Nước giếng khoan với đặc điểm là từ nguồn nước ngầm yếm khí nên các ion sắt, mangan trong nước ở dạng hòa tan. Khi bơm lên, nước được tiếp xúc với không khí, ion sắt,mangan trong nước kết hợp với oxy trong không khí tạo thành sắt III hydroxit và mangan IV hydroxit, hợp chất này không tan mà lơ lửng trong nước làm cho nước có màu vàng. Tùy thuộc vào mức độ nhiễm sắt và mangan mà màu sắc trong nước có thể là vàng, vàng khè, nâu đỏ hoặc đỏ.
Xử lý nước nhiễm sắt là công đoạn không thể thiếu trong bất kỳ hệ thống xử lý nước giếng khoan nào. Có rất nhiều cách khử sắt được sử dụng hiện nay
Làm thoáng- sục khí
Làm thoáng là quá trình bổ sung không khí vào nước hoặc cho nước tiếp xúc với không khí ( đưa nước vào không khí). Đây là phương pháp khử sắt thường được áp dụng nhất do hiệu quả khử sắt cao, không sử dụng hóa chất, khử sắt đồng thời có thể oxy hóa khử một số các kim loại khác như mangan, asen..
Nguyên lý của quá trình oxy hóa sắt là oxy hóa sắt II thành sắt III và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng hydroxit sắt III. Trong nước ngầm, sắt II bicacbonat là một muối không bền, nó dễ dàng thủy phân thành sắt II hydroxit theo phản ứng:
Fe(HCO3)2 + 2 H2O →Fe(OH)2 + 2 H2CO3
Nếu trong nước có oxy hòa tan, sắt II hydroxit sẽ bị oxy hóa thành sắt III hydroxit theo phản ứng:
4Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 → 4 Fe(OH)3↓
Sắt III hydroxit trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách ra khỏi nước dễ dàng nhờ quá trình keo tụ tạo bông, lắng và lọc.
Thiết bị làm thoáng thường được sử dụng là giàn mưa tự nhiên hoặc tháp làm thoáng cưỡng bức ( tháp cao tải).
+ Giàn mưa: Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bậc hay nhiều bậc. Chiều cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun có đường kính 5 đến 7 mm, lưu lượng tưới khoảng 10m3/m2.h. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng bằng 55% lượng oxy hòa tan bão hòa, hàm lượng cacbonic sau làm thoáng giảm 50%
+ Tháp làm thoáng cưỡng bức ( tháp cao tải)
Tháp làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40m3/h. Lượng không khí tiếp xúc lấy từ 4 đến 6m3 cho 1m3 nước. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng bằng 70% hàm lượng oxy hòa tan bão hòa, hàm lượng khí cacbonic sau làm thoáng giảm 75%
Khử sắt bằng hóa chất
Khi trong nước có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽ tạo ra dạng keo bảo vệ các ion sắt vì vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của các chất oxy hóa mạnh. Đối với nước ngầm, khi hàm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả khí hydro sunfua thì lượng oxy thu được nhờ quá trình làm thoáng không đủ để oxy hóa hết cả sắt và khí H2S, trong trường hợp này cần dùng hóa chất để khử
+ Khử sắt bằng vôi:
Sử dụng phương pháp này cần thiết bị pha chế phức tạp hơn, nên thường kết hợp cả khử sắt và quá trình xử lý nước khác như ổn định nước bằng kiềm hóa, làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sođa.
Khi cho vôi vào nước, PH của nước tăng lên. Ở môi trường kiềm, chứa nhiều ion OH– các ion sắt II nhanh chóng thủy phân thành sắt II hydroxit, thế oxy hóa khử giảm xuống do đó sắt II dễ dàng chuyển hóa thành sắt III, sắt III hydroxit kết tủa nên dễ dàng được loại bỏ nhờ quá trình lắng lọc
Clo và các hợp chất của nó là chất oxy hóa mạnh, nên trong quá trình sử dụng clo vào trong công đoạn tiền xử lý ngoài tác dụng tiêu diệt vi khuẩn, vi rút, vi sinh vật gây bệnh nó còn có tác dụng oxy hóa sắt và mangan.
Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau:
2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6 H2O →2Fe(OH)3 + CaCl2 + 6H+ + 6HCO3–
Nếu trong nước giếng khoan có các hợp chất amoni hòa tan, khi sử dụng clo, clo sẽ kết hợp với amoni để tạo thành cloramin, quá trình oxy sắt sẽ bị chậm lại. Lúc này sử dụng clo để khử sắt là không hiệu quả.
+ Khử sắt bằng kali permanganat
Khi sử dụng KmnO4để khử sắt, quá trình diễn ra rất nhanh vì cặn mangan IV hydroxit vừa được tạo thành sẽ là nhân tố xúc tác cho quá trình khử sắt. Phản ứng khử xảy ra theo phương trình sau:
5 Fe2++ MnO4– + 8H+→5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
