TẠI SAO NƯỚC TỪ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC MỎ LẠI CÓ TÍNH AXIT VÀ CÓ MÀU NÂU ĐỎTẠI SAO NƯỚC TỪ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC MỎ LẠI CÓ TÍNH AXIT VÀ CÓ MÀU NÂU ĐỎTẠI SAO NƯỚC TỪ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC MỎ LẠI CÓ TÍNH AXIT VÀ CÓ MÀU NÂU ĐỎTẠI SAO NƯỚC TỪ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC MỎ LẠI CÓ TÍNH AXIT VÀ CÓ MÀU NÂU ĐỎ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Mơn Hố Kĩ thuật Mơi Trường BÀI BÁO CÁO Đề tài 5: Nước nhiễm phèn, nhiễm sắt, nhiễm mangan Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Nhóm 10: Trịnh Minh Như Ý 91304993 Đỗ Nguyễn Hồng Hà 91300986 Phạm Khánh Hoà 91301390 Phạm Huy Hạnh 91301092 Lê Quốc Bảo 91300230 A/Nước Nhiễm Phèn 1/Phèn gì? -Là muối kép có cấu tạo tinh thể đồng hình (đa phần có mặt) tạo nên anion sunfat SO42- (cũng anion selenat SeO42-; anion phức SeF42- ZnCl42-) cation hai kim loại có hố trị khác -Cơng thức chung phèn AB(SO4)2.12H2O; A kim loại hoá trị Na+, K+, Ce+, Rb+, NH4+; B ion kim loại hoá trị Al3+, Fe3+, V3+, Ti3+, Co3+, Ga3+, Rb3+, Cr3+ -Thường gặp loại muối kép tên Phèn kép Người ta quen gọi muối kim loại ngậm nước với công thức Mx(SO4)y.nH2O Phèn đơn Ví dụ phèn amoni muối kép (NH4)2SO4, Al2(SO4)3.24H2O, phèn crom Na2SO4.Cr2(SO4)3.24H2O; phèn kali KAl(SO4)2.12H2O, phèn natri NaAl(SO4)2.12H2O; phèn đen: hỗn hợp nhôm sunfat than hoạt tính -Dùng để tinh chế nước; dùng công nghiệp vải, sợi, giấy, thuộc da, vv -Một số loại phèn cụ thể: Phèn nhơm; Phèn sắt 2/Sự hình thành phân loại nước nhiễm phèn - Do nước mưa rửa trơi lớp đất có chứa ion Fe2+, Fe3+, Al3+ - Mạch nước ngầm chảy qua tầng đất có ion Fe 2+, Fe3+, Al3+ dạng hòa tan, hòa tan vào nước - Phân loại: Thông số Độ màu pH Độ kiềm Hàm lượng sắt (mg/l) Hàm lượng sunfat (mg/l) Hàm lượng nhôm (mg/l) Độ mặn (mg/l) Loại I Vàng đục 2.5 – 3.0 30 – 120 800 – 5000 - Loại II Vàng đục 2.5 – 3.5 25 – 70 100 – 380 180 Loại III Trong xanh 2.5 – 2.8 – 10 100 – 400 40 -20 - 3/Ảnh hưởng nước nhiễm phèn _ Loại nước có màu vàng đục có chứa nhiều phèn sắt gây cảm giác mỹ quan không tốt _ Tắm rửa bị rộp da, tế bào da bị khơ, phồng tróc _ Hàm lượng nhôm cao: gây hư hại cho men chứng bệnh đường ruột , tiêu hóa như: tiêu chảy, đau bụng, viêm đường ruột, viêm dày, viêm gan A da liễu: mẩn ngứa, mụn nhọt, nấm ngứa ảnh hưởng tới chứa lọc máu thận Thậm chí ung thư Đề tài - Nhóm 10 GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh _ Dụng cụ chứa nước bị ăn mòn lắng cặn _ Lượng sunfat cao gây vị khó chịu cho nước dùng B/Nước nhiễm sắt, nhiễm mangan 1/Sự tồn sắt mangan nước _ Hàm lượng sắt mangan chứa nước phụ thuộc nguồn nước đặc điểm địa chất khu vực Nước ngầm từ vùng đất trũng thường chứa nhiều sắt _ Trong đất sắt tồn dạng oxit sắt không tan (Fe2O3, Fe3O4), pyrit sắt FeS2 FeCO3 (ít tan) _ Trong mơi trường kị khí: FeCO3 bị hồ tan theo phương trình FeCO3 + CO2 + H2O → Fe2+ + HCO3_ Trong đất, mangan tồn dạng MnO2 Trong điều kiện kị khí MnO2 bị khử thành Mn2+ thường muối clorua, nitrat, sunfat dễ tan _ Hàm lượng chứa nước tự nhiên trung bình: 0,58 mg/l 2/Ảnh hưởng 2.1/Tích cực _ Với hàm lượng thấp (< 0,1 mg/l) sắt mangan không gây hại cho thể, chí có lợi _ Sắt giúp cho vận chuyển oxi máu _ Trong nguyên tố mangan kích thích hoạt động số enzim tham gia vào nhiều hoạt động sinh hoá thể nguyên tố cần thiết có liên quan tới sinh sản, phát triển xương, cảm giác giữ thăng bằng, hoạt động não, tổng hợp cholesterol, việc điều chỉnh nồng độ glucose máu, đông máu _ (Điển hình hầu máy Mỹ bổ sung khoảng 5% sắt) _ Hiện Bộ Y Tế cho phép mức tồn dư nước sinh hoạt sắt 0,3mg/l mangan 0,5mg/l Khi vượt tiêu chuẩn ảnh hưởng đến chất lượng nước không tốt cho sức khỏe người sử dụng thường xuyên 2.2/Tiêu cực Sắt mangan coi chất ô nhiễm thứ cấp, gây ảnh hưởng: Trong sinh hoạt _ Gây thẩm mĩ nước đục _ Có mùi khó chịu, ảnh hưởng tới chế biến thực phẩm _ Làm ố quần áo giặt (Chỉ cần nồng độ sắt thấp khoảng 0,3g/l nước để lại vết bẩn màu nâu đỏ quần áo khó tẩy) _ Tạo vết cáu bẩn, lắng cặn (khác nước chảy qua ống nước lắng cặn lại gây gỉ sét tắc nghẽn đường ống.) Trong sản xuất _ Gây rỉ sét, hư hỏng hệ thống ống nước, trang thiết bị _ Làm hỏng sản phẩm ngành dệt, giấy, đồ hộp C/Phương pháp xử lý 1/Tiêu chí lựa chọn phương pháp xử lý _ Cần dựa vào số tiêu chí sau để chọn phương pháp hay nhóm phương pháp để xử lý hiệu quả: _ Đặc điểm, thành phần, hàm lượng chất: để xác định cách làm hay hố chất cần thiết để xử lý _ Mục đích sử dụng: sinh hoạt, sản xuất, giặt rửa _ Quy mơ: quy mơ hộ gia đình hay quy mơ nhà máy xí nghiệp để mua bình lọc hay xây dựng hệ thống xử lý phù hợp _ Khả tài Đề tài - Nhóm 10 GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh 2/ Phương pháp xử lí 2.1/Xử lí nước nhiễm phèn a.Xử lý nước phèn loại I (pH thấp, hàm lượng sunfat cao) -Khử sunfat kiềm hóa bari để keo tụ thành BaSO4 để lượng SO42- giảm xuống 500 – 700 mg/l -Nhược điểm: không ổn định, liều lượng bari lớn, đắt tiền, xử lý bari dư b.Xử lý nước phèn loại II (pH thấp, hàm lượng sắt cao) -Kiềm hóa nước, khử sắt, sau lắng lọc qua bể lắng cát c.Xử lý nước phèn loại III (pH thấp, có chứa nhôm hàm lượng sunfat cao) -Nâng pH -Khử nhôm sắt -Nhờ hoá chất tổng hợp, Al3+ chuyển thành dạng kết tủa keo Hóa chất tổng hợp tạo nước nhân keo tụ mang điện tích dương, gây phản ứng đồng keo tụ với ion sắt nhôm nước -Lượng ion SO42- nước giảm phần hấp phụ bề mặt keo lắng 2.2Xử lí nước nhiễm sắt, mangan a.Dùng tro bếp : _ Phương pháp xử lý nước giếng khoan đơn giản, ngun vật liệu dễ tìm, tận dụng tro bếp rác thải sinh hoạt, thân thiện với mơi trường Cách làm áp dụng quy mơ hộ gia đình, vùng người dân phải sử dụng nước giếng khoan _ Tro bếp cho vào mẫu nước với liều lượng từ đến 10g/l để lắng vòng 15 phút Các phản ứng hóa học xảy hợp chất sắt không tan bị loại bỏ qua trình lọc Pt: 2Fe3+ + 3CO32- + 2H2O → 2Fe(OH)3 + 3CO2 b.Dùng hệ thống bể nước : _ Bể xây gạch xi măng, với ngăn – lắng, lọc chứa, ngăn 0,35 – 0,49 m3, ngăn lắng tích lớn nhất, ngăn lọc nhỏ _ Ngăn lắng lắp đặt giàn phun mưa gồm số đoạn ống có đục lỗ vòi hoa sen nhựa có thị trường Ngăn lọc có lớp sỏi đỡ (cỡ – 10 cm) dày 10 cm, lớp cát lọc (0,4 – 0,85 mm) dày 40 cm; lớp cát mịn (0,15 – 0,3 mm) dày 20 cm (Có thể đổ thêm lớp than lớp sỏi, để khử mùi nước) Ngăn có lắp ống nhựa từ đáy lên, cho đầu nằm cao lớp cát chút, để nước chảy qua ngăn thành phẩm đến cạn kiệt, khơng làm phơi mặt cát Ngăn thành phẩm có nắp đậy _ Khi bơm từ giếng lên, nước chảy qua vòi sen, xuống bể lắng Nhờ tiếp xúc với khơng khí, thành phần sắt nước bị oxy hóa Nước lắng cặn phần, đến ngăn lọc, nước lọc cặn lơ lửng, trở nên trong, theo ống dẫn đến ngăn chứa nước thành phẩm _ Hệ thống lọc – m3 nước/ngày Chi phí xây dựng hệ thống khoảng triệu đồng Nếu làm theo kiểu tiết kiệm chi phí thấp Đề tài - Nhóm 10 GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh _Phương pháp áp dụng cho nhà máy nước với nước bề mặt nước ngầm _Nhược điểm: phương pháp phải dùng đến thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp c.Khử sắt, mangan phương pháp làm thoáng Nguyên lý: Loại bỏ sắt mangan khỏi nước cách làm giàu oxi nước, Fe(II) bị oxi hoá thành Fe(III) tạo kết tủa Fe(OH)3 oxi oxi hoá Mn(II) thành Mn (IV) - MnO2 kết tủa Sự oxi hố xảy theo phương trình Fe3+ +8OH- + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ Nếu có mặt HCO34Fe3+ +8HCO3- + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2 (pH tối ưu = 9) Tương tự cho mangan 4Mn2+ + 4HCO3- + O2 + 2H2O → 4Mn(OH)4 + 4CO2 (pH tối ưu = 8.5 ~ 9.5) Phương pháp: Bề mặt lọc: 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 ơxy hồ tan nước sau làm thoáng nhiệt độ 250C lấy 40% lượng ơxy hồ tan bão hồ (ở 250C lượng ơxy bão hồ 8,1 mg/l) Khử 30-35% CO2 Đề tài - Nhóm 10 GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Đề tài - Nhóm 10 GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Giàn mưa: Nước tưới lên sàn hay nhiều bậc Lưu lượng tưới chiều cao tháp lấy trường hợp Lượng ơxy hồ tan sau làm thống 55% lượng ôxy hoà tan bão hoà Hàm lượng CO2 sau làm thống giảm 50% Làm thống cưỡng bức: Cũng dùng tháp làm thoáng cưỡng với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m3/h Lượng khơng khí tiếp xúc lấy từ đến m3 cho 1m3 nước Lượng ơxy hồ tan sau làm thống 70% hàm lượng ơxy hồ tan bão hồ.Hàm lượng CO2 sau làm thống giảm 75% Các yếu tố ảnh hưởng -pH: < 6.6: xảy chậm Đề tài - Nhóm 10 GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh ≥ 6.8: hồn thành vòng 60 phút tối ưu: sắt 8.5 - 9.5 mangan -Thời gian tiếp xúc nước khơng khí -Diện tích tiếp xúc nước khơng khí -Hàm lượng O2 -Hàm lượng sắt, mangan, nước -Hàm lượng H2S, NH3 chất bẩn hữu d.Các phương pháp khử sắt, mangan phương pháp hóa chất 1/Dùng chất oxy hóa mạnh Các chất oxy hóa mạnh thường sử dụng để khử sắt là: Cl2, KMnO4, O3…Phản ứng diễn sau 2Fe2+ + Cl2 + 6H2O → 2Fe(OH)3 ↓ + 2Cl- + 6H+ 3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O → 3Fe(OH)3 ↓ + MnO2 + K+ + 5H+ Trong phản ứng, để oxy hóa mg Fe2+ cần 0.64mg Cl2 0.94mg KMnO4 đồng thời độ kiềm nước giảm 0.018meq/l 2/Dùng vôi Vôi tạo môi trường kiềm, ion sắt mangan nhận OH- bị oxi hoá tạo kết tủa Phản ứng xảy theo trường hợp: ♦ Có oxy hòa tan 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 → 4Fe(OH)3 ↓ + 4Ca(HCO3)2 Sắt (III)hydroxyt tạo thành, dễ dàng lắng lại bể lắng giữ lại hoàn toàn bể lọc ♦ Khơng có oxy hòa tan Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → FeCO3 + CaCO3 + 2H2O 4Mn(OH)3 + O2 + 2H2O → 4Mn(OH)4 Mn(OH)4 + Mn(OH)2 → 2Mn(OH)3 › › › › Sắt khử dạng FeCO3 hydroxyt sắt Lớp Mn(OH)4 tạo tiếp tục làm xúc tác cho q trình Có thể áp dụng cho nhà máy nước với nước bề mặt nước ngầm Nhược điểm: +phải dùng đến thiết bị pha chế cồng kềnh +quản lý phức tạp +phải kết hợp với trình làm ổn định nước làm mềm nước e/Khử sắt, mangan phương pháp trao đổi ion Áp dụng _ Trong xử lí nước cấp:dùng để khử muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại có nước _ Trong xử lí nước thải: dùng để loại khỏi nước kim loại nặng kẽm, cadimi, crom, sắt, chì…, hợp chất asen, photpho, cyanua chất phóng xạ Cơ sở _ Là trình trao đổi ion dựa tương tác hóa học giũa ion pha lỏng (nước cần xử lí) pha rắn (miếng nhựa trao đổi) Pt: 2[K]-Na + Fe2+ → [K2]-Fe + 2Na+ _ Sau thời gian tái sinh (phục hồi khả lọc): [K2]-Fe + NaCl → 2[K]-Na + FeCl2 Ưu điểm: xử lí triệt để, kết hợp với làm mềm nước tái sử dụng nhiều lần Đề tài - Nhóm 10 GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Nhược điểm: Chi phí đắt, xử lí phải giữ khơng cho nước tiếp xúc với khơng khí Fe3+ làm giảm hiệu trao đổi f/Xử lí vật liệu lọc đa Thành phần chính: diatomit, zeolit, bentonit; hoạt hóa nhiệt độ cao Tác dụng: _ Giữ độ ổn định pH nước _ Giảm hàm lượng nitrogen (nitrit, nitrat, amoni) _ Giảm hàm lượng dầu (mỗi g hấp thụ khoảng 90mg dầu) _ Khử kim loại nặng _ Làm chất xúc tác khử sắt _ Khử asen flo _ Khử chất phóng xạ Ưu điểm: _ kết hợp nhiều công đoạn xử lý (xúc tác, tạo bông, lọc cặn) thiết bị; _ sử dụng thay đồng thời cát thạch anh, hạt xúc tác than hoạt tính quy trình công nghệ xử lý nước cấp nước thải _ không cần phải thay đổi cấu trúc bể lọc _ giảm lượng nước rửa lọc; khơng cần sục gió; _ chi phí thấp nhiều so với loại chất hấp phụ khác _ Đặc biệt, ODM-2F khơng kị hóa chất g/Xử lí cát mangan Thành phần chính: cát bọc KMnO4 Công dụng: chất xúc tác khử sắt mangan Ưu điểm: _ đặc biệt hữu hiệu với nguồn nước chứa hàm lượng sắt mangan cao _ khơng cần sử dụng hố chất thiết bị kèm _ khơng cần tái sinh định kì _ vận hành đơn giản _ giá thấp nhiều so với vật liệu nhập ngoại _ không cần thay đổi cấu trúc bể Phạm vi ứng dụng: _ pH nước đầu vào ≥ 7, oxi hóa khử > 700mV (đối với yêu cầu khử mangan) _ Fe< 30mg/l _ Mn