Vi bọt mịn hỗ trợ oxi hóa và kết tủa phèn trong xử lý nước giếng

https://youtube.com/shorts/PQyrMNbpv2o

Bong bóng mịn cải thiện quá trình oxy hóa và kết tủa sắt sunfat trong nước ngầm
Sục khí bong bóng mịn (thường là bong bóng 50–500 µm) có thể là một phương pháp hiệu quả để oxy hóa sắt kim loại hòa tan (Fe²⁺) trong nước ngầm, cho phép nó kết tủa dưới dạng hydroxit sắt không hòa tan, sau đó có thể được loại bỏ bằng quá trình lắng hoặc lọc. Nếu nước ngầm của bạn có chứa sắt sunfat (sắt sunfat, FeSO₄), bản thân sunfat thường không bị loại bỏ bằng sục khí, nhưng thành phần sắt đen bị oxy hóa và kết tủa, trong khi sunfat vẫn hòa tan.

1. Nguyên tắc

Nước ngầm thường chứa sắt ở dạng sắt hòa tan vì nó nghèo oxy.

Khi bong bóng mịn đưa oxy vào:

1. Oxy hòa tan nhanh chóng vào nước.
2. Sắt  Ferrous (Fe²⁺) bị oxy hóa thành sắt ferric (Fe³⁺).
3. Sắt Ferric Fe3+ thủy phân và tạo thành hydroxit sắt không hòa tan.
4. Các hạt hydroxit sắt phát triển thành khối.
5. Các bông cặn được loại bỏ bằng cách lắng hoặc lọc.

Phản ứng tổng thể xấp xỉ:
4 Fe{2+} + O2 + 10 H2O thành 4 Fe(OH)3 + 8H+ 

2. Tại sao bong bóng mịn lại có tác dụng tốt hơn bong bóng thô 

a) Hiệu suất truyền oxy cao hơn nhiều

Bong bóng mịn cung cấp:

* diện tích bề mặt khí-lỏng khổng lồ
*thời gian cư trú dài hơn
* tốc độ tăng chậm hơn

Điều này dẫn đến:

* tăng oxy hòa tan nhanh hơn
* quá trình oxy hóa sắt hoàn thiện hơn
* năng lượng quạt thấp hơn để vận chuyển oxy tương tự 

b) Trộn tốt hơn

Bọt mịn tạo ra sự lưu thông nhẹ nhàng khắp cột nước.

Điều này giúp:

* phân phối oxy đều
* cho tất cả sắt hòa tan tiếp xúc với oxy
* giảm vùng trì trệ 

c) Nhiều vị trí oxy hóa hơn

Mỗi bề mặt bong bóng hoạt động như một bề mặt phân cách khí-lỏng.

Hàng triệu bong bóng cung cấp hàng triệu vị trí phản ứng nơi oxy hòa tan liên tục. 

3. Tốc độ oxy hóa sắt

Sự oxy hóa phụ thuộc mạnh mẽ vào:

* oxy hòa tan
* pH
* nhiệt độ
* độ kiềm

Xử lý nước ngầm thường điều chỉnh độ pH khoảng 7,2–8,0 nếu muốn loại bỏ sắt nhanh chóng. 

4. Sự hình thành bông bùn do bong bóng

Các bong bóng mịn cũng hỗ trợ kết tủa bằng cách:

* trộn nhẹ nhàng các hạt
* tăng va chạm hạt
* thúc đẩy sự phát triển của các khối hydroxit sắt

Các khối lớn lắng xuống dễ dàng hơn.

5. Tăng hiệu quả lọc

Nếu không có sự oxy hóa đầy đủ:

* sắt hòa tan đi qua nhiều bộ lọc.

Với quá trình oxy hóa bong bóng mịn:

* sắt trở thành hạt.
* bộ lọc cát nắm bắt nó một cách hiệu quả.
* bộ lọc đa phương tiện hoạt động tốt hơn.
* Bộ lọc hộp mực tồn tại lâu hơn. 

6. Giảm tiêu thụ hóa chất

Nhiều nhà máy xử lý sử dụng chất oxy hóa như:

* clo
* thuốc tím
* ozon
* hydro peroxit

Sục khí bong bóng mịn có thể:

* loại bỏ hóa chất cho nồng độ sắt thấp đến trung bình
* giảm liều lượng chất oxy hóa khi vẫn cần hóa chất

Điều này làm giảm chi phí vận hành và tránh tạo ra dư lượng hóa chất không mong muốn. 

7. Loại bỏ đồng thời các khí hòa tan khác

Bong bóng mịn cũng loại bỏ khí từ nước ngầm, bao gồm:

* carbon dioxide (ở một mức độ nào đó)
* hydro sunfua (H₂S)
* metan

Loại bỏ H₂S làm giảm mùi hôi và ngăn ngừa sự cạnh tranh oxy trong quá trình oxy hóa sắt. 

8. Điều gì xảy ra với sunfat?

Điều này rất quan trọng.

Bọt mịn không loại bỏ được sunfat (SO₄²⁻).

Thay vào đó:

* Kết tủa Fe²⁺.
* SO₄²⁻ vẫn bị hòa tan.

Vì vậy:

* nồng độ sắt giảm
* nồng độ sunfat về cơ bản không thay đổi

Nếu cần khử sunfat thì các quá trình như thẩm thấu ngược, trao đổi ion hoặc khử sunfat sinh học thường cần thiết.

9. Ưu điểm bổ sung của bong bóng mịn

Bên cạnh quá trình oxy hóa sắt, sục khí bong bóng mịn có thể:

* Tăng oxy hòa tan đến gần bão hòa.
* Oxy hóa mangan hòa tan (chậm hơn sắt, thường đòi hỏi độ pH cao hơn hoặc chất oxy hóa mạnh hơn).
* Cải thiện độ trong của nước thông qua sự kết tụ hạt tốt hơn.
* Giảm mùi hôi bằng cách loại bỏ các hợp chất dễ bay hơi và oxy hóa các chất khử.
* Cải thiện hiệu suất lọc sinh học nếu nước sau đó được xử lý trong bộ lọc sinh học.
* Yêu cầu công suất quạt thấp hơn so với hệ thống bong bóng thô để vận chuyển cùng một lượng oxy.