- Có công dụng làm sạch nước sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc chậm Có nguyên tắc làm việc giống như bể lọc nhanh
KHỬ MANGAN VÀ SẮT
Mục đích – yêu cầu:
Về kiến thức: Sinh viên phải nêu được:
- Ý nghĩa của quá trình khử mangan và sắt trong nước cấp - Các phương pháp khử mangan và sắt trong xử lý nước cấp
- Hiểu được sự thay đổi thành phần, tính chất của nước khi khử sắt và mangan
Về kĩ năng: Sinh viên phải hiểu được:
- Biết cách quản lý, vận hành bể khử mangan và sắt
- Biết cách khắc phục các sự cố trong quá trình khử mangan và sắt trong nướccấp
Số tiết lên lớp: 4
Bảng phân chia thời lƣợng
STT Nội dung Số tiết
1 Giới thiệu về nguồn nước ngầm 0,5
2 Các phương pháp khử sắt 1,5
3 Sự biến đổi thành phần, tính chất của nước khi khử sắt 0,5
4 Công nghệ khử sắt trong nước ngầm 0,5
5 Công nghệ khử mangan trong nước ngầm 0,5
6 Câu hỏi hiểu bài và thảo luận + báo cáo 0,5
Trọng tâm bài giảng
Nguyên tắc, bản chất của quá trình khử sắt và mangan trong nước cấp
Các phương pháp khử sắt và mangan
Sự biến đổi thành phần, tính chất của nước khi khử sắt Nội dung giảng dạy
5.1. Giới thiệu về quá trình khử sắt [1 tr 159]
- Trong tự nhiên Fe tồn tại ở nhiều dạng và ở nhiều trạng thái khác nhau: + Quặng Fe: Quặng Fe đỏ (Gematit) Fe2O3 , (Mactit) Fe3O4
+ Quặng Fe nâu Fe(OH)2, Fe3O4
- Nước ngầm: Sắt tồn tại dưới dạng ion Fe2+ của các muối Fe(HCO3)2 khi không có oxi, ngoài ra còn có các dạng FeS, FeSO4, FeCl…
- Nước mặt: trong nước mặt, sắt có thể tồn tại ở dạng: + Ion hóa trị III
+ Dưới dạng các phức chất sắt
+ Các hợp chất hữu cơ và vô cơ của sắt + Ở thể keo và thể hạt phân tán lơ lửng. - Với hàm lượng sắt cao:
+ Nước có vị tanh và tạo ra cặn bẩn màu vàng
+ Ảnh hưởng đến chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.
Do đó cần tiến hành khử bỏ để giảm hàm lượng sắt trong nước đến giới hạn cho phép.
5.2. Các phƣơng pháp khử sắt [1 tr160;163]
5.2.1. Khử Fe bằng phƣơng pháp làm thoáng
5.2.1.1. Phản ứng oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi trƣờng tự
do (phản ứng đồng thể)
- Trường hợp này khử Fe bằng giàn mưa hay thùng quạt gió
- Dạng tồn tại của sắt phụ thuộc vào điện thế oxi hóa khử và pH của nước. - Fe2+ bền vững trong dung dịch khi có CO2 tự do và không có chất oxi hóa. - Có chất oxi hóa thì Fe2+ được oxi hóa thành Fe3+ , sau đó thủy phân rồi keo tụ và lắng xuống dưới dạng Fe(OH)3
Fe2+ + 2HCO3- + H2O → Fe(OH)2 + H2CO3
- Đồng thời sinh ra một số chất trung gian: Fe(HCO3)2 , Fe(OH)+ , Fe2+ 4Fe(OH)2 + O2 + 10H2O → 4 Fe(OH)3 ↓ + 8H2O
- Khi tất cả các ion Fe2+ hòa tan trong nước đã chuyển hóa thành bông cặn Fe(OH)3 thì việc loại bỏ các bông cặn ra khỏi nước được thực hiện chủ yếu ở bể lọc
5.2.1.2. Phản ứng oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi trƣờng dị
thể của lớp vật liệu lọc
Bản chất của quá trình này là việc khử Fe bằng cách làm thoáng đơn giản và lọc - Trong phương pháp này làm thoáng chỉ cung cấp oxi cho nước. Khi quá trình diễn ra Fe2+
được oxi hóa thành Fe3+ với tỉ lệ nhỏ. Quá trình oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3 chủ yếu xảy ra trong lớp vật liệu lọc
5.2.1.3. Phản ứng oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ khi có lớp màng xúc tác MnO
Khi sử dụng lớp màng xúc tác là MnO làm tăng quá trình oxi hóa Fe2+
thành Fe3+ được trong môi trường nước có pH < 5.
3MnO2 + O2 → MnOMnO2
Câu hỏi thảo luận
Câu 1: Anh (chị) hãy cho biết: Phản ứng tạo tủa trong xử lý sắt xảy ra theo cơ chế gì?
Câu 2: Anh (chị) hãy cho biết: Nguồn nước tự nhiên nào có chứa nhiều sắt?
Câu 3: Anh (chị) hãy cho biết: Nước có phèn nhiều gây ảnh hưởng như thế nào đến đời
sống sinh hoạt thường ngày?
Câu 4: Anh (chị) hãy cho biết: Các biện pháp làm thoáng để cugn cấp oxy cho nước?
Câu 5: Anh (chị) hãy cho biết: Phản ứng oxi hóa sắt II có lớp màng xúc tác MnO xảy ra
như thế nào?
5.2.2. Khử Fe bằng phƣơng pháp dùng hóa chất 5.2.2.1. Khử Fe bằng các chất oxi hóa mạnh 5.2.2.1. Khử Fe bằng các chất oxi hóa mạnh
Các chất thường dùng: Cl2 , vôi, phèn (PAC), KMnO4 , O3… 2Fe2+ + Cl2 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + Cl2 + 6H+
3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O = 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H+ - Ưu điểm:
+ Thời gian phản ứng xảy ra nhanh + pH môi trường thấp < 6
- Nhược điểm: Trong nước có H2S, NH3 sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình khử Fe.
5.2.2.2. Khử Fe bằng vôi
Phương pháp này thường kết hợp với quá trình làm mềm và làm ổn định nước. Khi cho vôi vào nước, quá trình xảy ra theo hai trường hợp:
- Trường hợp nước có oxi hòa tan:
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 = 4Fe(OH)3 ↓ + 4Ca(HCO3)2 - Trường hợp nước không có oxi hòa tan:
Fe(HCO3) + Ca(OH)2 = FeCO3 + CaCO3 + H2O
5.2.3. Khử Fe bằng phƣơng pháp khác 5.2.3.1. Khử Fe bằng trao đổi Cation 5.2.3.1. Khử Fe bằng trao đổi Cation
- Khi cho nước đi qua lớp vật liệu lọc (VLL) có khả năng trao đổi ion (Cationit). Các ion Na+ và H+ có trong VLL sẽ trao đổi với các ion Fe2+ có trong nước → Fe3+ được giữ lại trong VLL.
- Ưu điểm:
5.2.3.2. Khử Fe bằng điện phân
Dùng các điện cực bằng sắt, nhôm, cùng các cực dương bằng đồng, bạch kim hay đồng mạ kẽm và dùng điện cực hình ống trụ hay hình sợi thay cho tấm điện cực phẳng
5.2.3.3. Khử Fe bằng phƣơng pháp dùng vi sinh vật
Cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cát lọc của bể lọc. Thông qua hoạt động của vi khuẩn, sắt được loại bỏ ra khỏi nước
Câu hỏi thảo luận
Câu 1: Anh (chị) hãy cho biết: Tác dụng của quá trình làm thoáng?
Câu 2: Anh (chị) hãy cho biết: Tiêu chí quan trọng nhất để lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm?
Câu 3: Anh (chị) hãy cho biết: Đặc điểm của nguồn nước bị nhiễm phèn?
Câu 4: Anh (chị) hãy cho biết: Quá trình làm thoáng xảy ra trong môi trường nào?
Câu 5: Anh (chị) hãy cho biết: Trong tự nhiên Fe tồn tại ở những dạng nào?
5.3. Sự biến đổi thành phần tính chất của nƣớc khi khử Fe [1 tr 163]5.3.1. pH của nƣớc 5.3.1. pH của nƣớc
- Khi nguồn nước có nhiều sắt ở dạng bicacbonat thì lượng CO2 được giải phóng trong quá trình oxi hóa Fe2+ và thủy phân Fe3+ nhiều do đó làm giảm pH của nước → ảnh hưởng đến quá trình khử Fe → nên cần phải loại bỏ CO2
5.3.2. Độ kiềm của nƣớc
- Độ kiềm của nước càng lớn thì lượng CO2 tự do trong nước càng nhỏ → pH càng cao.
- Độ kiềm trong nước cao là do trong nước có nhiều muối bicacbonat tuy nhiên các muối này thường không bền vững nên có thể dễ dàng tách CO2 ra khỏi → pH tăng.
5.3.3. Hàm lƣợng CO2 tự do trong nƣớc
- Trong quá trình khử Fe thì sinh ra CO2 tự do.
- Trong quá trình làm thoáng thì phần lớn CO2 được giải phóng khỏi nước.
- Hàm lượng CO2 tự do còn lại trong nước sau khi làm thoáng và hiệu quả khử CO2 phụ thuộc vào từng công trình làm thoáng:
+ Phun mưa trực tiếp trên bề mặt tiếp xúc + Làm thoáng bằng giàn mưa
+ Làm thoáng cưỡng bức
5.4.1. Công nghệ khử Fe bằng làm thoáng
5.4.1.1. Phƣơng pháp làm thoáng đơn giản và lọc
- Cho nước phun hoặc tràn trên bề mặt bể lọc với chiều cao không < 0.6m, sau đó lọc trực tiếp qua lớp vật liệu lọc.
- Có thể dùng giàn ống khoan lỗ hay máng để phân phối nước.
5.4.1.2. Phƣơng pháp giàn mƣa – lắng tiếp xúc – lọc
- Giàn mưa có chức năng làm tăng lượng O2 và khử CO2 trong nước.
5.4.1.3. Phƣơng pháp dùng thùng quạt gió – lắng tiếp xúc – lọc
- Thùng quạt gió là công trình làm thoáng nhân tạo được làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép, có dạng hình tròn hoặc hình vuông.
- Khi dùng thùng quạt gió có thể giải phóng được 85 – 90% lượng CO2 hòa tan trong nước, lượng oxi hòa tan có thể đạt 70% lượng bão hòa
5.4.1.4. Phƣơng pháp dùng Ezecto thu khí – bình trộn khí – lọc áp lực
- Phương pháp này dùng cho những nguồn nước có hàm lượng Fe < 12mg/l và pH ≥ 6.8.
- Dùng cho trạm xử lý có Q < 500m3 /ngđ
- Dùng cho trường hợp cần thu oxi không khử CO2
Câu hỏi thảo luận
Câu 1: Anh (chị) hãy cho biết: pH thay đổi như thế nào sau khi làm thoáng?
Câu 2: Anh (chị) hãy cho biết: Tính chất của nước thay đổi như thế nào sau khi được làm
thoáng bằng giàn mưa?
Câu 3: Anh (chị) hãy cho biết: Dùng Ezecto thu khí có ưu, nhược điểm gì?
Câu 4: Anh (chị) hãy cho biết: Các phương pháp làm thoáng?
Câu 5: Anh (chị) hãy cho biết: Ưu, nhược điểm của việc sử dụng thùng quạt gió để làm
thoáng?
5.5. Công nghệ khử Mangan trong nƣớc ngầm [1 tr 190;193]