- T NG QUAN VỀ N C NG M Việt Nam là qu c gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá t t về chất lượng. - Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt, nước mưa… nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay hàng trăm mét. - Đ i với các hệ th ng cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn luôn là nguồn nước được ưa thích. - Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hư ng b i các tác động của con ngư i. - Chất lượng nước ngầm thư ng t t hơn chất lượng nước mặt nhiều. - Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp. - Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt Thông số Nước ngầm Nước bề mặt Nhiệt độ Tương đối ổn định Thay đổi theo mùa Chất rắn lơ lửng Rất thấp, hầu như không có Thường cao và Thay đổi theo mùa Chất khoáng hoà tan Ít thay đổi, cao hơn so với Thay đổi tuỳ thuộc chất lượng đất, nước mặt. - Hàm lượng Fe2+, Thường xuyên có trong nước Rất thấp, chỉ có khi nước ở sát dưới Mn2+ đáy hồ. - Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. - Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hư ng của điều kiện địa tầng, th i tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. - những vùng có điều kiện phong hoá t t, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm b i các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa thấm vào đất. - Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con ngư i. - Các chất thải của con ngư i và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và việc sử COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH – GREE Page 1 Tel Fax Website: www.gree-vn.com dụng phân bón hoá học… tất cả những loại chất thải đó theo th i gian nó sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. - Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con ngư i đã bị ô nhiễm b i các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thu c trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ. - MỘT SỐ QUÁ TRÌNH C B NX LÝ N C NG M Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước ngầm, tuỳ thuộc vào nhiều yếu t như: nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm của nguồn nước ngầm, các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội… mà chúng ta sẽ lựa chọn công nghệ xử lý nước ngầm sao cho phù hợp. - Tuy nhiên có một s quá trình cơ bản có thể áp dụng để xử lý nước ngầm được tóm tắt như bảng sau: Quá trình xử lý Mục đích - Làm thoáng - Lấy oxy từ không khí để oxy hoá sắt và mangan hoá trị II hoà tan trong nước. - Khử khí CO2 nâng cao pH của nước để đẩy nhanh quá trình oxy hoá và thuỷ phân sắt và mangan trong dây chuyền công nghệ khử sắt và mangan. - Làm giàu oxy để tăng thế oxy hoá khử của nước, khử các chất bẩn ở dạng khí hoà tan trong nước. - Clo hoá sơ bộ - Oxy hoá sắt và mangan hoà tan ở dạng các phức chất hữu cơ. - Loại trừ rong, rêu, tảo phát triển trên thành các bể trộn, tạo bông cặn và bể lắng, bể lọc. - Quá trình khuấy trộn - Phân tán nhanh, đều phèn và các hoá chất khác vào nước cần xử hoá chất lý. - Quá trình keo tụ và - Tạo điều kiện và thực hiện quá trình dính kết các hạt cặn keo phản ứng tạo bông phân tán thành bông cặn có khả năng lắng và lọc với tốc độ kinh cặn tế cho phép. - Quá trình 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. - Quá trình lọc - Loại trừ các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng, nhưng có khả năng dính kết lên bề mặt hạt lọc. - Flo hoá nước - Nâng cao hàm lượng flo trong nước đến mg/l để bảo vệ men răng và xương cho người dùng nước. - Khử trùng nước - Tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng còn lại trong nước sau bể lọc. - KH S T TRONG N C NG M 3.1 Tr ng Thái T n T i Tự Nhiên Của S t Trong Các Ngu n N c Trong nước ngầm sắt thư ng tồn tại dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe2+) là thành phần của các mu i hoà tan như: Fe(HCO3)2 . - FeSO4… hàm lượng sắt có trong các nguồn nước ngầm thư ng cao và phân b không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới đất sâu. - Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước có mùi tanh và có màu vàng, gây ảnh hư ng không t t đến chất lượng nước ăn u ng sinh hoạt và sản xuất. - Do đó, khi mà nước có hàm lượng sắt cao hơn giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì chúng ta phải tiến hành khử sắt. - Fe(OH)3, FeCl3… trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ, dễ dàng lắng đọng trong Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị III : các bể lắng và bể lọc. - Vì thế các hợp chất vô cơ của sắt hoà tan trong nước hoàn toàn có thể xử lý bằng phương pháp lý học: làm thoáng lấy oxy của không khí để oxy hoá sắt hoá trị II thành sắt hoá trị III và cho quá trình thuỷ phân, keo tụ Fe(OH)3 xảy ra hoàn toàn trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và các bể lọc trong. - Các ion sắt hoà tan Fe(OH. - Fe(OH)3 tồn tại tuỳ thuộc vào giá trị thế oxy hoá • Các loại phức chất và hỗn hợp các ion hoà tan của sắt không thể khử bằng khử và pH của môi trư ng. - Mu n khử sắt các dạng này phải cho thêm vào nước các chất oxy hoá như : Cl-, KMnO4, Ozone, để phá vỡ liên kết và oxy hoá ion sắt thành ion hoá trị III hoặc cho vào nước các chất keo tụ FeCl3, Al(SO4)3 và kiềm hoá để có giá trị pH thích hợp cho quá trình đồng keo tụ các loại keo sắt và phèn xảy ra triệt để trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và bể lọc trong. - Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là một mu i không bền, nó dễ dàng thuỷ phân thành sắt (II) hyđroxyt theo phản ứng: Fe (HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3 Nếu trong nước có ôxy hoà tan, sắt (II) hyđrôxyt sẽ bị ôxy hoá thành sắt (III) hyđrôxyt theo phản ứng: 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3↓ Sắt (III) hyđrôxyt trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách ra kh i nước một cách dễ dàng nh quá trình lắng lọc. - COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH – GREE Page 3 Tel Fax Website: www.gree-vn.com Kết hợp các phản ứng trên ta có được phản ứng chung của quá trình ôxy hoá sắt như sau : 4Fe2. - 8HCO3- Nước ngầm thư ng không chứa ôxy hoà tan hoặc có hàm lượng ôxy hoà tan rất thấp. - Để tăng nồng độ ôxy hoà tan trong nước ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng. - Hiệu quả của bước làm thoáng được xác định theo nhu cầu ôxy cho quá trình khử sắt. - 4.2 Ph ng Pháp Kh S t Bằng Quá Trình Ôxy Hoá Làm Thoáng Đơn Giản Bề Mặt Lọc Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng dàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc. - Lượng ôxy hoà tan trong nước sau làm thoáng nhiệt độ 250C lấy bằng 40% lượng ôxy hoà tan bão hoà ( 250C lượng ôxy hoà tan bão hoà bằng 8,1 mg/l). - Làm Thoáng Bằng Giàn Mưa Tự Nhiên Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bậc hay nhiều bậc với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. - Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 55% lượng ôxy hoà tan bão hoà. - Hàm lượng CO2 sau 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 ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 70% làm lượng ôxy hoà tan bão hoà. - Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 75%. - 4.3 Kh S t Bằng Hoá Ch t Khi trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽ tạo ra dạng keo bảo vệ của các ion sắt, như vậy mu n khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của các chất ôxy hoá mạnh. - Đ i với nước ngầm, khi hàm lượng sắt quá cao đồng th i tồn tại cả H2S thì lượng ôxy thu được nh làm thoáng không đủ để ôxy hoá hết H2S và sắt, trong trư ng hợp này cần phải dùng đến hoá chất để khử sắt. - Phương pháp này có thể áp dụng cả cho nước mặt và nước ngầm. - Nhược điểm các phương pháp là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, cho nên thư ng kết hợp khử sắt với quá trình xử lý khác như xử lý ổn định nước bằng kiềm, làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa. - COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH – GREE Page 4 Tel Fax Website: www.gree-vn.com Biện Pháp Khử Sắt Bằng Clo Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nh phản ứng sau: 2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)3 CaCl2 + 6H. - 6HCO3- Biện Pháp Khử Sắt Bằng Kali Permanganat (KMnO4) Khi dùng KMnO4 để khử sắt, quá trình xảy ra rất nhanh vì cặn mangan (IV) hyđroxyt vừa được tạo thành sẽ là nhân t xúc tác cho quá trình khử. - 4H2O Biện Pháp Khử Sắt Bằng Cách Lọc Qua Lớp Vật Liệu Đặc Biệt Các vật liệu đặc biệt có khả năng xúc tác, đẩy nhanh quá trình oxy hoá khử Fe2+ thành Fe3+ và giữ lại trong tầng lọc. - Quá trình này diễn ra rất nhanh chóng và có hiệu quả cao. - Biện Pháp Khử Sắt Bằng Phương Pháp Trao Đổi Ion Phương pháp trao đổi ion được sử dụng khi kết hợp với quá trình khử cứng. - Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm không được tiếp xúc với không khí vì Fe3+ sẽ làm giảm khả năng trao đổi của các ionic. - Chỉ có hiệu quả khi khử nước ngầm có hàm lượng sắt thấp. - Biện Pháp Khử Sắt Bằng Phương Pháp Vi Sinh Một s loại vi sinh có khả năng oxy hoá sắt trong điều kiện mà quá trình oxy hoá hoá học xảy ra rất khó khăn. - Thư ng sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt. - MỘT SỐ GIAI ĐO N VỀ CÔNG NGHỆ KH S T TRONG N CC P Giai Đoạn Đưa Các Hoá Chất Vào Nước Giai đoạn này gồm có quá trình làm thoáng nước để làm giàu ôxy và khử khí cacbonic cùng với việc pha trộn hoá chất vào nước như vôi, phèn, clo, ôzôn, kali permanganat … Giai Đoạn Xử Lý Sơ Bộ Mục đích của giai đoạn này là nhằm tạo ra những điều kiện cho phản ứng ôxy hoá khử diễn ra được hoàn toàn, nhanh chóng. - Các thiết bị cần thiết cho giai đoạn này là bể lắng tiếp xúc, bể lọc sơ bộ, bể lọc tiếp xúc, bể lắng ngang hoặc lắng trong. - Giai Đoạn Làm Sạch Giai đoạn này cần đến các bể lọc khác nhau. - Tuỳ theo hàm lượng và thành phần sắt trong nước nguồn cùng với chất lượng nước nguồn mà quyết định quy trình khử sắt cụ thể, thư ng được xác định bằng thực nghiệm tại chỗ kết hợp với các kết quả tính toán sơ bộ. - Khi hàm lượng sắt cao trên 6 mg/l và cần khử triệt để khí cacbonic, quy trình khử sắt sẽ bao gồm cả ba giai đoạn trên. - MỘT SỐ THIẾT BỊ KH S T TH NG Đ ỢC S DỤNG Làm Thoáng Đơn Giản Trên Bề Mặt Bể Lọc COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH – GREE Page 5 Tel Fax Website: www.gree-vn.com Ngư i ta dùng giàn ng khoan lỗ phun mưa trên bề mặt lọc, lỗ phun có đư ng kính 5 đến 7 mm, tia nước dùng áp lực phun lên với độ cao 0,5 đến 0,6m. - Làm thoáng trực tiếp trên bề mặt bể lọc chỉ nên áp dụng khi nước nguồn có hàm lượng sắt thấp và không phải khử CO2. - Làm thoáng bằng dàn ống khoan lỗ Làm thoáng nhiều bậc bằng máng tràn Quá trình làm thoáng cổ điển Tháp Làm Thoáng Tự Nhiên Sử dụng tháp làm thoáng tự nhiên (giàn mưa) khi cần làm giàu ôxy kết hợp với khử khí CO2. - Giàn mưa cho khả năng thu được lượng oxy hoà tan bằng 55% lượng oxy bão hoà và có khả năng khử được 75 – 80% lượng CO2 có trong nước nhưng lượng CO2 còn lạisau khi làm thoáng không xu ng thấp hơn 5 – 6 mg/l. - Tháp Làm Thoáng Cưỡng Bức Cấu tạo của tháp làm thoáng cưỡng bức cũng gần gi ng như tháp làm thoáng tự nhiên, đây chỉ khác là không khí được đưa vào tháp cưỡng bức bằng quạt gió. - Lượng không khí cấp vào từ 4 đến 6 m3 cho 1 m3 nước cần làm thoáng. - Bể Lắng Tiếp Xúc Bể lắng tiếp xúc có chức năng giữ nước lại sau quá trình làm thoáng trong một th i gian đã để quá trình ôxy hoá và thuỷ phân sắt diễn ra hoàn toàn, đồng th i tách một phần cặn nặng trước khi chuyển sang bể lọc. - Bể lắng tiếp xúc có thể được thiết kế như bể lắng đứng và thư ng đặt ngay dưới giàn làm thoáng. - Bể lọc tiếp xúc hay bể lọc sơ bộ được áp dụng khi hàm lượng sắt trong nước nguồn cao hoặc cần khử đồng th i cả mangan. - Bể lọc tiếp xúc có cấu tạo như các bể lọc thông thư ng với lớp vật liệu lọc bằng s i, than antraxit, sành, sứ. - COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH – GREE Page 6 Tel Fax Website: www.gree-vn.com Giàn mưa kết hợp bể lắng tiếp xúc Làm thoáng cưỡng bức – thùng quạt gió Quá trình làm thoáng cưỡng bức Bể Lọc Cặn Sắt Để lọc sạch nước có chứa cặn sắt, sử dụng các bể lọc nhanh thông thư ng. - Do khác với bể lọc cặn bẩn bình thư ng chỗ quá trình ôxy hoá và thuỷ phân sắt còn tiếp tục xảy ra trong lớp vật liệu lọc, nên ngay từ đầu chu kỳ lọc, cặn đã bám sẵn trong lớp vật liệu lọc và độ chứa cặn của lớp vật liệu lọc sẽ cao hơn. - Nếu sử dụng bể lọc hai lớp g m antraxit và cát thạch anh thì hiệu quả xử lý sẽ cao hơn. - Bể lọc chậm Bể lọc nhanh Quá trình lọc 7. - CÁC YẾU TỐ NH H ỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH KH S T T c độ phản ứng của quá trình oxy hoá và thuỷ phân Fe2+ thành Fe3+ tuỳ thuộc vào lượng oxy hoà tan trong nước. - T c độ phản ứng tăng khi nồng độ oxy hoà tan trong nước tăng lên. - Th i gian oxy hoá và thuỷ phân sắt trên công trình phụ thuộc vào trị s pH của nước có thể lấy như sau: COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH – GREE Page 7 Tel Fax Website: www.gree-vn.com Thời gian tối ưu của quá trình keo tụ pH Thời gian tiếp xúc cần thiết trong bể lắng và bể lọc (thời gian lưu nước) (phút) Thời gian tiếp xúc cần thiết thời gian lưu nước) trong bể lọc tiếp xúc (bể lọc 1) và bể lọc trong (bể lọc đợt II) (phút) T c độ lọc qua bể tiếp xúc có thể lấy 5 - 20 m/h tuỳ thuộc vào th i gian lưu nước cần thiết và lượng cặn cần giữ lại sao cho qua bể lọc đợt I hàm lượng cặn còn lại đi qua bể lọc trong (lọc đợt II. - T c độ lọc qua bể lọc trong lấy 3 - 9 m/h tuỳ thuộc vào chiều dày và cỡ hạt của lớp vật liệu lọc và th i gian lưu nước cần thiết. - ÁP DỤNG QUÁ TRÌNH KH S T VÀO VIỆC X LÝ N C NG M ĐỂ C P N C CHO CỘNG Đ NG DÂN C NÔNG THÔN Mục Đích Của Việc Xử Lý Nước Cấp Cung cấp đầy đủ lượng nước cho quá trình sử dụng của ngư i dân và đảm bảo an toàn về mặt hoá học, vi trùng học … để thoả mãn các nhu cầu về ăn u ng, sinh hoạt dịch vụ, sản xuất… Nước có chất lượng t t, ngon, không chứa các chất gây đục, gây ra màu, mùi, vị của nước. - tiêu chuẩn vệ sinh đ i với chất lượng nước cấp cho ăn u ng và sinh hoạt – TCVN Số Liệu Cần Thiết Để Thiết Kế Trạm Xử Lý Khử Sắt Khi thiết kế trạm xử lý nước cấp có quá trình khử sắt, chúng ta cần phải thu thập các s liệu như sau: Công suất hữu ích của trạm, s gi hoạt động trong ngày hay công suất gi . - Tổng hàm lượng sắt. - Hàm lượng ion sắt hoá trị II. - Độ oxy hoá. - Hàm lượng ion sắt hoá trị III. - Hàm lượng silic, poliphotphat và 5. - Hàm lượng CO2 tự do. - Hàm lượng H2S. - COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH – GREE Page 8 Tel Fax Website: www.gree-vn.com Phân Loại Nước Ngầm Theo Hàm Lượng Sắt Phân loại nước ngầm Loại nước ngầm Hàm lượng sắt (mg/l) Nước ngầm có hàm lượng sắt thấp 0.4 - 10 Nước ngầm có hàm lượng sắt trung bình 10 - 20 Nước ngầm có hàm lượng sắt cao > 20 Theo TCVN < 0,3 Xử Lý Nước Ngầm Có Hàm Lượng Sắt Thấp (Hàm Lượng Sắt < 10 Mg/L) Công nghệ xử lý: (Làm thoáng đơn giản và lọc) Điều kiện áp dụng 1. - Hàm lượng SiO22. - Hàm lượng H2S < 0,5 mg/l 5. - Hàm lượng NH4. - Nhu cầu oxy = độ oxy hoá + 0,47 H2S + 0,15Fe2+ 10 mg/l) Công nghệ xử lý: Làm thoáng – Lắng hoặc Lọc tiếp xúc – Lọc trong Điều kiện áp dụng 1. - Tổng hàm lượng sắt: >10 mg/l 3. - Tổng hàm lượng mu i khoáng