Pha polymer đúng cách: nồng độ, nước pha, thời gian và hạn dùng

1. Vì sao polymer phải được pha trước khi châm

Polymer dùng để tạo bông bùn (chất keo tụ hữu cơ cao phân tử) có phân tử lượng từ vài triệu đến khoảng 20 triệu. Nhờ mạch phân tử rất dài, chỉ cần một lượng nhỏ — cỡ 1% so với chất rắn khô — là polymer đã kết được các hạt bùn thành bông. Nhưng cũng vì mạch dài mà polymer tan rất chậm, và phải được phân tán đều vào bùn thì mới phát huy tác dụng. Vì vậy polymer luôn được hòa tan thành dung dịch loãng trước, rồi mới châm vào dòng bùn.

Dung dịch polymer đặc quánh như lòng trắng trứng, không chảy như nước thường. Nếu bột gặp nước không đều, các hạt dính vào nhau thành cục: lớp ngoài trương thành gel, lõi bên trong còn khô. Những cục này không tan tiếp, làm tắc bơm và đường ống, và làm dung dịch thực tế loãng hơn so với nồng độ đã tính.

Polymer thương phẩm có ba dạng:

Theo LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, khung 'Cách dùng polymer' cuối chương 8.

2. Nồng độ pha

Nồng độ pha tiêu chuẩn theo sổ tay LFPI là 0,2% với polymer cation và 0,1% với polymer anion. Dung dịch 0,2% nghĩa là 2 g polymer khô trong 1 L nước, tức 2 kg bột cho mỗi 1 m³ dung dịch. Khoảng 0,1–0,2% cũng là dải các máy pha tự động thường chạy trong thực tế vận hành.

Đó là điểm xuất phát, không phải con số bắt buộc. Tùy nồng độ và tính chất bùn, dung dịch loãng hơn đôi khi cho bông tốt hơn vì polymer trộn đều vào bùn nhanh hơn. Cách làm thường gặp là pha dung dịch mẹ ở 0,1–0,2%, rồi pha loãng thêm bằng nước sạch ngay trên đường ống trước điểm châm (xem Bơm định lượng polymer). Mức pha loãng nên chốt bằng thử nghiệm với bùn thật.

3. Nước dùng để pha

Chất lượng nước pha ảnh hưởng trực tiếp tới độ nhớt và hiệu quả của dung dịch polymer. Theo sổ tay LFPI:

• Nên dùng nước cấp hoặc nước công nghiệp trở lên.
• Có thể dùng nước sau xử lý của chính trạm nếu độ kiềm tổng (M-alkalinity) không quá khoảng 150 mg/L.
• Ngoài độ kiềm, cần để ý clo dư (nước cấp mới khử trùng) và ion kim loại như sắt, mangan — các thành phần này làm dung dịch kém hiệu quả.

Khi đổi nguồn nước pha (ví dụ chuyển từ nước giếng sang nước sau xử lý để tiết kiệm), nên thử lại polymer với nước mới trước khi đổi hẳn.

4. Hòa tan: tránh vón cục

Với polymer bột, mục tiêu là để từng hạt bột gặp nước riêng rẽ trước khi kịp dính vào nhau:

1. Cho nước vào bồn trước, khuấy đủ mạnh để tạo xoáy. Tốc độ đầu cánh khuấy khoảng 1–5 m/s.
2. Rải bột từ từ lên sườn xoáy, không đổ cả khối vào một chỗ. Máy pha tự động dùng bộ phân tán, cho bột rơi lên một màng nước hình nón hoặc mặt nghiêng để các hạt tách nhau.
3. Khuấy tiếp khoảng 60 phút để polymer tan hoàn toàn. Nhũ tương chỉ cần khoảng 10 phút.
4. Kiểm tra bằng mắt: múc dung dịch lên, nếu còn hạt trong suốt dạng gel ("mắt cá") là chưa tan hết hoặc bị vón.

Khuấy quá mạnh, quá lâu hoặc cho dung dịch đi qua bơm, van có lực cắt lớn có thể làm đứt mạch polymer và giảm hiệu quả. Dung dịch nên được chuyển bằng bơm cấp êm như bơm trục vít lệch tâm, không dùng bơm ly tâm.

Dung dịch sau pha có độ nhớt khoảng 200–300 mPa·s (gấp vài trăm lần nước), nên bơm định lượng phải chọn loại chịu được dung dịch nhớt.

5. Dung dịch dùng được bao lâu

Theo LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, Hỏi đáp Q38. Đây là mức định hướng; nhiệt độ cao và nước pha kém làm dung dịch xuống cấp nhanh hơn.

Hệ quả trực tiếp là cỡ bồn chứa dung dịch phải khớp với mức tiêu thụ. Ví dụ minh họa: máy ép chạy 8 giờ/ngày, dùng 200 L dung dịch cation 0,2% mỗi giờ, tức 1,6 m³/ngày. Bồn 1 m³ hết sau khoảng 5 giờ, dung dịch không kịp cũ. Nhưng nếu nhà máy pha tay một bồn 5 m³ vào đầu tuần, phần dung dịch cuối bồn đã khoảng 3 ngày tuổi, bằng hạn dùng của polymer cation cao và quá hạn với polymer cation thấp.

Dung dịch để quá lâu là một trong ba lỗi vận hành hay gặp nhất khi bùn không kết bông, cùng với van cấp polymer chưa mở và mức dung dịch trong bồn quá thấp (bảng sự cố của máy ép đa đĩa trong sổ tay LFPI, mục 2.9.6).

6. Khuấy trộn polymer với bùn

Pha đúng mới là một nửa; nửa còn lại là trộn dung dịch với bùn đúng cường độ và đủ thời gian. Sổ tay LFPI phân biệt hai chế độ:

Theo LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, Hỏi đáp Q38. Máy ép cụ thể có thể có bể phản ứng thiết kế riêng; làm theo hướng dẫn của nhà sản xuất máy.

Nhiều hệ dùng hai chất: polymer cation để trung hòa điện tích, sau đó polymer anion để kết bông lớn và bền. Khi đó cần hai bồn pha, hai bơm định lượng và hai bể phản ứng nối tiếp — cấu hình thường gặp ở máy ép đa đĩa theo sổ tay LFPI (mục 2.9.3). Cách chọn loại polymer theo bùn và theo máy: xem Chọn polymer theo đặc tính bùn và loại máy.

7. Châm polymer vào đâu

Nguyên tắc chung: châm ở nơi dung dịch phân tán vào bùn gần như tức thì và trộn đều được. Theo sổ tay LFPI (Hỏi đáp Q36):

• Có bể trộn – tạo bông: châm vào đường ống bùn ngay trước khi vào bể.
• Bể có cửa ra ở phía trên: đưa dung dịch vào từ đáy bể để dòng bùn mang polymer đi qua toàn bộ thể tích bể.
• Có hai bể trở lên: chia dung dịch vào từng bể thay vì dồn một chỗ.
• Không có bể trộn: châm trên đường ống bùn, chia làm nhiều điểm.
• Máy ly tâm: bông hình thành ngay trong trường ly tâm, nên châm trên đường ống cấp hoặc trực tiếp vào máy.

Cách tính lưu lượng bơm từ liều và cách điều khiển bơm theo tải: xem Bơm định lượng polymer và Thiết bị trộn và tạo bông.

8. An toàn khi dùng polymer

Theo tổng hợp trong sổ tay LFPI (Hỏi đáp Q37):

• Độc tính với người và động vật thấp: phần lớn polymer có LD50 trên 1.000 mg/kg, cùng khoảng với các hóa chất quen thuộc như muối ăn, axit axetic (1.000–10.000 mg/kg).
• Monome acrylamide — nguyên liệu làm polymer — thì độc, nên được kiểm soát trong sản phẩm ở mức dưới 0,1%. Khi mua polymer, yêu cầu phiếu an toàn hóa chất (SDS) có ghi hàm lượng monome dư.
• Với cá, polymer cation độc hơn nhiều so với anion: ngưỡng ảnh hưởng của polymer cation chỉ khoảng 0,2–1 mg/L, của anion khoảng 100–1.000 mg/L.
• Nước lọc từ máy ép có thể còn polymer chưa phản ứng, vì tách nước bùn dùng tới vài trăm mg/L (so với vài mg/L khi keo tụ lắng hoặc tuyển nổi). Nước lọc phải quay về bể điều hòa hoặc bể sinh học để polymer dư bám vào cặn, không xả thẳng ra môi trường.
• Thử nảy mầm với rau cải cho thấy polymer ở liều thông thường không ảnh hưởng tới cây trồng.

Về thao tác: dung dịch polymer rơi vãi làm sàn rất trơn — lau ngay và rửa bằng nước; không đổ thêm nước lên vũng polymer đặc. Bột polymer cần giữ khô, tránh hít bụi khi đổ bao.

9. Công cụ tính lượng pha

Liều polymer phải lấy từ thử nghiệm với bùn thật (xem Liều polymer); tải lượng chất rắn tính theo Tính công suất. Lượng bột mỗi mẻ tính theo nồng độ danh nghĩa; nếu polymer thương phẩm chưa phải 100% hoạt chất, lấy theo hướng dẫn của nhà cung cấp.

10. Pha tay hay pha tự động

Ba lỗi vận hành phổ biến ở mục 5 — dung dịch cũ, bồn cạn, van chưa mở — đều xuất phát từ việc pha theo mẻ bằng tay: người vận hành pha một bồn lớn cho nhiều ngày, hoặc quên pha mẻ mới khi bồn gần hết. Pha thủ công còn khó giữ đúng tỷ lệ bột/nước và dễ vón cục.

Máy pha polymer tự động như dòng SK định lượng bột bằng vít tải và bộ hẹn giờ, pha liên tục theo mức tiêu thụ nên dung dịch không bị để lâu, và báo lỗi, tự dừng khi hết nước, quá tải hoặc vón polymer *. Dải công suất theo model là 200–3.000 L dung dịch/giờ (SK-500 đến SK-3000) *; công cụ ở mục 9 gợi ý model theo lưu lượng dung dịch cần cấp. Máy không gồm bơm định lượng, cần chọn kèm.

* Công bố của nhà sản xuất; công suất thực tế phụ thuộc tính hòa tan của loại polymer và tỷ lệ pha.

11. 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: khung "Cách dùng polymer" cuối chương 8; mục 2.9.3 (thiết bị phụ trợ máy ép đa đĩa); mục 2.9.6, bảng 2-11 (sự cố); chương 10, Hỏi đáp Q36, Q37, Q38.
• Tài liệu nhà sản xuất máy pha polymer tự động dòng SK (các số có dấu *).

Nội dung viết lại và tổng hợp, không phải bản dịch. Số liệu là mức định hướng; điều kiện pha tối ưu cần thử với polymer, nước pha và bùn thực tế.

Câu hỏi thường gặp

Số liệu có dấu * là công bố của nhà sản xuất, không thay thế thử nghiệm với bùn thực tế.