Phèn sắt trong nước giếng khoan và cách xử lý

Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt nước mưa…nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay hàng trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được ưa thích.

Trong nước ngầm, sắt phản ứng với một số thành phần khác tạo thành hiện tượng nước bị phèn sắt, có màu nâu đậm, do đó, các vật liệu tiếp xúc với nước giếng nhiễm sắt thường bị ố vàng nâu. Nước ngầm từ các vùng đất trũng thường chứa nhiều sắt.

Trước hết ta nên tìm hiểu phèn là gì ?

Là những muối kép có cấu tạo tinh thể đồng hình (đa phần có 8 mặt) tạo nên bởi các anion sunfat SO4-2 (cũng có thể là anion selenat SeO4-2; anion phức SeF4-2 hoặc ZnCl4-2) và cation của hai kim loại có hoá trị khác nhau.

Phèn sắt

Là một muối kép của sắt (III) sunfat với muối sunfat của kim loại kiềm hay amoni, ví dụ. kali sắt sunfat [K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O hay KFe(SO4)2.12H2O]. Ở dạng tinh khiết, Phèn sắt là tinh thể không màu, nhưng thường có màu tím vì có vết mangan; tan trong nước. Phèn sắt được điều chế bằng cách kết tinh hỗn hợp sắt (III) sunfat với muối sunfat của các kim loại kiềm hoặc amoni. Phèn sắt thường được dùng làm thuốc thử trong các phòng thí nghiệm.

Đặc điểm của nước bị nhiễm phèn sắt :

Nước nếm có vị chua chua.

Nước giặt quần áo bị ố vàng.

Nước bị nhiễm phèn nặng, ngửi thấy mùi tanh tanh…

Các phương pháp xử lý nước giếng khoan bị nhiễm phèn sắt đơn giản:

Dùng tro bếp :

Phương pháp xử lý nước giếng khoan này đơn giản, nguyên vật liệu dễ tìm, có thể tận dụng tro bếp là rác thải sinh hoạt, thân thiện với môi trường. Cách làm này có thể áp dụng quy mô hộ gia đình, nhất là những vùng người dân đang phải sử dụng nước giếng khoan.

Sau đó, tro bếp được cho vào mẫu nước với liều lượng từ 5 đến 10g/l rồi để lắng trong vòng 15 phút. Các phản ứng hóa học xảy ra và hợp chất sắt không tan sẽ bị loại bỏ qua quá trình lọc.

Dùng hệ thống bể nước :

Bể được xây bằng gạch và xi măng, với 3 ngăn – lắng, lọc và chứa, mỗi ngăn 0,35 – 0,49 m3, trong đó ngăn lắng có thể tích lớn nhất, ngăn lọc nhỏ nhất.

Ngăn lắng được lắp đặt giàn phun mưa gồm một số đoạn ống có đục lỗ hoặc vòi hoa sen bằng nhựa có trên thị trường. Ngăn lọc có lớp sỏi đỡ (cỡ 5 – 10 cm) dày 10 cm, trên đó là lớp cát lọc (0,4 – 0,85 mm) dày 40 cm; và trên cùng là lớp cát mịn (0,15 – 0,3 mm) dày 20 cm. (Có thể đổ thêm một lớp than trên lớp sỏi, để khử mùi của nước). Ngăn này có lắp ống nhựa từ đáy lên, sao cho đầu ra nằm cao hơn lớp cát trên cùng một chút, để khi nước chảy qua ngăn thành phẩm đến cạn kiệt, không làm phơi mặt cát. Ngăn thành phẩm có nắp đậy.

Khi bơm từ giếng lên, nước chảy qua vòi sen, xuống bể lắng. Nhờ tiếp xúc với không khí, thành phần sắt trong nước bị oxy hóa. Nước được lắng cặn một phần, đến ngăn lọc, nước được lọc sạch cặn lơ lửng, trở nên trong, theo ống dẫn đến ngăn chứa nước thành phẩm.

Hệ thống này lọc được 4 – 5 m3 nước/ngày. Chi phí xây dựng cả hệ thống khoảng 3 triệu đồng. Nếu làm theo kiểu tiết kiệm thì chi phí thấp hơn.

Khử sắt bằng vôi :

Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên. Ở điều kiện giàu ion OH-, các ion Fe2+ thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 và lắng xuống một phần, thế ôxy hoá khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống, do đó sắt(II) dễ dàng chuyển hoá thành sắt (III). Sắt (III) hyđroxyt kết tụ thành bông cặn, lắng trong bể lắng và có thể dễ dàng tách ra khỏi nước.

Phương pháp này có thể áp dụng cho các nhà máy nước với cả nước bề mặt và nước ngầm. Nhược điểm của phương pháp này là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp,

Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng

Thực chất của phương pháp khử sắt bằng làm thoáng là làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)3 rồi dùng bể lọc để giữ lại.

Các phương pháp khử sắt bằng phương pháp hóa chất

1. Khử sắt bằng các chất oxy hóa mạnh

Các chất oxy hóa mạnh thường sử dụng để khử sắt là: Cl2, KMnO4, O3…Phản ứng diễn ra như sau

2Fe2+ + Cl2 + 6H2O → 2Fe(OH)3  ↓ + 2Cl- + 6H+

3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O → 3Fe(OH)3  ↓ + MnO2 + K+ + 5H+

Trong phản ứng, để oxy hóa 1 mg Fe2+ cần 0.64mg Cl2 hoặc 0.94mg KMnO4 và đồng thời độ kiềm của nước giảm đi 0.018meq/l

1. 2.      Khử sắt bằng vôi

Phương pháp khử sắt bằng vôi thường không đứng đôc lập, mà kết hợp với các quá trình làm ổn định nước hoặc làm mềm nước. Phản ứng xảy ra theo 2 trường hợp

♦ Có oxy hòa tan

4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 → 4Fe(OH)3 ↓ + 4Ca(HCO3)2

Sắt (III)hydroxyt được tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn toàn trong bể lọc.

♦ Không có oxy hòa tan

Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → Fe CO3 + CaCO3 + 2H2O

Sắt được khử đi dưới dạng FeCO3 chứ không phải hydroxyt sắt

* Ngoài những phương pháp khử săt ở trên thì ngày nay thì với sự phát triển của khoa học kỹ thuật tiên tiến một số nước trên thế giới phát triển công nghệ lọc nước bằng các lõi lọc nano hay bằng quá trình thẩm thấu của máy lọc nước RO có thể khử được hoàn toàn sắt và các loại chất độc như Asen hay amoni…