Quy trình xử lý nước phèn

I. Quy trình xử lý nước nhiễm phèn​ bằng bộ phận tạo mưa

Cách lọc phèn nước giếng khoan trước tiên nước được xử đi qua bộ xục khí ejector hoặc đưa qua giàn phun mưa (hoặc tạo mưa) để tiếp tục oxy hóa các chất thường có mặt trong nước ngầm như đã nêu trên.

Dàn phun mưa

II Cấu tạo của dàn mưa

Giàn phun mưa được cấu tạo là hệ ống dẫn cứng có nhiều hình dạng khác nhau, có thể dạng xương cá, hình tròn đồng tâm hoặc khung, trên các ống có các lỗ nhỏ kích thước lỗ 1-7 mm, tốt nhất là 2-5 mm chiều cao 0,7-1,0 m. Để tăng lượng oxy hòa tan có thể nâng chiều cao và giảm kích thước lỗ. Vị trí và kích thước lỗ được bố trí sao cho diện tích các tia (giọt) nước được tiếp xúc với không khí lớn nhất vừa để loại bỏ khoảng 75-80% lượng CO2 trong nước vừa tăng hàm lượng oxy hòa tan nhưng cũng ít tốn diện tích nhất. Tốt hơn là lưu lượng nước trên giàn mưa đạt 5-6m3/m2/giờ, tốt nhất là 5m3/m2/giờ.

+  Độ pH trong nước được nâng lên đạt khoảng 6,5-8,5. Hàm lượng oxy hòa tan sau khi qua giàn tạo mưa tốt nhất là khoảng 55-65% lượng oxy bão hòa, (khoảng 4,45-5,26 mg/lít). Thông thường nước ngầm có độ pH thấp, vì vậy để nâng cao độ pH, cần phải có một lớp đá vôi cỡ 2-4cm, dày 7-10cm rải trên giàn tạo mưa và dưới đáy bể phản ứng.

Dàn mưa trong bể lọc thô

+ Giàn tạo mưa được cấu tạo dạng tấm chứa nước bơm vào, có đục lổ đều khắp tấm để nước chảy thành tia như mưa rơi, kích thước lổ và chiều cao cũng như trên, số lượng lổ càng nhiều càng tốt, để tăng diện tích tiếp xúc với không khí của các giọt (tia) nước. Trong quá trình này, các chất khí hòa tan trong nước ngầm như CO2 , hoặc các khí có mùi hôi như SO2, H2S... sẽ được thoát ra ngoài và độ pH của nước cũng được nâng cao. Để nâng cao độ pH (đối với nguồn nước có pH thấp) ta có thể xếp trên giàn tạo mưa một lớp đá vôi (CaCO3) đập nhỏ, độ pH được nâng cao sẽ giúp cho quá trình oxy hóa nước ngầm nhiễm phèn bằng oxy không khí diễn ra được thuận lợi hơn tăng hiệu quả xử lý nước phèn

+ Nước ngầm được dẫn qua bộ phận để nước phun thành tia (hoặc giàn tạo mưa rơi) vào bể chứa nước nhằm loại bỏ khí CO2 , nâng cao độ pH đồng thời là quá trình lấy Oxi từ không khí để làm tác nhân oxy hoá các nguyên tố kim loại có mặt trong nước ngầm nhiễm phèn (chủ yếu là Sắt) hoặc độ cứng cao (Ca, Mg). Thường nước ngầm có độ pH thấp (pH = 3-4), để giúp nâng cao độ pH, trên bề mặt giàn tạo mưa và đáy bể phản ứng cần bổ sung thêm một lớp đá vôi (CaCO3) đập nhỏ kích cỡ 1-2cm, dày khoảng 5-7cm để nâng cao độ pH = 7-8 tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa sắt II thành sắt

III.Chiều cao của giàn tạo mưa

Chiều cao của dàn phun mưa tùy thuộc vào quy mô của hệ thống xử lý (đối với quy mô hộ gia đình thì chiều cao giàn tạo mưa khoảng 0,7-1,0m, đường kính lổ tạo mưa khoảng 5-7mm, lưu lượng tưới vào khoảng 5 -6m3/m2.h).

Lượng oxy hòa tan trong nước sau khi làm thoáng bằng 55-60% lượng oxy hòa tan bão hòa (ở 25oC). Tức là khoảng 4,45-4,86mg/l. Hàm lượng CO2 sau khi làm thoáng giảm khoảng 75-80% so với hàm lượng CO2 ban đầu có mặt trong nước ngầm..

+ Tại đây trong quá trình nước đi vào thùng chứa, các khí có mùi hôi như SO2 , H2S… sẽ thoát ra đồng thời một phần nguyên tố Fe2+ bị oxi hoá thành Fe3+ và Fe3+ + H2O + O2 Fe(OH)3   (kết tủa màu vàng dạng bông). Nếu nước có nhiều ion Al3+, Ca2+, Mg2+ (như nước cứng có nhiều ion Ca2+, Mg2+) thì cũng sẽ tạo thành các kết tủa: Al(OH)3, CaCO3, MgCO3. Khi các kết tủa này hình thành và lắng tụ xuống đáy bình chứa thì sẽ hấp phụ và kéo theo các chất hữu cơ, vô cơ có trong nước ngầm lắng tụ theo (được gọi là hiện tượng cộng kết).

Xem thêm: Bộ ejector xuc khí thay dàn mưa

+ Tuy nhiên, nếu sử dụng các phương pháp oxy hóa bằng oxy không khí như trên thì quá trình oxy hóa không xảy ra hoàn toàn, thông thường người ta sẽ sử dụng thêm một chất oxy hóa nào đó để khử sắt (như vôi, xôđa, Clo hoặc KMnO4, ...) và sử dụng chất keo tụ (như phèn Nhôm, hợp chất muối kép của Nhôm) để tạo kết tủa, lắng xuống đáy bình.

IV Xử lý hoàn toàn bằng thiết bị sục khí cưỡng bức

+ Để quá trình oxy hóa hoàn toàn, cần phải bổ sung một thiết bị sục khí cưỡng bức, để chuyển hóa toàn bộ Sắt (II) thành Sắt (III) và tạo kết tủa Fe(OH)3 và các kết tủa khác: Al(OH)3, CaCO3, MgCO3 (do thiết bị này sục khí liên tục và tạo ra hiện tượng nước quá bão hòa khí ôxy). Lưu lượng không khí là 3m3/h đảm bảo cho lượng không khí tiếp xúc là 4-6m3 cho 1m3 nước. Lượng oxy hòa tan trong nước sau khi sục khí cưỡng bức khoảng 110-120% hoặc có thể cao hơn rất nhiều lượng oxy hòa tan bão hòa (ở 25oC). Đây được gọi là hiện tượng quá bão hòa lượng oxy hòa tan (lớn hơn 8,1mg/l ở 25oC), giúp cho quá trình oxy hóa được xảy ra hoàn toàn.

+ Trong quá trình tạo kết tủa Fe(OH)3 , Al(OH)3, CaCO3, MgCO3,... sẽ xảy ra hiện tượng cộng kết nên các ion kim loại khác và các tạp chất sẽ bị kết tủa kéo theo và lắng tụ xuống đáy bình chứa. Thuận tiện cho quá trình lắng, lọc tiếp theo để có nước đạt yêu cầu chất lượng trước khi đưa vào sử dụng.

Nước qua giàn tạo mưa được gom lại để đưa vào bể phản ứng oxy hóa. Bể phản ứng oxy hóa này được gắn hệ thống sục khí cưỡng bức, được bố trí nằm dưới đáy sao cho khi vận hành lượng không khí được phân bố đều trong bể.

+ Để phản ứng oxy hóa hoàn toàn các chất còn lại trong nước ngầm, cần bơm liên tục không khí vào trong bể phản ứng oxy hóa với lượng không khí là 4-6m3/giờ, đảm bảo gấp 4-6 lần thể tích nước, tốt nhất là gấp 6 lần. Khi này lượng oxy trong nước đạt hàm lượng quá bão hòa (đạt trên 8,1 mg/lít). Các ion như Fe2+, Al3+, Ca2+, Mg2+ của các muối tan có trong nước sẽ được loại bỏ trong bể lắng dưới dạng các kết tủa như Fe(OH)3, Al(OH)3, CaCO3 và MgCO3, Mn(II) bị oxy hoá thành Mn(IV), As(III) thành  As(V) và bị hấp phụ bởi các kết tủa dạng bông như Fe(OH)3 và cát lọc,

Tiếp đó, nước được chuyển qua bể lọc chậm (lọc ngược) để loại bỏ các tạp chất keo tụ và kết tủa rồi đưa sang bể lọc tinh (lọc xuôi) trước khi đưa sang bể chứa để sẵn sàng cho việc sử dụng. Bể lọc chậm là công trình xử lí Asen chính thực hiện quá trình xử lí thông qua cơ chế chính là sự hấp phụ của cát lên As(V). Trong cát chứa SiO2 có các phản ứng sau dẫn đến khả năng hấp phụ của cát đối với Asen:

Si-OH + H3AsO4 = Si-HAsO4(3-n-1)-  + H2O +(2-n)H+

+ Mặt khác, với hàm lượng oxy quá bão hoà nên khả năng phản ứng oxy hoá As(III) thành As(V) được diễn ra thuận lợi hơn so với phương pháp làm thoáng thông thường. Các hạt keo chứa As (V) bị bắt giữ trên bề mặt cát lọc.

Nước sau khi qua bể lọc chậm chảy sang bể lọc tinh và sau cùng chảy sang bể chứa nước, đạt yêu cầu theo Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt (QCVN 02:2009/BYT).

V. Tính tiên tiến của giải pháp hữu ích

+  Sắt, Mangan trong nước thường tồn tại ở dạng Fe2+, Mn2+ vì vậy muốn loại chúng ra khỏi nước cần oxy hóa chúng thành muối Fe3+, Mn4+ ở dạng ít tan rối dùng phương pháp lắng, lọc, dễ giữ chúng lại và loại chúng ra khỏi nước. Muốn oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, Mn2+ thành Mn4+ người ta thường sử dụng phương pháp làm thoáng tự nhiên hay cưỡng bức (các giàn mưa hay quạt gió). Thực chất của phương pháp làm thoáng là làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện cho Fe2+ oxy hoá thành Fe3+ sau đó Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp kết tủa Hydroxyt Sắt (III) Fe(OH)3, Mn2+ thành MnO2 rồi dùng bể lọc để giữ lại. Công nghệ này đã ứng dụng tổng hợp cùng một lúc 3 phương pháp sử dụng oxy không khí để oxy hóa các chất có mặt trong nước ngầm, đặc biệt là phương pháp oxy hoá cưỡng bức bằng thiết bị sục khí cùng với hiện tượng cộng kết các nguyên tố khác, dễ xử lý bằng phương pháp lọc.

+  Asen được loại bỏ khỏi nước trong bể lọc cát là nhờ sự đồng kết tủa với Hydroxyt Fe(III) trên bề mặt của các hạt cát và không gian giữa các lỗ rỗng trong lớp cát. Fe(II) ở dạng hòa tan trong nước, sẽ bị oxi hóa bởi oxi của không khí để tạo thành kết tủa Hydroxyt Fe(III). Hydroxit Fe(III) sẽ được hấp phụ trên bề mặt các hạt cát và tạo thành một lớp hấp phụ mỏng. Asen(V) và Asen(III) trong nước sẽ hấp phụ vào lớp Fe(OH)3 đó và bị giữ lại ở lớp vật liệu lọc. Kết quả, nước ra khỏi bể lọc đã được giải phóng khỏi sắt và Asen. 

+ Sử dụng than hoạt tính hấp phụ tốt các chất ô nhiễm hữu cơ trong môi trường nước, xúc tác oxy hóa các phân tử hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính nhờ các tâm xúc tác kim loại chuyển tiếp và oxy không khí. Ngoài ra việc sử dụng than hoạt tính có thể hấp thụ asen tốt.

+ Oxy không khí quá bão hoà và than hoạt tính có tác dụng xử lý các chất hữu cơ hòa tan, khử mùi và vị, đặc biệt nước chứa các phân tử hữu cơ hoặc các phân tử có độ bền vững bề mặt cao ngăn cản các quá trình xử lý sinh học.

+ Không sử dụng bất kỳ hóa chất nào để keo tụ, oxy hóa hay khử trùng.

+ Phù hợp từ quy mô hộ gia đình cho đến quy mô cụm dân cư, làng, xã.

+ Với quy mô hộ gia đình có thiết bị gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, vật liệu có thể làm bằng nhiều loại, miễn là có 4 ngăn chứa hoặc 4 thùng, bể nối với nhau. Người dân có thể tự lắp đặt được.

3.8 Hệ thống được tự động hoá ở tất cả c&aacut

VI. Phương pháp lọc nước nhiễm phèn hộ gia đình

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.

Sơ đồ bể lọc thô

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 m3 nước/ngày. Chi phí xây dựng cả hệ thống khoảng 3 triệu đồng. Nếu làm theo kiểu tiết kiệm thì chi phí thấp hơn.

+ Khi sử dụng bể lọc nước giếng khoan, mỗi tháng có một lần xả cặn, súc rửa ngăn lắng; hốt, rửa sạch lớp cát, dày khoảng 2 cm trên mặt bể lọc. Sau 6 - 7 tháng thì thay bằng lớp cát sạch (khoảng 6 cm) trên mặt. Sau một năm phải súc rửa ngăn thành phẩm.