Báo cáo này tổng hợp kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả keo tụ của Nhôm Sunfat (Al2(SO4)3⋅18H2O) và Sắt (II) Sunfat (FeSO4⋅7H2O) trong xử lý nước đục. Nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp thử nghiệm cốc lắng (sedimentation beaker test) với nồng độ từ 1g đến 10g trên 3 lít nước.
Kết quả chính cho thấy hiệu quả keo tụ tỷ lệ thuận với liều lượng hóa chất sử dụng và phụ thuộc chặt chẽ vào từng thông số chất lượng nước cụ thể. Sắt (II) Sunfat thể hiện ưu thế vượt trội trong việc xử lý pH, oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Fluoride, Phosphate và nhu cầu oxy hóa học (COD). Ngược lại, Nhôm Sunfat (phèn nhôm) đạt hiệu quả cao hơn trong việc loại bỏ tổng chất rắn lơ lửng (TSS), độ đục và Chloride. Cả hai chất keo tụ đều làm giảm nồng độ pH xuống mức axit (3.0 - 3.8), đòi hỏi phải có sự điều chỉnh pH sau xử lý để đảm bảo an toàn cho nước uống.
Tổng quan về Quá trình Keo tụ và Tạo bông
Trong xử lý nước, quá trình keo tụ đóng vai trò then chốt để loại bỏ các hạt keo, mầm bệnh và chất hữu cơ tự nhiên (NOM). NOM nếu không được xử lý có thể gây ra các vấn đề về thẩm mỹ, ăn mòn, tăng trưởng màng sinh học và phản ứng với các chất khử trùng để tạo ra các phụ phẩm (DBPs) có tiềm năng gây ung thư như Trihalomethanes (THMs).
- Cơ chế Keo tụ: Các hóa chất keo tụ trung hòa điện tích đẩy (thường là điện tích âm) xung quanh các hạt, cho phép chúng liên kết với nhau tạo thành các cụm hoặc bông cặn nhỏ.
- Cơ chế Tạo bông: Thúc đẩy sự tích tụ các hạt đã keo tụ thành các bông cặn lớn hơn để tăng tốc độ lắng trọng lực.
- Phản ứng Thủy phân:
- Đối với Nhôm Sunfat: Al2(SO4)3⋅16H2O→2Al(OH)3+6H++3SO42−+10H2O
- Đối với Sắt (II) Sunfat: FeSO4⋅7H2O→Fe(OH)2+SO42−+2H++5H2O
- Các phản ứng này thường xảy ra ở độ pH từ 5.8 đến 7.5 (keo tụ kiểu quét - sweep-floc). Nếu pH xuống dưới 5.0, các ion kim loại sẽ trung hòa trực tiếp các hợp chất hữu cơ tích điện âm (keo tụ tăng cường).
Phương pháp Nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng nước đục tổng hợp được chuẩn bị bằng cách thêm đất mùn vào nước máy. Thử nghiệm được tiến hành trong cốc lắng dung tích 4 lít có thanh khuấy từ, thay thế cho phương pháp Jar test truyền thống vì ưu điểm chi phí thấp, tiết kiệm thời gian và dễ vận hành.
- Liều lượng: Từ 1g đến 10g hóa chất cho mỗi 3 lít nước đục.
- Thời gian: Khuấy trong 10 phút, sau đó lắng trong 5 giờ trước khi lấy mẫu phân tích.
Phân tích Hiệu quả Keo tụ theo Thông số
Hiệu quả xử lý của cả hai loại hóa chất đều cải thiện đáng kể khi tăng liều lượng. Dưới đây là bảng so sánh hiệu quả tối đa tại liều lượng 10g/3L:
|
Thông số
|
Nhôm Sunfat (Alum)
|
Sắt (II) Sunfat
|
Chất ưu thế
|
|
pH (% giảm)
|
44.92%
|
57.24%
|
Sắt (II) Sunfat
|
|
TSS (Tổng chất rắn lơ lửng)
|
98.71%
|
96.54%
|
Nhôm Sunfat
|
|
DO (Oxy hòa tan)
|
90.10%
|
96.31%
|
Sắt (II) Sunfat
|
|
BOD5 (Nhu cầu oxy sinh hóa)
|
100%
|
100%
|
Sắt (II) Sunfat (đạt 100% sớm hơn)
|
|
Độ đục (Turbidity)
|
98.70%
|
96.77%
|
Nhôm Sunfat
|
|
Chloride
|
100%
|
100%
|
Nhôm Sunfat (đạt 100% sớm hơn)
|
|
Fluoride
|
100%
|
100%
|
Sắt (II) Sunfat (đạt 100% sớm hơn)
|
|
Phosphate
|
80%
|
91.11%
|
Sắt (II) Sunfat
|
|
COD (Nhu cầu oxy hóa học)
|
100%
|
100%
|
Sắt (II) Sunfat (đạt 100% sớm hơn)
|
|
Đồng (Copper)
|
Không phát hiện
|
Không phát hiện
|
N/A
|
Chi tiết các thông số quan trọng
- Độ pH: Sắt (II) Sunfat gây giảm pH mạnh hơn so với Nhôm Sunfat. Ở liều 10g, pH nước giảm từ 7.4 xuống còn 3.0 đối với Sắt (II) Sunfat và 3.8 đối với Nhôm Sunfat. Cả hai mức này đều nằm ngoài hướng dẫn của WHO, cho thấy nước sau xử lý có tính axit cao và cần điều chỉnh pH.
- Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và Độ đục: Nhôm Sunfat thể hiện khả năng loại bỏ TSS và độ đục tốt hơn ở các liều lượng cao (7-10g). Ngược lại, Sắt (II) Sunfat có thể gây ra hiện tượng đục thứ cấp ở liều lượng cao, làm giảm hiệu quả loại bỏ chất rắn. Đây là lý do chính khiến Nhôm Sunfat thường được ưu tiên trong các nhà máy xử lý nước.
- Thông số Oxy (DO, BOD5, COD): Sắt (II) Sunfat vượt trội trong việc loại bỏ các tác nhân gây tiêu thụ oxy. Nó đạt hiệu quả loại bỏ BOD5 tuyệt đối (100%) ở liều 8g, trong khi Nhôm Sunfat cần đến 9g. Đối với COD, Sắt (II) Sunfat đạt hiệu quả tối ưu ngay từ liều 4g, nhanh hơn đáng kể so với Nhôm Sunfat (6g).
- Loại bỏ Fluoride và Phosphate: Sắt (II) Sunfat là chất keo tụ hiệu quả hơn rõ rệt đối với Fluoride, đạt hiệu suất 100% ngay từ liều lượng 1g, trong khi Nhôm Sunfat cần tới 5g để đạt mức tương tự. Đối với Phosphate, Sắt (II) Sunfat cũng duy trì ưu thế ổn định ở hầu hết các dải liều lượng.
- Chloride: Nhôm Sunfat có khả năng hấp phụ Chloride tốt hơn, đạt hiệu quả 100% tại liều lượng 4g, so với 7g của Sắt (II) Sunfat.
Kết luận và Kiến nghị
Nghiên cứu khẳng định rằng việc lựa chọn chất keo tụ phụ thuộc vào mục tiêu xử lý cụ thể của nguồn nước:
- Nhôm Sunfat là lựa chọn tốt nhất để làm trong nước (giảm độ đục và TSS) và loại bỏ Chloride. Tuy nhiên, việc sử dụng quá liều cần được kiểm soát chặt chẽ do có liên quan đến các rối loạn y tế như bệnh Alzheimer.
- Sắt (II) Sunfat hiệu quả hơn trong việc xử lý các chỉ số hóa học như COD, BOD5, Fluoride và Phosphate.
Kiến nghị thực tế:
- Các nhà vận hành xử lý nước nên thực hiện thử nghiệm cốc lắng thường xuyên để xác định liều lượng tối ưu, tránh lãng phí hóa chất và đảm bảo chất lượng nước.
- Cần sử dụng thêm vôi (lime) như một chất trợ keo tụ để điều chỉnh độ pH của nước sau xử lý về mức an toàn.
- Cần nghiên cứu thêm việc kết hợp hoặc thay thế bằng các chất keo tụ hữu cơ như hạt chùm ngây (Moringa oleifera) hoặc bột vỏ cây Prosopis africana để tăng cường tính an toàn và hiệu quả kinh tế.
Link download full tiếng Anh: https://drive.google.com/file/d/1-msInjHsfZXuavRXL3EGYZxtHjcuerfg/view?usp=sharing
Dịch
0913208796
