PAC, phèn nhôm và những hóa chất keo tụ thông dụng

Nhu cầu nước cấp cho sinh hoạt ở các khu đô thị lớn nói chung rất cao. Nước sạch được xử lý bằng hóa chất keo tụ và các hóa chất khác. Nhu cầu sử dụng lớn kết hợp giá thành hóa chất xử lý lớn sẽ đẩy giá bán cao. Việc lựa chọn loại hóa chất nào rẻ, liều lượng sử dụng ít, cho chất lượng nước sạch là mục tiêu thường xuyên của các nhà máy cấp nước.

Nhu cầu hóa chất keo tụ

Từ trước tới nay, ở nước ta chất keo tụ được sử dụng để làm lắng trong nước sinh hoạt là các loại muối nhôm gồm: Nhôm Sunfat (thường gọi là phèn đơn) hoặc Nhôm Kali, Nhôm Amon Sunfat (thường gọi chung là phèn kép) hoặc dung dịch Phèn Sắt. Khi tan vào nước, muối nhôm thuỷ phân tạo ra nhôm hidroxit Al(OH)3 ở dạng bông. Các bông này kết tụ các hạt keo, huyền phù hoặc nhũ tương lơ lửng trong trạng thái bất ổn định thành những đám mây trên một diện tích lớn trong môi trường lỏng, cuối cùng tạo thành một khối đủ nặng để lắng xuống đáy, tách hỗn hợp nước xử lý thành hai pha rắn và lỏng rõ rệt làm nước trở nên trong suốt.

Ngoài các chất keo tụ là phèn, trong sản xuất nước sinh hoạt, các nhà máy còn sử dụng thêm các loại hóa chất khác như: Clo (Clo lỏng, nước Javen, bột Chlorine) có tác dụng diệt khuẩn, nhằm phòng chống một số bệnh dịch; Vôi để hiệu chỉnh độ pH; Natri silicofluorua chống bệnh sâu răng; Polyacrylamide để làm tăng hiệu quả quá trình lắng làm trong nước…

Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt ngày càng tăng lên đòi hỏi phải tăng cường sản xuất và cung cấp những hóa chất xử lý nước cũng như ứng dụng những tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất các hóa chất có chất lượng tốt, sạch, xử lý hiệu quả cao nhằm tiết kiệm, giảm giá thành nước thành phẩm.

Dưới đây chúng tôi xin phép được trình bày một số hiểu biết về một vài chất keo tụ thu thập được từ các nguồn tài liệu trong và ngoài nước.

Hóa chất phèn nhôm truyền thống

Tổng quát hóa chất keo tụ phèn nhôm truyền thống

Trước tiên là Nhôm Sunfat được sản xuất từ axit Sunfuric và một nguyên liệu chứa nhôm như đất sét, cao lanh, quặng bôxit, nhôm hydroxit…

Khi nguyên liệu sản xuất phèn nhôm là nhôm hydroxit, sản phẩm thu được có chất lượng tốt nhất: hàm lượng nhôm oxit Al2O3 có thể đạt tới 17% đồng thời hàm lượng sắt oxit Fe2O3 có thể dưới 0,04%. Khi dùng nguyên liệu chứa nhôm khác, chất lượng sản phẩm thường thấp hơn và tiêu hao nguyên vật liệu thường cao hơn.

Công thức chung của phèn Nhôm Sunfat là Al2(SO4)3.nH2O hay Al2(SO4)3.18H2O chứa 15% Al2O3. Tùy theo điều kiện sản xuất, có thể thu được nhiều loại tinh thể nhôm sunfat hydrat hóa khác nhau trong đó giá trị của n có thể là 18,16, 27,…

Khi cho thêm kali sunfat vào quá trình phản ứng, ta thu được nhôm kali sunfat có công thức hóa học là Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O hay AlK(SO4)2.12H2O. Trường hợp dùng Amôni Sunfat thì sẽ thu được phèn kép nhôm amôni có công thức phân tử là Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O hay Al(NH4)(SO4)2.12H2O.

Nhược điểm phèn nhôm truyền thống

Ở miền Bắc nước ta, sản xuất phèn đơn thường đi từ cao lanh, còn ở rniền Nam, lại sử dụng nguyên liệu nhôm hydroxit. Chất lượng các loại phèn nhôm sản xuất trong nước tương đương với chất lượng các sản phẩm cùng chủng loại của nước ngoài. Tuy nhiên, hiện nay, các nhà máy sản xuất nước sạch đã quan tâm đến những chất keo tụ mới vì phèn nhôm sunfat bộc lộ một số nhược điểm:

– Làm giảm độ pH của nước sau xử lý làm cho nước có vị chua, ăn mòn đường ống…vì vậy bắt buộc phải dùng vôi để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng.

– Khi cho quá liều lượng cần thiết xảy ra hiệu tượng keo tụ bị phá huỷ làm cho nước đục trở lại. Như vậy, khi độ đục, độ màu nước nguồn cao, nhôm sunfat lại không hiệu quả.

– Phải dùng thêm nhiều phụ gia trợ keo tụ, trợ lắng…

– Hàm lượng nhôm tồn dư trong nước sau xử lý cao hơn so với khi dùng chất keo tụ khác và có thể cao hơn mức quy định cho phép (0,2mg/l).

– Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và ko tan cùng các kim loại nặng bị hạn chế.

– Ngoài ra, có thể làm tăng lượng SO4(2–) trong nước thải sau xử lí là loại có độc tính đối với vi sinh vật.

Vì những lý do nêu trên, hiện này nhiều nhà máy sản xuất nước sạch đã và đang quan tâm tới việc sử dụng các chất keo tụ mới có khả năng khắc phục những nhược điểm trên để thay thế phèn nhôm truyền thống.

Hóa chất phèn nhôm thế hệ mới- ưu việt

PAC- Hóa chất keo tụ tối ưu nhất

Đó là những muối nhôm mà công thức phân tử của chúng có chứa những gốc hydroxyt (OH-). Ta có thể coi những chất Poly Nhôm Clorua (PAC) như là sản phẩm tạo thành bởi phản ứng không triệt để giữa axit clohydric và nhôm hydroxit theo phương trình:

nAl(OH)3 + (3n-m)HCl -> Aln(OH)mCl3n-m + (3n-m)H2O

Tương tự, trong công thức phân tử Aln(OH)m(SO4)KCl3n-m-2k của chất Poly Nhôm Cloro Sunfat (WAC) có một số ion Cl- bị thay thế bởi những gốc hydroxyl (OH-) và những gốc sunfat (SO4-). Còn trong công thức phân tử của những chất Poly Nhôm Clorua Silicat (PACS) và Poly Nhôm Sunfat Sillcat (PASS) lại chứa những gốc silicat (SiO32-) hay những nhóm silic oxit (SiO2). Khi hoà tan vào nước chúng tạo thành những cation phức hydroxo- nhôm có khối lượng phân tử lớn hơn so với trường hợp dùng nhôm sunfat.

Một trong những chất keo tụ thế hệ mới, sử dụng phổ biến hiện nay là Poly Nhôm Clorua (poly aluminium chloride), thường viết tắt là PAC (hoặc PACl). Hiện nay, ở các nước tiên tiến, PAC được sản xuất với lượng lớn và sử dụng thay thế phèn nhôm sunfat trong xử lý nước sinh hoạt và đặc biệt là xử lý nước thải.

Ưu điểm ưu việt của PAC

PAC có nhiều ưu điểm so với phèn nhôm sunfat và các loại phèn vô cơ khác như:

– 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 vôi để xử lí và do đó ít ăn mòn thiết bị hơn.

– Ko làm đục nước khi dùng thừa hoặc thiếu.

– Ko cần (hoặc dùng rất ít) phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng.

– Hàm lượng nhôm [Al] dư trong nước thập hơn nhiều so với khi dùng phèn nhôm sunfat.

– Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và ko tan cùng các kim loại nặng tốt hơn.

– Ko làm phát sinh hàm lượng SO42- trong nước thải ra sau xử lý nên không gây độc cho vi sinh vật.

>>Xem thêm: Hóa chất PAC

Sắt III clorua

Đây là sản phẩm thu được bằng cách cho phôi sắt tác dụng với axit clohydric rồi tiếp tục oxy hóa bởi một chất oxy hóa như khí clo theo các phương trình phản ứng:

Fe + 2HCl –> FeCl2 + H2

2FeCl2 + Cl2 –> 2FeCl3

Nước ta đã sản xuất FeCl3 nhưng hiếm có thông tin sử dụng FeCl3 vào việc xử lý nước sạch mà chủ yếu sử dụng vào xử lý nước thải.

>>Xem thêm: Dung dịch FeCl3 40%

Một số đề xuất xử lý nước bằng hóa chất keo tụ

1. Phèn nhôm kém hiệu quả khi xử lý nước nguồn có độ đục và độ kiềm cao, nhưng ưu thế của PAC lại không rõ rệt đối với nước nguồn có độ đục thấp và nghiêng về axit, trung tinh. Các cơ sở đang sản xuất cung cấp nước sinh hoạt ổn đinh không nhất thiết phải thay đổi chất keo tụ khi phèn nhôm vẫn phát huy hiệu quả tốt. Ngược lại, ở những cơ sở sử dụng nước nguồn có độ đục quá cao (tới vài trăm hay trên một nghìn đơn vị NTU), việc sử dụng PAC là cần thiết và rất hợp lý.
2. Cần cân nhắc tác động của đơn giá chất keo tụ lên giá thành nước sinh hoạt, do đơn giá của PAC cao hơn đơn giá phèn nhôm.
3. Nguyên liệu sử dụng trong quá trình sản xuất các loại phèn nhôm gồm nhôm hydroxit, quặng bôxít, kaolin…và axit sunfuric hay axit clohydric; Do nguyên liệu sản xuất có thành phần phẩm chất khác nhau (chủ yếu là chứa tạp chất kim loại nặng As, Hg, Pb…) nên chất lượng của các loại phèn thành phẩm cũng rất khác nhau. Vì vậy các đơn vị sản xuất nước sinh hoạt cần lựa chọn sử dụng đúng loại phèn nhằm đảm bảo chất lượng nước được thực sự là nước sạch, tức là làm trong nước nhưng không đưa thêm các tạp chất độc hại vào trong nước.