Xử lý nước giếng khoan khử sắt và mangan bằng oxy của không khí
Oxy có trong không khí là chất oxy hóa có sẵn rẻ nhất dùng để khử sắt và mangan từ nước giếng khoan. Vì vậy trong quy trình xử lý nước giếng khoan luôn có quy trình oxy hóa sắt, mangan bằng tháp cao tải oxy hóa, dàn mưa.
Phản ứng giữa oxy hòa tan trong nước với sắt và mangan như sau:
Đối với mangan
2MnSO4 + 2 Ca(HCO3)2 + O2 = 2 MnO2 + 2 CaSO4 + 2 H2O + 4 CO2
Phản ứng diễn ra hoàn chỉnh ở PH ≥ 9 và thời gian tiếp xúc cần thiết để oxy hóa Mn hóa trị 2 thành MnO2 và thủy phân thường lớn hơn 1 giờ.
Lượng oxy cần để oxy hóa 1 mg Mn2+ là 0,29 mg, độ kiềm của nước giảm 1,8 mg ứng với 1mg Mn2+, lượng cặn tao ra là 1,58g tương ứng với 1 mg Mn được loại ra khỏi nước.
Vì vậy khi xử lý Mn2+ bằng oxy của không khí phải tính toán dàn làm thoáng với điều kiện khử khí CO2 để tăng PH của nước là chính do việc thu đủ lượng oxy từ không khí vào nước để khử mangan là dễ dàng và nhanh chóng hơn nhiều so với việc loại bỏ khí cacbonic để tăng PH.
Đối với sắt:
Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8 CO2
Lượng oxy cần thiết để oxy hóa 1 mg Fe2+ là 0,14 mg, lượng cặn tạo ra 1,9 g ứng với 1g sắt được loại ra khỏi nước.
Thời gian tiếp xúc để hoàn thành quá trình oxy hóa và thủy phân sắt phụ thuộc vào PH và độ kiềm của nước thô.
Với những đặc điểm trên khi thiết kế tháp làm thoáng cao tải cần chú ý đến hiệu quả làm thoáng để khử khí cacbonic hoặc thu khí oxy của nước phụ thuộc vào:
+ Bản chất của khí
+ Nồng độ hòa tan của khí có trong nước và trong không khí, chênh lệch của nồng độ khí cần xử lý trong nước và trong không khí càng lớn quá trình chuyển đổi khí từ hòa tan trong nước sang khí hoặc ngược lại diễn ra càng nhanh
+ Làm thoáng nước phụ thuộc rất lớn vào diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nước và không khí
+ Hiệu quả làm thoáng còn phụ thuộc vào tỷ lệ gió – nước, tỷ lệ này thường phải đạt từ 10 – 20 lần
+ Thời gian tiếp xúc giữa nước và không khí trong quá trình làm thoáng
Vì trong nước thô có chứa khí cacbonic và phản ứng oxy hóa khử sắt và mangan giải phóng khí cacbonic nên nước có tính ăn mòn và rỉ cao, các ống dẫn, ống khoan lỗ, vật liệu tiếp xúc cần làm bằng vật liệu chống ăn mòn và chống rỉ như nhựa, inox …
Nếu trong nước giếng khoan có tạp chất hữu cơ, khí H2S, amoni thường có rong rêu bám vào thành ống và vỏ tháp cao tải nên có thể áp dụng clo hóa từng đợt để ngăn cản sự phát triển của rêu tảo và vi khuẩn.
Sau làm thoáng là bể lắng tiếp xúc, mục đích là tạo thời gian lưu nước cần thiết ( thường từ 20 – 60 phút) để hoàn thành quá trình oxy hóa và thủy phân sắt thành bông cặn Fe(OH)3 trước khi đưa nước sang bể lọc. Điều quan trọng nhất đối với bể lắng tiếp xúc là đảm bảo hiệu quả thủy lực của bể làm cho tất cả các phần tử nước đều có thời gian lưu lại trong bể đúng với thời gian thiết kế.
Sau khi qua công đoạn oxy hóa và bể lắng hơn 98% sắt được oxy hóa và thủy phân thành bông cặn, nước có màu vàng đục được dẫn sang bình lọc. Tại bình lọc các bông cặn của sắt, mangan được giữ lại tại các lỗ rỗng của các lớp vật liệu lọc. Cặn Fe(OH)3 cũng có tác dụng xúc tác để oxy hóa và thủy phân tiếp số ít những ion sắt còn chưa oxy hóa trong công đoạn trước.
Cặn sắt và mangan dính bám vào các lớp hạt lọc tạo thành bùn nhầy nếu rửa lọc không sạch lâu dần sẽ bị đóng bánh và vón cục
