Phèn nhôm và những chất keo tụ ppt

Phèn nhôm và những chất keo tụ

Ở những khu dân cư tập trung trong các đô
thị, thành phố, nước sinh hoạt được cung cấp
từ các nhà máy cấp nước khu vực mà giá cả
của nó chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi giá cả và
số lượng tiêu dùng của hóa chất keo tụ và
những hóa chất khác. 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.

Từ trước tới nay , ở nước ta chất keo tụ được
sử dụng để lắng trong nước sinh hoạt là nhôm
sunfat (thường gọi là phèn đơn) hoặc nhôm
kali, nhôm amon sunfat (thường gọi chung là
phèn kép) hoặc dung dịch phèn nước (thông
thường là dung dịch (phèn nhôm sắt). Nhằm
phòng chống một số bệnh tật, bệnh dịch
người ta còn sử dụng một số hóa chất khác
như clo (clo lỏng, nước javen, bột tẩy) có tác
dụng diệt khuẩn; vôi để hiệu chỉnh độ pH; natri
silicofluorua chống bệnh sâu răng; polyacrylat
để hoàn thiện quá trình lắng trong nước

Nhu cầu nước sinh hoạt sẽ tăng vọt lên trong
những năm tới 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 hiệu quả xử lý
nước tốt hơn các loại phèn đơn, phèn kép
truyền thống đã sử dụng hàng trăm năm nay.

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.

Những phèn nhôm truyền thống

Trước tiên là nhôm sunfat sản xuất từ axit
sunfuric và một vật liệu chứa nhôm như đất
sét, cao lanh, quặng bôxit, nhôm hydroxit.

Khi sử dụng nhôm hydroxit, sản phẩm thu
được có chất lượng tốt nhất: hàm lượng nhôm
oxit Al2O3 có thểđạt 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 nhôm sunfat là
Al2(SO4)3.nH2O, thường gặp
Al2(SO4)3.18H2 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 (potash
alum) có công thức phân tử là
Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O hay AlK(SO4)2.
12H2O. Trường hợp dùng amôn sunfat, thu
được phèn kép nhôm amôn (ammonia alum)
có công thức phân tử là
Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O hay
Al(NH4)(SO4)2. 12H2O.

Việt Nam mới có Tiêu chuẩn của đơn vị sản
xuất, thường quy định chung là Al2O3 >
10,3% mặc dù chất lượng phèn kép nhôm
amôn luôn cao hơn 11,1% Al2O3.

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, người ta bắt đã quan tâm đến những
chất keo tụ mới nhiều hơn vì ban thân nhôm
sunfat bộc lộ một số nhược điểm:

- Làm giảm độ pH của nước sau xử lý, 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 kém tác dụng.

- Phải dùng thêm một số 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 vệ sinh

(0,2mg/l)

Những chất muối nhôm kiềm tính

Đó là những muối nhôm mà công thức phân
tử của chúng có chứa những gốc hydroxyl
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 silicatb
(PACS) và poly nhôm sunfat sillcat (PASS) lại
chứa những gốc silicat SiO3 hay những
nhóm silic oxit SiO2. Khi hoà tan vào nước
chúng tạo thành những cation phức hydroxo -
nhôm có khối lượng lớn hơn so với trường
hợp dùng nhôm sunfat.

Trong việc thử nghiệm chất PAC Trung Quốc
vào xử lý nước sông Hồng, nước sông Nhuệ,
các chuyên gia Viện Hóa học -
TKHTN&CNQG đã kết luận (tài liệu Hội thảo
chuyên đề trang 214-215)

" PAC có rất nhiều ưu điểm so với phèn nhôm
trong quá trình keo tụ: ít tác động pH, liều
lượng thấp, ít gây ăn mòn thiết bị, đặc biệt đối
với nước có độ đục và độ kiềm cao;

- Các tạp chất khác ở trong nước như chất
hữu cơ, ion photphat, sunfat có ảnh hưởng
lớn lên quá trình keo tụ của PAC, làm thay đổi
cơ chế keo tụ;

- Không tìm thấy mối quan hệ tuyến tính giữa
liều lượng PAC với độ đục ban đầu của nước,
vì vậy trước khi sử dụng cần tiến hành thí
nghiệm trước.

Các chuyên gia nói trên đã đi đến nhận định
"Tuy nhiên việc áp dụng riêng rẽ PAC trong
nhiều trường hợp đối với nguồn Việt Nam là
không thích hợp" (Tài liệu đã dẫn, trang 206)
và nghiên cứu sáng tạo chất keo tụ mới
PACN-95 mà thành phần phối liệu của nó như
sau:

Po ly nhôm clorua Trung Quốc (Al2O3 28%) -
75% .

Xanthan gum biến tính 7-10%

Chitosan biến tính 2-3%

Các chất phụ trợ 12-16%

Tác dụng keo tụ của chất PACN-95 dựa trên
cơ sở tính chất keo tụ của PAC Trung Quốc
và được tăng cường bởi những thành phần
phối liệu khác. Các kết quả thử nghiệm và ứng
dụng chất PACN-95 vào xử lý nước sinh hoạt
ở 3 Công ty cấp nước tinh Nghệ An, Hải
Hưng, Nam Hà đã được tổng kết và báo cáo
là PACN-95 cơ ưu thế hơn hẳn phèn nhôm.

Tuy nhiên, điều phân vân là tính hiệu quả kinh
tế ra sao khi so sánh?

Cho tới nay, qua báo chí và thông tin thu lượm
được, chúng tôi được biết các Công ty Cấp
nước (kể cả Công ty Cấp nước thành phố Hồ
Chí Minh) đều tập trung vào công cuộc cải tạo
mở rộng và xây mới cơ sở sản xuất chứ chưa
phát biểu về việc có thay hay không thay phèn
nhôm bằng chất keo tụ khác. Trong khi đó
Công ty Cấp nước Bình An (dạng BOT) đang
khẩn trương thi công để có thể huy động vào
sản xuất trong quý 4/1999 đã thông báo vẫn
dùng phèn nhôm để lắng trong nước.

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.

Một số suy nghĩ và đề xuất

Xuất phát từ các suy nghĩ:

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. Không thể thuyết phục các cơ sở
đang ổn đinh sản xuất và cung cấp nước sinh
hoạt 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 PACN-95 hay PAC rất hợp lý.

2. Không thể xem nhẹ tác động của đơn giá
chất keo tụ về tới Công ty cấp nước lên giá
thành nước sinh hoạt. Đơn giá của PAC (tất
nhiên dẫn tới đơn giá PACN-95), của WAC,
PACS. . . đều cao hơn đơn giá phèn nhôm.

3. Nguyên liệu có hiệu quả nhất trong việc sản
xuất nhôm sunfat là nhôm hydroxit và axit
sunfunc. Nguyên liệu cho sản xuất PAC là
nhôm hydroxit và axil clohydric; còn nguyên
liệu cho sản xuất WAC là nhôm hydroxit, axit
clohydric và axit sunfuric. Sản xuất PAClà một
biện pháp hữu hiệu cho việc thăng bằng khí
clo của các nhà máy xút - clo nhưng lại là tiền
đề bắt buộc phải tìm kiểm nguồn tiêu thụ mới
cho một lượng lớn axit sufuric do không sản
xuất phèn nhôm (khoảng 0,5 tấn axit một tấn
phèn nhôm). Một dây chuyền công nghệ sản

xuất WAC của hãng Krebs (Pháp) , có khả
năng cho ta 3 sản phẩm nhôm suafat, PAC và
WAC tùy theo chế độ điều hành. Việc điều
hành sản xuất chất keo tụ là tuy theo nhu cầu
ở từng thời điểm từng thời gian của thị trường
trong nước và yêu cầu xuất khẩu.

4: Tín hiệu "bật đèn xanh" cho việc sản xuất
chất keo tụ mới thay thế phèn nhôm (nếu có)
chỉ có thể bắt đầu khi công cuộc nghiên cứu
đã có kết quả mỹ mãn. Về phần mình, các nhà
sản xuất phèn nhôm cần bám sát thông tin để
kịp thời có đối sách thích hợp nhưng dẫu sao
vẫn phải đi sau các nhà nghiên cứu, hộ tiêu
thụ một bước.

Vì vậy chúng tôi mạn phép đề xuất:

* Vẫn duy trì sản xuất và sử dụng song song
cả phèn nhôm lẫn PACN-95 hay PAC tùy
theo địa phương ít nhất tới đầu thiền kỷ tới
(khoảng 2003-2010). Việc điều hành sản xuất
chất keo tụ nằm trong tầm tay Tổng công ty
Hóa chất Việt Nam. Phấn đấu tự sản xuất
hoàn toàn bằng nguyên hệu trong nước không
nhập ngoại. Tăng cường sản xuất nhôm
hydroxit, tiến tới sử dụng nguyê liệu nhôm
hydroxit thay thế hoàn toàn cao lanh, bôxit
trong việc sản xuất phèn nhôm.

* Cần thiết được nghiên cứu sâu rộng hơn để
khẳng định chất keo tụ lắng trong nước sẽ sử
dụng trong tương lai. Vốn đầu tư cho đề tài
nghiên cứu này (jaltest và pilôt) phải do Nhà
nước cấp và giao cho một cơ quan chuyên
môn đảm nhiệm.

Thời gian kết thúc đề tài không nên chậm quá
năm 2000 để các nhà sản xuất sớm triển khai
phần việc của mình đảm bảo ổn đinh sản xuất
chất keo tụ được lựa chọn (nếu phải bãi bỏ
phèn nhôm) vào năm 2002-2003.