Trong tự nhiên, nguồn nước mà con người có thể sử dụng và khai thác gồm có nguồn nước nguồn và nguồn nước mặt. Nguồn nước ngầm hầu hết là nguồn nước được lấy từ lòng đất thông qua các giếng khoan. Các nguồn nước này để đảm bảo sử dụng được hoặc đảm bảo xử lý được, các chất có trong nước đều phải tuân theo các tiêu chí theo chỉ tiêu QCVN 09-MT:2015/BTNMT là Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước dưới đất. Còn các nguồn nước mặt để sử dụng được gồm có các nguồn nước sông, nguồn nước mưa, nguồn nước suối…Các nguồn nước nói chung để sử dụng được trong sinh hoạt thì các chỉ tiêu trong nước cần phải đạt QCVN 01-1:2018/BYT là Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt. Để xử lý các nguồn nước cần có những công nghệ chuyên biệt và vật liệu lọc đặc trưng.
Phần I. Nước giếng khoan nhiễm kim loại
Với nguồn nước giếng khoan, hầu hết nước sẽ có xu hướng nhiễm kim loại nặng. Dấu hiệu của nước nhiễm kim loại nặng là nước có màu vàng của sắt, màu đen của Mangan và cả mùi. Một số nguồn nước gần khu vực miền núi còn có độ cứng rất cao. Nguồn nước này hiếm khi hoặc gần như không có Clo dư. Để đưa nguồn nước này vào sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày, trước hết cần đảm bảo nguồn nước đã đáp ứng theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT. Trong trường hợp các chỉ tiêu trong nước (thông qua đo đạc) vượt quá các chỉ tiêu của quy chuẩn, có thể cân nhắc sử dụng nguồn nước tại vị trí giếng khoan/mạch nước ngầm khác. Việc tiếp tục sử dụng nguồn nước có đầu vào không đạt chuẩn này có thể khiến chi phí đầu tư và vận hành tăng lên rất nhiều. Trong một số trường hợp, nguồn nước rất khan hiếm, người dân không có nhiều sự lựa chọn, cần sử dụng các công nghệ và vật liệu lọc đặc biệt để xử lý nguồn nước.
Chẳng hạn, với nguồn nước có chỉ số sắt đầu vào lên tới 10mg/l và Mangan là 5 mg/l, người dân nên sử dụng các vật liệu lọc đặc biệt xử lý kim loại nặng như Hạt Birm, cát quặng Mangan, hạt Katalog light…Bản chất của các vật liệu này là đều được phủ một lớp oxit kim loại Mangan (dioxit Mangan) để loại bỏ các kim loại nặng. Qúa trình xử lý Mangan diễn ra có thể mô tả qua phương trình sau:
2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O -> Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3
Mangan thường tồn tại đồng thời với sắt ở dạng ion hóa trị II trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Khử Mangan tiến hành đồng thới với khử sắt. Mangan (II) hòa tan khi bị oxy hóa sẽ chuyển dần thành Mangan (III) và (IV) ở dạng hydroxit kết tủa. Qúa trình khử Mangan phụ thuộc vào pH của nước, pH càng cao thì tốc độ oxy hóa và thủy phân Mangan càng lớn. Độ pH tối ưu nằm trong khoảng 8,5 đến 9,5. Nếu không sử dụng các vật liệu lọc đặc biệt thì quá trình oxy hóa Mangan (II) thành Mangan (IV) xảy ra rất chậm.
Đối với trường hợp hàm lượng sắt và mangan đầu vào không quá cao, tối đa chỉ đạt ngưỡng theo QCVN 01-1:2018/BYT là sắt 5 mg/l, mangan 0,5 mg/l thì vật liệu lọc chỉ cần là cát. Kích thước hạt cát để sử dụng lọc trong phương án này là 0,6 – 1,2 mm. Ngoài ra còn có các lớp đệm khác cũng là cát với kích thước là 1-2mm và 2-5mm. Để sớm đưa hệ thống lọc vào ổn định, cần pha thêm vào nước dung dịch KmnO4 liều lượng từ 1-3 mg/l trong vài ngày đầu hoặc nâng pH của nước lên trên 9 bằng dung dịch NaOH hoặc nước giaven. Trong quá trình lọc, hạt cát 0,6 – 1,2mm (hạt lọc) được phủ dần một lớp mangan hydroxit Mn(OH)4 tích điện âm. Lớp này có tác dụng hấp thu các ion Mn2+ và oxy hóa nó theo phương trình:
Mn(OH)4 + Mn(OH)2 -> 2Mn(OH)3
4Mn(OH)3 + O2 + 2H2O -> 4Mn(OH)4
Lớp phủ Mn(OH)4 mới tạo thành lại tham gia vào phản ứng mới, do đó tạo thanh một chu trình phản ứng liên tục. Hiệu quả khử mangan phụ thuộc vào chính lớp phủ Mn(OH)4 do chính bản thân quá trình khử tạo ra trên bề mặt hạt cát lọc. Đối với sắt trong nước, việc pH tăng giúp phá vỡ các liên kết của các chất hữu cơ môi trường axit, các ion Fe2+ thủy phân nhanh chóng thành Fe(OH)3 và kết tủa một phần…Thực tế, trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất này sẽ tạo ra keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của hợp chất oxy hóa mạnh. Một trong những hóa chất mạnh sử dụng là Clo. Qúa trình khử sắt bằng Clo được thực hiện nhờ phản ứng sau:
2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O -> 2Fe(OH)3 + CaCl2 + 6H+ +6HCO3-
Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị II có trong nước gồm có các chất chủ yếu sau: FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4,…Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị III gồm có Fe(OH)3, FeCl3…trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ, dễ lắng đọng trong các bể lắng, lọc.
Sử dụng vật liệu lọc đặc biệt thường áp dụng trong quy mô lọc sinh hoạt cho nhà dân, công suất nhỏ, đòi hỏi gọn và chi phí đầu tư vừa phải. Sử dụng cát lọc, hóa chất và tháp làm thoáng, bể lắng thường sử dụng trong các quy mô lọc.
Minh họa các thiết bị lọc xử lý nước giếng khoan công nghiệpHệ thống lọc trong công nghiệp có xu hướng sử dụng các tank lọc có vật liệu chế tạo là inox 304, đặc biệt với nước giếng khoan, các tank chứa có thể làm bằng inox 316 hoặc 316L. Hệ thống và bơm sẽ sử dụng loại điều khiển bằng khí nén. Đối với mỗi cụm lọc thông thường sẽ có tank lọc chính và tank lọc phụ. Hai tank lọc này thay phiên nhau khi vệ sinh hoặc hoàn nguyên. Để vận hành hệ thống lọc cần chương trình điều khiển thông quan tín hiệu của các van khí nén lắp tại hiện trường. Hệ thống này rất phức tạp và nhiều van. Trong khi đó, hệ thống lọc trong dân dụng thì các cột lọc chủ yếu là composite, chỉ sử dụng 1 van duy nhất ở đỉnh tank lọc. Để vận hành lọc có thể sử dụng van tay hoặc van tự động dùng nguồn cấp điều khiển là điện một chiều.
Minh họa hệ thống lọc trong dân dụngNhư vậy tùy theo tính chất đầu vào nguồn nước ngầm, chi phí đầu tư và quy mô và hệ thống vận hành, công nghệ và vật liệu lọc được sử dụng khác nhau. Các thông tin chi tiết và sâu hơn về hệ thống và công nghệ, xin vui lòng liên hệ tới công ty Cổ phần Công nghệ CTF theo địa chỉ mail: ctfwaters@gmail.com với số điện thoại 0969614892. CTF cung cấp các giải pháp và công nghệ liên quan đến xử lý đa dạng các nguồn nước cấp đảm bảo đúng tiêu chí: Sạch, đúng và đủ!
Phần I. Nước giếng khoan nhiễm kim loại
Với nguồn nước giếng khoan, hầu hết nước sẽ có xu hướng nhiễm kim loại nặng. Dấu hiệu của nước nhiễm kim loại nặng là nước có màu vàng của sắt, màu đen của Mangan và cả mùi. Một số nguồn nước gần khu vực miền núi còn có độ cứng rất cao. Nguồn nước này hiếm khi hoặc gần như không có Clo dư. Để đưa nguồn nước này vào sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày, trước hết cần đảm bảo nguồn nước đã đáp ứng theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT. Trong trường hợp các chỉ tiêu trong nước (thông qua đo đạc) vượt quá các chỉ tiêu của quy chuẩn, có thể cân nhắc sử dụng nguồn nước tại vị trí giếng khoan/mạch nước ngầm khác. Việc tiếp tục sử dụng nguồn nước có đầu vào không đạt chuẩn này có thể khiến chi phí đầu tư và vận hành tăng lên rất nhiều. Trong một số trường hợp, nguồn nước rất khan hiếm, người dân không có nhiều sự lựa chọn, cần sử dụng các công nghệ và vật liệu lọc đặc biệt để xử lý nguồn nước.
Chẳng hạn, với nguồn nước có chỉ số sắt đầu vào lên tới 10mg/l và Mangan là 5 mg/l, người dân nên sử dụng các vật liệu lọc đặc biệt xử lý kim loại nặng như Hạt Birm, cát quặng Mangan, hạt Katalog light…Bản chất của các vật liệu này là đều được phủ một lớp oxit kim loại Mangan (dioxit Mangan) để loại bỏ các kim loại nặng. Qúa trình xử lý Mangan diễn ra có thể mô tả qua phương trình sau:
2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O -> Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3
Mangan thường tồn tại đồng thời với sắt ở dạng ion hóa trị II trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Khử Mangan tiến hành đồng thới với khử sắt. Mangan (II) hòa tan khi bị oxy hóa sẽ chuyển dần thành Mangan (III) và (IV) ở dạng hydroxit kết tủa. Qúa trình khử Mangan phụ thuộc vào pH của nước, pH càng cao thì tốc độ oxy hóa và thủy phân Mangan càng lớn. Độ pH tối ưu nằm trong khoảng 8,5 đến 9,5. Nếu không sử dụng các vật liệu lọc đặc biệt thì quá trình oxy hóa Mangan (II) thành Mangan (IV) xảy ra rất chậm.
Đối với trường hợp hàm lượng sắt và mangan đầu vào không quá cao, tối đa chỉ đạt ngưỡng theo QCVN 01-1:2018/BYT là sắt 5 mg/l, mangan 0,5 mg/l thì vật liệu lọc chỉ cần là cát. Kích thước hạt cát để sử dụng lọc trong phương án này là 0,6 – 1,2 mm. Ngoài ra còn có các lớp đệm khác cũng là cát với kích thước là 1-2mm và 2-5mm. Để sớm đưa hệ thống lọc vào ổn định, cần pha thêm vào nước dung dịch KmnO4 liều lượng từ 1-3 mg/l trong vài ngày đầu hoặc nâng pH của nước lên trên 9 bằng dung dịch NaOH hoặc nước giaven. Trong quá trình lọc, hạt cát 0,6 – 1,2mm (hạt lọc) được phủ dần một lớp mangan hydroxit Mn(OH)4 tích điện âm. Lớp này có tác dụng hấp thu các ion Mn2+ và oxy hóa nó theo phương trình:
Mn(OH)4 + Mn(OH)2 -> 2Mn(OH)3
4Mn(OH)3 + O2 + 2H2O -> 4Mn(OH)4
Lớp phủ Mn(OH)4 mới tạo thành lại tham gia vào phản ứng mới, do đó tạo thanh một chu trình phản ứng liên tục. Hiệu quả khử mangan phụ thuộc vào chính lớp phủ Mn(OH)4 do chính bản thân quá trình khử tạo ra trên bề mặt hạt cát lọc. Đối với sắt trong nước, việc pH tăng giúp phá vỡ các liên kết của các chất hữu cơ môi trường axit, các ion Fe2+ thủy phân nhanh chóng thành Fe(OH)3 và kết tủa một phần…Thực tế, trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất này sẽ tạo ra keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của hợp chất oxy hóa mạnh. Một trong những hóa chất mạnh sử dụng là Clo. Qúa trình khử sắt bằng Clo được thực hiện nhờ phản ứng sau:
2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O -> 2Fe(OH)3 + CaCl2 + 6H+ +6HCO3-
Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị II có trong nước gồm có các chất chủ yếu sau: FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4,…Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị III gồm có Fe(OH)3, FeCl3…trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ, dễ lắng đọng trong các bể lắng, lọc.
Sử dụng vật liệu lọc đặc biệt thường áp dụng trong quy mô lọc sinh hoạt cho nhà dân, công suất nhỏ, đòi hỏi gọn và chi phí đầu tư vừa phải. Sử dụng cát lọc, hóa chất và tháp làm thoáng, bể lắng thường sử dụng trong các quy mô lọc.
Minh họa các thiết bị lọc xử lý nước giếng khoan công nghiệp
Minh họa hệ thống lọc trong dân dụng