Xử lý sắt, mangan và nâng pH không dùng hóa chất

Công nghệ xử lý

Với nét đặc trưng là  nằm sâu trong lòng đất cho nên trong nước ngầm không tồn tại oxy mà có thể có các chất như sắt (Fe), mangan (Mn), amoni (NH₄^+s) , khí metan (CH₄) và hydro sunfua (H₂S). Hiểu rõ về vấn đề này cho nên công nghệ xử lý mà công ty đưa ra có bước xử lý đầu tiên đó là làm thoáng và trao đổi khí. Với mục tiêu là cung cấp khí oxy và loại bỏ khí carbon dioxit (CO₂) hiện đang tồn tại trong nguồn nước đầu vào. Tại bề mặt tiếp xúc giữa nước và không khí một luồng khí di chuyển liên tục từ không khí vào nước và ngược lại, khi bề mặt tiếp xúc có diện tích đủ rộng và thời gian trao đổi khí đủ dài thì lượng khí trong nước sẽ đạt mức tương đương với lượng khí trong không khí. Việc cung cấp oxy vào trong nước có tác dụng Oxy hóa các chất hòa tan như sắt (Fe²⁺), mangan (Mn²⁺) thành các chất không thể hòa tan và amoni (NH₄⁺) thành nitrat (nhờ vi khuẩn Nitrosomas và Nitrobacter). Ngoài ra, bằng phương pháp làm thoáng, một số khí có hại cũng được loại bỏ như Khí CO₂ và Khí metan (CH₄), Khí hydro sunfua (H₂S) cũng bị loại bỏ một phần.

Quá trình trao đổi khí là một quá trình chậm, quá trình này được đẩy nhanh nếu có bề mặt tiếp xúc rộng, thoáng, thời gian tiếp xúc dài, ranh giới bề mặt giữa nước và không khí cần làm mới nhiều hơn nữa.Nếu làm thoáng đúng như các điều kiện nêu trên thì các phản ứng sau đây sẽ xảy ra:

SO₄ + 5H₂®  H₂S (↑ gas) + 4 H₂O  

H₂CO₃® CO₂ + H₂O

CH₄ + 2O₂  CO₂ + 2H₂Os

4Fe²⁺ + O₂ + 18H₂O ® 4Fe(OH)₃↓ + 8H₃O⁺

NH₄⁺ + 2O₂ +H₂O ® NO₃^- + 2H₃O⁺

2Mn²⁺ + O₂ + 6H₂O ®  2MnO₂↓ + 4H₃O⁺

Các phản ứng trên dựa hoàn toàn vào các nguyên lý: sinh học, cơ học, hấp thụ và hoạt hoá. Nguyên lý làm việc dựa vào các cơ chế họat động đồng thời và ảnh hưởng lẫn nhau. Không có sự can thiệp của hoá chất (các chất oxi hoá như: Clo, KMnO₄…). Công nghệ này áp dụng vật liệu lọc là cát thạch anh tự nhiên, áp dụng phương pháp thoáng khí cưỡng bức và tháp oxi. Với sơ đồ công nghệ xử lý như sau:

Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý 02 bước không dùng hóa chất theo công nghệ Hà Lan

Công nghệ xử lý của dây chuyền sẽ trải qua 2 quá trình:

Xử lý bước 1: Chủ yếu là phản ứng hóa học, giải phóng các khí như H₂S, CO₂, …và chuyển phần lớn Fe²⁺thành Fe³⁺ (khử được 99% sắt tổng tùy thuộc hàm lượng Sắt trong nước thô), khử một phần NH₄⁺ và Mn²⁺, toàn bộ được giữ lại hoàn toàn tại lớp cát lọc.

Sau đó nước chảy qua tháp làm thoáng: pH được nâng lên nhờ lượng lớn khí CO₂ thoát ra do bề mặt tiếp xúc giữa nước và oxy được tăng lên tối đa.Trong tháp oxy, các bề mặt tiếp xúc được làm mới liên tục và thời gian tiếp xúc cũng được kéo dài ra.

Xử lý bước 2: Toàn bộ Fe²⁺(nếu có) còn lại chuyển thành Fe³⁺, Mn²⁺ chuyển thành Manganđioxit được giữ lại hoàn toàn tại lớp cát lọc mà chúng đi qua.

- Với việc áp dụng vào thực tiễn thì dây chuyền công nghệ xử lý Sắt, Mangan, nâng pH tại NMN Tân Kim huyện Cần Giuộc tỉnh Long An là minh chứng đầu tiên.

Nhà máy nước Tân Kim năm 2012 hoạt động với công suất 100 m³/h dùng công nghệ lọc kín xử lý một bước và nâng pH bằng đá vôi, đạt QC 02/2009 BYT. Chất lượng nước sau xử lý không còn mùi, không còn cặn Sắt, tuy nhiên nước sản xuất ra vẫn còn Mangan là chưa đạt chuẩnvà pH chỉ đạt mức 6.5. Trong điều kiện vận hành chưa xử lý hết Mangan, nhà máy luôn gặp khó khăn do Mangan bám vào thành đường ống và đồng hồ gây tắc nghẽn, mỗi năm dày 1mm trên thành ống. Việc bảo trì, vệ sinh đồng hồ, đường ống gây tốn kém nước và rất nhiều chi phí, ngoài ra còn có rất nhiều phàn nàn của khách hàng về chất lượng nước.

Bảng 1:Kiểm nghiệm chất lượng nước tại NMN Tân Kim xử lý 01 bước

Nhận xét:  Theo kết quả này thì hàm lượng Sắt tổng trong nước giếng khá cao (17.8mg/l) và Mangan (1.4 mg/l) vượt xa tiêu chuẩn QC: 02/2009/BYT. Hàm lượng Amoni (0.7 mg/l) thấp hơn tiêu chuẩn và độ pH của giếng là 6.02. Sau khi nước giếng chảy qua bồn đá vôi thì độ pH tăng lên 6.5. Độ pH này đạt được quy chuẩn 01 (6.5÷8.5) nhưng không đủ để xử lý hoàn toàn Mangan. Do đó sau khi qua bước 01 thì hàm lượng Mangantrong nướcsau xử lý còn 0.7 mg/l (>0.3 mg/l). Trong khi đó Sắt và Amoni được khử gần hết.

Đầu năm 2014, nhằm cải thiện chất lượng nướctừ QC 02/2009 BYT lên QC01/2009 BYT, nhà máy đã nâng công suất 150m³/h đưa vào hoạt động hệ thống nâng pH và xử lý Mangan, nâng từ 01 bước lên 02 bước (xem hình 2), xử lý triệt để Mangan và pH được nâng lên cao hơn mà không phải dùng đá vôi. Chất lượng nước ổn định, giảm chi phí vận hành(không bổ sung đá vôi, giảm tần suất súc rửa đường ống hàng năm, giảm vệ sinh đồng hồ khách hàng…).

Nhận xét: Các tiêu chuẩn nước giếng đều vượt xa QC: 01/2009 BYT. Nước sau xử lý bước 01 có chỉ tiêu Sắt tổng đạt 0.05mg/l (giảm 99.7%), chỉ tiêu Mangan còn 0.7 mg/l (giảm 50%), pH giảm còn 5.6, hàm lượng Amoni còn lại 0.1 mg/l (giảm 85.8%)

Sau khi qua tháp làm thoáng, chỉ tiêu pH tăng lên đạt 7.4, chỉ tiêu Sắt tổng là 0.03mg/l và Mangan là 0.67mg/l

Nước sau xử lý bước 02 không còn Sắt và Mangan, chỉ tiêu NH₄⁺ còn lại 0.09 mg/l (<3mg/l), chỉ tiêu pH đạt 7.3 nằm trong ngưỡng an toàn (6.5÷8.5)

Thêm một thực nghiệm thành công nữa là tại trạm cấp nước Bến Cầu Tây Ninh

Đưa vào vận hành từ tháng 05 năm 2015, hệ thống xử lý nước ngầm 02 bước công suất 50m³/h tại huyện Bến Cầu tỉnh Tây Ninh đã cải thiện đáng kể chất lượng nước sinh hoạt của người dân địa phương. Cụ thể với hệ thống cũ, phải Clo hóa sơ bộ nước nguồn, châm hóa chất hỗ trợ nâng pH bằng Na₂CO₃, châm Clo trước bể lắng để khử Mangan. Tuy nhiên, chất lượng nước vẫn chưa được đảm bảo lại tốn nhiều chi phí cho hóa chất và vận hành.

Với công nghệ lọc kín 02 bước không dùng hóa chất(xem hình 3), xử lý triệt để Sắt, Mangan, nâng pH tự nhiên đã khắc phục hoàn toàn những nhược điểm của hệ thống cũ, không có sự can thiệp của hóa chất, giảm chi phí vận hành mà chất lượng nước được đảm bảo, ổn định.

Nhận xét: Các tiêu chuẩn nước giếng đều vượt xa QC 01/2009 BYT. Nước sau xử lý bước 01 có chỉ tiêu sắt tổng đạt 0.1mg/l (giảm 99%), chỉ tiêu Mangan còn 0.3 mg/l (giảm 57.8%), pH giảm còn 5.0

Sau khi qua tháp làm thoáng, chỉ tiêu pH tăng lên đạt 7.67, chỉ tiêu Sắt tổng là 0.08mg/l và Mangan là 0.27mg/l

Nước sau xử lý bước 02 chỉ tiêu Sắt và Mangan còn lại hầu như rất ít, Sắt tổng là 0.06 mg/l (<0.3 mg/l), Mangan là 0.0704 mg/l (<0.3 mg/l), chỉ tiêu NH₄⁺không phát hiện, chỉ tiêu pH đạt 7.53 nằm trong ngưỡng an toàn (6.5÷8.5)

Kết luận:

Qua những công trình thực tế đang áp dụng theo mô hình 02 bước xử lý, dây chuyền xử lý đã khẳng định được ưu điểm nổi trội của mình. Dây chuyền xử lý nói trên không những không dùng hóa chất mà vẫn có thể xử lý triệt để Sắt, Mangan mà còn nâng được pH đạt theo yêu cầu. Chất lượng nước sau xử lý ổn định và đạt theo yêu cầu QC 01/2009 BYT. Việc vận hành không quá phức tạp, không đòi hỏi trình độ chuyên môn cao, chi phí quản lý vận hành thấp, tiết kiệm chi phí nguyên nhiên vật liệu trong sản xuất. Đặc biệt ít bảo trì, bảo dưỡng mà chi phí đầu tư thấp.

Trịnh Thànnh Nghiêm

Công ty CP Cấp thoát nước Tây Ninh (TAYNINH WASSCO)

Ngô Xuân Trường - Trịnh Thành Luân

Công ty CP Tư vấn - Thiết kế - Xây dựng Hoàn Mỹ Việt Nam (PERNAM)