Đề tài Ứng dụng của phương pháp trao đổi ion trong nước

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

VIỆN KHCN & QLMT

----------------

MÔN :

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP

ĐỀ TÀI :

Thành phố Hồ Chí Minh,tháng7, năm 2010

1

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

MỤC LỤC

I. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION…...2

I.1 Giới thiệu………………………………………………………. 2

I.2 Cơ sở của phương pháp trao đổi ion

I.3 Vật liệu trao đổi ion………………………………………...2

I.3.1 Vật liệu trao đổi ion vô cơ………………………………….3

I.3.2 Vật liệu trao đổi ion trên than………………………...........4

I.4 Nhựa trao đổi ion……………………………………………… 6

I.4.1 Nguyên tắc chế tạo…………………………………………8

I.4.2 Cationit……………………………………………………..9

I.4.3 Anionit…………………………………………………….10

I.4.4 Điều kiện sử dụng của nhựa trao đổi ion………………….11

I.5 Thứ tự ưu tiên khi trao đổi……………………………………..11

I.6 Cơ chế trao đổi ion…………………………………………….12

I.7 Cân bằng trao đổi ion………………………………………….13

I.8 Thiết kế cột trao đổi ion……………………………………….16

I.9 Tái sinh các ionit………………………………………………17

I.10 Sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi ion…………………………...17

II. XỬ LÝ CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI

ION.

+

II.1 Xử lý amoni ( NH₄) trong nước ngầm…………………………19

II.2 Khử sắt trong nước ngầm……………………………………….20

II.2.1 Một số thiết bị khử sắt thường được sử dụng……………...20

II.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình khử sắt…………………...23

2

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

II.2.3 Áp dụng quá trình khử sắt vào việc xử lý nước ngầm để cấp nước cho cộng

đồng dân cư nông thôn……………………………………………25

II.2.4 Khử sắt bằng phương pháp trao đổi ion……………………28

II.3 Xử lý arsen………………………………………………………28

II.3.1 Vai trò arsen và nguồn gốc arsen do hoạt động phát triển...28

II.3.2 Phương pháp xử lý…………………………………………29

II.4 Làm mềm nước…………………………………………………..30

II.5 Xừ lý nitrat……………………………………………………….31

III. QUÁ TRÌNH KHỬ NITRAT TRONG NƯỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƯƠNG

PHÁP TRAO ĐỔI ION……………………………………………….32

III.1 Một số giai đoạn về công nghệ khử nitrat trong nước cấp……….32

III.2 Phương pháp khử nitrat…………………………………………..33

III.3 Nguyên lý trao đổi ion cột tháp…………………………………..35

III.4 Qúa trình hoàn nguyên…………………………………………...37

III.5 Qui trình công nghệ xử lý………………………………………..38.

IV. KẾT LUẬN…………………………………………………………..38

3

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

І. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION

I.1. Giới thiệu.

Phương pháp trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong các quá trình

xử lý nước thải cũng như nước cấp.

Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng

để khử các muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại

và các ion kim loại nặng và các ion kim loại khác có trong nước.

Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại

ra khỏi nước các kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi,

vanadi, mangan,…),các hợp chất của asen, photpho, xianua và các chất

phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm

sạch nước cao

Nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí đầu tư và vận hành

khá cao nên ít được sử dụng cho các công trình lớn và thường sử dụng cho

các trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao.

Ưu điểm của phương pháp là rất triệt để và xử lý có chọn lựa đối

tượng.

I. 2- Cơ sở của phương pháp:

Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong

pha lỏng và ion trong pha rắn .Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản

ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế ) giữa các ion trong pha lỏng và các ion

trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành

cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chổ

các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào

từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau .

4

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion là trao đổi ion với lớp nhựa

chuyển động , vận hành và tái sinh liên tục ; và trao đổi ion với lớp nhựa trao

đổi đứng yên ,vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó trao đổi ion với lớp

nhựa tĩnh là phổ biến.

I.3 . Vật liệu trao đổi ion.

Vật liệu có tính năng trao đổi ion có thể là loại tự nhiên hay tổng hợp,

có nguồn gốc vô cơ hay hữu cơ, Chúng được coi là một nguồn tích trữ các

ion và có thể trao dổi dược với bên ngoài, Chất trao đổi ion ở đây là dạng

rắn không tan trong nước và hầu hết trong các dung môi hữu cơ.

Trên bề mặt chất rắn tồn tại các nhóm chức, trong từng nhóm chức

chứa hai thành phần tích điện: của nhóm chức cố định và của ion linh động

có thể trao đổi được.

Cấy trúc của chúng có thể được mô tả:

Dạng

chất trao đổi

Mạng chất

Điện tích

nhóm chức

Ion

linhđộng

rắn

Cationit Vô cơ, hữu cơ

Anionit Vô cơ, hữu cơ

Lưỡngt Vô cơ, hữu cơ

Âm

Dương

Âm,dương

Dương

Âm

Âm,dương

ính

Các loại chất trao đổi ion yếu chỉ có thể tích điện âm ở pH cao đối với

cationit và ở vùng pH thấp đối với anionit nếu không nhóm chức của chúng

tồn tại ở thái không phân li, điện tích tỏng của nhóm chức bằng không. Chất

trao đổi ion lưỡng tính thì khác, ở vùng pH nhất định chúng thể hiện khả

năng trao đổi anion hay cation, chỉ tồn tại ở thái trung hòa tại điểm đẳng

điện.

Phân loại vật liệu trao đổi ion:

A. Loại cationit

a.Vô cơ

5

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

-tự nhiên (zeolit, khoáng sét).

-tổng hợp(zeolit tổng hợp, permutit, silicat tỗng hợp).

b. Hữu cơ

-Tự nhiên (than bùn, ligin).

-than sunfon hóa.

-Tổng hợp (nhựa trao đổi ion trên cơ sở phản úng trùng ngưng.

Polymer hóa).

B. Loại anionit

a.Vô cơ

-Tự nhiên (dolomite, apatit,hydroxyl apatit).

-Tổng hợp (silicat của kim loại nặng).

b. Hữu cơ

-Tổng hợp (nhựa trao đổi ion).

I.3.1 Vật liệu trao đổi ion vô cơ.

Chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên chủ yếu là alumosilicat tinh thể, các

loại zeolit tự nhiên và khoáng sét cấu trúc lớp. Các loại zeolit tự nhiên như

analcite, chabazite, harmotome…Các loại zeolit này có hệ mao quản rộng

thuận lợi cho quá trình trao đổi ion. Các ion có thể trao đổi linh động,

chuyển dịch khá tự do trong các gốc zeolit, thường là nhiều loại như Na⁺,

Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺. Dung lương trao đổi của chúng phụ thuộc vào cấu trúc

zeolit, độ sạch của sẩn phẫm.

Khoáng sét cấu trúc lớp như montmorilonit, vermiculite cũng có tính

năng trao đổi ion. Các ion này nằm giữa các lớp của cấu trúc mạng, quá trình

hydrat hóa các ion này gây ra tính trương nở của khoáng sét. Dung lượng

trao đổi của khoáng sét thấp hơn so với zeoli, nằm trong khoảng trên dưới

1mdl/g.

Glauconite là khoáng sắt (П) alumosilicat chứa ion có thể trao đổi

được là kali. Cấu trúc mạng của nó khá chặt nên quá trình trao đổi ion chỉ

6

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

diễn ra ở bề mặt bên ngoài, tuy nhiên nếu ở trạng thái phân tán cao, dạng

keo, khả năng trao đổi ion cũng rất đáng kể.

Một số vật liệu trong tự nhiên có tính năng trao anion như dolomite,

silicat kim loại nặng. Tuy vậy chỉ có apatit [Ca₅(PO₄)₃]F và hydroxyl apatit

[Ca₅(PO₄)₃]OH là có ứng dụng trọng thực tiễn.

Zeolit là loại khoáng vật khá mềm, độ chịu mài mòn thấp, hệ mao

quản nhỏ, độ dẻo thấp. Khả năng trương nở thấp và hệ mao quản nhỏ nên

các ion trao đổi trong đó có độ linh động không cao,

Khoáng sét cấu trúc lớp có khả năng trương nở cao, quá trình trao đổi

ion dễ dàng hơn nhưng loại vật liệu này có độ bền cơ học tháp, kích thước

nhỏ khó sử dụng trong thực tiễn. Tất cả vật liệu trao9 đổi ion vô cơ ( tự

nhiên và tổng hợp) đều kém bền về mặt hóa học, bị axit và kiềm phá hủy,

điều đó hạn chế ứng dụng trong thực tiễn, tức là chỉ sử dụng chúng trong

khoảng pH hẹp. Nhiều loại cũng không bền trong dung dịch một số muối.

Giai đoạn tỏng hợp các loại zeolit, ngoài khả năng hấp phụ các phân

tử trung hòa, zeolit tổng hợp có dung lượng trao đổi cao hơn nhiều so với

zeolit yu75 nhiên.

Một số loại oxit kim loại: Fe₂O₃,Al₂O₃, MnO₂, Cr₂O₃, Tio₂, ZrO₂,

ThO₂, SnO₂là chất lưỡng tính axit- bazo, chúng có khả năng trao đổi cation

nếu pH của môi trường cao hơn điểm đẳng điện, chúng được sử dụng cho

một số trường hợp đặc thù như hấp phụ flo, asen trên nhôm oxit.

I. 3. 2 Vật liệu trao đổi ion trên than.

Rất nhiều loại than có khả năng trao đổi ion. Các nhóm chức trên bề

mặt than như COOH, OH là các axit1 yếu có khả năng trao đổi H⁺trong

điều kiện thích hợp. Tuy vậy các vật liệu này dễ bị kiềm phá hủy và có xu

7

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

hướng petit hóa. Vì vậy trước khi sử dụng chúng cần được ổn định thong

qua các biện pháp xử lí.

I.4- Nhựa trao đổi ion.

Nhựa trao đổi ion còn gọi là ionit ,các ionit có khả năng hấp thu các

ion dương gọi là cationit, ngược lại các ionit có khả năng hấp thu các ion âm

gọi là anionit. Còn các ionit vừa có khả năng hấp thu cation ,vừa có khả

năng hấp thu anion thì được gọi là ionit lưỡng tính .

Về cấu tạo : trong cấu tạo của chất trao đổi ion, có thể phân ra hai

phần .Một phần gọi là gốc của chất trao đổi ion, một phần khác gọi là nhóm

ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính ). Chúng hoá hợp trên cốt cao phân tử.

Dùng phương pháp tổng hợp hoá học ,người ta chế tạo được chất trao đổi

ion hữu cơ gọi là nhựa trao đổi ion (resin) .Resin được tạo ra bởi sự trùng

ngưng từ styren vàdivinylbenzen(DVB). Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ

bản của Resin. DVB là những cầu nối giữa các polime có tính không hoà tan

và giai bền. Cầu nối trong Resin

Chất trao đổi ion thông là cầu nối 3 chiều. Trong Resin có cấu trúc

rỗng .

Phân loại : có 4 loại Resin

- Resin Cation acid mạnh

- Resin Cation acid yếu

- Resin Anion bazơ mạnh

- Resin Anion bazơ yếu

Tính chất vật lý

o Màu sắc : vàng, nâu, đen, thẩm. Trong quá trình sử dụng nhựa , màu sắc

của nhựa mất hiệu lực thường thâm hơn một chút.

8

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

o Hình thái : nhựa trao đổi ion thường ở dạng tròn

o Độ nở : khi đem nhựa dạng keo ngâm vào trong nước ,thể tích của nó biến

đổi lớn.

o Độ ẩm : là % khối lượng nước trên khối lượng nhựa ở dạng khô (độ ẩm

khô) , hoặc ở dạng ướt (độ ẩm ướt).

o Tính chịu nhiệt : các loại nhựa bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ đều có giới hạn

nhất định , vượt quá giới hạn này nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng

được . Nhiệt độ hoạt động tốt từ 20-50o C.

o Tính dẩn điện : chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện của nó phụ

thuộc vào dạng ion.

o Kích thước hạt : Resin có dạng hình cầu d= 0,04-1,00 mm.

o Tính chịu mài mòn : trong vận hành các chất trao đổi ion cọ sát lẫn nhau và

nở ngót , có khả năng dể vỡ vụn . Đây là một chỉ tiêu ảnh hưởng đến tính

năng thực dụng của nó.

o Tính chịu oxy hoá: chất oxy hoá mạnh có thể làm cho nhựa bị lão hoá (trơ)

Tính năng hoá học:

Dung lượng trao đổi

Dung lượng trao đổi là biểu thị mức độ nhiều ít của lượng ion có thể trao đổi

trong một loại chất trao đổi ion. Có 2 phuơng pháp biểu thị dung lượng trao

đổi .Theo thể tích đlg/m3; theo khối lượng mgđl/g.

Tổng dung lượng trao đổi : chỉ tiêu này biểu thị lượng gốc hoạt tính có trong

chất trao đổi .

Dung lượng trao đổi cân bằng : biểu thị dung lượng trao đổi lớn nhất của

chất trao đổi ion trong một loại dung dịch nào đó đã định ,nên không phải là

hằng số

9

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Dung lượng trao đổi làm việc : Dung lượng trao đổi được xác định dưới

điều kiện vận hành thực tế.

Tính năng thuận nghịch của phản ứng trao đổi ion:

Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch . Dựa trên tính chất này

người ta dùng dung dịch chất hoàn nguyên , thông qua chất trao đổi ion đã

mất hiệu lực để khôi phục lại năng lực trao đổi của nó .

CaR 2 + 2H +( nhựa traoThí dụ : 2HR + Ca 2+ đổi) 2HR + Ca 2+(hoàn

nguyên)CaR 2 + 2H+

Tính acid , kiềm : tính năng của chất Cationit RH và chất Anionit ROH

,giống chất điện giải acid, kiềm.

Tính trung hoà và thuỷ phân : tính năng trung hoà và thuỷ phân của chất

trao đổi ion giống chất điện giải thông thường .

Tính chọn lựa của chất trao đổi ion

- Ở hàm lượng ion thấp trong dung dịch , nhiệt độ bình thường, khả năng

trao đổi tăng khi hoá trị của ion trao đổi tăng.

I.4.1. Nguyên tắc chế tạo

Nhựa trao đổi ion bắt buộc phải bao gồm: mạng hidrocacbon ba chiều

và các nhóm chức phân li gắn trên mạng đó. Có nhiều phương àn để đật

được mục tiêu trên: monome là các chất điện li hữu cơ được tạo thành các

polymer có liên kết ngang tạo cấu trúc không gian ba chiều, monomer là các

phân tử trung hòa, các nhóm chức phân li được gắn vào mạng khi đã tạo

thành mạng polymer, hình thành các nhóm chức điện li đồng thời và sự hình

thành polymer.

Polyme không được tan nhưng cần phải có độ trương nở nhất định,

điều đó có thể thực hiện thông qua việc điều chỉnh chất lượng khâu mạch.

10

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Polymeco1 mang nhóm chức mạch thẳng tan trong nước (các chất trợ keo

tụ), polymer có mức có mức đọ liên kết ngang cao, tạo ra mạng ba chiều đặc

sẽ không có độ trương nở, khi đó các ion bị “nhốt” trong đó không trao đổi

được. Vì vậy cần phải kiểm soát mức độ liên kết ngang của mạng.

Để tạo ra mạng polymer ba chiều cần có monomer thích hợp và chất

khâu mạch. Phản úng trùng ngưng và polymer hóa cho phép đạt được mục

tiêu đó.

I.4.2 Cationit.

Sản phẩm trùng ngưng của phenol và fomaldehyd hoặc các loại

polyphenol với các aldehyd khác là các cationit được chế tạo sớm nhất. Các

sản phẩm này chỉ chứa nhóm OH có cường độ axit rất thấp. Ngưới ta gắn

các nhóm axit mạnh qua phản ứng sufon hóa với axit sunfuric trước khi tiến

hành phản ứng trùng ngưng. Sản phẩm tạo thành chứa hai loại nhóm chức (-

SO₃H và OH).

Loại cationit mạnh thông dụng là loại copolymer trùng hợp từ styren

và divinyl benzene với hàm lượng divinyl benzene thường nằm trong

khoảng 8- 20%, quá trình sulfon hóa được tiến hành sau phản ứng polymer

hóa. Sản phẩm loại này có độ bền nhiệt và bền hóa cao hơn loại sản phẩm

trùng ngưng. Cationit yếu chứa nhóm hoạt động COOH điều chế qua phản

ứng copolymer hóa của axit hữu cơ hoặc axit anhidrid với chất khâu mạch

divinyl benzene. Sản phẩm thông dụng được điều chế từ axit acrylic hoặc

methacrylic với divinyl benzene. Do có tính axit yếu, mức độ phân ly của

chúng phụ thuộc vào pH. Các nhóm chức này phần lớn ở dạng trung hòa khi

pH < 3, độ phân li tăng dần khi pH tăng và phân li hoàn toàn ở Ph = 10.

11

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Nhựa trao đổi chứa hai loại nhóm chức SO₃H và COOH có thể chế

tạo thông qua sulfon hóa polymer acrylic hay methacrylic.

Cationit đặc thù là loại có độ chọn lọc cao đối với một loại cationit

nào đó. Loại đặc thù dựa trên nguyên tắc là các ion tạo phức bền hay kết tủa

(tạo hợp chất không tan) với các nhóm chức của nhựa. Cationit yếu chứa

nhóm COOH có độ chon lọc cao với proton vì nó tạo thành axit yếu khó

phân li. Nhựa trao đổi chứa nhóm chức dipicryl amin có độ chọn lọc cao đối

với K⁺, nhóm axit anthranilic tạo phức vòng với kẽm và các kim loại chuyễn

tiếp.

Thông thường các catioint có độ chọn lọc cao thì có tốc độ trao đổi

chậm. Mặt khác, quá trình tái sinh các ion đặc hiệu khá khó khăn, đôi khi

khong tái sinh được. Vì vậy, việc chọn lựa vật liệu trao đổi cho một mục tiêu

nào đó cần phải cân nhắc lĩ để tìm được sự hài hòa giữa độ chọn lọc, tốc độ

trao đổi và khả năng tái sinh.

I.4.3 Anionit.

Anionit đang được sử dụng là loại hữu cơ tổng hợp. Nhóm chức trong

anionit là các amin. Nhóm amin bậc một (-NH₂), bậc hai (-NHR), bậc ba (-

NR₂) là các nhóm bazo yếu, amin bậc bốn (-N⁺R₃OH^-) là loại bazo mạnh.

Anionit bân đầu được chế tạo là sản phẩm polymer trùng ngưng, và nó

bị thay thế bởi các polymer trùng hợp có độ bền cao hơn cũng giồng như

trường hợp đối với cationit. Anionit có mùi tanh của amin ngay ở nhiệt độ

thường, ở khoảng 60^oC chúng bắt đầu phân hủy và nhả ra methanol và amin

bậc 3.

Anionit có khả năng phá hủy bởi các chất hữu cơ có kích thước lớn

như axit humic, fulvic tồn tại trong nước thiên nhiên, loại có tính bền đối với

12

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

các tác nhân trên được chế tạo với mạng polymer là polyacrylamide và chất

khâu mạch là divinyl benzene.

Trong khi các anionit mạng phân li ở mọi pH thì các anionit yếu chỉ

hoạt động trong vùng pH < 7. Trong vùng pH cao các nhóm chức tồn tại ở

trạng thái trung hòa, ở vùng pH thấp lien kết với proton tạo rat rung tâm

mang điện tích dương. Anionit yếu bền nhiệt hơn loại mạnh, anionit yếu

dạng polystyrene có thể hoạt động ở vùng 100^oC.

I.4.4 Điều kiện sử dụng của nhựa trao đổi ion.

Nhựa chỉ sử dụng để trao đổi ion chứ không dùng để lọc huyền phù

,chất keo và nhũ màu .Sự có mặt các chất này có thể rút ngắn tuổi thọ của

nhựa .

Loại bỏ các chất hữu cơ bằng nhựa rất phức tạp ,cần có nghiên cứu

đặc biệt.

Sự có mặt của khí hoà tan trong nước với lượng lớn có thể gây nhiễu

loạn hoạt động của nhựa .

Các chất oxy hoá mạnh Cl 2,O3,….có thể tác dụng xấu lên nhựa.

I.5 . Thứ tự ưu tiên khi trao đổi

Đối với nhựa Cationit acid mạnh(SAC) ,

Fe 3+>Al 3+> Ca 2+>Mg 2+ > K+>H+>Li+

Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC)

H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+> Na+>Li+

Đối với nhựa Anionit kiềm mạnh (SBA)

Đối với nhựa anionit kiềm yếu (WBA)

Ở hàm lượng ion thấp ,nhiệt độ bình thường và những ion cùng hoá trị

,khả năng trao đổi tăng khi số điện tử của ion trao đổi lớn (bán kính hydrat

13

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

hoá lớn)

Ở hàm lượng ion cao ,khả năng trao đổi của các ion không khác nhau

nhiều lắm .

I.6. Cơ chế trao đổi ion.

Qúa trình trao đổi ion có thể biểu diễn:

R^--I⁺+ M⁺X ↔ R^-M⁺+ I⁺X

R+Y +M⁺X ↔ R⁺X +M⁺Y

R^-I⁺là cationit vì nó có ion dương I⁺có thể trao đổi được với ion M⁺

trong dung dịch, R⁺Y là anionit có khả năng trao đổi với các ion âm X^-

trong dung dịch. R^-, R^-+là mạng chất không tan của chất trao đổi ion, với

các loại nhựa trao đổi ion nó gồm mạng polymer ba chiều của liên kết

hidrocacbon và các nhóm chức tích điện âm như SO, COO^-( đối với

cationit) và nhóm chức tích điện dương –NR⁺(đối với anionit).

Với các cationit, I⁺thường là H⁺hay Na⁺, tương ứng nó được gọi là

cationit dạng H⁺hay Na⁺. Anionit cũng thường tồn tại ở hai dạng là Cl^-vá

OH.

Ion trong lớp điện tích kép theo mức độ hoạt động lớn nhỏ có thể

phân ra : lớp hấp phụ và lớp khuếch tán .Lớp ion có tính hoạt động tương

đối kém bị hấp phụ bám chặt vào bề mặt cao phân tử gọi là lớp hấp phụ hay

lớp cố định ,nó bao gồm lớp ion bên trong và một bộ phận ion ngược dấu

.Cạnh ngoài lớp hấp phụ ,các ion có tính hoạt động tương đối lớn , có khả

năng khuếch tán vào trong dung dịch nên gọi là lớp khuếch tán .

Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, các tác dụng

sau đây sẽ diễn ra:

14

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

o Tác dụng trao đổi :

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Các ion ngược dấu trong lớp khuếch tán và ion ngựoc dấu khác trong

dung dịch trao đổi vị trí lẫn nhau .Nhưnh do quá trình trao đổi ion không

giới hạn ở lớp khuếch tán ,do quan hệ cân bằng động ,trong dung dịch cũng

có một số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán ,sau đó sẽ

trao đổi với các ion ngược dấu trong lớp hấp phụ.

o Tác dụng nén ép:

Khi nồng độ muối trong các dung dịch tăng lớn ,có thể làm cho lớp

khuếch tán bị nén ép lại .Từ đó , một số ion ngược dấu trong lớp khuếch tán

biến thành ion ngược dấu trong lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu

trong lớp hấp phụ …, Pham vi hoạt động của lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất

lợi cho quá trình trao đổi ion . Do đó cần chú ý nếu nồng độ dung dịch hoàn

nguyên quá lớn ,không những không thể nâng cao mà còn giảm thấp hiệu

quả hoàn nguyên.

Tốc dộ quá trình trao đổi ion

Như trong quá trình hấp phụ ,tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc trên tốc độ của

các quá trình thành phần sau:

- Khuếch tán của các ion từ trong pha lỏng đến bề mặt của hạt rắn .

- Khuếch tán của các ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi .

- Trao đổi các ion (tốc độ phản ứng )

- Khuếch tán của ion thay thế ra ngoài bề mặt hạt rắn

- Khuếch tán của các ion được thay thế từ bề mặt hạt rắn vào trong dung

dịch .

I .7. Cân bằng trao đổi ion.

15

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Cân bằng trao đối ion xảy ra khi một chất trao đổi ion tiếp xúc với

một dung dịch chất điện ly, ion trao đổi của dung dịch và trong nhựa trao đổi

có bản chất khác nhau.

Gỉa sử nhựa trao đổi chứa ion trao đổi là A, ion trao đổi trong dung

dịch là B. Qúa trình trao đổi ion diễn ra:

-R _–A + B → -R _–B + A

- R là mạng polymer chứa nhóm chức. Trong trạng thái cân bằng các

ion trao đổi A, B có mặt cả trong dung dịch lẫn trong chất trao đổi ion. Trao

đổi ion là quá trình thuận nghịch và vì vậy rất khó phân biệt là cân bằng

được tiệp cận từ phía nào, tức là A trao đổi với B hay ngược lại.Tuy nhiên

sự phân bố cả A và B trong hai pha ở trạng thái cân bằng là như nhau đối với

cả hai trường hợp miễn là tổng nồng độ của chúng trong hệ không thay đổi.

Tỉ lệ nồng độ của hai ion trong từng pha là khác nhau.

Cân bằng trao đổi ion có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn và về mặt

lí thuyết.

Quan hệ hàm số phụ thuộc ion trái dấu của chất trao đổi ionvao2

thành phần ion trái dấu của dung dịch ngoài ở nhiệt độ và áp suất không đổi

gọi là đường đẳng nhiệt của trao đổi ion. Các đường đẳng nhiệt biểu thị bằng

đồ thị ở hệ trục không thứ nguyên a _i– a_i,với :

z_ic_i

n

z_ic_i

n

a_i

=

và a_i=

z c

i



i

i1

a _ivà a_i- phần tương đương của ion I trong chất trao đổi ion và dung

dịch;

c _i– nồng độ ion I trong chất trao đổi ion khi hệ đạt cân bằng mol

ion/g chất trao đổi ion;

16

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

c_i– nồng độ ion I trong dung dịch khi hệ đạt cân bằng;

z_i– điện tích của ion i.

các đại lượng a _ivà a_ithay đổi từ 0 đến 1, do đó trao đổi đẳng nhiệt

a _{i =}f(a_i) sẽ được biểu thị trong biểu đồ hình vuông có cạnh bằng 1.

a_i

- Tỷ số

được gọi là hệ số phân bố của ion i khi hệ số hút là K_PI

.

a_i

Hệ số này biểu thị mức làm giàu và làm nghèo của chất trao đổi ion bằng

một chất;

- khi K_PI< 1: chất trao đổi ion bị làm nghèo;

- khi K_PI>1: chất trao đổi ion được làm giàu bởi cấu tử I so với dung

dịch cân bằng.

Nếu một dung dịch chứa một số ion, ví dụ như ion A và B thì tính

chọn lọc của chất trao đổi ion được đánh giá bởi hệ số chọn lọc K_A,Bvà bằng

ti số giữa hệ số phân bố của các ion đó:

K_PAa_A.a_BC_A.C_B

K_A,B

=

K_PB

a_A.a_BC_A.C _B

- khi , chất trao đổi ion lựa chọn ion A;

-khi , chất trao đổi ion lựa chọn ion B;

-khi , không lựa chọn ion nào cả.

Khi nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải nhỏ hơn 0,003 mol/l thì

tốc độ trao đổi được xác định bởi quá trình khuếch tán của các ion qua màng

chất lỏng.

Khi nồng độ chất gây ô nhiễm bằng 0.1 mol/l tốc độ bởi quá trình

được xác định bởi quá trình khuếch tán của các ion trong hạt.

17

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Trong vùng nồng độ từ 0,003 đên 0,1 mol/l tốc độ quá trình được xác

định bởi hai quá trình khuếch tán.

Số BIO được tính như sau:

r₀

B_i

=

= số BIO



K_HD



Trong đó:



– hệ số cấp khối:

r₀- bán kính của hạt;

K_H- hằng số henri;

D

- hệ số dẫn khối.

Hệ số khuếch tán của các ion trong nhựa trao đổi có giá trị trong

khoảng 10^-6-10^-9cm²/s , còn trong nước là 10^-4-10^-5cm²/s. Hệ số khuếch

tán bị giảm khi tăng kích thước của các ion bị hidrat hóa trong dung dịch và

tăng điện tích các ion trái dấu của nhựa trao đổi ion.

I.8. Thiết kế cột trao đổi ion.

Qúa trình trao đổi ion gồm các giai đoạn: di chuyển các ion trao

đổiqua màng chất lỏng bao xung quanh hạt nhựa trao đổi: khuếch tán các ion

trong mao quản của nhựa trao đổi và quá trình trao đổi.

Trở lực của hai giai đoạn đầu có thể kết hợp trong hệ số chuyển khối

tổng như trong hấp thụ. Khi đó có thể sử dụng phương trình tốc độ quá trình

hấp phụ để tính tốc dộ trao đổi theo chiều cao chất trao đổi Dz:

S.Dy = k_t.a (Y-Y^*) Dz

Trong đó:

S- lưu lượng dòng nước thải qua cột trao đổi;

K_t– hệ số chuyển khối tổng;

18

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

a-diện tích bề mặt ngoài của hạt rắn;

Y^*- nồng độ cân bằng

Y- nồng độ làm việc

Z- chiều cao lớp chất trao đổi ion

Tổng số đơn vị chuyển khối của toàn bộ vùng trao đổi cũng có thể

tính thoe công thức:

Y_E

Z_a

H_t

Z_a

S

dY

N_t=

=

_{Y Y}_*

Y_B

a

K_t

I.9. Tái sinh các ionit.

Các cationit được tái sinh bằng dung dịch axit có nồng độ từ 2 đến 8%

và chúng chuyển thành dạng –H⁺.Các dung dịch tái sinh chứa các cation.

Sau khi nới lỏng và rửa, các cation sẽ nạp điện tích, ( ví dụ thành dạng –Na

bằng cách cho dung dịch muối ăn đi quá chúng. Khi đó nhóm chức năng –H⁺

nhận được trong tái sinh các cationit bằng axit được thay đổi ở nhóm –Na,

còn dung dịch muối ăn được sử dụng để tích điện sẽ bị oxy hóa tới HCl).

Người ta tái sinh các anionit đã được sử dụng trong trao đỗi ion bằng

dung dịch kiềm. Khi đó các anionit chuyển sang dạng OH^-. Các dung dịch

tái sinh chứa các anion được tách ra từ nước thải ở dạng nồng độ cao. Khi

cần thiết anionit được tái sinh từ dạng –OH^-có thể chuyển thành dạng-Cl^-

bằng cách cho dung dịch NaCl đi qua. Trong dung dịch tích điện, NaOH

được tích tụ lại. Các dung dịch tái sinh là các dịch axit hoặc kiềm. Sự trung

hòa được tiến hành bằng trộn các dung dịch tái sinh axit và kiềm.

I.10. Sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi ion.

Sự loại khoáng hoàn toàn bao gồm: một cột trao đổi cation và một cột

trao đổi anion kiềm yếu như ở hình 1.

19

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Cũng có thể sử dụng trao đổi ion hỗn hợp cả cation và anion theo sơ

đồ làm việc gián đoạn như ở hình 2.

Dòng

vào

A⁺B^-

Chất trao

đổi dạng

D⁺

C⁺

C⁺D^-

Hình 1

20

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Nước rửa

Nước thải

5

4

3

7

2

1

8

6

Nước rửa

Nước sạch

Hình 2:

1.cột trao đổi: 2. lười đỡ: 3. lớp ionit: 4 đến 6. bộ phận phân bố; 7. thùng

chứa dung dịch tái sinh; 8. bơm.

П. XỬ LÍ CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC BẰNG

PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION.

П.1 Xử lý amoni (NH4 +) trong nước ngầm.

Nghiên cứu xử lý amoni trong nước ngầm ứng dụng kỹ thuật trao đổi

ion trên vật liệu trao đổi ion là nhựa cationit; các yếu tố ảnh hưởng đến quá

21

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

trình trao đổi amoni là nồng độ amoni trong nước đầu vào, tốc độ dòng chảy,

độ cứng của nước và thời gian hoàn nguyên…

Theo đó, trong điều kiện trao đổi tĩnh, thời gian để hệ đạt cân bằng

nằm trong khoảng 60 phút. Tuy nhiên ở thời điểm 30 phút đầu nhựa đã hấp

thu được 84-90% ion amoni so với thời điểm hệ đạt cân bằng. Đẳng nhiệt

trao đổi ion của nhựa C100 với ion amoni trong mẫu không có độ cứng và

với mẫu có độ cứng đều tuân theo đường thẳng nhiệt Freundlich, không tuân

+

theo đường đẳng nhiệt Langmuir ở nồng độ khảo sát 10 mg NH₄/l đến 50

+

mg NH₄/l. Tốc độ dòng vào ít ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý amoni của

nhựa cationit C100. Tuy nhiên, chiều cao tầng chuyển khối trong cột phụ

thuộc rất lớn vào tốc độ dòng chảy. Tốc độ dòng càng tăng thì chiều cao

tầng chuyển khối càng tăng. Độ cứng trong nước đầu vào ảnh hưởng rất lớn

đến hiệu suất xử lý amoni của nhựa cationit C100. Độ cứng tăng làm tăng

chiều cao tầng chuyển khối nhưng ít ảnh hưởng đến tổng dung lượng hoạt

động của nhựa. Nồng độ amoni đầu vào ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất xử

lý amoni trong cột. Khi nồng độ amoni đầu vào tăng thì chiều cao tầng

chuyển khối tăng và dung lượng hoạt động tổng của nhựa đối với ion amoni

và ion canxi ít thay đổi (dao động trong khoảng 1,1 đl/l đến 1,14 đl/l). Độ

+

chọn lọc của nhựa cationit C100 đối với ion Ca²⁺cao hơn ion NH₄, thể

hiện rất rõ trong tất cả đường làm việc của cột. Các thông số như nồng độ

amoni trong nước đầu vào và độ cứng trong nước đầu vào đều lựa chọn

khoảng khảo sát rất phù hợp với đặc thù nước ngầm ô nhiễm amoni trong

nước ngầm một số vùng của nước ta. Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng để

thiết kế cột trao đổi ion xử lý amoni trong nước ngầm phục vụ cấp nước.

П.2 Khử sắt trong nước ngầm.

22

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe

2+) là thành phần của các muối hoà tan như: Fe(HCO)2; FeSO4…hàm

lượng sắt có trong các nguồn nước ngầm thường cao và phân bố không đồng

đều trong các lớp trầm tích dưới đất sâu. Nước có hàm lượng sắt cao, làm

cho nước co mùi tanh và có màu vàng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất

lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất. Do đó, khi mà nước có hàm

lượng sắt cao hơn giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì chúng ta phải tiến

hành khử sắt.

Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị II:

, Fe(OH)2, FeCO3, Fe (HCO3)2, FeSO4, v.v…

Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị III:

Fe(OH)3, FeCl3 …trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ, dễ dàng lắng

đọng trong các bể lắng và bể lọc. Vì thế các hợp chất vô cơ của sắt hoà tan

trong nước hoàn toàn có thể xử lý bằng phương pháp lý học: làm thoáng lấy

oxy của không khí để oxy hoá sắt hoá trị II th ành sắt hoá trị III và cho quá

trình thuỷ phân, keo tụ Fe(OH) xảy ra hoàn toàn trong các bể lắng, bể lọc

tiếp xúc và các bể lọc

Các phức chất vô cơ của ion sắt với silicat, photphat FeSiO(OH)3 +3)

Các phức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic, funvic,…

Các ion sắt hoà tan Fe(OH)+, Fe(OH)3 tồn tại tuỳ thuộc vào giá trị thế

oxy hoá khử và pH của môi trường. Các loại phức chất và hỗn hợp các ion

hoà tan của sắt không thể khử bằng phương pháp lý học thông thường, mà

phải kết hợp với phương pháp hoá học. Muốn khử sắt ở dạng này phải cho

thêm vào nước cá chất oxy hoá như: Cl -,KMnO4, Ozone, đã phá vỡ liên kết

và oxy hoá ion sắt thànhion hoá trị III hoặc cho vào nước các chất keo tụ

23

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

FeCl 3 , Al(SO4)3 và kiềm hoá để có giá trị pH thích hợp cho quá tr ình

đồng keo tụ các loại keo sắt và phèn xảy ra triệt để trong các bể lắng, bể lọc

tiếp xúc và bể lọc trong.`

II.2.1. Một số thiết bị khử sắt thường được sử dụng

• Làm thoáng đơn giản trên bề mặt bể lọc

Người ta dùng giàn ống khoan lỗ phun mưa trên bề mặt lọc, lỗ phun

có đường kính 5 đến 7 mm, tia nước dùng áp lực phun lên với độ cao 0,5

đến 0,6m. Lưu lượng phun vào khoảng 10m3 /m2.h.

• Làm thoáng trực tiếp trên bề mặt bể lọc

Nó chỉ nên áp dụng khi nước nguồn có hàm lượng sắt thấp và không

phải khử CO2.

• Tháp làm thoáng tự nhiên

Sử dụng tháp làm thoáng tự nhiên (giàn mưa) khi cần làm giàu ôxy

kết hợpvới khử khí CO2. Do khả năng trao đổi của O2 lớn hơn CO2 nên

tháp được thiết kế cho trường hợp khử CO2. Giàn mưa cho khả năng thu

được lượng ôxy hoà tan bằng 55% lượng ôxy bão hoà và có khả năng khử

được 75-80% lượng CO2 còn lại sau khi làm thoáng không xuống thấp hơn

5-6mg/l.

• Tháp làm thoáng cưỡng bức

Cấu tạo của tháp làm thoáng cưỡng bức cũng gần giống như tháp làm

thoáng tự hiên, ở đây chỉ khác là không khí được đưa vào tháp cưỡng bức

bằng quạt gió. Không khí đi ng ược chiều với chiều rơi của các tia nước.

Lưu lượng tưới thường lấy từ 30 đến 40 m3 /m2 .h. Lượng không khí cấp

vào từ 4 đến 6m3 cho 1m3 nước cần làm thoáng.

• Bể lắng tiếp xúc

24

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Bể lắng tiếp xúc có chức năng giữ nước lại sau quá trình làm thoáng

trong một thời gian đã để quá trình ôxy hoá và thuỷ phân dắt diễn ra hoàn

toàn, đồng thời tách một phần cân nặng tr ước khi chuyển sang bể lọc. Trong

thực tế thường lấy thời gian lưu của nước từ 30 đến 45 phút. Bể lắng tiếp

xúc có thể đ ược thiết kế như bể lắng đứng và thường đặt ngay dưới giàn

làm thoáng.

Bể lọc tiếp xúc hay bể lọc sơ bộ được áp dụng khi hàm lượng sắt

trong nước nguồn cao hoặc cần khử đồng thời cả mangan. Bể lọc tiếp xúc có

cấu tạo như các bể lọc thông thường với lớp vật liệu lọc bằng sỏi , than

antraxit, sành, sứ…có kích thước hạt lớn. Tốc độ lọc thường khống chế

trong khoảng 15 đến 20m/h.

• Bể lọc cặn sắt

Để lọc sạch nước có chứa cặn sắt, sử dụng các bể lọc nhanh thông

thường. Do khác với bể lọc cạn bẩn bình thường ở chỗ quá trình ôxy hoá và

thuỷ phân sắt con tiếp tục xảy ra trong lớp vật liệu lọc, n ên ngay từ đầu chu

kỳ loc, cặn đã bám sẵn trong lớp vật liệu lọc và độ chứa cặn của lớp vật liệu

lọc sẽ cao hơn.

Vì vậy, vật liệu lọc có thể lấy cấp phối hạt lớn hơn, đương kính trung

bình hạt từ 0,9 đến 1,3 mm, bề dày lớp vật liệu lọc 1,0 đến 1,2m, tốc độ lọc

lấy từ 5 đến 10m/h. Do cặn sắt bám chắc n ên phải rửa lọc bằng nước và khí

kết hợp, lưu lượng nước rửa thực tế thường dùng từ 10 đến 12 l/m2 .s. Nếu

sử dụng bể lọc 2 lớp gốm antraxit và cát thạch anh thì hiệu quả xử lý sẽ cao

hơn.

II.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử sắt.

25

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Tốc độ phản ứng của quá tr ình ôxy hoá và thuỷ phân Fe2+ thành

Fe3+ tuỳ thuộc vào lượng oxy hoà tan trong nước tăng lên. Để oxy hoá 1mg

sắt (II) tiêu tốn 0,143mg oxy.

Thời gian oxy hoá và thuỷ phân sắt trên công trình phụ thuộc vào trị

số pH của nước có thể lấy như sau:

▪

Thời gian tối ưu của quá trình keo tụ

6,

pH

7

1

≥7,5

0

5

6

7

8

9

Thời gian

tiếp xúc

cần thiết

trong bể

lắng v à

bể lọc

90

60

45

30

25

20

10

5

(thời gian

lưu nước)

(phút)

Thời gian

tiếp xúc

cần thiết

(thời gian

l ưu

nước)

trong bể

lọc tiếp

xúc (bể

lọc I) và

bể

1

60

45

35

25

20

15

5

2

lọc trong

(bể lọc đợt

II) (phút)

26

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Tốc độ lọc qua bể tiếp xúc có thể lấy 5 -20 m/h tuỳ thuộc vào thời

gian lưu nước cần thiết và lượng cặn cần giữ lại sao cho qua bể lọc đợt I hàm

lượng cặn còn lại đi qua bể lọc trong (lọc đợt II) ≤ 15mg/l.

Tốc độ lọc qua bể lọc trong lấy 3-9 m/h tuỳ thuộc vào chiều dày và cỡ

hạt của lớp vật liệu lọc và thời gian lưu nước cần thiết.

II.2.3. Áp dụng quá trình khử sắt vào việc xử lý nước ngầm để cấp

nước cho cộng đồng dân cư nông thôn.

Mục đích của việc xử lý nước cấpCung cấp đầy đủ lượng nước cho

quá trình sử dụng của người dân và đảm bảo an toàn về mặt hoá học, vi

trùng học…để thoả mãn các nhu cầu về ăn uống, sinh hoạt dịch vụ, sản

xuất…N ước có chất lượng tốt, ngon không chứa các chấy gây đục, gây ra

màu, mùi, vị của nước. Tóm lại, là mọi nguồn nước thô sau khi qua hệ thống

xử lý phải đạt : “ti êu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước cấp cho ăn

uống và sinh hoạt – TCVN 5501 – 1991”

▪

Số liệu cần thiết để thiết kế trạm xử lý khử sắt

Khi thiết kế trạm xử lý nước cấp có quá trình khử sắt, chúng ta cần

phải thu thập các số liệu như sau: Công suất hữư ích của trạm, số giờ hoạt

động trong ng ày hay công suất giờ.

Bơm nước liên tục với lưu lượng đủ lớn để loại trừ hết nước tồn đọng,

sau đó lấy mẫu ngay tại đầu bơm để phân tích các chỉ tiêu:

1. Độ đục

2. Độ màu

7. Tổng hàm lượng sắt

8. Hàm lượng Ion sắt hóa trị II

9. Hàm lượng Ion sắt hóa trị II

10. Hàm lượng silic, poliphotphat và các

3. Độ oxy hóa

4. Độ kiềm

5. Độ cứng toàn phần và độ cứng kim loại

27

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

cacbonat

6. pH

nặng

11. Hàm lượng CO2 tự do

12. Hàm lượng H2S

Kết quả thí nghiệm khử sắt tại chỗ theo phương pháp lý học, hoá học.

Phân loại nước ngầm theo hàm lượng sắt

Phân loại nước ngầm

Hàm lượng sắt

Loại nước ngầm

(mg/l)

Nước ngầm có hàm lượng sắt thấp

Nước ngầm có hoàm lượng sắt trung bình

Nước ngầm có hàm lượng sắt cao

Theo TCVN

0,4 - 10

10 — 20

>20

<0,3

Xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt thấp (hàm lượng sắt <10 Mg/L)

Công nghệ xử lý: (Làm thoáng đơn giản và lọc)

Điều kiện áp dụng:

1. Tổng hàm lượng sắt < 10 mg/l

28

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt cao (hàm lượng sắt > 10 mg/l

Công nghệ xử lý: Làm thoáng - Lắng hoặc lọc tiếp xúc - Lọc trong

Điều kiện áp dụng:

1. Độ oxy hóa < ( Fe²⁺/ 28 + 5 ), mg/l

2. Tổng hàm lượng sắt: > 10 mg/l

3. Tổng hàm lượng muối khoáng <1000 mg/l

4. Hàm lượng SiO₂²⁺< 2mg/l

5. Hàm lượng H₂S < 1mg/l

+

6. Hàm lượng NH₄< 1.5 MG/L

7. Nhu cầu oxy bằng độ oxy hóa + 0.47 H₂S +0.15Fe²⁺< 10mg/l

8. pH < 6.8 thì tính toán thiết bị làm khoáng theo điều kiện khử khí

CO₂nhằm tăng pH .

9. pH > 6.8 thì tính toán thiết bị làm khoáng theo điều kiện lấy oxy để

khử sắt.

29

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp

GVHD:Cao Thị Thúy Nga

Nước ngầm được bơm lên từ giếng khoan hay giếng đào được đưa

vào làm thoáng bằng dàn mưa, làm thoáng cưỡng bức để làm thoáng nước.

Quá trình làm thoáng ở đây chủ yếu là cung cấp oxy cho nước. Nước sau khi

làm thoáng được dẫn vào bể khuấy trộn và lắng cặn, trước khi đi vào bể

nước được tiếp xúc với hoá chất có tác dụng đẩy nhanh quá trình oxy hoá

hoà tan thành sắt III, nước từ bể lắng được dẫn qua bể lọc, bể lọc có chứa

nhiều lớp vật liệu lọc.Nước sạch sau khi qua bể lọc được khử trùng bằng

dung dịch clorine trước khi cung cấp cho người sử dụng.

Để tránh hiện tượng tắc lọc ở bể lọc, do đó đến chu kỳ chúng ta phải

tiến hành rửa lọc bằng nước (nước + khí). Cặn ở bể lắng được đưa vào bể

nén cặn.

П.2.4. 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 ngầm 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 ngầm có hàm lượng sắt thấp.

II.3. Xử lí arsen.

П.3.1. Vai trò của Arsen và nguồn gốc ô nhiễm Arsen do hoạt

động phát triển.

Như chúng ta đã biết, Arsen là nguyên tố vi lượng, rất cần thiết cho sự

sinh trưởng và phát triển của con người và sinh vật. Arsen có vai trò trong

trao đổi chất nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin.

Arsen là nguyên tố có mặt trong nhiều loại hóa chất sử dụng trong

nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: hóa chất, phân bón (lân - phốt

phát, đạm- nitơ), thuốc bảo vệ thực vật, giấy, dệt nhuộm...

30