XỬ LÝ SẮT VÀ MANGAN TRONG NƯỚC

Tiếp cận với nước uống an toàn được coi là quyền cơ bản của con người. Tuy nhiên, hơn một phần sáu dân số thế giới, chủ yếu ở các nước đang phát triển, thiếu khả năng tiếp cận nguồn nước đáng tin cậy. Khách hàng phàn nàn với các công ty cấp nước liên quan đến mùi vị, mùi, màu, bùn loãng, áp suất thấp và không cung cấp nước. Ở Anh, người ta ước tính rằng một phần ba tất cả các khiếu nại của khách hàng liên quan đến cấp nước có liên quan đến sự đổi màu nước (Cook và cộng sự 2005). Những khiếu nại này làm suy yếu niềm tin của khách hàng vào các công ty nước.

Nhiễm sắt và Mangan trong nước là các chất gây ô nhiễm thứ cấp, việc tăng nồng độ Mn trong nước uống dẫn đến giảm khả năng trí tuệ của trẻ em. Nồng độ Sắt và Mangan tăng lên là nguyên nhân chính gây biến đổi màu nước uống (Slaats, 2002). Gây ra các vết ố trên quần áo và bồn rửa, tăng chi phí xử lý, giảm công suất xử lý và tăng chi phí bơm. Nước có nồng độ Sắt và Mangan cao gây ra vị kim loại khó chịu và rau nấu trở nên tối màu và trông không hấp dẫn (Herman, 1996).

Tiêu chuẩn nước uống đối với sắt trong phạm vi là 0,3(mg/l) và tiêu chuẩn cho mangan là 0,05 mg/l. Chất lượng nước thay đổi khi di chuyển nước từ nguồn tới người tiêu dùng trong Mạng lưới phân phối nước (‘WDNs). Mặc dù các công ty nước thường đặt mục tiêu xử lý Fe và Mn sauđến khoảng 3% nồng độ chất ô nhiễm tối đacủa mỗi chất tương ứng, nồng độ Fe và Mn thấp vẫn đi vào mạng lưới phân phối và tích lũy dần trên thành ống trong WDN. Với các trường hợp sai, chẳng hạn như lưu lượng dòng chảy lớn được tạo ra từ việc vỡ đường ống nước hoặc mức tiêu thụ nước trong một ngày tăng, các hạt cặn tích lũy này có thể dẫn đến biến màu nước và ảnh hưởng đến chất lượng nước của khách hàng.

Để bắt đầu quá trình oxy hóa Sắt (và Mangan) DMI-65 hoạt động có sự hiện diện của clo hay chất oxy hóa khác. Trong quá trình này chất oxy hóa loại bỏ điện tích và được tiêu thụ. Đảm bảo clo dư tự do từ 0.1 – 0.3 ppm trong nước cấp. Clo được bổ sung từ NaOCl hay thuốc tẩy, là chất oxy hóa được ưa thích vì nó rẻ tiền, có sẵn trên toàn thế giới và nó hiệu quả. Nó cũng thực hiện phần lớn trong quá trình khử trùng.

Dưới đây là ví dụ điển hình hiệu quả loại bỏ sắt, mangan từ DMI-65: 

Nhà máy điện Southport, Bắc Carolina, đã khoan ba giếng. Chất lượng nước giếng đòi hỏi phải bổ sung hai cụm thẩm thấu ngược 300 gpm (RO) làm tiền xử lý cho quá trình khử khoáng trao đổi ion. Hệ thống sử dụng nước giếng, tuy nhiên không có các biện pháp xử lý sắt trong nước. Sắt chứa trong nguồn nước giếng dẫn đến sự tắc nghẽn cho các thiết bị tinh lọc và màng RO.

Vận hành RO sớm trong năm 2004 ghi nhận thấp hơn lưu lượng nước giếng dự kiến. Do đó, hai dàn với lưu lượng thành phẩm giảm từ 300 gpm xuống 250 gpm. Việc vận hành RO thường được thực hiện chỉ với một đơn nguyên để giảm tỷ lệ ô nhiễm sắt và tăng khoảng thời gian làm sạch màng. Việc làm sạch hóa học cho mỗi thiết bị RO được thực hiện mỗi tháng một lần để khôi phục thiết bị trở lại đường chuẩn.

Tuy nhiên, ngay cả với việc bổ sung các thiết bị tiền xử lý, người ta thấy rằng các giá trị SDI không thể duy trì được ở mức dưới 3 và hàm lượng sắt dưới 0,1 ppm. Kinh nghiệm thực tế cũng cho thấy rằng việc kiểm soát bộ lọc phụ trợ không đúng cách có thể đang và đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn nghiêm trọng cho màng RO, (hình tham khảo 1) và các bộ lọc tinh. Sự tắc nghẽn màng liên quan đến chất trợ lọc và sắt cho thấy rất khó loại bỏ khỏi màng bằng cách sử dụng phương pháp làm sạch tại chỗ (CIP).

Dưới đây mô tả những nỗ lực để giải quyết vấn đề ô nhiễm sắt với thử nghiệm thực tế của Quantum DMI-65 *, vật liệu lọc đã được sử dụng thành công trong hơn 20 năm. Sau khi xác nhận hiệu suất của DMI-65 với thử nghiệm hiện trường, vật liệu lọc MM đã được loại bỏ khỏi năm bộ lọc đa tầng và thay thế bằng DMI-65 vào tháng 12 năm 2006. DMI-65 được thiết kế để loại bỏ sắt, mangan và asen khỏi nguồn nước cấp khi hoạt động trong sự hiện diện của clo. Kinh nghiệm cho đến nay đã không tìm thấy sự cố nào trong hệ thống lọc RO và các bộ lọc tinh không còn bị tắc nghẽn nhanh chóng như trước đây nữa. 

Vật liệu lọc Quantum đã được thử nghiệm trong các ứng dụng để giảm hàm lượng sắt trên 50 ppm xuống dưới 0,05 ppm. Dựa trên kinh nghiệm của Quantum, DMI-65 dự kiến sẽ có tuổi thọ ~ 8 năm với mức độ hao hụt hàng năm thay đổi từ 1-5%. 

Quantum DMI-65 là vật liệu lọc bao gồm các hạt cát đã được truyền vào các sản phẩm độc quyền. Điều này có nghĩa là các thành phần hoạt động không tạo thành một lớp phủ mà trở thành đồng nhất trong các hạt cát. Phản ứng oxy hóa làm cho sắt hòa tan, mangan và asen tạo thành kết tủa rắn và bị giữ lại bởi DMI-65, sau đó được xả bỏ trong chu trình rửa ngược.

Kiểm tra thực địa:

Thử nghiệm xác định vật liệu lọc đã loại bỏ sắt xuống dưới 0,05 ppm và sau khi rửa ngược tiếp tục loại bỏ sắt xuống dưới 0,05 ppm. Dựa trên thử nghiệm, khuyến nghị đã được đưa ra để thay thế vật liệu trong năm bộ lọc hiện có bằng vật liệu DMI-65.

Thiết lập thử nghiệm hiện trường (hình tham khảo 3):

• Một chai trao đổi ion nhỏ đã được sử dụng. Đường kính 7 inch, cao 44 inch, như trong hình 3.

• Sử dụng thùng 5 gallon chứa đầy DMI-65, liều lượng tiền xử lý ~ 100 ppm clo đã được thêm vào và ngâm trong vài giờ. Ngâm clo kích hoạt vật liệu cho quá trình lọc như một chất xúc tác để thúc đẩy quá trình sắt bị oxy hóa.

• Sau khi ngâm, vật liệu được chuyển vào bình trao đổi để với độ sâu của lớp vật liệu ~ 24 inch.

• Bộ lọc thử nghiệm được lắp đặt để có lưu lượng lọc tương đương 5 gpm trên mỗi foot vuông.

Dựa trên diện tích bề mặt trao đổi là 0,267 foot vuông, tốc độ lọc trung bình ở mức 1,34 gpm và tốc độ dòng chảy ngược ở 3,3 gpm đã được sử dụng.

• Sau khi lắp đặt, bộ lọc thử nghiệm được rửa ngược trong 10 phút để loại bỏ các hạt mịn và quá trình này kết thúc sau khi vật liệu đã được làm sạch.

• Thử nghiệm sắt được thực hiện bằng Phương pháp Hach 8008

Quá trình lắp đặt vật liệu lọc

Vật liệu lọc DMI-65 đã hoạt động tốt trong việc loại bỏ sắt có trong nước giếng. Ngoài việc loại bỏ sắt, SDI hạ thấp đã giải quyết vấn đề tắc nghẽn của bộ lọc tinh và màng RO mà trước đây là một vấn đề khó do việc lọc hóa chất qua bộ lọc MM. Việc kết hợp với sử dụng bộ lọc có chứa DMI-65 giúp các lõi lọc tinh tắc nghẽn ở tốc độ chậm hơn từ 1-7 ngày một lần thành hơn một lần mỗi hai tháng. Không thể làm sạch màng RO bằng các phương pháp tại chỗ, đồng thời làm giảm hiệu suất. Dựa trên hoạt động của RO kể từ khi lắp đặt vật liệu lọc DMI-65, mức sắt sau lọc nhỏ hơn 0,05 ppm mà không sự gia tăng áp lực chênh lệch giữa các bộ lọc tinh và các cụm RO. Mỗi cụm RO hiện đang trong quá trình khôi phục lại hiệu suất ban đầu.

Hình 1

Vật liệu DMI-65 ở hình số 2, là một sản phẩm được thiết kế và sử dụng tại Úc hơn 20 năm qua trong các ứng dụng để loại bỏ sắt, mangan và asen trong nước.

* DMI-65 là tên thương mại đã đăng ký của Quantum Filterration Medium Pty Ltd.

Hình 1 Các phần tử RO với sự bám bẩn trên bề mặt màng và trên đầu vào của nước cấp và ra ngoài cho phép các phần của tất cả các phần tử.

vat lieu loc quantum dmi-65

Hình 2:  Vật liệu lọc Quantum DMI-65.

bo loc thu nghiem

Hình 3: Bộ lọc thử nghiệm

bo loc dmi-65 da lap dat

Hình 4: Bộ lọc DMI-65 đã lắp đặt