Chương 6: Khử sắt và mangan

giao trinh xu ly nuoc cap chuong 6

CHƯƠNG 6 KHỬ SẮT VÀ MANGAN KHỬ SẮT  Sắt có chứa trong cả nước mặt và nước ngầm  Trong nước mặt: Fe thường tồn tại ở dạng Fe 3+ thường là Fe(OH) 3 dưới dạng keo, huyền phù => loại ỏ cùng với ñộ ñục  Trong nước ngầm: Fe thường tồn tại dưới dạng Fe 2+ trong các muối hòa tan ( Fe(HCO 3 ) 2 ; FeSO 4 )  Nước có hàm lượng sắt cao thường có mùi tanh, nhiều cặn bẩn màu vàng => ảnh hưởng xấu ñến chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt, sản xuất KHỬ SẮT  Các phương pháp khử sắt: - Phương pháp làm thoáng - Phương pháp dùng hóa chất - Phương pháp khác KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG  Bản chất: làm giàu oxi trong nước ñể tăng cường chuyển hóa Fe 2+ thành Fe 3+ => kết tủa => lọc  Làm thoáng có thể xảy ra trong: + Môi trường tự do + Môi trường hạt + Môi trường xúc tác KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG  Chuyển hóa Fe 2+ thành Fe 3+ trong môi trường tự do (thường dùng giàn mưa hay quạt gió) - PTPU: Fe(HCO 3 ) 2 = 2HCO 3 - + Fe 2+ Sau ñó: 4Fe 2+ + O 2 + 10 H 2 O = Fe(OH) 3 + 8H + ðồng thời: H + + HCO 3 2- = H 2 O + CO 2 Tốc ñộ phản ứng: K: hằng số phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt ñộ và chất xúc tác 2+2+ 2 + 2 [Fe ].[O ] [Fe ] . dt [H ] d v k = = KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG Các yếu tố ảnh hưởng: - pH - Hàm lượng O 2 - Hàm lượng sắt - ðộ kiềm - Nhiệt ñộ - Thời gian phản ứng - Hàm lượng H 2 S, NH 3 và các chất bẩn hữu cơ Quy phạm: H 2 S < 0,2 mg/l, NH 4 + < 0,1 mg/l, ñộ oxi hóa < 0,15 [Fe 2+ ] KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG  Phản ứng oxi hóa Fe 2+ và thủy phân Fe 3+ trong môi trường dị thể của lớp vật liệu lọc. - Làm thoáng ñể cung cấp oxi cho nước. - Khi làm thoáng, Fe 2+ oxi hoá thành Fe 3+ với tỷ lệ nhỏ. - Quá trình oxi hoá Fe 2+ thành Fe 3+ và thuỷ phân Fe 3+ thành Fe(OH) 3 chủ yếu xảy ra trong lớp vật liệu lọc. KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG - Lớp màng gồm các chất: Fe 2+ , Fe 3+ , Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 - Thời gian tạo thành lớp màng phụ thuộc vào: Cỡ hạt, chiều dày lớp vật liệu lọc, tốc ñộ lọc, hàm lượng cặn - Thời gian luyện: 140 – 330h - Quy phạm: pH > 6,8; [Fe 2+ ] < 15 mg/l, ðộ oxi hóa < [0,15(Fe 2+ ).5] mg/l O 2 , NH 4 + < 1mg/l,ñộ màu < 15 o KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG  Oxi hóa Fe 2+ thành Fe 3+ khi có mặt lớp màng xúc tác Mangan oxit - Lớp màng mangan oxit là chất xúc tác làm tăng quá trình chuyển hóa Fe 2+ => Fe 3+ ngay cả khi pH thấp. - PTPƯ: MnOMn 2 O 7 +4Fe(HCO 3 ) 2 +2H 2 O => 3MnO 2 +4Fe(OH) 3 + 8CO 2 3MnO 2 + O 2 => MnOMn 2 O 7 KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG HÓA CHẤT  Khử sắt bằng chất oxi hóa mạnh - Các chất oxi hoá mạnh thường sử dụng ñể khử sắt là: Cl 2 , KMnO 4 , O 3 … - PTPƯ: 2Fe 2+ + Cl 2 + 6H 2 O = 2Fe(OH) 3 + Cl - + 6H + 3Fe 2+ + KMnO 4 + 7H 2 O = 3Fe(OH) 3 + MnO 2 + K + + 5H + - Trong phản ứng, ñể oxi hoá 1mg Fe 2+ cần 0,64 mg Cl 2 hoặc 0,94mg KMnO 4 , kiềm của nước giảm ñi 0,018mgñl/l. - Dùng chất oxi hoá mạnh phản ứng xảy ra nhanh hơn, pH môi trường thấp hơn (pH<6) pp làm thoáng. [...]... thoáng ≥ 3-4mg/l Khi có Ki và C(CO2) ta suy ra pH (d a vào bi u ñ 51) N u pH < 6,8 thì không s d ng phương pháp kh s t làm thoáng ñ c l p (pha vôi, Cl, l c, xúc tác) L A CH N PHƯƠNG PHÁP KH S T - - Thí nghi m xác ñ nh kh năng kh s t b ng làm thoáng ñơn gi n và l c Mô hình: ng l c b ng th y tinh hay nh a trong (d ≥ 50mm), bên trong ñ cát dày 1m (d=0,8-1,8mm) Thí nghi m: ðưa nư c vào ng nghi m ñ n ñ cao... - Bư c 1: Căn c vào ñ ki m và ñ pH =>tìm ñư c hàm lư ng CO2 t do trong nư c ngu n + CO2 sinh ra t th y phân s t 1mg Fe b th y phân t o ra 1,6mg/l CO2, ñ ki m gi m ñi 0,036 mgñl/l Tính ñư c giá tr CO2 m i và ñ ki m m i => pH m i N u pH ≥ 6,8; ñ ki m ≥ 1mgñl/l thì áp d ng pp làm thoáng ñơn gi n N u k ñ t => sang bư c 2 CÁC BƯ C TI N HÀNH L A CH N PHƯƠNG PHÁP - - - Bư c 2: L y 25% CO2 và ñ ki m tính ñư... năng kh s t b ng cách làm thoáng k t h p v i ki m hóa: + L y 5 bình dung tích 2l => ñ lư ng nư c như nhau vào các bình => cho vôi vào v i lư ng khác nhau, khu y trong 2h => l c như tn1 => ch n m u ñ t yêu c u v i lư ng vôi nh nh t + N u bình có lư ng vôi l n nh t mà pH < 8,3 – 8,4 thì cho thêm vôi vào ñ ñ t pH ñó L A CH N PHƯƠNG PHÁP KH S T Thí nghi m xác ñ nh kh năng kh Fe b ng Cl – l ng ti p xúc –... nh thì ñ pH c a nư c càng cao - ð ki m trong nư c cao là do trong nư c có nhi u mu i bicacbônat, các mu i này không b n v ng, d dàng tách ra CO2 t do - ð oxi hóa và th y phân 1mg Fe2+ thì tiêu th 0,143 mg O2 ñ ng th i làm tăng 1,60 mg CO2 và ñ ki m gi m 0,036 mgñ/l - ð ki m c a nư c sau khi kh s t: Ki = Ki0 – 0,036 CFe02+ mgñl/l Trong ñó: Kio: ñ ki m ban ñ u c a nư c ngu n (mgñl/l) CFe02+ : hàm lư... trên x y ra ch m ði u ki n: pH = 7-7,5 n u pH < 7 thì s không kh h t s t trong nư c Nâng pH lên b ng cách ki m hóa nư c và tăng hi u qu ñu i CO2 ra kh i nư c S BI N ð I THÀNH PH N, TÍNH CH T C A NƯ C KHI KH S T ð ki m c a nư c: ð ki m c a nư c có nh hư ng tr c ti p ñ n quá trình kh s t và có liên h tr c ti p v i ñ PH c a nư c ð ki m càng l n, lư ng CO2 t do trong nư c càng nh thì ñ pH c a nư c càng cao... PHƯƠNG PHÁP - - - - Bư c 3: L y 15% lư ng CO2 và lư ng ki m tính ñư c => pH N u pH ≥ 6,8; ñ ki m ≥ 1mgñl/l thì áp d ng pp kh s t b ng làm thoáng cư ng b c N u không ñ t thì xây dư ng thêm 1 b l c xúc tác trư c b l c trong N u làm thoáng không ñ t thì ph i dùng hóa ch t CÔNG NGH KH S T TRONG NƯ C NG M Công ngh kh s t b ng làm thoáng: - Sơ ñ 1: làm thoáng ñơn gi n và l c: + Làm thoáng b ng giàn ng khoan l... Fe2+/28) mgñl/l - Ưu ñi m: + Công trình x lý ñơn gi n + Hi u qu x lý cao và n ñ nh + Chu kỳ l c kéo dài do t n th t áp l c trong l p v t li u tăng ch m - CÔNG NGH KH S T TRONG NƯ C NG M Sơ ñ 2: Giàn mưa - l ng ti p xúc - l c + Giàn mưa: là công trình làm thoáng t nhiên, có kh năng thu ñư c lư ng ôxi hòa tan b ng 5% lư ng ôxi bão hòa và có kh năng kh ñư c 7580% lư ng CO2 trong nư c, nhưng lư ng CO2 còn... 7580% lư ng CO2 trong nư c, nhưng lư ng CO2 còn l i sau làm thoáng không xu ng th p hơn 56mg/l C u t o: H th ng phân ph i nư c; Sàn tung nư c; Sàn ñ l p v t li u ti p xúc; h th ng thu, thoát khí và ngăn nư c; sàn và ng thu nư c - CÔNG NGH KH S T TRONG NƯ C NG M Tính toán giàn mưa: - Di n tích m t b ng c a giàn mưa: F= Q/qm Trong ñó: Q: lưu lư ng nư c x lý (m3/h) qm: Cư ng ñ mưa (10-15 m3/m2-h) Giàn mưa... l y ñi ñ tăng ñ pH lên 7,5 Cl = 1,64Fe2+ + (Cñ – Ct) (mg/l) trong ñó: Cñ: Co2 t do ban ñ u trong nư c ngu n Ct: CO2 tính toán ng v i pH = 7,5 và ñ ki m c a nư c ngu n CÔNG NGH KH S T TRONG NƯ C NG M Ct = Cbñ.ßγ (mg/l) Cbñ: N ng ñ CO2 t do xác ñ nh theo tr s pH và ñ ki m 20oC ß: H s k ñ n hàm lư ng mu i hòa tan trong nư c γ: H s liên quan ñ n nhi t ñ c a nư c (theo b ng) - ∆Ctb ñư c xác ñ nh theo công... h p nư c không có oxi hòa tan: Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 => FeCO3 + CaCO3 + H2O CÁC PHƯƠNG PHÁP KH S T KHÁC Kh s t b ng trao ñ i cation - Cho nư c ñi qua l p v t li u l c có kh băng trao ñ i iôn Các ion H+ và Na+ có trong v t li u l c s trao ñ i v i ion Fe2+ có trong nư c: 2[K]Na + Fe(HCO3)2 => [K]2Fe + 2NaHCO3 2[K]H + Fe(HCO3)2 => [K]2Fe + H2CO3 - Cation ñư c tái sinh b ng HCl, NaCl HCl + [K]2Fe => [K]H . SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG Các yếu tố ảnh hưởng: - pH - Hàm lượng O 2 - Hàm lượng sắt - ðộ kiềm - Nhiệt ñộ - Thời gian phản ứng - Hàm lượng H 2 S, NH 3 và các chất bẩn hữu cơ Quy phạm:. Khử sắt bằng chất oxi hóa mạnh - Các chất oxi hoá mạnh thường sử dụng ñể khử sắt là: Cl 2 , KMnO 4 , O 3 … - PTPƯ: 2Fe 2+ + Cl 2 + 6H 2 O = 2Fe(OH) 3 + Cl - + 6H + 3Fe 2+ + KMnO 4 + 7H 2 O. biến ñổi pH: - Quá trình chuyển Fe 2+ => Fe 3+ làm giảm pH của nước - pH thấp quá trình trên xảy ra chậm - ðiều kiện: pH = 7-7 ,5. nếu pH < 7 thì sẽ không khử hết sắt trong nước - Nâng pH