Nghiên cứu điều chế poly sắt clorua (PFC) và poly nhôm sắt clorua (PAFC) và ứng dụng trong xử lý nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ HIỀN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ POLY SẮT CLORUA (PFC)
VÀ POLY NHÔM SẮT CLORUA (PAFC) VÀ
ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ HIỀN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ POLY SẮT CLORUA (PFC)
VÀ POLY NHÔM SẮT CLORUA (PAFC) VÀ
ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƢỚC

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60440301
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Đồng Kim Loan

Hà Nội – 2017

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. ........................................ 3
1.1.

Thực trạng và tác động của ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam và thế giới....3

1.1.1.

Thực trạng và tác động của ô nhiễm nguồn nước trên thế giới ..............3

1.1.2.

Thực trạng và tác động của ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam ...............6

1.2.

Tổng quan về chất keo tụ PFC và PAFC .....................................................12

1.2.1.

Chất keo tụ PFC ....................................................................................12

1.2.2.

Chất keo tụ PAFC .................................................................................13

1.2.2.

Các ứng dụng chủ yếu của chất keo tụ .................................................13

1.3.

Một số công trình nghiên cứu điều chế chất keo tụ .....................................15

1.3.1.

Điều chế phèn nhôm .............................................................................15

1.3.2.

Điều chế poly nhôm clorua (PAC) .......................................................16

1.3.3.

Điều chế poly nhôm sunfat (PAS) ........................................................17

1.3.4.

Điều chế các poly sắt ............................................................................17

1.3.5.

Điều chế poly silic sắt nhôm clorua (PSiFAC) .....................................18

1.4.

Các nghiên cứu ứng dụng của chất keo tụ trong xử lý nước .......................15

1.4.1.

Nghiên cứu loại bỏ độ đục và chất hữu cơ (COD) trong nước sông ....15

1.4.2.

Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm ................................................15

1.4.3.

Nghiên cứu xử lý nước thải giết mổ gia súc .........................................15

CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 21
2.1.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................21

2.1.1.

Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................21

2.1.2.

Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................21

2.2.

Phương pháp nghiên cứu .............................................................................21

2.2.1.

Phương pháp thu thập thông tin, các số liệu .........................................21

2.2.2.

Phương pháp thực nghiệm ....................................................................21
i


2.2.3.

Các phương pháp phân tích và đánh giá hiệu quả keo tụ .....................26

2.2.4.

Phương pháp thống kê, so sánh, đối chiếu số liệu ................................26

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.............................. 27
3.1.

Kết quả điều chế PAC, PFC và tổng hợp PAFC .........................................27

3.1.1

Kết quả điều chế chất keo tụ PAC ........................................................27

3.1.2

Kết quả điều chế chất keo tụ PFC .........................................................27

3.1.3

Kết quả tổng hợp chất keo tụ PAFC .....................................................27

3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng keo tụ của PAC, PFC
và PAFC .................................................................................................................28
3.2.1. Ảnh hưởng của pH ..................................................................................28
3.2.2.

Ảnh hưởng của liều lượng chất keo tụ. .................................................36

3.2.3.

Ảnh hưởng của độ muối. ......................................................................39

3.3.

Đánh giá hiệu quả keo tụ .............................................................................40

3.4.

Đánh giá hiệu quả kinh tế ............................................................................46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 49
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 52

ii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Đặc điểm và thành phần chất keo tụ PFC ..................................................12
Bảng 1.2 Đặc điểm và thành phần chất keo tụ PAFC ...............................................13
Bảng 2.1 Các dụng cụ, thiết bị và hóa chất sử dụng trong nghiên cứu .....................25
Bảng 3.1 Các PAC tự điều chế, công thức phân tử và % nhóm thế OH- ..................27
Bảng 3.2 Các PFC tự điều chế, công thức phân tử và % nhóm thế OH- ..................27
Bảng 3.3 Kết quả tổng hợp chất keo tụ PAFC ..........................................................28
Bảng 3.4 Các thông số của chất keo tụ PAC3 ...........................................................41
Bảng 3.5 Các thông số của chất keo tụ PFC2 ............................................................42
Bảng 3.6 Các thông số của chất keo tụ PAFC16........................................................43
Bảng 3.7 Các thông số của chất keo tụ PAC Trung Quốc ........................................45
Bảng 3.8 Tính toán chi phí sản xuất 1m3 chất keo tụ PAFC.....................................47

iii


DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1 Ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất loại bỏ độ đục và COD của PAC3 ......... 29
Hình 3.2 Ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất loại bỏ độ đục và COD của PFC1 .......... 30
Hình 3.3 Ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất loại bỏ độ đục và COD của PFC2 .......... 31
Hình 3.4 Ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất loại bỏ độ đục và COD của PAFC1 ....... 32
Hình 3.5 Ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất loại bỏ độ đục và COD của PAFC8 ....... 32
Hình 3.6 Ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất loại bỏ độ đục và COD của PAFC14...... 33
Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất loại bỏ độ đục và COD của PAFC16...... 34
Hình 3.8 Ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất loại bỏ độ đục và COD của PAFC22...... 34
Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất loại bỏ độ đục và COD của PAFC25...... 35
Hình 3.10 Ảnh hưởng của liều lượng đối với hiệu suất loại bỏ độ đục của PAC3, PFC2
và PAFC16 ................................................................................................................................ 37
Hình 3.11 Ảnh hưởng của liều lượng đối với hiệu suất xử lý COD của PAC3, PFC2 và
PAFC16 ..................................................................................................................................... 38

Hình 3.12 Ảnh hưởng của độ muối đối với hiệu suất loại bỏ độ đục của PAC3, PFC2 và
PAFC16 ..................................................................................................................................... 39
Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn thời gian sa lắng của chất keo tụ PAC3 .................................. 41
Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn thời gian sa lắng của chất keo tụ PFC2................................... 43
Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn thời gian sa lắng của chất keo tụ PAFC16 .............................. 44
Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn thời gian sa lắng của chất keo tụ PAC Trung Quốc ............. 46

iv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
PAC: Poly nhôm clorua
PAS: Poly nhôm sunfat
PAFC: Poly nhôm sắt clorua
PFC: Poly sắt clorua
PFPS: Poly sắt photpho sunfat
PFSS: Poly sắt silic sunfat

v


MỞ ĐẦU
Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và sự gia tăng dân số trong những
năm gần đây gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng môi trường nước và sức khỏe cộng
đồng. Trong đó, ô nhiễm nước mặt, nước thải công nghiệp, chất lượng nước sinh
hoạt đang là thách thức buộc các nhà quản lý và các nhà khoa học phải lưu tâm tìm
các biện pháp xử lý hiệu quả giảm tải ô nhiễm theo tiêu chuẩn/quy chuẩn, cũng như
đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng và giá cả của chúng.
Để xử lý làm giảm tải lượng ô nhiễm nước thải và tăng chất lượng nước cấp
sinh hoạt, keo tụ là một phần thiết yếu trong xử lý sơ bộ nhằm làm giảm từ 50 – 60

đến 80 – 90% tổng chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, màu, vi sinh vật... Trong một hệ
thống xử lý nước thải và nước mặt, nếu không có keo tụ mà chỉ lọc thì hiệu quả loại
bỏ vi khuẩn, vi rút, hạt keo đất và màu thường không cao. Theo báo cáo của
Nguyễn Việt Anh [1] với khoảng 500 hệ thống cấp nước tập trung trên tổng số hơn
770 đô thị trong cả nước, công suất cấp nước đô thị đã đạt khoảng 7,1 triệu m3/ngày
vào năm 2015. Như vậy, chỉ tính riêng lượng chất keo tụ dùng để xử lý lượng nước
này đã lên tới 142 – 2.130 tấn/ngày (tùy chất lượng nước đầu vào, lượng chất keo tụ
có thể dùng từ 20 – 300g/m3). Nếu tính giá trung bình của 1kg nhôm sunfat là 7.000
VNĐ thì phải chi tới 994 - 14.910 triệu đồng mỗi ngày cho việc mua chất keo tụ.
Các chất keo tụ được dùng nhiều ở Việt Nam từ trước tới nay thường là phèn
đơn (Al2(SO4)3.18H2O) hoặc phèn kép (AlK(SO4)3.12 H2O) và một số muối nhôm
kiềm tính hoặc polyme nhôm vô cơ (có giá thành cao hơn khoảng 2.000đ/kg) được
sử dụng rộng rãi sau này như PAC (poly nhôm clorua, Aln(OH)mCl3n-m), PAS (poly
nhôm sunfat). Những muối nhôm kiềm tính này khi hoà tan vào nước tạo thành
cation phức hydroxit - nhôm có khối lượng lớn hơn so với trường hợp dùng nhôm
sunfat, nên hiệu quả xử lý cao hơn. Thêm nữa, việc sử dụng các chất keo tụ truyền
thống đã đang dần bộc lộ những nhược điểm như:
 Chi phí sản xuất cao do giá chất keo tụ đắt;
 Tạo ra một lượng bùn lớn phải xử lý;
1


 Khoảng pH thích hợp cho nước được xử lý tương đối hẹp (6 – 7,5);
 Lượng chất keo tụ cần thiết để xử lý cho một đơn vị nước lớn.
Thêm vào đó do giá thành sản xuất trong nước cao hơn và số lượng sản xuất
cũng chưa đáp ứng được nhu cầu, nên chất keo tụ hiện được bán tại Việt Nam phần
lớn có xuất xứ từ Trung Quốc.
Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu điều chế poly sắt clorua
(PFC) và poly nhôm sắt clorua (PAFC) và ứng dụng trong xử lý nước” được thực
hiện nhằm góp phần vào việc sản xuất chất keo tụ trong nước khắc phục được các

nhược điểm nêu trên, đồng thời có giá thành rẻ vì tận dụng nguyên liệu phế thải.
Đề tài được thực hiện với các nội dung sau:
-

Điều chế chất keo tụ PAC, PFC và tổng hợp PAFC;

-

Khảo sát sự ảnh hưởng của pH, liều lượng chất keo tụ, độ muối đến khả

năng keo tụ của PAC, PFC và PAFC;
-

Đánh giá hiệu quả xử lý của hai loại chất keo tụ PFC và PAFC so với PAC

trên mẫu nước nhân tạo có độ đục cao.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.
1.1.

Thực trạng và tác động của ô nhiễm nguồn nƣớc ở Việt Nam và thế giới

1.1.1. Thực trạng và tác động của ô nhiễm nguồn nước trên thế giới
Sự gia tăng dân số, hoạt động kinh tế phát triển và quá trình công nghiệp hóa
làm tăng nhu cầu sử dụng nước cũng như tăng lượng nước thải. Tài nguyên nước
trên khắp thế giới đang bị đe dọa không chỉ bởi việc khai thác quá mức và quản lý
kém mà còn làm suy thoái hệ sinh thái nước do nước bị ô nhiễm. Chi phí sử dụng

cho quá trình xử lý ngày càng nhiều, trên thế giới có nhiều dòng sông bị ô nhiễm do
nước thải của các khu công nghiệp, nước thải sinh hoạt,…
Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã đưa ra quy định độ đục cho phép trong
nước uống là 5 đơn vị NTU (Nephelometric Turbidity). Theo xác nhận của Cơ quan
Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA), độ đục là một thước đo độ bẩn của nước,
được sử dụng để đánh giá chất lượng nước và hiệu quả quá trình lọc. Độ đục cao là
nguyên nhân làm gia tăng mật độ của vi sinh vật gây bệnh như vi - rút, ký sinh
trùng và một số loại vi khuẩn. Những vi sinh vật này trong nước uống có thể gây ra
các triệu chứng như buồn nôn, đau đầu, tiêu chảy cho người sử dụng. Các căn bệnh
truyền nhiễm do vi - rút, vi khuẩn, động vật nguyên sinh và các vi sinh vật khác gây
ra gắn liền với sự gia tăng tỷ lệ mắc bệnh ở các nước phát triển và đang phát triển
Trên thế giới hiện nay, trung bình mỗi ngày có 400 trẻ em chết vì các bệnh liên
quan đến nguồn nước.
Từ năm 2003, Viện Blacksmith, đặt trụ sở tại New York ( Mỹ), đã đưa ra bản
danh sách những nơi đứng đầu trên thế giới về mức độ ô nhiễm trên mạng Internet.
Hiện nay đường thủy và sông ngòi nói chung ở châu Âu đều nhiễm độc, nhất là từ
các hợp chất hữu cơ chứa clo. Ở Hà Lan người ta đã phát hiện ra loại nông dược
độc hại và những chất vi ô nhiễm (Micropolluant) trong nước uống bắt nguồn từ
sông Ranh. Năm 2000, vụ tai nạn hầm mỏ xảy ra tại công ty Aurul (Rumani) đã thải
ra 50 - 100 tấn xyanua và kim loại nặng (như đồng) vào dòng sông gần Baia Mare
(thuộc vùng Đông- Bắc) [12].
3


Báo cáo của UNEP đã chỉ ra rằng, trong giai đoạn 1990 - 2010, môi trường
nước của hơn 50% các dòng sông ở châu Á, châu Phi, châu Mỹ Latinh bị ô nhiễm vi
sinh vật và ô nhiễm hữu cơ, đồng thời nước bị nhiễm mặn cũng tăng gần 35%.
Khoảng 25% các con sông ở châu Mỹ Latinh, 10 - 25% sông ở châu Phi và 50% các
con sông ở châu Á bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm vi sinh vật, phần lớn là do việc xả
nước thải, chất thải, rác thải sinh hoạt chưa qua xử lý ra sông. Ngoài ra, nguồn nước

mặt ở ba châu lục này hiện đang bị ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng do nước thải, chất
thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp từ các khu công nghiệp, đô thị, nhà máy…
với nhiều loại chất hữu cơ phức tạp, độc hại, ảnh hưởng đến các loại thủy sinh. Bên
cạnh đó, nước thải từ các hoạt động khai khoáng, hệ thống thủy lợi cùng với hiện
tượng xâm nhập mặn cũng làm gia tăng độ mặn trong nước sông. Cũng theo Báo
cáo của UNEP, 23/25 hồ lớn của thế giới có hàm lượng phốt pho lớn, chủ yếu là từ
các nguồn như phân bón, chất thải chăn nuôi, chất thải sinh hoạt. Hầu hết các hồ lớn
ở châu Mỹ Latinh và châu Phi hiện có hàm lượng phốt pho cao hơn so với năm
1990 [17]
Cubatao – một thành phố của hàng loạt các khu liên hợp công nghiệp cơ khí
và hoá dầu ở Brazil là nơi có nhiều nhà máy/xí nghiệp đã “vô tư” thải các chất thải
công nghiệp (kẽm, thuỷ ngân, dầu) vào các dòng sông của thành phố từ nhiều thập
kỉ nay. Việc xử lý nguồn nước thải chưa được thực hiện đầy đủ theo đúng quy định
của nhà nước [12].
Sự ô nhiễm sinh học (thể hiện bằng sự nhiễm bẩn do vi khuẩn rất nặng) là
vấn đề lớn cho vệ sinh công cộng chủ yếu các nước đang phát triển. Các bệnh cầu
trùng, viêm gan do siêu vi khuẩn tăng lên liên tục ở nhiều quốc gia chưa kể đến các
trận dịch tả. Nhiễm bệnh trong công đồng đã gia tăng mạnh do ô nhiễm sinh học
nguồn nước, ví dụ thương hàn, viêm ruột siêu khuẩn. Nước thải từ các lò mổ chứa
một lượng lớn mầm bệnh; Ví dụ lò mổ La Villette, Paris thải ra 350.109 mầm vi
sinh vật hiếu khí và 20.109 mầm vi sinh vật yếm khí trong 1m³ nước thải, trong đó
có nhiều loài gây bệnh (Plancho in Furon, 1962). Ô nhiễm của vùng bờ biển Thái
4


Bình Dương của Hoa Kỳ, ở vịnh California, bởi hãng Montrose Chemicals do sự
sản xuất nông dược cũng rất nặng nề. Hãng này sản xuất từ đầu năm 1970, 2/3 số
lượng DDT toàn cầu đã gây ô nhiễm một diện tích 10.000 km2 (Mc Gregor, 1976),
làm cho một số cá không thể làm thức ăn được trong nhiều năm qua [16].
Các nhà máy giấy thải ra nước có chứa nhiều gluxit dễ lên men. Tính bình

quân mỗi nhà máy làm nhiễm bẩn nước tương đương với một thành phố 500.000
dân. Các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất đồ hộp, thuộc da, lò mổ, đều có
nước thải chứa protein. Khi được thải ra dòng chảy, protein nhanh chóng bị phân
hủy cho ra axit amin, axit béo, H2S, nhiều hợp chất chứa S và P có tính độc và mùi
khó chịu. Hệ sinh thái nước của nhiều dòng sông trên thế giới đã bị nhiễm độc và
suy thoái do thải vào nước các chất nitrat, phot phat dùng trong nông nghiệp và các
kim loại nặng như Zn, Cr, Ni, Cd, Mn, Cu, Hg từ hoạt động luyện kim và các công
nghệ khác. Các vực nước ở đất liền cũng bị nhiễm bẩn bởi hydrocacbon, chất thải
của các nhà máy lọc dầu hay dầu nhớt xe tàu, hoặc vô ý làm rơi vãi xăng dầu. Tốc
độ thấm của xăng dầu lớn gấp 7 lần của nước, sẽ làm các lớp nước ngầm bị nhiễm.
Khoảng 1,6 triệu tấn hydrocacbon do các con sông của các quốc gia kỹ nghệ hóa
thải ra vùng bờ biển [16].
Ở Trung Quốc, hàng năm lượng chất thải và nước thải công nghiệp thải ra ở
các thành phố và thị trấn tăng từ 23,9 tỷ m3 trong năm 1980 lên 73,1 tỷ m3 trong
năm 2006. Một lượng lớn chất thải chưa qua xử lí vẫn được thải vào các sông ngòi.
Hậu quả là hầu hết nước ở các sông hồ ngày càng trở lên ô nhiễm [14]. Nằm tại khu
vực chính giữa đất nước Trung Quốc, dòng sông Huai dài 1978 km được xem là nơi
ô nhiễm nhất của nước này do các chất thải công nghiệp, nông nghiệp. Mức độ mắc
các bệnh cao bất thường của cộng đồng dân cư sống gần lưu vực sông đã khiến
chính phủ phải xếp nguồn nước của con sông ở mức độ ô nhiễm độc hại nhất [12].
Mỗi ngày, có 2 triệu tấn nước thải công nghiệp và nông nghiệp thải vào môi
trường nước trên toàn thế giới. Liên hợp quốc ước tính lượng nước bẩn thải ra hàng
năm khoảng 1.500 km3, gấp sáu lần lượng nước tồn tại trên tất cả con sông trên thế
5


giới (UN, WWAP, 2003), 70% chất thải công nghiệp ở các nước đang phát triển
thải trực tiếp ra môi trường nước gây ô nhiễm nguồn cung cấp nước. 18% dân số
thế giới tương đương với 1,2 tỷ người (1/3 trong số đó ở vùng nông thôn) đã sử
dụng bừa bãi nguồn nước sẵn có gây suy giảm chất lượng nước (UNICEF WHO

2008) [20].
Nguồn nước ô nhiễm gây tác động rất lớn đối với cuộc sống và sức khỏe con
người cũng như hệ sinh thái. Nguồn nước không an toàn hoặc thiếu nước sạch để
dùng gây ra khoảng 3,1% tổng số người chết và 3,7% các bệnh về dị tật trên toàn
thế giới (WHO 2002). Nước không an toàn gây ra 4 tỷ trường hợp tiêu chảy mỗi
năm, 2,2 triệu người chết, chủ yếu là trẻ dưới 5 tuổi. Điều này có nghĩa là 15% trẻ
em tử vong mỗi năm là do tiêu chảy. Chỉ riêng Ấn Độ, nguyên nhân gây bệnh và tử
vong ở trẻ em lớn nhất là do tiêu chảy, mỗi năm gần nửa triệu trẻ em chết (WHO
and UNICEF 2000). Ở một số vùng, hơn 50% loài cá nước ngọt bản địa và gần 1/3
số loài lưỡng cư trên thế giới có nguy cơ tuyệt chủng [20].
1.1.2. Thực trạng và tác động của ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong
việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô
nhiễm nước vẫn là vấn đề rất đáng lo ngại. Tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa khá
nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước.
Nước thải của hầu hết các ngành công nghiệp sản xuất giấy, bia, thực phẩm, thuộc
da, dệt nhuộm, khai thác khoáng sản đều có SS, TSS, COD, BOD, độ màu, kim loại
nặng cao. Hàm lượng chất rắn lơ lửng dạng vô cơ và hữu cơ (SS, TSS) làm nguồn
tiếp nhận bị vẩn đục và sa lắng, gây ảnh hưởng đến môi trường sống của các loài
động vật thủy sinh (cá, sinh vật phù du). Màu của nước thải làm cho nguồn tiếp
nhận có màu, làm giảm quá trình quang hợp của rong tảo. Nước bị ô nhiễm là do sự
phú dưỡng xảy ra chủ yếu ở các khu vực nước ngọt và các vùng ven biển, vùng biển
khép kín. Do lượng muối khoáng và hàm lượng các chất hữu cơ quá dư thừa làm
cho các quần thể sinh vật trong nước không thể đồng hoá được. Kết quả làm cho
6


hàm lượng ôxy trong nước giảm đột ngột, các khí độc tăng lên, tăng độ đục của
nước, gây suy thoái thủy vực. Hàm lượng chất hữu cơ cao (COD, BOD), làm lượng
oxy hòa tan trong nước giảm xuống, gián tiếp ảnh hưởng đến đời sống các loài thủy

sinh. Do đó, cần phải loại bỏ chúng trước khi thải ra môi trường [15].
Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô
nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải. Ô nhiễm
nước do sản xuất công nghiệp là rất nặng như ngành công nghiệp diệt may, ngành
công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11; chỉ số
nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu ôxy hoá học (COD) có thể lên đến 700 mg/L
và 2.500 mg/L; hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) cao gấp nhiều lần giới hạn cho
phép. Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84
lần, H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô
nhiễm nặng nề các nguồn nước mặt trong vùng dân cư [15].
Tại cụm công nghiệp Tham Lương, thành phố Hồ Chí Minh, nguồn nước bị
nhiễm bẩn bởi nước thải công nghiệp với tổng lượng nước thải ước tính 500.000
m3/ngày từ các nhà máy giấy, bột giặt, nhuộm, dệt. Ở thành phố Thái Nguyên, nước
thải công nghiệp thải ra từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu,
khai thác than; về mùa cạn tổng lượng nước thải khu vực thành phố Thái Nguyên
chiếm khoảng 15% lưu lượng sông Cầu; nước thải từ sản xuất giấy có pH từ 8,4-9
và hàm lượng NH4 là 4 mg/L, hàm lượng chất hữu cơ cao, nước thải có màu nâu,
mùi khó chịu… [15].
Tiêu chuẩn nước sạch quy định độ đục nhỏ hơn 5 NTU (QCVN
02:2009/BYT), nhưng giới hạn tối đa của nước uống chỉ là 2 NTU (QCVN
01:2009/BYT), tổng chất rắn lơ lửng (TSS) đối với nước mặt cột A1 là 20mg/L
(QCVN 08-MT:2015/BTNMT). Các quy trình xử lý như keo tụ, lắng, lọc góp phần
làm giảm độ đục của nước. Trong các chỉ tiêu về xử lý nước thải thì chỉ tiêu về độ
đục và màu luôn được chú trọng.

7


 Độ đục của nước gồm ba yếu tố là: Vi sinh vật, cặn đất đá, và chất huyền
phù.

 Màu sắc của nước được phân làm hai loại là:
-

Màu sắc biểu kiến: màu biểu kiến do chất tan, chất keo và lơ lửng gây ra

-

Độ màu thực: màu thực do các chất hữu cơ ở dạng keo, hòa tan tạo nên

Trong đó, có các nguyên nhân gây ra ô nhiễm về độ đục và màu sắc của nước trầm
trọng như hiện nay là do:
 Hoạt động sản xuất nông nghiệp
Tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp, hiện
nay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn là nơi cơ sở hạ tầng
còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý nên
thấm xuống đất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu
cơ và vi sinh vật ngày càng cao. Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển
nông thôn, số vi khuẩn Fecal coliform trung bình biến đổi từ 1.5003.500MNP/100mL ở các vùng ven sông Tiền và sông Hậu, tăng lên tới 380012.500MNP/100mL ở các kênh tưới tiêu [15].
Trong lĩnh vực trồng trọt, theo PGS. TS Mai Văn Trịnh – Viện trưởng Viện
Môi trường nông nghiệp, ước tính lượng phân bón dư thừa trong sản xuất lúa tại
Đồng bằng sông Cửu Long đã phát thải gần 140 nghìn tấn/năm; lượng thuốc diệt cỏ,
trừ sâu, diệt nấm… cũng đều vượt so với chỉ tiêu mà Bộ NN&PTNT đề ra [2].
 Nước thải sinh hoạt và công nghiệp
Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm 2012 – Môi trường nước mặt, các
năm gần đây chất lượng nước sông Kỳ Cùng bị giảm sút đáng kể. Kết quả phân tích
cho thấy các thông số TSS, COD, BOD5, NH4+, NO2-, Fe, Mn, Coliforms đều vượt
quá QCVN loại A2, chỉ đạt nguồn nước loại B (Sở TN & MT Lạng Sơn, 2010).
Sông Hiến, sông Bằng là nguồn cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất cho thị xã Cao
Bằng và một số huyện lân cận có hàm lượng TSS vượt QCVN loại B1 từ 2 – 3 lần, ở
8

các sông nhánh khác xung quanh vượt từ 6 – 7 lần. Môi trường nước mặt của lưu
vực sông Nhuệ - Đáy đang chịu tác động mạnh của nước thải sinh hoạt và các hoạt
động công nghiệp, nông nghiệp và thủy sản trong khu vực nên chất lượng nước của
nhiều đoạn sông đã bị ô nhiễm tới mức báo động, vào mùa khô, giá trị các thông số
BOD5, COD, TSS,… tại các điểm đo đều vượt QCVN 08:2008/BTNMT loại A1
nhiều lần. Ví dụ như tại điểm Đông Quan năm 2009 giá trị BOD5 vượt QCVN
08:2008/BTNMT loại B1 1,9 lần; loại A1 7 lần.
Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011 – 2015, kết quả
quan trắc đã cho thấy hiện tượng ô nhiễm chất hữu cơ cục bộ trên sông Thương
đoạn chảy qua tỉnh Bắc Giang như giá trị COD năm 2013 đoạn qua thành phố Bắc
Giang cao hơn QCVN 08:2015/BTNMT loại A1 4,5 lần; loại B1 1,5 lần.
Theo báo cáo của Cục Quản lý Tài nguyên nước năm 2010, 80% trường hợp
bệnh lỵ và tiêu chảy là do nguồn nước bị ô nhiễm gây ra, chủ yếu ở các địa phương
nghèo. Đã có những trường hợp bị tử vong do sử dụng nước bẩn và ô nhiễm (chủ
yếu là trẻ em). Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm 2012 – Môi trường nước
mặt, năm 2007 cả nước có 992.137 người dân nông thôn bị bệnh tiêu chảy, 38.529
người mắc bệnh lỵ trực khuẩn, 3.021 người mắc bệnh thương hàn do sử dụng nước
sinh hoạt không đảm bảo vệ sinh, trong đó 88% trường hợp mắc bệnh là do thiếu
nước sạch.
Ngoài ra, ô nhiễm môi trường nước còn gây tác động đến sự phát triển kinh
tế. Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2012, bệnh lỵ, tả và các bệnh tiêu chảy
khác vẫn còn rất phổ biến là do nguồn nước bị ô nhiễm gây ra, chủ yếu ở các địa
phương nghèo có nguồn nước bị ô nhiễm nặng. Chi phí khám chữa bệnh cho các
bệnh này đã lên đến con số hàng trăm tỷ đồng. Chỉ trong vòng bốn năm gần đây đã
có khoảng 6 triệu ca bệnh liên quan đến nước tính trên phạm vi toàn quốc, chi phí
trực tiếp cho việc khám chữa bệnh tả, thương hàn, lỵ và sốt rét khoảng 400 tỷ đồng.
Ô nhiễm môi trường nước cũng gây những thiệt hại kinh tế không nhỏ trong hoạt
động sản xuất nông nghiệp và khai thác, nuôi trồng thủy sản. Theo số liệu thống kê,

9


sản lượng nuôi trồng thủy sản (đặc biệt là nuôi cá bè trên sông) đã bị giảm sút nhiều
do vấn đề ô nhiễm nước sông, đặc biệt khi xảy ra các sự cố về môi trường nước. Ví
dụ như, vào thời điểm tháng 4/2007 có hàng loạt bè cá đang gần ngày thu hoạch ở
La Ngà đột ngột chết trắng do nước sông La Ngà bị ô nhiễm từ nguồn nước thải của
hai công ty Men Mauri Việt Nam và công ty cổ phần mía đường La Ngà.
Các chất rắn không tan khi được thải vào nước làm tăng lượng chất lơ lửng,
tức làm tăng độ đục của nước. Các chất này có thể là gốc vô cơ hay hữu cơ, có thể
được vi khuẩn ăn. Sự phát triển của vi khuẩn và các vi sinh vật khác lại càng làm
tăng độ đục của nước và làm giảm độ xuyên thấu của ánh sáng. Nhiều chất thải
công nghiệp có chứa các chất có màu, hầu hết là màu hữu cơ, làm giảm giá trị sử
dụng của nước về mặt y tế cũng như thẩm mỹ. Ngoài ra các chất thải công nghiệp
còn chứa nhiều hợp chất hoá học như muối sắt, mangan, clo tự do, hydro sunfua,
phenol... làm cho nước có vị không bình thường. Amoniac, sunfua, cyanua, dầu làm
nước có mùi lạ, rong tảo làm nước có mùi bùn, một số sinh vật đơn bào làm nước
có mùi tanh của cá [16].
Nước ở các mỏ than thường có hàm lượng các ion kim loại nặng, á kim, các
hợp chất hữu cơ, các nguyên tố phóng xạ… cao hơn so với nước mặt và nước biển
khu vực đối chứng và cao hơn TCVN từ 1-3 lần. Đặc biệt khu vực từ Quảng Yên
đến Cửa Ông. Để sản xuất 1 tấn than, doanh nghiệp cần bóc đi từ 8 đến 10 m³ đất
phủ và thải từ 1 đến 3 m³ nước thải mỏ. Trung bình hàng năm, các mỏ than của Tập
đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam đã thải ra môi trường 182,6 triệu
m³ đất đá, khoảng 70 triệu m³ nước thải mỏ dẫn đến một số vùng thuộc tỉnh Quảng
Ninh bị ô nhiễm đến mức báo động như Mạo Khê, Uông Bí,…các mỏ thiếc sa
khoáng, biểu hiện chính của ô nhiễm hoá học là làm đục nước bởi bùn – sét lơ lửng,
tăng hàm lượng các ion sắt và một số khoáng vật nặng. Các chất thải này không
được xử lý, thải trực tiếp và môi trường, làm độc hại nguồn nước khu vực cũng như
vùng xung quanh, không chỉ làm ô nhiễm nguồn nước mặt mà còn ô nhiễm nguồn

nước ngầm và nước trong không khí khi bốc hơi. Việc khai thác và tuyển quặng
10


vàng phải dùng đến thuốc tuyển chứa Hg. Ngoài ra, các nguyên tố kim loại nặng
như asen, các loại quặng sunfua, có thể hoà tan vào nước. Vì vậy, ô nhiễm hoá học
do khai thác và tuyển quặng vàng là nguy cơ đáng lo ngại. Tại những khu vực này,
nước thường bị nhiễm bẩn bởi bùn sét, một số kim loại nặng và hợp chất độc như
Hg, As, Pb v.v… mà nguyên nhân chính là do nước thải, chất thải rắn không được
xử lý đổ bừa bãi ra khai trường và khu vực tuyển quặng.
 Lũ lụt
Tình trạng suy kiệt nguồn nước trong các hệ thống sông, hạ lưu các hồ chứa
và nước ngầm ở nhiều vùng đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Lũ lụt làm cho
môi trường nước mặt bị ô nhiễm bởi các chỉ số COD, BOD5, TSS,… vượt quá tiêu
chuẩn cho phép. Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011 –
2015 cho thấy sông Hồng có đặc điểm tự nhiên là lượng phù sa lớn nên hàm lượng
chất rắn lơ lửng và sắt trong nước khá cao, nhất là vào mùa mưa lũ (tháng 4 – tháng
10), hàm lượng TSS có sự gia tăng mạnh do nước mưa làm xói mòn các hợp chất bề
mặt vào môi trường nước. Do đặc điểm tự nhiên của sông Mã, mùa khô nước trong,
trong khi đó mùa mưa nước sông nhiều phù sa, hàm lượng TSS và Fe có giá trị cao,
điển hình là đoạn thượng nguồn ở tỉnh Điện Biên và Sơn La. Ví dụ như, hàm lượng
TSS tại điểm Cầu phao Chiềng Koong – Sơn La đầu mùa mưa là 740 mg/L cao gấp
37 lần so với đầu mùa khô, vượt QCVN 08:2015/BTNMT loại B1 14,8 lần.
Lũ lụt gây tác động xấu đến cuộc sống cũng như sức khỏe của con người. Tại
các khu vực bị ngập nước, các nguồn nước, công trình cấp, thoát nước, công trình
vệ sinh bị phá hủy khiến tình trạng thiếu nước sạch sinh hoạt càng trở nên nghiêm
trọng. Nguồn nước nhiễm bẩn, vi khuẩn, vi-rút, ký sinh trùng có điều kiện sinh sôi,
phát triển dẫn đến lan truyền các mầm bệnh. Các bệnh dễ mắc phải như bệnh về da
(mẩn ngứa, mụn nhọt, nấm chân tay, ghẻ,…), các bệnh về đường ruột và tiêu hóa
(tiêu chảy, tả, thương hàn),…

11


1.2.

Tổng quan về chất keo tụ PFC và PAFC

1.2.1. Chất keo tụ PFC
 Đặc điểm:
Bảng 1.1 Đặc điểm và thành phần chất keo tụ PFC
Chỉ tiêu

Kết quả

Tỷ trọng, g/cm3 (20˚C)

1,2 ~ 1,3

Fe, %

>7%

Fe2+, %

< 0,5%

pH (1% dung dịch nước)

1,0 ~ 2,0

Các chất không hòa tan %

< 0,3%

Poly sắt clorua (polyferric chloride) là một trong những chất keo tụ thế hệ
mới, tồn tại dưới dạng polyme vô cơ và thường viết tắt là PFC, có công thức phân
tử là [Fe2(OH)n(Cln)3-N/2]m, n>2; m = f(n). Khi cho chất keo tụ PFC vào nước, có
nhiều dạng ion phức sắt được hình thành như: [Fe2(OH)3]3+, [Fe(H2O)6]3+,
[Fe3(OH)3]6+. Vì vậy nó dễ dàng tạo bông và đây là sản phẩm keo tụ tốt. Cấu trúc
hóa học của nó là mạng lưới polyme có nhiều mạch [19].
Poly sắt clorua là một chất keo tụ rắn mạng lưới polyme có một ion phức đa
nhân, thủy phân dễ dàng trong nước và có khả năng cao sinh ra ion phức âm đa
nhân hydroxyl. Các hạt polyme, ở điện tích bằng 8, sẽ trung hòa điện tích hạt keo và
gây keo tụ rất mạnh, ngoài ra tốc độ thủy phân của chúng cũng chậm hơn Fe3+ rất
nhiều. Điều này làm tăng thời gian tồn tại của chúng trong nước nghĩa là tăng khả
năng tác dụng của chúng lên các hạt keo cần xử lý, giảm chi phí hóa chất. Ngoài ra
vùng pH hoạt động của PFC cũng lớn hơn gấp hai lần so với phèn sắt thông thường,
nên làm cho việc keo tụ bằng PFC dễ áp dụng hơn. Hơn nữa, do kích thước hạt
polyme lớn hơn nhiều so với Fe3+ (cỡ 2nm so với nhỏ hơn 0,1nm) nên bông cặn
hình thành cũng to và chắc hơn, thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo. So với PAC
thì sử dụng PFC thì bông cặn sẽ nhỏ và mịn hơn.
12


 Sử dụng [19]: Poly sắt clorua thường được sử dụng để
 Lọc nước
 Xử lý nước thải công nghiệp như nước thải sản xuất giấy, nước phế
phẩm in, nước thải sản xuất xe hơi, nước thải nhà máy bia,…
 Nhiều loại công nghiệp xử lý nước tuần hoàn như nước rửa khí lò cao,

nước thêm vào nồi hơi áp suất cao và thiết bị phát lực, nước thải công
nghiệp đưa vào nhà máy xử lý hóa sinh học, chất thải nhũ tương hóa
dung dịch, dung dịch trắng đục và nước thải dầu.
1.2.2. Chất keo tụ PAFC
PAFC (Poly nhôm sắt clorua) là chất keo tụ cao phân tử, có công thức phân
tử là: [Al2(OH)nCl6-n]m.[Fe2(OH)NCl6-N]M [13].
 Đặc điểm:
Bảng 1.2 Đặc điểm và thành phần chất keo tụ PAFC
Chỉ tiêu

Kết quả

Ngoại quan

Dung dịch màu nâu hoặc nâu đỏ

pH

4

Độ kiềm

≥ 70%

Hàm lượng chất không tan trong

≤ 0,75%

nước
Chất keo tụ PAFC là sản phẩm làm trong nước dùng cho sản xuất sinh hoạt

và nước thải công nghiệp.
 Ưu điểm của PAFC đối với các chất keo tụ vô cơ khác [13].
 Sản phẩm mới, chất lượng cao, là chất keo tụ vô cơ cao phân tử gốc muối
nhôm và sắt;
 Khả năng keo tụ tốt, bông dày, lắng nhanh;
13


 Khả năng làm trong nước tốt, chất lượng nước tốt, không chứa kim loại
nặng và các chất có hại khác, không có sự chuyển đổi giữa các ion trong
dung dịch nước, không độc hại, an toàn và đáng tin cậy;
 Làm trong nước, tẩy màu, khử dầu, diệt khuẩn, khử mùi, khử tảo; đặc biệt
có hiệu quả khử bỏ COD, BOD và các ion kim loại nặng trong nước;
 Thích hợp với nước có độ pH khoảng 4 – 11, tốt nhất là trong khoảng 6 –
9; độ pH và độ kiềm của nước sau khi được làm sạch thay đổi ít, ít gây ăn
mòn với các thiết bị xử lý;
 Có tính hiệu quả rõ rệt với nước ô nhiễm nhẹ, có chứa tảo, nhiệt độ thấp
và độ đục thấp; đối với nước thô có độ đục cao khả năng làm trong rất rõ
rệt;
 Liều dùng thấp, chi phí thấp, tiết kiệm từ 20% - 50% chi phí xử lý.
1.2.3. Các ứng dụng chủ yếu của chất keo tụ
Các chất keo tụ, tạo bông được sử dụng chủ yếu để:
-

Xử lý nước: loại bỏ các hạt rắn và keo vô cơ hoặc có nguồn gốc từ chất hữu
cơ trong nước;

-

Thêm vào trong quá trình xử lý nước thải để loại bỏ hiệu quả hơn các ion

kim loại, phốt phát, kim loại độc, các chất màu.
Quá trình lắng keo tụ chính là quá trình giảm thế zeta dựa vào sự hoạt động

của các chất keo tụ, đó là các chất khi tan trong nước có khả năng thủy phân tạo kết
tủa hidroxit hình thành các hạt keo dương, các hạt keo dương này tương tác tĩnh
điện với các hạt keo âm có sẵn trong nước thải, phá trạng thái bền của hệ tạo thành
các hạt có kích thước, trọng lượng lớn hơn và dễ dàng lắng xuống.
Quá trình đông tụ, keo tụ được áp dụng trong các trường hợp này (xử lý bậc
1) để giảm tải trọng ô nhiễm trong xử lý bậc 2 và 3. Tùy vào đặc tính và yêu cầu
chất lượng nước thải đầu ra cho từng ngành công nghiệp mà các loại chất đông tụ
với các nồng độ khác nhau được sử dụng. Một số áp dụng thực tế đã được thực hiện
như:
14


Nước thải ngành thuộc da nói chung có độ màu cao, hàm lượng rắn lơ lửng
SS 1250 – 6000 mg/L, COD 2500 – 3000 mg/L, Cr3+ 70 - 100 mg/L. Nazmul và
cộng sự (2011) đã nghiên cứu và đánh giá hiệu quả sử dụng các chất đông tụ hóa
học để xử lý SS, COD, độ màu, pH của nước thải ngành này. Kết quả là khi sử dụng
phèn nhôm, phèn nhôm kết hợp với sắt clorua cho hiệu quả loại bỏ SS, crom, độ
màu trong nước thải thuộc da tốt nhất.
Đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm là có độ màu cao do dư lượng thuốc
nhuộm, COD cao do sử dụng hồ tinh bột biến tính, độ đục phát sinh do các chất rắn
hòa tan từ quá trình hồ sợi, giũ hồ. Do đó, quá trình đông tụ, keo tụ là bắt buộc
trong quy trình xử lý. Ngoài các loại hóa chất thông thường được sử dụng, Hassan
và cộng sự đã sử dụng chất đông tụ tự nhiên (chitosan) để xử lý COD, độ đục trong
nước thải ngành này. Hiệu suất loại bỏ độ đục, COD cao nhất lần lượt là 94,90%,
72,50% khi nồng độ chitosan là 30 mg/L trong khoảng pH từ 4 đến 6. Kết quả này
là gần như tương đương khi sử dụng các chất đông tụ tổng hợp.
Ngành công nghiệp sản xuất sữa cũng phát thải lượng lớn COD, TSS trong

nước. Do đó, cần phải loại bỏ chúng trước khi phát thải ra nguồn tiếp nhận. Đông
tụ, keo tụ là cần thiết trong quá trình xử lý này. Sarkar và cộng sự (2006) đã tiến
hành nghiên cứu ứng dụng đông tụ, keo tụ trong tiền xử trước khi xử lý bằng màng.
Các hợp chất vô cơ là phèn nhôm, sắt clorua, polymer (PAC) được sử dụng để so
sánh hiệu quả xử lý với các hợp chất hữu cơ (sodium carboxymethyl cellulose – NaCMC, axit alginic và chitosan). Khi sử dụng phèn nhôm và phèn sắt thì cho hiệu
quả xử lý cao nhất với sự hình thành bông cặn là 500 mg/L tại pH 6,5 và 8,0. Nếu
xử lý bằng chitosan với liều lượng 10mg/L, pH =4 cho kết quả tương tự. Như vậy,
có thể sử dụng các chất keo tụ tổng hợp và tự nhiên cho quá trình này loại bỏ này.
1.3.

Một số công trình nghiên cứu điều chế chất keo tụ

1.3.1. Điều chế phèn nhôm
Đầu tiên là sản xuất nhôm sunfat từ axit sunfuric và một vật liệu chứa nhôm
như đất sét, cao lanh, quặng bôxit hay đi trực tiếp từ nhôm hydroxit. Khi dùng
nhôm hydroxit thì sản phẩm thu được có chất lượng tốt nhất với hàm lượng Al2O3
có thể đạt tới 17%, đồng thời hàm lượng sắt oxit (Fe2O3) có thể ít hơn 0,04%. Khi
dùng nguyên liệu chứa nhôm khác, chất lượng sản phẩm thường thấp hơn và tiêu

15


hao nguyên vật liệu thường cao hơn. Công thức của nhôm sunfat là Al2(SO4)3.nH2O
với loại thường gặp có n = 18 và hàm lượng Al2O3 = 15%.
Khi cho thêm muối sunfat của các nguyên tố hóa trị I như: K+, NH4+ vào quá
trình

phản

ứng

ta

thu

được

phèn

kép

Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O

hay

Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O [18].
Ở miền Bắc nước ta, sản xuất phèn đi từ cao lanh
Al2O3.2SiO2.2H2O + 2KOH → 2KAlO2 + 3H2O + 2SiO2↓
2KAlO2 + 4H2SO4 + 20H2O → Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O
Tại miền Nam sử dụng nguyên liệu là nhôm hydroxit
2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 12H2O → Al2(SO4)3.18H2O
1.3.2. Điều chế poly nhôm clorua (PAC)
Có thể điều chế PAC từ các nguồn nguyên liệu khác nhau như: từ nhôm
hydroxit, từ oxit nhôm, từ nhôm clorua,…
 Công trình của Viện Công nghệ Hóa học
Công trình của Viện Công nghệ Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam đã nghiên cứu – chế tạo thành công và đã đưa ra sử dụng sản phẩm
PAC có hàm lượng Al2O3 đạt ≈ 30%. Sản phẩm này đã có mặt kịp thời để giải quyết
vấn đề nước sinh hoạt cho bà con vùng lũ ở đồng bằng Sông Cửu Long.
PAC này được điều chế đi từ nguồn nhôm hydroxit và axit clohydric ở điều

kiện áp suất hơi quá nhiệt là 5atm (nhiệt độ khoảng 155˚C) trong thời gian 3 giờ.
Nguyên tắc điều chế theo phương trình cơ bản:
nAl(OH)3 + (3n-m)HCl → Aln(OH)mCl3n-m + (3n-m)H2O
Hiện nay Viện vẫn còn đang tiếp tục nghiên cứu nhằm nâng cao hàm lượng
nhôm oxit trong sản phẩm và tìm các hướng đi từ các nguồn nguyên liệu có sẵn
trong tự nhiên như: quặng bauxite, đất sét hoặc đi từ các chất thải công nghiệp và
sinh hoạt như: bùn đỏ, phôi nhôm, vỏ lon bia,….
 Công trình của Dempsey et al (1984)

16


Ở nghiên cứu này, Dempsey điều chế PAC từ dung dịch muối AlCl3 bằng
cách thay thế ion Cl- bằng ion OH- với các tỉ lệ từ 1 đến 2,5 sử dụng Na2CO3 để
trung hòa.
1.3.3. Điều chế poly nhôm sunfat (PAS)
Công trình của Jia Negyou, Lu Zhu và Xiang Quan ở Trung Quốc đã điều
chế hợp chất keo tụ poly nhôm sunfat, đi từ nguyên liệu đầu là nhôm sunfat.
Cho dung dịch Ca(OH)2 vào dung dịch Al2(SO4)3 ở 70˚C với tỷ lệ:
Al2(SO4)3 : Ca(OH)2 : H2O = 5:1:12
Giữ tỷ lệ này không đổi trong suốt thời gian phản ứng 12 giờ. Đem hỗn hợp
đi lọc lấy dung dịch lọc, cho thêm lượng nhỏ acid hữu cơ để ổn định sản phẩm.
Hàm lượng nhôm oxit đạt được 10,8%, sản phẩm dạng lỏng. Sau đó đi xác định cấu
trúc của PAS bằng phổ IR, nhiễu xạ tia X – XRD, NMR cho thấy PAS là một hợp
chất kiềm được tạo thành từ các loại: polyme Al13(SO4)2(OH)5,… monomer và một
lượng nhỏ ion [10]
1.3.4. Điều chế các poly sắt
Theo các tài liệu cho biết, các công trình nghiên cứu điều chế các poly sắt
thường từ dung dịch của muối sắt 3 hoặc oxy hóa muối sắt 2, sau đó duy trì ở điều
kiện nhiệt độ và áp suất cao và để già hóa trong một thời gian. Kiểm tra sản phẩm

thu được bằng phổ Raman cho thấy ngoài các pic của liên kết Fe-OH, Fe-SO4 còn
thu được pic của liên kết Fe-O, chứng tỏ có tạo thành polymer [7].
Ở nghiên cứu của Chen W, Zheng H, Teng H, Wang Y, Zhang Y, Zhao C, et
al (2015) [6], có ba chất keo tụ poly sắt được điều chế từ muối FeSO4.7H2O. Cho
55,6g FeSO4.7H2O vào trong cốc đựng 45 mL axit H2SO4 20%, khuấy đều, đun với
nhiệt độ 60˚C tạo thành dung dịch sắt sunfat đồng nhất. Cho 3,55g NaClO3 vào để
oxy hóa muối sắt 2 thành sắt 3. Sau khi chuẩn bị dung dịch muối sắt 3, ba chất keo
tụ poly sắt được điều chế theo ba cách khác nhau.
 Poly sắt sunfat (PFS)
Dùng NaHCO3 để điều chỉnh tính bazơ của chất keo tụ. Sau khi ion H+ và
OH- cân bằng thì các gốc OH- sẽ thay thế các gốc sunfat.
17


Fe2(SO4)3 + nOH- → Fe2(OH)n(SO4)3-n/2 + (n/2)SO42mFe2(OH)n(SO4)3-n/2 → [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m
Lượng NaHCO3 cần thêm vào là 5,04g, khuấy chậm với tốc độ 95-100
vòng/phút ở nhiệt độ 60˚C. Sau khi khuấy 60 phút, hỗn hợp phản ứng thu được bảo
quản ở nhiệt độ phòng.
 Poly sắt silic sunfat (PFSS)
Thủy tinh lỏng được pha loãng đến 3%, sau đó cho từ từ vào dung dịch axit
HCl 20%, dùng máy khấy từ ở nhiệt độ phòng (25˚C). Điều chỉnh giá trị pH về
pH=3 bằng dung dịch H2SO4 0,5M và NaOH 1M. Thêm vào hỗn hợp phản ứng
dung dịch axit silicic 2,5% với tỉ lệ Si/Fe = 0,2. Sau khi bổ sung axit silicic 10 phút
thì bước tiếp theo thêm NaHCO3 tương tự PFS.
 Poly sắt photpho sunfat (PFPS)
Hòa tan NaH2PO4 trong 20 mL H2O, sau đó cho vào hỗn hợp phản ứng ở
trên qua máy bơm nhu động. Sau khi dung dịch NaH2PO4 được bổ sung hoàn toàn
thì bước tiếp theo thêm NaHCO3 tương tự PFS.
1.3.5. Điều chế poly silic sắt nhôm clorua (PSiFAC)
Công trình của A. K. Tolkou, A. I. Zouboulis (2014) [4] đã điều chế poly

silic sắt nhôm clorua bằng cách kết hợp chất keo tụ tiền polyme vô cơ (PAC) với
loại chứa sắt và axit polysilicic với tỉ lệ phối trộn Al/Fe/Si và OH/Al bằng cách sử
dụng hai lần trùng hợp.
Các polyme vô cơ tan trong nước trên cơ sở nhôm và sắt cùng làm chất keo
tụ là đề tài mới mẻ và rất được các nhà nghiên cứu khoa học quan tâm.
Tóm lại, công việc nghiên cứu về các phương pháp điều chế, cấu trúc, cơ chế
keo tụ của các sản phẩm này ngày càng được quan tâm và đầu tư phát triển đạt hiệu
quả cao.
1.4.

Các nghiên cứu ứng dụng của chất keo tụ trong xử lý nƣớc

1.4.1. Nghiên cứu loại bỏ độ đục và chất hữu cơ trong nước sông

18