]3+[/SUP] và giữ lại trong tầng lọc. Quá trình diễn ra rất nhanh chóng và có hiệu quả cao. Cát đen là một trong những chất có đặc tính như thế.
Biện pháp khử sắt bằng phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion được sử dụng khi kết hợp với quá trình khử cứng. Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm không được tiếp xúc với không khí vì Fe[SUP]3+[/SUP] sẽ làm giảm khảnăng trao đổi của các ionic. Chỉ có hiệu quả khi khử nước ngầm có hàm lượng sắt thấp.
Biện pháp khử sắt bằng phương pháp vi sinh
Một số loại vi sinh có khả năng ôxy hoá sắt trong điều kiệnmà quá trình ôxy hoá hoá học xảy ra rất khó khăn. Chúng ta cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cát lọc của bể lọc, thông qua hoạt động của các vi khuẩn sắt được loại ra khỏi nước. Thường sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt.
5. Một số giai đoạn về công nghệ khử sắt trong nước cấp
Giai đoạn đưa các hoá chất vào nước
Giai đoạn này gồm có quá trình làm thoáng nước để làm giàu ôxy và khử khí cacbonic cùng với việc pha trộn hoá chất vào nước như vôi,phèn, clo, ôzôn, kali permanganate…
Giai đoạn xử lý sơ bộ
Mục đích của giai đoạn này là nhằm tạo ra những điều kiện cho phản ứng ôxy hoá khử diễn ra được hoàn toàn, nhanh chóng. Các thiết bị cần thiết cho giai đoạn này là bể lắng tiếp xúc, bể lọc sơ bộ, bể lọc tiếp xúc,bể lắng ngang hoặc lắng trong.
Giai đoạn làm sạch
Giai đoạn này cần đến các bể lọc khác nhau. Tuỳ theo hàm lượng và thành phần sắt trong nước nguồn cùng với chất lượng nước nguồn mà quyết định quy trình khử sắt cụ thể, thường được xác định bằng thực nghiệm tại chỗ kết hợp với các kết quả tính toán sơ bộ. Khi hàm lượng sắt cao trên 6mg/l và cần khử triệt để khí cacbonic, quy trình khử sắt sẽ bao gồm cả ba giai đoạn trên.
6. Một số thiết bị khử sắt thường được sử dụng
Làm thoáng đơn giản trên bề mặt bể lọc
Người ta dùng giàn ống khoan lỗ phun mưa trên bề mặt lọc, lỗ phun có đường kính 5 đến 7 mm, tia nước dùng áp lực phun lên với độ cao0,5 đến 0,6m. Lưu lượng phun vào khoảng 10m[SUP]3[/SUP]/m[SUP]2[/SUP].h. Làm thoáng trực tiếp trên bề mặt bể lọc chỉ nên áp dụng khi nước nguồn có hàm lượng sắt thấp và không phải khử CO2.
Tháp làm thoáng tự nhiên
Sử dụng tháp làm thoáng tự nhiên (giàn mưa) khi cần làm giàu ôxy kết hợp với khử khí CO2. Do khả năng trao đổi của O2 lớn hơn CO2 nên tháp được thiết kế cho trường hợp khử CO2. Giàn mưa cho khả năng thu được lượng ôxy hoà tan bằng 55% lượng ôxy bão hoà và có khả năng khử được 75-80% lượng CO2 còn lại sau khi làm thoáng không xuống thấp hơn 5-6mg/l.
Tháp làm thoáng cưỡng bức
Cấu tạo của tháp làm thoáng cưỡng bức cũng gần giống như tháp làm thoáng tự nhiên, ở đây chỉ khác là không khí được đưa vào tháp cưỡng bức bằng quạt gió. Không khí đi ngược chiều với chiều rơi của các tia nước.Lưu lượng tưới thường lấy từ 30 đến 40 m[SUP]3[/SUP]/m[SUP]2[/SUP].h. Lượng không khí cấp vào từ 4 đến 6m3 cho 1m3 nước cần làm thoáng.
Bể lắng tiếp xúc
Bể lắng tiếp xúc có chức năng giữ nước lại sau quá trình làm thoáng trong một thời gian đã để quá trình ôxy hoá và thuỷ phân dắt diễn ra hoàn toàn, đồng thời tách một phần cân nặng trước khi chuyển sang bể lọc. Trong thực tế thường lấy thời gian lưu của nước từ 30 đến 45 phút. Bể lắng tiếp xúc có thể được thiết kế như bể lắng đứng và thường đặt ngay dưới giàn làm thoáng. Bể lọc tiếp xúc hay bể lọc sơ bộ được áp dụng khi hàm lượng sắt trong nước nguồn cao hoặc cần khử đồng thời cả mangan. Bể lọc tiếp xúc có cấu tạo như các bể lọc thông thường với lớp vật liệu lọc bằng sỏi , than antraxit, sành, sứ…có kích thước hạt lớn. Tốc độ lọc thường khống chế trong khoảng 15 đến 20m/h.
Bể lọc cặn sắt
Để lọc sạch nước có chứa cặn sắt, sử dụng các bể lọc nhanh thông thường. Do khác với bể lọc cặn bẩn bình thường ở chỗ quá trình ôxy hoá và thuỷ phân sắt còn tiếp tục xảy ra trong lớp vật liệu lọc, nên ngay từ đầu chu kỳ lọc, cặn đã bám sẵn trong lớp vật liệu lọc và độ chứa cặn của lớp vật liệu lọc sẽ cao hơn. Vì vậy, vật liệu lọc có thể lấy cấp phối hạt lớn hơn,đương kính trung bình hạt từ 0,9 đến 1,3 mm, bề dày lớp vật liệu lọc 1,0 đến 1,2m, tốc độ lọc lấy từ 5 đến 10m/h. Do cặn sắt bám chắc nên phải rửa lọc bằng nước và khí kết hợp, lưu lượng nước rửa thực tế thường dùng từ 10 đến 12l/m2.s. Nếu sử dụng bể lọc 2 lớp gốm antraxit và cát thạch anh thì hiệu quả xử lý sẽ cao hơn.
7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử sắt
Tốc độ phản ứng của quá tr ình ôxy hoá và thuỷ phân Fe[SUP]2+[/SUP]thành Fe[SUP]3+[/SUP] tuỳ thuộc vào lượng oxy hoà tan trong nước tăng lên. Để oxy hoá 1mg sắt (II) tiêu tốn 0,143mg oxy. Thời gian oxy hoá và thuỷ phân sắt trên công trình phụ thuộc vào trị số pH của nước có thể lấy như sau:

Thời gian tối ưu của quá trình keo tụ
pH 6,0 6,5 6,6 6,7 6,8 6,9 7 ≥7,5
Thời gian tiếp xúc cần thiết trong bể lắng và bể lọc (thời gian lưu nước) (phút) 90 60 45 30 25 20 15 10. Thời gian tiếp xúc cần thiết (thời gian lưu nước) trong bể lọc tiếp xúc (bể lọc I) và bể lọc trong (bểlọc đợt II) (phút) 60 45 35 25 20 15 12 5. Tốc độ lọc qua bể tiếp xúc có thểlấy 5 -20 m/h tuỳ thuộc vào thời gian lưu nước cần thiết và lượng cặn cần giữlại sao cho qua bể lọc đợt I hàm lượng cặn còn lại đi qua bể lọc trong (lọcđợt II) ≤ 15mg/l. Tốc độ lọc qua bể lọc trong l ấy 3-9 m/h tuỳ thuộc vào chiều dày và cỡ hạt của lớp vật liệu lọc v à thời gian lưu nước cần thiết.
8. Áp dụng quá trình khử sắt vào việc xử lý nước ngầm để cấp nước cho cộng đồng dân cư nông thôn
Mục đích của việc xử lý nước cấp
Cung cấp đầy đủ lượng nước cho quá trình sử dụng của người dân và đảm bảo an toàn về mặt hoá học, vi trùng học…để thoả mãn các nhu cầu về ăn uống, sinh hoạt dịch vụ, sản xuất…Nước có chất lượng tốt, ngon không chứa các chấy gây đục, gây ra m àu, mùi, vị của nước.
Tóm lại, là mọi nguồn nước thô sau khi qua hệ thống xử lý phải đạt : “tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt – TCVN 5501 – 1991”
Số liệu cần thiết để thiết kế trạm xử lý khử sắt
Khi thiết kế trạm xử lý nước cấp có quá trình khử sắt,chúng ta cần phải thu thập các số liệu như sau: Công suất hữu ích của trạm, số giờ hoạt động trong ngày hay công suất giờ.Bơm nước liên tục với lưu lượng đủ lớn để loại trừ hết nước tồn đọng, sau đó lấy mẫu ngay tại đầu bơm để phân tích các chỉ tiêu:
1. Độ đục
2. Độ màu
3. Độ oxy hóa
4. Độ kiềm
5. Độ cứng toàn phần và độ cứng cacbonat
6. pH
7. Tổng hàm lượng sắt
8. Hàm lượng Ion sắt hóa trị II
9. Hàm lượng Ion sắt hóa trị II
10. Hàm lượng silic, poliphotphat v à các kim loại
nặng
11. Hàm lượng CO[SUB]2 [/SUB]tự do
12. Hàm lượng H[SUB]2[/SUB]S
Kết quả thí nghiệm khử s ắt tại chỗ theo phương pháp lýhọc, hoá học.
Phân loại nước ngầm theo hàm lượng sắt
Phân loại nước ngầm
Loại nước ngầm Hàm lượng sắt (mg/l)
Nước ngầm có hàm lượng sắt thấp 0,4 - 10
Nước ngầm có hoàm lượng sắt trung bình 10 – 20
Nước ngầm có hàm lượng sắt cao >20
Theo TCVN <0,3

Xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt thấp (hàm lượng sắt <10 Mg/L)

Công nghệ xử lý: (Làm thoáng đơn giản và lọc)
Điều kiện áp dụng
1. Tổng hàm lượng sắt: ≤ 10 mg/l
2. Độ màu của nước khi chưa tiếp xúc với không khí<15 0
3. Hàm lượng SiO[SUB]3[/SUB][SUP]2-[/SUP] < 2 mg/l
4. Hàm lượng H[SUB]2[/SUB]S < 0,5 mg/l
5. Hàm lượng NH[SUB]4[/SUB][SUP]+[/SUP] < 1 mg/l
6. Nhu cầu oxy = độ oxy hóa + 0,47 H [SUB]2[/SUB]S + 0,15Fe[SUP]2+[/SUP] <7mg/l
7. pH ≥7

Sơ đồ công nghệ xử lý chung

Nước ngầm đựợc bơm lên tù giếng khoan hay giếng đào được đưa vào làm thoáng đơn giản. Có thể dùng máng tràn, giàn mưa, ejector thu khí hay bơm nén khí để làm thoáng nước. Quá trình làm thoáng ở đây chủ yếu là cung cấp oxy cho nước. Nước sau khi làm thoáng được lọc qua một lớp vật liệu lọc.
Tại bể lọc Fe2+ và oxy hòa tan sữ được tách ra và bám trên bề mặt của các vật liệu lọc, tạo nên màng xúc tác bao gồm các ion oxy, Fe[SUP]2+[/SUP], Fe[SUP]3+[/SUP]. Màng xúc tác sẽ tăng cường quá trình hấp thụ và oxy hóa Fe do xảy ra trong môi trường dị thể. Trong phương pháp này không đòi hỏi phảioxy hóa hoàn toàn Fe[SUP]2+[/SUP] thành Fe[SUP]3+[/SUP] và keo tụ.
Xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt cao (hàm lượng sắt > 10 mg/l
Công nghệ xử lý: Làm thoáng - Lắng hoặc lọc tiếp xúc -Lọc trong
Điều kiện áp dụng
1. Độ oxy hoá < (Fe[SUP]2+[/SUP]/28 + 5), mg/l
2. Tổng hàm lượng sắt: >10 mg/l
3. Tổng hàm lượng muối khoáng <1000 mg/l
4. Hàm lượng SiO[SUB]3[/SUB][SUP]2-[/SUP] <2 mg/l
5. Hàm lượng H[SUB]2[/SUB]S <1 mg/l
Bể lắng
nước rửa lọc
Nước ngầm
Làm thoáng đơn
giản Lọc
Clorine
Tiếp xúc khử
trùng
Xả cặn
Nước sạch
6. Hàm lượng NH[SUB]4[/SUB][SUP]+ [/SUP]<1,5 mg/l
7. Nhu cầu oxy = độ oxy hoá + 0,47 H [SUB]2[/SUB]S + 0,15Fe[SUP]2+[/SUP]<10 mg/l
8. pH < 6,8 thì tính toán thiết bị làm khoáng theo điều hiện khử khí CO[SUB]2[/SUB] nhằm tăng pH.
9. pH > 6,8 thì tính toán thiết bị làm khoáng theo điều kiện lấy oxy để khử sắt.
Nước ngầm được bơm lên từ giếng khoan hay giếng đào được đưa vào làm thoáng bằng dàn mưa, làm thoáng cưỡng bức để làm thoáng nước. Quá trình làm thoáng ở đây chủ yếu là cung cấp oxy cho nước. Nước sau khi làm thoáng được dẫn vào bể khuấy trộn và lắng cặn, trước khi đi vào bể nước được tiếp xúc với hoá chất có tác dụng đẩy nhanh quá trình oxy hoá hoà tan thành sắt III, nước từ bể lắng được dẫn qua bể lọc, bể lọc co chứa nhiều lớp vật liệu lọc.Nước sạch sau khi qua bể lọc được khử trùngbằng dung dịch clorine trước khi cung cấp cho người sử dụng.
Để tránh hiện tượng tắc lọc ở bể lọc, do đó đến chu kỳ chúng ta phải tiến hành rửa lọc bằng nước (nước + khí). Cặn ở bể lắng được đưa vào bể nén cặn.__

​

Đây là hình ảnh bể lắng lamen của 1 trạm XLNT 5000 m[SUP]3[/SUP] ở Nhật

Trích google
​

Đã chỉnh sửa bổ sung.