Nghiên cứu các loại vật liệu học để lọc sắt và mangan trong nước ngầm của xí nghiệp cấp nước Trung An trạm cấp nước Gò Vấp

Mục tiêu nghiên cứu Mục đích của nghiên cứu được đặt ra là: sử dụng các loại vật liệu lọc khác nhau vật liệu lọc đa năng ODM – 2F, cát thạch anh, sỏi đỡ, Ferrolite để xác định hàm lượng

Mở đầu

Mở đầuĐặt vấn đề:

Nước là tài nguyên quan trọng nhất của loài người và sinh vật trên trái đất.Con người mỗi ngày cần 250 lít nước cho sinh hoạt; 1500 lít nước cho sinh hoạt công nghiệp và 2000 lít nước cho hoạt động nông nghiệp Nước chiếm 99% trọng lượng sinh vật trong môi trường nước và 44% trọng lượng cơ thể con người Để sản xuất 1 tấn giấy cần 250 tấn nước, 1 tấn đạm cần 600 tấn nước và 1 tấn chất bột cần 1000 tấn nước…

Ngoài chức năng tham gia vào chu trình sống, nước còn là chất mang năng lượng (hải triều, thủy năng), chất mang vật liệu và tác nhân điều hòa khí hậu, thực hiện các chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên Có thể nói sự sống của mọi con người và mọi sinh vật trên trái đất phụ thuộc vào nước

Nước sinh hoạt hiện nay đang là vấn đề quan tâm của tất cả mọi người, nhất là ở những khu vực không có nguồn nước sinh hoạt và cả những khu vực đã có nguồn cấp nhưng thất thường không đảm bảo Vấn đề này ảnh hưởng rất nhiềuđến chất lượng cuộc sống và sản xuất của người dân

Hiện nay trên thế giới vẫn còn 1/3 dân số trên thế giới sống trong tình trạng thiếu nguồn nước để sinh hoạt hàng ngày Nếu không có biện pháp thích ứng trong việc phân phối và tái tạo nguồn nước thì theo ước tính đến năm 2025 sẽcó 2/3 dân số không đủ nước để sử dụng Trên thế giới, lượng nước ngầm bị thất thoát hàng năm là 160 tỷ m3 nước, tương đương lượng lương thực nông phẩm cho nhân loại Do đó việc xử lý và tái sử dụng nước thải sinh hoạt của người dân là ưutiên hàng đầu Thêm nữa, nếu lượng nước thải hồi không được xử lý số nước này sẽ làm ô nhiễm mạch nước ngầm khiến cho tình trạng khan hiếm nước sạch càng tăng thêm

Thành phố Hồ Chí Minh là một đô thị lớn, không những giữ vai trò trung tâm kinh tế, văn hóa, du lịch … đối với khu vực phía Nam mà còn là đầu mối giao lưu và cửa ngõ hướng ra thế giới của Việt Nam Với chính sách đổi mới mở cửa, TPHCM đã quyết tâm thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, TPHCM đã hình thành thêm các quận mới, các khu đô thị mới và các khu công nghiệp tập trung, đồng thời với công trình chỉnh trang lại các khu vực nội thành cũ (chương trình kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè), giải tỏa nhiều xóm nhà ổ chuột, xây dựng nhiềukhu dân cư mới.

Tốc độ phát triển đô thị nhanh chóng cùng với nhịp độ tăng trưởng của các ngành nghề, dịch vụ du lịch, nhịp độ tăng trưởng dân số với mức sống ngày càng được nâng cao của người dân thành phố đòi hỏi phải đáp ứng nhiều nhu cầu cần thiết, trong đó có các nhu cầu cấp bách liên quan đến cuộc sống hàng ngày của người dân như : thông tin liên lạc, giao thông, điện, nước … Trong đó đặc biệt nhấtlà cung cấp nước sạch đảm bảo vệ sinh và đạt tiêu chuẩn cho người dân Vì vậy việc nghiên cứu xử lý chất lượng nước ngầm là rất cần thiết

Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu được đặt ra là: sử dụng các loại vật liệu lọc khác nhau (vật liệu lọc đa năng ODM – 2F, cát thạch anh, sỏi đỡ, Ferrolite) để xác định hàm lượng sắt và mangan của nước ngầm sau khi qua hệ thống lọc so với tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định số

1329/2002/BYT – QĐ, ngày 18/4/2002) và tiêu chuẩn chất lượng nước sạch dùng thiết kế các công trình xử lý nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt ( TCXDVN 33:2006)

Nội dung nghiên cứu

Xác định các tính chất của vật liệu lọc:

 Độ bền cơ học.

Xác định hàm lượng sắt, mangan, độ kiềm, độ pH, độ oxy hòa tan, tổng chất rắn hòa tan (TDS)

Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng các loại vật liệu lọc khác nhau nhằm xác định hàm lượng sắt và mangan, độ pH, độ kiềm, độ oxy hòa tan, tổng chất rắn hòa tan (TDS) xem loại vật liệu lọc nào phù hợp với chất lượng nước theo yêu cầu của tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT – QĐ, ngày 18/4/2002) và tiêu chuẩn chất lượng nước sạch dùng thiết kế các công trình xử lý nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt (TCXDVN 33:2006)

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nước ngầm được Công ty Cấp nước Trung An khaithác và xử lý cung cấp nước cho khu vực quận Gò Vấp và quận 12

Phạm vi nghiên cứu để xác định các hàm lượng sắt và mangan, độ pH, độ kiềm, độ oxy hòa tan, tổng chất rắn hòa tan (TDS) được thực hiện tại phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN XÍ NGHIỆP

CẤP NƯỚC TRUNG AN

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển về Xí nghiệp Cấp nước Trung An1.2 Mô hình tổ chức của Xí nghiệp Cấp nước Trung An

1.3 Xí nghiệp Cấp nước Trung An trạm Cấp nước Gò Vấp1.4Cơ cấu tổ chức bộ máy và chức năng nhiệm vụ của các Ban – Đội – Trạm thuộc Xí nghiệp cấp nước Trung An

1.4.1 Cơ cấu tổ chức bộ máy1.4.2 Chức năng nhiệm vụ của các Ban – Đội – Trạm 1.4.3 Trạm cấp nước Gò Vấp

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN XÍ NGHIỆP CẤP NƯỚC TRUNG AN 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của xí nghiệp cấp nước trung an

Xí nghiệp Cấp nước Trung An được thành lập ngày 25/12/2005 theo quyết

định số 336/QĐ-TCT-TCNS trực thuộc Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn trên cơ sởtổ chức lại Xí nghiệp Khai thác nước ngầm trước đây

Xí nghiệp Cấp nước Trung An là một đơn vị hoạch toán kinh tế phụ thuộc, được đăng ký kinh doanh quy định pháp luật, có con dấu riêng để giao dịch, được mở tài khoản chuyên dùng tại ngân hàng và có phạm vi hoạt động theo sự phân cấp – ủy quyền của Tổng công ty ( Cấp nước Sài Gòn)

 Xí nghiệp Cấp nước Trung An có các ngành nghề kinh doanh như sau:

 Quản lý, phát triển hệ thống cấp nước, khai thác, sản xuất và cung ứng, kinh doanh nước sạch cho nhu cầu tiêu dùng, sản xuất (trên địa bàn được phân công theo quyết định của Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn)

 Tư vấn xây dựng các công trình cấp nước, công trình dân dụng – công nghiệp

 Thiết kế, lập dự án, thẩm tra thiết kế các công trình cấp nước, dân dụng và công nghiệp

 Thi công xây dựng công trình cấp nước

 Tái lập mặt đường đối với các công trình chuyên ngành cấp nước và các công trình khác

 Trụ sở giao dịch của Xí nghiệp Cấp nước Trung An:

Số 66, đường Trần Quốc Tuấn, phường 1, quận Gò Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh

1.2 Mô hình tổ chức của xí nghiệp cấp nước Trung An

(Hình 1: Mô hình tổ chức của Xí nghiệp Cấp nước Trung An) 1.3 Xí nghiệp cấp nước trung an trạm cấp nước gò vấp

(Hình 2: Mô hình tổ chức của trạm Gò Vấp)

Trưởng trạm

Phó trạm Tổ trưởng sản xuất

1.4 Cơ cấu tổ chức bộ máy và chức năng nhiệm vụ của các ban, đội, trạm thuộc xí nghiệp cấp nước Trung An

1.4.1 Cơ cấu tổ chức bộ máy:

Xí nghiệp được tổ chức, quản lý điều hành bởi 01 Giám đốc theo chế độ thủ trưởng, giúp việc cho Giám đốc có 03 Phó giám đốc Các thành viên của Ban Giám đốc Xí nghiệp do Tổng giám đốc bổ nhiệm có thời hạn theo quy định của Tổng công ty Mô hình tổ chức bộ máy của Xí nghiệp gồm các ban – đội chuyên môn, nghiệp vụ thực hiện các nhiệm vụ được phân công theo từng lĩnh vực công tác, bao gồm:

 Ban Giám đốc:

- Giám đốc

- Phó giám đốc phụ trách Khối nội chính và Kinh doanh

- Phó giám đốc phụ trách Khối kỹ thuật và Xây dựng cơ bản

- Phó giám đốc phụ trách Khối sản xuất

 Các ban, đội, trạm:

- Ban Tổ chức – Hành chánh

- Ban Kế toán – Vật tư – Tổng hợp

- Ban Kỹ thuật – Công nghệ

- Ban Quản lý dự án

- Ban Kiểm tra – Kiểm toán

- Ban Kế toán – Tài chính

- Đội thu tiền

- Đội Quản lý đồng hồ nước

- Đột Thi công – tu bổ

- Trạm cấp nước Bình Trị Đông

- Trạm cấp nước Gò Vấp

Chức năng nhiệm vụ cụ thể của từng ban – đội do Giám đốc chi nhánh quyđịnh trên cơ sở các quy định chung về tổ chức – hoạt động của hệ thống bộ máy

do Tổng công ty ban hành Mỗi ban, đội được chia thành nhiều tổ chuyên môn – nghiệp vụ để đảm bảo việc giải quyết công việc theo từng lĩnh vực công tác đượcgiao

1.4.2 Chức năng nhiệm vụ của các Ban – Đội – Trạm

 BAN TỔ CHỨC - HÀNH CHÁNH :

 Chức năng :

 Công tác tổ chức nhân sự :

Căn cứ vào kế hoạch và yêu cầu sản xuất của Xí Nghiệp, chủ động đề xuất với Ban Giám Đốc về việc sắp xếp tổ chức bộ máy và bố trí CBCNV một cách hợp lý

Thực hiện các chế độ chính sách có liên quan đến CBCNV

 Công tác Hành chánh – quản trị :

- Tổ chức tốt công tác văn thư đánh máy, hành chánh quản trị

- Quản lý toàn bộ xe máy phục vụ sản xuất và đi lại giao dịch công tác của CBCNV Xí Nghiệp

- Tổ chức tốt công tác bảo vệ, quản lý toàn bộ tài sản sự nghiệp hành chánh tại Xí Nghiệp

- Thay mặt Giám đốc tiếp và yêu cầu các Ban – Đội – Trạm giải quyết thỏa đáng các khiếu kiện, thắc mắc của khách hàng trong lĩnh vực cấp nước

- Tổ chức thực hiện tốt công tác bảo hộ lao động, phòng cháy chữa cháy

 Nhiệm vụ:

 Công tác tổ chức:

1) Tham mưu cho Ban Giám Đốc trong việc đề bạt, bổ nhiệm Cán bộ phân cấp quản lý và có kế hoạch tổ chức bồi dưỡng, học tập để nâng cao trình độ mọi mặt cho cán bộ công nhân viên

2) Quản lý cập nhật toàn bộ hồ sơ lý lịch CNV, quản lý thống nhất lực lượng lao động tại Xí Nghiệp.

3) Giám sát việc thực hiện phân công lao động của các Ban, Đội, Trạm

4) Soạn thảo các loại văn bản, quy định phục vụ cho công tác chỉ đạo, lãnh đạo của Ban Giám Đốc

5) Thực hiện việc phân phối và cấp phát tiền lương, đề nghị nâng lương, thi nâng bậc cho CBCNV đúng thời gian, đúng theo quy định

6) Phổ biến kịp thời đầy đủ các chế độ chính sách của Đảng và Nhà nước đếnCBCNV để biết

7) Phối hợp với Ban Chấp Hành Công Đoàn đề xuất khen thưởng CBCNV đạtthành tích xuất sắc và theo dõi công tác thi đua của Xí Nghiệp

 Hành chánh - Quản trị:

1/ Quản lý và sử dụng con dấu của Xí Nghiệp theo đúng quy định của Nhà nước

2/ Đánh máy, in ấn, tiếp nhận, chuyển, lưu trữ công văn, truyền đạt các ý kiến chỉ đạo của lãnh đạo Xí nghiệp đến các Ban, Đội, Trạm thi hành

3/ Quản lý và điều phối phương tiện vận chuyển, quyết toán nhiên liệu theo định mức phục vụ cho công tác sản xuất, đi lại giao dịch theo yêu cầu của Ban Giám Đốc, các Ban, Đội, Trạm

4/ Cấp phát thuốc chữa bệnh thông thường và tập hợp chứng từ trị bệnh củaCBCNV thanh toán hàng tháng theo quy định

5/ Tổ chức tốt công tác bảo vệ tài sản, bảo đảm an toàn cho đơn vị không để xảy ra cháy, nổ, mất cắp

6/ Lập kế hoạch quản lý kiểm tra công tác bảo hộ lao động, an toàn lao động và phòng cháy chữa cháy

- Quản lý, sử dụng quỹ ứng trước (nguồn vốn, vốn) được giao, tổ chức công

tác kế toán tài chính theo Pháp luật của Nhà nước

- Tổ chức hạch toán nội bộ

- Quản lý tài sản cố định và lưu động

- Phân tích đánh giá hiệu quả về công tác tài chính, về sản xuất kinh doanh

 Nhiệm vụ:

- Lập kế hoạch tài chính định kỳ, đáp ứng kế hoạch sản xuất hàng năm của

Xí Nghiệp

- Tổ chức quản lý tiền mặt, quỹ ứng trước

- Tổ chức việc thu - chi tiền mặt có liên quan với Xí Nghiệp đầy đủ, chính xác đúng theo chế độ tài chính kế toán hiện hành

- Tổ chức quản lý toàn bộ vật tư, tài sản nhà đất của Xí Nghiệp

- Kiểm tra giám sát giá cả vật tư, máy móc thiết bị mua vào có hiệu quả.

 BAN KẾ HOẠCH – VẬT TƯ – TỔNG HỢP

 Chức năng:

Ban Kế hoạch vật tư tổng hợp là một bộ phân tham mưu cho Ban Giám đốc

Xí nghiệp trong các lĩnh vực sau:

- Công tác xây dựng và điều độ thực hiện kế hoạch sản xuất kinh doanh, quản lý, cung ứng vật tư, hóa chất, máy móc thiết bị của Xí nghiệp

- Theo dõi đánh giá tiến độ thực hiện và hiệu quả sản xuất kinh doanh

- Tổng hợp báo cáo tình hình hoạt động sản xuất kinh doanh của Xí nghiệp

 Nhiệm vụ:

- Xây dựng, theo dõi thực hiện và báo cáo việc thực hiện kế hoạch sản xuất

- Lập kế hoạch dự trù mua vật tư, thiết bị, hóa chất sử dụng cho sản xuất

- Quản lý, cấp phát vật tư, thiết bị cho công tác sửa chữa

- Lập và theo dõi việc thực hiện và quyết toán hợp đồng thi công, sửa chữa các công trình được giao và bảo trì máy móc

- Chịu trách nhiệm kiểm tra chất lượng vật tư, máy móc, trang thiết bị.

- Quản lý hồ sơ kỹ thuật, cập nhật thông tin

- Chịu trách nhiệm kiểm nghiệm chất lượng nguồn nước cung cấp và hóa chất mua vào

 BAN QUẢN LÝ DỰ ÁN

 Chức năng:

Tổ chức quản lý và thực hiện các dự án xây dựng cơ bản và phát triển mạng lưới cấp nước theo phân cấp

 Nhiệm vụ:

- Quản lý dự án đầu tư xây dưng cơ bản

- Tổ chức đấu thầu và theo dõi việc thực hiện các công trình xây dựng cơ bản

- Thanh quyết toán, nghiệm thu, bàn giao công trình

- Tổ chức giám sát các công trình xây dựng cơ bản

 Chức năng:

- Kiểm tra, giám sát các hoạt động nghiệp vụ cấp nước trong nội bộ Xí nghiệp

- Kiểm tra, kiểm soát việc thực hiện quy định về cung cấp, sử dụng nước

- Tiếp nhận, giải quyết khiếu tố, khiếu nại, xử ly1 các vi phạm liên quan đến cung cấp và tiêu thụ nước của khách hàng

- Xác lập danh bộ, hợp đồng, lộ trình đọc số theo quy định của Tổng công ty

- Kiểm định, mã hóa chỉ số tiêu thụ thực sự trên hóa đơn tiêu thụ nước

 Nhiệm vụ:

- Thực hiện các quy định về kiểm soát thanh tra trong nội bộ Xí nghiệp

- Xây dựng và thực hiện kế hoạch kiểm tra, kiểm soát định kỳ và đột xuất trong nội bộ Xí nghiệp

- Kiểm tra, xác minh, kết luận và đề xuất biện pháp xử lý CB-CNV của Xí nghiệp vi phạm các quy đinh trong công ty.

- Thực hiện ngưng cung cấp nước đối với các danh bộ có số tiêu thụ bất thường Phát hiện và đề xuất biện pháp xử lý đối với trường hợp cho code, mã số giá biểu, định mức sai qui định

- Lập biên bản các trường hợp vi phạm quy định sử dụng nước và xác minh mức thiệt hại để yêu cầu bồi thường

 Đội thu tiền

 Chức năng:

- Đội thu tiền là một bộ phận tác nghiệp của Xí nghiệp trong các lĩnh vực sau:

- Quản lý việc thu tiền sử dụng nước và nộp tiền hàng ngày theo quy định

- Quản lý và giải trách hóa đơn

- Đề xuất cắt – hủy danh bộ đối với khách hàng nợ tiền nước theo quy định

 Nhiệm vụ:

- Tiếp nhân hóa đơn và tổ chức thu tiền nước khách hàng

- Quản lý an toàn về tiền nước, hóa đơn tiền nước

 ĐỘI QUẢN LÝ ĐỒNG HỒ NƯỚC

 Chức năng:

- Quản lý tất cả đồng hồ nước, khách hàng tiêu thụ nước trên địa bàn hoạt động của Xí nghiệp

- Biên đọc chỉ số đồng hồ nước theo quy định

- Quản lý tình trạng hoạt động của các loại đồng hồ nước trong phạm vi của

Xí nghiệp

 Nhiệm vụ:

- Quản lý, cập nhật tất cả các danh bộ các đồng hồ nứơc theo từng Phường, Quận trong khu vực quản lý của Xí nghiệp

- Đăng ký lịch trình đọ chỉ số đồng hồ nước.

- Tổ chức biên đọc chỉ số tiêu thụ nước của khách hàng

- Phát hiện, phản ánh kịp thời các trường hợp thay đổi của đối tượng sử dụngnước để điều chỉnh giá biểu, định mức nước sử dụng

- Tham mưu cho Giám đốc về công tác chống thất thoát nước vô hình

 ĐỘI TU BỔ THI CÔNG

 Chức năng:

- Duy tu bảo dưỡng, sửa chữa máy móc thiết bị các trạm giếng và hệ thống mạng lưới cấp nước

- Thi công các công trình cấp nước

- Theo dõi, kiểm tra và vận hành hệ thống ổ khóa các công trình công cộng nằm trên hệ thống mạng lưới cấp nước

- Quản lý và điều độ xe máy, thiết bị thi công xây lắp chuyên dùng

 Nhiệm vụ:

- Theo dõi, kiểm tra hệ thống ổ khóa, hệ thống mạng lưới cấp nước

- Thi công bảo trì, sửa chữa máy móc, thiết bị các trạm cấp nước và các giếng theo kế hoạch được duyệt

- Tổ chức thi công các công trình và sửa chữa các công trình cấp nước

- Đánh giá tình hình hệ thống mạng lưới, đề xuất cải tạo, điều áp mạng lưới

- Theo dõi kiểm tra công tác tái lập và tham gia tái lập mặt đường

- Thay đồng hồ nước định kỳ hoặc đột xuất theo quy định của Tổng công ty

 TRẠM CẤP NƯỚC BÌNH TRỊ ĐÔNG VÀ TRẠM CẤP NƯỚC GÒ VẤP

 Chức năng:

Khai thác và xử lý nước ngầm thành nước sạch cung cấp cho nhu cầu sinh hoạt của người dân trên địa bàn được phân công

- Cung cấp nước sạch đến khách hàng.

1.4.3 Trạm cấp nước Gò Vấp:

Địa chỉ: 107/12 Lê Văn Thọ, phường 11, quận Gò Vấp

 Cơ cấu tổ chức:

Trạm cấp nước Gò Vấp có 01 Trưởng trạm phụ trách chung, 01 Trạm phó kỹ thuật giúp việc và 01 Tổ trưởng Tổ Vận hành kiêm Thư ký Trạm và 01 Tổ trưởng Tổ vận hành trực tiếp sản xuất

 Chức năng:

1/- Trạm cấp nước Gò Vấp có chức năng quản lý và điều hành 16 trạm bơm giếng vệ tinh và trạm xử lý, cấp nước cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của

nhân dân thuộc điạ bàn Quận Gò Vấp (Giai đoạn I: 8 giếng và trạm trung tâm).

2/- Quản lý và sử dụng toàn bộ máy móc thiết bị, vật tư, trang thiết bị lắp đặt và sử dụng hóa chất theo đúng quy trình kỹ thuật và đảm bảo an toàn

3/- Quản lý và kiểm tra báo bể toàn bộ hệ thống đường ống nước thô của trạm

3/- Bảo quản, lưu trữ các hồ sơ, tài liệu, số liệu có liên quan đến máy móc

4/- Đảm bảo tốt công tác an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và vệ sinh môi trường trong phạm vi khuôn viên của các trạm bơm.

5/- Thường xuyên kiểm tra và trang bị đầy đủ những phương tiện phòng cháy chữa cháy cho các trạm bơm

6/- Kiểm tra và báo cáo các sự cố của máy móc thiết bị của các trạm bơm.7/- Lập sổ theo dõi, báo cáo sản lượng, chất lượng nước khai thác, lượng hóa chất sử dụng

8/- Theo dõi, xác nhận sản lượng điện tiêu thụ cho sản xuất

9/- Chịu trách nhiệm quản lý toàn bộ hệ thống mạng ống nước thô truyền dẫn từ các trạm bơm giếng vệ tinh về trạm xử lý

10/- Tổ chức tốt công tác vận hành, bảo vệ tại trạm xử lý và các trạm bơm giếng vệ tinh, đảm bảo máy móc hoạt động liên tục, an toàn không xảy ra cháy, nổ, mất cắp, …

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ KHỬ SẮT VÀ MANGAN TRONG NƯỚC NGẦM

A Tổng qua về sắt

2.1 Trạng thái tồn tại của sắt trong thiên nhiên2.2 Các phương pháp vật lý thông dụng có triển vọng hiện nay để xử lý sắt trong nước

2.3 Các phương pháp khử sắt2.3.1Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng2.3.1.1Phản ứng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi trường tự

do (phản ứng đồng thể)2.3.1.2Phản ứng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi trường dịthể của các lớp vật liệu lọc (khử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc)

2.3.1.3Phản ứng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ khi có mặt lớp màng xúc tác là oxit mangan

2.3.2 Khử sắt bằng phương pháp dùng hóa chất2.3.1.1 Khử sắt bằng vôi

2.3.1.2 Khử sắt bằng Clo

2.4 Các phương pháp khử sắt khác2.4.1 Khử sắt bằng trao đổi cation2.4.2 Khử sắt bằng điện phân2.4.3 Khử sắt bằng phương pháp vi sinh2.4.4 Khử sắt ngay trong lòng đất2.5 Các sơ đồ dây chuyền công nghệ khử sắt2.5.1 Các giai đoạn công nghệ

2.5.2 Các sơ đồ dây chuyền công nghệ khử sắt bằng phương pháp làm thoáng2.5.2.1 Làm thoáng bằng dàn mưa

2.5.2.2 Làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gio(

2.5.2.3 Làm thoáng đơn giản trên bề mặt lọc nhanh2.5.2.4 Khử sắt bằng dây chuyền công nghệ có bể lọc áp lực với sơ đồ lọc 1 đợt và sơ đồ lọc 2 đợt

2.6 Công nghệ khử sắt bằng hóa chất

2.9 Phương pháp sinh học2.9.1 Nguyên tắc

2.9.2 Ưu điểm loại bỏ mangan bằng sinh học2.9.3 Dây chuyền khử Mangan

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KHỬ SẮT VÀ MANGAN TRONG NƯỚC NGẦM

A TỔNG QUAN VỀ SẮT 2.1 Trạng thái tồn tại của sắt trong nước thiên nhiên

Để chọn được phương pháp khử sắt thích hợp và có hiệu quả tốt, cần phải tìm hiểu các dạng tồn tại và bản chất của sắt có trong nước ngầm

Trong nước thiên nhiên sắt có thể tồn tại dưới dạng các chất vô cơ hòa tan (Fe2+, Fe3+), dưới dạng các hợp chất phân tán nhỏ, các hợp chất hữu cơ và các hợpchất keo Sự tồn tại của các dạng sắt phụ thuộc vào độ pH và điện thế oxy hóa khử của môi trường

Thành phần hóa học của các lớp đá trên bề mặt vỏ Trái Đất có độ sâu tới 15m tính từ mặt đất chứa nhiều chất khác nhau, trong đó sắt là nguyên tố đứng thứ 4 sau O2, Al, Si nó chiếm 1,6% về trọng lượng Sự tạo thành các hợp chất sắt trong nước ngầm gồm các dạng sau:

a)Trong nước ngầm sắt được tạo thành do hòa tan các hợp chất sắt hóa trị

2 bởi nước có chứa CO2 theo các phương trình phản ứng:

FeO + H2O + CO2 → Fe(HCO3)2

Hoặc FeCO3 + H2O + CO2 → Fe(HCO3)2

b)Một lý do khác là các hợp chất Fe3+ và Fe2+ trong môi trường khử đượcdiễn ra theo phương trình phản ứng sau:

Fe2O3 + 3H2S + H2O → FeS + 3H2O + SNếu trong nước có chứa CO2 thì phương trình phản ứng tiếp tục xảy ra:

FeS + CO2 + H2O → Fe(HCO3)2 + H2SNhững phương trình này thường gắn liền với quá trình khử do hoạt động của vi sinh vật yếm khí tạo thành H2S

Fe(HCO3)2 ở dạng hòa tan, còn FeS ở dạng keo Sự tồn tại của các hợp chất này phụ thuộc vào độ kiềm cao thì nó tồn tại ở dạng Fe(HCO3)2, còn nếu độ kiềm thấp thì nó tồn tại ở dạng FeS.

c) Trường hợp khi nước ngầm có chứa khoáng chất Pyrit (FeS2) chảy lộ thiên thì có sự oxy hóa của sunfua sắt để tạo thành các sunfua sắt theo phương trình phản ứng sau:

2.2 Các phương pháp vật lý thông dụng, có triển vọng hiện nay để xử lý sắt trong nước

a Các phương pháp không sử dụng hóa chất:

 Làm thoáng sâu và lọc

 Lọc qua các giá lọc

 Làm thoáng 2 lần cho chảy qua các lớp tiếp xúc và lọc

 Lọc trong các điều kiện ngầm dưới đất với sự bơm vào các vỉa nước bị oxy hóa (phương pháp Viredos)

b Các phương pháp dùng hóa chất bao gồm:

 Tuyển nổi áp lực, dùng vôi, lọc

 Dùng vôi, lắng, lọc

 Làm thoáng, oxy hóa, keo tụ, kết bông, lọc

 Lọc qua các lớp biến dạng

Sự khác nhau của các phương pháp về mặt giá trị được đánh giá theo nhiềucách: độ bền, kỹ thuật, giá trị kinh tế, mức độ đơn giản và các lĩnh vực ứng dụng,

…

2.3 Các phương pháp khử sắt

Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng ion, sắt có hóa trị 2 (Fe2+) làthành phần của muối hòa tan như: bicacbonat Fe(HCO3)2, sunphat FeSO4 Hàm lượng sắt có trong các nguồn nước ngầm thường cao và phân bố không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới sâu

Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước có mùi tanh và có nhiều cặn bẩnmàu vàng gây ảnh hưởng rất xấu đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất Vì vậy, khi trong nước có hàm lượng sắt lớn hơn giới hạn cho phép thì phải tiến hành khử sắt

Hiện nay có nhiều phương pháp khử sắt của nước ngầm, có thể chia thành

3 nhóm chính sau:

2.3.1 Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng

2.3.1.1 Phản ứng oxi hóa Fe 2+ thành Fe 3+ và thủy phân Fe 3+ trong môi trường tự do (phản ứng đồng thể)

Phương pháp này là tạo phản ứng oxy hóa trong môi trường tự do bằng O2

có trong không khí, sau đó Fe có hóa trị 2 tiếp tục thủy phân để biến thành Fe có hóa trị 3 ở dạng kết tủa dễ dàng giữ chúng trong các công trình lắng và lọc Vì

vậy, khi đã đạt được mục đích tạo bông kết tủa nhờ công trình làm thoáng (tự nhiên hoặc nhân tạo).

Các hợp chất sắt tồn tại trong nước ngầm thường ở dạng sắt có hóa trị 2 (Fe2+) mà phổ biến nhất là Fe(HCO3)2 ở dạng hòa tan trong nước Nếu ở trạng thái hòa tan đó, ta không thể giữ lại được sắt trong công trình xử lý bằng biện pháp lắng, lọc đó Do đó, khi chúng giữ lại được sắt trong công trình xử lý dạng

cơ học gồm các bể lắng và lọc Người ta phải biến các hợp chất sắt ở dạng hòa tan thành sắt ở dạng kết tủa để giữ lại nó trong các công trình xử lý Muốn thực hiện quá trình đó người ta thường dùng các công trình làm thoáng

Mục đích của làm thoáng là tạo điều kiện cho oxy có trong không khí hòa tan trong nước Trong điều kiện nước đã được làm giàu oxy Fe2+ có trong nước sẽ oxy hóa thành Fe3+ theo phương trình phản ứng sau:

4Fe2+ + O2 + 2H2O → 4Fe3+ + 4OH

-Sau đó tiếp tục thủy phân tạo thành Fe(OH)3↓ là chất khó tan và có khả năng tạo keo:

Tốc độ oxy hóa Fe3+ bằng oxy phụ thuộc vào nồng độ oxy và độ pH của nước được biểu diễn bằng phương trình động học sau:

2 2 2

2

] [

] [ ] [ ]

k dt

Fe d

Trong đó k: là hằng số tốc độ phản ứng oxy hóa Fe2+ bởi oxy phụ thuộc vàonhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh, do đó trong điều kiệnkhí hậu nhiệt đới gió mùa của Việt Nam việc sử dụng phương pháp này rất phù hợp.

[Fe2+][O2][H+] là nồng độ của các ion Fe2+, O2, H+ trong nước tại thời điểm t

Phương trình trên cho thấy nếu nồng độ ion H+ càng cao (pH càng thấp) thì tốc độ oxy hóa càng thấp Do đó một trong những yêu cầu để có thể sử dụng phương pháp làm thoáng thông thường là độ pH của nước nguồn phải lớn hơn hoặc bằng 7 Trong trường hợp độ pH của nước nguồn thấp, để tăng hiệu quả của quá trình xử lý thường phải kiềm hóa (bằng vôi) để tăng độ pH

Nếu trong nước có hợp chất sắt tồn tại dưới dạng Fe(HCO3)2 quá trình oxy hóa Fe2+ và thủy phân Fe3+ có thể biểu diễn bằng phương trình chung:

4Fe(HCO3)2 + 6O2 + 4H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2↑Các công trình làm thoáng tự nhiên hoặc nhân tạo ngoài việc cung cấp oxyđể oxy hóa Fe2+ và thủy phân Fe3+ Nếu trong nước có chứa các hợp chất hữu cơ và các hợp chất khử như H2O, NH4+ thì chúng cũng tiêu thụ 1 lượng oxy hóa chúng Mặt khác, sau khi Fe3+ thủy phân tạo thành Fe(OH)3 là chất có khả năng tạo keo Vì vậy, để các hạt keo Fe(OH)3 có khả năng dính kết nhau để tạo thành các bông cặn có thể giữ lại trong các bể lắng và lọc, cần phải có điều kiện thích hợp là pH ≥ 7

2.3.1.2 Phản ứng oxi hóa Fe 2+ thành Fe 3+ và thủy phân Fe 3+ trong môi trường

dị thể của các lớp vật liệu lọc (khử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc)

Trường hợp này làm thoáng chỉ để cung cấp cung cấp oxy cho nước Khi làm thoáng, Fe2+ được oxy hóa thành Fe3+ với tỷ lệ nhỏ Quá trình oxi hóa Fe2+

thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3 chủ yếu xảy ra trong lớp vật liệu lọc

Quá trình làm thoáng như vậy, sẽ tạo ra trên bề mặt các hạt vật liệu lọc một lớp màng Lớp màng này có cấu tạo từ các hợp chất sắt như: Fe2+, Fe3+, Fe(OH)2, Fe(OH)3.

Sau khi lớp màng được hình thành, sẽ có tác dụng làm tăng tốc độ oxi hóa

Fe2+, lớp màng này còn có khả năng hấp phụ O2 Khi Fe2+ đến gần bề mặt lớp màng xúc tác, quá trình oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3

xảy ra ngay trên lớp màng Tốc độ oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+

thành Fe(OH)3 ngay trên lớp màng lớn hơn rất nhiều trong môi trường đồng thể Như vậy trong bể lọc không phải xảy ra quá trình lọc các cặn sắt không tan mà là một quá trình phức tạp Thời gian để tạo thành một lớp màng xúc tác gọi là thời gian luyện vật liệu lọc Thời gian này lớn hay bé phụ thuộc nhiều yếu tố như: cỡ hạt (cỡ hạt càng lớn, thời gian luyện càng lâu), chiều dày lớp vật liệu lọc (chiều dày lớp vật liệu lớn, thời gian luyện nhỏ), tốc độ lọc (tốc độ lọc lớn, thời gian luyện nhỏ), hàm lượng cặn ( hàm lượng cặn càng lớn, thời gian luyện càng nhỏ) Thời gian luyện cát lọc thay đổi trong phạm vi rộng từ 140 ÷ 330 giờ

Để rút ngắn thời gian luyện cát lọc, người ta đưa thêm vào dung dịch FeSO4 5% với tỷ lệ sau cho hàm lượng sắt trong nước đạt 30 ÷ 40 mg/l

Cho đến nay đã có nhiều nghiên cứu về cấu tạo và thành phần của lớp màng xúc tác, cũng như tác dụng của nó đối với quá trình khử sắt trong bể lọc, hàm lượng sắt còn lại trong nước đạt tiêu chuẩn nước ăn uống sinh hoạt

Tuy nhiên, để việc khử sắt trong môi trường dị thể của lớp vật liệu lọc đemlại hiệu quả kinh tế cao, phạm vi ứng dụng sơ đồ công nghệ khử sắt bằng phương pháp làm thoáng đơn giản và lọc như sau: pH > 6,8 Hàm lượng sắt hóa trị 2 trong nước ngầm không được lớn hơn 15mg/l Độ oxi hóa của nước ngầm không lớn hơn[0,15(Fe2+)5] mg/l O2, NH4+ <1 mg/l, độ màu của nước ngay sau khi ra bơm khỏi giếng không được vượt quá 15%

2.3.1.3 Phản ứng oxi hóa Fe 2+ thành Fe 3+ khi có mặt lớp màng xúc tác là Oxít mangan

Lớp màng oxit mangan là chất xúc tác làm tăng quá trình oxi hóa Fe2+ thành

Fe3+ ngay cả trong trường hợp pH thấp (pH < 5) Các phản ứng tại lớp màng xảy

Thực tế luyện lớp cát với KMnO4 tạo thành lớp màng MnOMn2O7

2.3.2 Khử sắt bằng phương pháp dùng hóa chất

Khi trong nước ngầm có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽtạo ra một dạng keo bảo vệ của các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của các chất oxy hóa mạnh Đối với nước ngầm, khi hàm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì lượng oxy thu được nhờ làm thoáng không đủ oxy hóa hết H2S và sắt, trong trường hợp này cần dùng đến hóa chất để khử

2.3.2.1 Khử sắt bằng vôi

Phương pháp này có thể áp dụng cả cho nước mặt và nước ngầm Nhược điểm các phương pháp 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 hóa, làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa

Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên Ở điều kiện giàu ion OH-, các ion Fe2+ thủy phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 và lắng xuống một phần, thế

oxy hóa khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống, do đó Fe2+ dễ dàngchuyển thành Fe+3 Sắt hydroxit kết tụ thành bông cặn, lắng trong bể lắng và có thể dễ dàng tách ra khỏi nước.

Lượng vôi cần thiết cho quá trình được tính như sau:

[CaO] = 0,8*[CO2] + 1.8*[Fe]

Trong đó:

[CaO]: lượng vôi cần thiết cho quá trình (mg/l)[CO2]: hàm lượng CO2 tự do trong nguồn nước (mg/l)[Fe]: tổng hàm lượng sắt trong nước (mg/l)

Khi cho vôi vào nước quá trình khử sắt xảy ra theo 2 trường hợp:

- Trường hợp nước có oxi hòa tan: vôi được coi như chất xúc tác, phản ứng khử sắt diễn ra như sau:

4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 → 4Fe(OH)3 ↓ + 4Ca(HCO3)2

Sắt (III) hydroxit được tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn toàn trong bể lọc

- Trường hợp nước không có oxi hòa tan: khi cho vôi vào nước phản ứng diễn ra như sau:

Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → FeCO3 + CaCO3 + H2OSắt được khử đi dưới dạng FeCO3 chứ không phải hydroxit sắt

2.3.2.2 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)3 + CaCl2 + 6H+ + 6HCO3

-Với tốc độ oxy hóa bằng:

2 / 1 2 2

2

] [ ] [

] [ ] [

Cl Fe

K dt dFe

Để oxy hóa 1mg Fe2+ người ta thấy rằng phải cần đến 0,64mg Cl2 và đồng thời độ kiềm của nước ngầm giảm đi 0,018 mg đl/l

Từ phương trình tốc độ oxy hóa nói trên ta thấy, tốc độ quá trình oxy hóa sắt bằng Clo tăng nhanh khi giảm nồng độ ion H+, tức là lắng pH của nước Tuy nhiên, do Clo là chất oxy hóa mạnh nên phản ứng oxy hóa sắt bằng Clo vẫn xảy

ra nhanh ở pH ≥ 5

Trường hợp nước nguồn có các hợp chất amoni hòa tan, Clo sẽ kết hợp với chúng để tạo thành Cloramin Với thế oxy hóa khử của Clo là 1,36V và của Cloramin là 0,76V, chỉ bằng một nửa thế oxy hóa khử của Clo, do vậy quá trình oxy hóa bị chậm lại Khi nước có pH=7, quá trình oxy hóa sắt (II) bằng Cloramin kết thúc sau 60 phút Vì vậy, với nước có chứa các hợp chất amoni hòa tan với nồng độ đáng kể thì việc sử dụng Clo để khử sắt là hoàn toàn không có lợi

Đồng thời với việc khử sắt bằng Clo, các chất hữu cơ cũng được khử khỏi nước, do đó liều lượng Clo cần thiết cho quá trình còn phụ thuộc vào hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước Thông thường người ta bổ sung một lượng Clo để khử các tạp chất hữu cơ bằng:

mCl = 0,5*[O2] (mg/l) Trong đó [O2] – độ oxy hóa bằng kali permanganat của muối tinh chuyển

ra oxy

2.3.2.3 Khử sắt bằng kali permanganat (KMnO 4 )

Khi dùng KMnO4 để khử sắt, quá trình xảy ra rất nhanh vì cặn mangan (IV) hydroxyt vừa được tạo thành sẽ là nhân tố xúc tác cho quá trình khử Phản ứng xảy ra theo phương trình phản ứng sau:

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2OThế tiêu chuẩn của một cặp (MnO4- + 8H+)/ (Mn2+ + 4H2O) là Eo = 1,51V và của Fe3+/Fe2+ là 0,77V

Hệ số cân bằng của phản ứng nói trên được tính như sau:

8 2

4

5 3 2

10][][][

][][

MnO

Fe Mn

K

Như vậy nồng độ ion do phản ứng tạo ra lớn hơn 63,5 lần nồng độ các ion

bị oxi hóa Trong quá trình khử sắt, các ion Fe3+ được tạo thành sẽ thủy phân và tạo bông cặn ngay nên nồng độ ion Fe3+ trong nước còn không đáng kể Phản ứng trên vì thế không xảy ra thuận nghịch mà xảy ra theo chiều thuận một cách nhanhvà triệt để Người ta thấy rằng, để khử hết 1mg Fe2+ cần đến 0,564 mg KMnO4

2.4 Các phương pháp khử sắt khác

2.4.1 Khử sắt bằng trao đổi Cation

Cho nước đi qua lớp vật liệu có khả năng trao đổi ion Các ion H+ và Na+

có trong thành phần lớp vật liệu lọc, sẽ tra đổi với các ion Fe2+ có trong nước Kết quả Fe2+ được giữ lại trong lớp vật liệu lọc Lớp vật liệu có khả năng trao đổi ion gọi là Cationit, thường được sử dụng cho nguồn nước có chứa Fe2+ ở dạng hòa tan

2[K]Na + Fe(HCO3)2 → [K]2Fe + 2NaHCO3

2[K]H + Fe(HCO3)2 → [K]2Fe + H2CO3

Cationit có thể được tái sinh bằng NaCl, HCl

NaCl + [K]2Fe → [K]Na + FeCl2

HCl + [K]2Fe → [K]H + FeCl2

Cùng với quá trình này, các Ca2+, Mg2+ cũng tham gia trao đổi ion Phương pháp này đem lại hiệu quả khử sắt cao Thường dùng kết hợp với làm mềm nước (vì đắt tiền)

2.4.2 Khử sắt bằng điện phân

Dùng các cực âm bằng sắt, nhôm, cùng các cực dương bằng đồng, bạch kim hay đồng mạ kền và dùng điện cực hình ống trụ hay hình sợi thay cho tấm điện cực phẳng

2.4.3 Khử sắt bằng phương pháp vi sinh

Cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp các lọc của bể lọc Thông qua hoạt động của các vi khuẩn, sắt được loại bỏ ra khỏi nước

2.4.4 Khử sắt ngay trong lòng đất

Một số nước trên thế giới như Cộng hòa liên bang Đức, Thụy Điển và một nước Bắc Âu đã dùng phương pháp này để khử sắt ngay trong nước ngầm

Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là: đưa vào lòng đất nước ngầm đã bão hòa oxy bằng cách dùng máy nén khí bơm không khí hòa trộn với nước tạo thành hỗn hợp khí – nước Quá trình trao đổi ion sẽ diễn ra giữa các ion sắt với các khoáng chất tạo thành các hợp chất sắt và chúng được giữ lại trong lòng đất Kết quả là khi hút nước đó lên nó đã được khử sắt

2.5 Các sơ đồ dây chuyền công nghệ khử sắt

2.5.1 Các giai đoạn công nghệ

Giai đoạn khử sắt bao gồm các giai đoạn cơ bản sau:

a) Giai đoạn đưa các hóa nhất vào nướcGiai đoạn này gồm các quá trình làm thoáng nước để làm giàu oxy và khử khí cacbonic cùng với việc pha trộn hóa chất vào nước như vôi, phèn, Clo, ôzôn, kali permanganat,…

b) Giai đoạn xử lý sơ bộMục đích của giai đoạn này là nhằm tạo ra những điều kiện cho phản ứng oxy hóa 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 này cần đến các bể lọc khác nhau Tùy theo hàm lượng và thànhphần sắt trong nước nguồn cùng với chất lượng nước nguồn mà qui định qui 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 và khí cacbonic trong nước thấp, qui trình khử sắt có thể cần đến làm thoáng đơn giản và lọc

Khi hàm lượng sắt cao trên 6 mg/l và cần triệt để khí cacbonic qui trình khử sắt sẽ bao gồm cả 3 giai đoạn trên Đầu tiên là làm thoáng tự nhiên hoặc làmthoáng cưỡng bức sau đó chuyển sang bể lắng tiếp xúc và bể lọc nhanh.

2.5.2 Các sơ đồ dây chuyền công nghệ khử sắt bằng phương pháp làm thoáng

2.5.2.1 Làm thoáng bằng dàn mưa

(Hình 3: Sơ đồ công nghệ khử sắt bằng phương pháp làm thoáng tự nhiên)Đây là dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm có chứa sắt phổ biến nhất

ở Việt Nam hiện nay, nó có thể áp dụng cho các loại nguồn nước có hàm lượng sắt bất kì, độ pH của nước trước khi làm thoáng ≥ 7, độ kiềm của nước sau khi làm thoáng ≥ 7 mg đl/l Các công trình xử lý nước công suất nhỏ do các cơ quan, nhà máy, trường học xây dựng để cung cấp nước cục bộ đã sử dụng dây chuyền công nghệ trên Một số trạm xử lý nước có thể sử dụng vật liệu lọc trong dây chuyền công nghệ khử sắt bằng phương pháp làm thoáng tự nhiên

2.5.2.2 Làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gió

(Hình 4: sơ đồ công nghệ khử sắt bằng phương pháp làm thoáng nhân tạo)Dây chuyền công nghệ xử lý trên thường dùng cho loại nguồn nước có hàmlượng sắt lớn hơn 10 mg/l, độ pH <7 và lượng O2 lớn Nếu trong nước có chứa nhiều CO2 thì quá trình oxy hóa sắt (II) thành sắt (III) sẽ rất khó khăn, trường hợpnày cần phải khử CO2 trước khi khử sắt Mục đích của việc dùng thùng quạt gió (làm thoáng nhân tạo hay làm thoáng cưỡng bức) là thải CO2 để tăng độ pH đến giá trị thích hợp cho quá trình oxy hóa và thủy phân sắt, tốt nhất là đảm bảo pH = 7÷ 7.5

Trong cả hai dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm ( làm thoáng bằng dàn mưa và làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gió) nếu chất lượng nước không đủ đảm bảo các điều kiện ứng dụng trong dây chuyền công nghệ khử sắt bằng phương pháp làm thoáng thì có thể kết hợp với việc dùng hóa chất Nếu nước nguồn có chứa nhiều chất hữu cơ, độ oxy hóa cao hoặc chứa các chất H2S,

NH4 vượt quá tiêu chuẩn thì phải khử chúng bằng Clo hay còn gọi là Clo hóa sơ bộ Nếu sau khi làm thoáng nước có độ kiềm nhỏ hơn 2 mg đl/l và pH<7 thì phải kiềm hóa (thường dùng vôi) để nâng độ pH và độ kiềm theo yêu cầu khử sắt, để tạo điều kiện oxy hóa, thủy phân sắt và tạo bông kết tủa tố

2.5.2.3 Làm thoáng đơn giản trên bề mặt bể lọc nhanh

(Hình 5: Sơ đồ công nghệ khử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc)Điều kiện áp dụng dây chuyền công nghệ này là hàm lượng sắt toàn phần trong nước nguồn nhỏ hơn 9 mg/l, pH > 0.7, H2S < 1 mg/l, độ oxy hóa nhỏ hơn 6

mg O2/l, tỷ lệ Fe3+/Fe2+ <0.3

Nguyên tắc của phương pháp này cơ bản cũng dựa vào sự oxy hóa sắt (II) thành sắt (III), thủy phân sắt (III) tạo thành hợp chất ít tan Việc làm thoáng đơn giản được thực hiện bằng hệ thống phân phối nước để phun mưa trên mặt bể lọc, cách mặt nước 0,5 – 1 m hoặc có thể cho nước chảy tràn qua mặt ống đặt trên mương phân phối với độ cao như trên

Mục đích của quá trình làm thoáng đơn giản là chỉ cung cấp oxy cho nước, các quá trình oxy hóa sắt (II) và thủy phân sắt (III) xảy ra trực tiếp trong lớp vật liệu lọc của bể lọc nhanh Khi đó trên bề mặt các hạt vật liệu lọc tạo thành một lớp màng có cấu tạo từ sắt (II) và sắt (III) Khi lớp màng hình thành có tác dụng xúc tác làm lắng tốc độ oxy hóa sắt (II) và thủy phân sắt (III), vì lớp màng này sẽhấp thụ Fe2+, O2, CO2 lên bề mặt làm tăng nồng độ của các chất tham gia phản ứng các hợp chất tạo thành Sau phản ứng làm cho bề dày của màng này ngày càng tăng và có cơ cấu bền vững không bị phá vỡ ngay cả khi chịu lực tác động của dồng nước khi rửa lọc.

2.5.2.4 Khử sắt bằng dây chuyền công nghệ có bể lọc áp lực với sơ đồ lọc 1 đợt và sơ đồ lọc 2 đợt

(Hình 6: Sơ đồ công nghệ khử sắt bằng bể lọc áp lực 1 đợt)

Sơ đồ dây chuyền công nghệ trên thường dùng cho trạm xử lý với công suất nhỏ, nước nguồn có hàm lượng sắt nhỏ ( Fe2+ < 3 mg/l) và CO2 nhỏ Để đưa không khí vào nước có thể dùng ezector thu khí Khi công suất của trạm xử lý

Q > 500 m3/ngày có thể dùng máy nén khí thay cho ezector thu khí Ezector thu khí (hoặc máy nén khí) và bầu trộn khí có chứa chức năng thay thế công trình làmthoáng bằng dàn mưa

(Hình 7: Sơ đồ công nghệ khử sắt bằng bể lọc áp lực 2 đợt)

Sơ đồ này dùng khi hàm lượng sắt trong nước nhỏ hơn 5 mg/l

Dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm chứa sắt bằng bể lọc áp lực ít được áp dụng rỗng rãi ở Việt Nam nhưng nó có ưu điểm là gọn nhẹ, chiếm ít diệntích xây dựng và nước sau khi lọc có thể đưa trực tiếp tới nơi tiêu dùng không cần trạm bơm đợt 2 Dây chuyền này rất phù hợp với những trạm có công suất nhỏ

2.5.2.5 Sơ đồ khử sắt bằng lọc 2 đợt với bể lọc chậm

Những trạm xử lý có công suất nhỏ thỏa mãn điều kiện áp dụng phương pháp làm thoáng cũng có thể dùng dây chuyền công nghệ này

(Hình 8: Sơ đồ công nghệ khử sắt bằng lọc sơ bộ và lọc chậm)Trong sơ đồ này, bể lọc sơ bộ đóng vai trò xúc tác, nó có khả năng giữ lại (50 – 70%) lượng cặn sắt, còn bể lọc chậm đóng vai trò làm trong triệt để Bể lọc

sơ bộ có thể dùng vật liệu lọc là cát Dây chuyền này rất tích hợp cho xử lý nước ngầm công suất nhỏ cho từng gia đình vì kích thước gọn nhẹ

2.6 Công nghệ khử sắt bằng hóa chất

Trên thực tế, khi sắt tồn tại dưới dạng các hợp chất không tan, dùng biện pháp khử sắt bằng làm thoáng không mang lại hiệu quả, thì mới dùng tới biện pháp khử sắt bằng hóa chất

Các biện pháp khử sắt dùng hóa chất có thể áp dụng là:

a Khử sắt bằng vôi

Có thể áp dụng để khử sắt cả cho nước mặt và nước ngầm Tuy nhiên vì thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, nên người ta chỉ áp dụng khử sắt bằng vôi kết hợp với quá trình ổn định nước hay làm mềm nước

Liều lượng vôi cần thiết tính toán theo công thức:

Trong

CO2: hàm lượng CO2 tự do trong nước nguồn (mg/l)

Fe : tổng lượng sắt có trong nước (mg/l)

b Khử sắt bằng Clo

Clo là 1 chất oxy hóa mạnh nó có khả năng khử sắt ngay cả khi sắt nằm dưới dạng hợp chất hữu cơ và khi pH của nước thấp ( pH ≥ 5) Để oxi hóa 1 mgFe2+ cần 0,64 mgCl2 Đồng thời khi cho Clo vào nước, ngoài sắt nó còn khử được các hợp chất hữu cơ Liều lượng Clo bổ sung để khử hữu cơ tính theo công thức sau:

Cl bổ sung = 0,5*[O2] (mg/l)Trong đó:

[O2]: độ oxi hóa bằng kali permanganat của muối tinh chuyển ra oxy

c Khử sắt bằng Kali permanganat (KMnO 4 )

Khử sắt dùng KMnO4 diễn ra rất nhanh vì cặn mangan oxit vừa được tạo thành lại là nhân tố xúc tác quá trình khử sắt

Tuy nhiên trên thực tế, phương pháp khử sắt dùng hóa chất thường kết hợp với làm thoáng

B MANGAN 2.7 Trạng thái tồn tại của mangan trong nước tự nhiên

Mangan là nguyên tố thường có trong đất Ta có thể gặp nhiều muối khoáng là các ôxit hay cacbonat Trong nước thiên nhiên, mangan có dưới dạng ion hòa tan Mn2+ và MnOH+ Nó có thể tạo thành hợp chất với bicacbonat, sunphat và silicat Mangan có trong nước thiên bằng cách kết hợp với sắt và amoni Nhưng cũng có trường hợp chỉ có riêng mangan

Trong nước ngầm, mangan thường tồn tại ở dạng Mn2+ hòa tan hoặc có thể

ở dạng keo không tan Khi Mn(II) hòa tan bị oxi hóa sẽ chuyển dần thành mangan(III) và mangan (IV) ở dạng hydroxit kết tủa Quá trình ôxy hóa diễn ra như sau:2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O → 2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3-

Như vậy quá trình khử mangan phụ thuộc vào pH của nước, pH càng cao tức là nồng độ ion H+ càng thấp, tốc độ ôxy hóa và thủy phân mangan càng lớn và quá trình ôxy hóa mangan sẽ đạt hiệu quả cao nhất ở một giá trị pH nào đó

Xét phương trình biểu diễn thế ôxy hóa khử mangan sau:

EMn4+/Mn2+ = 1,23 - 0,12*pH - 0,03*lgaMn2+

Trong đó: aMn2+: hoạt độ của ion Mn2+ trong nước

aMn2+ = fMn2+.CMn2+

fMn2+: hệ số hoạt độ

CMn2+: nồng độ ion Mn2+ trong nướcTrong môi trường nước, hệ số hoạt độ fMn2+ thường có giá trị là 0,6 Nếu muốn giảm hàm lượng mangan xuống còn 0,2 mg/l theo tiêu chuẩn vệ sinh ta có:

aMn2+= 0,6 * 0,2 mg/lThế ôxy hóa khử cần thiết sẽ là:

EMn4+/Mn2+ = 1,23 - 0,12pH - 0,03lg2,2.10-6 = 1,29 - 0,12pH (1)

Trong thực tế, sau làm thoáng quá trình ôxy hóa xảy ra ngay với các chất dễ bị ôxy hóa, do vậy đến mangan, thế oxy hóa khử của nước thường chỉ còn lại khoảng 0,2 V.

Thay vào phương trình (1) ta thấy rằng, để đưa hàm lượng mangan xuống đến 0,2 mg/l, pH của nước phải có giá trị xấp xỉ bằng 9

Tương tự với sắt, qui trình xử lý mangan cơ bản cũng bao gồm các khâu làm thoáng, lắng và lọc Trong quá trình lọc, lớp vật liệu lọc được phủ dần một lớp mangan đioxit Mn(OH)4 tích điện âm, lớp Mn(OH)4 có tác dụng làm chất xúc tác hấp thụ các ion Mn2+ và ôxy hóa Mn2+ theo phản ứng sau:

Mn(OH)4 + Mn(OH)2 → Mn(OH)3

4Mn(OH)3 + O2 + 2H2O → 4Mn(OH)4

Lớp phủ Mn(OH)4 mới tạo thành lại tham gia vào phản ứng mới và cứ như vậy tạo ra một chu trình phản ứng liên tục Như vậy, hiệu quả khử mangan do chính bản thân quá trình khử tạo ra trên bề mặt vật liệu lọc

Biểu đồ hình trên cho thấy vai trò quan trọng của lớp xúc tác đến hiệu quả khử mangan bằng ôxy Khi chưa có lớp xúc tác, hiệu quả khử chỉ đạt được với pH lớn hơn 9, nếu có xúc tác phản ứng có hiệu quả ngay từ pH=8,2

Trong thực tế để sớm đưa vào bể lọc vào chế độ hoạt động ổn định, cần pha thêm vào nước dung dịch KMnO4 với liều lượng 1 – 3 mg/l trong vài ngày đầu, hoặc nâng pH của nước lên trên 9.

2.8 Các phương pháp khử mangan

Cũng như khử sắt, khử mangan có thể dùng phương pháp ôxy hóa và phương pháp hóa học, phương pháp vi sinh

2.8.1 Phương pháp ôxy hóa

Mangan Mn2+ có thế oxy hóa rất chậm bằng ôxy Mangan có quan hệ:

) (

) ( )

( )

(

2 2

2

2

MnO Mn

K Mn

K dt

Mn d



K

Ôxy hóa bằng ôxy chỉ đạt được tốc độ thích hợp với pH lớn hơn 9,5

(Hình 10: Loại bỏ Mn2+ bằng oxy hóa (theo Morgan trục hoành thời gian phút)Ôxy hóa Mn2+ bằng ôxy phụ thuộc vào nhiệt độ: nó nhanh gấp 5 lần khi ta chuyển từ 11oC đến 22oC, nhưng ở độ pH thông thường, thời gian tiếp xúc rất khó thích hợp và khai thác công nghiệp Sự có mặt của đioxít mangan là chất "xúc tác" phản ứng Chính điều đó được thấy trong một số quá trình sau một thời gian hoạt động với các chất ôxy hóa khác có thể bị mangan hóa cát lọc

Thực tế, sẽ có sự hấp phụ Mn2+ trên MnO2 và ôxy hóa chậm Mn2+ thành MnO2 xảy ra theo phản ứng:

" chất xúc tác" Nó có thể tạo thành sesqui-ôxít:

Mn2+ + Mn2+ + H2O → Mn2O3 + 2H+ (1)Người ta có thể tái sinh vật liệu lọc do tác dụng của permanganat3Mn2O3 + 2MnO4- + H2O → 8MnO2 + 2(OH)- (2)Tổng hợp cả 2 phản ứng (1) và (2):

3Mn2+ + 2MnO4- + 2H2O → 5MnO2 + 4H+ (3)Cặn MnO2 dùng làm "chất phản ứng", nhưng cần phải sử dụng một lượng chất ôxy hóa như đối với phản ứng (3) Trong thực tế, thay cho việc mangan hóa cát, người ta dùng vật liệu lọc gồm phần lớn là MnO2 trộn với một tỉ lệ lớn ít hay nhiều với cát, nó có thể được tái sinh trong khoảng thời gian điều đặn

Quy trình công nghệ cơ bản cũng giống như khử sắt bao gồm giàn mưa, lắng tiếp xúc và lọc Riêng phần bể lọc, do phản ứng ôxy hóa mangan diễn ra chậm nên cát lọc phải có bề dầy 1,2 – 1,5 m Qui trình rửa lọc phải lựa chọn trên

cơ sở thực nghiệm chính xác, nhằm mục đích giữ lại một lớp màng Mn(OH)4 bao quanh hạt cát lọc làm màng xúc tác có chu kì tiếp theo Nếu rửa sạch hạt cát lọc thì vào chu kì sau lại cần có thời gian để tạo ra lớp màng xúc tác mới (thường 5 –

10 ngày) Để đạt hiệu quả cao, vật liệu lọc nên dùng cát đen (đã được phủ một lớp đioxít mangan).

Trong trường hợp nước có chứa cả sắt và mangan, cần tiến hành thí nghiệmđể xác định qui trình xử lý kết hợp Giàn làm thoáng cần phải đảm bảo đủ lượng ôxy hòa tan cho cả quá trình ôxy hóa sắt và mangan Do sắt bị ôxy hóa trước nên quá trình ôxy hóa mangan sẽ xảy ra ở các lớp cát lọc nằm bên dưới

Tùy theo tính chất nguồn nước và các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép, quy trình kết hợp có thể là:

a Xử lý có xúc tác:

Bao gồm làm thoáng, lắng tiếp xúc, bể lọc một hoặc hai lớp Cơ sở lựa chọn dựa trên điều kiện: nếu sau khi ôxy hóa sắt hết, độ pH của nước còn giữ lại được cao hơn 8 thì quá trình ôxy hóa mangan sẽ diễn ra thuận lợi Bể lọc cần có lớp cát dầy không nhỏ hơn 1,5m Trong trường hợp này dùng bể lọc hai lớp(than antraxit và cát) đạt hiệu quả cao hơn Ưu điểm của quy trình là chỉ có một cấp bể lọc, cặn Mn(OH)4 được tạo ra trước sẽ là nhân tố xúc tác cho sự ôxy hóa mangan Tuy nhiên quy trình rửa lọc sẽ rất phức tạp vì nếu rửa sạch cặn sắt nằm ở lớp vật liệu lọc bên trên ( cần cường độ rửa lớn) thì khó giữ lại được lớp màng xúc tác Mn(OH)4 ở lớp cát bên dưới

b Xử lý không xúc tác:

Khi hàm lượng sắt và mangan trong nước đều lớn hoặc không thỏa mãn các yêu cầu của hệ bậc một thì chọn quy trình xử lý bậc hai Quá trình khử sắt sẽ hoàn thành ở bậc một gồm các khâu làm thoáng, lắng, lọc Sau đó xử lý nâng pH của nước lên trên 8 Nếu lượng ôxy hòa tan còn lại không đủ để ôxy hóa mangan tiến hành làm thoáng lại và lọc nước qua bể lọc thứ hai để xử lý mangan Quy trình này tuy tốn kém hơn về xây dựng nhưng chất lượng và hiệu quả xử lý ổn định Các bể lọc có chứa chức năng khác nhau rõ ràng, nên vận hành rửa lọc đơn giản hơn