So sánh PAC và phèn nhôm truyền thống: hiệu suất keo tụ, chi phí và môi trường

1. Giới thiệu

Trong ngành xử lý nước cấp và nước thải, chất keo tụ đóng vai trò then chốt. Đây là nhóm hóa chất giúp gom tụ các hạt lơ lửng, cặn bẩn, chất hữu cơ hòa tan, dầu mỡ… thành bông lớn dễ lắng. Nếu không có keo tụ, quá trình lắng/lọc sẽ kém hiệu quả, nước đầu ra không đạt tiêu chuẩn.

Hai chất phổ biến nhất hiện nay là:

• Phèn nhôm (Aluminium sulfate – Al₂(SO₄)₃): được coi là “chuẩn mực truyền thống”, giá thành thấp, có lịch sử sử dụng hàng trăm năm.

• PAC (Polyaluminium Chloride – PACl): một dạng muối nhôm đa nhân tiền thủy phân, ra đời sau, được ứng dụng mạnh từ cuối thế kỷ 20, với nhiều ưu điểm về hiệu quả và tính kinh tế dài hạn.

Câu hỏi lớn đặt ra cho nhà vận hành là: Nên chọn PAC hay phèn nhôm?
Để trả lời, ta cần so sánh trên ba khía cạnh:

1. Hiệu suất keo tụ

2. Chi phí tổng thể

3. Tác động môi trường

---

2. Tổng quan về PAC và phèn nhôm

2.1. Phèn nhôm truyền thống

• Công thức hóa học: Al₂(SO₄)₃·18H₂O

• Đặc điểm: tinh thể màu trắng, dễ tan trong nước, thường bán dưới dạng bột hoặc dung dịch.

• Cơ chế: Khi vào nước, phèn nhôm giải phóng ion Al³⁺, sau đó trải qua thủy phân để tạo các dạng Al(OH)₃. Các hạt Al(OH)₃ này hấp phụ và kéo tụ các hạt cặn nhỏ thành bông.

• Ưu điểm:

  • Giá rẻ, dễ mua.

  • Thói quen sử dụng lâu đời, nhiều kỹ sư quen vận hành.

• Nhược điểm:

  • Hiệu suất phụ thuộc mạnh vào pH (tốt nhất ~6–7).

  • Tiêu tốn nhiều kiềm → cần bổ sung NaOH, vôi.

  • Sinh nhiều bùn, khó xử lý.

  • Có thể để lại hàm lượng Al dư cao nếu không tối ưu liều.

---

2.2. PAC (Polyaluminium Chloride)

• Công thức tổng quát: [Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ (với n = 1–5, m > 10)

• Dạng: dung dịch màu vàng nhạt, vàng sẫm hoặc nâu (tùy nồng độ và mức độ polymer hóa).

• Cơ chế: PAC đã được tiền thủy phân trong quá trình sản xuất, nên chứa nhiều polycation Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺ và các cụm nhôm polymer khác. Các polycation này có điện tích cao, khả năng trung hòa mạnh, giúp:

  • Trung hòa điện tích hạt cặn nhanh hơn.

  • Tạo bông to, chắc, lắng nhanh.

• Ưu điểm:

  • Hiệu quả ở pH rộng hơn (5,0–9,0).

  • Cần liều thấp hơn alum (giảm 20–40%).

  • Ít tiêu tốn kiềm.

  • Ít sinh bùn, dễ lắng.

• Nhược điểm:

  • Giá mua/kg cao hơn phèn.

  • Cần bảo quản đúng (dễ hỏng nếu nhiễm tạp hoặc bảo quản quá lâu).

---

3. So sánh hiệu suất keo tụ

➡ Kết luận: PAC ổn định hơn trong nhiều điều kiện nguồn nước, đặc biệt khi nước có pH thấp hoặc chứa nhiều hữu cơ hòa tan.

---

4. Chi phí: Mua hóa chất vs. Chi phí toàn hệ thống

4.1. Giá mua

• Phèn nhôm: khoảng 5.000–8.000 VNĐ/kg (tùy loại, dạng bột hay dung dịch).

• PAC: khoảng 10.000–18.000 VNĐ/kg (cao gấp ~2 lần).

4.2. Liều lượng sử dụng

• Phèn nhôm cần liều cao hơn PAC 20–40% để đạt hiệu quả tương đương.

• Ngoài ra, alum tiêu hao kiềm → phải mua thêm NaOH hoặc vôi để điều chỉnh pH.

4.3. Bùn thải

• Alum sinh nhiều bùn → tăng chi phí ép bùn, vận chuyển, xử lý.

• PAC sinh ít bùn → giảm 20–30% chi phí xử lý bùn.

4.4. Tính toán minh họa (cho 1.000 m³/ngày)

Giả sử:

• Nước đầu vào độ đục cao, cần 40 mg/L alum hoặc 25 mg/L PAC.

• Giá hóa chất: alum 6.000 đ/kg, PAC 12.000 đ/kg.

• Alum cần thêm 10 mg/L NaOH (giá 8.000 đ/kg).

👉 Chi phí alum:

• Hóa chất chính: 40 g/m³ = 40 kg/1000 m³ = 240.000 đ

• NaOH bổ sung: 10 g/m³ = 10 kg/1000 m³ = 80.000 đ

• Tổng: 320.000 đ/ngày

👉 Chi phí PAC:

• Hóa chất chính: 25 g/m³ = 25 kg/1000 m³ = 300.000 đ

• Bù kiềm: rất ít hoặc không cần → 0 đ

• Tổng: 300.000 đ/ngày

➡ Kết quả: Dù PAC giá cao hơn/kg, nhưng chi phí thực tế thấp hơn hoặc tương đương khi tính cả bù pH và xử lý bùn.

---

5. Tác động môi trường

5.1. Bùn và xử lý bùn

• Alum: sinh nhiều bùn Al(OH)₃, chiếm thể tích lớn, khó ép khô.

• PAC: bùn đặc hơn, dễ tách nước, giảm khối lượng xử lý.

5.2. Tiêu hao độ kiềm và ảnh hưởng pH

• Alum làm giảm pH nhiều → dễ gây axit hóa nước, ảnh hưởng hệ sinh thái nếu thải trực tiếp.

• PAC ít ảnh hưởng pH → an toàn hơn cho môi trường.

5.3. Aluminium dư

• Cả hai có thể để lại nhôm dư trong nước.

• Nghiên cứu chỉ ra PAC thường có residual Al thấp hơn khi vận hành đúng.

• Nếu không kiểm soát, dư lượng nhôm có thể ảnh hưởng sức khỏe (liên quan thần kinh, Alzheimer).

5.4. Dấu chân carbon (carbon footprint)

• Alum: sản xuất đơn giản, tiêu thụ năng lượng thấp hơn PAC.

• PAC: sản xuất phức tạp, dùng thêm HCl → carbon footprint cao hơn, nhưng bù lại giảm bùn và kiềm trong vận hành.

---

6. Khi nào nên chọn PAC, khi nào chọn alum?

• Nên chọn PAC nếu:

  • Nguồn nước có pH thấp/dao động.

  • Yêu cầu chất lượng nước đầu ra cao, ít bùn.

  • Nhà máy muốn giảm chi phí vận hành dài hạn.

  • Công suất lớn, cần hiệu suất cao và ổn định.

• Nên chọn alum nếu:

  • Nguồn nước ít dao động, pH ổn định.

  • Ngân sách mua hóa chất hạn chế.

  • Đã có hệ thống xử lý bùn tốt, chi phí thấp.

---

7. Lưu ý khi vận hành

• Luôn thử nghiệm Jar test trước khi chọn liều.

• Theo dõi pH, kiềm, turbidity, COD sau xử lý.

• Đảm bảo an toàn hóa chất: tránh hít bụi alum, tránh da tiếp xúc PAC.

• Bảo quản:

  • Alum: khô, thoáng, tránh ẩm.

  • PAC: bảo quản dung dịch trong bồn nhựa, tránh kim loại.

---

8. Kết luận

• Hiệu suất: PAC vượt trội hơn alum ở độ ổn định, liều thấp, pH rộng.

• Chi phí: Alum rẻ hơn/kg, nhưng PAC thường tiết kiệm hơn/m³ nước.

• Môi trường: PAC thân thiện hơn nhờ ít bùn và ít tiêu hao kiềm.

➡ PAC đang dần thay thế alum trong nhiều nhà máy xử lý nước hiện đại. Tuy nhiên, lựa chọn cuối cùng vẫn cần dựa vào thử nghiệm thực tế và bài toán kinh tế tại địa phương