Phương pháp xử lý nước nhiễm ion sắt

[ong noi loc]

Phần 1 : SƠ LƯỢC VỀ NƯỚC NGẦM.​

1. Tổng quan về nước ngầm
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt nước mưa…nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay hàng trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước nặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp.

​

Một số đặc điểm khác nhau giữ nước ngầm và nước mặt

Thông số Nước ngầm và Nước bề mặt
Nhiệt độ Tương đôi ổn định còn nước bề mặt Thay đổi theo mùa
Chất rắn lơ lửng Rất thấp, hầu như không có còn nước bề mặt Thường cao và thay đổi theo mùa
Chất khoáng hoà tan Ít thay đổi, cao hơn so với nước mặt. Còn nước bề mặt Thay đổi tuỳ thuộc chất lượng đất, lượng mưa.
Hàm lượng Fe2+, Mn2+ Thường xuyên có trong nước. Còn nước bề mặt Rất thấp, chỉ có khi nước ở sát dưới đáy hồ
Khí CO[SUB]2[/SUB] hoà tan Có nồngđộ cao. Còn nước bề mặt Rất thấp hoặc bằng 0
Khí O[SUB]2 [/SUB]hoà tan Thường không tồn tại. còn nước bề mặt Gần như bão hoà
Khí NH[SUB]3[/SUB] Thường có. Còn nước bề mặt Có khi nguồn nước bị nhiễm bẩn
Khí H[SUB]2[/SUB]S Thường có. Còn nước Không có
SiO[SUB]2[/SUB] Thường có ở nồng độ cao. Còn nước bề mặt Có ở nồng độ trung bình
NO[SUB]3[/SUB][SUP]-[/SUP] Có ở nồng độ cao, do bị nhiễm bởi phân bón hoá học. Còn nước bề mặt Thường rất thấp
Vi sinh vật Chủ yếu là các vi trùng do sắt gây ra Nhiều loại vi trùng, virut gây bệnh và tảo. Còn các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều chất bẩn và luợng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất.
Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con người. Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và việc sử dụng phân bón hoá học…tất cả những loại chất thải đó theo thời gian nó sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh,nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ.
2. Một số quá trình cơ bản xử lý nước ngầm
Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước ngầm, tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm của nguồn nước ngầm, các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội…mà chúng ta sẽ lựa chọn công nghệ xử lý nước ngầm sao cho phù hợp. Tuy nhiên có một số quá trình cơ bản có thể áp dụng để xử lý nước ngầm được tóm tắt như bảng sau:
Quá trình xử lý Mục đích
- Làm thoáng - Lấy oxy từ không khí để oxy hoá sắt và mangan hoá trị II hoà tan trong nước.
- Khử khí CO2 nâng cao pH của nước để đẩy nhanh quá trình oxy hoá và thuỷ phân sắt, mangan trong dây chuyền công nghệ khử sắt và mangan.
- Làm giàu oxy để tăng thế oxy hoá khử của nước, khử các chất bẩn ở dạng khí hoà tan trong nước.
- Clo hoá sơ bộ - Oxy hoá sắt và mangan hoà tan ở dạng các phức chất hữu cơ.
- Loại trừ rong, rêu, tảo phất triển trên thành các bể trộn, tạo bông cặn và bể lắng, bể lọc.
- Trung hoà lượng ammoniac dư, diệt các vi khuẩn tiết ra chất nhầy trên mặt lớp các lọc.
- Quá trình khuấy trộn hoá chất - Phân tán nhanh, đều phèn và các hoá chất khác vào nước cần xử lý.
- Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn
- Tạo điều kiện và thực hiện quá trình dính kết các hạt cặn keo phân tán thành bông cặn có khả năng lắng và lọc với tốc độ kinh tế cho phép.
- Quá trình lắng - Loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn và bông cặn có khả năng lắng với tốc độ kinh tế cho phép, làm giảm lượng vi trùng và vi khuẩn.
- Quá trình lọc - Loại trù các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng, nhưng có khả năng dính kết lên bề mặt hạt lọc.
- Hấp thụ và hấp thụ bằng than hoạt tính
- Khử mùi, vị, màu của nước sau khi dùng phương pháp xử lý truyền thống không đạt yêu cầu.
- Flo hoá nước - Nâng cao hàm lượng Flo trong nước đến 0,6 – 0,9 mg/l để bảo vệ men răng và xương cho người dùng nước.
- Khử trùng nước - Tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng con lại trong nước sau bể lọc.
- Ổn định nước - Khử tính âm thực và tạo ra màng bảo vệ cách ly không cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặ trong th ành ống dẫn để bảo vệ ống và phụ tùng trên ống.
- Làm mềm nước - Khử ra khỏi nước các ion Ca[SUP]2+[/SUP] và Mg[SUP]2+[/SUP] đến nồng độ yêu cầu.
- Khử muối - Khử ra khỏi nước các cation và anion của các muối hoà tan đến nồng độ yêu cầu.
3. Khử sắt trong nước ngầm
3.1 Trạng thái tồn tại tự nhiên của sắt trong các nguồn nước
Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe[SUP]2+[/SUP]) là thành phần của các muối hoà tan như: Fe(HCO[SUB]3[/SUB])[SUB]2[/SUB]; FeSO[SUB]4[/SUB]…hàm lượng sắt có trong các nguồn nước ngầm thường cao và phân bố không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới đất sâu. Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước có mùi tanh và có màu vàng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất. Do đó, khi mà nước có hàm lượng sắt cao hơn giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì chúng ta phải tiến hành khử sắt.
Các hợp chất vô cơcủa ion sắt hoá trị II
Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị II:
· FeS, Fe(OH)[SUB]2[/SUB], FeCO[SUB]3[/SUB], Fe(HCO[SUB]3[/SUB])[SUB]2[/SUB], FeSO[SUB]4[/SUB], v.v…
Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị III:
· Fe(OH)[SUB]3[/SUB], FeCl[SUB]3[/SUB] …trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ, dễ dàng lắng đọng trong các bể lắng và bể lọc. Vì thế các hợp chất vô cơ của sắt hoà tan trong nước hoàn toàn có thể xử lý bằng phương pháp lý học: làm thoáng lấy oxy của không khí để oxy hoá sắt hoá trị II thành sắt hoá trị III và cho quá trình thuỷ phân, keo tụ Fe(OH)3 xảy ra hoàn toàn trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và các bể lọc
Các phức chất vô cơ của ion sắt với silicat, photphat.
· Các phức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic, funvic,…
· Các ion sắt hoà tan Fe(OH)[SUP]+[/SUP], Fe(OH)[SUB]3[/SUB] tồn tại tuỳ thuộcvào giá trị thế oxy hoá khử và pH của môi trường.
· Các loại phức chất và hỗn hợp các ion hoà tan của sắt không thể khử bằng phương pháp lý học thông thường, mà phải kết hợp với phương pháp hoá học. Muốn khử sắt ở dạng này phải cho thêm vào nước các
chất oxy hoá như: Cl[SUP]-[/SUP], KMnO[SUB]4[/SUB], Ozone, đã phá vỡ liên kết và oxy hoá ion sắt thành ion hoá trị III hoặc cho vào nước các chất keo tụ FeCl[SUB]3[/SUB], Al[SUB]2[/SUB](SO[SUB]4[/SUB])[SUB]3[/SUB] và kiềm hoá để có giá trị pH thích hợp cho quá trình đồng keo tụ các oại keo sắt và phèn xảy ra triệt để trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và bể lọc trong.
4. Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước
4.1 Phương pháp oxy hoá sắt
Nguyên lý của phương pháp này là oxy hoá (II) thành s ắt(III) và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng hyđroxyt sắt (III). Trong nước ngầm,sắt (II) bicacbonat là một muối không bền, nó dễ dàng thuỷ phân thành sắt (II)hyđroxyt theo phản ứng:
Fe(HCO[SUB]3[/SUB])[SUB]2[/SUB] + 2H[SUB]2[/SUB]O → Fe(OH)[SUB]2[/SUB]+ 2H[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB]
Nếu trong nước có oxy hoà tan, sắt (II) hyđroxyt sẽ bịoxy hoá thành sắt (III) hyđroxyt theo phản ứng:
4Fe(OH)[SUB]2[/SUB] + 2H[SUB]2[/SUB]O + O[SUB]2[/SUB] →4Fe(OH)[SUB]3[/SUB] ↓
Sắt (III) hyđroxyt trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc.
Kết hợp các phản ứng tr ên ta có phản ứng chung của quá trình oxy hoá sắt như sau:
4Fe[SUP]2+[/SUP] + 8HCO[SUB]3[/SUB][SUP]-[/SUP]+ O[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O →4Fe(OH)[SUB]3[/SUB] + 8H[SUP]+[/SUP] + 8HCO[SUB]3[/SUB][SUP]-[/SUP]
Nước ngầm thường không chứa ôxy hoà tan hoặc có hàm lượng ôxy hoà tan rất thấp. Để tăng nồng độ ôxy hoà tan trong nước ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng. Hiệu quả của bước làm thoáng được xác định theo nhu cầu ôxy cho quá trình khử sắt.

Trích google.
​