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,