nghiên cứu, thiết kế mô hình xử lý nước dưới đất nhiễm sắt bằng phương pháp keo tụ điện hóa sử dụng nguồn năng lượng mặt trời

ss
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH
XỬ LÝ NƯỚC DƯỚI ĐẤT NHIỄM SẮT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA
SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Cán bộ hướng dẫn:
Thầy Lê Hoàng Việt

Sinh viên thực hiện:
Trần Quốc Trạng
MSSV : 1080834
Lớp: Kỹ thuật môi trường – k34
Cần Thơ, 5/2012


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình làm luận văn, em gặp khó khăn về nhiều mặt. Tuy nhiên,
với sự ủng hộ về mặt tinh thần của cha mẹ và giúp đỡ nhiệt tình của thầy, cô, bạn bè
mọi khó khăn đã sớm được khắc phục và luận văn đã được hoàn thành đúng tiến độ.
Con xin ghi nhớ và gửi lòng biết ơn đến Ba Mẹ và những người thân trong gia
đình đã dành mọi tình cảm thương yêu, đã khuyến khích và động viên con trong
suốt thời gian học cũng như thời gian thực hiện đề tài này.
Em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Lê Hoàng Việt đã tận tâm hướng
dẫn, chỉ bảo và truyền đạt những kinh nghiệm quý báo cũng như tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất cho em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong phòng thí nghiệm đã không ngại

khó khăn hướng dẫn cụ thể và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành luận
văn tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường – Khoa
Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên cũng như quý Thầy Cô Khoa Môi Trường
và Tài Nguyên Thiên Nhiên – Trường Đại Học Cần Thơ đã tận tình giúp đỡ, hướng
dẫn và tạo mọi điều kiện cho em thực hiện đề tài này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn thân ái nhất đến các bạn lớp Kỹ Thuật Môi
Trường K34 đã giúp đỡ, ủng hộ, động viên tôi trong suốt thời gian làm luận văn.
Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế
nên không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Em rất mong nhận được sự đóng
góp ý kiến của quý Thầy Cô và các bạn để luận văn được hoàn chỉnh hơn.

Trang i


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Hiện tượng nước dưới đất nhiễm sắt ngày nay đã trở thành vấn nạn cần được
quan tâm ở những vùng nông thôn. Trên thực tế, có rất nhiều biện pháp xử lý nước
dưới đất nhiễm sắt có hiệu quả cao như: công nghệ trao đổi ion, lọc qua lớp vật liệu
đặc biệt, khử sắt bằng hóa chất… Tuy nhiên, các công nghệ này đòi hỏi chi phí và
kỹ thuật khá cao, do đó rất khó tiếp cận với những vùng nông thôn nghèo. Vì vậy,
việc đề xuất công nghệ xử lý sao cho phù hợp với từng điều kiện cụ thể là một vấn
đề khó khăn, phức tạp.
Với mong muốn loại bỏ sắt trong nước dưới đất một cách hiệu quả, đơn giản,
phù hợp với điều kiện của các hộ dân vùng nông thôn, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế
mô hình xử lý nước giếng khoan nhiễm sắt bằng phương pháp keo tụ điện hóa
sử dụng nguồn năng lượng mặt trời” đã được thực hiện.
Để tiến hành thí nghiệm thiết kế hệ thống xử lý, nguồn nước đầu vào được sử
dụng là nước dưới đất pha với hóa chất sắt (II) để tạo thành nước dưới đất nhiễm sắt
với nồng độ ≈2mg/l-nồng độ phổ biến ở vùng nông thôn đồng bằng sông Cửu Long.

Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, hệ thống xử lý đã được hoàn
thành với kết quả như sau:
- Sử dụng thùng nhựa composite thể tích 120lít làm thùng điện phân và lắng
nước.
- Cột lọc bằng nhựa PVC có đường kính 0,14m và chiều cao 0,8m với các lớp
vật liệu lọc gồm: 0,3m cát lọc, 0,1m than hoạt tính, 0,1m sỏi.
- Hệ thống keo tụ điện hóa với: hiệu điện thế 13V, cường độ dòng điện 7,5A,
điện cực nhôm với diện tích S = 180 cm 2, khoảng cách giữa hai điện cực là 1cm,
thời gian keo tụ điện hóa 15 phút, thời gian lắng 30 phút, vận tốc lọc v = 3,25
m3/m 2.h thì nước sau xử lý có nồng độ sắt và nồng độ các chỉ tiêu theo dõi đạt
QCVN 01 – 2009/BYT về nước ăn uống.

Trang ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................i
TÓM TẮT ĐỀ TÀI................................................................................................... ii
MỤC LỤC................................................................................................................iii
DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................... v
DANH SÁCH HÌNH ................................................................................................vi
DANH SÁCH PHỤ LỤC ........................................................................................ vii
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT .................................................................................viii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU....................................................................................... 1
CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ................................................................... 3
2.1 Tổng quan về nước dưới đất (nước ngầm)........................................................... 3
2.1.1 Nước dưới đất và sự hình thành ....................................................................... 3
2.1.2 Các loại nước dưới đất ..................................................................................... 4
2.1.3 Trữ lượng, vai trò của nước dưới đất trong đời sống và kinh tế xã hội.............. 4
2.1.3.1 Trữ lượng...................................................................................................... 4

2.1.3.2 Vai trò........................................................................................................... 4
2.1.3.3 Nguồn tài nguyên nước dưới đất ở Việt Nam ................................................ 6
2.1.3.4 Nguồn tài nguyên nước dưới đất ở Đồng bằng sông Cửu Long ..................... 6
2.1.3.5 Chất lượng nước dưới đất.............................................................................. 6
2.1.4 Các nguồn gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dưới đất ................................. 7
2.1.5 Ảnh hưởng của chất lượng nước dưới đất đến sinh hoạt, sản xuất và sức khỏe
của con người ........................................................................................................... 8
2.2 Một số vấn đề về cấp nước và sử dụng nước ....................................................... 9
2.3 Giới thiệu sơ lược về sắt trong nước dưới đất..................................................... 10
2.3.1 Vai trò và nguồn gốc của sắt ........................................................................... 10
2.3.2 Những dấu hiệu cơ bản nhận biết nước nhiễm sắt ........................................... 11

Trang iii


2.4 Một số phương pháp xử lý sắt hiện nay.............................................................. 11
2.4.1 Phương pháp phân tích xác định nồng độ sắt trong nước................................. 11
2.4.2 Một số phương pháp xử lý sắt trong nước hiện nay ......................................... 11
2.4.2.1 Phương pháp oxy hóa sắt ............................................................................. 11
2.4.2.2 Phương pháp khử sắt bằng quá trình oxy hóa ............................................... 12
2.4.2.3 Khử sắt bằng hóa chất .................................................................................. 12
2.4.2.4 Một số biện pháp khác ................................................................................. 13
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU..................... 16
3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện ......................................................................... 16
3.2 Đối tượng thí nghiệm ......................................................................................... 16
3.3 Các bước tiến hành thí nghiệm........................................................................... 16
3.4 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu............................................ 22
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................ 24
4.1 Xác định công suất thiết bị................................................................................. 24
4.2 Tính toán và thiết kế hệ thống ............................................................................ 24

4.3 Lựa chọn vật liệu ............................................................................................... 24
4.4 Tính toán lại....................................................................................................... 25
4.5 Thí nghiệm 1: Xác định khoảng cách hai điện cực ............................................. 32
4.6 Thí nghiệm 2: Xác định diện tích bảng điện cực thích hợp................................. 35
4.7 Thí nghiệm 3: Xác định thời gian keo tụ điện hóa thích hợp để khử sắt.............. 38
4.8 Tính toán giá thành hệ thống.............................................................................. 48
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ............................................................... 51
5.1 Kết luận ............................................................................................................. 51
5.2 Đề xuất............................................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 52
PHỤ LỤC................................................................................................................ 54

Trang iv


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3.1 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu................................... 22
Bảng 4.1 Nồng độ các chỉ tiêu phân tích trong mẫu nước sau khi keo tụ điện hóa với
các khoảng cách điện cực......................................................................................... 32
Bảng 4.2 Điện năng tiêu thụ và khối lượng điện cực sau điện phân.......................... 34
Bảng 4.3 Nồng độ các chỉ tiêu phân tích các mẫu nước sau khi keo tụ điện hóa với
các diện tích bảng điện cực ..................................................................................... 36
Bảng 4.4 Điện năng tiêu thụ và khối lượng điện cực sau điện phân.......................... 37
Bảng 4.5 Nồng độ các chỉ tiêu phân tích trong nước sau keo tụ điện hóa với thời
gian keo tụ điện hóa 10phút ..................................................................................... 40
Bảng 4.6 Nồng độ các chỉ tiêu phân tích trong nước sau keo tụ điện hóa với thời
gian keo tụ điện hóa 15phút ..................................................................................... 41
Bảng 4.7 Nồng độ các chỉ tiêu phân tích trong nước sau keo tụ điện hóa với thời
gian keo tụ điện hóa 20phút ..................................................................................... 42
Bảng 4.8 Nồng độ các chỉ tiêu phân tích trong nước sau keo tụ điện hóa với thời

gian keo tụ điện hóa 25phút ..................................................................................... 43
Bảng 4.9 Điện năng tiêu thụ và khối lượng điện cực sau điện phân.......................... 44
Bảng 4.10 Giá thành các vật liệu phục vụ cho quá trình gia công mô hình ............... 49
Bảng 4.11 Một số đường kính cột lọc ứng với lưu lượng cần xử lý .......................... 50

Trang v


DANH SÁCH HÌNH
Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thiết kế hệ thống xử lý nước dưới đất nhiễm sắt ............... 16
Hình 3.2 Quy trình xử lý nước dưới đất nhiễm sắt bằng phương pháp keo tụ điện ... 18
Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo và bố trí hệ thống xử lý ....................................................... 27
Hình 4.2 Cấu tạo cột lọc và các lớp vật liệu lọc........................................................ 28
Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống thu nước và điện cực bên trong bể điện phân..................... 29
Hình 4.4 Sơ đồ phân bố điện cực trong bể điện phân ............................................... 30
Hình 4.5 Hệ thống xử lý nước nhiễm sắt ứng dụng năng lượng mặt trời .................. 31
Hình 4.6 Hiệu suất chuyển Fe2+ thành Fe3+ theo khoảng cách hai điện cực .............. 34
Hình 4.7 Hiệu suất chuyển Fe2+ sang Fe3+ theo diện tích bảng điện cực ................... 38
Hình 4.8 Lượng khí sinh ra làm các bông keo tụ nổi lên .......................................... 39
Hình 4.9 Sự biến thiên hàm lượng Fe tổng theo thời gian điện phân........................... 45
Hình 4.10 Hiệu suất xử lý Fe tổng theo thời gian điện phân ....................................... 45
Hình 4.11 Nước dưới đất đã điện phân trước và sau lọc ........................................... 47
Hình 4.12 Ăcquy sau khi cung cấp điện năng để điện phân được sử dụng để chiếu
sáng...... ................................................................................................................... 48

Trang vi


DANH SÁCH PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: QCVN 01:2009/BYT QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ

CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĂN UỐNG ........................................................................ 54
PHỤ LỤC 2: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SẮT TỔNG ............... 57
PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ANOVA...................................................... 59
PHỤ LỤC 4: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 61

Trang vii


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
ĐBSCL

Đồng Bằng Sông Cửu Long

QCVN 01 – 2009/BYT

Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia về chất lượng
nước ăn uống

EDTA

Ethylene Diamine Tetraacetic Acid

KPH

Không phát hiện

NXB

Nhà xuất bản

BYT

Bộ Y tế

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

UNICEF

United

Nations

International

Children’s

Emergency Fund: Quỹ nhi đồng Liên Hiệp
Quốc
WHO

World Health Organization: Tổ chức Y tế Thế
Giới

Trang viii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
Nước là nguồn gốc của sự sống, cần thiết không những đối với con người,
động vật mà còn đối với thực vật. Ngày nay, nước được thừa nhận như một nguồn
tài nguyên chiến lược của mỗi quốc gia, và đó là một trong các nguồn tài nguyên
chủ chốt nhất của Trái Đất, bảo đảm sự an toàn thực phẩm, duy trì sự cân bằng của
các hệ sinh thái, và đảm bảo sự hoạt động của con người trong một thế giới đầy
những biến động nhanh chóng về địa lý, xã hội và môi trường (Nguyễn Hữu Phú,
2001).
Theo các số liệu gần đây, lượng nước ngọt có thể sử dụng được trên hành
tinh chúng ta chỉ chiếm 0,26% lượng nước toàn thể, hoặc có khoảng 50.000
km 3/năm trong đó chỉ 1/3 là có khả năng sử dụng vào việc sản xuất nước sạch. Xét
trong phạm vi toàn cầu, tình trạng cung cấp nước sạch trong những năm gần đây là
không đáp ứng: cứ 5 người thì có 1 người thiếu nước uống, cứ 2 người thì có 1
người không được sử dụng hệ thống nước được xử lý hợp vệ sinh và 5 triệu người
chết hàng năm vì dùng nước bị ô nhiễm. Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp,
đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên bị hao kiệt và ô nhiễm
dần. Vì thế, con người phải biết xử lý các nguồn nước cấp để có được đủ số lượng
và đảm bảo đạt chất lượng cho mọi nhu cầu sinh hoạt và sản xuất cho chính mình
(Nguyễn Thị Thu Thủy, 2006).
Một trong những nhiệm vụ trọng điểm của việc khai thác nước là tìm các
nguồn nước để xử lý và cung cấp nước sạch đảm bảo đầy đủ về số lượng và chất
lượng đảm bảo cho người dân sử dụng. Để cung cấp nước sạch, có thể khai thác từ
các nguồn nước thiên nhiên là nước mặt, nước biển và nước dưới đất (Trịnh Xuân
Lai, 2003).
Nước dưới đất được ưu tiên khi chọn nguồn nước khai thác, vì nước dưới đất
có những ưu điểm như: nhiệt độ ổn định, vi khuẩn đã được lọc tự nhiên dưới lòng
đất, trong sạch và thành phần hóa học tốt (Ngô Xuân Trường, et al., 2004).

Nước dưới đất là một bộ phận quan trọng của tài nguyên nước của Việt Nam.
Từ lâu đời nước dưới đất đã được sử dụng cho các mục đích sinh hoạt và các hoạt
động kinh tế khác (Tăng Văn Đoàn – Trần Đức Hạ, 2006).
Đất nước ngày càng phát triển, đời sống người dân cũng ngày được nâng
cao. Song song đó, nhu cầu sử dụng nước sạch trong ăn uống cũng như sinh hoạt
SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 1


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

được đòi hỏi khắc khe hơn để bảo vệ sức khỏe cho mọi người. Hầu hết nước dưới
đất được các hộ dân bơm lên và sử dụng trực tiếp mà không qua bất kì một biện
pháp xử lý nào. Theo báo cáo điều tra vệ sinh môi trường nông thôn toàn quốc năm
2006 thì nguồn nước giếng khoan chiếm tỷ lệ cao nhất trong cơ cấu nguồn nước ăn
uống sinh hoạt chính ở nông thôn Việt Nam là 33,1% (Viện Tư Vấn Phát Triển CODE). Theo kết quả điều tra của chi cục Thủy Lợi Sở Nông Nghiệp và Phát Triển
Nông Thôn (2002), ở tỉnh Cần Thơ hiện có 54.250 giếng nước ngầm. Trong đó có
2.123 giếng hư hỏng không sử dụng. Độ sâu các giếng từ 70 – 120m, khai thác chủ
yếu là tầng chứa nước Pleistoxen (tầng chứa nước với trữ lượng cao). Theo điều tra
của Viện Y học lao động và vệ sinh môi trường thì chất lượng nước giếng khoan ở
một số tỉnh được Bộ Y tế công bố tại hội thảo về xử lý nước tại hộ gia đình vừa tổ
chức ở Hà Nội, cho thấy số lượng giếng nước bị ô nhiễm sắt là rất cao. Đặc biệt ở
đồng bằng Sông Cửu Long, người dân nơi đây nhiều năm nay phải tiếp xúc trực tiếp
với nguồn nước này. Nước nhiễm sắt đã gây nhiều bất tiện trong sinh hoạt của
người dân như làm vàng ố tất cả các vật chứa đựng nước và cả quần áo, nguy hại
hơn nếu dùng nước này lâu ngày sẽ ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người.
Trước tình hình hiện nay, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mô hình xử lý nước giếng

khoan nhiễm sắt bằng phương pháp keo tụ điện hóa sử dụng nguồn năng lượng
mặt trời” được thiết kế với mong muốn sẽ góp phần nhỏ vào công tác cung cấp
nước sạch cho người dân vùng nông thôn.

SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 2


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về nước dưới đất (nước ngầm)
2.1.1 Nước dưới đất và sự hình thành
Nước mưa, nước mặt và hơi nước trong không khí ngưng tụ lại và thẩm thấu
vào lòng đất tạo thành nước dưới đất. Nước dưới đất được giữ lại hoặc chuyển động
trong các lỗ rỗng hay khe nứt của các tầng đất đá tạo nên tầng ngậm nước (Nguyễn
Lan Phương, 2008) .
Nước dưới đất được chứa trong các lỗ rổng trong lòng đất do cấu tạo của tầng
chứa nước là các phần tử cát, cuội, sỏi,….có cở hạt và thành phần khoáng chất khác
nhau.
Nguồn bổ cập cho nước dưới đất là nước mưa, nước từ hồ, ao, sông ngòi thấm
qua các lớp đất và được giữ lại ở tầng chứa nước.
Theo Lê Dung (2003) nước dưới đất có 5 trạng thái tồn tại:
- Ở thể khí: nước dưới đất cùng với không khí nằm trong các lỗ rỗng của đất
đá.
- Ở thể bám chặt: nước dưới đất bao quanh các hạt đất bằng một lớp rất mỏng,

gắn chặt với đất bằng các lực dính, ở điều kiện bình thường không thể tách ra được.
- Ở thể màng mỏng: nước dưới đất nằm bao quanh các phần tử đất cát bằng
lực phân tử, có thể di chuyển trong lòng đất dưới ảnh hưởng của lực phân tử nhưng
không thể truyền được áp suất.
- Nước mao dẫn: chứa đầy trong các lỗ rỗng nhỏ của đất, chịu tác dụng của
sức căng mặt ngoài và trọng lực. Nước mao dẫn có thể di chuyển trong đất và có thể
truyền được áp suất. Vùng nước mao dẫn nằm trên mực nước trọng lực.
- Nước trọng lực hay nước thấm: chứa đầy trong các lỗ rỗng của đất, chuyển
động dưới tác dụng của trọng lực và có thể truyền được áp suất.
Trong các dạng tồn tại của nước dưới đất chỉ có nước thấm là có trữ lượng
đáng kể và có khả năng khai thác được.
Nước dưới đất là nguồn cung cấp nước chính cho rất nhiều cộng đồng, đặc biệt
ở nhiều nơi do điều kiện kinh tế khó khăn, người dân đành phải sử dụng trực tiếp

SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

mà không qua bất kỳ một biện pháp xử lý nào (Lâm Minh Triết – Lê Hoàng Việt,
2009).
2.1.2 Các loại nước dưới đất
Nước dưới đất trong các tầng đất không nằm yên một chỗ mà di chuyển từ chỗ
cao sang chỗ thấp tạo thành dòng chảy ngầm. Tùy theo cấu tạo của mỗi tầng đất mà
chất lượng nước ở mỗi tầng khác nhau là nhiều hay ít. Trong đất cát hay cát pha sỏi,
đá cuội, kẽ hở giữa chúng tương đối rộng nên lượng nước chứa nhiều, đó là tầng

thấm nước. Đất sét gồm những hạt nhỏ gắn chặt với nhau nên lượng nước chứa
không đáng kể gọi là tầng không thấm.
Theo vị trí, nước dưới đất được phân loại thành nước dưới đất nông, nước dưới
đất trong tầng thổ nhưỡng (tầng đất canh tác), nước dưới đất sâu – trong các tầng
chứa nước.
Nước tầng nông là nước mạch, tính từ mặt đất trở xuống không quá 10m. Trữ
lượng nước nhiều hay ít và chất lượng nước tốt hay xấu là tùy thuộc vào điều kiện
tự nhiên của từng vùng. Ngoài ra, nước tầng nông còn có thể bị nhiễm bẩn do các
chất thải trên mặt đất ngấm vào tầng chứa nước như các chất thải công nghiệp, chất
thải sinh hoạt.
Nước tầng sâu nằm sâu dưới đất từ 20m trở xuống, trữ lượng nước ổn định
quanh năm, chất lượng nước tốt và ít thay đổi. Nhưng muốn sử dụng phải khoan sâu
và dùng bơm tay hay bơm máy để hút nước lên khỏi mặt đất (Nguyễn Võ Châu
Ngân, 2000).
2.1.3 Trữ lượng, vai trò của nước dưới đất trong đời sống và kinh tế xã hội
2.1.3.1 Trữ lượng
Hơn 70% diện tích của Trái Đất được bao phủ bởi nước. Thủy quyển có tổng
lượng nước khoảng 1,386x106 km 3, trong đó nước ngọt chỉ chiếm khoảng 3%.
Nhưng trong tổng số 3% nước ngọt thì lại có khoảng 68,7% tồn tại dưới dạng băng
tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, nước ngầm chiếm 30,1%, nước mặt ngọt
chỉ chiếm một phần rất nhỏ 0,3%, các nguồn nước ngọt khác chiếm 0,9%. Như vậy,
nước dưới đất là nguồn cung cấp nước ngọt chủ yếu cho nhu cầu sinh hoạt của con
người [2].
2.1.3.2 Vai trò
Nước luôn luôn giữ một vai trò mang tính sống còn trong lịch sử phát triển của
loài người và sự phát triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia. Trong thời đại hiện nay
SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 4

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

do sự bùng nổ về dân số, do các ngành kinh tế của các nước thi nhau phát triển như
vũ bảo, chất lượng cuộc sống ngày càng được nâng cao, vì thế nhu cầu sử dụng
nước ngày một lớn, các nguồn nước được khai thác và sử dụng ngày càng nhiều.
Nhìn chung trên Trái Đất có 3 nguồn chính: nước mưa, nước mặt và nước dưới đất
(Phạm Ngọc Hải – Phạm Việt Hòa, 2004).
Cũng như không khí và ánh sáng, nước không thể thiếu được trong đời sống
con người. Nước cần cho sự sống của người cũng như mọi sinh vật. Con người cần
nước để ăn uống, tắm giặt, sản xuất, trồng trọt, chăn nuôi. Những vùng có nước
thuận lợi thì sản xuất phát triển dễ hơn, còn nếu thiếu nước, những vùng nhiều
tháng không có mưa thì đất khô cằn, hạn hán gây ra mất mùa nạn đói (Phạm Ngọc
Quế, 2004). Trong quá trình hình thành sự sống trên Trái Đất thì nước và môi
trường nước đóng vai trò quan trọng. Nước tham gia vào vai trò tái sinh thế giới
hữu cơ (tham gia quá trình quang hợp). Trong quá trình trao đổi chất nước đóng vai
trò trung tâm. Những phản ứng lý hóa học diễn ra với sự tham gia bắt buộc của
nước.
Nước là dung môi của nhiều chất và đóng vai trò dẫn đường cho các muối đi
vào cơ thể.
Trong khu dân cư, nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt, nâng cao đời sống
tinh thần cho dân (một ngôi nhà hiện đại không có nước khác nào một cơ thể không
có máu).
Nước đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong sản xuất công nghiệp. Đối với cây
trồng nước là nhu cầu thiết yếu, đồng thời còn có vai trò điều tiết các chế độ nhiệt,
ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong đất…(Lê Quốc Tuấn,
2009). Hơn thế, sử dụng nước dưới đất giúp con người giải phóng sức lao động do
phải lấy nước xa nhà, tiết kiệm chi phí, tiết kiệm thời gian nâng cao hiệu quả sản

xuất (Phạm Ngọc Hải – Phạm Việt Hòa, 2004).
Theo ông Nguyễn Đăng Nghĩa, Giám đốc Trung tâm chuyển giao tiến bộ kỹ
thuật nông nghiệp, Viện Khoa học – kỹ thuật nông nghiệp Miền Nam: “Nguồn nước
mặt đang ô nhiễm nghiêm trọng, đến một lúc nào đó nếu không còn sử dụng được
thì chúng ta sẽ lấy nước ở đâu để sống? Hiện nay, nước dưới đất đang đóng một vai
trò quan trọng trong việc cấp nước sinh hoạt và sản xuất...”[3].
Với những lý do trên nguồn nước dưới đất trước mắt cũng như lâu dài đóng
một vai trò rất quan trọng để bổ sung nguồn nước cho nhân loại (Phạm Ngọc Hải –
Phạm Việt Hòa, 2004).
SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 5


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

2.1.3.3 Nguồn tài nguyên nước dưới đất ở Việt Nam
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước dưới đất khá phong phú về trữ lượng và
khá tốt về chất lượng. Nước dưới đất 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 dưới đất có thể tồn tại cách mặt đất vài mét,
vài chục mét, hay hàng trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì
nguồn nước dưới đất luôn là nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước mặt
thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo
mùa. Nguồn nước dưới đất ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất
lượng nước dưới đất thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước dưới
đất hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh
thấp [4].

2.1.3.4 Nguồn tài nguyên nước dưới đất ở Đồng bằng sông Cửu Long
Là nguồn cấp nước quan trọng do chất lượng nước mặt không đảm bảo tiêu
chuẩn cấp nước đặc biệt ở vùng có nguồn nước mặt bị nhiễm phèn, mặn vào mùa
khô.
Trữ lượng nước ngầm ở Đồng bằng sông Cửu long có thể khai thác được
khoảng 27,5 triệu m3/ngày và phân bố không đều theo diện rộng và theo chiều sâu.
Ở nhiều nơi, nguồn nước dưới đất bị nhiễm sắt, mặn, nitrate, amonia tự do...Cần
phải được xử lý để đảm bảo tiêu chuẩn nước ăn uống và sinh hoạt [9].
2.1.3.5 Chất lượng nước dưới đất
Không giống như nước bề mặt, nguồn nước dưới đất ít chịu ảnh hưởng yếu tố
tác động của con người. Chất lượng nước dưới đất thường tốt hơn chất lượng nước
bề mặt, có trữ lượng lớn, có thể khai thác lâu dài dùng cho mục đích ăn uống và
sinh hoạt. Trong nước dưới đất hầu như không có các hạt keo hay các hạt cặn lơ
lửng, các chỉ tiêu vi sinh trong nước dưới đất cũng tốt hơn các chỉ tiêu vi sinh trong
nước bề mặt. Trong nước dưới đất không chứa rong tảo là những thứ dễ gây ô
nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước dưới đất là các tạp chất
hòa tan do ảnh hưởng của điền kiện địa tầng, thời tiết nắng mưa, các quá trình
phong hóa và sinh hóa trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có
nhiều chất thải bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước dưới đất dễ bị ô nhiễm
bởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa thấm
vào nguồn nước (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2006).

SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

2.1.4 Các nguồn gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dưới đất
Nước dưới đất có thể nhiễm bẩn do tác động của con người. Các chất thải của
người và động vật, các chất thải hóa học, các chất thải sinh hoạt cũng như việc sử
dụng phân bón hóa học... Tất cả những chất thải đó theo thời gian ngấm dần vào
nguồn nước, tích tụ dần và dẫn đến làm hư hỏng nguồn nước dưới đất. Đã có không
ít nguồn nước dưới đất do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ
khó phân hủy, các vi khuẩn gây bệnh và nhất là các hóa chất độc hại như các kim
loại nặng và không loại trừ cả các chất phóng xạ.
Ion Ca2+
Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ cao. Trong đất thường chứa nhiều
CO2 do các quá trình trao đổi chất của rễ cây và các quá trình thủy phân các tạp chất
hữu cơ nhờ vi sinh vật tạo khí CO2 , khí CO2 hòa tan trong nước mưa tạo H2CO3.
Axit yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxi cacbonat tạo ra ion Ca2+:
H2CO3 + CaCO3  Ca(HCO3)2  Ca2+ + 2HCO3Ion Mg2+
Nguồn gốc của ion Mg2+ trong nước dưới đất chủ yếu từ các muối magie
silicat và CaMg(CO3)2, chúng hòa tan chậm trong nước chứa khí cacbonic. Sự có
mặt của Ca2+ và Mg2+ tạo nên độ cứng của nước.
Ion 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 có thể có nguồn gốc từ NaCl, Na2SO4 là những muối có độ hòa tan
lớn trong nước biển.
Ion Fe2+
Các ion Fe2+ từ các lớp đất đá được hòa tan trong nước trong điều kiện yếm
khí như sau:
VSV

+

4Fe(OH)3 + 8H

4Fe2+ + O2 + 10H2O

Khi không bị vi sinh vật tiêu thụ cho các quá trình ôxy hóa các chất hữu cơ
trong đất (hợp chất humic), Fe(OH)3 sẽ bị khử thành Fe2+.
Ion Mn2+

SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 7


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

Các ion Mn 2+ cũng được hòa tan trong nước từ các tầng đất đá từ các điều kiện
yếm khí như sau:
6MnO2 + 12H+

VSV

Mn 2+ + 3O2 + 6H2O

Ion amôn NH4+
Các ion amôn có trong nước ngầm có nguồn gốc từ các chất thải rắn và nước
thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, chất thải chăn nuôi, phân bón hóa học và
trong quá trình vận động của nitơ.
Ion bicacbonat HCO3Các ion bicacbonat được tạo ra trong nước nhờ quá trình hòa tan của đá vôi khi

có mặt khí cacbonic:
CaCO3 + CO2 + H2O  Ca2+ + 2HCO3Ion sunfat SO42Các ion sunfat có nguồn gốc từ muối CaSO4.7H2O hoặc do quá trình ôxy hóa
FeS2 trong điều kiện ẩm với sự có mặt của O2 như sau:
2FeS2 + 2H2O + 7O2  2Fe2+ + 4SO42- + 4H+
Các ion clorua ClCác ion clorua có nguồn gốc từ quá trình phân ly muối NaCl hoặc nước thải
sinh hoạt (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2006).
2.1.5 Ảnh hưởng của chất lượng nước dưới đất đến sinh hoạt, sản xuất và sức
khỏe của con người
Đã có không ít nguồn nước dưới đất bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó
phân huỷ và các vi khuẩn như E.coli và Coliform gây ra một số bệnh tật nguy hiểm
đối với con người như: tả, lỵ, thương hàn, tiêu chảy, viêm gan A, bại liệt, các bệnh
về mắt, ngoài da, bệnh phụ khoa...[6].
Một số nguồn nước bị nhiễm arsenic, do sử dụng nguồn nước này, rất nhiều
trường hợp bị các tổn thương như tóc bị sừng hóa, rụng tóc nhiều; các bệnh về da
như khô da bong vẩy, hạt cơm; bệnh tăng sắc tố, bệnh tắc mạch đầu chi, tê tay chân,
rối loạn về thai sản và ung thư...[7].
Đặc biệt, trong nước dưới đất thường có hàm lượng sắt cao và phân bố không
đồng đều trong các lớp trầm tích dưới đất sâu, sắt thường tồn tại trong nước dưới
đất ở dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe2+) là thành phần của các muối hoà tan như:
SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 8


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

Fe(HCO3)2; FeSO4… Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước có mùi tanh và có
màu vàng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt [5].

2.2 Một số vấn đề về cấp nước và sử dụng nước
Bất cứ khu dân cư và sản xuất nào cũng cần hệ thống cấp nước sạch. Cấp nước
sạch trở thành một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá sự phát triển của xã
hội. Trong thời đại hiện nay do sự bùng nổ về dân số, do các ngành kinh tế của các
nước thi nhau phát triển như vũ bão, chất lượng cuộc sống của con ngưới ngày càng
được nâng cao, vì thế nhu cầu sử dụng nước ngày một lớn, các nguồn nước khai
thác và sử dụng ngày càng nhiều (Phạm Ngọc Hải – Phạm Việt Hòa, 2004).
Người ta có thể dựa vào lượng nước sử dụng trên mỗi đầu người của từng
quốc gia để đánh giá mức độ phát triển của quốc gia đó, xã hội càng phát triển, nhu
cầu dùng nước càng tăng. Cư dân sống trong điều kiện nguyên thủy chỉ cần 5 10lít/người/ngày. Nhưng hiện nay tại các đô thị, nước sinh hoạt cần gấp hàng chục
lần như vậy. Tiêu chuẩn cấp nước hiện nay trong các đô thị của Mỹ là 380 –
500lít/người/ngày, của Pháp 200 - 500lít/người/ngày, của Singapore 250 –
400lít/người/ngày, ở nước ta tiêu chuẩn cấp nước đối với khu vực đô thị là 150–
200lít/người/ngày, đối với khu vực nông thôn là 50–100 lít/người/ngày (Tăng Văn
Đoàn – Trần Đức Hạ, 2006). Tuy nhiên mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng
về chất lượng nước cấp, trong đó có thể có các chỉ tiêu cao, thấp khác nhau nhưng
nhìn chung, các chỉ tiêu này phải đạt tiêu chuẩn an toàn vệ sinh về số lượng vi trùng
có trong nước, không có chất độc hại làm nguy hại đến sức khỏe của con người và
tốt nhất phải đạt tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) hoặc của cộng đồng
châu Âu (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2006).
Thông thường nước cấp cho các nhu cầu sinh hoạt cần phải đảm bảo các chỉ
tiêu về độ pH, nồng độ ôxy hòa tan (DO), độ đục, độ màu, hàm lượng sắt, mangan,
độ cứng, mùi vị... Ngoài ra nước cấp sinh hoạt cần phải ổn định về mặt lý học, hóa
học cùng các chỉ tiêu vệ sinh an toàn khác như số vi trùng trong nước.
Liên hiệp quốc (1992) đã chính thức chọn ngày 22 tháng 3 hàng năm làm ngày
“Quốc tế về nước” nhằm nhắc nhở mọi người quan tâm hơn về nguồn nước. Tại
Việt Nam, chương trình nước sạch và vệ sinh môi trường đã được UNICEF tài trợ
từ năm 1982 với mục đích giúp Việt Nam giải quyết nhu cầu về nước sạch và vệ
sinh môi trường (NS-VSMT) của cư dân nông thôn. Từ năm 1982 đến 1990,
UNICEF thực hiện dự án thí điểm mô hình cấp nước sạch tại ba tỉnh Minh Hải (cũ),

Kiên Giang, Long An với mục tiêu giải quyết khẩn cấp về nước sinh hoạt cho nhân
SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 9


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

dân vùng kinh tế mới. Ðến năm 1984, dự án được mở rộng đến các tỉnh Thanh Hóa,
Nghệ Tĩnh (cũ), Hà Nam Ninh (cũ). Ðến năm 1990, dự án được triển khai tại 27
tỉnh. Từ năm 1991 đến năm 2000, dự án nước sạch UNICEF được mở rộng đến 53
tỉnh. Chương trình này tập trung giải quyết vấn đề nước sạch vùng nông thôn, và đã
được thủ tướng chính phủ chính thức phê duyệt (Quyết định số 104/2000/QĐ – TTg
ngày 25/8/2000).
Mục tiêu cụ thể của chiến lược là:
- Mục tiêu tới năm 2010: 85% dân cư nông thôn sử dụng nước hợp vệ sinh với
số lượng 60 lít/người.ngày, 70% gia đình và dân cư nông thôn sử dụng hố xí hợp vệ
sinh và thực hiện tốt vệ sinh cá nhân.
- Mục tiêu tới năm 2020: Tất cả cư dân nông thôn sử dụng nước sạch đạt tiêu
chuẩn quốc gia với số lượng ít nhất 60 lít/người.ngày, sử dụng hố xí hợp vệ sinh và
thực hiện tốt vệ sinh cá nhân, giữ vệ sinh môi trường, làng, xã.
2.3 Giới thiệu sơ lược về sắt trong nước dưới đất
2.3.1 Vai trò và nguồn gốc của sắt
Sắt trong nước không phải là chỉ tiêu ô nhiễm chính và không có tác dụng độc
hại đối với sức khỏe con người. Tuy nhiên, cần phải hạn chế hàm lượng của sắt
trong nước vì lý do chính là để cải thiện chất lượng cảm quan của nước. Nước chứa
sắt không những gây ra màu và vị xấu cho nước mà còn làm cho các vi sinh vật dễ
phát triển, khơi màu cho các hiện tượng ăn mòn (Nguyễn Hữu Phú, 2001).

Hình thức chung của sắt trong nước là ion Fe2+ (sắt hóa trị 2) có thể hòa tan,
nồng độ thường từ 1 tới 10 mg/l. Khi lộ ra trong không khí, Fe2+ bị oxy hóa thành
Fe3+ (sắt hóa trị 3) không thể hòa tan và bị kết tủa như là hydroxit sắt-Fe(OH)3 làm
cho nước có kết tủa màu nâu. Ăn mòn ống chống và các ống khác có thể tăng lượng
sắt vào trong giếng nước dưới đất. Hàm lượng sắt lớn nhất cho phép trong nước
uống là 0.3 mg/l (Ngô Xuân Trường, et al., 2004).
Sắt là một nguyên tố có nhiều trong vỏ Trái Đất. Độ hòa tan của sắt trong nước
là kết quả của nhiều phản ứng thuận nghịch, chủ yếu là phản ứng thủy phân của sắt
feric (Fe3+) và sắt ferơ (Fe2+). Ngoài ra, còn có phản ứng tạo phức với các hợp chất
hữu cơ và vô cơ khác:
Fe3+ + 3H2O  Fe(OH)3 + 3H+
Fe3+ + e  Fe2+

SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 10


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

Sự tồn tại của sắt hòa tan trong môi trường nước đòi hỏi một thế oxy hóa yếu,
thường ở đáy hồ, nước yếm khí nên phản ứng khử sắt feric thành sắt ferơ dễ dàng
xảy ra. Sắt hòa tan thường ở dưới dạng cacbonat hoặc bicacbonat (Nguyễn Hữu
Phú, 2001).
2.3.2 Những dấu hiệu cơ bản nhận biết nước nhiễm Sắt
Nước nhiễm sắt chủ yếu là bị nhiễm sắt 2, có mùi tanh, sắt tồn tại ở dạng ion,
không nhìn thấy được. Do đó, lúc mới bơm lên thì rất trong. Sau khi bị oxy hóa, các
ion sắt 2 sẽ chuyển thành sắt 3, kết tủa lại và có màu hơi vàng, mặt nước để lâu có

váng [8]. Trong sinh hoạt, nước nhiễm sắt không những gây vàng ố quần áo, làm
tiêu tốn thêm xà phòng, gây mùi tanh và vị xấu cho nước (không được chấp nhận
trên quan niệm thẩm mỹ) mà còn làm các vi sinh vật dễ phát triển, khơi màu cho
các hiện tượng ăn mòn (Trần Khưu Tiến, 2008).
2.4 Một số phương pháp xử lý sắt hiện nay
2.4.1 Phương pháp phân tích xác định nồng độ Sắt trong nước
Phương pháp Phenanthrolin là phương pháp tiêu chuẩn thích hợp để xác định
lượng sắt có trong nước trừ khi mẫu có chứa photphat và kim loại nặng. Phương
pháp này dựa trên đặc tính của 1,10-phenanthrolin có khả năng kết hợp với Fe2+ tạo
thành phức có màu đỏ cam. Màu tạo thành được đo bằng quang phổ kế (Nguyễn
Trung Việt, et al., 2011).
2.4.2 Một số phương pháp xử lý Sắt trong nước hiện nay
2.4.2.1 Phương pháp oxy hoá sắt
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2006) nguyên lý của phương pháp này là oxy hoá sắt
(II) thành sắt (III) và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng hyđroxyt sắt (III). Trong
nước dưới đất, sắt (II) bicacbonat là một muối 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 oxy hoà tan, sắt (II) hyđroxyt sẽ bị oxy hoá thành sắt (III)
hyđroxyt theo phản ứng:
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3 ↓
Sắt (III) hyđroxyt trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách
ra khỏi nước một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc.

SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 11


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

Kết hợp các phản ứng trên ta có phản ứng chung của quá trình oxy hoá sắt như
sau:
4Fe2+ + 8HCO3 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ + 8HCO3Nước dưới đất thường không chứa oxy hoà tan hoặc có hàm lượng oxy hoà tan
rất thấp. Để tăng nồng độ oxy hoà tan trong nước dưới đất, biện pháp đơn giản nhất
là làm thoáng. Hiệu quả của bước làm thoáng được xác định theo nhu cầu oxy cho
quá trình khử sắt.
2.4.2.2 Phương pháp khử sắt bằng quá trình oxy hoá
a. Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc
Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng giàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc.
Chiều cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun có đường kính từ 57mm, lưu lượng tưới vào khoảng 10 m 3/m2.h. Lượng oxy hoà tan trong nước sau
khi làm thoáng ở nhiệt độ 250C lấy bằng 40% lượng oxy hoà tan bão hoà (ở 250C
lượng oxy bão hoà bằng 8,1mg/l) (Nguyễn Ngọc Dung, 2009).
b. 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.
Lưu lượng tưới và chiều cao tháp cũng lấy như trường hợp trên. Lượng oxy
hoà tan sau làm thoáng bằng 55% lượng oxy hoà tan bão hoà. Hàm lượng CO2 sau
làm thoáng giảm 50% (Nguyễn Ngọc Dung, 2009).
c. Làm thoáng cưỡng bức
Cũng có thể dùng tháp làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến
3

40m /h. Lượng không khí tiếp xúc lấy từ 4 đến 6m3 cho 1m3 nước. Lượng oxy hoà
tan sau làm thoáng bằng 70% hàm lượng oxy hoà tan bão hoà. Hàm lượng CO2 sau
làm thoáng giảm 75% (Nguyễn Ngọc Dung, 2009).
2.4.2.3 Khử sắt bằng hoá chất
Khi trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽ

tạo ra dạng keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng
hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của các chất oxy hoá mạnh. Đối với nước dưới đất, khi
hàm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì lượng oxy thu được nhờ làm
thoáng không đủ để oxy hoá hết H2S và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng
đến hoá chất để khử sắt (Nguyễn Ngọc Dung, 2009).
SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 12


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

a. Biện pháp khử sắt bằng vôi
Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên. Ở điều kiện giàu ion OH-,
các ion Fe2+ thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 và lắng xuống một phần, thế
oxy hoá khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống, do đó sắt (II) dễ dàng
chuyển hoá thành sắt (III). Sắt (III) hyđroxyt kết tụ thành bông cặn, lắng trong bể
lắng và có thể dễ dàng tách ra khỏi nước.
Phương pháp này có thể áp dụng cho cả nước mặt và nước dưới đất. Nhược
điểm của phương pháp này là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý
phức tạp, cho nên thường 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 (Nguyễn Ngọc
Dung, 2009).
b. Biện pháp khử sắt bằng Clo
Theo Nguyễn Ngọc Dung (2009) quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện
nhờ phản ứng sau:
2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)3CaCl2 + 6H+ + 6HCO3c. Biện pháp khử sắt bằng Kali Permanganat (KMnO4)
Theo Nguyễn Ngọc Dung (2009) khi dùng KMnO4 để khử sắt, quá trình xảy ra

rất nhanh vì cặn mangan (IV) hyđroxyt vừa được tạo thành sẽ là nhân tố xúc tác cho
quá trình khử. Phản ứng xảy ra theo phương trình sau:
5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
2.4.2.4 Một số biện pháp khác
a. 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
Fe thành Fe3+ và giữ lại trong tầng lọc. Quá trình diễn ra rất nhanh chóng và có
hiệu quả cao. Cát đen là một trong những chất có đặc tính như thế [1].
2+

b. 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 dưới đất 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 dưới đất có hàm lượng sắt thấp (Nguyễn Ngọc Dung, 2009).

SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 13


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

c. Biện pháp khử sắt bằng phương pháp vi sinh
Một số loại vi sinh có khả năng oxy hoá sắt trong điều kiện mà quá trình oxy
hoá hoá học xảy ra rất khó khăn. Chúng ta cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cát lọc
của bể lọc, thông qua hoạt động của các vi khuẩn sắt được loại ra khỏi nước.
Thường sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt (Nguyễn Ngọc Dung, 2009).

d. Khử sắt bằng phương pháp keo tụ điện hóa
Giới thiệu về phương pháp
Keo tụ điện hoá là một phương pháp điện hoá trong xử lý nước, trong đó
dưới tác dụng của dòng điện thì các điện cực dương (thường sử dụng là nhôm hoặc
sắt) sẽ bị ăn mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc
Fe3+) vào trong môi trường nước, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra
các bọt khí ở cực âm (Hold, Barton và Mitchell, 2004).
Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hoá
Theo Ramesh Babu, Bhadrinarayana, Meera Sheriffa Begum Anantharaman
(2006), phương pháp keo tụ điện hóa có các đặc điểm sau đây:
+ Dòng điện được sử dụng trong phương pháp keo tụ điện hóa là dòng điện
một chiều.
+ Các điện cực dương được sử dụng thường là bằng nhôm hoặc sắt. Tùy vào
giá trị pH và đặc tính của nước ở từng trường hợp cụ thể mà xác định xem điện cực
nào là cực dương, điện cực nào là cực âm.
+ Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vận hành
của bể có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau.
+ Hệ thống điện cực được đặt ngập trong nước, để đảm bảo khả năng tiếp xúc
giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt nhất.
+ Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước đầu vào liên
tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước chỉ được nạp một lần (theo mẻ).
Theo Hold, Barton và Mitchell (2004), keo tụ điện hóa là phương pháp giao
thoa của ba quá trình: điện hoá học, tuyển nổi điện phân, keo tụ.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống này dựa trên cơ sở của phương pháp điện
hóa hòa tan anode, nhằm tạo ra hydroxyt kim loại và các gốc tự do. Các phản ứng
oxy hóa và khử xảy ra riêng biệt trên mỗi bề mặt điện cực tương ứng. Sử dụng dòng
điện một chiều để oxy hóa sắt tan thành sắt hydroxit không tan [4].
SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 14

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

Điện cực nối với cực âm của dòng điện một chiều gọi là cực âm hay cathode.
Điện cực nối với cực dương của dòng điện một chiều gọi là cực dương hay
anode.
Ở anode xảy ra các phản ứng oxy hóa tạo ra các hydroxyt kim loại, nước đóng
vai trò là chất khử, nước bị oxy hóa tạo khí Oxy thoát ra đồng thời phóng thích H+
ra dung dịch. Oxy sinh ra sẽ oxy hóa sắt (II) thành sắt (III). Các chất hữu cơ liên kết
yếu có thể bị khử trực tiếp bởi quá trình oxy hóa, các chất hữu cơ cao phân tử có thể
được gỡ bỏ qua quá trình keo tụ các hydroxyt kim loại.
Các bọt khí mịn sinh ra nhằm nâng cao khả năng tách giữa pha rắn và pha
lỏng. Các bọt khí này làm tăng mức độ phối trộn và vận hành các bông keo tụ lên bề
mặt, phục vụ quá trình keo tụ đạt hiệu quả cao. Khí hydro sinh ra ở cathode và oxy
sinh ra ở anode sẽ oxy hóa hoàn toàn sắt.
Các phương trình phản ứng:
4Al  4Al2+ + 8e-

Ở anode

H2O – 2e-  ½ O2 + H+
4Fe2+ + 10H2O + O2  Fe(OH)3 + 8H+
4Al2+ + 10H2O + O2  Al(OH)3 + 8H+
Ở cathode
H2O + 2e-  H2 + 2OHƯu và nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm
- Hiệu suất xử lý cao, dễ vận hành.

- Tạo khí H2, O2 ở điện cực, thân thiện với môi trường.
- Khả năng tự động hóa cao.
Hạn chế
- Điện cực dương sẽ bị ăn mòn.
- Việc sản xuất của các chất khí từ phân hủy ở trên (hydro và oxy) có thể tạo
thành hỗn hợp nổ.
- Việc thiếu kiến thức hoặc hiểu biết về điện có lẽ là trở ngại lớn nhất đối với
việc sử dụng của nó.
SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 15


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CBHD: Thầy Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện
Địa điểm thực hiện: đề tài được nghiên cứu và thực hiện tại Khoa Môi Trường
và Tài Nguyên Thiên Nhiên – Trường Đại học Cần Thơ.
Thời gian thực hiện: học kỳ 2 năm học 2011 – 2012.
3.2 Đối tượng thí nghiệm
Nước dùng trong thí nghiệm là nước giếng khoan (lấy tại Khoa Môi Trường và
Tài Nguyên Thiên Nhiên – Trường Đại học Cần Thơ) pha với FeCl2.4H2O để nồng
độ sắt trong nước đầu vào ≈ 2mg/l.
3.3 Các bước tiến hành thí nghiệm
Các bước tiến hành thí nghiệm được trình bày trong hình 3.1:
Xác định công

suất, mục tiêu

Tính toán thiết kế
hệ thống

Lựa chọn vật liệu

(1)

(2)

(3)

Tính toán lại

(4)

Kiểm tra
vận hành

(5)

TínhKết
toánluận
lại hiệu
(6)
suất
Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thiết kế hệ thống xử lý nước dưới đất nhiễm sắt
Bước 1: Xác định công suất, mục tiêu
SVTH: Trần Quốc Trạng

Trang 16