Print
XỬ LÝ NƯỚC Keo tụ và các hóa chất dùng để keo tụ


 Trong nước sông, suối, hồ ,ao,… thường chứa các hạt cặn có nguồn gốc thành phần và kích thước rất khác nhau. Đối với các loại cặn này dùng biện pháp xử lý cơ học trong công nghệ xử lý nước như lắng lọc có thể loại bỏ được các cặn có kích thước lớn hơn 10-4mm. Còn các hạt có kích thước nhỏ hơn 10-4mm không thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng, phải dùng biện pháp xử lý cơ học kết hợp với các biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lí các chất phản ứng, để tạo ra các hạt keo có khả năng dính kết lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng có trong nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Do đó các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống ở bể lắng và bị giữ lại trong bể lọc.

A - Cơ chế của quá trình keo tụ - tạo bông :

          Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn (bụi trong không khí, bùn, phù sa trong nước...) các hạt luôn có xu hướng co cụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt (tương tự hiện tượng giọt nước, giọt thủy ngân luôn tự vo tròn để giảm diện tích bề mặt). 
Về nguyên tắc do độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn, hạt keo có xu thế hút nhau nhờ các lực bề mặt. Mặt khác, do các hạt keo cùng loại nên các hạt keo luôn tích điện cùng dấu (đặc trưng bởi thế zeta) nên các hạt keo tụ luôn đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt cùng dấu theo định luật Culong, xu hướng này làm hạt keo không thể hút nhau để tạo hạt lớn hơn và lắng càng xuống nhờ trọng lực như những hạt không tích điện. Như vậy, thế càng lớn (hạt keo càng tích điện) thì hệ keo càngbền (khó kết tủa). Trường hợp lý tưởng: nếu thế điện phẳng (zeta = 0 ), thì hạt keo biến thành cấu tạo tụ điện phẳng, hạt sẽ không khác gì các hạt không tích điện nên dễ dàng hút nhau để tạo hạt lớn hơn có thể lắng được. Đây là cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ.
Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ. Hiện tượng xảy ra khi thế được triệt tiêu. Hiện tượng keo tụ có tính thuận này xảy ra khi thế  nghịch nghĩa là hạt keo đã keo tụ lại có thể tích điện trở lại và trở nên bền. Các hoá chất gây keo tụ thường là các loại muối vô cơ và được gọi là chất keo tụ.
Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng là dùng các tác nhân thích hợp “khâu”chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thực hiện nhờ những phân tử các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt với các hạt keo hoặc các hạt cặn nhỏ. Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất có khả năng tạo bông được gọi là các chất tạo bông hay trợ keo tụ, quá trình tạo bông là bất thuận nghịch.

         Như vậy,để kết tủa hệ keo có thể sử dụng các cách sau đây:
1. Phá tính bền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thu hẹp lớp điện kép tới mức thế zeta = 0, khi đó lực đẩy tĩnh điện hạt – hạt bằng không, tạo điều kiện cho các hạt keo hút nhau bằng các lực bề mặt tạo hạt lớn hơn dễ kết tủa. Cách này có thể thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu để trung hoà điện tích hạt keo. Điện tích trái dấu này thường là các ion kim loại đa hoá trị.
2. Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo tụ nhờ hiện tượng bám dính (hiệu ứng quét).
3. Dùng những chất cao phân tử – trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” các hạt nhỏ lại với nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông cặn) dễ lắng.

Trong công nghệ xử lý nước, các hóa chất thường dùng để giải quyết tốt nhất những giải pháp trên là: phèn nhôm, phèn sắt và PAC. 

B – Các hóa chất keo tụ:

I. Phèn nhôm sunfat: Al2(SO4)3.18H2O

Đây là chất keo tụ phổ biến nhất, đặc biệt là ở Việt Nam.

Sản phẩm nhôm sunfat kỹ thuật có các chỉ tiêu và mức chất lượng theo quy định tại bảng dưới đây:

 

Tên chỉ tiêu

Mức chất lượng

1. Ngoại quan

Dạng bột, màu hơi trắng ngà hoặc hơi vàng.

2. Hàm lượng nhôm oxyt Al2O3, %, không nhỏ hơn

16

3. Hàm lượng Acid Sunfuaric H2SO4, %, không lớn hơn

0,001

4. Hàm lượng chất không tan trong nước, %, không lớn hơn

0,3

       

        Cơ chế keo tụ của phèn nhôm:

Khi dùng phèn nhôm làm chất keo tụ sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân:

Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 6 H+ +3SO42-

Khi độ kiềm của nước thấp, cần kiềm hóa nước bằng NaOH. Liều lượng chất kiềm hóa tính theo công thức:

Pk = e1 (P/ e2 – K+ 1) 100/c    (mg/l)

 Trong đó:

                 Pk : Hàm lượng chất kiềm hóa (mg/l)

                 Pp : Hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ ( mg/l)

                 e1, e2 : Trọng lượng đương lượng của chất kiềm hóa và của phèn, ( mg/mgđl )

                 với e1 = 40 ( NaOH ) ; e2 = 57 ( Al2(SO4)3 )

    Liều lượng phèn nhôm để xử lý nước đục lấy theo TCXD – 33 :1985 như sau:

Hàm lượng cặn của nước

nguồn ( mg/l)

Liều lượng phèn nhôm Al2(SO4)3

không chứa nước (mg/l)

đến 100

25 - 35

101 - 200

30 – 45

201 - 400

40 – 60

401 - 600

45 – 70

601 - 800

55 - 80

801 - 1000

60 – 90

1401 - 1800

75 -115

1801 - 2200

80 – 125

2201 - 2500

90 - 130

       Khi sử dụng phèn nhôm cần lưu ý :

-         pH hiệu quả tốt nhất với phèn nhôm là khoảng 5,5 – 7,5.

-         Nhiệt độ của nước thích hợp khoảng 20 – 40oC.

-         Ngoài ra, cần chú ý đến : các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng…

      Ưu điểm của phèn nhôm :

 • Về mặt năng lực keo tụ ion nhôm (và cả sắt(III)), nhờ điện tích 3+, có nănglực keo tụ thuộc loại cao nhất (quy tắc Shulz-Hardy) trong số các loại muối ít độc hại mà loài người biết.
• Muối nhôm ít độc, sẵn có trên thị trường và khá rẻ.
công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm là công nghệ tương đối đơn giản, dễ kiểmsoát, phổ biến rộng rãi.

      Nhược điểm của phèn nhôm:

+ Làm giảm đáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng.
+ Khi quá liều lượng cần thiết thì hiện tượng keo tụ bị phá huỷ làm nước đục trở lại.
+ Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng.
+ Hàm lượng Al dư trong nước > so với khi dùng chất keo tụ khác và có thể lớn hơn tiêu chuẩn với (0,2mg/lit).
+ Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và ko tan cùng các kim loại nặng thường hạn chế.
 
+ Ngoài ra, có thể làm tăng lượng SO42- trong nước thải sau xử lí là loại có độc tính đối với vi sinh vật.

II. Phèn sắt : Fe2(SO4)3.nH2O hoặc FeCl3.nH2O (n = 1 – 6)

         Muối sắt chưa phổ biến ở Việt Nam nhưng rất phổ biến ở các nước công nghiệp. Hoá học của muối sắt tương tự như muối nhôm nghĩa là khi thuỷ phân sẽ tạo axit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pH không đổi.

Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3  +  3H+

Phèn sắt (III) khi thuỷ phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ. Vùng pH tối ưu: 5 – 9.                            So sánh keo của phèn nhôm và phèn sắt được tạo thành cho thấy:

-         Độ hoà tan của keo Fe(OH)3 trong nước nhỏ hơn Al(OH)3

-         Tỉ trọng của Fe(OH)3 = 1,5 Al(OH)3 ( trọng lượng đơn vị của Al(OH)3 = 2,4 còn của Fe(OH)3  = 3,6 ) do vậy keo sắt tạo thành vẫn lắng được khi trong nước có ít chất huyền phù.

      Ưu điểm của phèn sắt so với phèn nhôm:

-         Liều lượng phèn sắt(III) dùng để kết tủa chỉ bằng 1/3 – 1/2 liều lượng phèn nhôm.

-         Phèn sắt ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng.

Nhược điểm của phèn sắt(III) là ăn mòn đường ống mạnh hơn phèn nhôm ( vì trong quá trình phản ứng tạo ra axit).

        Ở nước ta, người ta vẫn quen dùng phèn nhôm. Để khắc phục nhược điểm của mỗi loại có thể dùng kết hợp cả phèn sắt và phèn nhôm tương ứng là 1: 1 hoặc

2 : 1. Kết tủa hỗn hợp thích hợp nhất vào mùa lạnh.

        Lưu ý: Trên thực tế, việc lựa chọn loại phèn, tính toán liều lượng phèn và liều lượng chất kiềm hoá cần phải được xác định bằng thực nghiệm. Các muối phèn đưa vào xử lý nước là dạng dung dịch.

III. Poly Aluminium Chloride: ( PAC)

       Một trong những chất keo tụ thế hệ mới, tồn tại dưới dạng polime vô cơ là poli nhôm clorua (polime aluminium chloride), thường viết tắt là PAC (hoặc PACl). Hiện nay, ở các nước tiên tiến, người ta đã sản xuất PAC với lượng lớn và sử dụng rộng rãi để thay thế phèn nhôm sunfat trong xử lý nước sinh hoạt và đặc biệt là xử lí nước thải.

      Tính chất: PAC có công thức tổng quát là  [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong đó m <=10, n<= 5). PAC thương mại ở dạng bột thô màu vàng nhạt hoặc vàng đậm, dễ tan trong nước và kèm tỏa nhiệt, dung dịch trong suốt, có tác dụng khá mạnh về tính hút thấm.

       PAC có nhiều ưu điểm so với phèn nhôm sunfat và các loại phèn vô cơ khác:
-    Hiệu quả keo tụ và lắng trong > 4-5 lần. Tan trong nước tốt, nhanh hơn nhiều, ít làm biến động độ pH của nước nên ko phải dùng NaOH để xử lí và do đó ít ăn mòn thiết bị hơn.
-    Không làm đục nước khi dùng thừa hoặc thiếu.
-    Không cần (hoặc dùng rất ít) phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng.
-    [Al] dư trong nước < so với khi dùng phèn nhôm sunfat.
-    Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại nặng tốt hơn.
-    Không làm phát sinh hàm lượng SO42- trong nước thải sau xử lí là loại có độc tính đối với vi sinh vật.

      Cơ chế tác dụng của PAC:

      Thông thường khi keo tụ chúng ta hay dùng muối clorua hoặc sunfat của Al(III) hoặc Fe(III). Khi đó, do phân li và thuỷ phân ta có các hạt trong nước: Al3+, Al(OH)2+, Al(OH) phân tử và Al(OH)4-, ba hạt polime: Al2(OH)24+, Al3(OH)45+, Al13O4(OH)247+ và Al(OH)3rắn. Trong đó Al13O4(OH)247+ gọi tắt là Al13 là tác nhân gây keo tụ chính và tốt nhất.

Với Fe(III) ta có các hạt: Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH) phân tử và Fe(OH)4-, ba hạt polime: Fe2(OH)24+, Fe3(OH)45+ và Fe(OH)3 rắn.

      Trong công nghệ xử lí nước thông thường, nhất là nước tự nhiên với pH xung quanh 7 quá trình thuỷ phân xảy ra rất nhanh, tính bằng micro giây, khi đó hạt Al3+ nhanh chóng chuyển thành các hạt polime rồi hydroxit nhôm trong thời gian nhỏ hơn giây mà không kịp thực hiện chức năng của chất keo tụ là trung hoà điện tích trái dấu của các hạt cặn lơ lửng cần xử lý để làm chúng keo tụ.

      Khi sử dụng PAC quá trình hoà tan sẽ tạo các hạt polime Al13, với điện tích vượt trội (7+), các hạt polime này trung hoà điện tích hạt keo và gây keo tụ rất mạnh, ngoài ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng chậm hơn Al3+ rất nhiều, điều này tăng thời gian tồn tại của chúng trong nước nghĩa là tăng khả năng tácdụng của chúng lên các hạt keo cần xử lí, giảm thiểu chi phí hoá chất. Ngoài ra, vùng pH hoạt động của PAC cũng lớn gấp hơn 2 lần so với phèn, điều này làm cho việc keo tụ bằng PAC dễ áp dụng hơn. Hơn nữa, do kích thước hạt polime lớn hơn nhiều so với Al3+ (cỡ 2 nm so với nhỏ hơn 0,1 nm) nên bông cặn hình thành cũng to và chắc hơn, thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo. 

 

      Cơ chế hình thành Al13:

Trong nước Al3+ có số phốitrí 4 và 6, khi đó khả năng tồn tại dưới dạng tứ diện Al(OH)4- hay còn gọi là tếbào T4, hoặc bát diện Al(OH)_4(H_2O)2- Tế bào T4 này là mầm để hình thành cái gọi là cấu trúc Keggin với tâm là tế bàoT4 và 12 bát diện bám xung quanh, khi đó ta có cấu trúc ứng với công thứcAl12AlO4(OH)247+. Người ta cho rằng khi cho kiềm vào dung dịch Al3+, khi ion Al3+ tiếp xúc với các giọt kiềm thì đó là lúc hình thành các tế bào T4. Tiếptheo các bát diện vây quanh T4 tạo Al13, như vậy có thể coi bước tạo T4 là bướcquyết định trong công nghệ chế tạo Al13 thành phần chính của PAC.

       Phương pháp sử dụng:

1.      Sản phẩm dạng lỏng có thể sử dụng trực tiếp hoặc loãng đi 10 lần rồi mới sử dụng, dạng đặc phải loãng đi thành ra dung dịch 5 – 10% mới sử dụng, như thế mới dung hòa đều, hiệu quả mới tốt.

2.      Dung dịch đã làm loãng tốt nhất phải sử dụng hết trong 4 – 8 giờ.

3.      Số lượng sử dụng phải căn cứ theo chất lượng và độ trong suốt của nước và thiết bị.Làm sạch nước bình thường sử dụng dạng đặc là khoảng một phần mười ngàn ( 1kg nước sử dụng 0,01g).

 

Độ đục nước

30-100

 

100-250

250-400

400-1000

1000 - 5000

> 5000

Số lượng

2.5 ppm

3.44

4.5

6.2

12.5

20

        IV. CHẤT KEO TỤ CAO PHÂN TỬ PAFC:

- Công thức: [ Al2(OH)nCl6-n]m . [Fe2(OH)nCl6-n]m

Đặc điểm :

Chỉ tiêu

Kết quả

1. Ngoại quan

Dung dịch màu nâu đỏ

2. pH

4

3. Tỷ trọng dung dịch

1,3 ( Bomex = 320)

4. Hàm lượng Al2O3

≥ 30 %

5. Hàm lượng Fe2O3

≥ 20 %

6. Hàm lượng chất không tan trong nước

≤ 0,01 %

Ưu điểm:

- PAFC là chất keo tụ cao phân tử, là sản phẩm mới chất lượng cao có hiệu quả sử dụng cao trong xử lý nước sạch, nước thải.

- PAFC tan hoàn toàn trong nước. Khi cho vào nước khuấy đều tách ngay các tạp chất ra khỏi nước tính bằng Micro giây. PAFC có khả năng keo tụ nhanh, lắng nhanh, làm trong nước nhanh, chất lượng nước tốt hơn dùng PAC.

- PAFC có tác dụng tẩy màu, diệt khuẩn, khử mùi, khử tảo. Đặc biệt có tác dụng khử COD, BOD và các ion kim loại nặng trong nước.

Cách sử dụng:

- Điều chỉnh nước sạch, nước thải về pH từ 7 - 9 bằng dung dịch NaOH 30%.

- Cho keo tụ PAFC vào bể chứa, sau đó bơm định lượng vào nước cần xử lý theo lưu lượng đã tính toán tùy thuộc vào từng loại chất lượng nước đã được làm thí nghiệm  (thông thường 1 m3 nước giếng khoan tiêu tốn 0,2 Kg PAFC và 0,2 Kg NaOH 30%).

- Khi keo tụ PAFC được cấp vào nước xử lý, các tạp chất được tách rất nhanh ra khỏi nước xử lý tính bằng Micro giây chuyển thành các hạt polyme keo tụ lại và lắng xuống bể lắng.

- Nước sạch được chuyển sang bể lọc. Sau đó được khử trùng và cấp cho nước sinh hoạt.

- Nước thải : Quy trình xử lý và liều lượng đưa vào xử lý như nước sạch. Khi tạp chất tách khỏi nước lắng xuống, cho dung dịch polime A101 vào khuấy đều, các tạp chất keo tụ chặt lại, xả nước đã xử lý, bùn cho vào ép loại bỏ tạp chất ( 1 m3 nước thải tiêu tốn hết 0,1 kg A101 )

Trên thực tế, trong quá trình vận hành xử lý phụ thuộc vào chất lượng nước mà đưa lượng keo tụ PAFC vào. Do đó , quá trình vận hành cần tiến hành thí nghiệm tính toán để có được kết quả về lượng keo tụ PAFC sử dụng đạt hiệu quả xử lý tốt nhất, giảm giá thành sản xuất.

PAFC khác biệt với các chất keo tụ khác:

- Tan nhanh hoàn toàn trong nước so với các loại phèn nhôm và các chất keo tụ khác.

- Hiệu quả khi cho vào nước tách ngay tạp chất ra khỏi nước, keo tụ nhanh, lắng nhanh, làm trong nước nhanh, chất lượng nước tốt hơn dùng PAC.

 Trên thực tế, việc lựa chọn các loại phèn, các hóa chất keo tụ, việc tính toán lượng đưa vào xử lý cần được xác định bằng thực nghiệm.

         Tài liệu trên không tránh khỏi những thiếu xót. Rất mong mọi người tham khảo và đóng góp ý kiến.

         Trân trọng các ơn!

CÔNG TY TNHH HÓA CHẤT CÔNG NGHIỆP ĐỨC GIANG

Hỗ trợ trực tuyến
Phòng kinh doanh  
Phòng kỹ thuật 
PoweredBy NAMROYAL GROUP