KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC NGẦM

1. Một số quá trình cơ bản xử lý nước ngầm Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước ngầm, tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm của nguồn nước ngầm, các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội…mà chúng ta sẽ lựa chọn công nghệ xử lý nước ngầm sao cho phù hợp. Tuy nhiên có một số quá trình cơ bản có thể áp dụng để xử lý nước ngầm được tóm tắt như bảng sau: Quá trình xử lý: Mục đích Làm thoáng: lấy oxy từ không khí để oxy hoá sắt v à mangan hoá trị II hoà tan trong nước. Khử khí CO2 nâng cao pH của nước để đẩy nhanh quá tr ình oxy hoá và thuỷ phân sắt, mangan trong dây chuyền công nghệ khứ sắt v à mangan. Làm giàu oxy để tăng thế oxy hoá khử của nước, khử các chất bẩn ở dạng khí hoà tan trong nước

KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC NGẦM Một số trình xử lý nước ngầm Có nhiều phương pháp để xử lý nước ngầm, tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm nguồn nước ngầm, điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội…mà lựa chọn công nghệ xử lý nước ngầm cho phù hợp Tuy nhiên có số trình áp dụng để xử lý nước ngầm tóm tắt bảng sau: Quá trình xử lý: *Mục đích - Làm thoáng: lấy oxy từ không khí để oxy hoá sắt v mangan hoá trị II hoà tan nước - Khử khí CO2 nâng cao pH nước để đẩy nhanh tr ình oxy hoá thuỷ phân sắt, mangan dây chuyền công nghệ khứ sắt v mangan - Làm giàu oxy để tăng oxy hoá khử nước, khử chất bẩn dạng khí hoà tan nước - Clo hoá sơ bộ: oxy hoá sắt mangan hoà tan dạng phức chất hữu - Loại trừ rong, rêu, tảo phất triển thành bể trộn, tạo bong cặn bể lắng, bể lọc - Trung hoà lượng ammoniac dư, diệt vi khuẩn tiết chất nhầy tr ên mặt lớp lọc - Quá trình khuấy trộn hoá chất: phân tán nhanh, phèn hoá chất khác vào nước cần xử lý - Quá trình keo tụ phản ứng tạo cặn: tạo điều kiện thực trình dính kết hạt keo phân tán thành cặn có khả lắng lọc với tốc độ kinh tế cho phép - Quá trình lắng: loại trừ khỏi nước hạt cặn cặn có khả lắng với tốc độ kinh tế cho phép, làm giảm lượng vi trùng vi khuẩn - Quá trình lọc: loại trù hạt cặn nhỏ không lắng bể lắng, có khả dính kết lên bề mặt hạt lọc - Hấp thụ hấp thụ than hoạt tính - Khử mùi, vị, màu nước sau dùng phương pháp xử lý truyền thống không đạt yêu cầu - Flo hoá nước: nâng cao hàm lượng Flo nước đến 0,6 – 0,9 mg/l để bảo vệ men xương cho người dùng nước - Khử trùng nước: tiêu diệt vi khuẩn vi trùng lại nước sau bể lọc - Ổn định nước: khử tính âm thực tạo màng bảo vệ cách ly không cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặ thành ống dẫn để bảo vệ ống phụ tùng ống - Làm mềm nước: khử khỏi nước ion Ca2+ Mg2+ đến nồng độ yêu cầu - Khử muối: khử khỏi nước cation anion muối hoà tan đến nồng độ yêu cầu Phương pháp khử sắt nước ngầm Trong nước ngầm sắt thường tồn dạng ion, sắt có hoá trị (Fe 2+) thành phần muối hoà tan như: Fe(HCO3)2; FeSO4…hàm lượng sắt có nguồn nước ngầm thường cao phân bố không đồng lớp trầm tích đất sâu Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước co mùi có màu vàng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt sản xuất Do đó, mà nước có hàm lượng sắt cao giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn phải tiến hành khử sắt Các hợp chất vô ion sắt hoá trị II: - FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4, v.v… Các hợp chất vô ion sắt hoá trị III: - Fe(OH)3, FeCl3 …trong Fe(OH)3 chất keo tụ, dễ dàng lắng đọng bể lắng bể lọc Vì hợp chất vô sắt hoà tan nước hoàn toàn xử lý phương pháp lý học: làm thoáng lấy oxy không khí để oxy hoá sắt hoá trị II th ành sắt hoá trị III cho trình thuỷ phân, keo tụ Fe(OH)3 xảy hoàn toàn bể lắng, bể lọc tiếp xúc bể lọc Các phức chất vô ion sắt với silicat, photphat FeSiO(O H)3 +3) - Các phức chất hữu ion sắt với axit humic, funvic,… - Các ion sắt hoà tan Fe(OH)+, Fe(OH)3 tồn tuỳ thuộc vào giá trị oxy hoá khử pH môi trường - Các loại phức chất hỗn hợp ion hoà tan sắt khử phương pháp lý học thông thường, mà phải kết hợp với phương pháp hoá học Muốn khử sắt dạng phải cho thêm vào nước chất oxy hoá như: Cl-, KMnO4, Ozone, phá vỡ liên kết oxy hoá ion sắt thànhion hoá trị III cho vào nước chất keo tụ FeCl , Al(SO4)3 kiềm hoá để có giá trị pH thích hợp cho tr ình đồng keo tụ loại keo sắt phèn xảy triệt để bể lắng, bể lọc tiếp xúc v bể lọc Các phương pháp khử sắt xử lý nước 3.1 Phương pháp oxy hoá sắt Nguyên lý phương pháp oxy hoá (II) thành s (III) tách chúng khỏi nước dạng hyđroxyt sắt (III) Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat muối không bền, dễ dàng thuỷ phân thành sắt (II) hyđroxyt theo phản ứng: Fe(HCO)3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3 Nếu nước có oxy hoà tan, sắt (II) hyđroxyt bị oxy hoá thành sắt (III) hyđroxyt theo phản ứng: 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3↓ Sắt (III) hyđroxyt nước kết tủa thành cặn màu vàng tách khỏi nước cách dễ dàng nhờ trình lắng lọc.Kết hợp phản ứng ta có phản ứng chung trình oxy hoá sắt sau: 4Fe2+ + 8HCO3 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ + 8HCO3 Nước ngầm thường không chứa ôxy hoà tan có hàm lượng ôxy hoà tan thấp Để tăng nồng độ ôxyhoà tan nước ngầm, biện pháp đơn giản làm thoáng Hiệu bước làm thoáng xác định theo nhu cầu ôxy cho trình khử sắt 3.2 Phương pháp khử sắt trình ôxy hoá Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc: Nước cần khử sắt làm thoáng dàn phun mưa 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 nước sau làm thoáng nhiệt độ 250C lấy 40% lượng ôxy hoà tan bão hoà (ở 250C lượng ôxy bão hoà 8,1 mg/l) Làm thoáng giàn mưa tự nhiên: Nước cần làm thoáng tưới lên giàn làm thoáng bặc hay nhiều bặc với s àn rải xỉ tre gỗ Lưu lượng tưới chiều cao tháp lấy trường hợp Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng 55% lượng ôxy hoà tan bão hoà Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 50% Làm thoáng cưỡng bức: Cũng dùng tháp làm thoáng cưỡng với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m3 /h Lượng không khí tiếp xúc lấy từ đến m3 cho 1m3 nước Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng 70% hàm lượng ôxy hoà tan bão hoà Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 75% 3.3 Khử sắt hoá chất Khi nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cao, chất hữu tạo dạng keo bảo vệ ion sắt, muốn khử sắt phải phá vỡ màng hữu cơbảo vệ tác dụng chất ôxy hoá mạnh Đối với nước ngầm, làm lượng sắt cao đồng thời tồn H 2S lượng ôxy thu nhờ làm thoáng không đủ để ôxy hoá hết H2S sắt, trường hợp cần phải dùng đến hoá chất để khử sắt Biện pháp khử sắt vôi: Khi cho vôi vào nước, độ pH nước tăng lên Ở điều kiện giàu ion OH-, ion Fe2+ thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 lắng xuống phần, ôxy hoá khử tiêu chuẩn hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống, sắt (II) dễ dàng chuyển hoá thành sắt (III) Sắt (III) hyđroxyt kết tụ th ành cặn, lắng bể lắng dễ dàng tách khỏi nước Phương pháp áp dụng cho nước mặt nước ngầm Nhược điểm phương pháp phải dùng đến thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, cho n ên thường kết hợp khử sắt với tr ình xử lý khác xử lý ổn định nước kiềm, làm mềm nước vôi kết hợp với sôđa Biện pháp khử sắt Clo: Quá trình khử sắt clo thực nhờ phản ứng sau: 2Fe(HCO3)2 + Cl2+Ca(HCO3)2 + 6H2O→2Fe(OH)3CaCl2 + 6H+6HCO3– Biện pháp khử sắt Kali Permanganat (KMnO 4): Khi dùng KMnO4 để khử sắt, qua trình xảy nhanh cặn mangan (IV) hyđroxyt vừa tạo thành nhân tố xúc tác cho trình khử Phản ứng xảy theo phương trình sau: 5Fe2+ + MnO4– + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Biện pháp khử sắt cách lọc qua lớp vật liệu đặc biệt Các vật liệu đặc biệt có khả xúc tác, đẩy nhanh tr ình ôxy hoá khử Fe2+ thành Fe3+ giữ lại tầng lọc Quá trình diễn rẩt nhanh chóng có hiệu cao Cát đen chất có đặc tính Biện pháp khử sắt phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion sử dụng kết hợp với trình khử cứng Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm không tiếp xúc với không khí Fe3+ làm giảm khả trao đổi ionic Chỉ có hiệu khử nước ngầm có hàm lượng sắt thấp Biện pháp khử sắt phương pháp vi sinh Một số loại vi sinh có khả ôxy hoá sắt điều kiện m trình ôxy hoá hoá học xảy khó khăn Chúng ta cấy mầm khuẩn sắt lớp cáy lọc bể lọc, thông qua hoạt động vi khuẩn sắt đ ược loại khỏi nước Thường sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt Một số giai đoạn công nghệ khử sắt nước cấp Giai đoạn đưa hoá chất vào nước: Giai đoạn gồm có trình làm thoáng nước để làm giàu ôxy khử khí cacbonic với việc pha trộn hoá chất vào nước vôi, phèn, clo, ôzôn, kali permanganate… Giai đoạn xử lý sơ bộ: Mục đích giai đoạn nhằm tạo điều kiện cho phản ứng ôxy hoá khử diễn đ ược hoàn toàn, nhanh chóng Các thiết bị cần thiết cho giai đoạn bể lắng tiếp xúc, bể lọc sơ bộ, bể lọc tiếp xúc, bể lắng ngang lắng Giai đoạn làm sạch: Giai đoạn cần đến bể lọc khác Tuỳ theo hàm lượng thành phần sắt nước nguồn với chất lượng nứơc nguồn mà định quy trình khử sắt cụ thể, thường xác định thực nghiệm chỗ kết hợp với kết tính toán sơ Khi hàm lượng sắt cao 6mg/l cần khử triệt để khí cacbonic, quy tr ình khử sắt bao gồm ba giai đoạn Một số thiết bị khử sắt thường sử dụng Làm thoáng đơn giản bề mặt bể lọc: Người ta dùng giàn ống khoan lỗ phun mưa bề mặt lọc, lỗ phun có đường kính đến mm, tia nước dùng áp lực phun lên với độ cao 0,5 đến 0,6m Lưu lượng phun vào khoảng 10m3/m2.h Làm thoáng trực tiế bề mặt bể lọc nên áp dụng nước nguồn có hàm lượng sắt thấp khử CO2 Tháp làm thoáng tự nhiên: Sử dụng tháp làm thoáng tự nhiên (giàn mưa) cần làm giàu ôxy kết hợp với khử khí CO2 Do khả trao đổi O2 lớn CO2 nên tháp thiết kế cho trường hợp khử CO2 Giàn mưa cho khả thu lượng ôxy hoà tan 55% lượng ôxy bão hoà có khả khử 75-80% lượng CO2 lại sau làm thoáng không xuống thấp 5-6mg/l Tháp làm thoáng cưỡng bứcCấu tạo tháp làm thoáng cưỡng gần giống tháp làm thoáng tự nhiên, khác không khí đưa vào tháp cưỡng quạt gió Không khí ng ược chiều với chiều rơi tia nước Lưu lượng tưới thường lấy từ 30 đến 40 m3/m2.h Lượng không khí cấp vào từ đến 6m3 cho 1m3 nước cần làm thoáng Bể lắng tiếp xúc: Bể lắng tiếp xúc có chức giữ nước lại sau trình làm thoáng thời gian để trình ôxy hoá thuỷ phân dắt diễn hoàn toàn, đồng thời tách phần cân nặng tr ước chuyển sang bể lọc Trong thực tế thường lấy thời gian lưu nước từ 30 đến 45 phút Bể lắng tiếp xúc đ ược thiết kế bể lắng đứng thường đặt giàn làm thoáng Bể lọc tiếp xúc hay bể lọc sơ áp dụng hàm lượng sắt nước nguồn cao cần khử đồng thời mangan Bể lọc tiếp xúc có cấu tạo bể lọc thông thường với lớp vật liệu lọc sỏi, than antraxit, sành, sứ…có kích thước hạt lớn Tốc độ lọc thường khống chế khoảng 15 đến 20m/h Bể lọc cặn sắt: Để lọc nước có chứa cặn sắt, sử dụng bể lọc nhanh thông th ường Do khác với bể lọc cạn bẩn b ình thường chỗ trình ôxy hoá thuỷ phân sắt tiếp tục xảy lớp vật liệu lọc, n ên từ đầu chu kỳ loc, cặn bám sẵn lớp vật liệu lọc độ chứa cặn lớp vật liệu lọc cao Vì vậy, vật liệu lọc lấy cấp phối hạt lớn h ơn, đương kính trung bình hạt từ 0,9 đến 1,3 mm, bề dày lớp vật liệu lọc 1,0 đến 1,2m, tốc độ lọc lấy từ đến 10m/h Do cặn sắt bám n ên phải rửa lọc nước khí kết hợp, lưu lượng nước rửa thực tế thường dùng từ 10 đến 12 l/m2.s Nếu sử dụng bể lọc lớp gốm antraxit v cát thạch anh hiệu xử lý cao Các yếu tố ảnh hưởng đến trình khử sắt Tốc độ phản ứng tr ình ôxy hoá thuỷ phân Fe2+ thành Fe3+ tuỳ thuộc vào lượng oxy hoà tan nước tăng lên Để oxy hoá 1mg sắt (II) tiêu tốn 0,143mg oxy Thời gian oxy hoá thuỷ phân sắt công trình phụ thuộc vào trị số pH nước lấy sau: Thời gian tối ưu trình keo tụ pH 6,0 6,5 6,6 6,7 6,8 6,9 ≥7,5 Thời gian tiếp xúc cần thiết bể lắng bể lọc (thời gian lưu nước) (phút) 90 60 45 30 25 20 15 10 Thời gian tiếp xúc cần thiết (thời gian l ưu nước) bể lọc tiếp xúc (bể lọc I) bể lọc (bể lọc đợt II) (phút) 60 45 35 25 20 15 12 Tốc độ lọc qua bể tiếp xúc lấy -20 m/h tuỳ thuộc vào thời gian lưu nước cần thiết lượng cặn cần giữ lại cho qua bể lọc đợt I hàm lượng cặn lại qua bể lọc (lọc đợt II) ≤ 15mg/l Tốc độ lọc qua bể lọc lấy 3-9 m/h tuỳ thuộc vào chiều dày cỡ hạt lớp vật liệu lọc thời gian lưu nước cần thiết  ... khỏi nước Phương pháp áp dụng cho nước mặt nước ngầm Nhược điểm phương pháp phải dùng đến thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, cho n ên thường kết hợp khử sắt với tr ình xử lý khác xử lý. .. lượng sắt có nguồn nước ngầm thường cao phân bố không đồng lớp trầm tích đất sâu Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước co mùi có màu vàng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh...- Khử muối: khử khỏi nước cation anion muối hoà tan đến nồng độ yêu cầu Phương pháp khử sắt nước ngầm Trong nước ngầm sắt thường tồn dạng ion, sắt có hoá trị (Fe 2+)