1/
3.2.1. Các ion cĩ thể cĩ trong nước ngầm
3.2.1.1. Ion canxi Ca2+
Nước ngầm cĩ thể chứa Ca2+ với nồng độ cao. Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá trình thủy phân các tạp chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật. Khí CO2 hịa tan trong nước mưa theo phản ứng sau:
CO2 + H2O → H2CO3
Axit yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hịa tan canxi cacbonat tạo ra ion Ca2+
2H2CO3 + 2CaCO3→ Ca(HCO3)2 + Ca2+ + 2HCO3-
3.2.1.2. Ion magie Mg2+
Nguồn gốc của các ion Mg2+ trong nước ngầm chủ yếu từ các muối magie silicat và CaMg(CO3)2, chúng hịa tan chậm trong nước chứa khí CO2. Sự cĩ mặt Ca2+ và Mg2+ tạo nên độ cứng của nước.
3.2.1.3. Ion natri Na+
Sự hình thành của Na+ trong nước chủ yếu theo phương trình phản ứng sau: 2NaAlSi3O3 + 10H2O → Al2Si2(OH)4 + 2Na+ + 4H4SiO3
Na+ cũng cĩ thể cĩ nguồn gốc từ NaCl, Na2SO4 là những muối cĩ độ hịa tan lớn trong nước biển.
3.2.1.4. Ion NH4+
Các ion NH4+ cĩ trong nước ngầm cĩ nguồn gốc từ các chất thải rắn và nước sinh hoạt, nước thải cơng nghiệp, chất thải chăn nuơi, phân bĩn hĩa học và quá trình vận động của nitơ.
3.2.1.6. Ion sunfat SO42-
Cĩ nguồn gốc từ muối CaSO4.7H2O hoặc do quá trình oxy hĩa FeS2 trong điều kiện ẩm với sự cĩ mặt của O2
2FeS2 + 2H2O + 7O2→ 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+
3.2.1.7. Ion clorua Cl-
Cĩ nguồn gốc từ quá trình phân ly muối NaCl hoặc nước thải sinh hoạt.
3.2.1.8 Ion sắt:
Sắt trong nước ngầm thường tồn tại dưới dạng ion Fe2+, kết hợp với gốc bicacbonat, sunfat, clorua; đơi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic. Các ion Fe2+ từ các lớp đất đá được hịa tan trong nước trong điều kiện yếm khí sau:
4Fe(OH)3 + 8H+→ 4Fe2+ + O2 + 10H2O
Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hĩa, ion Fe2+ bị oxy hĩa thành ion Fe3+ và kết tủa thành các bơng cặn Fe(OH)3 cĩ màu nâu đỏ.Vì vậy, khi vừa bơm ra khỏi giếng, nước thường trong và khơng màu, nhưng sau một thời gian để lắng trong chậu và cho tiếp xúc với khơng khí, nước trở nên đục dần và đáy chậu xuất hiện cặn lắng màu đỏ hung.
Trong các nguồn nước mặt sắt thường tồn tại thành phần của các hợp chất hữu cơ. Nước ngầm trong các giếng sâu cĩ thể chứa sắt ở dạng hĩa trị II của các hợp chất sunfat và clorua. Nếu trong nước tồn tại đồng thời đihyđrosunfua (H2S) và sắt thì sẽ tạo ra cặn hịa tan sunfua sắt FeS. Khi làm thống khử khí CO2, hyđrocacbonat sắt hĩa trị II sẽ dễ dàng bị thủy phân và bị oxy hĩa để tạo thành hyđroxit sắt hĩa trị III.
4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓ + 8CO2↑
Trong quy trình xử lý sắt trong nước ngầm, điều quan trọng là biết được điều kiện để chuyển sắt hĩa trị II thành sắt hĩa trị III và hyđroxit sắt (II) và hydroxit sắt (III) được tạo thành từ trạng thái hịa tan sang cặn lắng.
Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l, nước cĩ mùi tanh khĩ chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt may, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Trên dàn làm nguội, trong các bể chứa, sắt hĩa trị II bị oxy hĩa sắt hĩa trị III, tạo thành bơng cặn, các cặn sắt kết tủa cĩ thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận
chuyển của các ống dẫn nước. Đặc biệt là cĩ thể gây nổ nếu nước đĩ dùng làm nước cấp cho các nồi hơi. Một số ngành cơng nghiệp cĩ yêu cầu nghiêm ngặt đối với hàm lượng sắt như dệt, giấy, sản xuất phim ảnh….
Nước cĩ chứa ion sắt, khi trị số pH < 7,5 là điều kiện thuận lợi để vi khuẩn sắt phát triển trong các đường ống dẫn, tạo ra cặn lắng gỗ ghề bám vào thành ống làm giảm khả năng vận chuyển và tăng sức cản thủy lực của ống.
3.2.1.9 Ion mangan:
Mangan thường tồn tại song song với sắt ở dạng ion hĩa trị II trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Do vậy việc khử mangan thường được tiến hành đồng thời với khử sắt. Các ion mangan cũng được hịa tan trong nước từ các tầng đất đá ở điều kiện yếm khí như sau
6MnO2 + 12H+→ 6Mn2+ + 3O2 + 6H2O
Mangan II hịa tan khi bị oxy hĩa sẽ chuyển dần thành mangan IV ở dạng hyđroxit kết tủa, quá trình oxy hĩa diễn ra như sau:
2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O → 2Mn(OH)4↓ + 4H+ + 4HCO3-
Khi nước ngầm tiếp xúc với khơng khí trong nước xuất hiện cặn hyđroxit sắt sớm hơn vì sắt dễ bị oxy hĩa hơn mangan và phản ứng oxy hĩa sắt bằng oxy hịa tan trong nước xảy ra ở trị số pH thấp hơn so với mangan. Để oxy hĩa mangan trị số pH cần thiết > 9,5. Cặn mangan hĩa trị cao là chất xúc tác rất tốt trong quá trình oxy hĩa khử mangan cũng như khử sắt. Cặn hyđroxit mangan hĩa trị IV Mn(OH)4 cĩ màu hung đen.
Trong thực tế cặn và chất lắng đọng trong đường ống, trên các cơng trình là do hợp chất sắt và mangan tạo nên, vì vậy, tùy thuộc vào tỷ số của chúng, cặn cĩ thể cĩ mà từ hung đỏ đến màu nâu đen. Quá trình oxy hĩa diễn ra ngay với các chất dễ oxy hĩa, do vậy , để oxy hĩa hàm lượng mangan xuống đến 0,2 mg/l, pH của nước phải cĩ giá trị xấp xỉ bằng 9.
Kết quả thực nghiệm cho thấy khi pH < 8 và khơng cĩ chất xúc tác thì quá trình oxy hĩa mangan (II) thành (IV) diễn ra rất chậm, độ pH tối tưu thường trong khỗng từ 8,5 đến 9,5.
Với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l. Tuy nhiên, với hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l sẽ gây nhiều nguy hại trong việc sử dụng giống như trường hợp nước chứa sắt với hàm lượng cao.