Phèn nhôm, Phèn PAC và những chất keo tụ khác

Chu Văn An

Tại các khu dân cư tập trung ở các đô thị, thành phố, nước sinh hoạt được cung cấp từ các nhà máy cấp nước khu vực, giá cả bị ảnh hưởng trực tiếp bởi giá cả và lượng hóa chất tiêu thụ. chất keo tụ và các hóa chất khác. Lựa chọn hóa chất có giá thành rẻ, liều lượng sử dụng thấp, mang lại chất lượng nước sạch là mục tiêu thường xuyên của các nhà máy cấp nước.

Tính đến nay, ở nước ta chất keo tụ dùng để lắng nước sinh hoạt là các muối nhôm bao gồm: Nhôm Sulfate (thường gọi là phèn chua đơn giản) hoặc Nhôm Kali, Nhôm Amoni Sulfate (thường gọi là phèn chua). double) hoặc dung dịch phèn sắt. Khi hòa tan trong nước, muối nhôm thủy phân tạo thành nhôm hydroxit Al(OH)3 ở dạng bông. Các khối này kết tụ các hạt keo, huyền phù hoặc nhũ tương lơ lửng ở trạng thái không ổn định thành đám mây trên diện rộng trong môi trường lỏng, cuối cùng tạo thành một khối đủ nặng để lắng xuống đáy, tách hỗn hợp nước được xử lý thành hai pha rắn và lỏng riêng biệt. , làm cho nước trở nên trong suốt.

Ngoài chất keo tụ phèn, trong sản xuất nước sinh hoạt, các nhà máy còn sử dụng các loại hóa chất khác như: Clo (clo lỏng, nước Javen, bột clo) có tác dụng diệt khuẩn, ngăn chặn một số dịch bệnh; Vôi để điều chỉnh pH; Natri silicofluoride chống sâu răng; Polyacrylamide để tăng hiệu quả của quá trình làm sạch nước…

Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt ngày càng tăng đòi hỏi phải tăng cường sản xuất, cung cấp hóa chất xử lý nước cũng như ứng dụng tiến bộ kỹ thuật trong sản xuất hóa chất xử lý nước sạch, chất lượng tốt. Quản lý hiệu quả cao để tiết kiệm và giảm chi phí nước thành phẩm.

Dưới đây chúng tôi xin trình bày một số kiến ​​thức về một số chất keo tụ được thu thập từ các nguồn trong và ngoài nước.

a/ Phèn nhôm truyền thống

Trước hết, Aluminium Sulfate được sản xuất từ ​​axit sunfuric và một số nguyên liệu chứa nhôm như đất sét, cao lanh, quặng bôxit, nhôm hydroxit…

Khi nguyên liệu sản xuất phèn là nhôm hydroxit thì sản phẩm thu được có chất lượng tốt nhất: hàm lượng oxit nhôm Al2O3 có thể lên tới 17% và hàm lượng oxit sắt Fe2O3 có thể nhỏ hơn 0,04%. Khi sử dụng các vật liệu chứa nhôm khác, chất lượng sản phẩm thường thấp hơn và mức tiêu hao vật liệu thường cao hơn.

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

Khi thêm kali sunfat vào quá trình phản ứng, ta thu được nhôm kali sunfat có công thức hóa học Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O hoặc AlK(SO4)2.12H2O. Trường hợp sử dụng Amoni sunfat sẽ thu được phèn nhôm amoni kép có công thức phân tử Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O hoặc Al(NH4)(SO4)2.12H2O.

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

– Giảm pH của nước sau xử lý làm cho nước có vị chua, ăn mòn đường ống… nên cần sử dụng vôi để điều chỉnh pH, ​​dẫn đến tăng chi phí sản xuất.

– Khi dùng quá liều lượng yêu cầu, tác dụng đông tụ bị phá hủy, khiến nước đục trở lại. Như vậy, khi độ đục và màu sắc của nguồn nước cao thì nhôm sunfat không phát huy tác dụng.

– Phải sử dụng thêm phụ gia để hỗ trợ quá trình keo tụ, lắng…

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

– Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan, không hòa tan và kim loại nặng còn hạn chế.

– Ngoài ra còn có thể làm tăng lượng SO4(2–) trong nước thải sau xử lý gây độc cho vi sinh vật.

Vì những lý do trên, hiện nay nhiều nhà máy nước sạch đang quan tâm sử dụng chất keo tụ mới có thể khắc phục được nhược điểm trên để thay thế cho phèn truyền thống.

b/ Các loại phèn nhôm thế hệ mới

Đây là những muối nhôm có công thức phân tử chứa gốc hydroxit (OH-). Chúng ta có thể coi các chất Poly Aluminium Clorua (PAC) là sản phẩm được hình thành do phản ứng không hoàn toàn 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 Poly Aluminium Chloro Sulphate (WAC), một số ion Cl- được thay thế bằng gốc hydroxyl (OH-) và các gốc khác. sunfat (SO4-). Công thức phân tử của Poly Aluminium Chloride Silicate (PACS) và Poly Aluminium Sulphate Silcate (PASS) chứa các gốc silicat (SiO32-) hoặc nhóm silica (SiO2). Khi hòa tan trong nước, chúng tạo thành các cation phức hydroxo-nhôm có trọng lượng phân tử lớn hơn so với trường hợp sử dụng nhôm sunfat.

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

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

– Hiệu suất keo tụ và lắng > 4-5 lần. Hòa tan tốt trong nước, nhanh hơn nhiều. Nó ít gây biến động về độ pH của nước nên không cần sử dụng vôi để xử lý và do đó ít ăn mòn thiết bị hơn.

– Không làm vẩn đục nước khi sử dụng thừa hoặc thiếu.

– Không cần (hoặc sử dụng rất ít) chất trợ keo tụ, lắng.

– Hàm lượng nhôm [Al] Hàm lượng cặn trong nước thấp hơn nhiều so với khi sử dụng phèn nhôm sunfat.

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

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

c) Sắt III clorua

Đây là sản phẩm thu được khi cho thỏi sắt phản ứng với axit clohiđric rồi oxy hóa nó bằng tác nhân oxy hóa như khí clo theo các phương trình phản ứng:

Fe + 2HCl –> FeCl2 + H2

2FeCl2 + Cl2 –> 2FeCl3

Nước ta đã sản xuất được FeCl3 nhưng ít có thông tin về việc sử dụng FeCl3 để xử lý nước sạch mà chủ yếu dùng để xử lý nước thải.

Một số gợi ý:

1. Phèn chua kém hiệu quả khi xử lý nước nguồn có độ đục và độ kiềm cao, nhưng ưu điểm của PAC không rõ ràng đối với nước nguồn có độ đục thấp và thiên về tính axit, trung tính. Cơ sở đang sản xuất nguồn nước sinh hoạt ổn định không cần thay chất keo tụ vì phèn vẫn hoạt động tốt. Ngược lại, ở những cơ sở sử dụng nước nguồn có độ đục rất cao (lên tới vài trăm hoặc hơn nghìn đơn vị NTU) thì việc sử dụng PAC là cần thiết và rất hợp lý.

2. Cần xem xét ảnh hưởng của đơn giá keo tụ đến giá thành nước sinh hoạt, vì đơn giá PAC cao hơn đơn giá phèn chua.

3. Nguyên liệu dùng để sản xuất phèn gồm có nhôm hydroxit, quặng bôxit, cao lanh… và axit sunfuric hoặc axit clohiđric; Do nguyên liệu sản xuất có thành phần chất lượng khác nhau (chủ yếu chứa tạp chất kim loại nặng As, Hg, Pb…) nên chất lượng của sản phẩm 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 để đảm bảo chất lượng nước thực sự là nước sạch, tức là lọc sạch nước nhưng không thêm tạp chất độc hại vào trong nước.

Xem thêm:

• Hóa chất PAC là gì?
• Xử lý nước bằng PAC