1. Vì sao bùn cần trung hoà điện tích
Hạt bùn, nhất là bùn nhiều hữu cơ, mang điện tích âm và giữ một lớp nước quanh mình; các hạt đẩy nhau nên phân tán, khó kết lại để thoát nước. Muốn ép được, trước hết phải trung hoà điện tích, sau đó kết hạt thành bông đủ bền (sổ tay LFPI, mở đầu chương 8 và Hỏi đáp Q11).
- Bùn nhiều hữu cơ mang nhiều điện tích âm, cần chất phản ứng mạnh: chất keo tụ vô cơ hoặc polymer cation cao. Chất vô cơ trung hoà điện tích dễ, nhưng phải dùng nhiều và làm tăng lượng chất rắn; dùng riêng thì lọc vẫn chậm, nên thường phối hợp thêm polymer.
- Bùn ít hữu cơ mang ít điện tích âm, thường chỉ cần polymer cation thấp.
- Bùn đã keo tụ bằng chất vô cơ ở công đoạn trước (ví dụ bùn hoá lý) thì thường dùng polymer anion.
Cách chọn polymer theo bùn và theo máy có ở bài Chọn polymer; bài này tập trung vào phần chất vô cơ và cách phối hợp.
2. Năm chất keo tụ vô cơ thường dùng
Nhóm nhôm (phèn nhôm, PAC) mạnh về keo tụ nên chủ yếu dùng ở công đoạn keo tụ nước; nhóm sắt (FeCl₃, poly sắt) mạnh về trung hoà điện tích, khử mùi và giữ phốt pho nên hay dùng ở công đoạn cô đặc và tách nước bùn (mục 8.1).
| Chất | Dạng thương phẩm (lỏng) | Đặc điểm | Thường dùng ở đâu |
|---|---|---|---|
| Phèn nhôm (nhôm sunfat) | Al₂O₃ khoảng 8% | Làm trong nước tốt, rẻ | Dùng rộng rãi ở nhiều ngành; cũng dùng làm chất hỗ trợ tách nước |
| PAC (poly nhôm clorua) | Al₂O₃ khoảng 10% | Keo tụ tốt hơn phèn; cần ít chất trung hoà; hiệu quả khi nước lạnh | Keo tụ nước cấp và nhiều ngành; gần đây dùng kèm polymer lưỡng tính khi tách nước bùn |
| Sắt (III) clorua (FeCl₃) | FeCl₃ khoảng 38% (Fe khoảng 13%) | Hàm lượng kim loại cao nên liều thấp hơn nhóm nhôm; làm pH tụt mạnh, phạm vi dùng hẹp; dễ gây ăn mòn | Lọc chân không, ép khung bản (kèm vôi); gần đây dùng kèm polymer lưỡng tính ở ép băng tải, ly tâm, ép đa đĩa |
| Poly sắt (poly sắt sunfat) | Fe khoảng 11% | Liều thấp như FeCl₃ nhưng pH ít tụt hơn, phạm vi dùng rộng hơn, ít ăn mòn hơn | Như FeCl₃ |
| Vôi tôi (Ca(OH)₂) | Dạng sữa vôi | Tan khoảng 2.000 mg/L; phần tan làm môi trường kiềm, giúp muối sắt tạo hydroxide; phần không tan đóng vai chất trợ lọc | Lọc chân không, ép khung bản, dùng cùng FeCl₃ hoặc poly sắt |
Theo LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, mục 8.1, bảng 8-1. Nồng độ là của sản phẩm lỏng thương phẩm điển hình; kiểm tra theo phiếu kỹ thuật của nhà cung cấp.
3. Vô cơ hay polymer: được gì, mất gì
| Polymer | Chất keo tụ vô cơ | |
|---|---|---|
| Liều dùng | Khoảng 1% chất rắn khô hoặc ít hơn | Gấp khoảng 10–1.000 lần polymer |
| Giữ hạt mịn | Tốt | Tốt hơn polymer |
| Tốc độ lọc | Tăng rất mạnh | Thấp hơn khi dùng polymer |
| Độ ẩm bánh | Giảm | Giảm được thêm |
| Lượng bùn thải | Tăng không đáng kể vì liều nhỏ | Tăng, vì chất vô cơ đi vào bánh |
| Giá | Đắt trên mỗi kg | Rẻ trên mỗi kg nhưng dùng nhiều |
Theo LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, mở đầu chương 8 và Hỏi đáp Q35.
Ở máy ép khung bản dùng muối sắt và vôi, liều có thể lên tới hàng chục phần trăm chất rắn khô: muối sắt khoảng 3–15%, vôi khoảng 15–40% (xem bảng giá trị tham khảo trong bài Liều polymer). Phần này nằm luôn trong bánh bùn, nên khi so sánh chi phí phải tính cả tiền xử lý phần bánh tăng thêm, không chỉ tiền hoá chất; xem bài Chi phí vận hành.
Sổ tay cũng nhắc: chất keo tụ có ích với hạt mịn dạng keo cỡ vài micromet, nhưng ít tác dụng với hạt lớn; và có quy trình không được dùng hoá chất vì sản phẩm hoặc bánh còn dùng tiếp (Hỏi đáp Q35).
4. Phối hợp theo loại máy và tỷ lệ hữu cơ
Sổ tay chia máy thành hai nhóm (mục 8.3.2): nhóm cần bông bền vì bùn chịu lực cắt (ly tâm decanter, ép trục vít, ép đĩa quay, ép đa đĩa) và nhóm cần bùn dễ thoát nước hơn là bông bền (ép khung bản, lọc chân không). Kết hợp với tỷ lệ hữu cơ (VSS/SS) cho ra bảng sau; các ô in đậm là nơi chất vô cơ xuất hiện:
| Bùn | Loại máy | Cách điều hoà thường dùng |
|---|---|---|
| Hữu cơ cao (VSS/SS ≥ 80%) | Ly tâm decanter, ép trục vít, ép đĩa quay, ép đa đĩa | Polymer cation cao, phân tử lượng trung bình–cao, hoặc loại khâu mạch; hoặc phối hợp cation + anion; hoặc vô cơ + polymer (kể cả polymer lưỡng tính) |
| Hữu cơ cao (VSS/SS ≥ 80%) | Ép khung bản | Polymer cation cao, phân tử lượng thấp; hoặc vô cơ + polymer (kể cả lưỡng tính) |
| Hữu cơ cao (VSS/SS ≥ 80%) | Lọc chân không | Polymer cation cao, phân tử lượng thấp; vô cơ |
| Hữu cơ thấp (VSS/SS ≤ 80%) | Ly tâm decanter, ép đĩa quay | Polymer cation trung bình–thấp hoặc lưỡng tính, phân tử lượng trung bình–cao; loại khâu mạch |
| Hữu cơ thấp (VSS/SS ≤ 80%) | Ép trục vít | Như trên, hoặc phối hợp cation + anion |
| Hữu cơ thấp (VSS/SS ≤ 80%) | Ép khung bản | Vô cơ; polymer lưỡng tính phân tử lượng trung bình–thấp |
| Hữu cơ thấp (VSS/SS ≤ 80%) | Lọc chân không | Vô cơ |
Rút gọn từ LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, bảng 8-3. Phân tử lượng thấp: dưới 8 triệu; trung bình: 8–14 triệu; cao: 14–20 triệu. Cation thấp/trung bình/cao: tỷ lệ nhóm cation 5–40 / 40–70 / 70–100% mol.
Hai điểm rút ra: chất vô cơ gần như luôn có mặt ở ép khung bản và lọc chân không; còn ở các máy cần bông bền, chất vô cơ thường đi cùng polymer lưỡng tính để vừa trung hoà điện tích vừa giữ bông không vỡ. Sổ tay mô tả máy ép đa đĩa có hai bể phản ứng để trộn lần lượt hai chất (ví dụ cation rồi anion) trước khi cô đặc và ép (mục 2.9.3). Máy pha và bơm định lượng cho từng chất: xem máy pha polymer và bơm định lượng.
5. Ba ví dụ phối hợp
Ép khung bản, bùn đã keo tụ bằng vôi và phèn (nhà máy hoá chất). Bùn vô cơ, SS 3,5%, vốn ép được mà không cần thêm chất. Thêm 0,2% polymer lưỡng tính thì năng suất tăng khoảng gấp đôi và độ ẩm giảm 3 điểm (mục 8.4.4):
| Điều kiện | Không thêm polymer | Thêm 0,2% polymer lưỡng tính |
|---|---|---|
| Áp suất bơm vào / thời gian | 0,3 MPa / 40 phút | 0,3 MPa / 20 phút |
| Áp suất ép / thời gian | 0,7 MPa / 30 phút | 0,7 MPa / 20 phút |
| Độ ẩm bánh | 52% | 49% |
| Năng suất | 1× | khoảng 2× |
Theo LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, mục 8.4.4: bùn keo tụ của nhà máy hoá chất (đã keo tụ bằng vôi và phèn nhôm), SS 3,5%. Liều polymer tính theo chất rắn khô.
Ép trục vít, bùn hỗn hợp nhà máy thực phẩm (bùn hoạt tính dư trộn bùn keo tụ; VSS/SS 85%, SS 3%). Máy trục vít tạo lực cắt lớn lên bông, nên dùng polymer lưỡng tính cho bông khó vỡ, cộng poly sắt để giữ độ ẩm thấp. Kết quả: độ ẩm bánh 70–77% (mục 8.4.3).
Ép băng tải, bùn hoạt tính dư nhà máy thực phẩm (VSS/SS 89%, SS chỉ 0,5%). Ở đây không dùng chất vô cơ: dùng 2,6% polymer lưỡng tính để thoát nước trọng lực nhanh. Độ ẩm bánh còn cao, 87%, nhưng bánh bong khỏi vải tốt (mục 8.4.2). Ví dụ này cho thấy bùn loãng, rất nhiều hữu cơ khó đạt bánh khô bằng băng tải dù tăng liều.
6. Lưu ý khi dùng chất vô cơ
- pH và ăn mòn. FeCl₃ làm pH tụt mạnh và ăn mòn; poly sắt nhẹ hơn. Hầu hết các loại máy đều dùng được hoá chất; nếu lo ăn mòn thì chọn vật liệu chịu ăn mòn cho các phần tiếp xúc với bùn (Hỏi đáp Q26). Vải lọc cũng phải hợp pH: xem bài Vải lọc máy ép bùn.
- Muối còn lại trong bánh và nước lọc có thể gây trở ngại cho công đoạn sau (nước lọc quay về hệ xử lý, bánh đem ủ hoặc tái sử dụng). Đây là lý do chính khiến nhiều nơi hạn chế dùng hoá chất (Hỏi đáp Q26).
- Lượng bánh tăng theo liều chất vô cơ; phí vận chuyển và xử lý bánh tăng theo.
- Thứ tự và điểm châm. Chất vô cơ trung hoà điện tích trước, polymer kết bông sau; châm ở nơi phân tán ngay vào bùn, chia nhiều điểm thay vì đổ một chỗ vào bể lớn. Xem mục Châm polymer vào đâu.
- Chọn bằng thử nghiệm. Liều và tổ hợp chất phải chốt bằng thử trên bùn thật, đo cả độ ẩm, năng suất và nước lọc; xem Thử nghiệm tách nước bùn.
7. Nguồn tham khảo
- LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng (「ユーザーのための ろ過脱水機ガイドブック」), Hiệp hội Công nghiệp Công nghệ Làm trong Chất lỏng Nhật Bản (LFPI), 12/2011: mở đầu chương 8; mục 8.1, bảng 8-1; mục 8.3.1–8.3.3, bảng 8-3; mục 8.4.2–8.4.4; mục 2.9.3; chương 10, Hỏi đáp Q11, Q26, Q35.
- Liều muối sắt và vôi cho ép khung bản: theo bảng giá trị tham khảo đã dùng trên site (bài Liều polymer).
Nội dung viết lại và tổng hợp, không phải bản dịch. Bảng được trình bày lại; số liệu trích giữ nguyên giá trị gốc.
Câu hỏi thường gặp
Khi nào cần thêm chất keo tụ vô cơ bên cạnh polymer?
Theo sổ tay LFPI: khi bùn rất nhiều hữu cơ (VSS/SS từ khoảng 80%) mang nhiều điện tích âm, khi dùng máy ép khung bản hoặc lọc chân không, và khi cần bánh khô hơn mức polymer đơn lẻ đạt được. Ở máy cần bông bền như ép trục vít hay ly tâm, chất vô cơ thường đi kèm polymer lưỡng tính.
Dùng chất keo tụ vô cơ có hại gì?
Phải dùng liều gấp khoảng 10–1.000 lần polymer, nên lượng bánh bùn tăng và chi phí xử lý bánh tăng theo. Muối còn lại trong bánh và nước lọc có thể gây trở ngại cho công đoạn sau; FeCl₃ còn làm pH tụt mạnh và gây ăn mòn.
PAC và FeCl₃ khác nhau thế nào khi xử lý bùn?
Nhóm nhôm (phèn, PAC) mạnh về keo tụ, hay dùng ở công đoạn keo tụ nước. Nhóm sắt (FeCl₃, poly sắt) có hàm lượng kim loại cao nên liều thấp hơn, mạnh về trung hoà điện tích, khử mùi, giữ phốt pho, hay dùng khi cô đặc và tách nước bùn. FeCl₃ làm pH tụt mạnh hơn poly sắt.
Vôi dùng để làm gì khi ép bùn khung bản?
Vôi tôi tan khoảng 2.000 mg/L, tạo môi trường kiềm giúp muối sắt tạo hydroxide và keo tụ tốt hơn; phần vôi không tan đóng vai chất trợ lọc. Vôi dùng cùng FeCl₃ hoặc poly sắt, liều có thể 15–40% chất rắn khô nên làm bánh nặng thêm.
Máy ép bùn nào dùng được hoá chất?
Theo sổ tay LFPI, hầu hết các loại máy đều dùng được. Lý do hạn chế thường là muối còn lại trong bánh và nước lọc, và chi phí hoá chất, thiết bị châm; nếu lo ăn mòn thì chọn vật liệu chịu ăn mòn cho phần tiếp xúc với bùn.
Số liệu có dấu * là công bố của nhà sản xuất, không thay thế thử nghiệm với bùn thực tế.