1. Giới thiệu chung

Kết tủa hóa học (Chemical Precipitation) là một quá trình xử lý nước thải quan trọng, trong đó các chất hòa tan hoặc lơ lửng được chuyển hóa thành dạng không hòa tan (kết tủa), sau đó tách ra khỏi nước bằng quá trình lắng hoặc lọc.

Phương pháp này thường được sử dụng trong hai trường hợp:

• Khi nồng độ TSS và BOD dao động mạnh theo mùa hoặc theo ca sản xuất.
• Khi cần đạt chất lượng nước đầu ra tốt hơn trước khi đưa vào giai đoạn xử lý sinh học.

So với lắng cơ học thông thường, kết tủa hóa học cho hiệu suất cao hơn nhờ cơ chế đông tụ – tạo bông (coagulation/flocculation), giúp loại bỏ hiệu quả các hạt keo, chất hữu cơ, vi khuẩn và kim loại nặng.
 

2. Nguyên lý và Hiệu suất của Quá trình Kết tủa

2.1. Cơ chế hoạt động

Khi thêm vào nước thải các hóa chất có ion dương hóa trị cao như Al³⁺ hoặc Fe³⁺, các ion này sẽ:

• Trung hòa điện tích âm trên bề mặt hạt keo.
• Tạo cầu nối ion giúp các hạt nhỏ liên kết lại thành các bông cặn lớn (floc).
• Các bông này sau đó lắng xuống trong bể lắng hoặc được tách ra bằng tuyển nổi.

2.2. Ứng dụng chiến lược

• Giảm SS và BOD dao động: ổn định tải lượng đầu vào trước xử lý nước thái.
• Tăng cường tiền xử lý: đạt chuẩn xả thải tạm thời hoặc chuẩn nước tái sử dụng.
• Hỗ trợ lắng sơ và lắng thứ cấp: cải thiện khả năng tách bùn, tăng độ trong của nước.

2.3. So sánh hiệu suất loại bỏ

Giải thích: phần lớn BOD và COD trong nước thải gắn liền với các hạt lơ lửng (TSS). Khi TSS được loại bỏ 80–90%, các chất hữu cơ liên kết theo đó cũng giảm mạnh.

3. Phản ứng Hóa học của Các Tác Nhân Kết Tủa

3.1. Phèn Nhôm (Alum – Al₂(SO₄)₃·18H₂O)

Khi cho vào nước thải có chứa độ kiềm tự nhiên (bicarbonate), phèn nhôm phản ứng như sau:

Al2(SO4)3⋅18H2O+3Ca(HCO3)2→3CaSO4+2Al(OH)3↓+6CO2+18H2O

Sản phẩm chính: Hydroxide nhôm (Al(OH)3)– chất keo tụ không tan, kéo theo các hạt rắn và vi khuẩn.

• Tiêu thụ độ kiềm: để phản ứng hoàn toàn 10 mg/L phèn nhôm, cần ít nhất 4,5 mg/L alkalinity (CaCO₃).
• Nếu nước thải thiếu độ kiềm, cần bổ sung vôi (Ca(OH)₂) để trung hòa pH và đảm bảo phản ứng diễn ra tối ưu.

3.2. Vôi (Ca(OH)₂)

Vôi phản ứng với các dạng carbonate và bicarbonate trong nước:

Ca(OH)2+H2CO3→CaCO3↓+2H2O

Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3↓+2H2O

• Sản phẩm chính: Canxi carbonat (CaCO3)(CaCO_3)(CaCO3​) – kết tủa nặng, dễ lắng, đồng thời hấp phụ và kéo theo các chất rắn lơ lửng.
• Ngoài ra, vôi còn tăng pH và bổ sung độ kiềm cho hệ thống, giúp ổn định phản ứng của phèn nhôm hoặc muối sắt.

3.3. Muối Sắt (Sulfate hoặc Chloride)

a. Sulfate Sắt (FeSO₄) kết hợp với Vôi

Phản ứng từng bước:

FeSO4+Ca(HCO3)2→Fe(HCO3)2+CaSO4+2H2O

(HCO3​)2​+Ca(OH)2​→Fe(OH)2​+2CaCO3​↓+2H2​O

​ 4Fe(OH)2​+O2​+2H2​O→4Fe(OH)3​↓

• Sản phẩm cuối: Hydroxide sắt (Fe(OH)3), là chất keo tụ mạnh, có khả năng hấp phụ và cuốn theo các chất hữu cơ.

b. Ferric Chloride (FeCl₃) và Ferric Sulfate (Fe₂(SO₄)₃)

Các muối này thủy phân mạnh tạo Fe(OH)₃, nhưng đồng thời giải phóng ion H⁺ làm giảm pH:

FeCl3+3H2O→Fe(OH)3↓+3H++3Cl−

Do đó, cần kiểm soát độ kiềm hoặc dùng vôi để trung hòa:

FeCl3+3Ca(OH)2→3CaCl2+2Fe(OH)3

Fe2(SO4)3+3Ca(OH)2→3CaSO4+2Fe(OH)3↓

4. Kết luận

Kết tủa hóa học là một trong những phương pháp xử lý nước thải hiệu quả nhất trong giai đoạn sơ cấp và trung gian, đặc biệt khi cần loại bỏ nhanh TSS, BOD, COD và vi khuẩn.

Để đạt hiệu quả tối đa, cần:

• Tính toán chính xác liều lượng phèn và vôi dựa trên độ kiềm và pH.
• Theo dõi pH trong quá trình phản ứng, duy trì trong khoảng 6,0–8,0.
• Kết hợp thiết kế tối ưu bể trộn nhanh – bể tạo bông – bể lắng để tận dụng tối đa hiệu quả kết tủa.

Việc hiểu rõ phản ứng hóa học của phèn nhôm, muối sắt và vôi không chỉ giúp tối ưu hóa vận hành mà còn đảm bảo hiệu suất xử lý ổn định, tiết kiệm chi phí và kéo dài tuổi thọ hệ thống.