HÓA CHẤT KEO TỤ POLY ALUMINIUM CHLORIDE (PAC)

Một trong những chất keo tụ thế hệ mới, tồn tại dưới dạng polime vô cơ là poli nhôm clorua (polime aluminium chloride), thường viết tắt là PAC (hoặc PACl).

PAC có những ưu điểm vượt trội hơn so với các loại phèn nhôm, phèn sắt trong xử lý nước cấp, xử lý nước, do vậy PAC đã được sản xuất với lượng lớn và sử dụng rộng rãi để thay thế phèn nhôm, phèn sắt.

1. Tính chất:

   - PAC có công thức tổng quát là  [Al₂(OH)_nCl₆.nxH₂O]_m (trong đó m <=10, n<= 5).

   - PAC thương mại ở dạng bột thô màu vàng nhạt hoặc vàng đậm, dễ tan trong nước và kèm tỏa nhiệt, dung dịch trong suốt, có tác dụng khá mạnh về tính hút thấm.

2. Cơ chế tác dụng của PAC:

   - Thông thường khi keo tụ chúng ta hay dùng muối clorua hoặc sunfat của Al(III) hoặc Fe(III). Khi đó, do phân li và thuỷ phân ta có các hạt trong nước: Al³⁺, Al(OH)₂⁺, Al(OH) phân tử và Al(OH)₄^-, ba hạt polime: Al₂(OH)₂⁴⁺, Al₃(OH)₄⁵⁺, Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺ và Al(OH)₃rắn. Trong đó Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺ gọi tắt là Al₁₃ là tác nhân gây keo tụ chính và tốt nhất.

   - Với Fe(III) ta có các hạt: Fe³⁺, Fe(OH)₂⁺, Fe(OH) phân tử và Fe(OH)₄^-, ba hạt polime: Fe₂(OH)₂⁴⁺, Fe₃(OH)₄⁵⁺ và Fe(OH)₃ rắn.

   - Khi sử dụng PAC quá trình hoà tan sẽ tạo các hạt polime Al₁₃, với điện tích vượt trội (7+), các hạt polime này trung hoà điện tích hạt keo và gây keo tụ rất mạnh, ngoài ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng chậm hơn Al³⁺ rất nhiều, điều này tăng thời gian tồn tại của chúng trong nước nghĩa là tăng khả năng tácdụng của chúng lên các hạt keo cần xử lí, giảm thiểu chi phí hoá chất. Ngoài ra, vùng pH hoạt động của PAC cũng lớn gấp hơn 2 lần so với phèn, điều này làm cho việc keo tụ bằng PAC dễ áp dụng hơn. Hơn nữa, do kích thước hạt polime lớn hơn nhiều so với Al³⁺ (cỡ 2 nm so với nhỏ hơn 0,1 nm) nên bông cặn hình thành cũng to và chắc hơn, thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo. 

3. Cơ chế hình thành Al₁₃:

Trong nước Al³⁺ có số phối trí 4 và 6, khi đó khả năng tồn tại dưới dạng tứ diện Al(OH)4- hay còn gọi là tế bào T4, hoặc bát diện Al(OH)_4(H_2O)2- Tế bào T4 này là mầm để hình thành cái gọi là cấu trúc Keggin với tâm là tế bàoT4 và 12 bát diện bám xung quanh, khi đó ta có cấu trúc ứng với công thức Al12AlO4(OH)247+. Người ta cho rằng khi cho kiềm vào dung dịch Al³⁺, khi ion Al³⁺ tiếp xúc với các giọt kiềm thì đó là lúc hình thành các tế bào T4. Tiếp theo các bát diện vây quanh T4 tạo Al₁₃, như vậy có thể coi bước tạo T4 là bước quyết định trongcông nghệ chế tạo Al₁₃ thành phần chính của PAC.

4. Phương pháp sử dụng:

   - Sản phẩm dạng lỏng có thể sử dụng trực tiếp hoặc loãng đi 10 lần rồi mới sử dụng, dạng đặc phải loãng đi thành ra dung dịch 5 – 10% mới sử dụng, như thế mới dung hòa đều, hiệu quả mới tốt.

   - Dung dịch đã làm loãng tốt nhất phải sử dụng hết trong 4 – 8 giờ.

5. Ưu điểm của PAC so với nhôm sunfat

   PAC có nhiều ưu điểm so với phèn nhôm sunfat và các loại phèn vô cơ khác:

   - Hiệu quả keo tụ và lắng trong > 4-5 lần. Tan trong nước tốt, nhanh hơn nhiều, ít làm biến động độ pH của nước nên ko phải dùng NaOH để xử lí và do đó ít ăn mòn thiết bị hơn.

   - Không làm đục nước khi dùng thừa hoặc thiếu.

   - Không cần (hoặc dùng rất ít) phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng.

   - [Al] dư trong nước < so với khi dùng phèn nhôm sunfat.

   - Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại nặng tốt hơn.

   - Không làm phát sinh hàm lượng SO₄^2- trong nước thải sau xử lí là loại có độc tính đối với vi sinh vật.