Đề tài Nước nhiễm phèn, nhiễm sắt, nhiễm mangan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Môn Hoá Kĩ thuật Môi 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 là gì?

-Là những muối kép có cấu tạo tinh thể đồng hình (đa phần có 8 mặt) tạo nên bởi

2-

các anion sunfat SO₄(cũng có thể là anion selenat SeO₄; anion phức SeF₄hoặc

2-

ZnCl₄) và cation của hai kim loại có hoá trị khác nhau.

-Công thức chung của phèn là AB(SO₄)₂.12H₂O; A là kim loại hoá trị 1 như Na⁺,

+

K⁺, Ce⁺, Rb⁺, hoặc NH₄; B là ion kim loại hoá trị 3 như Al³⁺, Fe³⁺, V³⁺, Ti³⁺, Co³⁺,

Ga³⁺, Rb³⁺, Cr^3+.

-Thường gặp các loại muối kép này dưới tên Phèn kép. Người ta quen gọi các

muối kim loại ngậm nước với công thức M_x(SO₄)_y.nH₂O là Phèn đơn.

Ví dụ. phèn amoni là 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 của nhôm sunfat và than hoạt tính.

-Dùng để tinh chế nước; dùng trong công nghiệp vải, sợi, giấy, thuộc da, vv.

-Một số loại phèn cụ thể: Phèn nhôm; Phèn sắt.

2/Sự hình thành và phân loại nước nhiễm phèn.

- Do nước mưa rửa trôi lớp đất có chứa các ion Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺.

- Mạch nước ngầm chảy qua các tầng đất có các ion Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ở dạng hòa

tan, hòa tan vào trong nước.

- Phân loại:

Thông số

Loại I

Loại II

Vàng đục

2.5 – 3.5

0

Loại III

Trong xanh

2.5 – 2.8

0

Độ màu

Vàng đục

pH

2.5 – 3.0

Độ kiềm

0

Hàm lượng sắt (mg/l)

Hàm lượng sunfat (mg/l)

Hàm lượng nhôm (mg/l)

Độ mặn (mg/l)

30 – 120

25 – 70

100 – 380

-

2 – 10

800 – 5000

100 – 400

40 -20

-

180

3/Ảnh hưởng của 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 khô, phồng và tróc

Đề tài 5 - Nhóm 10

GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

_ Hàm lượng nhôm cao: gây hư hại cho men răng

các chứng bệnh đường ruột , tiêu hóa như: tiêu

chảy, đau bụng, viêm đường ruột, viêm dạ dày,

viêm gan A

da liễu: nổi mẩn ngứa, mụn nhọt, nấm ngứa

ảnh hưởng tới chứa năng lọc máu của thận

Thậm chí cả ung thư

_ Dụng cụ chứa nước bị ăn mòn và lắng cặn

_ Lượng sunfat cao gây vị khó chịu cho nước dùng.

B/Nước nhiễm sắt, nhiễm mangan

1/Sự tồn tại của sắt và mangan trong nước

_ Hàm lượng sắt và mangan chứa trong nước phụ thuộc và nguồn nước và đặc

điểm địa chất tại khu vực. . Nước ngầm từ các vùng đất trũng thường chứa nhiều

sắt.

_ Trong đất sắt tồn tại dưới các dạng oxit sắt không tan (Fe₂O₃, Fe₃O₄), pyrit sắt

FeS₂và FeCO₃(ít tan)

_ Trong môi trường kị khí: FeCO₃bị hoà tan theo phương trình

-

FeCO₃+ CO₂+ H₂O → Fe²⁺+ HCO₃

_ Trong đất, mangan tồn tại dưới dạng MnO₂. Trong điều kiện kị khí thì MnO₂bị

khử thành Mn²⁺thường là các muối clorua, nitrat, sunfat dễ tan

_ Hàm lượng chứa trong 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 và mangan không gây hại cho cơ thể, thậm

chí còn có lợi

_ Sắt giúp cho sự vận chuyển oxi trong máu.

_ Trong khi đó nguyên tố mangan kích thích sự hoạt động của một số enzim và

tham gia vào nhiều hoạt động sinh hoá của cơ thể và là nguyên tố cần thiết có liên

quan tới sự sinh sản, sự phát triển của xương, cảm giác giữ thăng bằng, sự hoạt

động của não, sự tổng hợp của cholesterol, việc điều chỉnh nồng độ glucose trong

máu, sự đông máu...

_ (Điển hình là hầu hết nước máy ở Mỹ đều bổ sung khoảng 5% sắt)

_ Hiện nay Bộ Y Tế đang cho phép mức tồn dư trong nước sinh hoạt của sắt là

0,3mg/l còn mangan là 0,5mg/l. Khi vượt quá tiêu chuẩn này sẽ ảnh hưởng đến

chất lượng nước và không tốt cho sức khỏe con người nếu sử dụng thường xuyên.

2.2/Tiêu cực

Sắt và mangan được coi là chất ô nhiễm thứ cấp, gây những ảnh hưởng:

Trong sinh hoạt

_ Gây mất thẩm mĩ do nước đục

_ Có mùi tanh rất khó chịu, ảnh hưởng tới chế biến thực phẩm

_ Làm ố quần áo khi giặt (Chỉ cần một nồng độ sắt thấp khoảng 0,3g/l trong

3

Đề tài 5 - Nhóm 10

GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

nước sẽ để lại các vết bẩn màu nâu đỏ trên quần áo và rất khó tẩy)

_ Tạo ra các vết cáu bẩn, lắng cặn (khác khi nước này chảy qua các ống

nước sẽ lắng cặn lại gây gỉ sét và tắc nghẽn trong đường ống.)

Trong sản xuất

_ Gây rỉ sét, hư hỏng các hệ thống ống nước, trang thiết bị

_ Làm hỏng các sản phẩm ngành dệt, giấy, đồ hộp...

C/Phương pháp xử lý

1/Tiêu chí lựa chọn phương pháp xử lý

_ Cần dựa vào một số tiêu chí sau để chọn phương pháp hay nhóm phương pháp

để xử lý hiệu quả:

_ Đặc điểm, thành phần, hàm lượng các chất: để xác định cách làm hay những hoá

chất cần thiết để xử lý

_ Mục đích sử dụng: sinh hoạt, sản xuất, giặt rửa....

_ Quy mô: là quy mô hộ gia đình hay quy mô nhà máy xí nghiệp để mua bình lọc

hay xây dựng hệ thống xử lý phù hợp

_ Khả năng tài chính

2/ Phương pháp xử lí

2.1/Xử lí nước nhiễm phèn

a.Xử lý nước phèn loại I

(pH thấp, hàm lượng sunfat rất cao)

-Khử sunfat bằng kiềm hóa và bari để keo tụ thành BaSO₄để lượng SO₄giảm

2-

xuống còn 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 đó lắng và 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 và sắt

-Nhờ hoá chất tổng hợp, Al³⁺được chuyển thành dạng kết tủa keo. Hóa chất tổng

hợp này còn tạo trong nước nhân keo tụ mang điện tích dương, gây phản ứng đồng

keo tụ với các ion sắt và nhôm trong nước.

2-

-Lượng ion SO₄trong nước giảm đi một phần do hấp phụ trên bề mặt keo và

lắng.

2.2Xử lí nước nhiễm sắt, mangan

a.Dùng tro bếp :

_ Phương pháp xử lý nước giếng khoan này đơn giản, nguyên vật liệu dễ tìm, có

thể tận dụng tro bếp là rác thải sinh hoạt, thân thiện với môi trường. Cách làm này

4

Đề tài 5 - Nhóm 10

GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

có thể áp dụng quy mô hộ gia đình, nhất là những vùng người dân đang phải sử

dụng nước giếng khoan.

_ Tro bếp được cho vào mẫu nước với liều lượng từ 5 đến 10g/l rồi để lắng trong

vòng 15 phút. Các phản ứng hóa học xảy ra và hợp chất sắt không tan sẽ bị loại bỏ

qua quá trình lọc.

2-

Pt: 2Fe³⁺+ 3CO₃+ 2H₂O → 2Fe(OH)₃+ 3CO₂

b.Dùng hệ thống bể nước :

_ Bể được xây bằng gạch và xi măng, với 3 ngăn – lắng, lọc và chứa, mỗi ngăn

0,35 – 0,49 m³, trong đó ngăn lắng có thể tích lớn nhất, ngăn lọc nhỏ nhất.

_ Ngăn lắng được lắp đặt giàn phun mưa gồm một số đoạn ống có đục lỗ hoặc vòi

hoa sen bằng nhựa có trên thị trường. Ngăn lọc có lớp sỏi đỡ (cỡ 5 – 10 cm) dày

10 cm, trên đó là lớp cát lọc (0,4 – 0,85 mm) dày 40 cm; và trên cùng là lớp cát

mịn (0,15 – 0,3 mm) dày 20 cm. (Có thể đổ thêm một lớp than trên lớp sỏi, để khử

mùi của nước). Ngăn này có lắp ống nhựa từ đáy lên, sao cho đầu ra nằm cao hơn

lớp cát trên cùng một chút, để khi nước chảy qua ngăn thành phẩm đến cạn kiệt,

không 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

không khí, thành phần sắt trong nước bị oxy hóa. Nước được lắng cặn một phần,

đến ngăn lọc, nước được lọc sạch cặn lơ lửng, trở nên trong, theo ống dẫn đến

ngăn chứa nước thành phẩm.

_ Hệ thống này lọc được 4 – 5 m³nước/ngày. Chi phí xây dựng cả hệ thống

khoảng 3 triệu đồng. Nếu làm theo kiểu tiết kiệm thì chi phí thấp hơn.

5

Đề tài 5 - Nhóm 10

GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

_Phương pháp này có thể áp dụng cho các nhà máy nước với cả nước bề mặt và

nước ngầm.

_Nhược điểm: của phương pháp này là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng

kềnh, quản lý phức tạp

c.Khử sắt, mangan bằng phương pháp làm thoáng

Nguyên lý: Loại bỏ sắt và mangan ra khỏi nước bằng cách làm giàu oxi

trong nước, Fe(II) bị oxi hoá thành Fe(III) rồi tạo kết tủa Fe(OH)₃và oxi cũng oxi

hoá Mn(II) thành Mn (IV) - MnO₂kết tủa

Sự oxi hoá xảy ra theo phương trình

Fe³⁺+8OH^-+ O₂+ 2H₂O → 4Fe(OH)₃+ 8H⁺

-

Nếu có mặt HCO₃

-

4Fe³⁺+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 ngay trên 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 ôxy hoà tan trong nước sau khi làm thoáng ở nhiệt độ 25⁰C lấy

bằng 40% lượng ôxy hoà tan bão hoà (ở 25⁰C lượng ôxy bão hoà bằng 8,1 mg/l).

Khử được 30-35% CO₂.

6

Đề tài 5 - Nhóm 10

GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

✓

7

Đề tài 5 - Nhóm 10

GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

Giàn mưa: Nước được tưới lên sàn một hay nhiều bậc. Lưu lượng tưới và chiều

cao tháp cũng lấy như trường hợp trên. Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng

55% lượng ôxy hoà tan bão hoà. Hàm lượng CO₂sau làm thoáng giảm 50%.

✓Làm thoáng cưỡng bức: Cũng có thể dùng tháp làm thoáng cưỡng bức với lưu

lượng tưới từ 30 đến 40 m³/h. Lượng không khí tiếp xúc lấy từ 4 đến 6 m³cho 1m³

nước. Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 70% hàm lượng ôxy hoà tan bão

hoà.Hàm lượng CO₂sau làm thoáng giảm 75%.

8

Đề tài 5 - Nhóm 10

GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

Các yếu tố ảnh hưởng

-pH: < 6.6: xảy ra chậm

≥ 6.8: có thể hoàn thành trong vòng 60 phút

tối ưu: 9 đối với sắt và 8.5 - 9.5 đối với mangan

-Thời gian tiếp xúc giữa nước và không khí

-Diện tích tiếp xúc giữa nước và không khí

-Hàm lượng O₂

-Hàm lượng sắt, mangan, trong nước

-Hàm lượng H₂S, NH₃và các chất bẩn hữu cơ

d.Các phương pháp khử sắt, mangan bằng phương pháp hóa chất

1/Dùng các chất oxy hóa mạnh

Các chất oxy hóa mạnh thường sử dụng để khử sắt là: Cl₂, KMnO₄, O₃…Phản ứng

diễn ra như sau

2Fe₂₊+ Cl₂+ 6H₂O → 2Fe(OH)₃↓ + 2Cl_-+ 6H⁺

3Fe₂₊+ KMnO₄+ 7H₂O → 3Fe(OH)₃↓ + MnO₂+ K⁺+ 5H⁺

Trong phản ứng, để oxy hóa 1 mg Fe²⁺cần 0.64mg Cl₂hoặc 0.94mg KMnO₄và

đồng thời độ kiềm của nước giảm đi 0.018meq/l

2/Dùng vôi

Vôi tạo môi trường kiềm, ion sắt và mangan nhận OH^-và có thể bị oxi hoá tạo kết

tủa. Phản ứng xảy ra theo 2 trường hợp:

♦ Có oxy hòa tan

4Fe(HCO₃)₂+ O₂+ 2H₂O + 4Ca(OH)₂→ 4Fe(OH)₃↓ + 4Ca(HCO₃)₂

Sắt (III)hydroxyt được tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn

toàn trong bể lọc.

♦ Không 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 được khử đi dưới dạng FeCO3 chứ không phải hydroxyt sắt

› Lớp Mn(OH)₄tạo ra tiếp tục làm xúc tác cho quá trình

› Có thể áp dụng cho các nhà máy nước với cả nước bề mặt và nước ngầm.

› Nhược điểm:

+phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh

+quản lý phức tạp.

+phải kết hợp với quá trình làm ổn định nước hoặc làm mềm

nước

e/Khử sắt, mangan bằng phương pháp trao đổi ion

Áp dụng

_ Trong xử lí nước cấp:dùng để khử các muối, khử cứng, khử khoáng, khử

nitrat, khử màu, khử các kim loại có trong nước

_ Trong xử lí nước thải: dùng để loại khỏi nước các kim loại nặng như kẽm,

cadimi, crom, sắt, chì…, các hợp chất của asen, photpho, cyanua và các chất

phóng xạ

9

Đề tài 5 - Nhóm 10

GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

Cơ sở

_ Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hóa học giũa ion trong pha

lỏng (nước cần xử lí) và pha rắn (miếng nhựa trao đổi)

Pt: 2[K]-Na + Fe²⁺→ [K₂]-Fe + 2Na⁺

_ Sau một thời gian có thể tái sinh (phục hồi khả năng lọc):

[K₂]-Fe + NaCl → 2[K]-Na + FeCl₂

Ưu điểm: xử lí triệt để, kết hợp với làm mềm nước và có thể tái sử dụng nhiều lần

Nhược điểm: Chi phí đắt, khi xử lí phải giữ không cho nước tiếp xúc với không

khí vì Fe³⁺làm giảm hiệu quả trao đổi

f/Xử lí bằng vật liệu lọc đa năng

Thành phần chính: diatomit, zeolit, bentonit; được hoạt hóa ở nhiệt độ cao

Tác dụng:

_ Giữ độ ổn định của pH trong nước

_ Giảm hàm lượng của nitrogen (nitrit, nitrat, amoni)

_ Giảm hàm lượng dầu (mỗi g hấp thụ khoảng 90mg dầu)

_ Khử các kim loại nặng

_ Làm chất xúc tác khi khử sắt

_ Khử asen và flo

_ Khử các chất phóng xạ

Ưu điểm:

_ kết hợp nhiều công đoạn xử lý (xúc tác, tạo bông, lọc cặn) trong cùng một

thiết bị;

_ sử dụng thay thế đồng thời cả cát thạch anh, hạt xúc tác và than hoạt tính

trong quy trình công nghệ xử lý nước cấp và nước thải.

_ không cần phải thay đổi cấu trúc bể lọc

_ giảm lượng nước rửa lọc; không cần sục gió;

_ chi phí thấp hơn nhiều so với các loại chất hấp phụ khác.

_ Đặc biệt, ODM-2F không kị hóa chất nào.

g/Xử lí bằng cát mangan

Thành phần chính: cát bọc KMnO₄

Công dụng: chất xúc tác khử sắt và mangan

Ưu điểm:

_ đặc biệt hữu hiệu với nguồn nước chứa hàm lượng sắt và mangan cao

_ không cần sử dụng hoá chất và các thiết bị đi kèm

_ không cần tái sinh định kì

_ vận hành đơn giản

_ giá thấp hơn nhiều so với vật liệu nhập ngoại

_ không cần thay đổi cấu trúc bể

Phạm vi ứng dụng:

10

Đề tài 5 - Nhóm 10

GV Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

_ pH nước đầu vào ≥ 7, thế oxi hóa khử > 700mV (đối với yêu cầu khử

mangan)

_ Fe< 30mg/l

_ Mn<5 mg/l

D/SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHUNG

Các phương pháp xử lý trên được kết hợp chung vào một hệ thống xử lý có

sơ đồ như trên:

-Làm thoáng

-Xử lý bằng hoá chất

-Lắng: Loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn và bông cặn có khả năng lắng với tốc độ

kinh tế cho phép, làm giảm lượng vi trùng và vi khuẩn.

-Lọc: Loại trừ các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng, nhưng có khả năng

dính kết lên bề mặt hạt lọc. Hấp thụ và hấp thụ bằng than hoạt tính. Khử mùi, vị,

màu của nước sau khi dùng phương pháp xử lý truyền thống không đạt yêu cầu.

Nước rửa lọc được tái sử dụng.

-Clorin: hoá chất để khử trùng (sử dụng xử lý nước cấp, bể bơi, nước thải)

11