Cách lựa chọn hóa chất xử lý nước thải theo từng chỉ tiêu ô nhiễm

Mỗi loại nước thải có thành phần ô nhiễm và mục tiêu xử lý khác nhau. Có dòng thải chủ yếu chứa chất rắn lơ lửng, có dòng thải giàu dầu mỡ, kim loại, màu, Amoni, Nitrat hoặc các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.

Vì vậy, không thể lựa chọn hóa chất chỉ dựa vào tên ngành sản xuất hoặc áp dụng một công thức cố định cho mọi hệ thống. Cùng một loại nước thải nhưng pH, nồng độ ô nhiễm, dạng tồn tại của chất ô nhiễm và công nghệ phía sau khác nhau sẽ cần loại hóa chất và liều lượng khác nhau.

Nguyên tắc lựa chọn đúng là xác định chỉ tiêu cần xử lý, làm rõ chất ô nhiễm đang ở dạng hòa tan hay dạng hạt, sau đó chọn cơ chế xử lý phù hợp và xác nhận bằng Jar Test hoặc thử nghiệm vận hành thực tế.

Keo tụ, tạo bông, kết tủa hóa học, hấp phụ và xử lý sinh học là các cơ chế khác nhau. Hóa chất chỉ đạt hiệu quả khi được sử dụng đúng mục tiêu, đúng pH, đúng thứ tự châm và phù hợp với công trình tách phía sau.

1. Chỉ tiêu pH: Chọn axit hoặc kiềm điều chỉnh phù hợp

pH ảnh hưởng đến hầu hết các quá trình xử lý nước thải, từ kết tủa kim loại, keo tụ – tạo bông đến hoạt động của vi sinh. Vì vậy, điều chỉnh pH thường là bước cần thực hiện trước khi tối ưu các hóa chất khác.

Khi cần nâng pH, các hóa chất thường được cân nhắc gồm:

NaOH.
Vôi Ca(OH)₂.
Soda Na₂CO₃.
Các dung dịch kiềm phù hợp với quy trình.

Khi cần hạ pH, có thể sử dụng:

H₂SO₄.
HCl.
Một số axit vô cơ hoặc hữu cơ phù hợp với hệ thống.

Cách lựa chọn:

NaOH hòa tan nhanh, dễ định lượng và ít tạo cặn nhưng chi phí có thể cao hơn vôi.
Vôi có thể hỗ trợ kết tủa kim loại và làm trong nước nhưng phát sinh nhiều bùn, dễ đóng cặn đường ống.
H₂SO₄ thường có chi phí sử dụng tốt nhưng làm tăng Sulfate trong nước.
HCl phản ứng nhanh, không làm tăng Sulfate nhưng cần kiểm soát ăn mòn và hơi axit.

Không nên tính lượng hóa chất chỉ dựa trên chênh lệch pH. Nhu cầu thực tế còn phụ thuộc vào độ kiềm, độ axit và khả năng đệm của nước. Đối với quá trình kết tủa hóa học, pH và loại tác nhân kết tủa quyết định trực tiếp khả năng tạo cặn và tách chất ô nhiễm.

Có thể tham khảo NaOH điều chỉnh pH, H₂SO₄ hoặc HCl tùy điều kiện vận hành thực tế.

2. Độ đục và TSS: Ưu tiên chất keo tụ và Polymer

Độ đục và TSS thường phát sinh từ bùn đất, sợi, hạt khoáng, cặn hữu cơ, pigment hoặc các hạt keo rất nhỏ. Các hạt lớn có thể lắng tự nhiên, nhưng hạt keo cần được làm mất ổn định và tạo thành bông lớn hơn.

Nhóm hóa chất thường sử dụng gồm:

PAC.
Phèn nhôm.
Muối sắt.
Polymer Anion, Cation hoặc Nonionic.
Vôi trong một số quá trình làm trong và kết tủa.

PAC hoặc muối kim loại thực hiện bước keo tụ ban đầu. Polymer hỗ trợ liên kết các vi bông, tăng kích thước và cải thiện tốc độ lắng hoặc tuyển nổi.

EPA mô tả keo tụ là quá trình làm mất ổn định hệ hạt, còn tạo bông giúp tăng khả năng va chạm và hình thành bông có thể tách khỏi nước. Việc lựa chọn chất keo tụ và liều lượng cần dựa trên thử nghiệm thay vì áp dụng một mức cố định.

Định hướng lựa chọn:

Nước đục, nhiều hạt keo: thử PAC hoặc muối sắt trước.
Đã có vi bông nhưng bông nhỏ: tối ưu Polymer.
Nước chứa hạt khoáng, đất sét: ưu tiên sàng lọc Polymer Anion khối lượng phân tử cao.
Nước giàu chất hữu cơ hoặc bùn sinh học: cân nhắc Polymer Cation.
Hệ DAF: chọn Polymer tạo bông nhẹ, chắc và dễ bám bọt khí.

Có thể tham khảo PAC 31%, Polymer Anion A1110 và Polymer Cation C1492.

3. Màu nước thải: Phân biệt màu dạng hạt và màu hòa tan

Màu có thể gắn trên TSS, tồn tại dưới dạng pigment phân tán hoặc hòa tan hoàn toàn dưới dạng thuốc nhuộm và hợp chất hữu cơ. Đây là lý do PAC có thể xử lý tốt một dòng nước nhưng gần như không hiệu quả với dòng khác.

Nếu màu gắn với hạt hoặc độ đục:

Ưu tiên PAC, muối sắt và Polymer.
Tối ưu pH để tăng hấp phụ và cuốn quét.
Kiểm tra khả năng tách bông tại bể lắng hoặc DAF.

Nếu màu hòa tan:

Thử chất khử màu Cation chuyên dụng.
Cân nhắc oxy hóa Fenton, ozone hoặc công nghệ phù hợp.
Cân nhắc than hoạt tính hoặc vật liệu hấp phụ.
Kết hợp keo tụ để tách sản phẩm phản ứng sau khử màu.

Cách nhận biết nhanh: Lọc mẫu qua màng phù hợp rồi so sánh màu trước và sau lọc. Nếu màu giảm mạnh sau lọc, phần lớn màu đang gắn với hạt. Nếu màu gần như không đổi, màu chủ yếu ở dạng hòa tan.

Các công nghệ xử lý nâng cao có thể kết hợp hấp phụ, kết tủa, tạo bông hoặc màng khi phương pháp cơ bản không loại bỏ được phần chất ô nhiễm hòa tan.

Có thể thử chất khử màu Châu An kết hợp PAC và Polymer sau khi đã xác định pH phù hợp.

4. Dầu mỡ: Chọn phá nhũ, keo tụ và tuyển nổi

Dầu mỡ trong nước thải có thể tồn tại dưới dạng dầu tự do, dầu phân tán, dầu nhũ hóa hoặc dầu hòa tan. Hóa chất phù hợp phụ thuộc trực tiếp vào dạng tồn tại này.

Dầu tự do:

Ưu tiên bể tách dầu, gạt dầu hoặc thu hồi cơ học.
Không cần tăng nhiều hóa chất nếu giọt dầu đã lớn và dễ nổi.

Dầu phân tán hoặc dầu nhũ hóa:

Điều chỉnh pH nếu cần phá ổn định nhũ tương.
Sử dụng Demulsifier hoặc chất phá nhũ.
Châm PAC để tạo vi bông chứa dầu.
Châm Polymer để tạo bông phù hợp cho DAF.

Dầu hòa tan:

DAF và PAC có thể không xử lý triệt để.
Cần đánh giá hấp phụ, oxy hóa hoặc xử lý sinh học.

Trình tự thường được thử nghiệm:

Điều chỉnh pH → Demulsifier → PAC → Polymer → DAF

Không nên mặc định tăng PAC khi nước sau DAF còn dầu. Nếu nhũ tương chưa được phá, tăng PAC chủ yếu làm tăng bùn mà hiệu quả tách dầu có thể không cải thiện.

Có thể tham khảo Demulsifier phá nhũ kết hợp PAC và Polymer được lựa chọn bằng Jar Test.

5. Kim loại nặng: Ưu tiên điều chỉnh pH và kết tủa hóa học

Kim loại hòa tan không thể được loại bỏ hiệu quả chỉ bằng Polymer. Phần lớn quy trình cần chuyển kim loại hòa tan thành chất rắn không tan, sau đó keo tụ, tạo bông và lắng.

Hóa chất thường được cân nhắc gồm:

NaOH hoặc vôi để tạo kết tủa hydroxide.
Sulfide trong một số quy trình kết tủa đặc thù.
PAC hoặc muối sắt để gom cặn kim loại.
Polymer để tăng kích thước bông.
Chất phá phức khi kim loại đang liên kết với tác nhân tạo phức.

Vôi là một trong các tác nhân kết tủa được sử dụng phổ biến để loại kim loại vì chi phí tương đối thấp, đồng thời có thể tạo CaCO₃ hỗ trợ cuốn theo cặn. Tuy nhiên, lượng bùn và hiện tượng đóng cặn cần được tính đến.

Quy trình thường gặp:

Phá phức nếu cần → Điều chỉnh pH kết tủa → PAC → Polymer → Lắng

Mỗi kim loại có khoảng pH kết tủa khác nhau. Nếu nước chứa nhiều kim loại cùng lúc, pH tối ưu phải được xác định theo mục tiêu đầu ra và nguy cơ một số hydroxide hòa tan trở lại khi pH quá cao.

Không nên dùng Polymer để bù cho pH kết tủa chưa phù hợp. Polymer chỉ gom phần cặn đã hình thành, không xử lý phần kim loại còn hòa tan.

6. Photpho: Chọn muối nhôm, muối sắt hoặc vôi

Photpho có thể được loại bỏ bằng kết tủa hóa học, hấp thu sinh học hoặc kết hợp cả hai. Trong xử lý hóa học, các tác nhân phổ biến gồm:

PAC hoặc phèn nhôm.
Ferric Chloride và các muối sắt.
Vôi.
Polymer hỗ trợ tách bông.

Muối nhôm và muối sắt phản ứng với Orthophosphate để tạo kết tủa ít tan. Vôi có thể loại Photpho ở pH cao nhưng thường phát sinh lượng bùn lớn hơn và yêu cầu kiểm soát đóng cặn.

EPA có hướng dẫn riêng về các phương pháp loại Photpho thực tế tại nhà máy, trong đó kết tủa hóa học bằng nhôm, sắt hoặc vôi là các giải pháp quan trọng.

Cách lựa chọn:

Hệ thống đang dùng PAC: có thể tối ưu thêm liều để hỗ trợ giảm Photpho.
Cần hiệu quả kết tủa mạnh: cân nhắc muối sắt và đánh giá ảnh hưởng màu, pH.
Nước cần nâng pH hoặc làm trong: cân nhắc vôi.
Bông Photpho nhỏ: bổ sung Polymer sau khi đã tối ưu chất kết tủa.

Cần theo dõi cả Photpho tổng và Orthophosphate để biết phần còn lại là hòa tan hay đang nằm trong TSS chưa được tách.

7. Amoni: Không chọn hóa chất trước khi xác định cơ chế xử lý

Amoni thường được xử lý bằng Nitrat hóa sinh học. Trong quá trình này, vi sinh chuyển Amoni thành Nitrit và Nitrat. Hóa chất chủ yếu đóng vai trò hỗ trợ điều kiện vận hành thay vì trực tiếp loại Amoni.

Các hóa chất hoặc vật tư có thể cần gồm:

NaOH, vôi hoặc Soda để bổ sung độ kiềm.
Nguồn dinh dưỡng nếu nước thiếu Photpho hoặc vi lượng.
Chất hấp phụ hoặc trao đổi ion trong công nghệ đặc thù.
Hóa chất điều chỉnh pH cho quá trình stripping Amoniac.

Trước khi bổ sung hóa chất, cần kiểm tra:

DO tại bể Aerotank.
pH và độ kiềm.
Tuổi bùn.
Nhiệt độ.
Tải Amoni đầu vào.
Chất độc hoặc chất ức chế vi sinh.

Nếu Amoni cao do thiếu oxy hoặc tuổi bùn quá thấp, tăng NaOH sẽ không giải quyết được nguyên nhân chính. Ngược lại, khi Nitrat hóa tiêu thụ độ kiềm làm pH giảm, bổ sung kiềm có thể giúp duy trì điều kiện cho vi sinh.

EPA xác định kiểm soát Nitơ cần được xem xét như một chuỗi quá trình gồm Nitrat hóa, phản Nitrat và các công nghệ hỗ trợ khác, chứ không dựa trên một hóa chất duy nhất.

8. Nitrat và Tổng Nitơ: Lựa chọn nguồn carbon theo tải Nitrat

Khi Amoni đã được Nitrat hóa nhưng Nitrat đầu ra còn cao, hệ thống có thể thiếu nguồn carbon dễ phân hủy tại bể Anoxic.

Các nguồn carbon thường được sử dụng gồm:

Methanol hoặc Ethanol trong hệ thống được thiết kế phù hợp.
Acetate.
Glucose.
Nguồn Carbon Hỗn Hợp.
Một số dòng nước thải nội bộ giàu COD dễ phân hủy.

EPA ghi nhận nguồn carbon bên ngoài có thể cần thiết cho quá trình phản Nitrat và liệt kê nhiều lựa chọn như Methanol, Ethanol hoặc các sản phẩm carbon thương mại.

Trước khi châm carbon cần kiểm tra:

Nitrat vào và ra bể Anoxic.
DO trong bể Anoxic.
ORP.
Thời gian lưu.
Lưu lượng tuần hoàn nội.
COD dễ phân hủy sẵn có.
Khả năng khuấy trộn.

Nếu DO quá cao hoặc tuần hoàn nội không đưa đủ Nitrat về Anoxic, tăng nguồn carbon có thể làm COD đầu ra tăng nhưng Nitrat vẫn không giảm tương ứng.

Có thể tham khảo Nguồn Carbon Hỗn Hợp, nhưng liều châm phải được tính theo tải lượng NO₃⁻-N và hiệu chỉnh bằng kết quả vận hành.

9. COD và BOD: Xác định phần dễ phân hủy và khó phân hủy

COD cao không phải lúc nào cũng xử lý bằng hóa chất. Trước tiên cần xác định phần COD đang ở dạng nào.

COD dạng hạt hoặc gắn với TSS:

PAC, Polymer và lắng hoặc DAF có thể giảm hiệu quả.
Tách dầu mỡ và cặn trước sinh học giúp giảm tải Aerotank.

COD dễ phân hủy hòa tan:

Ưu tiên xử lý sinh học.
Kiểm soát DO, tải hữu cơ, tuổi bùn và dinh dưỡng.

COD khó phân hủy:

Cân nhắc Fenton, ozone hoặc oxy hóa nâng cao.
Cân nhắc than hoạt tính.
Cân nhắc màng hoặc công nghệ chuyên sâu.

COD do dầu nhũ hóa:

Phá nhũ, PAC, Polymer và DAF.

Các công nghệ xử lý nâng cao thường kết hợp nhiều cơ chế như hấp phụ, kết tủa, tạo bông và màng khi xử lý sinh học hoặc hóa lý thông thường không đáp ứng mục tiêu.

Không nên tăng PAC với mục tiêu giảm toàn bộ COD nếu phần lớn COD đang hòa tan. Jar Test cần kết hợp đo COD tổng và COD sau lọc để đánh giá phần COD mà keo tụ có thể loại bỏ.

10. Bọt, mùi và bùn khó lắng: Hóa chất chỉ là giải pháp hỗ trợ

Bọt trong Aerotank, mùi H₂S hoặc bùn lắng kém thường liên quan đến điều kiện vận hành sinh học. Hóa chất có thể hỗ trợ tạm thời nhưng không nên thay thế việc xử lý nguyên nhân gốc.

Đối với bọt:

Chất khử bọt dùng để kiểm soát bọt có nguy cơ tràn.
Kiểm tra chất hoạt động bề mặt, dầu mỡ, tuổi bùn và vi sinh dạng sợi.
Ưu tiên sản phẩm ít ảnh hưởng đến truyền oxy và vi sinh.

Đối với mùi H₂S:

Kiểm soát điều kiện yếm khí và thời gian lưu.
Cân nhắc chất oxy hóa hoặc muối sắt theo quy trình an toàn.
Không axit hóa dòng nước chứa Sulfide vì có nguy cơ giải phóng H₂S.

Đối với bùn khó lắng:

Kiểm tra SVI, vi sinh dạng sợi, DO, tuổi bùn và tải hữu cơ.
Polymer có thể hỗ trợ tách bùn tạm thời nhưng không giải quyết nguyên nhân sinh học.
Không tăng hóa chất kéo dài nếu bùn hoạt tính mất cân bằng.

Có thể tham khảo chất khử bọt xử lý nước thải trong trường hợp cần kiểm soát bọt, nhưng phải thử liều thấp và theo dõi ảnh hưởng đến hệ vi sinh.

Bảng lựa chọn hóa chất theo chỉ tiêu ô nhiễm

Chỉ tiêu	Nhóm hóa chất nên cân nhắc	Kiểm tra trước khi chọn
pH thấp	NaOH, vôi, Soda	Độ axit, độ kiềm, khả năng đệm
pH cao	H₂SO₄, HCl	Khả năng đệm, ăn mòn, ion phát sinh
Độ đục, TSS	PAC, phèn, muối sắt, Polymer	pH, loại hạt, khả năng lắng hoặc nổi
Màu dạng hạt	PAC, muối sắt, Polymer	Màu sau lọc, TSS và độ đục
Màu hòa tan	Chất khử màu, oxy hóa, than hoạt tính	Cấu trúc màu, COD hòa tan, pH
Dầu nhũ hóa	Demulsifier, PAC, Polymer	Loại dầu, chất hoạt động bề mặt, pH
Kim loại hòa tan	NaOH, vôi, tác nhân kết tủa, PAC, Polymer	Loại kim loại, pH kết tủa, chất tạo phức
Photpho	Muối nhôm, muối sắt, vôi	Orthophosphate, pH, lượng bùn
Amoni	Kiềm và hóa chất hỗ trợ công nghệ	DO, pH, độ kiềm, tuổi bùn, nhiệt độ
Nitrat, Tổng Nitơ	Nguồn carbon bên ngoài	DO Anoxic, ORP, tuần hoàn nội, tải Nitrat
COD dạng hạt	PAC, Polymer, DAF hoặc lắng	COD tổng và COD sau lọc
COD khó phân hủy	Oxy hóa, hấp phụ hoặc công nghệ nâng cao	Khả năng phân hủy sinh học, độc tính, chi phí

Quy trình lựa chọn hóa chất đề xuất

Lấy mẫu đại diện cho từng ca hoặc từng dòng thải.
Phân tích pH, COD, TSS, màu, dầu mỡ, Nitơ, Photpho và kim loại liên quan.
Xác định chất ô nhiễm ở dạng hòa tan hay dạng hạt.
Xác định cơ chế cần dùng: trung hòa, kết tủa, keo tụ, phá nhũ, oxy hóa hay sinh học.
Chọn từ hai đến ba nhóm hóa chất tiềm năng.
Thử pH trước khi tối ưu liều hóa chất.
Jar Test từng loại hóa chất trong cùng điều kiện.
Tối ưu hóa chất chính trước, Polymer sau.
Đánh giá cả chất lượng nước và lượng bùn phát sinh.
Thử nghiệm tại hệ thống với liều thấp và điều chỉnh từng bước.
Tính chi phí trên mỗi mét khối nước hoặc mỗi đơn vị chất ô nhiễm được loại bỏ.
Ghi lại kết quả để xây dựng dải liều theo từng mức tải.

Câu hỏi thường gặp

Có thể dùng PAC để xử lý tất cả chỉ tiêu nước thải không?

Không. PAC phù hợp với hạt keo, TSS, độ đục và một phần màu, COD hoặc Photpho. PAC không thay thế được quá trình sinh học, phá nhũ, kết tủa kim loại hoặc xử lý COD hòa tan khó phân hủy.

Nên chọn PAC hay Polymer trước?

Nên tối ưu chất keo tụ chính như PAC trước để tạo vi bông. Sau đó mới lựa chọn loại và liều Polymer để tăng kích thước bông.

Kim loại cao có thể chỉ dùng Polymer để xử lý không?

Không. Kim loại hòa tan cần được kết tủa hoặc chuyển thành dạng rắn trước. Polymer chỉ hỗ trợ gom cặn kim loại đã hình thành.

Tại sao châm hóa chất đúng loại nhưng hiệu quả vẫn thấp?

Nguyên nhân có thể là sai pH, sai liều, điểm châm không phù hợp, khuấy trộn kém, thời gian phản ứng ngắn hoặc công trình lắng và DAF hoạt động không tốt.

Có thể chọn hóa chất chỉ dựa vào kết quả một lần Jar Test không?

Không nên. Nước thải có thể thay đổi theo sản xuất. Cần xác nhận lại ở quy mô thực tế và Jar Test lại khi tải lượng, pH, nguyên liệu hoặc loại nước thải thay đổi.

Kết luận

Lựa chọn hóa chất xử lý nước thải phải bắt đầu từ chỉ tiêu ô nhiễm và dạng tồn tại của chất ô nhiễm, không bắt đầu từ tên hóa chất đang có sẵn.

Định hướng cơ bản gồm:

pH: sử dụng axit hoặc kiềm phù hợp.
TSS và độ đục: PAC, muối kim loại và Polymer.
Màu: phân biệt màu dạng hạt và màu hòa tan.
Dầu mỡ: tách dầu, phá nhũ, PAC, Polymer và DAF.
Kim loại: điều chỉnh pH, kết tủa, keo tụ và tạo bông.
Photpho: muối nhôm, muối sắt hoặc vôi.
Amoni: ưu tiên tối ưu quá trình Nitrat hóa và độ kiềm.
Nitrat và Tổng Nitơ: bổ sung nguồn carbon khi thực sự thiếu.
COD: phân biệt COD dạng hạt, dễ phân hủy và khó phân hủy.

Nguyên tắc lựa chọn nên áp dụng là:

Phân tích chỉ tiêu → Xác định dạng ô nhiễm → Chọn cơ chế xử lý → Jar Test → Thử nghiệm thực tế → Tối ưu chi phí

Không nên tăng đồng thời nhiều loại hóa chất khi đầu ra chưa đạt. Mỗi lần chỉ nên điều chỉnh một yếu tố và theo dõi đầy đủ chất lượng nước, trạng thái bông, lượng bùn cùng chi phí vận hành.

Quý khách cần tư vấn lựa chọn PAC 31%, Polymer, Demulsifier, chất khử màu, NaOH hoặc Nguồn Carbon Hỗn Hợp, vui lòng liên hệ Châu An Chemical để được hỗ trợ theo mẫu nước và chỉ tiêu đầu ra thực tế.