Đề tài Công nghệ xử lý nước nhiễm phèn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG ---eo0of--- XỬ LÝ NƯỚC CẤP Đề tài: GVHD: Cao Thị Thúy Nga. Lớp: CDMT10. Nhóm: Nguyễn Thị Yến Nhi. Hồ Tiểu Mi. Vũ Thị Lan. Lê Thành Yên . Nguyễn Đình Việt Hưng. TP.HCM, tháng 7, năm 2010. MỤC LỤC CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU I. Sự cần thiết: 1 II. Mục tiêu: 1 III. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: 1 IV. Phương pháp nghiên cứu: 1 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC NHIỄM PHÈN I. Tính chất: 2 1. Phèn sắt: 2 2. Phèn nhôm 2 II. Nguyên nhân nước nhiễm phèn. 3 III. Ảnh hưởng của nước chua phèn: 3 CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM PHÈN. I. Các biện pháp xử lý trong dân gian. 4 1. Lọc qua tro bếp: 4 2. Lọc nước qua lớp bã thơm đã được sấy khô: 4 II. Các phương pháp xử lý nước nhiễm phèn 4 1. Đối với nước phèn loại I: 4 2. Đối với nước phèn loại II: 4 3. Đối với nước phèn loại III: 4 III. Các phương pháp khử sắt có thể dùng trong công nghệ xử lý phèn. 5 1. Phương pháp hóa học: 5 1.1 Khử sắt bằng hoá chất 5 1.2 Khử sắt bằng vôi 5 1.3 Khử sắt bằng Clo 5 1.4 Khử sắt bằng Kali Permanganat (KMnO 4) 5 1.5 Khử sắt bằng ClO2: 5 1.6 Khử sắt bằng O3: 6 2. Phương pháp hóa lý: 6 2.1 DS3 – Hạt lọc xử lý nước phèn 6 2.2 Khử sắt bằng cách lọc qua lớp vật liệu đặc biệt 7 2.3 Khử phèn sắt bằng trao đổi ion 7 2.4 KDF 85 7 2.5 Vật liệu lọc FILOX-R đột phá trong công nghệ khử phèn: 7 3. Phương pháp oxy hoá sắt 8 4. Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng: 8 4.1 Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc 8 4.2 Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên 8 4.3 Làm thoáng cưỡng bức 9 5. Khử sắt bằng phương pháp vi sinh 9 IV. Một số giai đoạn về công nghệ khử sắt trong nước cấp 9 1. Giai đoạn đưa các hoá chất vào nước 9 2. Giai đoạn xử lý sơ bộ 9 3. Giai đoạn làm sạch 9 V. Một số thiết bị khử sắt thường được sử dụng 10 1. Làm thoáng đơn giản trên bề mặt bể lọc 10 2. Tháp làm thoáng tự nhiên 10 3. Tháp làm thoáng cưỡng bức 10 4. Bể lắng tiếp xúc 11 5. Bể lọc cặn sắt 11 VI. Công nghệ KATOX 11 VII. Một số phương pháp khác xử lý nước nhiễm sắt, phèn: 12 CHƯƠNG IV: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THÍCH HỢP I. Qui mô công nghiệp: 13 II. Qui mô hộ gia đình: 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 LỜI CẢM ƠN Chúng em, lớp CDMT10 xin gởi lời cảm ơn chân thành đến cô Cao Thị Thúy Nga, giáo viên hướng dẫn môn xử lý nước cấp, đã tận tình hướng dẫn để chúng em có thể hoàn thành tốt bài tiểu luận này. Đồng thời, chúng em cũng xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô quản lý thư viện đã giúp chúng em tìm tài liệu. LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, vấn đề cấp nước cho sinh hoạt và ăn uống đang là một vấn đề bức thiết và cần có sự quan tâm nhiều. Bởi vì, hầu hết người dân đều sử dụng nguồn nước cấp cho sinh hoạt mà nếu nguồn nước đó không được xử lý đúng cách thì nó sẽ gây ảnh hưởng rất lớn tới người tiêu dùng. Chẳng hạn như gây ra bệnh đau bao tử, các dụng cụ chứa nước đều bị ăn mòn, tắm rửa bị rộp da, nước có màu gây cảm giác mỹ quan không tốt… Vì vậy yêu cầu hiện nay là phải có các công nghệ xử lý thích hợp để xử lý các nguồn nước chưa đạt tiêu chuẩn thành nguổn nước đạt tiêu chuẩn cấp nước để cấp nước cho người dân, bảo đảm an toàn vệ sinh. Hiện tại, vấn đề xử lý nước chua phèn đang rất nóng bỏng và cần nhiều sự quan tâm của giới chuyên môn. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU I. Sự cần thiết: Hiện nay, khí hậu đang biến đổi thất thường, nắng nhiều, trái đất đang nóng lên từng ngày, sự bóc hơi nước cũng tăng theo là nguyên nhân dẫn đến tình trạng thiếu nước nghiêm trọng. Chính vì vậy việc tìm ra các công nghệ xử lý nước có hiệu quả là vấn đề cần thiết. II. Mục tiêu: Xử lý nước nhiễm phèn. III. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: Nước nhiễm phèn ở đồng bằng sông Cửu Long. IV. Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp phân tích chỉ tiêu: xem xét hàm lượng sắt, nhôm, sunfat, độ pH, độ màu, độ kiềm, điều kiện địa phương mà xây dựng công nghệ xử lý. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC NHIỄM PHÈN. I. Tính chất: Vào mùa mưa, nước mưa rửa trôi đất phèn, mang theo nhiều sắt, nhôm sunfat và axit mùn hữu cơ, chứa nhiều ion H+ và các muối thủy phân mang tính axit (AlCl3, Al2(SO4)3, FeCl3, Fe2(SO4)3, FeSO4. Nước phèn không có tính chất điệm (hàm lượng ion HCO3- và CO32- không có hoặc rất thấp). Vùng trũng, nước đọng chứa rất nhiều sunfat, ngược lại ở vùng có địa hình cao hàn lượng sunfat có trong nước ít hơn. Nước chua phèn được chia ra làm 3 loại: Thông số Loại I Loại II Loại III Độ màu Vàng đục Vàng đục Trong xanh pH 2.5 – 3.0 2.5 – 3.5 2.5 – 2.8 Độ kiềm 0 0 0 Hàm lượng sắt (mg/l) 30 – 120 25 – 70 2 – 10 Hàm lượng sunfat (mg/l) 800 – 5000 100 – 380 100 – 400 Hàm lượng nhôm (mg/l) - - 40 -20 Độ mặn (mg/l) - 180 - 1. Phèn sắt: Là một muối kép của sắt (III) sunfat với muối sunfat của kim loại kiềm hay amoni, ví dụ: kali sắt sunfat [K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O hay KFe(SO4)2.12H2O]. Ở dạng tinh khiết, Phèn sắt là tinh thể không màu, nhưng thường có màu tím vì có vết mangan; tan trong nước. Phèn sắt được điều chế bằng cách kết tinh hỗn hợp sắt (III) sunfat với muối sunfat của các kim loại kiềm hoặc amoni. Phèn sắt thường được dùng làm thuốc thử trong các phòng thí nghiệm. 2. Phèn nhôm: gồm hai loại: - Phèn nhôm đơn: Al2.(SO4)3.18H2O. - Phèn nhôm kép: muối kép của sunfat nhôm với sunfat kim loại kiềm hoặc amoni. Ÿ Kali nhôm sunfat hay phèn nhôm kali (thường gọi: phèn chua) [KAl(SO4)2.12H2O hay K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O]: Tinh thể lớn hình bát diện, trong suốt, không màu,vị chát, cảm giác se lưỡi; khối lượng riêng 1,75 g/cm3; tnc= 92oC; đun nóng đến 200oC thì mất nước kết tinh, thành phèn khan ở dạng bột trắng (thường gọi là phèn phi hoặc khô phèn) ít tan trong nước. Dung dịch phèn chua có tính axit, không độc. Tinh thể phèn tan trong nước tạo màng hiđroxit lắng xuống kéo theo các chất bẩn lơ lửng trong nước, vì vậy, nó được dùng làm trong nước; làm chất cầm màu trong nhuộm vải; chất kết dính trong ngành sản xuất giấy; làm thuốc thử trong các phòng thí nghiệm, dùng làm thuốc cầm máu bề mặt, lau rửa bộ phận cơ thể ra nhiều mồ hôi, rửa niêm mạc miệng, họng; làm thuốc rắc kẽ chân. Y học cổ truyền còn gọi phèn chua là bạch phèn. Bạch phèn có tính hàn, vào kinh tì, giải độc, sát khuẩn, cầm máu, chữa viêm dạ dày, ruột; dùng thêm các vị thuốc khác chữa đau răng. Phèn phi trộn với bột lưu huỳnh tán nhỏ và tá dược dùng bôi nách sau mỗi lần tắm để chữa chứng hôi nách. Ÿ Amoni nhôm sunfat hay phèn nhôm amoni [(NH4)2SO4.Al2(SO4)3.24H2O)]: tinh thể màu trắng, khối lượng riêng 1,65 g/cm3, tnc = 94,5oC. Dễ tan trong nước. Cũng dùng làm trong nước; là một thành phần của bột nở, bột chữa cháy; dùng trong mạ điện; trong y học, dùng làm thuốc lợi tiểu, gây nôn. II. Nguyên nhân nước nhiễm phèn. - Do nước mưa rửa trôi lớp đất có chứa các ion Fe2+, Fe3+, Al3+. Hình 2.1: Nước nhiễm phèn - Mạch nước ngầm chảy qua các tầng đất có các ion Fe2+, Fe3+, Al3+ ở dạng hòa tan, hòa tan vào trong nước. III. Ảnh hưởng của nước chua phèn: Khi người dân sử dụng nước bị nhiễm phèn mà chưa qua xử lý thì nó gây ra hậu quả: gây bệnh đau bao tử, các dụng cụ chứa nước đều bị ăn mòn, tắm rửa bị rộp da, loại nước có màu vàng đục có chứa nhiều phèn sắt gây cảm giác mỹ quan không tốt, loại nước trong xanh có chứa nhiều phèn nhôm, pH thấp, nếu dùng sẽ gây hư hại cho men răng, hệ tiêu hóa vì nước quá chua. Hàm lượng sắt lớn hơn 0.3 mg/l, mangan lớn hơn 0.1 mg/l làm hoen ố quần áo và các dụng cụ chứa trong nhà, hàm lượng nhôm cao sẽ làm nước có màu và gây lắng đọng trong các dụng cụ chứa, gây bệnh rối loạn thần kinh, gây loãng xương ở người già và ảnh hưởng tới chứa năng lọc máu của thận; lượng sunfat cao gây vị khó chịu cho nước dùng. Nếu nước chứa nhiều sunfat và magie sẽ gây tính nhuận trường. CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM PHÈN. Thành phần chủ yếu trong nước nhiễm phèn ion Fe2+ và Fe3+, vì vậy muốn xử lý nước nhiễm phèn thì cần phải xử lý, loại bỏ các ion Fe2+ và Fe3+ ra khỏi nước. I. Các biện pháp xử lý trong dân gian. 1. Lọc qua tro bếp: Liều lượng tro thay đổi 5 – 10 g/l nước, tro bếp có khả năng làm tăng pH, tăng độ kiềm HCO3-, giữ lại một phần sắt, nhôm. Nước qua lắng tro có vị ngọt, uống được nhưng phảng phất mùi tanh. 2. Lọc nước qua lớp bã thơm đã được sấy khô: Nước sau khi lọc có vị ngọt, làm cho ta có cảm giác uống được, độ pH vẫn còn quá thấp (pH<4), hàm lượng nhôm và sắt không giảm. Do vậy nếu sử dụng loại nước này để uống, người dân sẽ đưa vào cơ thể một số độc chất mà không hề hay biết. II. Các phương pháp xử lý nước nhiễm phèn 1. Đối với nước phèn loại I: Khử sunfat bằng kiềm hóa và bari để keo tụ thành BaSO4. Lắng và lọc qua giấy. Lượng SO42- giảm xuống còn 500 – 700 mg/l. Nhược điểm: không ổn định, liều lượng bari lớn, đắt tiền, không khống chế được bari dư trong nước dẫn đến gây độc cho người dùng. 2. Đối với nước phèn loại II: Kiềm hóa nước để nâng pH và khử sắt, sau đó lắng và lọc qua bể lắng cát. Nước sau xử lý có: - Độ pH: 6.5 - Độ kiềm tổng cộng: 50 – 100 mg/l CaCO3 - Sắt: có vết - Các chi tiêu khác đạt tiêu chuẩn nước ăn uống sinh hoạt. 3. Đối với nước phèn loại III: Kiềm hóa nước để nâng pH, khử nhôm và sắt. Tổng hợp hóa chất FeCl3, Na2CO3, PAC,có tác dụng tạo môi trường cho ion Al3+ chuyển về dạng hydroxit nhôm và các muối nhôm ở dạng keo như: Al(OH)SO4, Al2(OH)4SO4. Hóa chất tổng hợp này còn tạo trong nước nhân keo tụ mang điện tích dương, gây phản ứng đồng keo tụ với các ion sắt và nhôm trong nước. Các ion sunfat là những ion đối, có tác dụng mở rộng vùng phản ứng, nâng hiệu quả keo tụ. Sau xử lý, lượng ion SO42- trong nước giảm đi một phần do hấp phụ trên bề mặt keo và lắng. Đặc biệt hóa chất này còn tạo ra bông cặn to, nặng và dễ lắng. III. Các phương pháp khử sắt có thể dùng trong công nghệ xử lý phèn. 1. Phương pháp hóa học: 1.1 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 2S thì lượng ôxy thu được nhờ làm thoáng không đủ để ôxy hoá hết H2S và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng đến hoá chất để khử sắt. 1.2 Khử sắt bằng vôi Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên. Ở điều kiện giàu ion OH-, các ion Fe2+ 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 có thể 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. 1.3 Khử sắt bằng Clo Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau: 2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)3CaCl2 + 6H+ + 6HCO3- Khử sắt ở dạng hợp chất hữu cơ, pH>=5. Khi trong nước có chứa các hợp chất ammonia, clo tự do kết hợp tạo ra cloramin làm giảm tốc độ oxy hóa. 1.4 Khử sắt bằng Kali Permanganat (KMnO 4) Khi dùng KMnO4 để khử sắt, quá 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: 5Fe2+ + MnO4-+ 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O 1.5 Khử sắt bằng ClO2: Quá trình oxy hóa xảy ra theo phương trình phản ứng: Fe2+ + ClO2 + 3H2O g Fe(OH)3 + ClO2- + 3H+ Quá trình diễn ra khi pH>7 1.6 Khử sắt bằng O3: Phương trình phản ứng: Fe2+ + O3 + 2H2O g Fe(OH)3 + O2 + H+ Nhược điểm khi sử dụng O3 là tạo thành lớp váng nổi trên bề mặt và khó tách váng nổi đó ra khỏi. 2. Phương pháp hóa lý: 2.1 DS3 – Hạt lọc xử lý nước phèn Hạt lọc nước đa năng DS3 dùng xử lý nước nhiễm phèn, nước giếng…, đã được tặng giải thưởng Sáng tạo Khoa học công nghệ Việt Nam. Nhờ tính năng loại bỏ sắt, magan và các yếu tố độc hại khác, DS3 là sản phẩm bảo vệ sức khỏe trước hiện trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Với 50kg DS3 và vài thùng nhựa có thể tạo nên thiết bị lọc nước gia đình. Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước nhiễm phèn sử dụng DS3 Hình 3.2: Hạt lọc DS3 và DC3 2.2 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 Fe2+ thành Fe3+ 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. 2.3 Khử phèn sắt bằng trao đổi ion Cho nước đi qua vật liệu trao đổi ion. Các ion Fe2+ sẽ trao đổi với các ion H+ và Na+ trong thành phần của vật liệu lọc. Kết quả là Fe2+ được giữ lại trong thành phần của vật liệu lọc Các ion Ca2+ và Mg2+ cũng tham gia trong quá trình này. Phương pháp này vừa cho hiệu quả khử sắt cao, vừa làm mềm nước. 2.4 KDF 85 Được nâng cấp trên nguyên tắc trao đổi ion, phương pháp này đặc biệt hiệu quả và thích hợp cho gia đình. Linh hồn của phương pháp này nằm ở cấu tạo của vật liệu trao đổi ion. Đây là một hợp chất giữa Đồng và Kẽm, được hoạt tính hóa, vừa có thể trao đổi ion với Fe2+ vừa khử được mùi tanh, khử khuẩn mà không cần bất cứ hóa chất gì. 2.5 Vật liệu lọc FILOX-R đột phá trong công nghệ khử phèn: FILOX là một vật liệu oxy hóa khử phèn không dùng hóa chất, là sáng chế độc quyền của WATTS Water Technologies với những đặc điểm : - Cho lưu lượng cao nhất trong số tất cả các vật liệu khử sắt. - Tự động tái sinh mà không cần thêm bất cứ hóa chất gì. - Hiệu quả khử Mangan cao 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 Fe3+ sẽ làm giảm khả năng trao đổi của các ionic. Chỉ có hiệu quả khi khử nước ngầm có hàm lượng sắt thấp. Hình 3.3: Thiết bị lọc nước giếng nhiễm phèn 3. Phương pháp oxy hoá sắt Nguyên lý của phương pháp này là oxy hoá (II) thành sắt (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)3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3 Nếu trong nước có oxy hoà tan, sắt (II) hyđroxyt sẽ bị oxy hoá thành sắt (III) hyđroxyt theo phản ứng: 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3 ↓ 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 trên ta có phản ứng chung của quá trình oxy hoá sắt như sau: 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ + 8HCO3- 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. 4. Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng: 4.1 Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng dàn 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 m3/m2.h. Lượng ôxy hoà tan trong nước sau khi làm thoáng ở nhiệt độ 250C lấy bằng 40% lượng ôxy hoà tan bão hoà (ở 250C lượng ôxy bão hoà bằng 8,1 mg/l). Nguồn nước đầu vào có hàm lượng sắt không được lớn hơn 10 mg/l. Nước sau làm thoáng có pH>6.8, ammonia <1 mg/l. Khử được 30-35% CO2. Nhược điểm: không xử lý được nước có hàm lượng sắt cao. Nếu hàm lượng sắt cao mà không đủ khí O2 thì Fe2+ còn lại trong nước sẽ tạo thành kết tủa Fe3+ làm nghẹt đường ống. 4.2 Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bặc hay nhiều bậc với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. Lưu lượng tưới và chiều cao tháp 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%. 4.3 Làm thoáng cưỡng bức Cũng có thể dùng tháp làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m3/h. Lượng không khí tiếp xúc lấy từ 4 đến 6 m3 cho 1m3 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%. Ưu điểm: - Diện tích xây dựng nhỏ, công trình gọn nhẹ. - Kiểm soát được lượng khí cấp. - Tốc độ oxy hóa nhanh. - Có khả năng công nghệ hóa. 5. Khử sắt bằng phương pháp vi sinh Một số loại vi sinh có khả năng ôxy hoá sắt trong điều kiện mà 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. IV. Một số giai đoạn về công nghệ khử sắt trong nước cấp 1. 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… 2. 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 đ ược 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. 3. 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 6 mg/l và cần khử triệt để khí cacbonic, quy trình khử sắt sẽ bao gồm cả ba giai đoạn trên. Hình 3.4: Sơ đồ xử lý nước nhiễm phèn V. Một số thiết bị khử sắt thường được sử dụng 1. 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 cao 0,5 đến 0,6 m. Lưu lượng phun vào khoảng 10 m3/m2.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. 2. 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 5-6 mg/l. 3. 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 m3/m2.h. Lượng không khí cấp vào từ 4 đến 6m3 cho 1m3 nước cần làm thoáng. 4. 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 dẫn diễn ra hoàn toàn, đồng thời tách một phần cặn 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 20 m/h. 5. 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. Hình 3.4: Hệ thống xử lý nước nhiễm phèn 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 1,2 m, tốc độ lọc lấy từ 5 đến 10 m/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 12 l/m2.s. Nếu sử dụng bể lọc 2 lớp gồm antraxit và cát thạch anh thì hiệu quả xử lý sẽ cao hơn. VI. Công nghệ KATOX Công nghệ có tên gọi là “KATOX” có nghĩa là oxy hoá xúc tác, cho phép xử lý nước hàm lượng cao, cung cấp nước sử dụng cho sinh hoạt. Đã áp dụng cho rất nhiều điểm trên phạm vi toàn quốc. Sau nhiều năm sử dụng, thiết bị vẫn chạy ổn định và đảm bảo chất lượng· Nguồn nước ban đầu là: nước ngầm, nước sông, nước hồ ao … Ưu điểm: Công nghệ hiện đại, thiết bị gọn nhẹ, sử dụng đơn giản, tính bền vững cao, ít phải bảo trì, giá thành hợp lý. VII. Một số phương pháp khác xử lý nước nhiễm sắt, phèn: Đối với nước nhiễm phèn, ta xử lý ô nhiễm bằng vôi sống. Lấy 10g vôi sống cho vào 140l nước, sau đó để nước lắng xuống, gạn lấy nước trong. Nước nhiều sắt thường có màu vàng, mùi tanh. Cách đơn giản để làm sạch nước nhiễm sắt là đổ nước vào thùng, khuấy lên nhiều lần rồi để lắng, chắt lấy nước trong. Có thể dùng phèn chua để xử lý nước nhiễm phèn sắt. Phèn chua giã nhỏ (nửa thìa cho 25 lít nước) đổ vào thùng quấy nhiều lần để sắt và phèn kết tủa lắng dần xuống đáy. Ngoài ra có thể xử lý bằng phương pháp sục khí, qua giàn mưa và bồn lắng, lọc để khử sắt. Làm giàn mưa bằng ống nhựa, khoan 150 - 200 lỗ có đường kính từ 1,5mm đến 2 mm tùy theo công suất máy bơm đang sử dụng. Dưới cùng của bể lọc là lớp sỏi dày khoảng 1 gang, trên lớp sỏi là lớp cát dày khoảng 2,5 - 3 gang. Phương pháp này có thể kết hợp xử lý được một số chất khác với hàm lượng thấp như: Hydrogen sulfite H2S, Amoniac, Asen. CHƯƠNG IV: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THÍCH HỢP I. Qui mô công nghiệp: Đối với qui mô công nghiệp thì nên chọn phương pháp xử lý làm thoáng là hiệu quả nhất. Nước ngầm nhiễm phèn Bể phản ứng Tháp oxy hóa Bể lắng tiếp xúc Bồn lọc áp lực Hóa chất Quạt thổi khí Không khí Xả cặn Vật liệu lọc Bể lọc nổi Nước sạch Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước nhiễm phèn Theo công nghệ này, nước ngầm từ giếng khoan được bơm vào bể phản ứng, pha hóa chất rồi đưa lên tháp oxy hóa để loại bỏ khí CO2 và nâng pH của nước về giá trị trung hòa. Không khí được cấp vào tháp oxy hóa nhờ quạt thổi khí, chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ và tạo thành các bông cặn lơ lửng trong nước. Nước ra khỏi tháp oxy hóa được dẫn vào bể lắng để lắng các bông cặn tạo ra trong quá trình keo tụ. Cặn lắng định kỳ được xả ra nhờ van xả bùn tự động ở đáy bể. Sau khi qua bể lắng, nước tự chảy vào bể lọc nổi theo chiều từ dưới lên trên, qua lớp vật liệu nổi là các hạt polystyren. Tiếp đó, nước đi vào bồn lọc áp lực để loại bỏ hoàn toàn các cặn lơ lửng nhỏ còn sót lại trước khi đem đi sử dụng. Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn của Bộ Y tế cho ăn uống và sinh hoạt. Giá thành xử lý 1m3 nước cấp từ 1.000 đến 1.200 đồng. Ta lựa chọn công nghệ này vì những ưu điểm sau: các thiết bị lọc được chế tạo bằng thép và lắp ráp lại thành cụm, khi cần di dời thì chỉ cần tháo các ống nối, thời gian xây dựng lắp đặt nhanh. Mặt trong thiết bị được phủ epoxy chống ăn mòn, tăng thời gian sử dụng. Hệ thống được điều khiển hoàn toàn tự động, chiếm mặt bằng chỉ khoảng 50% so với công nghệ truyền thống là bể xây xi măng. Chu kỳ vận hành (lọc) lâu hơn công nghệ truyền thống do ít bị tắc nghẽn. Hệ thống còn có thiết bị kiểm tra, giám sát áp lực hệ thống để xác định chu kỳ lọc Hình 4.2: Hệ thống xử lý nước cấp nhiễm phèn sắt. Hình 4.3: Hệ thống xử lý nước cấp nhiễm phèn sắt. II. Qui mô hộ gia đình: Nước ngầm nhiễm phèn Bể chứa Bể lọc ngược Lọc tinh Nước sạch Thiết bị sục khí Không khí Vật liệu tiếp xúc Nước ra Hình 4.4: Sơ đồ công nghệ xử lý nước nhiễm phèn Hoạt động: Quy trình kỹ thuật của hệ thống bắt đầu các công đoạn như sau: Nước từ giếng ngầm (hoặc giếng khơi) bơm lên bể, được bổ sung ôxy không khí đề ôxy hóa một phần sắt có mặt trong nước. Nước sẽ được dẫn qua bộ phận để nước phun thành tia (hoặc tạo mưa rơi) vào thùng nhằm loại bỏ khí CO2, nâng cao độ pH, đồng thời là quá trình lấy ôxy từ không khí để ôxy hóa các nguyên tố kim loại có mặt trong nước (chủ yếu là sắt). Tại đây, trong quá trình nước đi vào thùng chứa, các khí có mùi hôi sẽ thoát ra. Để quá trình ôxy hóa diễn ra hoàn toàn, nhờ một thiết bị sục khí ôxy không khí để chuyển hóa toàn bộ sắt thành kết tủa, các tạp chất sẽ bị kết tủa kéo theo và lắng tụ xuống đáy bình. Sau đó, nước tự động đi qua hệ thống lọc ngược, lọc sơ và hệ thống lọc tinh để trở thành nước sạch. Các chỉ tiêu chất lượng nước, đặc biệt là hàm lượng sắt tổng số (Fe), sau khi qua hệ thống xử lý đều đạt yêu cầu chất lượng so với tiêu chuẩn TCVN 5502:2003. Ưu điểm: - Công nghệ đơn giản, hệ thống dễ làm, dễ sử dụng, giá thành thấp. - Mô hình xử lý nước ngầm nhiễm phèn và hệ thống cấp nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình rất phù hợp với các hộ dân nghèo. - Hiệu quả kinh tế khá lớn. Sử dụng hệ thống xử lý nước ngầm nhiễm phèn và cấp nước tự động quy mô hộ gia đình tiết kiệm được 70-75% chi phí so với việc dùng nước máy. Mô hình này có thể nhân rộng ở những vùng sâu, vùng xa địa hình cách trở trong tỉnh, chấm dứt dần tình trạng người dân phải sử nước ngầm nhiễm phèn trong ăn uống sinh hoạt, góp phần giảm bệnh tật, đặc biệt là các bệnh liên quan đến đường ruột... [công nghệ này đã được áp dụng tại các địa phương như Lộc Thủy, Lộc Tiến, Lộc Vĩnh... (huyện Phú Lộc) ]. Hiện nay, trên thế giới vẫn còn một số nước thiếu nước sinh hoạt nghiêm trọng. Ví vậy việc tìm ra công nghệ xử lý nước hiệu quả là một vấn đề bức thiết và cần được sự quan tâm của tất cả các nước trên thế giới. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, Ts. Trịnh Xuân Lai, NXB Xây dựng, Hà Nội 2008. www.apollo.net.vn hoặc info@apollo.net.vn tuvanmoitruong.com locnuoctoana.com.vn www.techmartvietnam.com.vn