KHỬ SẮT VÀ MANGAN
7.1.1. Khử sắt bàng phương pháp làm thoáng
Thực chất của phương pháp khử sắt bằnẹ làm thoáng là làm giàu ôxy cho nước, tạo điều kiện để Fe ^ ôxy hoá thành sau đó thực hiện quá trình thuỷ phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)3, rồi dùng bề lắng, lọc để giữ lại. Làm thoáng có thể là:
làm thoáng tự nhiên hay làm thoáng nhân tạo.
1. K h ử sắt trong môi trường tự do - Làm thoáng bằng dàn mưa và thùng quạt gió Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat ]à muối không bển vững, thường phân li theo dạng sau;
Fe(HC0 3)ọ = 2HCO3 +
Nếu trong nước có ôxy hoà tan, quá trình ôxy hoá và thuỷ phân diễn ra như sau:
4Fe^^ + O2 + IOH2O = 4Fe(OH)3 + 8H^
Đồng thời xảy ra phản ứng phụ;
+ HCO3 = H2ơ + C O2
Tốc độ của phản ứng ôxy hoá được biểu thị bởi phương trình:
v = - ^ --- == ■■ d [O" K2I
dt H" 2
Trong đó: V - Tốc độ ôxy hoá;
^ - Sư biến thiên nồng đô [Fe^^] theo thời gian t;
dt
[Pe^"^]; [O2] - Nồng độ các ion Fe^^; và ôxy hoà tan trong nước;
K - Hằng số tốc độ phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ và chất xúc tác.
Như vậy, quá trình chuyển hoá thành phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố; pH;
O2; hàm lượng sắt trong nước; CO2; độ kiềm; nhiệt độ; thời gian phản ứng...
Nếu trong nước nguồn tồn tại các chất hoà tan như H2S, NH3, các chất hữu co, chúng sẽ cản trở quá trình ôxy hoá sắt. Do đó khi làm thoáng phải đuổi hết HiS để quá trìn'i ôxy hóá sắt xảy ra thuận lợi. Khi khử sắt bằng phương pháp làm thoáng hàm lượng các chất trong nước phải đạt: HoS < 0,2mg/l; NH4 < 1 mg/1; độ ôxy hoá của nước < 0 ,1 5 [Fe^^] + 3 m g0 2/l. Sau khi làm thoáng, nước phải có: pH > 7; độ kiềm > 2 mgđl/1.
2. K h ử sắt trong m ôi trường dị th ể của lớp vật liệu lọc
Trong trường hợp này làm thoáng chỉ để cung cấp ôxy cho nước. Khi làm thoáng, được ôxy hoá thành với tỉ lệ nhỏ. Quá trình ôxy hoá Fế^ thành và thuỷ phân thành Fe(0H)3 chủ yếu xảy ra trong lớp vật liệu lọc.
Quá trình làm thoáng tạo ra trên bề mặt các hat vât liêu loc môt lófp màriR có cấu tao từ các chất như Fe^^, Fe(OH)2, Fe(O H )3- Lớp màng này có khả năng hấp thụ O-7. Khi đến gần lớp màng này thì các quá trình ôxy hoá, thuỷ phân xảy ra ngay trên lớp màng. Thời gian để tạo thành lớp màng gọi là thời gian luyện vật liệu lọc.
Đã có nhiều nghiên cứu về cấu tạo và thành phần của lớp màng xúc tác, cũng như tác dụng của nó đối với quá trình khử sắt trong bể lọc.
Nếu luyện được lóp màng oxit mangan (MnO.Mn^Oy) thì khi có hợp chất Pe^^đi qua, lớp màng M n0 .Mn207 này sẽ làm chất xúc tác gây phản ứng ôxy hoá, kết quà là M n0 .Mn207 lại được tạo thành, nên lớp m àng càng dày, quá trình phản ứng xảy ra càng nhanh. Trong quá trình sử dụng, lớp màng tăng lên đến giới hạn nhất định thì phải bo và thay thế lớp màng mới.
Sơ đồ công nghệ: Làm thoáng đơn giản trực tiếp trên mặt bể lọc và lọc trong bể lọc thông thưòfng với lớp vật liệu lọc là cát mangan hay cát đen.
I > t f ậ - t
>0,6m
Hinh 7.1: Sơ đồ làm thoáng hằng giàn ống đục: lỗ
Hình 7.2: Sơ đổ làm thoáng hằng hệ thốn^ máng tràn
1. Máng thứ nhất; 2. Máng thứ hai;
3. Máng bên cùa bể lọc; 4. Bể lọc.
3. C ông n g h ệ k h ử sắt
Hình 7.1 giới thiệu sơ đồ làm thoáng đơn giản dùng giàn ống khoan lỗ. Giàn ống phân phối có hình xưcmg cá, trên có khoan lỗ đường kính 5 7mm. Khoảng cách từ tâm ống đến mực nước cao nhất trong bể lọc không nhỏ hơn 0,6m. Tốc độ nước chảy trong ống V = 1,5 -í- 2m/s, đảm bảo cho cường độ mưa không lớn hơn lOm /m .h.
Hình 7.2 giới thiệu sơ đồ làm thoáng đơn giản bằng hệ thống máng tràn. Tốc độ nước chảy trong m áng 0,4 -í- 0,8m/s, chiều cao tràn từ đỉnh tràn xuống mực nước hạ lưu không nhỏ hcfn 0,6m. Nước tràn từ máng thứ nhất sang máng thứ hai theo hệ thống phân phối ràng cưa. Khoảng cách trục các răng cưa là 35mm, chiểu sâu răng cưa là 25mm. Từ m áng thứ hai, nước chảy tràn qua hỗ thông răng cưa vào ináng tập trung của bể lọc và vào bể lọc qua các máng phân phối của bể.
Sơ đồ làm thoáng đơn giản có thê khử được 30 H- 35% lượng CO2 với chiều cao phun mưa > Im . Sơ đồ có thể áp dụng cho công suất bất kì của nguồn nước với hàm lượng sắt
< 15mg/l; độ ôxy hoá < [0,15(Fế^)J.5 mg/102; NH4 < 1 mg/1, độ màu của nước < 15°
2+ \ Đức, độ pH làm thoáng > 6,8 và độ kiềm còn lại trong nước > 1 + Fe
28 mgđl/1.
ư u điểm của sơ đồ là công trình xử lí đcm giản, hiệu quả xử lí cao và ổn định. Chu kì lọc kéo dài do tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc tăng chậm.
Hình 7.3 giới thiệu sơ đồ giàn mưa - lắng tiếp xúc - lọc.
Giàn mưa có chức năng làm giàu ôxy tới 55% lượng ôxy bão hoà cho nước và khử tới 75 80 lượng khí COt có trong nước.
Cấu tạo của giàn mưa có các bộ phận sau;
- Hệ thống phân phối nước, có thể máng phân phối hoặc hệ thống dàn ống phân phối hoặc sàn phân phối.
- Sàn tung nước, được đặt dưới máng phân phối với khoảng cách 0,6m, làm bằng gỗ, bằng tre.
I H g
cắta-a
ĩ
n
ẽ1
3 -
Hinh 7.3: Giàn mưa vù hểlắỉìíị ĩiếp xúc
ỉ . Ong dẫn nước Icn giàn mưa;
2. Máng chính chữ U; 3. M áng chính chừ V có răng cưa; 4. Lá chớp; 5. Sàn tung; 6. Ngãn thu nước; 7. Ong dẫn vào bể tiếp xúc;
8. Ông trung tâm; 9. Máng Ihu;
10 Ông Jủn nước sang bế lọc;
1 1. Õng xa cặn
- Sàn dổ lớp vật liệu tiếp xúc, nằm dưới sàn tung nước bao gồm 1 4 sàn, bô trí cách nhau 0,8m, sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc có thể làm bằng tôn hay bê tông có xẻ khe hay đục lỗ. Tỉ lệ khe hở chiếm 30 -ỉ- 40% diện tích sàn.
Ngoài ra có thể dùng các thanh tre hoặc gỗ đặt cách nhau 2cm. Phía trên mỗi sàn đổ vật liệu tiếp xúc bằng cuội, sỏi, than cốc, than xỉ,... dày từ 30 ^ 40cm. Lớp vật liẹu này có chức năng làm cho nước chảy thành những màng mỏng xung quanh vật liệu để tàng khả năng tiếp xúc giữa nước và không khí.
- Hệ thống thu thoát khí và ngăn nước có chức năng thu ôxy của khí trời, kết hợp việc đuổi khí CO2 ra khỏi giàn mưa và ngăn không cho nước bắn ra ngoài. Thưcfng thì hệ thống cửa chớp bằng bêtông hoặc bằng gỗ. Góc nghiêng giữa cửa chớp với mặt phẳiig nằm ngang là 45°. Cửa chớp làm với kích thước 2U0 X 2Uơmm, bố trí ở xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí.
-
Ị
í H t
-L- I tĩĩi H- I i
p
cửa thu khí
- Sàn và ống thu nước đặt dưới đáy giàn mưa, có độ dốc từ 0,02 H- 0,05 về phía ống dẫn nước xuống bể lắng tiếp xúc. Sàn thường làm bằng bê tông cốt thép.
Để đón được nhiều ôxy của khí trời và đuổi được nhiều khí c o , có trong nước, giàn mưa thường được thiết kế với hình dáng mỏng và dài theo hướng vuông góc với hướng gió chính. Chiều rộng giàn mưa < 4in.
Sơ đồ khử sắt bằng giàn mưa - lắng tiếp xúc - lọc có thể áp dụng cho các trạm xử lí có công suất bất kì với hàm lượng sắt của nước nguồn < 25mg/l. Nước sau khi làm thoáng đạt chỉ tiêu: pH > 6,8, độ kiềm
> 2mgđl/l, H->S < 0,2mg/l, NH4 < lnig/1.
Hình 7.4 giới thiệu sơ đổ nguyên lí làm việc của hệ thống làm thoáng tải trọng cao. Gió nước đi cùng chiểu từ trên xuống, C0-, được giải phóng ra ngoài bằng cửa thoát khí. Đê’ tãng cường hiệu quả làm thoáng, các lớp giàn ống được xếp theo trật tự giàn trên vuông góc với giàn dưới.
Hình 7.5 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của thùng quạt gió bao gồm các bộ phận chính sau:
- Hệ thống phân phối nước có dạng hình xương cá giống như hệ thống phân phối trở lực trong bể lọc. Các ống nhánh có khoan lỗ d = 10 20 mm nghiêng 45" ờ phía dưới. Cường độ mưa lấy từ 40 SOmVm^h.
- Lớp vật liệu tiếp xúc.
- Sàn thu nước và xi phông: Nước xuống sàn thu nước trước khi dẫn xuống bể lắng tiếp xúc cho qua xi phông. Mục đích là không cho không khí của quạt gió vào ống dẫn nước đi xuống. Chiều cao ngăn thu nước lấy không nhỏ hon 0,5m.
- Máy quạt gió: Có nhiệm vụ đưa không khí đi lừ
dưới lên ngược chiều với chiều rơi của nước. Lượng không khí cấp vào lấy bằng lOmVlm^ nước. Áp lực cần thiết của máy quạt gió phải lớn hơn tổng tổn thất áp lực của luồng khí đi qua thùng quạt gió. Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu tiếp xúc bằng 30m m /lm chiều cao của thùng, tổn thất qua sàn phân phối lấy bằng lOmm, tổn thất cục bộ 15 2ơmm, tổn thất qua ống phân phối 15 20mm, áp lực quạt gió sơ bộ có thể lấy bằng
100 150mm.
cửa thoáĩkhi
Mương dẫn nưãc vào các be lọc
Hinh 7,4: Sơ đồ nguyên lí làm việc của hệ thốn^ lảm
thoáng tải trọng cao
Hiệu quả xử lí theo sơ đồ này có thể giải phóng được 85 -ỉ- 90% lượng CO-, hoà tan trong nước, ôxy hoà tan đạt 70% lượng bão hoà. Sơ đổ áp dụng cho các trạm xử lí có công suất vừa và lớn và có hàm lượng sắt cao.
co.
y
Hình 7.5: Các hộ phận của thùng quại ịỊÌó
1. Hệ thống phân phối nước; 2. Lớp vậl liệu tiếp xúc; 3. Sàn thu nước có xi phòng;
4. Máy quại gió; 5. ô n g dãn nước ra; 6. ô n g xà h| - Chiẻu cao phun mưa: tối thiểu 0,8m;
h2 - Chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc;
- Chiều cao sàn thu nước: tối thiểu 0,5m
Khử sắt cũng có thể sử dụng sơ đồ ejectơ thu khí hoặc máy nén khí - bình trộn khí - lọc áp lực. Sơ đồ áp dụng khi nguồn nước có hàm lượng sắt nhỏ dưới 12mg/l và pH >
6,8. Dùng ejectơ khi công suất của trạm đến 500mVngày (hình 7.6), còn dùng máy khí nén với công suất bất kì (hình 7.7).
I I
Hình 7,6: So đồ khử sắt dùng ejecĩơ thu khí Ví/ lọc ÚỊ) Ịực
1. Máy bom giếng; 2. Ejeclơ thu khí; 3. Bình trộn khí; 4. Bc lọc áp lực sư b ộ : 5. Bể lọc áp lực; 6. ô n g dẫn nước sạch; 7. ô n g xả khí; 8. ô n g thoát nước.
H ình 7 .7 ; Sơ đồ khử sắt dùng máy nén khí và lọc áp lực
1. M áy bơm giếng; 2 Máy nén khí; 3. Thùng điểu áp; 4. Bình trộn khí; 5. Bể lọc áp lực;
6. Hệ thống phân phối; 7. ố n g xà khí; 8. Cát lọc; 9. Chụp lọc; 10. ố n g dẫn nước sạch