bài viết dự thi bộ môn hóa học theo chủ đề dạy học

BÀI VIẾT DỰ THI
Cuộc thi vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết
các tình huống thực tiễn dành cho học sinh Trung học

-

Sở GDĐT Hà Tĩnh
Trường THPT Hà Huy Tập
Địa chỉ : xã Cẩm Sơn, huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh
Họ và tên học sinh: Trương Thị Huyền


NƯỚC NHIỄM PHÈN - PHẢI LÀM SAO?
I.

TÌNH HUỐNG CẦN GIẢI QUYẾT
Nước là tài nguyên vật liệu quan trọng nhất của loài người và sinh vật trên
trái đất. Con người mỗi ngày cần 250 lít nước cho sinh hoạt, 1.500 lít nước cho
hoạt động công nghiệp và 2.000 lít cho hoạt động nông nghiệp. Nước chiếm 99%
trọng lượng sinh vật sống trong môi trường nước và 44% trọng lượng cơ thể con
người. Ðể sản xuất 1 tấn giấy cần 250 tấn nước, 1 tấn đạm cần 600 tấn nước và 1
tấn chất bột cần 1.000 tấn nước.Ngoài chức năng tham gia vào chu trình sống trên,
nước còn là chất mang năng lượng (hải triều, thuỷ năng), chất mang vật liệu và tác
nhân điều hoà khí hậu, thực hiện các chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên.
Có thể nói sự sống của con người và mọi sinh vật trên trái đất phụ thuộc vào nước.
Nước ta có nguồn nước thiên nhiên khá dồi dào. Tuy nhiên hiện nay phần lớn trong
số đó đều bị ô nhiễm nặng vấn đề này làm cho nguồn nước sạch ngày càng khan
hiếm để sử dung cho mục đích sinh hoạt, ăn uống... Một trong những vấn đề nan
giải và chiếm phạm vi khá rộng là nước bị chua phèn. Nước chua phèn đã gây
nhiều ảnh hưởng đến sinh hoạt cũng như sức khỏe của con người.
Vậy chúng ta cần làm gì để xử lý nước nhiễm phèn?

II.
MỤC TIÊU GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1.
Thực trạng nước nhiễm phèn ở nước ta.
2.
Trình bày hiện tượng, phân loại các loại phèn.
3.
Nguyên nhân , quá trình gây ra nước nhiễm phèn.
4.
Tác hại của việc sử dụng nước nhiễm phèn.
5.
Phương pháp xử lý nước nhiễm phèn.
6.
Ý nghĩa của việc tích hợp kiến thức liên môn để giải quyết vấn đề thực tế.
III. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN GIẢI QUYẾT
TÌNH HUỐNG
Điều tra thực trạng nước nhiễm phèn tại các địa phương.
Xác định thành phần có trong nước nhiễm phèn.
Tìm các biện pháp xử lý nước nhiễm phèn.
Xây dựng mô hình xử lý nước nhiễm phèn phù hợp với điều kiện thực tế.


IV. GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC
Vận dụng các kiến thức liên môn:
- Toán học: số liệu thống kê về tình hình nước nhiễm phèn.
- Hóa học: Thành phần hóa học của phèn, nước nhiễm phèn.
- Sinh học: tác hại của việc sử dụng nước nhiễm phèn.
- Giáo dục công dân : Tuyên truyền ý thức người dân về bảo vệ nguồn nước, tránh
ô nhiễm nguồn nước.
- Ngữ văn: sử dụng từ ngữ, phương thức biểu đạt phù hợp cho bài văn.

- Ứng dụng công nghệ thông tin: tìm kiếm google.
V. THUYẾT MINH VỀ QUÁ TRÌNH GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG
1. Thực trạng nước nhiễm phèn ở nước ta
Nước nhiễm phèn đang là vấn đề đáng quan tâm của rất nhiều người. Đặc biệt ở
đồng bằng ven biển, người dân nhiều năm nay phải tiếp xúc trực tiếp với nguồn
nước này. Nước chua phèn 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. Không đâu xa,
ở vùng đất Cẩm Lĩnh ( Cẩm xuyên) có hơn 200 hộ dân đang phải dùng nước bị
nhiễm phèn nặng. Về nguồn nước phục vụ ăn uống, bà con chủ yếu dùng nước mưa
nhưng khi hết nước người dân lại phải tay chậu, tay xô đi xách nước ở giếng Chùa
cách chỗ ở khoảng 800- 1.000m, thậm chí phải đi 3-4km để lên núi xách nước về
dùng chứ không thể dùng nguồn nước giếng dù cho đã lọc qua lọc lại rất nhiều lần.
Không chỉ người dân xã Cẩm Lĩnh mà nhiều hộ dân xã Cẩm Lộc, Cẩm Sơn, Cẩm
Trung cũng chịu tình cảnh nguồn nước bị nhiễm phèn nặng nề. Nhiều người dân
phải đi mua nước khác về uống hay chở nước từ nơi khác về dùng. Ngay ở khu vực
nội trú của trường THPT Hà Huy Tập, giáo viên phải sử dụng nước trời hay đào hồ
để lấy nước.



(Cá chết hàng loạt do nguồn nước ô nhiễm)


2. Trình bày hiện tượng, phân loại các loại phèn
Trong nước thiên nhiên, kể cả nước mặt và 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. Trong nước mặt, sắt tồn tại ở dạng hợp chất Fe 3+, dạng keo hay huyền
phù. Hàm lượng này thường không lớn và sẽ được khử trong quá trình làm trong
nước. Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại ở dạng ion sắt hóa trị 2 trong thành

phần của các muối hòa tan như bicacbonat, sunfat, clorua..Hàm lượng sắt này
thường cao và phân bố không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới sâu.
Khi trong nước có hàm lượng sắt cao, nước có mùi tanh và có nhiều cặn bẩn màu
vàng, làm giảm chất lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất. Vì vậy, khi trong
nước có hàm lượng sắt lớn hơn giới hạn cho phép thì phải tiến hành khử sắt.
GIỚI THIỆU CHUNG

2a.Phèn là gì?
Là những muối kép có cấu tạo tinh thể đồng
hình (đa phần có 8 mặt) tạo nên bởi các anion
sunfat SO4-2 (cũng có thể là anion selenat SeO4 -2;
anion phức SeF4-2 hoặc ZnCl4-2) và cation của hai
kim loại có hoá trị khác nhau. Công thức chung
của phèn là MIMIII(SO4)2.12H2O; MI là kim
loại hoá trị 1 như Na+, K+, Ce+, Rb+, hoặc NH4+;
MIII là ion kim loại hoá trị 3 như Al 3+, Fe3+, Mn3+,
V3+, Ti3+, Co 3+, Ga3+, Rb3+, Cr3+.
Thường gặp một số loại phèn cụ thể như : Phèn nhôm và Phèn sắt.
A,Phèn sắt:
Là một muối kép của sắt (III) sunfat với muối sunfat của kim loại kiềm hay
amoni. Ví dụ: kali sắt sunfat [K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O hay KFe(SO4)2.12H2O].
Ở dạng tinh khiết, phèn sắt là tinh thể không màu, nhưng thường có màu tím vì có
vết mangan; tan trong nước. Phèn sắt được điều chế bằng cách kết tinh hỗn hợp sắt
(III) sunfat với muối sunfat của các kim loại kiềm hoặc amoni.
B, Phèn nhôm:
Gồm hai loại:
• Phèn nhôm đơn: Al2.(SO4)3.18H2O.
• Phèn nhôm kép: muối kép của sunfat nhôm với sunfat kim loại kiềm hoặc amoni.
a) Kali nhôm sunfat hay phèn nhôm kali (thường gọi: phèn chua)
[KAl(SO4)2.12H2O hay K2SO4.Al2(SO4)3.24H2 O]:Tinh thể lớn hình bát diện,

trong suốt, không màu,vị chát, cảm giác se lưỡi; khối lượng riêng 1,75 g/cm3; tnc=
92oC; đun nóng đến 200oC thì mất nước kết tinh, thành phèn khan ở dạng bột trắng
(thường gọi là phèn phi hoặc khô phèn) ít tan trong nước.
Dung dịch phèn chua có tính axit, không độc. Tinh thể phèn tan trong nước tạo
màng hiđroxit lắng xuống kéo theo các chất bẩn lơ lửng trong nước. Vì vậy, nó


được dùng làm trong nước, làm chất cầm màu trong nhuộm vải, chất kết dính trong
ngành sản xuất giấy, làm thuốc thử trong các phòng thí nghiệm, dùng làm thuốc
cầm máu bề mặt, lau rửa bộ phận cơ thể ra nhiều mồ hôi, rửa niêm mạc miệng,
họng; làm thuốc rắc kẽ chân. Y học cổ truyền còn gọi phèn chua là bạch phèn.
Bạch phèn có tính hàn, vào kinh tì, giải độc, sát khuẩn, cầm máu, chữa viêm dạ
dày, ruột; dùng thêm các vị thuốc khác chữa đau răng.
b) Amoni nhôm sunfat hay phèn nhôm amoni [(NH4)2SO4.Al2(SO4)3.24H2O)] :
tinh thể màu trắng, khối lượng riêng 1,65 g/cm3, tnc = 94,5 oC. Dễ tan trong nước.
Cũng dùng làm trong nước, là một thành phần của bột nở, bột chữa cháy, dùng
trong mạ điện, trong y học, dùng làm thuốc lợi tiểu, gây nôn.
2b. Nước nhiễm phèn:
Nước phèn là nước có độ acid cao, tức có pH thấp, nước phèn có vị chua,có mùi
tanh. Acid trong nước phèn là sulphuric acid, được tạo thành khi đất phèn (pyrite
(FeS2)) tiếp xúc với không khí .
2c. Quá trình, nguyên nhân gây ra nước nhiễm phèn
•
Quá trình hình thành nước nhiễm phèn:
-Giai đoạn hình thành khoáng Pyrite FeS2 : Sự hình thành pyrite(FeS2)là nguy
cơ của phèn hoá đất và nước.
Giai đoạn đầu là sự phát triển của hệ thực vật nước mặn ở vùng gần bờ biển. Sau
đó, do quá trình bồi tụ phù sa cùng với sự rút lui dần của biển, rừng ngập mặn bị
mất môi trường sống. Cây ngập mặn bị vùi trong phù sa và bị phân huỷ yếm khí.
- Nước mặn (nước biển) có hàm lượng ion sunphát SO4 2- rất cao (vài nghìn

miligam trong một lít – cao gấp hàng trăm lần trong nước ngọt). Cây nước mặn
cũng chứa rất nhiều sunphat. Trong quá trình phân huỷ yếm khí sunphat bị chuyển
thành hydrosunphua – SH. Sản phẩm này khử oxit sắt (có rất nhiều trong phù sa bồi
tụ) tạo thành sunphua sắt (FeS). Sau đó sunphua sắt chuyển hoá dần thành khoáng
pyrite ( FS2). Pyrite dần dần tích tụ lại thành tầng dày. Những vùng đất có tầng
pyrite được gọi là đất phèn tiềm tàng.
Sự xuất hiện Fe 2+ trong nước ngầm Nước ngầm chứa nhiều sắt cũng được gọi là
nước nhiễm phèn. Sắt trong trường hợp này được hình thành do quá trình khử oxit
sắt (III)trong đất. Trong điều kiện thiếu oxy không khí, vi sinh vật yếm khí oxy hoá
chất hữu cơ theo cơ chế anoxic. Trong đó, Fe 3+ thường ở dạng oxit không tan - là
chất nhận electron.
Sự hình thành axit sunphuric do oxy hóa pyrite là nguyên nhân trực tiếp làm đất
và nước nhiễm phèn. Giai đoạn phá huỷ pyrite và hình thành Fe2+ Khi môi trường
có tính axit mạnh, quá trình oxy hoá pyrite (quá trình hoá sinh) chậm lại, nhưng
quá trình phân huỷ pyrite tạo thành Fe2+ (quá trình hoá học) tăng cường:
FeS2 + 2Fe3+ = 3Fe2+ + 2S
Đây là nguyên nhân hình thành ion Fe2+ trong nước phèn. Quá trình oxy hoá và
phân huỷ pyrite làm đất phèn hoạt động tích tụ H+ , SO42-, Fe2+, Al3+. pH thấp và


tính khử cao cũng là nguyên nhân hoà tan nhiều kim loại khác, như mangan,
arsen...
Fe2O3 + H2O + H2O = Fe2+ + H+ + CO2
Sự xuất hiện phèn sắt Fe(OH)3: Fe2O3Fe2+ tan trong nước ngầm, khi tiếp xúc
với không khí lại bị oxy hoá thành hydroxit sắt(III), sau đó thành oxit sắt:
Fe2+ + O2 + H2O => Fe(OH)3 => Fe2O3 + H+
Các sản phẩm của phản ứng này ở dạng keo, lởn vởn trong nước, rất khó lắng.
Đấy là hiện tượng nước bị phèn sắt. Fe2O3 có màu nâu đậm. Do đó các vật liệu
tiếp xúc với nước giếng nhiễm sắt thường bị ố vàng nâu. Sự có mặt của chất hữu cơ
trong nước ngầm là nguyên nhân chính làm nước ngầm nhiễm phèn sắt. Nước

ngầm từ các vùng đất trũng thường chứa nhiều sắt. Việc khai thác nước ngầm quá
mức làm mức nước ngầm hạ thấp xuống. Điều đó làm tăng sự thâm nhập chất hữu
cơ từ trên bề mặt vào nước ngầm và làm tăng hàm lượng sắt trong nước ngầm. Do
keo sắt trong đất hấp phụ nhiều ion kim loại khác như: mangan, arsenic…. Cho nên
sự khử oxit Fe3+ kèm theo sự hoà tan sắt và các ion kim loại khác, như mangan,
arsenic …
4. Tác hại của việc sử dụng nước nhiễm phèn
Nước nhiễm phèn là nước có chứa nhiều chất mang tính kiềm. Khi sử dụng loại
nước này đối với các dụng cụ gia đình , quần áo thường bị ngả màu càng nhạt,còn
các tế bào da sẽ bị khô và bị tróc, nhất là các vùng da nhạy cảm như mặt và da em
bé. ( Nhất là đối với phụ nữ đang có thai nếu sử dụng nguồn nước nhiễm phèn rất
dễ bị ảnh thưởng tới sức khỏe của thai nhi ) . Trong trường hợp chưa làm hệ thống
lọc nước phèn bạn lên sử dụng xà bông , sữa rửa mặt có độ pH từ 4,5 -5,5
Ngoài ra nước nhiễm phèn có thể gây ra các bệnh về đường ruột, sỏi thận, da liễu
qua việc sử dụng nước dùng ăn uống.
5. Phương pháp xử lý nước nhiễm phèn
5a. Phương pháp xử lý dân gian
Qua việc thăm dò ý kiến của nhân dân trong khu vực, các hộ dân ở đây đều có
trữ nước mưa để uống.Về mùa khô họ lấy nước sông lọc qua tro bếp để dùng.Liều
lượng tro thay đổi từ 5-10g/lit nước. Kết quả thí nghiệm cho thấy nhìn chung tro
bếp có khả năng làm tăng độ kiềm HCO3 - , giữ lại một phần sắt ,nhôm . Nước qua
lắng tro có vị ngọt, uống được nhưng phản phất mùi tanh. Ngoài ra , người dân còn
sử dụng phương pháp lọc nước qua lớp bã thơm đã được sấy khô.Nước sau khi lọc
có vị ngọt uống được. Tuy nhiên thử nghiệm cho thấy độ pH còn quá thấp(<4),
hàm lượng nhôm và sắt không giảm. Do vậy nếu sử dụng loai nước nay để uống
nhân dân sẽ đưa vào cơ thể một số độc chất. Vì vậy phương pháp này không phổ
biến,chỉ được một số hộ dân sử dụng.
5b. Phương pháp khoa học :

Xây dựng bể lọc, lọc được nước nhiễm phèn. Bể được xây bằng gạch và xi
măng, với 3 ngăn - lắng, lọc và chứa,. 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 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.

*Quy trình lọc :
Nguồn nước giếng được bơm lên giàn mưa. Giàn mưa có tác dụng oxi hóa một
phần Fe2+ và một số tác nhân mang tính khử khác có thể oxi hóa bằng O2, nâng
pH nước nguồn bằng ejector và hóa chất để loại bỏ triệt để sắt ở dạng hòa tan trong
nước.Một số khí độc hòa tan trong nước cũng bị bay hơi một phần ra ngoài. Nước
sau khi qua giàn mưa sẽ được chứa trong bể chứa nước thô trước khi được bơm qua
bể lọc phèn và bể lọc than hoạt tính. Sau đó, nước được hòa trộn với hóa chất khử
trùng trước khi được lưu trữ tại bể chứa nước ngầm để bơm lên bồn chứa nước trên
mái và phân phối đến các nơi sử dụng.
VII . Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống
Vấn đề nước sạch đang được mọi người quan tâm. Vì vậy cung cấp nguồn nước
sạch một phần đáp ứng nhu cầu dung nước của người dân ,một phần giảm sự khai
thác bừa bãi của nguồn nước ngầm đảm bảo nguồn nước trong tương lai. Xuất phát
từ thực trạng trên việc lựa chọn công nghệ xử lý nước đật tiêu chuẩn nước ăn
uống ,sinh hoạt của người dân là một vấn đề rất cần thiết vì nguồn nước của chúng
ta ngày càng bị ô nhiễm, nhiễm phèn trầm trọng. Vấn đề xử lý nước nhiễm phèn

đang được nhà nghiên cứu đề xuất các công nghệ xử lý đạt tiêu chuẩn cung cấp
nước cho sinh hoạt của người dân. Để cung cấp nguồn nước sạch cho người dân về
số lượng cũng như chất lượng đòi hỏi công nghệ phải thường xuyên cập nhật cũng
như sự bảo vệ của người dân về nguồn nước, tránh gây ô nhiễm nguồn nước.