Sắt và mangan trong nước giếng: hướng dẫn xử lý

Các mức 0.3 mg/L đối với sắt và 0.05 mg/L đối với mangan là ngưỡng cảm quan, không phải giới hạn sức khỏe. Đây cũng là giới hạn thực tế cho các thiết bị phía sau: màng lọc RO bị oxit sắt gây bám bẩn sẽ mất thông lượng và không thể vệ sinh trở lại mức ban đầu, còn hạt nhựa làm mềm bị sắt bao phủ sẽ mất dung lượng. Cần xử lý ở ngưỡng thấp hơn khi nước cấp cho một trong hai thiết bị này, và xử lý sớm hơn khi nước được gia nhiệt hoặc chứa trong bồn.

Ngưỡng xử lý thấp hơn khi nước được khử trùng bằng clo ở phía sau. Clo oxy hóa sắt hòa tan thành hạt sau bộ lọc, nên nước giếng có 0.2 mg/L sắt, dù qua được bộ lọc, vẫn có thể gây ố thiết bị khi tuyến phân phối được khử trùng bằng clo. Trong trường hợp đó, cần oxy hóa và lọc trước điểm châm clo, hoặc chấp nhận tình trạng ố bẩn.

Oxy hóa chuyển kim loại hòa tan thành oxit không tan; sau đó lọc loại bỏ các hạt này. Việc lựa chọn phụ thuộc vào nồng độ, sự có mặt của mangan, nhu cầu khử trùng và các thiết bị phía sau. Sục khí là phương pháp oxy hóa rẻ nhất nhưng không tạo dư lượng và xử lý mangan kém hiệu quả. Clo hiệu quả và để lại dư lượng, nhưng phải loại bỏ trước màng lọc RO. Ozon là lựa chọn mạnh nhất, đồng thời loại bỏ màu và mùi.

Sắt oxy hóa dễ dàng ở pH 7.0 trở lên, với thế oxy hóa khử khoảng 200 mV. Mangan cần khoảng pH 8.0–8.5 và chất oxy hóa mạnh hơn, vì động học oxy hóa của mangan giảm mạnh dưới khoảng này. Ở pH 7.5, liều clo đủ loại bỏ sắt thường vẫn để mangan ở dạng hòa tan, và bộ lọc trông như vẫn hoạt động trong khi tình trạng ố đen vẫn tiếp diễn.

Cần nâng pH bằng natri hydroxit hoặc tro soda trước khi oxy hóa, sau đó lọc. Giữ pH trong khoảng vật liệu lọc có thể chịu được, và kiểm tra nước đã xử lý thay vì nước thô, vì quá trình oxy hóa tiêu thụ độ kiềm và pH đầu ra có thể giảm. Nước lạnh làm phản ứng chậm hơn nữa: giảm 10 °C có thể làm thời gian tiếp xúc cần thiết tăng khoảng gấp đôi để đạt cùng hiệu suất loại bỏ.

Bồn tiếp xúc không thay thế được bộ lọc. Bồn chỉ tạo thời gian để chất oxy hóa phản ứng, nhưng các hạt tạo thành vẫn cần một lớp vật liệu lọc đủ chiều sâu và chế độ rửa ngược phù hợp. Các hệ thống chỉ châm ozon mà bỏ qua bước lọc sẽ đưa oxit thẳng vào lõi lọc; khi đó lõi lọc trở thành bộ lọc và tắc trong vài ngày.

Tính toán theo lưu lượng đỉnh, không theo lưu lượng trung bình. Bộ lọc đa tầng hoặc lớp vật liệu xúc tác thường vận hành ở tốc độ lọc 10–30 m/h với chiều sâu lớp vật liệu 0.8–1.2 m. Rửa ngược ở 20–30 m/h trong 10–15 phút, và thêm rửa khí nếu vật liệu lọc nặng. Khi dùng clo hoặc ozon, cần bảo đảm thời gian tiếp xúc 10–20 phút trước khi lọc để phản ứng oxy hóa hoàn tất; bồn tiếp xúc quá ngắn sẽ đưa kim loại chưa phản ứng vào lớp vật liệu lọc và gây bám bẩn.

Vi khuẩn sắt không phải là vấn đề hóa học. Chúng oxy hóa sắt và mangan để lấy năng lượng, tạo lớp nhầy màu cam hoặc nâu làm tắc bộ lọc, máy bơm và đường ống. Dấu hiệu gồm mùi thối hoặc mùi bùn lầy, lớp nhầy phát triển trên ống lọc giếng và màng sinh học màu cam trong bồn xả bồn cầu. Bộ lọc mới sẽ bám bẩn trong vài tuần nếu không xử lý lại giếng trước.

Cần xử lý cả giếng, không chỉ xử lý nước: khử trùng sốc bằng clo ở nồng độ 50–200 mg/L với thời gian tiếp xúc 12–24 giờ, chải hoặc sục rửa ống lọc giếng, và bơm thải cho đến khi nhu cầu clo giảm. Sau đó khử trùng tuyến phân phối. Nếu giếng liên tục sinh vi khuẩn sắt, phương án dài hạn thông thường là châm clo liều thấp liên tục và khử clo trước RO.

Các nhà sản xuất màng thường yêu cầu hàm lượng sắt tại đầu vào RO dưới 0.05–0.1 mg/L. Oxit sắt bám bẩn lưới dẫn nước cấp và bề mặt màng; vệ sinh bằng axit loại bỏ được một phần nhưng không loại bỏ được những chỗ đã bám chặt; tái diễn nhiều lần sẽ làm giảm thông lượng vĩnh viễn. Mangan còn khó hơn vì cần axit mạnh hơn và có thể xúc tác quá trình thoái hóa màng.

Thứ tự bảo vệ là oxy hóa, lọc, rồi lõi lọc 5 µm làm lớp bảo vệ. Không nên trông cậy vào chất chống cặn đối với sắt: chất chống cặn phân tán muối độ cứng, không phân tán oxit kim loại. Nếu nước cấp chứa 0.5 mg/L sắt hòa tan và RO chạy liên tục, tải lượng sắt là 0.5 g cho mỗi m³; ở 10 m³/h tức 120 g mỗi ngày, đủ để gây bám bẩn một cụm màng nhỏ trong vài tuần.

Rửa ngược là công việc bảo trì chính. Cần kích hoạt theo chênh áp, thường cao hơn 0.5–1.0 bar so với lớp vật liệu sạch, hoặc theo chu kỳ cố định, và xác nhận lưu lượng rửa ngược bằng lưu lượng kế thay vì nghe tiếng động. Kiểm tra lớp vật liệu lọc hàng năm về hao hụt và đóng bánh, thay vật liệu mỗi 3–5 năm tùy tải lượng sắt. Kiểm nghiệm sắt và mangan trong nước đã xử lý hàng quý; chỉ số đầu ra tăng cho thấy liều chất oxy hóa, pH hoặc thời gian tiếp xúc đã lệch khỏi thiết kế. Nên dự trữ tại chỗ một bộ lõi lọc và một bơm châm hóa chất; đây là hai bộ phận khi hỏng sẽ làm dừng toàn bộ dây chuyền.