0988.416.983
Tin tức

Tối ưu hóa xử lý nước thải công nghiệp bằng Polyaluminium Chloride: nghiên cứu trường hợp thực tế

Posted on by Nguyễn Trung
Bao bì PAFC (Standard code: GB15892‑2009) N.W. 25 kg, Grade: First grade product, xuất xứ Trung Quốc, phân phối bởi Nhật Minh Chemicals.
03
Th10

1. Giới thiệu nhanh

Xử lý nước thải công nghiệp vẫn là thách thức lớn cho nhiều ngành sản xuất: giấy, dệt, thực phẩm, hóa chất, và chế biến gỗ. Polyaluminium Chloride (PAC) hiện là một trong những chất trợ keo tụ được ưa chuộng nhờ hiệu quả cao trong loại bỏ độ đục, các chất hữu cơ lơ lửng và một phần COD/BOD. Bài viết này trình bày cách tối ưu hóa việc sử dụng PAC — từ cơ chế, thiết kế liều, đến một nghiên cứu trường hợp thực tế để bạn có thể áp dụng ngay tại nhà máy.

Bao bì PAFC (Standard code: GB15892‑2009) N.W. 25 kg, Grade: First grade product, xuất xứ Trung Quốc, phân phối bởi Nhật Minh Chemicals.
PAFC (Standard code: GB15892‑2009) – đóng gói 25 kg, First Grade, nhập khẩu chính hãng từ Trung Quốc, phân phối bởi Nhật Minh Chemicals.

2. Polyaluminium Chloride (PAC) là gì và cơ chế tác dụng

Polyaluminium Chloride (PAC) là hợp chất vô cơ của nhôm dạng polyme, thường có công thức tổng quát [Al_n(OH)mCl(3n-m)] và tồn tại dưới dạng dung dịch hoặc bột. Khác với alum (phèn nhôm) truyền thống, PAC có độ hoạt tính cao hơn và độ pH khu vực hiệu quả rộng hơn.

Cơ chế chính:

  • Trợ keo tụ (coagulation): PAC cung cấp các ion Al³⁺ và các polycation, trung hòa điện tích âm bề mặt của hạt lơ lửng, giúp các hạt nhỏ gắn kết lại.

  • Cầu nối (bridging): Các polyme nhôm tạo cầu nối giữa các hạt, tăng kích thước bông cặn (floc).

  • Tạo bông bền: So với phèn nhôm, bông tạo bởi PAC thường rắn chắc hơn và lắng nhanh hơn, giúp giảm thời gian lắng và tăng hiệu quả lọc.

3. Vì sao chọn PAC cho xử lý nước thải công nghiệp

  • Hiệu suất tốt ở dải pH rộng: PAC hoạt động tốt ở pH ~5.5–8.5, giúp giảm nhu cầu điều chỉnh pH nhiều.

  • Tạo bông nhanh và chắc: Lắng nhanh, giảm thời gian lưu lắng và diện tích bể lắng.

  • Liều thấp hơn so với alum: Thường cần liều ít hơn để đạt cùng hiệu quả xử lý.

  • Ít bùn và bùn ổn định hơn: Dẫn tới giảm chi phí xử lý bùn và dễ quản lý.

  • Ổn định trong bảo quản: Dạng bột/dung dịch dễ lưu trữ, thời gian bảo quản tốt nếu điều kiện phù hợp.

4. Các thông số kỹ thuật cần theo dõi

Khi triển khai PAC, cần theo dõi và kiểm soát các thông số sau để tối ưu hiệu quả:

  • pH: ảnh hưởng lớn tới hiệu quả keo tụ.

  • Độ đục (NTU) hoặc TSS (mg/L): chỉ tiêu chính để đánh giá loại bỏ hạt lơ lửng.

  • COD/BOD (mg/L): đánh giá loại bỏ hữu cơ hòa tan / phân hủy được.

  • Màu và TOC (Tổng cacbon hữu cơ): đặc biệt quan trọng ở ngành giấy, dệt.

  • Tốc độ trộn và thời gian trộn (rapid mix & flocculation): quyết định chất lượng bông cặn.

  • Thời gian lắng và lưu lượng bể lắng: liên quan tới thiết kế bể.

  • Khối lượng bùn sinh ra và độ ẩm bùn: chi phí xử lý bùn.

  • Nhiệt độ: ảnh hưởng tới độ nhớt và tốc độ phản ứng.

5. Thiết kế và tối ưu liều PAC — nguyên tắc chung

  1. Xác định mục tiêu xử lý: giảm độ đục xuống mức nào, COD/BOD cần đạt ra sao theo quy chuẩn xả thải.

  2. Thực hiện jar-test (thử nghiệm cốc): Jar-test là bước bắt buộc để tìm liều tối ưu:

    • Dải liều thử nghiệm: ví dụ 5 – 200 mg/L tuỳ loại nước thải.

    • Điều chỉnh pH từng mẫu (nếu cần) để tìm pH tối ưu.

    • Thiết lập tốc độ trộn nhanh (giai đoạn phân tán PAC) và chậm (tạo bông).

  3. Chọn liều hoạt động: dựa trên kết quả jar-test chọn liều có hiệu quả/chi phí tốt nhất (ví dụ liều cho độ đục <5 NTU với COD giảm tối ưu).

  4. Điều khiển tự động: lắp sensor đo NTU/TSS tại đầu ra và áp dụng dosing control (tỉ lệ theo lưu lượng hoặc theo NTU) để tiết kiệm hóa chất.

  5. Kiểm soát pH nếu cần: nhiều trường hợp PAC không cần điều chỉnh pH nhiều, nhưng nếu nước thải quá bazơ (pH>9) hoặc quá axit (pH<4.5), cần điều chỉnh để đạt hiệu quả tối ưu.

  6. Quy trình kết hợp: PAC thường hoạt động tốt khi kết hợp với polymer hữu cơ (flocculant) để tăng cường bridging và giảm liều PAC.

6. Nghiên cứu trường hợp thực tế — Nhà máy giấy X (anonymized)

Lưu ý: đây là nghiên cứu trường hợp minh họa dựa trên dữ liệu mẫu và kinh nghiệm vận hành thực tiễn, dùng để hướng dẫn tối ưu. Mọi con số cần được xác nhận bằng jar-test tại chỗ trước khi triển khai.

Bối cảnh và vấn đề ban đầu

  • Ngành: Nhà máy giấy thuộc khu công nghiệp, công suất: 50 tấn giấy/ngày.

  • Nước thải: hỗn hợp từ khâu rửa bột giấy, giai đoạn tẩy trắng và rửa cuộn giấy.

  • Tình trạng ban đầu:

    • COD: 1200 mg/L

    • BOD₅: 450 mg/L

    • TSS: 450 mg/L

    • Màu: tối, có nhiều lignin hòa tan

    • pH: 7.8–8.5

  • Yêu cầu xả thải: COD < 250 mg/L, TSS < 50 mg/L (theo quy chuẩn địa phương).

Phương án thử nghiệm

  • Mục tiêu: giảm TSS < 50 mg/L và COD xuống ~ <300 mg/L trước bậc xử lý sinh học tiếp theo.

  • Thử nghiệm jar-test: thử các liều PAC: 10, 25, 50, 100 mg/L; kết hợp/không kết hợp polymer (cationic PAM 0.5 mg/L).

  • Quy trình jar-test: rapid mix 200 rpm – 1 phút; slow mix 30 rpm – 15 phút; lắng 30 phút. Đo NTU, TSS, COD.

Kết quả (tóm tắt mẫu)

  • Không dùng polymer:

    • Liều 25 mg/L PAC: TSS giảm từ 450 → 60 mg/L, COD giảm từ 1200 → 680 mg/L.

    • Liều 50 mg/L PAC: TSS → 35 mg/L, COD → 540 mg/L.

  • PAC 25 mg/L + PAM 0.5 mg/L: TSS → 28 mg/L, COD → 480 mg/L.

  • PAC 50 mg/L + PAM 0.5 mg/L: TSS → 18 mg/L, COD → 360 mg/L.

Triển khai pilot

  • Chọn phương án PAC 50 mg/L kết hợp PAM 0.5 mg/L, do đạt TSS < 50 mg/L và COD giảm mạnh, phù hợp yêu cầu vào bể xử lý sinh học (biological step) giúp giảm tải COD cho hệ sinh học.

Kết quả vận hành sau 2 tháng (số trung bình)

  • TSS đầu ra bậc keo tụ: 12–25 mg/L

  • COD đầu ra sau keo tụ: 300–380 mg/L

  • Lượng bùn sinh ra: ~0.8–1.2 kg bùn khô/tấn giấy (tùy thời điểm)

  • Chi phí hóa chất: tăng nhẹ ~8% chi phí vận hành nhưng giảm tải cho hệ sinh học, tiết kiệm năng lượng cho tuần hoàn và giảm chi phí xử lý sinh học tiếp theo.

Phân tích và bài học rút ra

  • PAC hiệu quả trong giảm TSS/độ đục và một phần COD; tuy nhiên PAC không loại bỏ hoàn toàn COD hòa tan (như lignin phân tử nhỏ), vì vậy cần kết hợp với bậc xử lý sinh học hoặc oxy hóa nâng cao nếu cần.

  • Sự kết hợp PAC + polymer giúp giảm liều PAC và cải thiện bông cặn, từ đó giảm chi phí bùn.

  • Điều khiển liều theo NTU đầu vào giúp tiết kiệm hóa chất khi chất lượng đầu vào biến động.

  • Quản lý bùn tốt là yếu tố then chốt: ép bùn, làm khô, và tận dụng nếu có thể (ví dụ làm nhiên liệu phụ, compost hóa tùy tính chất).

7. Vấn đề vận hành thường gặp và cách khắc phục

  • Bông cặn yếu, khó lắng: kiểm tra tốc độ slow-mix; cân nhắc thêm polymer flocculant; kiểm tra chất lượng PAC (độ hoạt tính).

  • Dao động pH lớn: PAC hiệu quả nhất trong vùng pH trung tính; cân nhắc điều chỉnh pH sơ bộ hoặc chọn PAC có chỉ số hydrolysis phù hợp.

  • Tạo bọt hoặc mùi: do chất hữu cơ phân hủy; tăng cường thông khí bể trước hoặc xử lý hiếu khí.

  • Tỷ lệ bùn tăng cao: tối ưu hóa liều PAC, dùng polymer giảm độ ẩm bùn, cải thiện ép bùn.

  • Chi phí hóa chất cao: triển khai dosing theo online sensor (NTU/TSS) hoặc theo lưu lượng; xem xét thương hiệu PAC khác nhau về chi phí/hiệu suất.

8. Tối ưu chi phí và môi trường

  • Dosing theo nhu cầu: dùng cảm biến NTU/TSS để điều khiển dosing tự động, tránh liều hóa chất dư thừa.

  • Kết hợp phương pháp: PAC + polymer giúp giảm tổng chi phí hóa chất.

  • Tái sử dụng nước sau xử lý nâng cao: nếu đạt tiêu chuẩn, nước sau xử lý có thể tái sử dụng cho rửa hoặc quá trình sản xuất, giảm tiêu thụ nước tươi.

  • Xử lý bùn hiệu quả: ép bùn tốt, tận dụng bùn sau xử lý (sau phân tích) để giảm chi phí xử lý.

  • Lựa chọn nhà cung cấp và kiểm soát chất lượng hóa chất: PAC chất lượng kém có thể giảm hiệu quả và tăng chi phí tổng thể.

9. Khuyến nghị (checklist) để triển khai thành công

  • Thực hiện jar-test đầy đủ cho từng nguồn nước thải.

  • Xác định mục tiêu xử lý rõ ràng (TSS, COD, màu).

  • Lắp đặt cảm biến NTU/TSS cho điều khiển dosing tự động.

  • Thử nghiệm kết hợp polymer để tối ưu hóa chi phí/hiệu quả.

  • Thiết kế bể lắng/thiết bị tách bùn phù hợp với tốc độ tạo bông.

  • Kiểm soát pH nếu cần.

  • Lên kế hoạch quản lý bùn (lưu trữ, ép, xử lý tiếp).

  • Đào tạo nhân viên vận hành về jar-test và điều chỉnh dosing.

10. Câu hỏi thường gặp (FAQ)

PAC có an toàn không?
PAC là hóa chất công nghiệp được sử dụng rộng rãi; khi dùng đúng liều và xử lý bùn đúng cách, nó an toàn cho môi trường. Tuy nhiên cần tuân thủ hướng dẫn an toàn lao động (PPE) khi thao tác.

PAC có thay thế hoàn toàn cho bậc xử lý sinh học không?
Không. PAC chủ yếu loại bỏ hạt lơ lửng và một phần hữu cơ keo/tính, nhưng COD hòa tan nhỏ vẫn cần xử lý tiếp bằng phương pháp sinh học hoặc oxy hóa nâng cao.

Liều PAC ổn định không?
Liều tối ưu thay đổi theo chất lượng nước thải. Do đó phải jar-test và dùng điều khiển tự động khi chất lượng đầu vào biến động.

11. Kết luận

Polyaluminium Chloride là một giải pháp hiệu quả, linh hoạt và thân thiện với nhiều quy trình xử lý nước thải công nghiệp. Khi được triển khai đúng cách — thông qua jar-test, tối ưu liều, kết hợp polymer và hệ thống điều khiển dosing — PAC có thể giúp giảm đáng kể TSS, cải thiện màu và giảm tải hữu cơ cho các bậc xử lý tiếp theo. Nghiên cứu trường hợp minh họa ở nhà máy giấy cho thấy, sự kết hợp giữa PAC và polymer cùng với quản lý bùn hợp lý đem lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế rõ rệt.