đề tài: công nghệ xử lý nước nhiễm phèn potx

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 ngh

TP.HCM, tháng 7, năm 2010.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

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

1.5 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:

Độ màu Vàng đục Vàng đục Trong xanh

pH 2.5 – 3.0 2.5 – 3.5 2.5 – 2.8

Hàm lượng sắt (mg/l) 30 – 120 25 – 70 2 – 10Hàm lượng sunfat (mg/l) 800 – 5000 100 – 380 100 – 400Hàm 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

 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

 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+

- 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.

Hình 2.1: 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+ + 4H2O1.5 Khử sắt bằng ClO2:

Quá trình oxy hóa xảy ra theo phương trình phản ứng:

Fe2+ + ClO2 + 3H2O  Fe(OH)3 + ClO2- + 3H+

Quá trình diễn ra khi pH>7

2.2 Khử sắt bằng cách lọc qua lớp vật liệu đặc biệt

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước nhiễm phèn sử dụng DS3

Hình 3.2: Hạt lọc DS3 và DC3

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

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