nghiên cứu khả năng keo tụ của alginate cacl2 để làm trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KEO TỤ CỦA
ALGINATE - CACL2 ĐỂ LÀM TRONG NƯỚC
S

K

C

0

0

3
2

9
6
7

5
2
7

9
3

5

MÃ SỐ: SV2010 – 41

S KC 0 0 2 7 7 9

Tp. Hồ Chí Minh, 2010


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
---oOo---

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN
SV: 2010-41

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KEO TỤ
CỦA ALGINATE – CaCl2 ĐỂ LÀM TRONG NƢỚC

GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN SỨC
SVTH : PHAN THỊ MỸ HÒA
LÊ THỊ MỸ TRANG

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11/2010


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

LỜI CẢM ƠN
Sau hơn bốn tháng miệt mài, nay nhóm chúng em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu.
Bên cạnh sự nỗ lực của cả nhóm, chúng em còn nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của ban
lãnh đạo khoa CNHH và TP, các Thầy Cô giáo bộ môn công nghệ môi trƣờng đã tạo
điều kiện thuận lợi cho nhóm chúng em thực hiện đề tài này.
Nhóm nghiên cứu chúng em xin gởi lời cảm ơn thành chân đến:
-

Thầy Nguyễn Văn Sức, Trƣởng khoa CNHH-TP ngƣời đã định hƣớng
cho chúng em chọn lựa đề tài và đã tận tình hƣớng dẫn cho chúng em
trong suốt quá trình thực hiện và cũng là giáo viên hƣớng dẫn trực tiếp,
đã luôn nhiệt tình chỉ dẫn, cho nhóm em những ý kiến thật giá trị để
nhóm em có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.

-

Cảm ơn cô Lê Thị Bạch Huệ cùng với các Giáo viên bộ môn công nghệ môi
trƣờng đã tạo điều kiện cho chúng em sử dụng phòng thí nghiệm và các thiết bị
trong quá trình thực hiện đề tài.

-

Phòng quản lý Khoa học - Hợp tác quốc tế và đào tạo sau đại học và phòng kế
hoạch tài chính đã cho phép nhóm chúng em thực hiện đề tài.

-

Thƣ viện Trƣờng ĐHSPKT-TPHCM đã tạo điều kiện cho chúng em mƣợn tài
liệu nghiên cứu.

-

Xin cảm ơn các nhóm bạn thuộc lớp MT 071150 và các anh, chị đã giúp đỡ
nhóm chúng tôi thực hiện đề tài.

Trong suốt thời gian nghiên cứu không tránh khỏi những điều thiếu sót, rất mong sự
góp ý của thầy, cô và các bạn để đề tài hoàn thành đƣợc tốt hơn.
TP.Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2010.
Nhóm nghiên cứu

1


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 1
TÓM TẮT ĐỀ TÀI ........................................................................................... 3
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................. 5
I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ............................................. 5
II.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ...................... 6
III. VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI ......................................................................... 6
PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ............................................................................ 6
I. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU..................................................................... 6
II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................... 7
III. NỘI DUNG ............................................................................................ 7
1) Tổng quan về chất lƣợng nƣớc.................................................................. 9
2) Tổng quan về độ đục .............................................................................. 10

3) Các phƣơng pháp xử lý độ đục .............................................................. 12
4) Cơ sở lý thuyết về keo tụ........................................................................ 16
5) Cơ chế lý thuyết của quá trình nghiên cứu............................................. 19
6) Kết quả nghiên cứu và nhận xét ............................................................. 27
IV.KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC ........................................................................ 30
1) Tính khoa học .......................................................................................... 39
2) Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tiễn ........................................... 39
3) Hiệu quả kinh tế - xã hội ......................................................................... 40
PHẦN III: KẾT LUẬN ........................................................................................... 40
PHỤC LỤC............................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 42

2


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Hiện nay trên thế giới và cả nƣớc ta thì việc tăng dân số đang là vấn đề nghiêm
trọng, bên cạnh đó thì việc đáp ứng nhu cầu sinh hoạt cho con ngƣời cũng đƣợc nâng
cao và việc sử dụng nƣớc sinh hoạt thì phải đƣợc đảm bảo vể sức khỏe. Nhƣng hiện
nay tình trang nƣớc đang ngày càng xuống cấp và việc sử dụng nƣớc sinh hoạt kém
chất lƣợng là vấn đề nan giải cần đƣợc giải quyết ngay. Một trong các vấn đền liên
quan đến nƣớc sinh hoạt đó là độ đục của nƣớc. Chính vì nƣớc quá đục làm ảnh
hƣởng đến chất lƣợng nƣớc và việc sử dung nên nhóm chúng tôi đã khảo sát lƣợng
nƣớc tự nhiên và nƣớc nhân tạo để nghiên cứu tìm ra nguyên nhân và xử lý để khắc
phục tình trang nƣớc bị nhiễm đục. Vì thời gian có hạn nên chúng tôi chỉ khảo sát
nƣớc ở sông Sài Gòn và nƣớc thải ở công ty gốm sứ Thiên Thanh. Qua khảo sát sơ bộ

ban đầu thì các mẫu nƣớc có độ đục cao, đặc biệt đối với nƣớc sông Sài Gòn thì độ
đục khá cao do những ngày nay trời mƣa to. Nguyên nhân chính là do lƣợng bùn trong
nƣớc thải quá nhiều dẫn dến độ đục của nƣớc cao. Đề tài của chúng tôi chỉ xoay quanh
vấn đề khả năng keo tụ cua alginate khi có mặt CaCl2 để làm cho nƣớc trong, còn các
thành phần, tính chất vật lý hay các yếu tố khác ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc chƣa
đề cập đến trong nghiên cứu này. Trên cơ sở kết quả của nghiên cứu đạt đƣợc, chúng
tôi đã đƣa ra một số giải pháp và kiến nghị để làm giảm tình trạng nƣớc đục hiện nay.

3


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Khi nền kinh tế phát triển, đời sống của ngƣời dân đƣợc nâng cao thì nhu cầu
dùng nƣớc sạch càng nhiều. Do đó, vấn đề nƣớc sạch đang là mối quan tâm của
ngƣời dân và việc xử lý các nguồn nƣớc ô nhiễm từ nguồn tự nhiên và nƣớc từ các
ngành công nghiệp là việc làm cần thiết và cấp bách.
Nƣớc trong thiên nhiên đƣợc dùng làm nguồn nƣớc cung cấp cho ăn uống sinh hoạt
và công nghiệp có chất lƣợng rất khác nhau. Đối với các nguồn nƣớc mặt, thƣờng
có độ đục, độ màu và độ nhiễm vi sinh cao. Đối với nguồn nƣớc ngầm, hàm lƣợng
sắt và mangan thƣờng vƣợt quá giới hạn cho phép. Có thể nói, hầu hết các nguồn
nƣớc thiên nhiên đều không đáp ứng đƣợc yêu cầu, về mặt chất lƣợng cho các đối
tƣợng tiêu dùng. Chính vì vậy, trƣớc khi đƣa vào sử dụng, cần phải tiến hành xử lý
loại bỏ độ đục, độ màu và độ nhiễm vi sinh cao trong nƣớc. Nhiều đề tài trƣớc đây
đã nghiên cứu, xử lý vấn đề này bằng phƣơng pháp keo tụ - tủa bông để loại bỏ
hàm lƣợng cặn các tạp chất có trong nƣớc, và hóa chất thƣờng sử dụng là phèn sắt,

phèn nhôm, các polymer và các chất trợ keo tụ khác… “Đề tài nghiên cứu keo tụ
Alginate –CaCl2 để làm trong nƣớc” cũng trên cơ sở xử lý độ đục bằng phƣơng
pháp keo tụ - tủa bông nhƣng chất keo tụ sử dụng là Alginate – CaCl2 để tiến hành
quá trình nghiên cứu. Nguồn nƣớc phục vụ cho quá trình nghiên cứu đƣợc lấy ở 2
vị trí khác nhau : đó là nguồn nƣớc lấy từ nhà máy gốm sứ Thiên Thanh và nguồn
nƣớc lấy từ sông Sài Gòn để tiến hành thực nghiệm trên máy Jartest cùng với hóa
chất sử dụng là Alginate – CaCl2 . Chúng tôi hi vọng với phƣơng pháp trên sẽ tìm
ra một chất keo tụ tốt để xử lý nƣớc, và nƣớc sau quá trình xử lý độ đục đạt tiêu
chuẩn ăn uống và vệ sinh môi trƣờng.

4


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC
1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Hiện nay, trong nƣớc chƣa có đề tài nghiên cứu xử lý độ đục của nƣớc
bằng phƣơng pháp keo tụ với hóa chất Alginate –CaCl2. Đa số các đề tài
nghiên cứu xử lý độ đục bằng phƣơng pháp keo tụ sử dụng các hóa chất là:
muối nhôm, muối sắt, các polymer, PAC, chitosan….
+ Nghiên cứu tìm giá trị tơi ƣu lƣợng trợ lắng PAC (Polyaluminum chloride)
trong xử lý nƣớc thải dệt nhuôm, ThS. Lâm Vĩnh Long.
+ Nghiên cứu phƣơng pháp keo tụ sử dụng chitosan – betonite và đƣa ra giải
pháp công nghệ để xử lý nƣớc thải của các cơ sở in ấn, SV: Lê Thị Phƣơng
Hạnh, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM.
+ Tổng hợp và khảo sát mộ t số tính chất của N-(2-Furymetyl) chitosan,
Nguyễn Thị Nhuệ , Khiếu Thị Tâm, Nguyễn Thị Hồng Anh_ Khoa Hóa,

Trƣờng Đại Học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
2. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc:
Đề tài nghiên cứu: “ Use of calcium alginate as a coagulant in water
treatment”, Coruh –H.A, A thesis submitted to the graduate school of natural
and applied sciences of middle east technical university, September 2005.
III. NHỮNG VẤN ĐỀ CÕN TỒN TẠI
Việc khảo sát độ đục cũng nhƣ lƣợng cặn ở nguồn nƣớc đã từng đƣợc
nhiều nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu khả
năng keo tụ của Alginate - CaCl2 để làm trong nƣớc ”, chúng tôi sẽ xây dựng
và trình bày một cách cụ thể qui trình nghiên cứu trên máy jatest cùng với hóa
chất sử dụng là Alginate - CaCl2 để tìm hiểu khả năng keo tụ của AlginateCaCl2 đối với độ đục của một số mẫu nƣớc. Tuy nhiên, do thời gian có hạn nên
chúng tôi chỉ tiến hành nghiên cứu 2 mẫu phân tích chỉ tiêu pH và độ đục còn
chỉ tiêu khác nhƣ nhu cầu oxy hóa học (COD), chất rắn lơ lửng (SS), độ màu, ..
chƣa nghiên cứu .

5


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:
- Nghiên cứu khả năng keo tụ của alginate, các số liệu về liều keo tụ, ảnh hƣởng
của pH và hàm lƣợng của CaCl2.
- Từ đó đƣa ra những kết luận và kiến nghị về xử lý độ đục.
II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Phƣơng pháp luận
- Tìm hiểu chất keo tụ đƣợc sử dụng trong và ngoài nƣớc.

- Tìm hiểu về thí nghiệm jartest và các bƣớc tiến hành.
- Các thành phần, tính chất của nƣớc thải từ nhà máy gốm sứ Thiên Thanh và
nƣớc lấy từ sông.
2. Phƣơng pháp thực nghiệm
Các thông số đo và phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc trình bày theo bảng sau:
Bảng 1: Các thông số và phƣơng pháp nghiên cứu
Thông số

Thiết bị

Phƣơng pháp phân tích

pH

WTW inolab Ph 720

Đo bằng máy

Độ đục

Máy đo độ đục

Đo bằng máy

3. Phƣơng pháp xử lý số liệu
- Các số liệu đƣợc biểu diễn trên các bảng biểu.
- Các số liệu đƣợc quản lý trên Microsoft word và Microsoft Excel
- Văn bản soạn thảo trên chƣơng trình Microsoft word và Microsoft Excel

6

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:
1. Tổng quan về chất lƣợng nƣớc
Để cung cấp nƣớc sạch, có thể khai thác từ các nguồn nƣớc thiên nhiên (thƣờng gọi là
nƣớc thô) là nƣớc mặt, nƣớc ngầm và nƣớc biển.
Nƣớc mặt bao gồm các nguồn nƣớc trong các hồ chứa, sông suối. Do kết hợp từ các
dòng chảy trên bề mặt và thƣờng xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trƣng của
nƣớc mặt là:
+ Chứa khí hòa tan, đặc biệt là Oxy.
+ Chứa nhiều chất rắn lơ lửng (riêng trƣờng hợp nƣớc trong hồ, chứa ít chất
rắn lơ lửng và chủ yếu ở dạng keo).
+ Có hàm lƣợng chất hữu cơ cao.
+ Có sự hiện diện của tảo.
Nƣớc ngầm đƣợc khai thác từ các tầng chứa dƣới đất. Chất lƣợng nƣớc ngầm phụ
thuộc vào cấu trúc địa chất mà nƣớc thấm qua. Do vậy nƣớc chảy qua các đại tầng
chứa cát hoặc granit thƣờng có tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi chảy qua địa tầng
chứ đá vôi, nƣớc thƣờng có độ kiềm bicacbonat khá cao.
+ Độ đục thấp.
+ Nhiệt độ và thành phần hóa học tƣơng đối ổn định.
+ Không có oxy, nhƣng có thể chứa nhiều khí H2S, CO2.
+ Chứa nhiều chất khoáng hòa tan, đáng kể đến là sắt, mangan, flour.
+ Không có sự hiện diện của vi sinh vật.
Nƣớc biển thƣờng có độ mặn rất cao hàm lƣợng muối trong nƣớc biển thay đổi tùy
theo vị trí địa lý nhƣ: khu cửa sông, gần hay xa bờ. Ngoài ra nƣớc biển thƣờng có
nhiều chất lơ lửng, chủ yếu là các phiêu sinh động – thực vật.

Nƣớc lợ : Ở cửa sông và vùng quen biển, nơi gặp nhau của các dòng nƣớc ngọt chảy
từ sông ra, các dòng thấm từ đất liền chảy ra hòa trộn với nƣớc biển làm cho độ muối
và hàm lƣợng huyền phù trong nƣớc ở khu vực này luôn thay đổi và có trị số cao hơn
tiêu chuẩn nƣớc cấp trong sinh hoạt và thấp hơn nhiều so với nƣớc biển thƣờng gọi là
nƣớc lợ.
7


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

Nƣớc khoáng: khai thác từ tần sâu dƣới đất hay từ các suối do phun trào từ lòng đất
ra, nƣớc có chứa một vài nguyên tố ở nòng độ cao hơn nòng độ cho phép đối với nƣớc
uốn và đặc biệt có tác dụng chữa bệnh. Nƣớc khoáng sau khi qua khâu xử lý thong
thƣờng nhƣ làm trong, loại bỏ hoặc nạp lại khí CO2 nguyên chất đƣợc đóng vào chai
để cấp cho ngƣời dung.
Nƣớc chua phèn: những nơi gần biển, ví dụ đồng bằng sông Cửu Long ở nƣớc ta
thƣờng có nƣớc chua phèn. Nƣớc bị nhiễm phèn do tiếp xúc với nƣớc phèn, loại đất
này giàu nguyên tố lƣu huỳnh ở dạng sunfat và một vài nguyên tố kim loại nhƣ nhƣ
sắt, nhôm. Đất phèn hình thành do quá trình kiến tạo địa chất. Trƣớc đây những vùng
này thƣờng bị ngập nƣớc và có nhiều loại thực vật và động vật tầng đáy phát triển. Do
quá trình bồi tụ, thảm thực vật và lớp sinh vật đáy bị vùi lấp và bị phân hủy yếm khí,
tạo ra các axit mùn hữu cơ làm cho nƣớc có vị chua, đồng thời có chƣa nhiều nguyên
tố kim loại có hàm lƣợng cao nhƣ nhôm, sắt và ion sunfat.
Nƣớc mƣa : Nƣớc mƣa có thể xem nhƣ nƣớc cất tự nhiên nhƣng không hoàn toàn
tinh khuyết vì nƣớc mƣa có thể bị nhiễm bởi khí, bụi và thậm chí cả vi khuẩn trong
không khí. Khi rơi xuống, nƣớc tiếp tục bị ô nhiễm do tiếp xúc với vật thể khác nhau.
Hơi nƣớc gặp không khí chứa nhiều oxyt nitơ hay oxyt lƣu huỳnh sẽ tạo nên các trận
mƣa axit.

Hệ thống thu gom nƣớc mƣa dung trong mục đích sinh hoạt gồm hệ thống mái,
máng để thu gom về bể chứ. Nƣớc mƣa có thể dự trữ trong bể chứa có mái che để
dung quanh năm.
2. Tổng quan về độ đục
2.1 Độ đục
- Nƣớc là một môi trƣờng truyền ánh sáng tốt. Khi trong nƣớc có các vật lạ nhƣ các
chất huyền phù, các hạt cặn đất đá, các vi sinh vật…. khả năng truyền ánh sáng bị
giảm đi. Nƣớc có độ đục lớn chứng tỏ có nhiều cặn bẩn.
- Đơn vị đo độ đục thƣờng là mgSiO2/l, NTU (Nephelometric Turbidity Unit) và FTU
(Formatin Turbidity Unit) là tƣơng đƣơng nhau. Nƣớc mặt thƣờng có độ đục không
vƣợt quá 5NTU. Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lƣợng tƣơng quan đến
độ đục của nƣớc.
8


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

2.2 Nguyên nhân phát sinh độ đục
- Độ đục của nƣớc bắt đầu từ sự hiện diện của một số các chất lơ lửng có kích thƣớc
thay đổi từ dạng phân tán thô đến dạng keo, huyền phù,.. gây trở ngại cho đƣờng
truyền của ánh sáng qua nƣớc hoặc hạn chế tầm nhìn mắt.
- Trong hồ hoặc trong các vùng nƣớc tĩnh, độ đục hầu nhƣ là do các chất keo và các
hạt phân tán cực mịn gây ra.
- Khi sông bắt nguồn từ các vùng núi chảy về đồng bằng, tính đục của nó có sự đóng
góp của việc trồng trọt và những tác động vào đất.
- Khi dòng lũ đi qua, một lƣợng lớn đất mặt bị rửa trôi đƣợc cuốn theo vào dòng chảy.
Phần lớn là các chất hữu cơ, bao gồm cả bùn và đất sét nhƣng cũng bao gồm một
lƣợng đáng kể các chất hữu cơ.

- Nƣớc lũ chảy qua các vùng thành thị, mang theo nƣớc thải lẫn nƣớc thải sinh hoạt đã
hoặc chƣa xử lý. Chất thải sinh hoạt chứa một số lƣợng lớn các vật chất hữu cơ và một
ít chất vô cơ góp vào tính đục của nƣớc. Chất thải công nghiệp chứa lƣợng lớn các
chất hữu cơ và các chất vô cơ khác tạo nên độ đục. Các rác rƣởi khác cũng góp nhiều
chất vô cơ và ít chất hữu cơ vào tính chất đục.
- Các chất dinh dƣỡng vô cơ nhƣ các hợp chất nitơ và photpho có trong nƣớc thải và
nƣớc từ hoạt động nông nghiệp kích thích sự phát triển tảo, cũng góp phần gây nên độ
đục của nƣớc.
 Các vật chất gây nên độ đục gồm những chất vô cơ thuần túy cho đến các chất có
bản chất là chất hữu cơ.
2.3 Ảnh hƣởng của độ đục
- Mỹ học:
Ngƣời tiêu dùng nƣớc mong đợi và đòi hỏi nƣớc sạch (không đục). Ngƣời ta nhận thức
đƣợc rằng nƣớc thải sinh hoạt có độ đục cao. Tình trạng đục trong nƣớc uống làm liên
tƣởng đến sự ô nhiễm nƣớc thải có thể và cơ hội nảy sinh mầm bệnh do nƣớc bẩn.
- Tính lọc :
Lọc nƣớc cho là khó khăn và tốn kém hơn nhiều khi độ đục của nƣớc tăng lên. Việc sử
dụng bể lọc cát chậm đã trở nên phi thực tế ở một số vùng vì độ đục cao làm rút ngắn
thời gian hoạt động và tăng chi phí làm sạch. Hoạt động tốt của bể lọc cát nhanh nói
9


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

chung phục thuộc vào sự loại bổ hiệu quả độ đục bằng các làm đông hóa học trƣớc khi
nƣớc đƣợc đƣa vào bể lọc. Những thiếu sót khi thực hiện làm thời gian hoạt động của
bộ lọc ngắn và lƣợng nƣớc lọc chấT lƣợng thấp, trừ khi có những bộ lọc với cấu tạo và
cách hoạt động đặc biệt sử dụng.

- Sự khử trùng:
Sự khử trùng nƣớc cấp thƣờng đƣợc hoàn thành bằng cách sử dụng Clo, Ozôn hoặc
Clo dioxit ,.. .Để hiệu quả, phải có sự tiếp xúc giữa vật trung gian và sinh vật mà thuốc
tẩy uế sử dụng đã loại trừ. Trong nƣớc đục, hầu hết các sinh vật có hại bị loại trừ bởi
hoạt động khử trùng. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp mà độ đục của nƣớc là do nƣớc thải
thành thị gây ra, nhiều sinh vật gây hại có thể đƣợc bọc lại trong các tiểu phân và đƣợc
bảo vệ khỏi sự khử trùng.
Vì các nguyên nhân này mà Tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc ăn uống đã đặt ra độ gây ô nhiễm
tối đa của độ đục là 2NTU
3 . Các phƣơng pháp xử lý độ đục
Hiện nay có nhiều phƣơng pháp xử lý độ đục nhƣ là:
- Phƣơng pháp keo tụ.
- Phƣơng pháp lọc qua vật liệu lọc (cát, than hoạt tính…)
- Phƣơng pháp kết hợp keo tụ và lọc.
Phƣơng pháp keo tụ xử lý độ đục có hiệu quả cao. Các hóa chất sử dụng trong keo tụ
bao gồm: muối nhôm, muối sắt, các polymer, các chất trợ keo tụ.. [2,4]
3.1 Muối nhôm
3.1.1 Phèn nhôm Al2(SO4)3
Công thức chung của nhôm sufat là Al2(SO4)3.nH2O, thƣờng gặp Al2(SO4)3.14H2O
chứa 15% Al2O3. Tùy theo điều kiện sản xuất, có thể thu đƣợc 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 đƣợc nhôm kali sufat (potash
alum) có công thức phân tử là

Al2(SO4)3.K2SO4.14H2O

hay AlK(SO4)2.12H2O.

Trƣờng hợp dùng amon sunfat, thu đƣợc phèn kép nhôm amon (ammonia alum) có
công thức phân tử là Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O hay Al2(NH4)(SO4)2.12H2O.

10


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

+ Phải có độ kiềm trong nƣớc để phản ứng với aluminum sulfate để tạo bông
hydroxide. Do ảnh hƣởng của pH, độ kiềm thƣờng ở dạng bicarbonate. Phản ứng diễn
ra nhƣ sau:
Al2(SO4)3.14H2O + 3Ca(HCO3)2  2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 14H2O + 6CO2
+ Nếu trong nƣớc không có đủ độ kiềm thì phải kiềm hóa nƣớc bằng vôi ( dƣới dạng
sữa vôi hoặc vôi tôi). Phản ứng nhƣ sau:
Al2(SO4)3.14H2O + 3Ca(OH)2  2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 14H2O
+ Cũng có thể hiểu đơn giản theo phản ứng sau:
Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+
+ pH tối ƣu đối với aluminum sufate nằm trong khoảng từ 4,5 tới 8,0. Một số thí
nghiệm và các công trình thực tế cho thấy pH tối ƣu trong khoảng 5,5 tới 6,5.
3.1.2 Sunphat nhôm + vôi sống
Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2  Al(OH)3 + 3Ca2+ + 3SO42Liều lƣợng : để bù vào việc axit hóa cần phải đƣ vôi Ca(OH)2 khoảng 1/3 lƣợng sufat
nhôm dƣới dạng thƣơng phẩm rắn.
3.1.3 Sunphat nhôm +cacbonat natri
Hai loại phản ứng có thể xảy ra tùy theo sự trung hòa của ion cacbonat thành
bicacbonat hay CO2 do:
Al2(SO4)3 + 6Na2CO3 + 6H2O  12Al(OH)3 + 2Na+ + 6HCO-3 + 3SO42Al2(SO4)3 + 6Na2CO3 + 6H2O  4Al(OH)3 + 12 Na+ + 6SO42- + 6CO2
Liều lƣợng: cacbonat natri khoảng 50-100% liều lƣợng sunphat nhôm thƣơng phẩm
rắn.
3.1.4 Aluminat natri
Ngƣợc lại với trƣờng hợp trên, nhôm ở đây dƣới dạng bazo

AlO2- + 2H2O  Al(OH)3 + OHNó có thể thay thế các ion bicacbonat và CO2 hòa tan:
NaAlO2 + Ca(HCO3)2 + H2O  Al(OH)3 +CaCO3 + Na+ + HCO32NaAlO2 + 2CO2 +4H2O  Al(OH)3 + 2Na+ +2HCO3-

11


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

Liều lƣợng : dùng cho làm sạch nƣớc bề mặt 5 đến 50g/m3 chất phản ứng chứa 50%
Al2O3.
Nhƣợc điểm
- Làm giảm độ pH của nƣớc sau xử lý, bắt buộc phải dùng vôi hiệu chỉnh lại độ pH
dẫn đến chi phí sản xuất tăng.
- Khi cho quá trình liều lƣợng cần thiết xãy ra hiện tƣợng keo tụ bị phá hủy làm cho
nƣớc đục trở lại. Nhƣ vậy, khi độ đục nƣớc nguồn cao, nhôm sunfat khó tác dụng.
Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ, trợ lắng…..
- Hàm lƣợng nhôm tồn dƣ trong nƣớc sau xử lý cao hơn so với khi dùng chất keo tụ
khác và có thể cao hơn mức quy định hợp vệ sinh (0,2mg/l).
3.2 Phèn sắt
3.2.1 Phèn sắt Ferrous sulfate
Ferrous sulfate yêu cầu độ kiềm ở dạng hydroxide ion để tạo phản ứng nhanh.
Thông thƣờng, vôi tôi hoặc vôi sữa đƣợc sử dụng để tăng pH với mức độ mà Fe2+ kết
tủa dƣới dạng Fe3+. Phản ứng này đòi hỏi oxy hòa tan trong nƣớc. Trong phản ứng
keo tụ này, oxy hòa tan trong nƣớc giảm và Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+. Sau đó Fe3+
đƣợc lắng dƣới dạng Fe(OH)3. Phản ứng diễn ra nhƣ sau:
2FeSO4.7H2O + 2Ca(OH)2 + 1/2 O2 

Fe(OH)3 + CaSO4 + 13H2O

Để phản ứng xãy ra, pH phải tăng tới khoảng 9,5 và quá trình định hóa cần lƣợng
vôi dƣ. Nhìn chung, Ferrous sulfate tạo bông nhanh. Sử dụng Ferrous sulfate kết hợp
với vôi khá hiệu quả và kinh tế.
Ferrous sulfate cũng có thể xử lý bằng chlo để tạo thành Ferric sulfat và Feric
chloride. Phản ứng diễn ra nhƣ sau:
2FeSO4.7H2O + 1,5 Cl2  Fe2(SO4)3 + FeCl3 + 21H2O
Phản ứng xãy ra ở pH dƣới 4, sản phẩm là các loại chất keo tụ rất hiệu quả
3.2.2 Sắt Ferric sulfate –Fe2(SO4)3
Phản ứng của Ferric sulfate với độ kiềm bicacbonate tạo thành Fe(OH)3:
Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 

2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

12


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

Phản ứng thƣờng tạo ra bông cặn dày, ổn định nhanh. Nếu độ kiềm tự nhiên không đủ,
vì đƣợc sử dụng để thay thế. pH tối ƣu đối với Ferric sulfate nằm trong khoảng 4-12 vì
dựa vào độ tan của Fe(OH)3 trong khoảng này.
Liều lƣợng :xử lý nƣớc mặt 10-251g/m3 tính theo Fe2(SO4)3.9H2O.
3.2.3 Phèn sắt Feric chloride –FeCl3: (lỏng, đôi khi kết tinh)
Phản ứng của FeCl3 với độ kiềm tự nhiên trong nƣớc để tạo thành Fe(OH)3 là:
FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 

2 Fe(OH)3 + 3CaCl2 + 6CO2

Nếu độ kiềm tự nhiên không đủ, vôi đƣợc thêm vào dƣới dạng Ca(OH)2
FeCl3 + Ca(OH)2 

Fe(OH)3 + 3CaCl2

pH tối ƣu đối với FeCl3 giống nhƣ ferric sulfate, nằm trong khoảng 4-12. Bông cặn tạo
thành dày, ổn định nhanh.
3.2.4 Sulfat ferric + vôi
Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2  2Fe(OH)3 + 2SO42- + 3Ca2+
Liều lƣợng: xử lý nƣớc mặt, lƣợng Ca(OH)2 nung nóng chừng khoảng 50% của lƣợng
sulfat ferric thị trƣờng Fe2(SO4)3.9H2O
3.2.5 Sắt sulfat +Clo
2FeSO4 + Cl2 + 6HCO3  Fe(OH)3 + 2Cl- + 2SO42- + 6CO2
Liều lƣợng : cần 12% clo so với sắt sulfat FeSO4.7H2O sulfat sắt và clo có thể cho
riêng rẽ vào nƣớc. Việc oxy hóa sulfat sắt bằng clo trƣớc khi dùng tạo raclosulfat sắt
(clairtan,..)
3.2.6 Sắt sulfat +vôi
FeSO4 + Ca(OH)2 Fe(OH)2 + SO42- + Ca2+
Xử lý nƣớc mặt, liều lƣợng của Ca(OH)2 cần khoảng chừng 30% sắt sulfat
FeSO4.7H2O .Trong xử lý nƣớc thải cần từ 100-150g/m3 vôi cho 250 đến 350g/m3 sắt
sulfat.

Ƣu điểm của phèn sắt đối với phèn nhôm
Liều lƣợng phèn Fe dùng để kết tủa chỉ bằng 1/3 - 1/2 liều lƣợng phèn Al.
Phèn sắt ít bị ảnh hƣởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng. Bông bền và thô hơn, có
thể sử dụng cho nƣớc có vị lạ do có mặt của H2S.

13

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

Nhƣợc điểm của phèn Fe đối với phèn nhôm Al
Có tính axit mạnh, làm ăn mòn thiết bị
3.3 Hỗn hợp: sản phẩm hỗn hợp Al3+/Fe3+
Một số chất keo tụ vô cơ có đồng thời các ion Al3+ và Fe3+ . Đó là trƣờng hợp của
AVR, sunfat hỗn hợp nhôm và sắt ( thể rắn). Sản phẩm này chủ yếu dùng để xử lý
nƣớc thải đô thị (EUR) và nƣớc thải công nghiệp (ERI), đặc biệt để khử phốtphat.
3.4 PAC ( Plialumium chloride)
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) nhƣ những sản
phẩm tạo thành bởi phản ứng không triệt để giữa axit clohydric và nhôm hydroxit theo
phƣơng trình :
nAl(OH)3 + (3n-m)HCl → Aln(OH)mCl3n-m + (3n-m) H2O
Tƣơng tự công thức phân tử AlN(OH)mCl3n-m-2k của chất poly nhôm cloro sunfat SO-4 .
Còn trong công thức phân tử của những chất poly nhôm clorua silicatb (PACS) và
poly nhôm sunfat (PASS) lại chứa các gốc silicat SiO2. Khi hòa tan vào nƣớc chúng
tạo thành những cation phức hydroxo- nhôm có khối lƣợng lớn hơn so với trƣờng hợp
dung nhôm sunfat.
 Ƣu điểm
PAC có rất nhiều ƣu điểm so với phèn nhôm trong quá trình keo tụ: ít tác động pH,
liều lƣợng thấp, ít ăn mòn thiết bị , đặc biệt là đối với với nƣớc và độ kiềm cao.
Các tạp chất khác ở trong nƣớc nhƣ chất hữu cơ, ion photphat, sunfat có ảnh hƣởng
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 lƣợng PAC với độ đục ban đầu
của nƣớc, vì vậy trƣớc khi sử dụng cần tiến hành thí nghiệm trƣớc.
 Nhƣợc điểm

Đơn giá PAC rất cao

14


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

3.5 Các hóa chất keo tụ tự nhiên [4,6]
3.5.1 Chitosan
Chitosan, là một polymer sinh học dạng glucosamin là sản phẩm deacetyl hóa chitin
lấy từ vỏ tôm, cua, và một vài loại nấm và một số động vật giáp xác.
Chitosan là chất trợ keo tụ mới, việc sử dụng chất keo tụ này hiện nay trên thế giới
chƣa đƣợc phổ biến rộng rãi.
Ƣu điểm
Có nhiều lợi ích hơn phèn sắt, phèn nhôm, PAC…
Nhƣợc điểm
Sử dụng nhiều có thể gây hại.

3.4.2 Bentonite
Chất keo tụ bentonite làm cho các chất lơ lửng trong nƣớc kết dính lại với nhau và
tốc độ lắng nhanh hơn. Bề mặt bentonite chứa chủ yếu là các ion âm, trong khi đó
chitosan chứa ion dƣơng.Chitosan kết tủa các phân tử keo tụ chƣa lắng đƣợc do kích
thƣớc và trọng lƣợng còn nhỏ thì bentonite sẽ kết hợp với chitosan để tăng kích thƣớc,
trọng lƣợng các bông cặn .
Ƣu điểm
Rẻ tiền
Nhƣợc điểm
Sử dụng nhiều thì sau quá trình quá trình keo tụ - tủa bông sẽ phát sinh một lƣợng bùn,

tốn kém xử lý.
3.4.3 Alginate – CaCl2
Chƣa đƣợc nghiên cứu rộng rãi trong quá trình keo tụ - tạo bông để sử lý độ đục của
nƣớc. Tuy nhiên đây là hóa chất không độc hại, rẻ tiền, thân thiện với môi trƣờng….
nên chúng tôi chọn alginate – CaCl2 để nghiên cứu.
4. Cơ sở lý thuyết về keo tụ [5]
4.1 Keo tụ
- Keo tụ là phƣơng pháp xử lý nƣớc có sử dụng hóa chất . Trong đó các hạt keo nhỏ
lơ lửng trong nƣớc nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông
15


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

có kích thƣớc lớn hơn và ngƣời ta có thể tách chúng ra khỏi nƣớc dễ dàng bằng các
phƣơng pháp lắng lọc và tuyển nổi.
- Các chất keo thƣờng đƣợc sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt dƣới dạng dung dịch hòa
tan, các chất điện ly hoặc các chất cao phân tử,…
- Bằng cách sử dụng quá trình keo ngƣời ta có thể tách đƣợc hoặc giảm đi các thành
phần có trong nƣớc thải nhƣ : các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng,.. đồng thời có
thể cải thiện đƣợc độ đục, mùi và độ màu của nƣớc.
Nguyên tắc:
Trạng thái ổn định và rất khó lắng thành trạng thái mất ổn định và lắng đƣợc.
4.2 Các phƣơng pháp keo tụ

[4,5]

Trong công nghệ xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp keo tụ, ngƣời ta thƣờng sử dụng

phƣơng pháp keo tụ dùng hệ keo ngƣợc dấu nhƣ các muối nhôm hoặc sắt và phƣơng
pháp keo tụ dùng các chất polymer.
4.2.1 Keo tụ bằng hệ keo ngƣợc dấu
Trong quá trình này ngƣời ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị III, gọi là phèn nhôm
hay phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này đƣợc đƣa vào nƣớc dƣới dạng dung dịch
hòa tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các anion và cation theo phản ứng sau:
Al2(SO4)3  2Al3+ + 3SO42FeCl3  2Fe3+ + 3ClNhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nƣớc tạo thành các
phức chất hexa Me(H2O)63+ (trong đó Me có thể Al hoặc Fe). Tùy thuộc vào giá trị pH
của môi trƣờng mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ với
nhôm các phức chất này tồn tài ở pH từ 3 đến 4; với sắt chúng tồn tại ở pH từ 1 đến 3.
Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra nhƣ sau:
Me(H2O)63+ + H2O  Me(H2O)5OH2+ + H3O+
Tăng axit
Tăng kiềm

Me(H2O)52+ + H2O  Me(H2O)4(OH)2+ + H3O+
Me(H2O)4(OH)2+ + H2O  Me(H2O)3+ + 3H2O + H3O+
Me(OH)3 + OH-  Me(OH)4-

16


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

Các sản phẩm hydroxyt tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6, đó là các sản phẩm
mang nhiều các nguyên tử kim loại, ví dụ Al3(OH)45+.Các hợp chất này mang điện tích
dƣơng mạnh và có khả năng kết hợp với các hạt keo mang điện tích âm trrong nƣớc
thải tạo thành các bông cặn. Các hydroxit nhôm hoặc sắt tạo thành khác nhau tùy

thuộc vào pH và các điều kiện của quá trình, song chúng đều là các hợp chất mang
điện dƣơng và có hoạt tính tạo bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo
tụ này lắng xuống sẽ hấp thụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn hữu cơ mang mùi vị,.. tồn
tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nƣớc. Mặt khác, các ion kim loại tự do còn
liên kết với nƣớc qua phản ứng thủy phân cũng tạo thành các hydroxyt nhƣ sau:
Al3+ + 3H2O  Al(OH)3 + 3H+
Fe3+ + 3H2O  Fe(OH)3 + 3H+
Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm, sắt ta thấy có khả năng tạo 3 loại bông cặn
sau:
+ Loại thứ nhất là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, loại này chiếm số ít.
+ Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và
trung hòa về điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong quá
trình lắng tiếp theo vì vậy số lƣợng cũng không đáng kể.
+ Loại thứ ba đƣợc hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các
anion có trong nƣớc nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, các có năng hấp thụ các
chất bản trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nƣớc bằng keo tụ
loại bông thứ ba chiếm ƣu thế và có tính quyết định đến hiệu quả keo tụ.
4.2.2 Keo tụ hoặc tăng cƣờng quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử
Quá trình này sử dụng các chất cao phân tử tan trong nƣớc, chúng có cấu tạo mạch
dài, với phân tử lƣợng từ 103 đến 107g/mol và đƣờng kính phân tử trong dung dịch vào
khoảng 0,1 đến 01m. Chúng còn đƣợc sử dụng làm chất trợ keo tụ, tức là sử dụng
phèn sắt phèn nhôm là những chất trợ keo tụ chính. Chúng giúp cho quá trình keo xãy
ra nhanh hơn.

17


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

4.3 Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông
- Quá trình nén lớp điện tích kép: quá trình đòi hỏi nồng độ cao của các ion trái dấu
cho vào để giảm thế điện động Zeta. Sự tạo bông nhờ trung hòa điện tích, giảm thế
điện động Zeta làm cho lực hút mạnh hơn lực đẩy và tạo ra sự kết dính giữa các hạt
keo.
- Quá trình keo tụ do hấp phụ, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện Zeta bằng 0:
các hạt keo hấp thụ các ion trái dấu lên bề mặt song song với các cơ chế nén lớp điện
tích kép nhƣng cơ chế keo tụ mạnh hơn. Hấp thụ ion trái dấu trung hòa điện tích,
giảm thế điện động Zeta tạo ra khả năng kết dính giữa các hạt keo.
- Quá trình keo tụ do hấp phụ tĩnh điện thành từng lớp các hạt keo đều tích điện, nhờ
lực hút tĩnh điện chúng có xu thế kết hợp với nhau.
- Quá trình keo tụ do hiện tƣợng bắc cầu: các polymer vô cơ hoặc hữu cơ ( không phải
Al hoặc Fe) có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài cũng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo.
- Quá trình keo tụ ngay trong quá trình lắng : hình thành các tinh thể Al(OH)3,
Fe(OH)3, , các muối không tan,..Khi lắng, chúng hấp phụ theo các hạt keo khác, các
cặn bẩn, các chất vô cơ, hữu cơ lơ lững trong nƣớc.
5. Cơ chế lý thuyết của quá trình nghiên cứu
5.1 Tổng quan về alginate

Tên gọi
Alginate : Alginate là muối của axit alginic, là một anion polysacarit có nhiều trong tự
nhiên và chủ yếu đƣợc chiết từ rong nâu ( brown seaweads) do Standford phát hiện
năm 1881[1,7]. Từ những năm 60 của thế kỉ 20 các nhà nghiên cứu thuộc viện nghiên
cứu rong biển Nauy ( Norwegian instilule of scaweed research) đã nghiên cứu khá kĩ
về tính chất và cấu trúc của alginate. [7]
 Cấu trúc của alginate [6,8]
Cấu trúc của alginat bao gồm 3 loại block trong mạch polymer cụ thể là :
- Poly-guluronat (poly-G).
- Polymannuronat (poly-M) và copolymer của poly-G.

- Poly-M (poly-GM) liên kết ngẫu nhiên trong chuỗi mạch .

18


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

Hình 1: Mô hình cấu trúc của alginate
Tính chất của alginate [6,7]
- Alginate là một chất rắn, dạng bột mịn, có màu vàng nhạt, tan trong nƣớc ở nhiệt độ
thƣờng.
- Ở dạng chiết xuất alginate hút nƣớc nhanh chóng, nó có khả năng hấp thụ 200-300
lần trọng lƣợng của nó trong nƣớc.
- Có độ nhớt cao, tính nhầy, tính nhũ tƣơng.
Khả năng keo tụ của alginate – CaCl2 [6]
- Alginate có trong tất cả các loại tảo nâu, là thành phần của thành tế bào. Lguluronic-D-mannuronic và acid  Alginate đƣợc tạo thành từ các đơn vị acid qua
liên kết 1,4-O-glycoside. Tỉ lệ 2 acid này khác nhau tùy theo nguồn nguyên liệu..
Alginate ở dạng muối natri tan trong nƣớc, độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào trọng
lƣợng phân tử và lƣợng ion trong muối, dung dịch alginate không đông ngay cả khi
19


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

làm lạnh đông.
- Khi thêm acid hay ion canxi, dung dịch alginate có thể tạo gel, màng hay sợi. Tùy

thuộc nồng độ ion canxi mà gel tạo thành sẽ có tính thuận nghịch hay bất thuận
nghịch.
- Bề mặt alginate chứa chủ yếu là các ion âm, trong khi đó CaCl2 chứa ion dƣơng Ca2+.
Ca2+ kết tủa các phân tử keo tụ chƣa lắng đƣợc do kích thƣớc và trọng lƣợng còn nhỏ
thì alginate sẽ kết hợp với Ca2+ và bao phủ các hạt keo lắng xuống để tăng kích
thƣớc, trọng lƣợng các bông cặn .

Hình 2:Mô hình keo tụ của alginate –CaCl2
 Ứng dụng của alginate [6, 9]
- Axit alginic không tan trong nƣớc nhƣng các muối của kim loại kiềm alginate của
chúng và muối của nó hòa tan hoàn toàn trong nƣớc lạnh để tạo thành dung dịch nhớt,
tính chất của dung dịch nhớt tạo thành thay đổi theo xuất xứ các muối Alginate ban
đầu và độ tinh khuyết của các muối Alginate. Các muối Aginate tan trong nƣớc đƣợc
sử dụng nhƣ các chất làm cô đặc, các chất bình ổn và các tác nhân tạo màng trong các
ngành công nghiệp nhƣ: dƣợc, thực phẩm, dệt và công nghệ giày……

20


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

- Ngày nay các Alginates đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, các ngành
công nghiệp dệt may và các lĩnh vực bao gồm cả giấy lụa mạ, dƣợc phẩm và hàn.
- Acid alginic là một cấu thể quan trọng của vách tế bào và chất nhầy giữa bào tảo nâu,
chiếm từ 15-40% trọng lƣợng khô và 2-3% trọng lƣợng tƣơi. Alginate đƣợc điều chế
từ acid alginic có rất nhiều công dụng vì tính nhầy, tính nhũ tƣơng hóa và tính làm bền
nhũ tƣơng. Alginate cho nhũ tƣơng mịn và bền nên đƣợc dùng trong kỹ nghệ sơn, xà
phòng, cao su, phim ảnh, vải lớp nhuộm vecni và sơn để tăng độ bền màu. Màu vẽ có

aginate dễ tan đều trong nƣớc và tốt hơn màu xƣa,
- Muối alginat cả dạng hòa tan và không hòa tan có nhiều công dụng khác. Amonium
alginat sử dụng trong các kết cấu chống lửa. Trong thực phẩm kem, bia , sause, có
agiante sẽ ngon hơn, kem có aginate sẽ mịn hơn. Trong kỹ nghệ thức ăn ngƣời ta dùng
nhiều alginate để làm socola, kem, bánh, món tráng miệng.
- Trong kỹ nghệ son phấn, alginate rất quan trọng dùng trong thuốc nhuộm, thuốc thoa
tóc các kem, các thuốc gội, xà bông có alginate có thể dùng với nƣớc lợ và biển.
- Trong công nghiệp ứng dụng. Các đặc tính của alginate rất quí trong kỹ nghệ giấy,
dệt, kỹ nghệ cao su sử dụng rất nhiều, vải hồ với alginate tan, ngâm vào muối Al sẽ
không thấm nƣớc. Tẩm vào gỗ, các aginate làm chúng lâu mục, alginate đã đƣợc khảo
cứu làm sợi dệt ( với formol), nhất là sợi may trong mổ xẻ.
- Trong y học alginate cũng đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất là tơ đƣợc tạo từ alginate
dùng để khâu vết thƣơng .Ngoài ra dùng alginate để lâý dấu răng, pha thuốc, pha
huyết thanh alginate thƣờng dùng làm chất nhũ tƣơng hóa và bền vững hóa trong
pilluele, pastille, nhũ tƣơng, suppositorie,..bao bằng alginate không bị dịch bao tử tiêu
hóa và dù tan trong ruột rất quí cho những thuốc kị với dịch bao tử.
- Chất alginate dùng để sản xuất lớp màng chống phóng xạ cao do vậy nó dùng để chỉ
thị độ ô nhiễm phóng xạ của vùng biển, cũng do khả năng hấp thụ cao mà một số muối
có tính chất vi lƣợng trong tảo nâu khá cao nên còn đƣợc dùng làm thức ăn bổ sung để
phòng bệnh thiếu một số chất nhƣ sắt, iod,..
- Màng đƣợc tạo thành từ Gelatin và Alginate (GA) sử dụng EDC (1-ethyl-3-3(3dimethylamioprop) làm tác nhân khâu mạch. Mạch đƣợc tạo thành từ Alginate và
Gelatin kết hợp với một số chất nhƣ tinh dầu tràm, rau má, nghệ, mỡ trăng, dầu mù u
21


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

có tác dụng trong điều trị một số vết thƣơng. Phối hợp đƣợc các thuốc nam dùng trong

điều trị bỏng lên màng gelatin alginate. Màng GA có khả năng thải và nạp thuốc.
Màng gelatin mang thuốc tác dụng tốt trong điều trị bỏng ngăn cản sự xâm nhiễm,
giảm viêm đẩy mạnh quá trình lành hóa vết thƣơng. Màng gelatin alginate mang thuốc
có thể đƣợc sản xuất công nghiệp ứng dụng điều trị tổn thƣơng bỏng đặc biệt có hiệu
quả ở dạng bông khô.
5.2 Phƣơng pháp nghiên cứu:
 Thí nghiệm Jartest:
Jartest là thiết bị phòng thí nghiệm dùng để xác định các điều kiện vận hành tối ƣu
cho xử lý nƣớc hoặc nƣớc thải. Phƣơng pháp này bao gồm việc khảo sát pH, liều
lƣợng của các chất keo tụ hoặc polymer, tốc độ khuấy trộn, các chất keo tụ hoặc
polymer khác nhau, trên một tỉ lệ nhỏ để dự đoán vận hành với tỉ lệ lớn hơn. Jartest mô
tả quá trình keo tụ và tạo bông nhằm thúc đẩy việc loại bỏ các chất keo lơ lửng và chất
hữu cơ là nguyên nhân gây ra độ đục, độ màu và mùi của nƣớc.
Bộ dụng cụ thí nghiệm Jartest gồm 6 cánh khuấy, khuấy trộn trong 6 cốc có thể tích 1
lít.

Hình 3: Mô hình hệ thống máy Jartest

22


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

 Mô tả phƣơng pháp
Thiết bị đƣợc sử dụng, gồm một cánh khuấy (kiểu chân vịt), có 6 cánh khuấy, có
trang bị bộ biến đổi vận tốc. Mỗi canh ứng với một bình có thể tích 1 lít ( có khắc độ
phân chia thể tích đến 1 lít).
Mỗi một bình đƣợc đổ đầy một thể tích nƣớc nguyên khai nhƣ nhau. Sau đó tiến hành.

A1. Cho chất keo tụ vào cốc đồng thời khuấy mạnh (100-200 v/phút) trong 2-3 phút
và điều chỉnh pH ( việc làm này có thể làm trƣớc khi đƣa chất keo tụ vào). Đây là giai
đoạn keo tụ.
A2. Khuấy chậm (20-40v/phút) trong 5-10 phút .Đây là giai đoạn tủa bông làm to các
cụm keo tụ.
A3. Lắng tủa trong thời gian 20-60 phút.
Mục tiêu của phép thử Jartest
- Xác định liều lƣợng tối ƣu của chất keo tụ.
- Xác định vùng tối ƣu của pH keo tụ.
 Các kết luận chính về keo tụ - tạo bông:
- Keo tụ - tạo bông là một công đoạn quan trọng trong xử lý nƣớc bề mặt. Mặc dù,
keo tụ và tạo bông là hai giai đoạn khác nhau (về lý thuyết cũng nhƣ thực hành),
nhƣng chúng luôn luôn gắn liền nhau trong đa số trƣờng hợp xử lý nƣớc.Về lý thuyết,
keo tụ đƣợc định nghĩa nhƣ một quá trình giảm bớt hoặc loại bỏ các điện tích bề mặt
hạt keo (loại bỏ thế Zeta ) để sao cho dẫn đến sự kết hợp giữa các hạt keo khi tiếp xúc
với nhau. Đƣa thêm muối sắt và muối nhôm là biện pháp thƣờng hay đƣợc sử dụng để
xử lý nƣớc. Việc đó đã tạo ra sự kết lắng của trihydroxit kim loại dƣới dạng vô định
hình và bông xốp, nhờ đó các trihydroxit “ bắt giữ” và “thu gom”các hạt keo để lắng
chúng.
- Tạo bông là sự kết hợp của các hạt keo không bền. Giai đoạn xử lý này chỉ có thể
xãy ra sau giai đoạn keo tụ. Lý thuyết chỉ ra rằng, để nhận đƣợc một sự tủa bông tốt,
phải có một nồng độ cao của hạt keo và phải đƣợc khuấy trộn thích hợp để phát triển
các cụm bông, không làm vỡ cụm bông khi hình thành.
- Trong thực hành xử lý nƣớc, keo tụ tƣơng ứng với giai đoạn khuấy trộn nhanh khi
thêm chất keo, trong một khoảng thời gian ngắn, còn tạo bông tƣơng ứng với giai đoạn
23