II. Nguyên tắc
6.2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Trong nước tự nhiên, kể cả nước mặt lẫn nước ngầm đều có chứa sắt. Hàm lượng sắt và dạng tồn tại của chúng tùy thuộc vào từng loại nguồn nước, điều kiện môi trường và nguồn gốc tạo thành chúng. Trong nước mặt, sắt tồn tại ở dạng hợp chất sắt Fe3+ thông thuờng là Fe(OH)3 không tan, ở dạng keo hay huyền phù, hoặc ở dạng các hợp chất hữu cơ phức tạp khó tan. Hàm lượng sắt có trong nước mặt không lớn và sẽ được khử trong quá trình làm trong nước .
Trong nước ngầm sắt tồn tại dạng ion, sắt có hóa trị 2 ( Fe2+) là thành phần của các muối hoà tan như : bicacbonat Fe(HCO3)2 , sunfat FeSO4. Hàm lượng sắt trong nước ngầm thường cao và phân bố không đồng đều trong các trầm tích dưới sâu .
Nước có hàm lượng sắt cao, thì có mùi tanh và có nhiều cặn bẩn màu vàng, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước ăn uống và cho 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 các nhóm chính sau:
Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng .
Khử sắt bằng phương pháp dùng hoá chất.
Khử sắt bằng phương pháp khác.
6.2.1. Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng .
Thực chất của phương pháp khử sắt bằng phương pháp làm thoáng là làm giàu oxi cho nước tạo điều kiện để oxi hoá Fe2+ thành Fe3+ thực hiện quá trình thuỷ phân tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)3, rồi dùng bể lọc giữ lại. Làm thoáng có thể là : làm thoáng tự nhiên hay làm thoáng nhân tạo. Sau khi làm thoáng quá trình oxi hoá Fe2+ và thủy phân Fe3+ có thể xảy ra trong môi trường tự do.
Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là muối không bền vững, thường phân ly theo dạng sau :
4 Fe2+ + O2 + 10 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8H+
Đồng thời xảy ra phản ứng phụ:
Tốc độ phản ứng oxi hoá được biểu thị theo phương trình sau:
Trong đĩ: v : Tốc độ oxi hóa
Theo phương trình của Just tốc độ oxi hoá của Fe2+ tỉ lệ thuận với [Fe2+] và [O2], tỉ lệ nghịch với [ H+].
Như vậy quá trình chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH, O2, hàm lượng sắt trong nước ngầm, CO2 , độ kiềm, nhiệt độ, thời gian phản ứng. Ngoài ra tốc độ oxi hóa Fe2+ còn phụ thuộc vào thế oxi hóa khử tiêu chuẩn.
Khi tất cả các ion Fe2+ hoà tan trong nước đã chuyển hóa thành bông cặn
Fe(OH)3. Việc loại bỏ các bông cặn ra khỏi nước đuợc thực hiện ở bể lọc chủ yếu theo cơ chế giữ cặn cơ học .