Tin tức công ty

Quy trình xử lý nước nhiễm phèn

Giá bán: 0 VNĐ

    Thông số
  • Nhà sản xuất: SINCOTANKS
    Mô tả:

Chi tiết

 

Quy trình xử lý nước nhiễm phèn
 

 Quy trình “Xử lý nước ngầm nhiễm phèn và/hoặc nước cứng hoàn toàn bằng oxy không khí” đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp văn bằng bảo hộ độc quyền giải pháp hữu ích số 1048 ngày 04/3/2013. Website Sở Khoa học và Công nghệ xin giới thiệu quy trình của giải pháp hữu ích này.

 


 1. Bản chất kỹ thuật của giải pháp hữu ích

Mục đích của giải pháp này là khắc phục việc sử dụng các hóa chất trong xử lý nước nhằm cung cấp nước sạch phục vụ cho ăn uống, sinh hoạt, và sản xuất, kinh doanh, thay vào đó là chỉ sử dụng oxy không khí để oxy hóa tất cả các chất có mặt trong nước, đặc biệt trong nước ngầm có độ cứng cao, nhiễm nhiều phèn, có nhiều ion Fe2+, Al3+, Ca2+, Mg2+ ... khi bị oxy hóa bởi oxy không khí sẽ tạo thành các kết tủa Fe(OH)3, Al(OH)3, CaCO3, MgCO3,... và được lắng, lọc dễ dàng bởi hệ thống lọc nước, chất lượng nước được tăng lên. Để đạt được mục đích này, quy trình kỹ thuật của công nghệ đề xuất việc ôxy hóa hoàn toàn bằng ôxy không khí, ngoài việc sử dụng 2 phương pháp ôy hóa bằng ôxy không khí đã biết (qua ejector và làm thoáng), nay bổ sung thêm thiết bị sục khí cưỡng bức nhằm gia tăng hàm lượng khí ôxy đến độ bão hòa, có thể ôxy hóa hoàn toàn các chất có mặt trong nước ngầm bằng ôxy không khí.

Bên cạnh đó, Asen cũng được xử lý bằng phương pháp cộng kết tủa-lắng-lọc đồng thời với quá trình xử lý sắt và/hoặc mangan có sẵn trong nước ngầm tự nhiên. Đây là phương pháp xử lý đơn giản nhất, bằng cách bơm nước ngầm từ giếng khoan, sau đó làm thoáng để ôxy hóa sắt, mangan, tạo hydroxyt sắt và mangan kết tủa. Asen (III) được oxy hóa thành As (V), có khả năng hấp phụ lên bề mặt của các bông keo tụ Hydroxyt Sắt hay Mangan tạo thành và lắng xuống đáy bể, hay hấp phụ và bị giữ lại lên bề mặt hạt cát trong bể lọc.

Bản chất của giải pháp này là tuyệt đối không sử dụng một loại hóa chất nào mà khác biệt ở chỗ là sử dụng đồng thời tất cả các phương pháp oxy hóa bằng oxy không khí đã biết, đồng thời bổ sung thêm một thiết bị sục khí cưỡng bức để gia tăng hàm lượng oxy không khí liên tục làm cho nước ngầm lúc nào cũng bão hòa khí oxy và khi đó quá trình oxy hóa tất cả các chất có trong nước ngầm nhiễm phèn hoặc/và có độ cứng cao sẽ xảy ra hoàn toàn.

2. Mô tả chi tiết giải pháp hữu ích

Giải pháp xử lý nước ngầm nhiễm phèn và/hoặc nước cứng, hoàn toàn bằng oxy không khí gồm các bước sau:

Bước 1. Xử lý sơ cấp bằng bộ phận ejector

Nước ngầm thường không chứa oxy hòa tan hoặc có hàm lượng oxy hòa tan rất thấp. Để tăng hàm lượng oxy hòa tan trong nước ngầm, trong quá trình nước lưu chuyển trong ống, trước khi đi vào bộ phận tạo mưa, cần qua bộ phận ejector, nhằm hút không khí và bổ sung oxy không khí vào nước ngầm để oxy hóa một phần các chất hữu cơ và vô cơ có mặt trong nước ngầm. Ejector là thiết bị được sử dụng để cung cấp hệ khí từ bên ngoài vào hệ chất lỏng trong đường ống theo nguyên tắc thủy động học, do tạo áp suất âm. Đây là thiết bị có bán trên thị trường.

Nước từ giếng được bơm qua đường ống 27-34mm, áp lực nước đi qua đoạn ống có gắn ejector phải đủ mạnh để có thể tạo ra các hạt không khí trong đường ống. Tốt nhất là sử dụng đường ống 27mm với lưu lượng bơm 5-6m3/giờ, lượng oxy trong không khí hòa tan trong nước ngầm đạt khoảng 20-25% lượng ôxy hòa tan bão hòa (khoảng 1,62-2,02mg/lít). Đây là hàm lượng oxy thích hợp để oxy hóa nhanh một phần các chất thường có mặt trong nước ngầm như Fe2+, Mn2+, CO2, NH3, H2S, NO3-, SiO2, chất khoáng hòa tan và các vi sinh vật.

Lượng oxy hòa tan trong nước sau khi xử lý sơ bộ bằng bộ phận ejector bằng 20-25% lượng oxy hòa tan bão hòa (ở 25oC). Ở 25oC lượng oxy hòa tan bão hòa bằng 8,1mg/l. Như vậy, lượng oxy hòa tan ở giai đoạn này vào khoảng 1,62-2,02 mg/l.

Tốc độ phản ứng của quá trình ôxy hóa và thủy phân Fe2+ thành Fe3+ tùy thuộc vào lượng ôxy hòa tan trong nước tăng lên; để ôxy hóa 1mg Fe2+ cần tiêu tốn 0,143mg oxy. Mặt khác, thời gian oxy hóa và thủy phân Fe2+ thành Fe3+ còn tùy thuộc vào trị số pH của nguồn nước. Vì vậy, cần sử dụng kích thước và chiều dày lớp lọc để khống chế thời gian lưu của nước tại bể xử lý từ 45-60 phút (thông thường từ 30-45 phút) và tốc độ lọc từ 5-10m/h (thông thường từ 15-20m/h).

Nồng độ các chất như  Sắt tổng (quy về Fe2O3 là từ 0,5-10mg/l), Ca2+ và Mg2+ (quy về tổng CaCO3 là lớn hơn 500mg/l) thì mới cần xử lý và xử lý có hiệu quả. Nếu thấp hơn tiêu chuẩn chất lượng nước sinh hoạt (theo QCVN 02:2009/BYT) thì không cần xử lý, nếu cao quá (Fe2O3 > 10mg/l và CaCO3 > 1000mg/l) thì thời gian sục khí cưỡng bức cần phải kéo dài lâu hơn (đảm bảo thể tích khí gấp 4-6 lần thể tích nước) mới xử lý được. Trong các quy trình thông thường, nước ngầm được bơm trực tiếp lên giàn tạo mưa, thời gian nước tiếp xúc với không khí rất nhanh, từ 0,2-0,5 giây nên không đủ lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các chất thường có trong nước ngầm. Nước ngầm được bơm qua ejector trước khi qua giàn tạo mưa sẽ làm tănghiệu quả oxy hóa các tạp chất thường có mặt trong nước.

Bước 2. Xử lý thứ cấp bằng bộ phận    tạo mưa

Nước ngầm sau khi qua bộ phận ejector được 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.

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 6,5-7,5. 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.

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.

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 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).

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.

Bước 3. 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).

4. Tính tiên tiến của giải pháp hữu ích

1Sắt, 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, d giữ chúng lại và loại chúng ra khỏi nướcMuốn 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.

2) 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. 

3) 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.

4) 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.

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

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

7) 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.

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

Chứng chỉ
Video Clip