TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG & MƠI TRƢỜNG
-------------------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG VÀ THỬ NGHIỆM
XÂY DỰNG THIẾT BỊ XỬ LÝ NƢỚC NGẦM TẠI XÃ VĂN KHÚC,
HUYỆN CẨM KHÊ, TỈNH PHÚ THỌ

NGÀNH

: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

MÃ NGÀNH : 306

Giáo viên hướng dẫn

: Th.S Bùi Văn Năng

Sinh viên thực hiện

: Hoàng Thị Thu Dung

Mã sinh viên

: 1154051829

Lớp

: 56B - KHMT

Khóa học

: 2011 - 2015

Hà Nội, 2015
1


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, tơi đã nhận đƣợc nhiều sự giúp
đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Bùi Văn Năng, ngƣời đã
định hƣớng, chỉ bảo, giúp đỡ tận tình cho tơi trong suốt q trình làm khóa
luận.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn ban giám đốc, các cán bộ nhân viên của
Trung tâm thí nghiệm thực hành - Khoa QLTNR&MT, cùng toàn thể các thầy
cô giáo trong khoa QLTNR&MT, Trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã tạo điều
kiện cho tơi hồn thành khóa luận
Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo
điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên tơi trong suốt q trình học tập và
hồn thành khố luận tốt nghiệp.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Hoàng Thị Thu Dung

2



MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................... 2
1.1. Tổng quan về nƣớc ngầm ........................................................................... 2
1.1.1. Nguồn nƣớc ngầm ................................................................................... 2
1.1.2. Thành phần đặc trƣng chính của nƣớc ngầm .......................................... 5
1.2. Sự ảnh hƣởng của một số thành phần trong nƣớc ngầm tới sinh hoạt và
sức khỏe con ngƣời .......................................................................................... 6
1.3. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc ngầm ........................................ 7
1.3.1. Các chỉ tiêu vật lý:................................................................................... 8
1.3.2. Các chỉ tiêu hóa học: ............................................................................... 9
1.3.3. Các chỉ tiêu vi sinh ................................................................................ 11
1.4. Một số phƣơng pháp xử lí sắt, nitrat trong nƣớc ngầm ........................... 12
1.4.1. Phƣơng pháp xử lý sắt ........................................................................... 12
1.4.2. Các phƣơng pháp xử lý nitrat ................................................................ 16
1.5. Nguyên nhân gây ô nhiễm và hiện trạng ô nhiễm nƣớc ngầm ở Việt Nam
......................................................................................................................... 17
1.5.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm .................................................................... 17
1.5.2. Hiện trạng ô nhiễm nƣớc ngầm ............................................................. 20
CHƢƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 22
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 22
2.1.1. Mục tiêu chung ...................................................................................... 22

3


2.1.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................... 22
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................... 22
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 22
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 22
2.4.1. Phƣơng pháp thu thập và kế thừa tài liệu .............................................. 22
2.4.3. Phƣơng pháp thiết kế, lắp đặt thiết bị xử lý nƣớc ngầm ....................... 27
2.4.4. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý của thiết bị .... 28
2.4.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu nội nghiệp .................................................. 28
2.4.6. Phƣơng pháp so sánh, đánh giá ............................................................. 28
CHƢƠNG 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ, XÃ HỘI CỦA VÙNG ... 29
3.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 29
3.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 29
3.1.2. Địa hình và đất đai ................................................................................ 29
3.1.3. Khí hậu .................................................................................................. 29
3.1.4. Thủy văn................................................................................................ 30
3.2. Điều kiện kinh tế, xã hội .......................................................................... 30
3.2.1. Dân số và lao động ................................................................................ 30
3.2.2. Cơ sở hạ tầng ......................................................................................... 31
CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................... 34
4.1. Thực trạng nƣớc ngầm tại xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ ..... 34
4.2. Kết quả tính tốn các thơng số và lắp đặt thiết bị xử lý nƣớc ngầm quy
mơ phịng thí nghiệm ...................................................................................... 40
4.3. Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc ngầm của thiết bị ..................................... 41
4.4. Đề xuất mơ hình xử lý nƣớc ngầm quy mơ hộ gia đình cho địa bàn xã
Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ ..................................................... 45
4.4.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc ngầm quy mơ hộ gia đình ....................... 45
4.4.2. Mơ hình bể lọc ...................................................................................... 46

4.4.3. Quá trình thu gom nƣớc ........................................................................ 47
4.4.4. Quá trình rửa lọc ................................................................................... 47
4


4.4.5. Tính tốn chi phí xây dựng bể lọc......................................................... 47
CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ............................ 49
5.1. Kết luận .................................................................................................... 49
5.2. Tồn tại ...................................................................................................... 50
5.3. Khuyến nghị ............................................................................................. 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Vị trí các điểm lấy mẫu .................................................................. 23
Bảng 3.1: Số liệu khí hậu trung bình các năm 2006 – 2011 ........................... 30
Bảng 4.1: Kết quả khảo sát một số thông số nƣớc ngầm tại điểm nghiên cứu
......................................................................................................................... 35
Bảng 4.2: Giới hạn một số thông số trong quy chuẩn Việt Nam .................... 36
Bảng 4.3: Kết quả phân tích nƣớc đã qua bể lọc (nƣớc sau xử lý) ................. 42
Bảng 4.4: Chi phí xây dựng bể........................................................................ 48
Bảng 4.5: Chi phí mua vật liệu lọc.................................................................. 48

6


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Các nguồn gây ơ nhiễm nƣớc ngầm ............................................... 20
Hình 2.1: Đƣờng chuẩn của sắt ....................................................................... 24
Hình 2.2: Đƣờng chuẩn của nitrat ................................................................... 26
Hình 2.3: Máy so màu quang điện, máy đo độ đục, máy đo TDS .................. 27
Hình 2.4: Thiết bị xử lý nƣớc ngầm quy mơ phịng thí nghiệm ..................... 27
Hình 4.1: Biểu đồ thể hiện nồng độ sắt trong nƣớc khu vực nghiên cứu so với
quy chuẩn Việt Nam........................................................................................ 36
Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện nồng độ nitrat trong nƣớc khu vực nghiên cứu so
với quy chuẩn Việt Nam ................................................................................. 37
Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện độ đục trong nƣớc khu vực nghiên cứu so .......... 37
Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng chất rắn tổng số trong nƣớc khu vực
nghiên cứu so với quy chuẩn Việt Nam .......................................................... 38
Hình 4.5: Hình ảnh phân tích sắt trong mẫu nƣớc ngầm ................................ 38
Hình 4.6: Các mẫu có nồng độ nitrat cao ........................................................ 39
Hình 4.7: Thiết bị xử lý nƣớc ngầm quy mơ phịng thí nghiệm ..................... 40
Hình 4.8: Các lớp vật liệu lọc và máy bơm nƣớc ........................................... 41
Hình 4.9: Nồng độ sắt của nƣớc sau xử lý so với quy chuẩn ......................... 43
Hình 4.10: Nồng độ nitrat của nƣớc sau xử lý so với quy chuẩn ................... 43
Hình 4.11: Hàm lƣợng chất rắn tổng số của nƣớc sau xử lý so với quy chuẩn
......................................................................................................................... 44
Hình 4.12: Độ đục của nƣớc sau xử lý so với quy chuẩn ............................... 44
Hình 4.13: Sơ đồ cơng nghệ ............................................................................ 45
Hình 4.14: Mơ hình bể lọc nƣớc ..................................................................... 46

7


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BTNMT : Bộ tài nguyên môi trƣờng
BYT


: Bộ y tế

DS

: (Dissolved solid) Tổng chất rắn hòa tan

QCCP

: Quy chuẩn cho phép

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

SS

: (Suspended Solid ) Chất rắn lơ lửng

TN&MT : Tài nguyên và môi trƣờng
TS

: (Total Solid) Chất rắn tổng số

TVS

: (Volatile Solid) Chất rắn bay hơi

UBND


: Ủy ban nhân dân

8


TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA: QLTNR & MT
TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên đề tài nghiên cứu
“Nghiên cứu đánh giá thực trạng và thử nghiệm xây dựng thiết bị xử lý
nước ngầm tại xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ".
2. Sinh viên thực hiện: HOÀNG THỊ THU DUNG
Mã sinh viên: 1154051829
Lớp: 56B - KHMT
3. Giáo viên hƣớng dẫn: Th.S BÙI VĂN NĂNG
4. Nội dung đề tài nghiên cứu:
4.1. Mục tiêu nghiên cứu:
4.1.1. Mục tiêu chung
Góp phần nâng cao chất lƣợng nƣớc sinh hoạt cho ngƣời dân tại xã Văn
Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ.
4.1.2. Mục tiêu cụ thể
- Thiết kế xây dựng đƣợc thiết bị xử lý nƣớc ngầm quy mơ phịng thí
nghiệm để xử lý nƣớc ngầm tại xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ;
- Đánh giá đƣợc hiệu quả xử nƣớc ngầm (lấy tại xã Văn Khúc của thiết
bị), từ đó đề xuất thiết bị quy mơ hộ gia đình cho địa phƣơng.
4.2. Đối tƣợng nghiên cứu:
Mẫu nƣớc nghiên cứu đƣợc lấy tại một số giếng khoan thuộc xã Văn
Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ.
4.3. Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu, đánh giá chất lƣợng nƣớc ngầm tại xã Văn Khúc, huyện

Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ;
- Tính tốn thiết kế và lắp đặt thiết bị xử lý nƣớc ngầm quy mô phịng thí
nghiệm;
- Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc ngầm của thiết bị;
9


- Đề xuất xây dựng thiết bị xử lý nƣớc ngầm quy mơ hộ gia đình cho khu
vực nghiên cứu.
4.4. Phƣơng pháp nghiên cứu

 Phƣơng pháp thu thập và kế thừa tài liệu
 Phƣơng pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân tích các chỉ tiêu trong
nƣớc ngầm

 Phƣơng pháp thiết kế, lắp đặt thiết bị xử lý nƣớc ngầm
 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý của thiết bị
 Phƣơng pháp xử lý số liệu nội nghiệp
 Phƣơng pháp so sánh, đánh giá.
4.5. Các kết quả đạt đƣợc.
1. Qua quá trình nghiên cứu xử lý nƣớc ngầm dùng cho sinh hoạt tại xã
Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ thu đƣợc các số liệu của các thông
số nghiên cứu về hàm lƣợng sắt, hàm lƣợng nitrat, hàm lƣợng chất rắn tổng số
và độ đục. Kết quả cho thấy tất cả các thông số sắt, nitrat, độ đục và hàm
lƣợng chất rắn tổng số trong nƣớc đầu vào đều vƣợt QCCP nƣớc ngầm dùng
trong sinh hoạt
2. Đề tài đã thiết kế, xây dựng thiết bị (bể) xử lý nƣớc ngầm quy mơ
phịng thí nghiệm với kích thƣớc 10×20×120 cm với các lớp vật liệu lọc: lớp
cát sạch 30 cm, hạt nhựa trao đổi ion 20 cm, than hoạt tính 15 cm, lớp cát lớn
10 cm, lớp sỏi 20 cm.

3. Sử dụng thiết bị trên để xử lý 4 mẫu nƣớc ngầm lấy tại 4 hộ gia đình,
kết quả cho thấy tất cả các mẫu sau xử lý đều đạt QCCP.
4. Đề tài đã đề xuất đƣợc phƣơng án thiết kế bể lọc nƣớc ngầm cho ngƣời
dân tại địa điểm nghiên cứu.
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2015
Sinh viên

Hoàng Thị Thu Dung
10


ĐẶT VẤN ĐỀ
“Ở đâu có nước, ở đó có sự sống”. Nhƣng thực tế hiện nay, nguồn nƣớc
đang bị ô nhiễm nghiêm trọng do việc xả thải bừa bãi, khai thác quá mức
nguồn nƣớc của con ngƣời. Hậu quả là nguồn nƣớc mặt và nguồn nƣớc ngầm
bị ô nhiễm nặng nề. Môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm bởi nhiều nguyên nhân khác
nhau, một trong các nguyên nhân gây ô nhiễm đó là kim loại nặng. Trừ một
số kim loại nặng ở dạng vi lƣợng cần thiết cho sự sống, còn phần lớn thì
chúng là tác nhân gây độc cho cơ thể.
Ở Việt Nam cũng nhƣ trên thế giới, phổ biến hiện nay ở các vùng nông
thôn thƣờng dùng nƣớc trong sinh hoạt và sản xuất là nguồn nƣớc ngầm khai
thác từ các nƣớc giếng khoan, hay qua các giếng khơi.
Tuy nhiên trở ngại cho việc dùng nƣớc giếng thƣờng bị nhiễm các hợp
chất của kim loại nặng ở dạng hòa tan nhƣ Fe(OH)2, Fe(HCO3)2,
Mn(HCO3)2… gây mất mĩ quan, tắc đƣờng ống dẫn, làm bẩn các thiết bị và
ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời.
Mặc dù đã có nhiều cơng trình nghiên cứu, chế tạo thiết bị xử lý nƣớc
ngầm nhƣng vì nhiều lý do nhƣ kinh phí, thiết bị phức tạp, thay thế thiết bị
khó khăn nên những thiết bị này không đƣợc phổ biến đối với đa phần các hộ
gia đình dùng nƣớc giếng. Với mục đích nghiên cứu phƣơng pháp xử lý với

chi phí thấp, phù hợp với điều kiện kinh tế, đạt hiệu quả cao, tiện dụng cho
ngƣời dân, nên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu đánh giá thực
trạng và thử nghiệm xây dựng thiết bị xử lý nước ngầm tại xã Văn Khúc,
huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ".

1


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về nƣớc ngầm [1], [2]
1.1.1. Nguồn nước ngầm
Nƣớc ngầm là nƣớc ở thể lỏng chứa đầy trong các lỗ hổng của đất và
nham thạch tạo nên lớp vỏ Trái đất. Nguồn nƣớc ngầm hình thành nằm trong
vịng tuần hồn của nƣớc. Đây là lƣợng nƣớc ta khơng thể nhìn thấy đƣợc.
Trong vịng tuần hồn, q trình mƣa đƣa nƣớc trở lại mặt đất thì một phần
lƣợng mƣa rơi trên mặt đất và thấm vào trong đất trở thành nƣớc ngầm.
Lƣợng nƣớc này do không thể ngấm qua tầng đá mẹ nên nƣớc sẽ tập trung ở
bề mặt lớp đá này. Tùy từng kiến tạo địa chất mà tập trung hình thành các
dạng khác nhau trong các túi, khoang trống trong đất. Sau khi đầy các
khoang, nƣớc sẽ bắt đầu di chuyển và liên kết các khoang, các túi với nhau,
dần dần hình thành mạch nƣớc ngầm lớn, nhỏ. Các mạch nƣớc này sẽ hƣớng
dần ra các vùng sông, suối cung cấp một phần nƣớc cho chúng. Tuy nhiên
việc hình thành nƣớc ngầm còn phụ thuộc vào lƣợng nƣớc ngấm xuống,
lƣợng mƣa của vùng đó, khả năng trữ nƣớc của đất.
Khi nghiên cứu nƣớc ngầm thì thành phần hóa học của nƣớc ngầm là
không thể bỏ qua. Một số nghiên cứu về đặc điểm chung của q trình hình
thành thành phần hóa học của nƣớc ngầm:
 Đặc điểm thứ nhất:
Nƣớc ngầm tiếp xúc trực tiếp hoàn toàn với đất và nham thạch. Nƣớc

ngầm có thể là các màng mỏng bao phủ các phần tử nhỏ bé giữa các hạt đất,
nham thạch, là chất lỏng đƣợc chứa đầy trong các ống mao dẫn nhỏ bé giữa
các hạt đất, đá, nƣớc ngầm có thể tạo ra các tia nƣớc nhỏ trong các tầng thấm
nƣớc, thậm chí nó có thể tạo ra khối nƣớc ngầm rất dày trong các tầng đất đá,
nham thạch.
Thời gian tiếp xúc của nƣớc ngầm với đất và nham thạch lại rất dài nên
tạo điều kiện cho các chất trong đất và nham thạch tan trong nƣớc ngầm. Nhƣ
2


vậy thành phần hóa học của nƣớc ngầm chủ yếu phụ thuộc vào thành phần
hóa học của các tầng đất, nham thạch chứa nó.
 Đặc điểm thứ hai:
Các loại đất, nham thạch của vỏ trái đất chia thành các tầng lớp khác
nhau. Mỗi tầng lớp đó có thành phần hóa học khác nhau. Giữa các tầng, lớp
đất, nham thạch thƣờng có các lớp khơng thấm nƣớc. Vì vậy nƣớc ngầm cũng
đƣợc chia thành các tầng, lớp khác nhau và thành phần hóa học của các tầng
lớp đó cũng khác nhau.
 Đặc điểm thứ ba:
Ảnh hƣởng của khí hậu đối với nƣớc ngầm không đồng đều.
Nƣớc ngầm ở tầng trên cùng, sát mặt đất chịu ảnh hƣởng của khí hậu.
Các khí hòa tan trong tầng nƣớc ngầm này do nƣớc mƣa, nƣớc sơng, nƣớc
hồ… mang đến. Thành phần hóa học của nƣớc ngầm của tầng này chịu ảnh
hƣởng nhiều của khí hậu.
Trái lại, nƣớc ngầm ở tầng sâu lại ít hoặc khơng chịu ảnh hƣởng của khí
hậu. Thành phần hóa học của nƣớc ngầm thuộc tầng này chịu ảnh hƣởng trực
tiếp của thành phần hóa học tầng nham thạch chứa nó.
Căn cứ theo độ sâu của tầng nƣớc ngầm mà ngƣời ta chia ra làm 3 tầng
nƣớc ngầm:
- Nước tầng trên: Tầng nƣớc này nằm trên mặt gốc xâm thực và do nƣớc

mặt thấm từ trên xuống. Nƣớc trong tầng này giao lƣu mạnh. Thành phần hóa
học chịu ảnh hƣởng của nguồn nƣớc mặt, của thành phần hóa học của tầng đất
chứa nó và của khí hậu.
- Nước tầng giữa: Nƣớc ở tầng này chậm giao lƣu, ít chịu ảnh hƣởng của
khí hậu.
- Nước tầng dưới: Nƣớc ở tầng này khơng chịu ảnh hƣởng của nƣớc mặt
đất nên không chịu ảnh hƣởng của khí hậu.
 Đặc điểm thứ tƣ:
Thành phần của nƣớc ngầm không những chịu ảnh hƣởng về thành phần
3


hóa học của tầng nham thạch chứa nó mà cịn phụ thuộc vào tính chất vật lý
của các tầng nham thạch đó.
Ở các tầng sâu khác nhau, nham thạch có nhiệt độ và áp suất khác nhau
nên nƣớc chứa trong các tầng nham thạch đó cũng có nhiệt độ và áp suất khác
nhau.
Vì vậy nƣớc ngầm ở các tầng rất sâu có thể có áp suất hàng ngày và
nhiệt độ có thể lớn hơn 373oK.
 Đặc điểm thứ năm:
Nƣớc ngầm ít chịu ảnh hƣởng của sinh vật nhƣng chịu ảnh hƣởng nhiều
của vi sinh vật.
Ở các tầng sâu đó khơng có oxy và ánh sáng nên vi sinh vật yếm khí hoạt
động mạnh, chi phối nhiều đến thành phần hóa học của nƣớc ngầm. Vì vậy
thành phần hóa học của nƣớc ngầm chứa nhiều chất có nguồn gốc vi sinh vật.
Tất cả 5 đặc điểm trên đã góp phần quyết định tính chất và thành phần
của nƣớc ngầm. Qua đó chúng ta thấy những đặc điểm cơ bản của thành phần
hóa học của nƣớc ngầm là:
- Thành phần hóa học của nƣớc ngầm rất phức tạp. Nó chịu ảnh hƣởng
của cả tính chất vật lý lẫn các thành phần hóa học của tầng đất, nham thạch

chứa nó. Trong nƣớc ngầm chứa tất cả các nguyên tố cấu tạo nên lớp vỏ trái
đất, nhƣng hàm lƣợng của các nguyên tố đó trong các tầng nƣớc ngầm khác
nhau là khác nhau;
- Độ khống hóa của các loại nƣớc ngầm cũng rất khác nhau.
- Động thái thủy hóa của các lớp nƣớc ngầm ở tầng sâu chƣa đƣợc
nghiên cứu nhiều. Thành phần hóa học của chúng thay đổi rất chậm, thƣờng
phải dựa theo niên đại của địa chất để dự đoán.
Nƣớc ngầm chỉ chiếm 30,1% trong 0,9% lƣợng nƣớc trên Trái đất nhƣng
nó lại đóng vai trị rất quan trọng trong cuộc sống của động thực vật và con
ngƣời trên Trái đất. Theo tự nhiên nƣớc ngầm sẽ tạo thành các dòng chảy ra
sông, hồ và chảy ra biển, tuy nhiên con ngƣời hiện nay đã thực hiện lấy nƣớc
4


ngầm theo cách nhân tạo theo hình thức đào giếng khơi, giếng khoan và ống
khoan của các nhà máy nƣớc.
Đối với các hộ gia đình Việt Nam hiện nay việc lấy nƣớc ngầm thông qua
đào giếng khơi và giếng khoan là phổ biến nhất. Nguồn nƣớc giếng này rất quan
trọng trong việc cung cấp nƣớc sinh hoạt hàng ngày cho ngƣời dân.
1.1.2. Thành phần đặc trưng chính của nước ngầm [4]
Thành phần đặc trƣng của nƣớc ngầm phụ thuộc vào thành phần hóa học
của các tầng đất, nham thạch chứa nó, thành phần hóa học của nguồn nƣớc
mặt, khí hậu, thời tiết. Các loại đất, nham thạch của vỏ Trái đất chia thành các
tầng lớp khác nhau và có thành phần hóa học khác nhau. Tuy nhiên tất cả đều
có những thành phần đặc trƣng sau:


Độ cứng của nƣớc

Là đại lƣợng biểu thị cho hàm lƣợng các muối của canxi và magie có

trong nƣớc. Có thể phân biệt thành 3 loại độ cứng: độ cứng tạm thời, độ cứng
vĩnh cửu và độ cứng toàn phần. Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lƣợng các
muối cacbonat và bicacbonat của canxi và magie có trong nƣớc. Độ cứng vĩnh
cửu biểu thị tổng hàm lƣợng các muối còn lại của canxi và magie có trong
nƣớc. Độ cứng tồn phần là tổng của hai loại độ cứng trên.


Độ pH của nƣớc

Đƣợc đặc trƣng bởi nồng độ ion H+ trong nƣớc (pH = -lg[H+]). Tính chất của
nƣớc đƣợc xác định theo các giá trị khác nhau của pH. Khi pH = 7 nƣớc có tính
trung tính, pH < 7 nƣớc mang tính axit và khi pH > 7 nƣớc có tính kiềm.


Hàm lƣợng Fe

Sắt tồn tại trong nƣớc dƣới dạng sắt (II) hoặc sắt (III). Trong nƣớc ngầm
sắt thƣờng tồn tại dƣới dạng sắt (II) hịa tan của các muối bicacbonat, sunfat,
clorua, đơi khi dƣới dạng keo của axit humic hoặc keo silic. Khi tiếp xúc với
oxi hoặc các chất oxi hóa, sắt (II) bị oxy hóa thành sắt (III) và kết tủa thành
bơng cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ. Nƣớc ngầm thƣờng có hàm lƣợng sắt cao,
đơi khi lên tới 30mg/l hoặc có thể còn cao hơn nữa.
5




Độ kiềm của nƣớc

Có thể phân biệt thành độ kiềm toàn phần và riêng phần. Độ kiềm toàn

phần bao gồm tổng hàm lƣợng các ion bicacbonat, hydroxit và anion của các
muối và các axit yếu. Khi nƣớc thiên nhiên có độ màu lớn, độ kiềm toàn phần
sẽ bao gồm cả độ kiềm do muối của các axit hữu cơ gây ra. Độ kiềm riêng
phần còn đƣợc phân biệt: độ kiềm bicacbonat hay độ kiềm hydrat.


Hàm lƣợng Mn

Mangan thƣờng đƣợc gặp trong nƣớc ngầm ở dạng mangan (II), nhƣng
với hàm lƣợng nhỏ hơn sắt rất nhiều. Tuy vậy với hàm lƣợng mangan > 0,05
mg/l đã gây ra các tác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nƣớc nhƣ sắt.


Các hợp chất chứa Nitơ

Tồn tại trong nƣớc thiên nhiên dƣới dạng nitrit (NO2-), nitrat (NO3-) và
amoniac (NH3). Các hợp chất chứa nitơ có trong nƣớc chứng tỏ nƣớc đã bị
nhiễm bẩn bởi nƣớc sinh hoạt. Khi mới bị nhiễm bẩn trong nƣớc có cả nitrit
và amoniac. Sau một thời gian, amoniac và nitrit bị oxy hóa thành nitrat.
1.2. Sự ảnh hƣởng của một số thành phần trong nƣớc ngầm tới sinh hoạt
và sức khỏe con ngƣời [1], [3]
Nƣớc không thể thiếu đƣợc trong đời sống của con ngƣời từ sinh hoạt cá
nhân cho tới hoạt động sản xuất. Nhƣng không phải nguồn nƣớc nào cũng sử
dụng đƣợc, tùy theo mục đích sử dụng khác nhau mà yêu cầu hàm lƣợng các
chất trong nƣớc phải khác nhau. Nhƣng sự có mặt của các ion Fe và Mn trong
nƣớc ngầm vẫn luôn ảnh hƣởng lớn trong quá trình sử dụng nƣớc dù mục đích
sử dụng là gì. Nên loại bỏ ion Fe và Mn là ƣu tiên hàng đầu cho quá trình xử
lý nƣớc ngầm.
Khi sắt có hàm lƣợng lớn hơn 0,5 mg/l, nƣớc sẽ có mùi tanh khó chịu,
làm vàng quần áo khi giặt và dụng cụ trong gia đình, làm hƣ sản phẩm của

ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp… Nồng độ 1 - 3 mg/l trong nƣớc yếm khí
có thể chấp nhận đƣợc cho một mức sinh hoạt về phƣơng diện độc hại. Tuy
vậy, về cảm quan thì yêu cầu nồng độ thấp hơn. Tiêu chuẩn giới hạn cho phép
6


của Việt Nam là 5 mg/l (QCVN 09:2008/BTNMT)
Với mangan khi vƣợt quá yêu cầu vi lƣợng mà cơ thể động vật và con
ngƣời cần thiết trong một ngày sẽ ảnh hƣởng lớn tới cơ thể nhƣ gây độc cho
thần kinh, gây bệnh về phổi, ung thƣ. Mangan trong nƣớc thƣờng tồn tại ở
dạng muối tan của clorua, sunfat, nitrat. Trong q trình sử dụng nƣớc có
chứa hàm lƣợng mangan cao hơn 1,5 mg/l để sản xuất và sinh hoạt sẽ gây cản
trở do tạo màu, mùi khó chịu, làm ố bẩn quần áo, dụng cụ sinh hoạt, kết tủa
dƣới dạng hydroxit đóng cặn đƣờng ống. Tiêu chuẩn nƣớc uống và nƣớc sạch
đều quy định nồng độ dƣới 0,5 mg/l.
Độ đục của nƣớc là thƣớc đo hiện tƣợng đục của nƣớc. Độ đục là do các
chất rắn khuấy đục bởi hoạt động của các sinh vật phù du hoặc hoạt động của
con ngƣời tác động tới đất, nƣớc. Độ đục gây ảnh hƣởng rất lớn tới việc sử
dụng nƣớc, làm tăng nguy cơ các bệnh tiêu hóa, gây mất, hỏng màu vải giặt
bằng nƣớc, thực phẩm hỏng màu và mùi. Nƣớc có độ đục cao thể hiện sự
nhiễm bẩn của nƣớc bởi những chất hịa tan hay lơ lửng khơng cần thiết nhƣ
là kết tủa của Fe, Mn hay sự có mặt chất hữu cơ... khiến nƣớc không thể sử
dụng trong sinh hoạt và tắc hệ thống lọc, nhất là hệ thống dùng màng lọc.
Hàm lƣợng chất rắn cao gây đóng cặn trong các nồi đun. Hỏng thực
phẩm, gây mất vệ sinh trong sinh hoạt, hỏng màu vải, đóng cặn trong các bể
chứa nƣớc, tắc ống dẫn nƣớc và gây mất mĩ quan nguồn nƣớc.
Nƣớc có độ cứng cao gây trở ngại cho sinh hoạt và sản xuất: giặt quần áo
tốn xà phịng, nấu thức ăn lâu chín, gây đóng cặn nồi hơi, giảm chất lƣợng sản
phẩm.
Nƣớc nguồn có độ pH thấp sẽ gây khó khăn cho q trình xử lý nƣớc.

Độ kiềm của nƣớc ảnh hƣởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lý
nƣớc. Vì thế trong trƣờng hợp nƣớc nguồn có độ kiềm thấp, cần phải bổ sung
hóa chất để kiềm hóa nƣớc.
1.3. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc ngầm [5]
Để đánh giá chất lƣợng nƣớc ngầm, ngƣời ta đƣa ra các chỉ tiêu về chất
7


lƣợng nƣớc ngầm bao gồm: chỉ tiêu vật lý, chỉ tiêu hóa học và chỉ tiêu vi sinh.
1.3.1. Các chỉ tiêu vật lý:
 Độ đục
Nƣớc nguyên chất là một môi trƣờng trong suốt và có khả năng truyền
ánh sáng tốt, nhƣng khi trong nƣớc có tạp chất huyền phù, cặn rắn lơ lửng,
các vi sinh vật và cả các hóa chất hịa tan thì khả năng truyền ánh sáng của
nƣớc giảm đi. Dựa trên nguyên tắc đó mà ngƣời ta xác định độ đục của nƣớc.
Nƣớc có độ đục cao là nƣớc chứa nhiều tạp chất do đó khả năng truyền ánh
sáng của nƣớc giảm. Có nhiều phƣơng pháp xác định độ đục của nƣớc nên kết
quả thƣờng đƣợc biểu thị bằng những kết quả khác nhau. Ví dụ: Đơn vị JTU
(Jackson Turbidity Unit) là đơn vị độ đục khi đo bằng ống đo độ đục Jackson.
Khi dùng máy đo độ đục Nephel (Nephelmeter) ta lại có đơn vị độ đục FTU
hay đơn vị độ đục so sánh với dung dịch tiêu chuẩn (dùng khi độ đục bằng 5
đến 100 đơn vị).
 Độ màu
Nƣớc ngun chất khơng màu, nƣớc có màu là do các chất bẩn hòa tan
trong nƣớc tạo nên. Ví dụ các hợp chất sắt khơng hịa tan làm cho nƣớc có
màu đỏ nâu, các chất mùn Humic làm cho nƣớc có màu vàng, các lồi thủy
sinh làm cho nƣớc có màu xanh lá cây... Nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc thải
công nghiệp thƣờng tạo ra màu xám hoặc đen cho nguồn nƣớc tiếp nhận. Các
phƣơng pháp xác định độ màu có thể so sánh với dung dịch chuẩn Nessler.
 Nhiệt độ

Nhiệt độ nƣớc thay đổi theo mùa, chủ yếu ở nƣớc mặt, nƣớc ngầm ít thay
đổi hơn (24 - 27oC). Nhiệt độ của nƣớc có ảnh hƣởng đến các quá trình hình
thành và xử lý nƣớc.
 Hàm lƣợng chất rắn
Hàm lƣợng chất rắn trong nƣớc gồm có chất rắn vơ cơ (các muối hịa
tan, chất rắn khơng tan nhƣ huyền phù, đất cát), chất rắn hữu cơ (gồm các vi
sinh vật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, tảo và các chất rắn hữu cơ vô sinh
8


nhƣ phân rác, chất thải công nghiệp). Thông thƣờng khi nói đến hàm lƣợng
chất rắn, ngƣời ta đƣa ra các khái niệm sau:
Tổng hàm lƣợng chất rắn TS (Total Solid): là trọng lƣợng khơ tính bằng
miligam của phần cịn lại sau khi làm bay hơi 1lít mẫu nƣớc trên nồi cách
thủy rồi sấy khơ ở 105oC tới khi có trọng lƣợng không đổi, đơn vị là mg/l.
Chất rắn lơ lửng SS (Suspended Solid): là trọng lƣợng khơ tính bằng
miligam của phần cịn lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít mẫu nƣớc qua phễu, sấy
khơ ở 105oC tới khi có trọng lƣợng không đổi, đơn vị là mg/l.
Tổng chất rắn hòa tan TDS: bằng hiệu giữa tổng hàm lƣợng chất rắn TS
và chất rắn lơ lửng SS:
TDS = TS - SS
Chất rắn bay hơi TVS (Volatile Solid): là phần mất đi khi nung chất rắn
lơ lửng SS ở 550oC trong thời gian nhất định. Phần mất đi là chất rắn bay hơi,
phần cịn lại là chất rắn khơng bay hơi.
1.3.2. Các chỉ tiêu hóa học:


Hàm lƣợng oxy hịa tan DO

Oxy hòa tan trong nƣớc phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ: áp suất, nhiệt độ,

đặc tính của nguồn nƣớc bao gồm các thành phần hóa học, vi sinh, thủy sinh.
Các nguồn nƣớc mặt có bề mặt thống tiếp xúc trực tiếp với khơng khí nên
thƣờng có hàm lƣợng oxy hịa tan cao. Ngồi ra q trình quang hợp và hơ
hấp của vi sinh vật trong nƣớc cũng làm thay đổi lƣợng oxy hịa tan trong
nƣớc. Nƣớc ngầm thƣờng có hàm lƣợng oxy hịa tan thấp do các phản ứng
oxy hóa khử xảy ra trong lòng đất đã tiêu thụ một phần oxy.
Oxy hịa tan trong nƣớc khơng tác dụng với nƣớc về hóa học. Khi nhiệt
độ tăng, khả năng hịa tan oxy trong nƣớc giảm. Hàm lƣợng oxy hòa tan trong
nƣớc tuân theo định luật Henry, trong nƣớc ngọt ở điều kiện 1 atm và 0oC
lƣợng oxy hòa tan đạt tới 14,2 mg/l, ở 1 atm và 35oC giá trị oxy hịa tan chỉ
cịn 7 mg/l. Thơng thƣờng nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc ở điều kiện tới hạn
là 8 mg/l.
9


 Khí hidrosunfua H2S
Khí H2S là sản phẩm của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, phân rác
có trong nƣớc thải. Khí H2S làm cho nƣớc có mùi trứng thối khó chịu. Với nồng
độ cao khí H2S mang tính ăn mịn vật liệu. Trong nƣớc ngầm, sự hình thành H2S
chủ yếu do quá trình khử SO42- thành H2S (trong điều kiện yếm khí).
 Các anion
Trong nƣớc ngầm chứa một lƣợng lớn các anion, một phần do các khí
tác dụng với nƣớc, một phần do sự hòa tan của các khoáng chất (trong đất) và
do sự phân hủy của các hợp chất hữu cơ. Thƣờng gặp nhất là Cl -, SO42-, CO32HCO3-, F-, I Các cation
Các cation Mn2+, Fe2+, Mg2+, Ca2+ thƣờng gặp trong nƣớc ngầm tạo nên
độ cứng, độ màu… Nguồn gốc của các cation trong nƣớc ngầm do sự hịa tan
của các khống chất.
 Các hợp chất của nitơ
Các hợp chất của nitơ có trong nƣớc là kết quả của quá trình phân hủy
hợp chất hữu cơ trong tự nhiên, trong các chất thải và các nguồn phân bón mà

con ngƣời trực tiếp hay gián tiếp đƣa vào nguồn nƣớc. Các hợp chất này
thƣờng tồn tại ở dạng amoniac, nitrit, nitrat và các dạng nguyên tố N2. Dựa
vào việc tìm thấy các hợp chất của nitơ mà đánh giá đƣợc mức độ ô nhiễm
của nƣớc. Trong nƣớc ngầm, do điều kiện khơng có oxi, vì vậy hợp chất nitơ
tồn tại chủ yếu dƣới dạng NH4+.
 Các hợp chất của axit cacbonic
Độ ổn định của nƣớc phụ thuộc vào trạng thái cân bằng giữa các dạng
hợp chất của axit cacbonic. Axit cabonic là một axit yếu, trong nƣớc hợp chất
này phân ly nhƣ sau:
H2CO3 => H+ + HCO32HCO3- => CO32- + H2O
Tƣơng quan hàm lƣợng giữa CO2, HCO3- và CO32- ở một nhiệt độ nhất
10


định phụ thuộc vào nồng độ của ion H+, nghĩa là phụ thuộc vào độ pH của
nƣớc. Khi pH < 4, trong nƣớc chỉ tồn tại CO2, khi pH < 8,4 trong nƣớc có cả
CO2 và HCO3-, khi pH < 8,4 lƣợng CO2 bị triệt tiêu và trong nƣớc tồn tại cả
HCO3- và CO32-, khi pH > 12 trong nƣớc chỉ tồn tại CO32-.
1.3.3. Các chỉ tiêu vi sinh
Trong nƣớc thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và
các loại thủy sinh khác. Tuy nhiên trong nƣớc ngầm chỉ thƣờng tồn tại các vi
trùng do sắt gây ra và các vi trùng gây bệnh khác do nguồn nƣớc bị nhiễm bẩn
nhƣ vi trùng gây bệnh lị, thƣơng hàn, dịch tả, bại liệt. Việc xác định sự có mặt
của các loại vi trùng gây bệnh thƣờng rất khó và mất nhiều thời gian do sự đa
dạng về chủng loại. Vì vậy trong thực tế thƣờng áp dụng phƣơng pháp xác
định chỉ số vi trùng đặc trƣng. Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nƣớc
ngầm là các nguồn nhiễm bởi phân rác, chất thải của con ngƣời và động vật
thấm xuống. Trong chất thải của con ngƣời và động vật ln có loại vi khuẩn
E.coli sinh sống và phát triển. Sự có mặt của E.coli trong nƣớc chứng tỏ
nguồn nƣớc đã bị ô nhiễm bởi phân rác, chất thải của con ngƣời và động vật,

có khả năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh. Đặc tính của vi khuẩn E.coli là
có khả năng tồn tại cao hơn các lồi vi trùng gây bệnh khác, do đó sau khi xử
lý nếu trong nƣớc khơng cịn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các loại
vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết, mặt khác việc xác định số lƣợng vi
khuẩn E.coli thƣờng đơn giản và nhanh chóng cho nên loại vi khuẩn này đƣợc
chọn làm đặc trƣng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn do vi trùng gây
bệnh trong nƣớc.
Ngƣời ta phân biệt trị số E.coli và chỉ số E.coli. Trị số E.coli là đơn vị
thể tích nƣớc có chứa một vi khuẩn E.coli, cịn chỉ số E.coli là số lƣợng vi
khuẩn E.coli có trong 1lít nƣớc.
Tiêu chuẩn nƣớc cấp cho sinh hoạt ở các nƣớc tiên tiến quy định trị số E.coli
nhỏ hơn 100 ml, chỉ sổ E.coli tƣơng ứng là 10 (con/ lít). Tiêu chuẩn vệ sinh Việt
Nam quy định chỉ số E.coli của nƣớc thải sinh hoạt phải nhỏ hơn 20. Ngoài ra
11


trong một số trƣờng hợp số lƣợng vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí cũng đƣợc xác định
để tham khảo thêm trong việc đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn nƣớc.
1.4. Một số phƣơng pháp xử lí sắt, nitrat trong nƣớc ngầm [6]
Trong nƣớc ngầm, hàm lƣợng sắt và nitrat thƣờng có nồng độ cao và là
chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc ngầm. Vì vậy, một trong những mục tiêu
của xử lý nƣớc ngầm là việc xử lý sắt và nitrat đạt hiệu quả. Sau đây là một số
phƣơng pháp xử lý nƣớc ngầm.
1.4.1. Phương pháp xử lý sắt
1.4.1.1. Khử bằng phương pháp làm thống
a)

Phản ứng oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi

trường tự do (phản ứng đồng thể)

Nguyên lý của phƣơng pháp này là oxy hóa sắt (II) thành sắt (III) và tách
chúng ra khỏi nƣớc dƣới dạng hydroxit sắt (III). Trong nƣớc ngầm, sắt (II)
bicacbonat là muối không bền, thƣờng phân ly theo dạng sau:
Fe(HCO3)2 => Fe2+ + 2HCO3Nếu trong nƣớc có oxy hịa tan, q trình oxi hóa và thủy phân diễn ra
nhƣ sau
4Fe2+ + 10H2O + O2 => 4Fe(OH)3 + 8H+
Đồng thời xảy ra phản ứng phụ:
H+ + HCO3- => H2O + CO2
Sắt (III) hydroxit trong nƣớc kết tủa thành bơng cặn màu vàng và có thể
tách ra khỏi nƣớc một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc.
Ngƣời ta cũng nhận thấy rằng, tốc độ phản ứng oxy hóa sắt tăng khi pH
của nƣớc tăng (nồng độ H+ giảm) và khi nồng độ hịa tan tăng.
Nƣớc ngầm thƣờng khơng chứa oxy hịa tan hoặc có lƣợng oxy hịa tan
rất thấp. Để tăng nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc ngầm, biện pháp đơn giản
nhất là làm thoáng. Hiệu quả của bƣớc làm thoáng đƣợc xác định theo nhu
cầu oxy cho quá trình khử sắt.

12


b)

Phản ứng oxi hóa Fe2+ và thủy phân Fe3+ trong môi trường dị

thể của lớp vật liệu lọc (khử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc)
Trƣờng hợp này làm thoáng chỉ để cung cấp oxi cho nƣớc. Khi làm
thoáng, Fe2+ đƣợc oxi hóa thành Fe3+ với tỉ lệ nhỏ. Q trình oxi hóa Fe2+
thành Fe3+ thành Fe(OH)3 chủ yếu xảy ra trong lớp vật liệu lọc.
Q trình làm thống nhƣ vậy, sẽ tạo ra trên bề mặt các hạt vật liệu lọc
một lớp màng. Lớp màng này có cấu tạo từ các hợp chất sắt nhƣ: Fe 2+, Fe3+,

Fe(OH)2, Fe(OH)3.
Sau khi lớp màng đƣợc hình thành, sẽ có tác dụng xúc tác làm tăng tốc
độ oxi hóa Fe2+, lớp màng này cịn có khả năng hấp phụ O2. Khi Fe2+ đến gần
bề mặt lớp màng xúc tác, quá trình oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+
thành Fe(OH)3 xảy ra ngay trên lớp màng. Tốc độ oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và
thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3 ngay trên lớp màng lớn hơn rất nhiều trong môi
trƣờng đồng thể. Nhƣ vậy trong bể lọc không phải chỉ xảy ra q trình lọc các
cặn sắt khơng tan, mà là một quá trình phức tạp. Thời gian để tạo thành lớp
màng xúc tác gọi là thời gian luyện vật liệu lọc. Thời gian này lớn hay bé phụ
thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: cỡ hạt, chiều dày lớp vật liệu lọc, tốc độ lọc, hàm
lƣợng cặn. Thời gian luyện cát lọc thay đổi trong phạm vi rộng từ 140 đến
330 giờ.
Để rút ngắn thời gian luyện cát lọc, ngƣời ta đƣa thêm vào dung dịch
FeSO4 5% với tỉ lệ sao cho hàm lƣợng sắt trong nƣớc đạt 30 đến 40 mg/l.
Cho đến nay đã có nhiều nghiên cứu về cấu tạo và thành phần của lớp
màng xúc tác, cũng nhƣ tác dụng của nó đối với q trình khử sắt trong bể
lọc. Nƣớc sau khi ra khỏi bể lọc, hàm lƣợng sắt còn lại trong nƣớc đạt tiêu
chuẩn nƣớc ăn uống sinh hoạt.
c) Phản ứng oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ khi có mặt lớp màng xúc tác là
oxit mangan
Lớp màng oxit mangan là chất xúc tác làm tăng quá trình oxi hóa Fe 2+
thành Fe3+ ngay cả trong trƣờng hợp pH thấp. Các lớp màng xảy ra nhƣ sau:
13


MnOMn2O7 + 4Fe(HCO3)2 + 2H2O => 3MnO2 + 4Fe(OH)3 + 8CO2
3MnO2 + O2 => MnOMn2O7
Dƣới tác dụng của lớp màng MnOMn2O7 khi có hợp chất Fe2+ đi qua,
MnOMn2O7 sẽ làm chất xúc tác, kết thúc phản ứng MnOMn 2O7 lại đƣợc hình
thành, nên lớp màng càng ngày càng dày, quá trình phản ứng xảy ra càng

nhanh. Trong quá trình sử dụng, lớp màng tăng lên đến một giới hạn nhất
định thì phải bỏ lớp màng đi để thay thế.
1.4.1.2. Các phương pháp oxy hóa khử bằng hóa chất
a, Khử sắt bằng các chất oxi hóa mạnh
Các chất oxi hóa mạnh thƣờng sử dụng để khử sắt là: Cl 2, KMnO4, O3…
Khi cho các chất oxi hóa mạnh vào nƣớc, phản ứng diễn ra nhƣ sau:
2Fe2+ + Cl2 + 6H2O => 2Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+
3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O => 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H+
Ở phƣơng pháp này nếu trong nƣớc có tồn tại các hợp chất nhƣ: H 2S,
NH3 thì chúng sẽ gây ảnh hƣởng đến quá trình khử sắt.
b, Khử sắt bằng vơi
Phƣơng pháp khử sắt bằng vôi thƣờng không đứng độc lập, mà kết hợp
với các quá trình ổn định nƣớc hoặc làm mềm nƣớc. Khi cho vơi vào nƣớc,
q trình khử sắt xảy ra theo 2 trƣờng hợp:
- Trƣờng hợp nƣớc có oxi hịa tan: vôi đƣợc coi nhƣ chất xúc tác, phản
ứng khử sắt diễn ra nhƣ sau:
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 => 4Fe(OH)3 + 4Ca(HCO3)2
Sắt (III) hydroxit đƣợc tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ
lại hoàn tồn trong bể lọc
- Trƣờng hợp nƣớc khơng có oxi hịa tan: khi cho vơi vào nƣớc phản ứng
diễn ra nhƣ sau:
Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 => FeCO3 + CaCO3 + H2O
Sắt đƣợc khử đi dƣới dạng FeCO3 chứ không phải hydroxit sắt.

14


1.4.1.3. Các phương pháp khử sắt khác
a, Khử sắt bằng trao đổi cation
Cho nƣớc đi qua lớp vật liệu lọc có khả năng trao đổi ion. Các ion H+

và Na+ có trong thành phần của lớp vật liệu lọc, sẽ trao đổi các ion Fe2+ có
trong nƣớc. Kết quả Fe2+ đƣợc giữ lại trong lớp vật liệu lọc. Lớp vật liệu lọc
có khả năng trao đổi ion gọi là cationit, thƣờng đƣợc sử dụng cho nguồn nƣớc
có Fe2+ ở dạng hòa tan.
2[K] Na + Fe(HCO3)2 => [K]2 Fe + 2NaHCO3
2[K] H + Fe(HCO3)2 => [K]2 Fe + 2H2CO3
Cationit có thể đƣợc tái sinh bằng NaCl và HCl
NaCl + [K]2 Fe => [K] Na + FeCl2
HCl + [K]2 Fe => [K] H + FeCl2
Cùng với quá trình này, các Ca2+, Mg2+ cũng tham gia trao đổi ion.
Phƣơng pháp này đem lại hiệu quả khử sắt cao. Thƣờng dùng kết hợp với làm
mềm nƣớc.
b, Khử sắt bằng điện phân
Dùng cực âm bằng sắt, nhôm, cùng các cực dƣơng bằng đồng, bạch kim
và dùng điện cực hình ống trụ hay hình sợi thay cho tấm điện cực phẳng.
c, Khử sắt bằng phƣơng pháp vi sinh vật
Cấy các mầm khuẩn sát trong lớp cát lọc của bể lọc. Thông qua các
hoạt động của các vi khuẩn sắt đƣợc loại bỏ ra khỏi nƣớc.
d, Khử sắt ngay trong lòng đất
Dựa trên nguyên tắc các ion Ca2+, Mg2+ gắn trên khoáng vật của tầng
đất đá chứa nƣớc có khả năng trao đổi ion với các ion Fe2+ của nƣớc ngầm.
Q trình khử sắt trong lịng đất đƣợc chia thành 2 giai đoạn:
- Giai đoạn làm giàu oxi: đƣa nƣớc bão hòa oxi vào trong lòng đất để oxi
hóa Fe2+ gắn trên khống vật thành Fe3+. Sau đó Fe3+ bị thủy phân thành
Fe(OH)3 và bứt ra khỏi khống vật, đồng thời các ion Ca2+, Mg2+ có trong
thành phần của nƣớc lập tức thay thế vị trí của Fe2+ trên khoáng vật vừa bị bứt
15