nghiên cứu khả năng khử sắt trong nước ngầm bằng phương pháp làm thoáng và bằng vật liệu Toyolex

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP : NGHIÊN CỨU -THIẾT KẾ -CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC NGẦM CHO CÔNG TY GIẤY TIỀN VĨNH THÀNH - BẾN LỨC – LONG AN

CHƯƠNG 5
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHỬ SẮT
TRONG NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG
PHÁP LÀM THOÁNG VÀ BẰNG VẬT
LIỆU TOYOLEX + THAN ANTHRACITE.

NỘI DUNG:
5.1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
5.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
5.3. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
5.4. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
5.5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
5.6. NHẬN XÉT CHUNG
GVHD : TS.VÕ LÊ PHÚ Trang 65 SVTH: CAO DUY HẬU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP : NGHIÊN CỨU -THIẾT KẾ -CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC NGẦM CHO CÔNG TY GIẤY TIỀN VĨNH THÀNH - BẾN LỨC – LONG AN
5.1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Nghiên cứu khả năng khử sắt trong xử lý nước cấp bằng công nghệ làm thoáng tự
nhiên và bằng vật liệu lọc Toyolex + Than Anthracite.
5.2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trong nước tự nhiên, kể cả nước mặt lẫn nước ngầm đều có chứa sắt. Hàm lượng
sắt và dạng tồn tại của chúng tùy thuộc vào từng loại nguồn nước, điều kiện môi
trường và nguồn gốc tạo thành chúng. Trong nước mặt, sắt tồn tại ở dạng hợp
chất sắt Fe
3+
thông thøng là Fe(OH)
3
không tan, ở dạng keo hay huyền phù, hoặc

ở dạng các hợp chất hữu cơ phức tạp khó tan. Hàm lượng sắt có trong nước mặt
không lớn và sẽ được khử trong quá trình làm trong nước .
Trong nước ngầm sắt tồn tại dạng ion, sắt có hóa trò 2 (Fe
2+
) là thành phần của
các muối hoà tan như: bicacbonat Fe(HCO
3
)
2
, sunfat FeSO
4
. Hàm lượng sắt trong
nước ngầm thường cao và phân bố không đồng đều trong các trầm tích dưới sâu.
Nước có hàm lượng sắt cao, thì có mùi tanh và có nhiều cặn bẩn màu vàng, gây
ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước ăn uống và cho sinh hoạt và sản xuất. Vì vậy
khi trong nước có lượng sắt lớn hơn giới hạn cho phép thì phải tiến hành khử sắt.
Hiện nay có nhiều phương pháp khử sắt của nước ngầm, có thể chia thành các
nhóm chính sau:
• Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng .
• Khử sắt bằng phương pháp dùng hoá chất.
• Khử sắt bằng phương pháp làm khác.
5.2.1. Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng .
Thực chất của phương pháp khử sắt bằng phương pháp làm thoáng là làm giàu oxi
cho nước tạo điều kiện để oxi hoá Fe
2+
thành Fe
3+
thực hiện quá trình thuỷ phân
tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)
3

, rồi dùng bể lọc giữ lại. Làm thoáng có thể là:
GVHD : TS.VÕ LÊ PHÚ Trang 66 SVTH: CAO DUY HẬU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP : NGHIÊN CỨU -THIẾT KẾ -CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC NGẦM CHO CÔNG TY GIẤY TIỀN VĨNH THÀNH - BẾN LỨC – LONG AN
làm thoáng tự nhiên hay làm thoáng nhân tạo. Sau khi làm thoáng quá trình oxi
hoá Fe
2+
và thủy phân Fe
3+
có thể xảy ra trong môi trường tự do.
Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là muối không bền vững, thường phân ly
theo dạng sau :
Fe(HCO
3
)
2
= 2 HCO
3
-
+ Fe
2+
Nếu trong nước có oxi hoà tan, quá trình oxi hóa diễn ra như sau:
4Fe
2+
+ O
2
+ 10 H
2
O = 4 Fe(OH)
3

+ 8H
+
Đồng thời xảy ra phản ứng phụ:
H
+
+ HCO
3
-
= H
2
O + CO
2
Tốc độ phản ứng oxi hoá được biểu thò theo phương trình Just như sau:

[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
K
H
OFe
dt
Fed
v .
2
2
2
2
+
+

+
==
Trong đó:
• v : Tốc độ oxi hóa
•
[ ]
dt
Fed
+
2
: Sự biến thiên nồng độ [Fe
2+
] theo thời gian t.
• [Fe
2+
]; [ H
+
]; [O
2
]: Nồng độ của các ion Fe
2+
, H
+
, O
2
tan trong nùc.
• K : Hằng số tốc độ phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ và chất xúc tác.
Theo phương trình của Just tốc độ oxi hoá của Fe
2+
tỉ lệ thuận với [Fe

2+
] và [O
2
], tỉ
lệ nghòch với [ H
+
].
Như vậy quá trình chuyển hóa Fe
2+
thành Fe
3+
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
pH, O
2
, hàm lượng sắt trong nước ngầm, CO
2
, độ kiềm, nhiệt độ, thời gian phản
ứng. Ngoài ra tốc độ oxi hóa Fe
2+
còn phụ thuộc vào thế oxi hóa khử.
Khi tất cả các ion Fe
2+
hoà tan trong nước đã chuyển hóa thành bông cặn
Fe(OH)
3
. Việc loại bỏ các bông cặn ra khỏi nước đïc thực hiện ở bể lọc chủ yếu
theo cơ chế giữ cặn cơ học.
GVHD : TS.VÕ LÊ PHÚ Trang 67 SVTH: CAO DUY HẬU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP : NGHIÊN CỨU -THIẾT KẾ -CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC NGẦM CHO CÔNG TY GIẤY TIỀN VĨNH THÀNH - BẾN LỨC – LONG AN

5.2.2. Tổng quan về vật liệu lọc Toyolex và Than Anthracite
5.2.2.1. Than Anthracite
a) Đại cương về Anthracite
Anthracite là một vật liệu lọc để khử độ đục. Áp dụng Anthracite được xem như
một nguyên liệu với tên thường gọi là “Anthracite filter” (chất lọc Anthracite)
Anthracite là loại than bò cacbon hoá cao nhất và có tính dễ bay hơi rất thấp so
với các loại than khác như là: Bituninuous, Lignite, Brown coal.
Anthracite có tỷ lệ cacbon lớn (cacbon cố đònh) và có lượng tro thấp do đó nó
chứng tỏ được chất lượng cao, tốt. Cacbon là chất cản tốt cho nước, than có độ
tinh khiết cao và điều kiện kết tinh tốt, có độ cứng vật lý cao.
Sử dụng đặc tính đó, Anthracite được phát triển thành một chất để lọc.
b) Những đặc trưng của Anthracite
1/ Giữ cặn tại khoảng trống bên ngoài:
Anthracite không giống như chất lọc cacbon hoạt tính mà cacbon này có tính thẩm
thấu hoà tan trong nước tại khoảng trống bên trong của hạt để khử chất hoà tan
đó, nhưng một chất lọc trung gian giữa các chất rắn lơ lửng (những chất không tan
trong dung dòch)tại khoảng trống bên ngoài của hạt. Chất lọc trung gian thay đổi
từ chất hoà tan (phân huỷ) bằng việc tiến hành xử lý như là liều dùng.
Việc rửa ngược đủ cho phép sử dụng bán thường xuyên chất lọc.
2/ Giữ một số lượng lớn cặn.
Cát có hình thể hạt thống nhất và trọng lượng của nó thì hơi lớn, lớp lọc trở nên
chặt sít và tỷ lệ khoảng trống trở nên nhỏ bé. Do đó, chất làm đục có thể không
được giữ lại với số lượng lớn. Mặt khác, bởi vì Anthracite có thể đá bò đập (có
góc cạnh) và hạt khác nhau, tỷ lệ độ lỗ hổng trở nên lớn, và do đó chất làm đục
cặn có thể bò giữ lại với số lượng lớn.
GVHD : TS.VÕ LÊ PHÚ Trang 68 SVTH: CAO DUY HẬU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP : NGHIÊN CỨU -THIẾT KẾ -CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC NGẦM CHO CÔNG TY GIẤY TIỀN VĨNH THÀNH - BẾN LỨC – LONG AN
3/ Lọc với lớp lọc dày:
Bởi vì dạng hạt hoàn toàn khác nhau và không có quy tắc đònh dạng nào, có khối

lượng nhẹ, lớp lọc không trở nên chặt sít dễ dàng, vì thế việc lọc có thể thực hiện
trên một lớp dày và không chỉ lọc ở phần bề mặt của lớp. Sự tổn thất áp lực ban
đầu (P) hơi nhỏ và số lần rửa lọc giảm.
4/ Rửa ngược dễ dàng:
Anthracite là chất lọc nhẹ, rửa ngược có thể được thực hiện dễ dàng. Hơn nữa, bề
mặt hạt lọc nhẵn, cặn bò giữ lại được giữ lại được giữ lại một cách dễ dàng và
việc rửa có hiệu quả cao.
Lượng nước dùng rửa ngược nhỏ mà thời gian rửa ngắn.
5/ Tính trơ đối với hoá chất:
Anthracite chất lượng cao chỉ có một ít tạp chất và có hàm lượng cacbon cao, như
vậy Anthracite không hoà tan được trong nước có tính axít và nước có tính kiềm.
Do đó, thích hợp cho công dụng lọc. Anthracite được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp hoá chất như lọc nước biển, dùng trong việc làm soda.
c) Những điều cần lưu ý.
Bởi vì Anthracite là chất lọc có trọng lượng thấp (nhẹ), nó không yêu cầu lượng
nước lớn để rửa ngược. Tuy nhiên, nó cần có tốc độ thích ứng với hình dáng hạt,
bởi vì, tốc độ không phù hợp có thể gây ra sự cuốn Anthracite theo nước rửa.
So sánh với cát, lớp Anthracite phải đặt dày hơn. Không giống như lớp cát có đặc
trưng lọc trên bề mặt, lớp Anthracite giữ chất làm đục với số lượng lớn tại cả lớp
nằm dưới sâu nhờ vào tỷ lệ chỗ hổng lớn. Tuy nhiên, nó có thể nhạy với áp suất,
và nếu lớp Anthracite mỏng, thích hợp để tạo ra khe hở trên chất rắn lơ lửng giữ
lại bên trong của lớp Anthracite.
GVHD : TS.VÕ LÊ PHÚ Trang 69 SVTH: CAO DUY HẬU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP : NGHIÊN CỨU -THIẾT KẾ -CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC NGẦM CHO CÔNG TY GIẤY TIỀN VĨNH THÀNH - BẾN LỨC – LONG AN
Ngoài việc rửa bề mặt đầy đủ, việc rửa ngược ngăn lọc ở lớp thấp nhất. Việc phát
triển mở rộng sàn lọc nhũng hạt Anthracite bên trong cũng giữ chất bẩn làm đục
Bởi vì, mức mở rộng việc rửa ngược theo đặc trưng của Anthracite cũng cao như
của cát lọc cỡ hạt bằng ½, nó có thể tạo nên ngăn lọc hai lớp, tại đó : hạt ở ngăn
trên giữ hạt lơ lửng lớn và ngăn dưới giữ những hạt lơ lửng nhỏ - hoặc ngăn lọc

03 lớp tại đó hạt Garnet (dạng hạt lựu) được sử dụng như là lớp lọc thấp nhất.
Trong những ngăn sàng lọc, Anthracite cho phép lọc lớp dày sâu. Do đó, nó được
giới thiệu làm sàn lọc dày gấp hai lần, rộng như sàn lọc cát để đảm bảo việc lọc
tối đa .
Trong trường hợp lọc hai lớp, những chất bẩn (chất làm đục) rắn có trọng lượng
lớn và có độ nhớt sền sệt có thể được giữ lại giữa lớp Anthracite và lớp cát giống
như lớp bánh Sandwich việc sủi bọt khí là cần có. Để rửa sạch mà không cần lớp
Anthracitevà lớp cát phân cách hoàn toàn (với lớp trộn lẫn) một vài lưu ý cần có
cần có như là sự lựa chọn cỡ hạt lọc đặc biệt phù hợp cho từng phương pháp lọc .
Trong trường hợp 02 lớp tạo thành bởi Anthracite cỡ hạt nhỏ và cát lọc bởi vì việc
rửa ngược liên kết với khí có thể gây ra Anthracite bò cuốn trôi đi. Vì thế không
nên dùng khí. Trong trường hợp cỡ hạt lớn, khi vòêc rửa ngược được thực hiện
đồng thời với khí và nước, cần thiết phải hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nước và khí.
Nhật Bản có lượng mưa thích nghi suốt bốn mùa và sông ngòi chảy khắp nơi trên
các đảo của Nhật cho chúng tôi nguồn chất lượng tốt. Như tiêu chuẩn của nâng
cao sinh hoạt, nước có chất lượng cao và trữ lượng phong phú là rất cần có. Do
đó, nó được ước tính rằng mười năm tới đây, sự thiếu hụt về nước sẽ đối đầu với
cuộc sống.
Để giải quyết vấn đề này, kỹ thuật xử lý nước sẽ được phát triển và nó dường như
là kỹ thuật lọc sẽ tìm ra cách giải thoát khi công trình kiên cố sẽ được thực hiện
GVHD : TS.VÕ LÊ PHÚ Trang 70 SVTH: CAO DUY HẬU