Tài liệu này tổng hợp kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả của hai chất keo tụ phổ biến là Poly-aluminium chloride (PACl) và Nhôm Sulphat (Alum) trong điều kiện vận hành thực tế tại nhà máy xử lý nước uống Thessaloniki (Bắc Hy Lạp).
Nghiên cứu chỉ ra rằng PACl là chất keo tụ hiệu quả hơn Alum ở cả hai quy trình: (a) quy trình truyền thống (keo tụ - tạo bông - lắng - lọc) và (b) quy trình lọc trực tiếp (bỏ qua bước lắng). Các kết luận chính bao gồm:
- Liều lượng tối ưu: PACl đạt hiệu quả tương đương Alum với liều lượng thấp hơn (1,35 mg Al/L so với 1,70 mg Al/L trong quy trình truyền thống).
- Hiệu suất lọc trực tiếp: PACl cho phép vận hành lọc trực tiếp ổn định hơn với chu kỳ lọc kéo dài trên 24 giờ và độ đục đầu ra thấp (~0,1 NTU).
- Khả năng thích ứng pH: PACl hoạt động hiệu quả ở dải pH cao hơn Alum, giúp giảm tiêu thụ axit để điều chỉnh pH nước đầu vào.
- Nhôm dư: Cả hai chất keo tụ đều giữ được nồng độ nhôm dư trong giới hạn cho phép (dưới 200 μg/L) nếu pH được kiểm soát dưới 7,5.
Tổng quan về các chất keo tụ
Quá trình keo tụ đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng, hạt keo và chất hữu cơ tự nhiên (NOM) trong xử lý nước.
1. Nhôm Sulphat (Alum)
- Đặc điểm: Là chất keo tụ truyền thống, chứa các phức hợp nhôm đơn nhân (monomeric) với điện tích từ +1 đến +3.
- Hạn chế: Hiệu quả bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ và biến động pH. Quá trình thủy phân chậm hơn so với PACl.
2. Poly-aluminium Chloride (PACl)
- Đặc điểm: Là hợp chất nhôm đa nhân (poly-nuclear), chứa nồng độ cao các loài có điện tích dương lớn như "Al13" (dạng Keggin, Al13O4(OH)247+).
- Ưu điểm: Ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH do đã chứa các dạng nhôm được polyme hóa sẵn. Động học phản ứng nhanh hơn và tạo ra bông cặn lớn hơn, dễ lọc hơn.
Mô tả hệ thống thí nghiệm thực tế
Thử nghiệm được tiến hành tại Nhà máy Xử lý Nước Thessaloniki với công suất thiết kế 300.000 m3/ngày.
Quy trình xử lý
- Tiền ozone hóa: 0,4–1,2 mg/L O3.
- Điều chỉnh pH: Sử dụng H2SO4 98% để giảm pH từ 8,0–8,3 xuống còn 6,9–7,4.
- Keo tụ - Tạo bông: Thêm chất keo tụ và chất trợ keo tụ (polyelectrolyte anionic Magnafloc LT25).
- Lắng & Lọc: Lọc qua bể lọc cát đơn tầng hoặc bể lọc đa tầng (cát và anthracite).
- Hậu xử lý: Ozone hóa, lọc than hoạt tính, điều chỉnh pH bằng vôi và khử trùng bằng Clo.
Các biến thể quy trình
- Quy trình truyền thống: Bao gồm đầy đủ các bước trên.
- Quy trình lọc trực tiếp: Nước sau khi điều chỉnh pH được dẫn trực tiếp đến bể lọc qua đường ống dài 80m (tạo bông trên đường ống) trong 96 giây, bỏ qua bể lắng.
Phân tích kết quả thực nghiệm
1. Hiệu quả trong quy trình truyền thống
Kết quả cho thấy PACl ưu việt hơn trong việc loại bỏ độ đục:
- Với liều lượng PACl 1,35 mg Al/L, độ đục sau lắng tương đương với khi sử dụng Alum ở liều cao 1,70 mg Al/L.
- Khi giảm liều PACl xuống mức 0,60–0,95 mg Al/L, hiệu quả keo tụ kém hơn rõ rệt so với Alum ở liều 1,70 mg Al/L.
- Độ đục sau lọc của cả hai loại đều đạt mức rất thấp (dưới 0,1 NTU).
2. Hiệu quả trong quy trình lọc trực tiếp
Quy trình này thường đối mặt với thách thức tắc nghẽn bể lọc nhanh chóng.
- Với Alum: Liều 0,4–0,5 mg Al/L kết hợp polyelectrolyte giúp giảm độ đục xuống 0,1–0,2 NTU, nhưng chu kỳ lọc bị rút ngắn đáng kể (chỉ còn 4,5–6 giờ).
- Với PACl: Liều 0,75 mg Al/L (ngay cả khi không có polyelectrolyte) tạo ra nước có độ đục ổn định ~0,1 NTU. Đặc biệt, chu kỳ lọc được kéo dài lên trên 24 giờ.
- Vật liệu lọc: Bể lọc đa tầng (cát + anthracite) vận hành hiệu quả hơn bể lọc cát đơn tầng trong phương thức lọc trực tiếp.
3. Kiểm soát nồng độ Nhôm dư và pH
Nồng độ nhôm dư là chỉ số an toàn quan trọng (giới hạn luật định là 200 μg/L).
|
Thông số
|
Alum (Tối ưu)
|
PACl (Tối ưu)
|
|
pH vận hành
|
7,2
|
7,5
|
|
Độ đục đầu ra (NTU)
|
0,05 - 0,06
|
0,05 - 0,06
|
|
Nhôm dư (μg/L)
|
25 - 28
|
71 - 77
|
Ảnh hưởng của pH:
- Khi pH vượt quá 7,5, nồng độ nhôm dư tăng mạnh và có thể vượt ngưỡng 200 μg/L do sự gia tăng hòa tan của các phức hợp nhôm.
- PACl có thể vận hành ở pH 7,4–7,5 mà vẫn đảm bảo nhôm dư thấp, giúp tiết kiệm lượng axit H2SO4 cần thiết để hạ pH nước sông ban đầu.
Kết luận
Dựa trên các thí nghiệm quy mô lớn, nghiên cứu đưa ra các kết luận sau:
- Hiệu suất vượt trội: PACl đạt hiệu quả xử lý tương đương Alum nhưng với liều lượng thấp hơn, giúp giảm khối lượng hóa chất sử dụng và giảm sản sinh bùn thải.
- Tối ưu hóa lọc trực tiếp: PACl là lựa chọn khả thi cho quy trình lọc trực tiếp, cung cấp chu kỳ lọc dài hơn gấp nhiều lần so với Alum và duy trì độ đục đầu ra ổn định.
- Lợi ích vận hành:
- PACl có động học nhanh hơn, tạo bông cặn lọc tốt hơn.
- Hiệu quả ổn định hơn trong điều kiện mùa đông (nhiệt độ thấp).
- Cho phép vận hành ở mức pH cao hơn, giảm chi phí điều chỉnh hóa chất.
- Tuân thủ an toàn: Cả hai chất keo tụ đều an toàn về mặt nồng độ nhôm dư nếu duy trì pH nước sau xử lý dưới ngưỡng 7,5. Tuy nhiên, PACl mang lại sự ổn định và linh hoạt cao hơn trong quản lý quy trình xử lý nước uống.
Link download tài liệu: https://drive.google.com/file/d/1b_K-FpqSvbJUfgqfzGtqAhnBriDfqNMo/view?usp=sharing
Dịch
