3.2 Khử sắt bằng phương pháp dùng hóa chất - Khử sắt bằng các chất oxy hóa mạnh: Các chất oxy hóa mạnh thường được sử dụng để khử sắt là: Cl2, KMnO4,..... Thí nghiệm 2: Xác định khả năn
KHỬ SẮT TRONG NƯỚC NGẦM 6
Nguyên lí khử sắt 6
Trao đổi ion là phương pháp hiệu quả để loại bỏ tạp chất dạng ion trong nước, giúp làm sạch nguồn nước một cách triệt để hơn cả nước cất Chất lượng nước sau xử lý bằng phương pháp này thường cao hơn, đảm bảo an toàn cho sinh hoạt, ăn uống, sản xuất và vận hành các lò hơi trong nhà máy điện Vì vậy, trao đổi ion đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước, là bước không thể thiếu trong cấp nước sạch.
2 Mục đích bài thí nghiệm
- Giúp sinh viên nắm vững kiến thức học môn lý thuyết các quá trình hóa học về quá trình trao đổi và khử các ion.
- Phân tích sự biến đổi pH trong quá trình trao đổi ion.
- Nghiên cứu quá trình trao đổi ion theo chiều dày lớp nhựa trao đổi ion.
- Xác định dung lượng trao đổi làm việc của nhựa trao đổi ion.
- Xác định hiệu quả ion của nhựa anion, cation và hỗn hợp nhựa.
Nhựa trao đổi ion được sử dụng trong xử lý nước cấp nhằm mục đích khử cứng và khử khoáng Khử cứng giúp loại bỏ các ion Mg²⁺ và Ca²⁺, từ đó giảm độ cứng của nước Trong khi đó, khử khoáng nhằm loại bỏ hầu hết tất cả các ion có trong nước, đảm bảo nguồn nước đạt tiêu chuẩn cao về chất lượng.
Khử cứng: cho nước cần xử lý chảy qua cột nhưa cation ở dạng RNa
2RNa + SO4 2- ↔ R 2 Ca + Na 2 SO 4
2RNa + MgSO4 ↔ R 2 Mg + Na 2 SO 4 Khi lớp nhựa cation mất hiệu lực, người ta tái sinh bằng muối ăn NaCl
Khử khoáng: cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa cation và nhựa anion riêng rẽ hay qua một cột kết hợp cả nhựa cation và nhựa anion.
RSO 3 H + NaCl ↔ RSO 3 Na + HCl
2RSO 3 H + Na 2 SO 4 ↔ RSO 3 Na + H 2 SO 4
RSO 3 H + NaHCO 3 ↔ RSO 3 Na + H 2 O + CO 2
2RSO 3 H + Na 2 CO 3 ↔ 2RSO 3 Na + H 2 O + CO 2
Khi lớp nhựa cation và anion mất hiệu lực, người ta tái sinh bằng dung dịch HCl và dung dịch NaOH như sau:
RSO 3 Na + HCl ↔ RSO 3 H + H 2 O + NaCl
4.2 Tính toán mẫu nước ban đầu
- Nồng độ Ca 2+ và Mg 2+ là 50 mg/L
- Thể tích mỗi thùng là 80L.
=> Khối lượng CaCl 2 2H 2 O và MgSO 4 7H 2 O cần để pha vào các thùng tương ứng để đạt nồng độ như trên là:
- Chuẩn bị dụng cụ, hóa chất cần thiết và hệ thống cột nhựa ion, đóng tất cả các van.
Pha CaCl2.H2O và MgSO4.7H2O vào hai bồn nước theo lượng đã tính toán để đảm bảo nồng độ Ca²⁺ và Mg²⁺ đạt mức 50 mg/L Sau khi pha chế, nước được đưa vào hệ thống trao đổi ion để điều chỉnh và duy trì chất lượng nước phù hợp Việc kiểm soát chính xác lượng CaCl2 và MgSO4 là yếu tố quan trọng giúp duy trì nồng độ ion tối ưu trong quá trình xử lý nước Hệ thống trao đổi ion hoạt động hiệu quả nhờ vào việc cung cấp lượng ion cần thiết để tối đa hóa quá trình trao đổi và nâng cao hiệu quả xử lý nước.
Mở các van và cấp nước từ hai bồn vào hệ theo tỷ lệ 1:1 để đảm bảo cung cấp lượng nước đều đặn Bật bơm và điều chỉnh sao cho lưu lượng nước không vượt quá 0.5 để đảm bảo quá trình bơm nước vào các cột cation và anion diễn ra hiệu quả Việc kiểm soát lưu lượng nước giúp duy trì hoạt động ổn định của hệ xử lý nước, nâng cao hiệu quả trao đổi ion.
Trong quá trình trao đổi ion, giá trị pH của nước ra khỏi cột cation và anion được ghi nhận liên tục để theo dõi sự biến đổi của môi trường dưới tác động của quá trình này Đồng thời, nồng độ các ion Ca²⁺, Mg²⁺, SO4²⁻ và Cl⁻ trên các mẫu nước lấy ở các độ cao khác nhau tại các thời điểm 15 phút, 30 phút, 1 giờ, 2 giờ, và 3 giờ đều được xác định chính xác Việc đo lường này giúp đánh giá quá trình trao đổi ion diễn ra hiệu quả như thế nào và cách các ion này thay đổi theo thời gian trong từng mẫu nước tại các độ cao khác nhau của cả hai cột.
- Kết thúc sau 3 giờ chạy, ghi nhận giá trị pH và xác định nồng độ các ion
𝐶𝑎 2+ , 𝑀𝑔 2+ , S𝑂 42− , 𝐶𝑙 − trong mẫu nước khỏi cột anion.
5.2 Các bước phân tích các chỉ tiêu
- pH: Sử dụng dung dịch đo pH và bảng màu để so sánh
Số liệu đường chuẩn SO 2− :
Dãy 4 màu chuẩn thể hiện mối quan hệ giữa độ hấp thu Abs và nồng độ SO₂⁻ (mg/L), được mô tả bằng đồ thị đường chuẩn dạng y = ax + b Đường chuẩn này giúp xác định chính xác nồng độ SO₂⁻ dựa trên giá trị độ hấp thu đo được, đảm bảo kết quả phân tích đúng chuẩn Việc xây dựng đồ thị đường chuẩn là bước quan trọng trong phân tích quang học, giúp xác định nồng độ SO₂⁻ một cách nhanh chóng và chính xác Công thức y = ax + b là công cụ then chốt trong việc diễn giải dữ liệu từ đồ thị đường chuẩn, phù hợp với các quy trình phân tích hóa học chuyên nghiệp.
Phương trình đường chuẩn: y = 0,0156x + 0,0163
15 phút 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút
- Độ cứng tổng: Độ cứng (mg CaCO3/L) = V1 ×
- V1: Thể tích dung dịch EDTA dùng để chuẩn độ mẫu (mL)
- C: Nồng độ mol/L của EDTA (= 0.01M)
- V mẫu : Thể tích mẫu lấy phân tích (mL)
15 phút 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút
- Độ cứng Ca 2+ Độ cứng Ca 2+ (mg CaCO3 V1 × C × 100 × 1000
V1 × C × 40 × 1000 Nồng độ Canxi (mg/L) Trong đó:
- V1: Thể tích dung dịch EDTA dùng để chuẩn độ mẫu (mL)
- C: Nồng độ mol/L của EDTA (= 0.01M)
- V mẫu : Thể tích mẫu lấy phân tích (mL)
15 phút 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút
- Độ cứng Mg 2+ Độ cứng Magie = Độ cứng tổng – Độ cứng Canxi
15 phút 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút
15 phút 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút
- V1: Thể tích dung dịch AgNO3 0.0141N dùng để chuẩn độ mẫu (mL)
- V0: Thể tích dung dịch AgNO3 0.0141N dùng để chuẩn độ mẫu trắng (mL)
- 0.0141: Nồng độ đương lượng của AgNO3 (N)
15 phút 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút
6.1 Giải thích sự chênh lệch pH giữa các cột và sự thay đổi pH trong quá trình trao đổi ion
Ta có giá trị pH ban đầu là 7
Khi nước qua cột A (cột anion), các ion 𝑂𝐻− trong lớp nhựa anion sẽ trao đổi với các anion trong nước như SO₄²⁻ và Cl−, giúp loại bỏ các ion âm có trong nước Quá trình này đảm bảo các ion âm bị giữ lại trong cột thay thế cho các ion trong nước, nâng cao chất lượng nước sạch và đạt chuẩn.
Khi ion OH− tự do tăng, nó sẽ làm tăng pH của nước Mặc dù các giá trị pH đo được trong cột A không có xu hướng tăng hoặc giảm rõ ràng theo thời gian, nhưng chúng luôn duy trì ở mức cao hơn giá trị pH ban đầu là 7, cho thấy sự ảnh hưởng của ion hydroxide tự do đến độ kiềm của nước.
Khi nước qua cột B (cột cation), các ion H+ từ hạt cationit sẽ trao đổi với các cation của muối hòa tan trong nước, làm giảm pH của nước Mặc dù giá trị pH không thay đổi rõ rệt theo thời gian, nhưng vẫn luôn cao hơn so với giá trị pH của cột A, phản ánh quá trình trao đổi ion diễn ra một cách ổn định.
6.2 Nhận xét ái lực trao đổi của các ion
Hằng số cân bằng của chất trao đổi ion có thể được xác định thực nghiệm và hiện diện trong bảng dữ liệu Trong đó, hằng số cân bằng của nhựa cationit tính axit mạnh dạng HR đối với các loại cation trong nước là một thông số quan trọng Loại nhựa này còn được gọi là nhựa Amberlit IR-120, thường được sử dụng trong các quá trình trao đổi ion để loại bỏ hoặc điều chỉnh nồng độ cation trong nước Việc hiểu rõ hằng số cân bằng giúp tối ưu hóa hiệu quả của quá trình xử lý nước bằng nhựa cationit mạnh dạng HR.
Dựa vào mối tương quan giữa hằng số cân bằng và ái lực ta có thể kết luận ái
Dựa trên số liệu thực nghiệm, hiệu suất trao đổi ion của các cột lọc đạt mức cao, đảm bảo hiệu quả trong quá trình xử lý nước Tuy nhiên, các chỉ số về độ cứng tổng, độ cứng canxi, và độ cứng magie không cho thấy xu hướng tăng hoặc giảm rõ rệt, cho thấy tính ổn định của quá trình xử lý và cần xem xét thêm các yếu tố ảnh hưởng khác để nâng cao hiệu quả.
Cột A có hiệu suất xử lý cao hơn nhờ vào mức độ ái lực trao đổi ion cao Trong suốt quá trình xử lý, nồng độ ion SO4 2- và Cl- không thay đổi đáng kể, chứng tỏ ion có ái lực trao đổi thấp Điều này cho thấy khả năng trao đổi ion của cột A vượt trội hơn, phù hợp cho các ứng dụng xử lý nước yêu cầu hiệu quả cao.
6.3 Xác định dung lượng trao đổi làm việc của hệ trao đổi ion sau 3 giờ
Ta có nồng độ các ion theo đơn vị mmol/L của:
Loại ion Ca 2+ Mg 2+ Cl
Loại ion Ca 2+ Mg 2+ Cl
6 Vậy dung lượng trao đổi làm việc của ion sau 180 phút là:
Mg 2+ Cl - SO 4 2- Dung lượng
6.4 Nhiệm vụ của em trong bài thí nghiệm là gì? Em học được gì qua nhiệm vụ mà em được phân công?
Họ và tên Nhiệm vụ Kinh nghiệm nhận được
Phân tích chỉ tiêu độ cứng Ca 2+ , tính toán lượng hoá chất cần cho vào.
Hiểu rõ quy trình phân tích chỉ tiêu giúp xác định chính xác lượng hóa chất cần thiết để pha mẫu theo nồng độ mong muốn Việc này đảm bảo kết quả phân tích chính xác, tin cậy và phù hợp với tiêu chuẩn Đoàn Ngọc nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tính toán chính xác lượng hóa chất nhằm tối ưu hóa quá trình chuẩn bị mẫu, giảm thiểu sai số và nâng cao hiệu quả công việc.
Phân tích chỉ tiêu 𝑆𝑂 4 2− Biết cách phân tích các chỉ tiêu của nước
Vận hành mô hình, phân tích chỉ tiêu 𝐶𝑙 −
Nắm được quy trình vận hành hệ thống, biết cách phân tích chỉ tiêu.
Phân tích độ cứng tồng và đo pH
Biết cách phân tích các chỉ tiêu của nước
Trong lĩnh vực xử lý nước thải, công nghệ Jartest là một mô hình hiệu quả được sử dụng rộng rãi trong nước trong và ngoài nước Phương pháp này có khả năng loại bỏ độ đục, độ màu của nước cấp, cũng như giảm các chỉ số như COD, BOD5 và SS của nhiều loại nước thải công nghiệp Việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp Jartest giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, đảm bảo chất lượng nước đạt tiêu chuẩn, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Do đó, nghiên cứu và áp dụng thí nghiệm Jartest là rất cần thiết trong chiến lược xử lý nước thải hiện nay.
Trong xử lý nước thải, các hạt cặn có kích thước khác nhau, từ các cặn lớn hơn 10^-4 mm có thể được loại bỏ bằng phương pháp xử lý cơ học như lắng lọc Tuy nhiên, các hạt nhỏ hơn độ lớn này không thể tự lắng xuống mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng trong nước.
Phương pháp xử lý dựa trên quá trình keo tụ và tạo bông là biện pháp xử lý hiệu quả các hạt cặn lơ lửng trên.
Các phương pháp khử sắt 6
Có nhiều phương pháp khử sắt của nước ngầm, có thể chia làm ba nhóm chính như sau:
- Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng.
- Khử sắt bằng phương pháp dùng hoá chất.
- Các phương pháp khử sắt khác.
3.1 Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng
Phương pháp khử sắt bằng làm thoáng giúp làm giàu oxy trong nước, tạo điều kiện để oxi hóa Fe²⁺ thành Fe³⁺ và hình thành hợp chất dễ lắng cặn Fe(OH)₃ Quá trình này có thể thực hiện bằng cách làm thoáng tự nhiên hoặc nhân tạo, giúp nâng cao hiệu quả loại bỏ sắt trong nước Sau khi làm thoáng, quá trình oxy hóa tiếp tục, hình thành các hợp chất ít tan như Fe(OH)₃, dễ dàng được loại bỏ qua hệ thống lọc Phương pháp này không những làm giảm hàm lượng sắt mà còn cải thiện chất lượng nước, đảm bảo an toàn và phù hợp cho sinh hoạt.
Fe 2+ và thuỷ phân Fe 3+ có thể xảy ra trong môi trường tự do, môi trường hạt hay môi trường xúc tác.
Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là muối không bền vững, thường phân ly theo dạng sau:
Nếu trong nước có oxy hoà tan, quá trình oxy hoá và thuỷ phân diễn ra như sau:
4 Fe 2+ + O 2 + 10H 2 O 🙜 4 Fe(OH) 3 + 8H + Đồng thời xảy ra phản ứng phụ H + + HCO 3 - 🙜 H 2 O + CO 2
Tốc độ phản ứng được biểu diễn theo phưong trình (phương trình của Just)
Trong đó: V: vận tốc oxi hoá
[Fe 2+ ]; [H + ]; [O2]: nồng độ của các ion Fe, H và oxi.
K: hằng số tốc độ phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ và chất xúc tác Khi tất cả ion Fe 2+ hoà tan trong nước đã chuyển hóa thành bông cặn Fe(OH)3, việc loại bỏ các bông cặn ra khỏi nước được thực hiện ở bể lọc chủ yếu theo cơ chế giữ cặn cơ học.
3.2 Khử sắt bằng phương pháp dùng hóa chất
- Khử sắt bằng các chất oxy hóa mạnh:
Các chất oxy hóa mạnh thường được sử dụng để khử sắt là: Cl2, KMnO4,
Khi cho các chất oxy hóa mạnh vào nước, phản ứng diễn ra như sau:
2 Fe 2+ + Cl2 + 6 H2O 🙜 2 Fe(OH)3 + 2 Cl - + 6 H +
3 Fe 2+ + KMnO4 + 7 H2O 🙜 3 Fe(OH)3 + MnO2 + K + + 5H +
Trong phản ứng, để oxy hoá 1 mg Fe 2+ cần 0,64 mg Cl2 hoặc 0,94 mg KMnO4.
Phương pháp khử sắt bằng vôi thường được áp dụng kết hợp với các quá trình làm ổn định hoặc làm mềm nước để nâng cao hiệu quả xử lý Khi thêm vôi vào nước, quá trình khử sắt diễn ra theo hai trường hợp chính, giúp loại bỏ kim loại sắt một cách tối ưu Áp dụng kỹ thuật này không chỉ giúp loại bỏ sắt hiệu quả mà còn góp phần nâng cao chất lượng nước sạch, đảm bảo tiêu chuẩn an toàn vệ sinh.
Trường hợp nước có oxi hòa tan: vôi được coi như chất xúc tác, phản ứngkhử sắt diễn ra như sau:
4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O + 4 Ca(OH)2→ Fe(OH)3↓ + 4 Ca(HCO3)2
Sắt(III) hydroxit được tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và được giữ lại hoàn toàn trong bể lọc.
Trong trường hợp không có oxy hoà tan: khi cho vôi vào nước, phảnứng diễn ra như sau:
Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2→ FeCO3 + CaCO3 + 2H2O Sắt được khử dưới dạng FeCO3 chứ không phải hydroxit sắt.
3.3 Một số phương pháp khử sắt khác
- Khử sắt bằng trao đổi cation.
- Khử sắt bằng điện phân.
- Khử sắt bằng phương pháp vi sinh.
- Khử sắt ngay trong lòng đất.
Chuẩn bị 8
- Tính toán lượng phèn sắt 10 g/L cho vào giếng (V = 72 L) để đạt nồng độ phèn sắt là 5 mg/L trong giếng.
- Tính toán lượng clorine 70% cần dùng để khử hết lượng phèn sắt có nồng độ A = 30 mg/L có trong giếng Biết 1 mg Fe bi ̣khử bởi 0,64 mg Clorine 5%.
- Lượng phèn cho vào bể:
4.3 Dụng cụ thí nghiệm, hóa chất
- Găng tay chịu nhiệt: 1 đôi
5.1 Quy trình chạy mẫu của 2 phương pháp
Thí nghiệm 1: Xác định giá trị pH tối ưu, thời gian tối ưu
Nước cấp trong bể chứa nước thô có hàm lượng sắt khoảng 5ppm, ở các giá trị pH khác nhau như: 5,5 – 6,5 – 7,5.
Mở van 1 và van 2 để bắt đầu quá trình, sau đó bật bơm để bơm nước thô lên giàn mưa với lưu lượng 4 lít/phút, kèm theo việc sục khí để làm thoáng hệ thống Quá trình phản ứng diễn ra trong vòng 15 phút, trong đó sục khí giúp chuyển đổi sắt آهن Fe²⁺ thành Fe³⁺ hiệu quả Việc kiểm soát van và bơm đúng quy trình đảm bảo quá trình oxy hóa diễn ra thuận lợi, nâng cao chất lượng nước sau xử lý.
Mở van 3 và van 4, đồng thời đóng van 1 và van 2 để bắt đầu quá trình bơm nước qua cột lọc cát với lưu lượng từ 1,5 đến 2 lít/phút Tiếp theo, lấy mẫu nước tại van số 5 để xác định hàm lượng sắt trong nước cấp đã qua xử lý Quá trình phân tích được thực hiện dựa trên sự thay đổi thời gian phản ứng từ 5 đến 15 phút, giúp theo dõi quá trình chuyển hóa Fe²⁺ thành Fe³⁺ hiệu quả nhất.
Thí nghiệm 2: Xác định khả năng khử sắt bằng phương pháp làm thoáng
Nước cấp có hàm lượng sắt khoảng 30ppm, ở các giá trị pH = 7.
Nước cấp được bơm lên giàn mưa và sục khí làm thoáng.
Thời gian phản ứng để quá trình chuyển hóa Fe²⁺ thành Fe³⁺ xảy ra trong khoảng 15 phút Sau đó, tiếp tục bơm nước qua cột lọc để loại bỏ tạp chất và xác định hàm lượng sắt tổng trong mẫu nước cấp đã xử lý Quá trình này giúp đảm bảo nước sạch đạt tiêu chuẩn, an toàn cho sinh hoạt và sản xuất.
Thí nghiệm 3: Khử sắt trong nước cấp bằng phương pháp dùng hóa chất
(Clorine) Xác định lượng hóa chất tối ưu và khảo sát sự thay đổi pH
Nước cấp có hàm lượng sắt khoảng 30ppm, ở giá trị pH = 7.
Cho dung dịch Clorine 5% vào ở liều lượng cần thiết để chuyển hóa hoàn toàn
Quá trình chuyển đổi Fe²⁺ thành Fe³⁺ diễn ra trong vòng 15 phút, giúp loại bỏ hiệu quả các ion sắt trong nước cấp Sau khi phản ứng hoàn tất, tiến hành bơm nước qua cột lọc để loại bỏ các tạp chất, đảm bảo nước sạch và an toàn Cuối cùng, xác định hàm lượng sắt trong mẫu nước đã qua xử lý để kiểm tra hiệu quả của quá trình xử lý và đảm bảo chất lượng nước đạt tiêu chuẩn.
5.2 Số liệu trước khi thí nghiệm
- Tính toán lượng phèn sắt 10 g/L cho vào giếng (V = 72 L) để đạt nồng độ phèn sắt là 5 mg/L trong giếng.
- Tính toán lượng clorine 70% cần dùng để khử hết lượng phèn sắt có nồng độ
A = 5 mg/L có trong giếng Biết 1 mg Fe bi ̣khử bởi 0,64 mg Clorine 5%.
- Lượng phèn cho vào bể: 5×72×0,64×5% = 16,457g Clorine
- Tính toán lượng phèn sắt 10 g/L cho vào giếng (V = 72 L) để đạt nồng độ phèn sắt là 30 mg/L trong giếng.
- Tính toán lượng clorine 70% cần dùng để khử hết lượng phèn sắt có nồng độ
A = 30 mg/L có trong giếng Biết 1 mg Fe bi ̣khử bởi 0,64 mg Clorine 5%.
- Lượng phèn cho vào bể: 30×72×0,64×5% = 98,74g Clorine
5.3 Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng
- Xác định khả năng khử sắt bằng phương pháp làm thoáng.
5.4 Phương pháp dùng hóa chất (dùng Clorine 70%)
Xác định khả năng khử sắt bằng phương pháp dùng hóa chất.
5.6 Số liệu và kết quả tính toán
Dung dịch chuẩn Fe 2+ 5 mg/L (mL) 0 2 4 6 8 10
Dung dịch đệm AmoniumAcetate (mL) 5 5 5 5 5 5
Dung dịch đệm 1,10 – phenanthroline (mL) 2 2 2 2 2 2
C dãy chuẩn thu được (mg/L) 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2
Xác định pH tối ưu và thời gian tối ưu
Mẫu pH 6,5 5 phút 10 phút 15 phút
Mẫu pH 7,5 5 phút 10 phút 15 phút
Nồng độ Fe đầu ra (mg/L)
Nồng độ Fe đầu vào (mg/L)
Phương pháp làm thoáng tối ưu về mặt kinh tế giúp tiết kiệm chi phí Việc sử dụng oxi không khí hoàn toàn không tốn chi phí cho hóa chất, mang lại hiệu quả cao trong quá trình làm thoáng Đây là giải pháp tiết kiệm, hiệu quả và an toàn cho các doanh nghiệp, đảm bảo không gây ảnh hưởng đến môi trường hay ngân sách.
Khử sắt bằng phương pháp sử dụng hóa chất (Clorin) là giải pháp tối ưu về hiệu quả xử lý sắt, đặc biệt khi pH > 5.5, giúp quá trình xử lý diễn ra nhanh chóng hơn Theo lý thuyết, tại pH trên 5.5, tốc độ xử lý của Clo2 vượt trội so với quá trình oxy hóa bằng O2, từ đó nâng cao hiệu quả khử sắt so với phương pháp làm thoáng Điều này hợp lý vì phản ứng của Clo2 với sắt diễn ra mạnh mẽ hơn trong điều kiện pH phù hợp, giúp loại bỏ sắt hiệu quả và nhanh chóng hơn.
6.1 Nêu các nguyên nhân tạo ra sắt trong nước ngầm
Cây nước mặn chứa nhiều hợp chất sulfat, khi phân hủy trong điều kiện yếm khí, sulfat chuyển thành hydrosulfua (HS) Quá trình này giúp khử oxy trong đất, tạo điều kiện hình thành các khoáng chất sắt như sunfua sắt (FeS) do phản ứng với phù sa bồi tụ Theo thời gian, FeS dần chuyển thành khoáng pyrite (FeS2), tích tụ thành các lớp tầng dày, góp phần hình thành các mảng trầm tích đặc trưng của môi trường nước mặn.
Quá trình hình thành H2SO4 từ oxy hóa pyrite là nguyên nhân chính gây nhiễm phèn đất và nước Các yếu tố như mực nước biển hạ thấp, oxy hòa tan trong mưa rồi thấm vào đất, cây cối chuyển từ thân lá xuống rễ, và con người khai phá đất tạo điều kiện cho oxy xâm nhập sâu vào đất Đây là cơ hội để vi sinh vật Thiobacillus ferrooxidans hoạt động mạnh mẽ, oxy hóa pyrite, và sinh ra acid sulfuric gây suy thoái đất, ảnh hưởng tiêu cực đến nông nghiệp và môi trường.
Các sản phẩm của quá trình này: H2SO4, Fe 3+ cùng với ion kali có sẵn trong đất kết hợp thành khoáng jaroste KFe3(SO4)2(H2O)6.
Môi trường có tính axit mạnh làm chậm quá trình oxy hóa pyrite theo cơ chế hoá sinh, trong khi đó quá trình phân hủy pyrite tạo ra ion Fe²⁺ theo cơ chế hoá học lại diễn ra mạnh mẽ hơn.
Quá trình phản ứng FeS2 với Fe3+ tạo ra Fe2+ chính là nguyên nhân hình thành ion Fe2+ trong nước phèn Quá trình oxy hóa và phân hủy pyrite gây ra sự tích tụ của các ion H+, SO42-, Fe2+, và Al3+ trong đất phèn, dẫn đến giảm pH và tăng tính khử của môi trường Ngoài ra, điều kiện pH thấp và tính khử cao còn thúc đẩy hòa tan nhiều kim loại khác như mangan, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng đất và nước.
Chất hữu cơ trong nước ngầm là một trong những nguyên nhân chính gây nhiễm phèn sắt Fe²⁺ tan trong nước ngầm khi tiếp xúc với không khí sẽ bị oxy hóa thành hiệp khí sắt (III), dẫn đến hiện tượng kết tủa và tạo ra các cặn gây đục, giảm chất lượng nước Hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp đến độ trong và an toàn của nguồn nước ngầm, đòi hỏi các biện pháp xử lý phù hợp để bảo vệ sức khỏe người sử dụng.
Các sản phẩm của phản ứng này ở dạng keo, lởn vởn trong nước, rất khó lắng. Đây là hiện tượng nước bị phèn sắt Fe2O3 có màu nâu đậm.
6.2 Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử sắt trong nước ngầm? Giải thích từng yếu tố
Tốc độ phản ứng của quá trình oxy hóa và thủy phân Fe²⁺ thành Fe³⁺ phụ thuộc vào lượng oxy hòa tan trong nước, với tốc độ tăng khi nồng độ oxy hòa tan tăng lên Quá trình oxy hóa 1 mg sắt (II) tiêu thụ khoảng 0,143 mg oxy, cho thấy mối liên hệ giữa oxy hòa tan và tốc độ phản ứng Ngoài ra, pH của nước là yếu tố quyết định thời gian oxy hóa và thủy phân Fe³⁺ trên công trình, khi pH cao hoặc thấp ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý sắt trong hệ thống.
Sắt (II) thành sắt (III)
Hóa chất Tỉ số Tốc độ
0.14 mg O2/mg Fe Chậm ở pH=7
Nhanh ở pH=8 Clo và dẫn xuất Dioxit Clo 0.64 mg Cl2/mg Fe Rất nhanh
1.2 mg ClO2/mg Fe Rất nhanh
Ozon 0.43 mg O3/mg Fe Rất nhanh
Kali Permanganat (KMnO4) 0.9mg KMnO4/mg Fe Rất nhanh
Thời gian tối ưu của quá trình keo tụ.
Tốc độ lọc qua bể tiếp xúc thường đạt từ 5 đến 20 m/h, tùy thuộc vào thời gian lưu nước cần thiết và lượng cặn loại bỏ Đảm bảo hàm lượng cặn còn lại đi qua bể lọc đợt I không vượt quá 15 mg/L để duy trì hiệu quả xử lý nước Các yếu tố này giúp tối ưu quy trình lọc, giảm thiểu tắc nghẽn và nâng cao chất lượng nước sau quá trình xử lý.
Tốc độ lọc qua bể lọc trong: lấy 3 – 9 m/h tùy thuộc vào chiều dày và cỡ hạt của lớp vật liệu lọc và thời gian lưu nước cần thiết.
Hàm lượng sắt cao gây kết tủa.
6.3 Các thông số nào cần chú ý khi vận hành mô hình khử sắt? Giải thích từng thông số Độ nhớt của nước thô:
Khi độ nhớt của nước cần xử lý giảm, trở lực thủy lực cũng giảm, giúp nâng cao hiệu suất tách rắn – lỏng Thực tế, vận hành cột lọc vào mùa hè thường hiệu quả hơn mùa đông do độ nhớt của nước giảm theo temperatur, tạo điều kiện tối ưu cho quá trình lọc.
Kích thước của các hạt vật liệu lọc:
Kích thước hạt vật liệu lọc là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình lọc Khi chọn kích thước hạt nhỏ hơn, hiệu suất tách chất bẩn tăng lên nhờ vào việc tăng diện tích bề mặt lọc, giúp nâng cao khả năng lọc sạch Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu có kích thước hạt nhỏ cũng đồng nghĩa với việc gia tăng trở lực lọc, làm giảm dòng chảy và đòi hỏi hệ thống phải hoạt động mạnh mẽ hơn để duy trì hiệu quả lọc tối ưu.
Kích thước của các hạt lơ lửng trong nước:
Nội dung thí nghiệm 10
5.1 Quy trình chạy mẫu của 2 phương pháp.
5.3 Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng
5.4 Phương pháp dùng hóa chất (dùng Clorine 70%)