Giai đoạn hình thành khoáng Pyrite FeS2 Sự hình thành pyrite là nguy cơ của phèn hoá đất và nước. - Giai đoạn đầu là sự phát triển của hệ thực vật nước mặn ở vùng gần bờ biển. Sau đó, do quá trình bồi tụ phù sa cùng với sự rút lui dần của biến, rừng ngập măn bị mất môi trường sống. Cây ngập mặn bị vùi trong phù sa và bị phân huỷ yếm khí. - Nước mặn (nước biển) có hàm lượng ion sunphát SO4 ( 2-) rất cao (vài nghìn miligam trong một lít – cao gấp hàng trăm lần trong nước ngọt). Cây nước mặn cũng chứa rất nhiều sunphat. Trong quá trình phân huỷ yếm khí sunphat bị chuyển thành hydrosunphua – SH. Sản phẩm này khử oxit sắt (có rất nhiều trong phù sa bồi tụ) tạo thành sunphua sắt (FeS). Sau đó sun phua sắt chuyển hoá dần thành khoáng pyrite ( FS2). Pyrite dần dần tích tụ lại thành tầng dày. Những vùng đất có tầng pyrite được gọi là đất phèn tiềm tàng.
Gai đoạn hình thành axit sunphủic H2SO4Sự hình thành axit sunphuric H2SO4 do oxy hóa pyrite là nguyên nhân trực tiếp làm đất và nước nhiễm phèn. - Có nhiều nguyên nhân khác nhau làm cho oxy không khí xâm nhập sâu vào đất, như mực nước biển hạ thấp xuống, oxy hoà tan vào nước mưa rồi thấm vào đất, cây cối bề mặt chuyển từ phía trên thân lá xuống rễ và vào đất, con người khai phá đất… . Đây là cơ hội để vi sinh vật (Thiobacillus ferrooxydants) trong đất oxy hóa pyrite – làm nguồn năng lượng cho hoạt động của chúng.
.
4FeS2 + 15O2 + 2H2O = 4Fe3+ + 8SO42- + 12H+
Các sản phẩm của quá trình này : axit sunphuric H2SO4, Fe(3+) cùng với ion kali có sẵn trong đất kết hợp thành khoáng jaroste KFe3(SO4)2(H2O)6. Do môi trường có độ axit mạnh nên nhôm trong cấu trúc sét bị hoà tan và kết hợp với các sản phẩm trên thành khoáng alunite KAl3(SO4)2(H2O)6 . Khoáng jarosite và alunite là chỉ thị cho đất phèn hoạt động.
Giai đoạn phá huỷ pyrite và hình thành Fe(2+)Khi môi trường có tính axit mạnh, quá trình oxy hoá pyrite (quá trình hoá sinh) chậm lại, nhưng quá trình phân huỷ pyrite tạo thành Fe2+ (quá trình hoá học) tăng cường:
FeS2 + 2Fe(3+) = 3Fe(2+) + 2S0
Đây là nguyên nhân hình thnành ion Fe(2+) trong nước phèn Quá trình oxy hoá và phân huỷ pyrite làm đát phèn hoạt động tích tụ H+ , SO4(2-), Fe(2+), Al (3+). pH thấp và tính khử cao cũng là nguyên nhân hoà tan nhiều kim loại khác, như mangan, arsen...
Sự hình thành khoáng Halotrichite FeAl2(SO4)4.22H2OỞ vùng đất phèn thường xuất hiện một loại khoáng màu trắng xám, rất dễ tan trong nước. Đặc biệt là, nước hoà tan khoáng này có thành phần và tính chất giống nước phèn: pH thấp, chứa nhiều Fe(2+), gốc sunphát SO4 (2-) và nhôm, Al(3+). Phân tích hoá học và phổ cho thấy khoáng vật mới này có công thức là FeAl2(SO4)4.22H2O – đó là khoáng Halotrichite. Halotrichite là nguyên nhân làm cho nước bề mặt nhiễm phèn. Quá trình đó được giải thích như sau: - Nước phèn trong đất chứa khoáng halotrichite bị mao dẫn lên mặt đất. Ở đấy, nước bị bốc hơi, để lại khoáng xốp màu trắng xám. - halotrichite mặt đất bị trôi rữa xuống nước do mưa gió… làm cho nước nhiễm phèn: pH thấp và chứa nhiều Fe 2+, Al 3+, SO 4 (2-). Do pH thấp nên nước phèn còn hoà tan nhiều ion khác như Mn 2+… .
....
NƯỚC NGẦM NHIỄM SẮTSự xuất hiện Fe(2+) trong nước ngầm
Nước ngầm chứa nhiều sắt cũng được gọi là nước nhiễm phèn. Sắt trong trường hợp này được hình thành do quá trình khử oxit sắt (III)trong đất. Trong điều kiện thiếu oxy không khí, vi sinh vật yếm khí oxy hoá chất hữu cơ theo cơ chế anoxic, trong đó, Fe(3+) - thường ở dạng oxit không tan - là chất nhận electron.
Fe2O3 + C(H2O) + H2O (=) Fe(2+) + H+ + CO2
Sự xuất hiện phèn sắt Fe(OH)3 - Fe2O3Fe(2+) tan trong nước ngầm, khi tiếp xúc với không khí lại bị oxy hoá thành hydroxit sắt(III), sau đó thành oxit sắt:
Fe(2+) + O2 + H2O (=) Fe(OH)3 (=) Fe2O3 + H+
Các sản phẩm của phản ứng này ở dạng keo, lởn vởn trong nước, rất khó lắng. Đấy là hiện nước bị phèn sắt. Fe2O3 có màu nâu đậm. Do đó cá vật liệu tiếp xúc với nước giếng nhiễm sắt thường bị ố vàng nâu. Sự có mặt của chất hữu cơ trong nước ngầm là nguyên nhân chính làm nước ngầm nhiễm phèn sắt. Nước ngầm từ các vùng đất trũng thường chứa nhiều sắt. Việc khai thác nước ngầm quá mức làm mức nước ngầm hạ thấp xuống. Điều đó làm tăng sự thâm nhập chất hữu cơ từ trên bề mặt vào nước ngầm và làm tăng hàm lượng sắt trong nước ngầm. Do keo sắt trong đất hấp phụ nhiêu ion kim loại khác, như mangan, arsenic…. Cho nên sự khử oxit Fe(3+) kèm theo sự hoà tan sắt và các ion kim loại khác, như mangan, arsenic ..
Hạt lọc nước đa năng DS3 dùng xử lý nước nhiễm phèn, nước giếng…, đã được tặng giải thưởng Sáng tạo KHCN Việt Nam. Nhờ tính năng loại bỏ sắt, magan và các yếu tố độc hại khác, DS3 là sản phẩm bảo vệ sức khỏe trước hiện trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Với 50kg DS3 và vài thùng nhựa có thể tạo nên thiết bị lọc nước gia đình. Xem sơ đồ ở dưới,
