Quá trình keo tụ tạo bông trong xử lý nước thải

1. Khái niệm về quá trình keo tụ – tạo bông trong xử lý nước thải

Keo tụ – tạo bông là quá trình quan trọng trong xử lý nước thải, giúp loại bỏ các hạt lơ lửng, chất keo và các tạp chất khó lắng. Quá trình này sử dụng hóa chất keo tụ và chất trợ keo tụ để kết dính các hạt nhỏ thành bông cặn lớn hơn, từ đó dễ dàng lắng xuống hoặc bị tách ra khỏi nước.

2. Nguyên lý của quá trình keo tụ – tạo bông

Quá trình này diễn ra qua hai giai đoạn chính:

2.1. Quá trình keo tụ (Coagulation)

Mục tiêu: Trung hòa điện tích bề mặt của các hạt lơ lửng trong nước.

• Trong nước thải, các hạt keo (colloidal particles) mang điện tích cùng dấu (thường là âm), khiến chúng đẩy nhau và khó kết dính.
• Khi thêm chất keo tụ (như CPEHF, Polytetsu, PAC, phèn nhôm, phèn sắt), các ion dương trong hóa chất sẽ trung hòa điện tích bề mặt hạt keo, làm giảm lực đẩy tĩnh điện.
• Các hạt keo trung hòa dễ va chạm và kết dính lại với nhau, tạo thành các hạt lớn hơn gọi là vi bông cặn.

2.2. Quá trình tạo bông (Flocculation)

Mục tiêu: Kết dính các vi bông cặn thành bông cặn lớn hơn để dễ dàng lắng hoặc tách ra khỏi nước.

• Sử dụng chất trợ keo tụ (polymer, chất trợ đông tụ) giúp kết nối và làm lớn bông cặn.
• Khuấy chậm giúp bông cặn phát triển mà không bị vỡ.
• Khi đạt kích thước đủ lớn, bông cặn sẽ dễ dàng lắng xuống trong bể lắng hoặc bị loại bỏ bằng các phương pháp khác như tuyển nổi hoặc lọc

3. Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ – tạo bông

Quá trình keo tụ – tạo bông trong xử lý nước thải chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, bao gồm tính chất hóa-lý của nước, loại hóa chất sử dụng, điều kiện vận hành và các yếu tố môi trường.

3.1. Ảnh hưởng của tính chất nước thải

Độ đục và nồng độ chất rắn lơ lửng (SS – Suspended Solids)

• Độ đục cao có nghĩa là nước chứa nhiều hạt lơ lửng, khiến quá trình keo tụ cần lượng hóa chất lớn hơn để trung hòa điện tích.
• Nếu nồng độ SS quá thấp, có thể cần bổ sung chất trợ keo tụ để giúp hình thành bông cặn lớn hơn.

Thành phần ion và độ dẫn điện của nước

• Các ion hòa tan (như Ca²⁺, Mg²⁺, Cl⁻, SO₄²⁻) có thể cạnh tranh với ion của chất keo tụ, ảnh hưởng đến quá trình trung hòa điện tích.
• Nước thải có độ dẫn điện cao (chứa nhiều muối) có thể làm thay đổi cách thức phản ứng của chất keo tụ và trợ keo tụ.

Hàm lượng chất hữu cơ và vi sinh vật

• Chất hữu cơ cao (COD, BOD) có thể ảnh hưởng đến sự hình thành bông cặn do tương tác với các hạt keo và làm suy giảm hiệu quả kết dính.
• Vi sinh vật và biofilm có thể tạo ra các hợp chất ức chế keo tụ hoặc làm giảm khả năng kết bông của polymer.

3.2. Ảnh hưởng của hóa chất keo tụ và trợ keo tụ

Loại chất keo tụ sử dụng

• Phèn nhôm (Al₂(SO₄)₃): Hiệu quả ở pH 5.5 – 7.5, dễ bị ảnh hưởng bởi độ kiềm.
• Phèn sắt (FeCl₃, Fe₂(SO₄)₃): Hoạt động tốt hơn trong khoảng pH rộng, nhưng có thể tạo ra bùn nhiều hơn.
• PAC (Poly Aluminium Chloride): Hiệu quả cao hơn phèn nhôm, ít ảnh hưởng bởi pH.

Liều lượng hóa chất

• Liều lượng không đủ sẽ khiến quá trình trung hòa điện tích không hoàn tất, làm giảm hiệu quả keo tụ.
• Dùng quá nhiều có thể dẫn đến dư hóa chất, gây ảnh hưởng đến các bước xử lý tiếp theo và làm tăng chi phí vận hành.

Chất trợ keo tụ (Polymer – PAM, PAA, Chitosan, v.v.)

• Giúp liên kết bông cặn và tăng cường kích thước bông, từ đó cải thiện hiệu suất lắng.
• Tùy vào bản chất polymer (cationic, anionic hay nonionic), hiệu quả có thể thay đổi tùy theo thành phần của nước thải.

3.3. Ảnh hưởng của điều kiện vận hành

pH của nước

• pH ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hòa tan và hiệu quả phản ứng của chất keo tụ.
• Ví dụ:
  • Al₂(SO₄)₃ hoạt động tốt nhất ở pH 5.5 – 7.5.
  • FeCl₃ có thể hoạt động hiệu quả trong khoảng pH rộng hơn, từ 4 – 9.
  • PAC có thể hoạt động hiệu quả ở pH 5 – 8.

Cường độ và thời gian khuấy

• Khuấy nhanh (Coagulation): Giúp phân tán hóa chất và tăng khả năng trung hòa điện tích. Thời gian khuấy thường từ 30 giây đến 2 phút.
• Khuấy chậm (Flocculation): Giúp bông cặn phát triển. Nếu khuấy quá mạnh, bông cặn có thể bị vỡ.

Thời gian lưu (Retention Time)

• Nếu thời gian quá ngắn, bông cặn chưa kịp hình thành đầy đủ.
• Nếu quá lâu, có thể xảy ra hiện tượng phân rã bông cặn, làm giảm hiệu quả xử lý.

3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và môi trường

Nhiệt độ nước

• Ở nhiệt độ thấp (<10°C), tốc độ phản ứng keo tụ giảm, làm chậm quá trình hình thành bông.
• Khi nhiệt độ tăng, hiệu suất phản ứng thường cao hơn, nhưng nếu quá cao (>40°C), một số polymer có thể bị phá hủy.

Độ kiềm (Alkalinity)

• Độ kiềm cần đủ cao để hỗ trợ quá trình thủy phân của chất keo tụ.
• Nếu nước có độ kiềm thấp, có thể cần bổ sung NaOH, vôi (Ca(OH)₂) hoặc Na₂CO₃ để ổn định pH.

Ảnh hưởng của các chất gây ức chế

• Một số kim loại nặng (như Cu, Zn) hoặc hợp chất hữu cơ có thể cản trở quá trình hình thành bông cặn.
• Dầu mỡ có thể bao phủ bề mặt hạt keo, làm giảm hiệu quả kết bông.