Chương 6: Khử sắt và mangan

giao trinh xu ly nuoc cap chuong 6

KHU SAT

© Sat có chứa trong cả nước mặt va nw

ngâm

e Trong nước mặt: Fe thường tôn tại ở

dạng Fe": thường là Fe(OH); dưới dạng

keo, huyền phù => loại ỏ cùng với độ đục

e Trong nước ngâm: Fe thường tôn tại

dưới dạng Fe2: trong các muôi hòa tan (

Fe(HCO.,).,; FeSO¿)

e Nước có hàm lượng sat cao thường có

mùi tanh, nhiêu cặn ban mau vang => anh hưởng xâu đến chất lượng nước ăn

uông, sinh hoạt, sản xuất

6666 se°666 eceeeee

3

KHỬỨ SÁT BẰNG PHƯƠNG

PHÁP LÀM THOẢNG

e Bản chất: làm giàu oxi trong nước đề tăng

cường chuyên hóa Feˆ: thành Fe: => kêt

KHỬỨ SÁT BẰNG PHƯƠNG

PHÁP LÀM THOẢNG

e Chuyên hóa Fe2: thành Fe3+ trong môi trường tự

đo (thường dùng giàn mưa hay quạt gió)

-_ PTPU: Fe(HCO,), = 2HCO,- + Fe?+

Sau đó: 4Fe?* + O, + 10 H,O = Fe(OH), + 8H:

Đông thời: H: + HCO,2 = H,O + CO,

Tốc độ phản ứng:

K: hang số phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ và

chât xúc tác a d[Fe” ] _ [Fe ].[O, ] L

KHỬỨ SÁT BẰNG PHƯƠNG

PHÁP LÀM THOẢNG

e Phản ứng oxi hóa Fe“: và thủy phân Fe:

trong môi trường dị thể của lớp vật liệu

lọc

.- Làm thoáng đề cung cấp oxi cho nước

- Khi làm thoáng, Fe”: oxi hoá thành Fe:

với tỷ lệ nhỏ

- Quá trình oxi hoá Fe?: thành Fe”: và

thuỷ phân Fe3: thành Fe(OH), chủ yêu

xảy ra trong lớp vật liệu lọc

-_ Thời gian tạo thành lớp màng phụ thuộc

vào: Cỡ hạt, chiêu dày lớp vật liệu lọc, tốc

độ lọc, hàm lượng cặn

-_ Thời gian luyện: 140 —- 330h

- Quy phạm: pH > 6,8; [Fe?+] < 15 mg/I, Độ oxi

hóa < [0,15(Fe^:).5] mg/I O,, NH¿! < 1mg/I,độ

màu < 159

KHỬỨ SÁT BẰNG PHƯƠNG

PHÁP LÀM THOẢNG

e Oxi hóa Fe“+ thành Fe”: khi có mặt lớp màng

xuc tac Mangan oxit

- Lớp màng mangan oxit là chât xúc tác làm tăng

quá trình chuyên hóa Fe“+ => FeỶ* ngay cả khi

pH thấp

- PTPƯ:

MnOMn.O- +4Fe(HCO.,) +2H.,O => 3MnO, +4Fe(OH)„ + 8CO,,

2Fe?+ + Cl; + 6H;O = 2Fe(OH)„ + Cl + 6H:

3Fe*+ +KMnO, + 7H,0 = 3Fe(OH); + MnO, +K* + 5H"

- Trong phản ứng, đề oxi hoá img Fe2+ can 0,64 mg Cl,

hoặc 0,94mg KMnO,, kiêm của nước giảm đi

0; 01 8mgdi/l

- Dùng chất oxi hoá mạnh phản ứng xảy ra nhanh hơn,

pH môi trường thấp hơn (pH<6) pp làm thoáng

KHỬỨ SÁT BẰNG PHƯƠNG

PHAP DUNG HOA CHAT

e Khử sắt bằng vôi:

Khử sắt bằng vôi thường kết hợp với quá trình làm

ôn định nước hoặc làm mêm nước

-_ Quá trình khử sắt bằng vôi xảy ra theo 2 trường

hợp:

+ Trường hợp nước có oxi hòa tan:

4Fe(HCO.) + O, + 2H,O + 4Ca(OH), => 4Fe(OH);+ 4Ca(HCO.),

+ Trường hợp nước không có oxi hòa tan:

Fe(HCO.), + Ca(OH), => FeCO„ + CaCO, + H,O

CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ SÁT KHÁC

e Khử sắt bằng trao đổi cation

- Cho nước đi qua lớp vật liệu lọc có khả

băng trao đồi iôn Các ion H: và Na: có

trong vật liệu lọc sẽ trao đổi với ion Fe2+

có trong nước:

2([K]Na + Fe(HCO,), => [K],Fe + 2NaHCO,

2[K]H + Fe(HCO.) => [K],Fe + H,CO

- Cation duoc tai sinh bang HCI, NaCl

HCI + [K],Fe => [K]H + FeCl

NaCl + [K],Fe => [K]Na + FeCl,

CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ SÁT KHÁC

e Khử sắt bằng điện phân:

e Khử sắt bằng vi sinh vật

e Khử sắt ngay trong lòng đất

SY BIEN DOI THANH PHAN, TINH

CHÁT CỦA NƯỚC KHI KHỬ SÁT

e Sự biến đôi pH:

- Quá trình chuyên Fe2+ => Fe3+ làm giảm pH

của nước

._ pH thấp quá trình trên xảy ra chậm

-_ Điều kiện: pH = 7-7,5 nêu pH < 7 thì sẽ

khong khw het sắt trong nước

- Nâng pH lên bằng cách kiêm hóa nước và

táng hiệu quả đuôi CO, ra khỏi nước.

SY BIEN DOI THANH PHAN, TINH

CHÁT CỦA NƯỚC KHI KHỬ SÁT

e Độ kiêm của nước:

Độ kiềm của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khử sắt

và có liên hệ trực tiếp với độ PH của nước

Độ kiềm càng lớn, lượng CO, tự do trong nước càng nhỏ thì

độ pH của nước càng cao

- Độ kiêm trong nước cao là do trong nước có nhiều mudi

bicacbônat, các muối này không bên vững, dễ dang tách ra CO,

tu do

- - Đề oxi hóa và thủy phân img Fe“' thì tiêu thụ 0,143 mg O, đồng

thời làm tăng 1,60 mg CO, và độ kiềm giảm 0, 036 mgd/l

- 6 kiém ctla nước sau khi khử sắt:

Ki = Ki, — 0,036 CFe,?+ mgdl/I

Trong do:

Ki,: d6 kiém ban dau cua nuéc ngudn (mgdl/l)

CFeg?: : hàm lượng sắt của nước nguôn (mgI])

SY BIEN DOI THANH PHAN, TINH

CHÁT CỦA NƯỚC KHI KHỬ SÁT

e Hàm lượng CO, tự do trong nước

- Quá trình khử sắt sẽ tạo thành CO; tự

do, quá trình làm thoáng phân lón CO, tự

do sẽ giải phóng

- Hàm lượng CO, còn lại trong nước sau

làm thoáng xác định theo công thức:

C(coay = C,coạy (1-a) + 1,6.CFeg^+ (mg/l)

C(coaj0: hàm lượng CO, của nước nguôn

a: hiệu quả khử CO, cả công trình làm thoáng

SY BIEN DOI THANH PHAN, TINH

CHÁT CỦA NƯỚC KHI KHỬ SÁT

+ Phun mưa trực tiếp trên bể lọc: a = 0,3 — 0,35(ứng

với chiều cao phun mua 2 1m, cường độ tưới < 10

+» Nếu pH < 6,8 thì không sử dụng phương pháp khử

sắt làm thoáng độc lập (pha vôi, CI, lọc, xúc tác)

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP

KHU’ SAT

Thí nghiệm xác định khả năng khử sắt bằng làm

thoáng đơn giản và lọc

Mô hình: Ông lọc bằng thủy tỉnh hay nhựa trong (d

> 50mm), bên trong đồ cát dày 1m (d=0,8-1,8mm)

- Thí nghiệm: Đưa nước vào ông nghiệm đến độ cao cách ông lọc 0,4m Tốc độ lọc 6-8m/h trong 10

ngày Lây mẫu nước phân tích hàng ngày Nếu sau 10 ngày hàm lượng sắt chưa đạt yêu câu =>

lọc với tốc độ 5m/h trong 1 tuân nữa nếu k đạt yêu

câu => pp làm thoáng k hiệu quả

Mô hình: Dùng các chậu đục lỗ làm giàn mưa:

+ chậu 1:d=100mm; khoan 100 lỗ & day, d,, = 0,5mm

+ Chậu 2: d=150mm, khoan 225 lỗ, d,, = 0,5mm

+ Chậu 3: Không khoan lỗ, có đường kính lớn nhất

-_ Tiến trình: lay 5I nước giêễng đồ vào chậu 1, cường độ

tưới: 10m3/m^ —- h => chậu 2 => chậu 3( dé 30p loc qua

ông lọc với tốc độ 5m/h=> phân tích mẫu nước sau lọc

- Thay đồi: cường độ tưới, thời gian lắng, tốc độ lọc => điều kiện tôi ưu

Nếu sau nhiêu thí nghiệm không đưa lại hiệu quả => pp

không phủ hợp

+ Lay 5 bình dung tích 2l => đỗ lượng nước

như nhau vào các bình => cho vôi vào với

lượng khác nhau, khuây trong 2h => lọc

như tn†1 => chọn mẫu đạt yêu câu với lượng või nhỏ nhất

+ Nếu bình có lượng vôi lớn nhất ma pH < 8,3

- 8,4 thì cho thêm vôi vào đề đạt pH đó

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP

KHU’ SAT

e Thí nghiệm xác định khả năng khử Fe bằng

CI — lăng tiễp xúc — lọc

tiên hành tương tự thí nghiệm 3 nhưng thay vôi

bằng CI, thời gian lắng là 45p

CÁC BƯỚC TIỀN HÀNH LỰA

CÁC BƯỚC TIỀN HÀNH LỰA

- Néu_ pH 2 6,8; độ kiêm 2 1mgdi/I thì áp

dụng pp làm thoáng tự nhiên băng giản

mưa đề khử sát

- Nếu không đạt thì sang bước 3

CÁC BƯỚC TIỀN HÀNH LỰA

Nếu pH 2 6,8; độ kiềm > 1mgđi/I thì áp dụng pp

khử sắt băng làm thoáng cưỡng bức

Nêu không đạt thì xây dượng thêm 1 bê lọc xúc

tác trước bê lọc trong

Nếu làm thoáng không đạt thì phải dùng hóa

chat

CÔNG NGHỆ KHỬ SÁT

TRONG NƯỚC NGÀM

e Công nghệ khử sắt bằng làm thoáng:

-_ Sơ đô 1: làm thoáng đơn giản và loc:

+ Làm thoáng bằng giàn ông khoan lỗ: giàn phân phối các ông dạng hình xương cá có đục lỗ, d.= 5

— 7mm, h2 0,6m, v= 1,5-2m/s, cường độ mưa §s

10m3/m2-h

+ Làm thoáng bằng hệ thống 2 máng tràn:v= 0,4 —

0,8m/s, h> 0,6m nước từ máng 1 sang 2 qua hệ

thông răng cưa

- Bé loc nhanh:(tương tự bề lọc nhanh pho thong):

chiêu dày vat liéu loc: 1-1,2m; v=7-10m/h

CÔNG NGHỆ KHỬ SÁT

TRONG NƯỚC NGÀM

-_ Phạm vi áp dụng: hàm lượng Fe<15mgiÏ; độ oxi hoa s [0,15(Fest).5] mg/l O2; NH4 <1

mg/l; d6 mau s 15°, pH sau khi lam thoang 2

6,8; dé kiém con lai > (1 + Fe*+/28) mgdl/|

Uu diém:

+ Công trình xử lý đơn giản

+ Hiệu quả xứ lý cao và ôn định

+ Chu kỳ lọc kéo dài do tồn that ap lực trong

lớp vật liệu tăng chậm

CÔNG NGHỆ KHỬ SÁT

TRONG NƯỚC NGÀM

-_ Sơ đồ 2: Giàn mưa - lắng tiếp xúc - lọc

+ Giàn mưa: là công trình làm thoáng tự nhiên, có

khả năng thu được lượng ôxi hòa tan bằng 5%

lượng ôxi bão hòa và có khả năng khử được 75-

80% lượng CO, trong nước, nhưng lượng CO,

còn lại sau làm thoáng không xuống thấp hơn 5-

6mgi

Cấu tạo: Hệ thống phân phối nước; Sàn tung nước; Sàn đồ lớp vật liệu tiếp xúc; hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước; sàn và ông thu nước

CÔNG NGHỆ KHỬ SÁT

TRONG NƯỚC NGÀM

Tính toán giàn mưa:

Diện tích mặt bằng của giàn mưa:

F= Q/q,,

Trong đó: Q: lưu lượng nước xử ly (m3/h)

q„: Cường độ mưa (10-15 m3/m2-h)

Giàn mưa được chia thành N ngăn, bố trí thành

hàng vuông góc với hướng gió chính

Diện tích 1 ngăn: f=F/N (m2)

-_ Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc: *ˆ KAC,

G: lượng CO; tự do cân khử

K: hệ số khử lây theo tiêu 3) G = Ee (kg/h)

C„: lực động trung bình của quá trình khử khí 100

G được tính theo công thức:

G: Công suất trạm xử lý

C: lượng CO, tự do don vi lay di dé tăng độ pH lên 7,5

C, = 1,64Fe*+ + (C,-—C,) (mg/l)

trong do:

Cđ: Co2 tự do ban đâu trong nước nguồn

Ct: CO, tính toán ứng với pH = 7,5 và độ kiềm của nước nguồn

CÔNG NGHỆ KHỬ SÁT

TRONG NƯỚC NGÀM

Trong đó:

f,,: Diện tích tiếp xúc đơn vị ( theo bảng)

F,„: Diện tích bê mặt tiếp xúc của giàn mưa

-_ Chiều dày vật liệu mỗi tang: 0,3 — 0,4m

- Đường kính ông dẫn nước lên giàn mưa

tương ứng với tốc độ: 0,8-1,2m/s

- Ông dẫn nước rửa ứng với tốc độ: 1- 1,5m/s

- Ống nước rửa sàn tung: d= 20mm

- Ống thoát khỏi sàn: d=100-200mm

CÔNG NGHỆ KHỬ SÁT

TRONG NƯỚC NGÀM

e Bê lắng tiếp xúc:

- Chức năng chính của bê lắng tiếp xúc là để cho

Fe? tiếp xúc với ôxi của không khí tạo điều kiện

cho quá trình oxi hóa và thủy phân sắt diễn ra

hoàn toàn, đồng thời giữ lại 1 phân bông cặn nặng trước khi đưa sang bê lọc

-_ Thời gian nước lưu trong bề t = 30 — 45 phút

Khi công suất trạm xử lý nhỏ hơn 30.000m3/ngđ

=> sử dụng bề lắng đứng tiếp xúc

Khi công suất trạm xử lý nước ngâm Q >

30.000m3/ngđ thì dùng bề lắng ngang tiếp xúc

+ Theo TCXD — 33: 1985 thùng quạt gió giải

phóng được 85 — 90% CO, hoa tan trong

nước, lượng ôxi hòa tan lây bằng 70% lượng bão hòa

+ Làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép, tiết

diện tròn hoặc vuông

CÔNG NGHỆ KHỬ SÁT

TRONG NƯỚC NGÀM

e Câu tạo thùng quạt gió:

Hệ thông phân phối nước: Có dạng hình xương

cá giông như hệ thông phân phối trở lực lớn

trong bê lọc

- Lớp vật liệu tiếp xúc: Có thể là một ván gỗ rộng

200 mm, dày 10 mm, đặt cách nhau 50 mm thành

một lớp, lop no xép vuong goc voi lop kia Vat

liệu tiếp xúc đặt trên sàn bêtông có khe hở dé thu nước phía dưới

Giản thu nước co xiphông: Nước xuông sản

thu nước trước khi dân xuống bề lắng tiếp xúc phải qua xiphông

CÔNG NGHỆ KHỬ SÁT

TRONG NƯỚC NGÀM

e Công nghệ khử sắt bằng hóa chất

Áp dụng: Khi sắt tồn tại dưới dạng các chất

không tan, dùng biện pháp khử sắt băng làm thoáng không mạng lại hiệu qủa

- Khử sắt bằng vôi: khi sắt ở dạng keo, PH,

độ kiêm Ki thâp => dùng vôi khử sắt

lượng vôi cân lây:

CaO = 0,8 CO, + 1,8 Fe (mg/l)

+ Khử Fe dùng KMnO, diễn ra rat nhanh vi can

MnO vừa được tạo thành lại là nhân tô xúc tác

quá trình khử Fe

+ Đề khử 1mg Fe2: cân 0,564 mg KMnO,