PAC là một muối biến tính đặc biệt của nhóm clorua. Đây là loại phèn nhôm thế hệ mới dạng cao phân tử (polymer).

Hiện nay, PAC được sản xuất lượng lớn và sử dụng rộng rãi ở các nước tiên tiến để thay thế cho phèn nhôm sunfat trong xử lý nước sinh hoạt và nước thải.

Mục đích: để keo tụ, kết tủa hoàn toàn các chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ (hòa tan và không hòa tan), kim loại nặng và các chất keo hòa tan trong nước tạo ra các bông cặn. Bông cặn dễ dàng kết tủa ổn định lắng nhanh để tạo bùn và dễ loại ra bằng cách lọc bỏ.

Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong việc tạo ra nguồn nước chất lượng cao, kể cả xử lý nước đục trong mùa lũ lụt thành nước sinh hoạt. Do vậy, các nước phát triển đều sử dụng PAC trong các nhà máy cấp nước sinh hoạt và nhà máy xử lý nước thải,….

Người sử dụng chỉ cần pha PAC bột thành dung dịch 10% hoặc 20% bằng nước, cho lượng dung dịch chất keo tụ vào nước cần xử lý, khuấy đều và để lắng trong. ở điều kiện bảo quản thông thường(bao kín, để nơi khô ráo, nhiệt độ phòng) có thể giữ lâu dài.

Liều lượng PAC sử dụng cho 1 m3 nước sông, ao hồ là 1-4g PAC đối với nước đục thấp (50- 400mg/l), là 5-6g PAC đối với nước đục trung bình (500-700ml/l) và là 7-10g PAC đối với nước đục cao (800-1.200 mg/l). Liều lượng sử dụng chính xác được xác định bằng thực nghiệm trực tiếp đối với nước cần xử lý. Sau khi lắng trong, nếu dùng để uống cần đun sôi hoặc cho nước khử trùng theo liều lượng hướng dẫn. PAC dùng cho 1m3 nước thải là trong khoảng 15-30g, tùy thuộc hàm lượng cặn lơ lửng và tính chất của mỗi loại nước thải. Liều lượng chính xác định thông qua thử trực tiếp với đối tượng cần xử lý.

So sánh với phèn nhôm sulfat:

Trong quá trình keo tụ lắng PAC có nhiều ưu điểm hơn như:

– Khả năng loại bỏ các chất trong nước (đặc biệt các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan cùng kim loại nặng) tốt hơn. Do đó, chỉ cần dùng lượng ít hơn lượng phèn nhôm thông thường trong cùng điều kiện.

– Có thể được vận chuyển, cất giữ và định lượng dễ dàng, có thể hòa tan vào nước với bất kỳ tỷ lệ nào, có nhiều Al2O3 hoạt tính sunfat nhôm, do đó các bể hóa chất sẽ nhỏ hơn.

– Hiệu quả lắng trong cao hơn 4-5 lần,

– Thời gian keo tụ nhanh.

– Không cần hoặc dùng rất ít chất hỗ trợ.

– Không cần các thiết bị và thao tác phức tạp.

Ứng dụng Polymer trong xử lý nước thải

Hiện nay, polymer được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải bởi tính đơn giản trong xử lý và ít tốn kém trong khâu vận hành. Nước thải có chứa nhiều hợp chất, bao gồm: cặn lơ lửng, hạt keo và chất hoà tan. Bản chất của phương pháp này là các tính chất của hạt keo trong dung dịch. Các hạt keo này có thể là các hạt vô cơ như SiO2, Fe2O3, hoặc hạt keo hữu cơ như dầu hoặc mỡ có kích thước rất nhỏ, mắt thường không quan sát được. Mặc dù về bản chất các hạt này không tan được trong nước nhưng do các hiệu ứng hoá lý bề mặt, các hạt keo này có thể hấp phụ các ion sẵn có trong dung dịch để tạo ra lớp vỏ ion bao xung quanh hạt keo, và do đó hạt keo có thể trộn lẫn với dung dịch mà không lắng xuống. Lúc này hệ gồm hạt keo và lớp vỏ ion của nó được gọi là mixen.

Tùy theo bản chất của hạt keo mà lớp vỏ ion có thể âm hoặc dương (điều này cực kỳ quan trọng trong việc áp dụng polyme để xử lý nước). Bước nhảy thế từ bề mặt hạt keo đến vỏ ion quyết định dấu của hạt keo được gọi là thế zeta.

Thế zeta càng lớn thì hạt keo càng bền. Khi cho thêm các ion trái dấu với điện tích lớn như 2, 3,…, n vào dung dịch keo. Đầu tiên lớp vỏ ion sẽ bị phá vỡ (mình gọi là bóp thế zeta), đến khi thế zeta = 0 thì mixen sẽ bị phá vỡ hoàn toàn và hạt keo sẽ tách ra khỏi dung dịch. Đây chính là hiện tượng keo tụ (các nhà kỹ thuật – không phải hoá học – gọi là đông tụ nhưng đây là thuật ngữ trong môn hoá keo để goi hiện tượng này).

Khi cho polymer vào nước thải sẽ xảy ra các giai đoạn sau:

– Các hạt keo bị hấp phụ bởi polymer, không còn bền vững, gọi là quá trình keo tụ.

– Các hạt keo bị phá vỡ sẽ kết dính với nhau thành các cục bông nhỏ, sau đó thành cụm to hơn và lắng được, gọi là quá trình kết bông.

Do kích thước hạt keo rất nhỏ nên tốc độ lắng rất chậm (tính bằng ngày hoặc tuần) nên người ta sử dụng các chất hữu cơ mạch dài có độ nhớt cao để dính kết các hạt keo thành các khối lớn có tốc độ lắng nhanh hơn nhiều (thời gian tính bằng phút hoặc giờ). Tuy nhiên nếu tiếp tục thêm lượng dư các ion trái dấu như trên thì lại xảy ra hiện tượng ”nghịch keo”. Tức là các hạt keo lại hình thành các mixen mới, có lớp vỏ ion gồm các ion trái dấu đã thêm vào, và lại trộn lẫn vào trong dung dịch.

Polyme xử lý nước trên thị trường mặc dù có nhiều nhãn mác nhưng chung quy chỉ có ba loại, C – Cationic, A – Anionic và N – Neutral. Hai loại đều tiên có dầu nên vừa làm nhiệm vụ keo tụ vùa làm tác nhân dính kết các hạt keo. Còn loại N chỉ làm nhiệm vụ dính kết các hạt keo mà thôi. Do đó việc cần làm trước khi áp dụng polyme là xác định thế zeta của loại hạt keo trong dung dịch để áp dụng đúng loại và đúng liều lượng polyme. Nhưng trong thực tế thường khó có thể làm được điều này nên buộc phải thử nghiệm các loại polymer rồi lựa chọn loại phù hợp.

Ngoài ra còn một các đơn giản hơn nhưng tốn kém hoá chất hơn nhiều là dùng phèn nhôm để keo tụ bước 1, nếu kết quả đã tốt thì ngừng áp dụng, nếu kết quả keo tụ không tốt thì lại làm keo tụ bước 2 với polymer loại C do nếu còn hạt keo thì hạt keo chắc chắn sẽ mang dấu (+) do tác dụng của ion Al3+.

Lượng dùng polyme khi xử lý nước rất nhỏ, chỉ cỡ phần nghìn. Nếu dùng quá nhiều polymer thì nước sẽ trở nên rất nhớt, gây cản trở cho các công đoạn xử lý tiếp theo. Ngoài ra, lượng dư polymer trong nước sẽ làm tăng COD lên đáng kể. Do đó, khi áp dụng polyme nhất thiết phải thực hiện các thử nghiệm thực tế để lựa chọn liều lượng thích hợp.