Phèn Đơn - Al₂(SO₄)₃ – TQ - CN -50kg -Tính Chất, Ứng Dụng & So Sánh keo tụ nước với PAC

 

I. TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA PHÈN ĐƠN Al₂(SO₄)₃

1. Cấu trúc & Dạng tồn tại

Phèn đơn nhôm sunfat tồn tại chủ yếu ở dạng hydrat hóa:

Dạng	Công thức	Ghi chú
Dạng khan	Al₂(SO₄)₃	Hiếm gặp trong thực tế
Dạng 18 nước	Al₂(SO₄)₃·18H₂O	Phổ biến nhất trong xử lý nước
Dạng 14 nước	Al₂(SO₄)₃·14H₂O	Gặp trong công nghiệp

2. Thông số hóa lý cơ bản

Thông số	Giá trị
Khối lượng phân tử (dạng khan)	342,15 g/mol
Khối lượng phân tử (18H₂O)	666,43 g/mol
Hàm lượng Al₂O₃ (dạng 18H₂O)	~15–17%
Độ tan trong nước (25°C)	~36 g/100 mL
Tỷ trọng dung dịch 10%	~1,09 g/cm³
pH dung dịch 1%	3,5 – 4,5 (axit yếu)
Điểm nóng chảy	86,5°C (mất nước kết tinh)
Màu sắc	Trắng đục đến vàng nhạt

3. Phản ứng thủy phân – Cơ chế cốt lõi

Đây là phản ứng quyết định hiệu quả keo tụ:

Bước 1 – Thủy phân tạo hydroxide:

Al³⁺ + 3H₂O → Al(OH)₃↓ + 3H⁺

Bước 2 – Tiêu thụ độ kiềm của nước:

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

Bước 3 – Chuỗi phản ứng trung gian (phức đa nhân):

Al³⁺ → Al(OH)²⁺ → Al(OH)₂⁺ → Al₈(OH)₂₀⁴⁺ → Al(OH)₃↓ → AlO₂⁻

⚠️ Lưu ý then chốt: Hiệu quả keo tụ phụ thuộc cực kỳ nhạy vào pH. Vùng pH tối ưu: 6,5 – 7,5. Ngoài vùng này, Al(OH)₃ hoặc tan trở lại (pH < 5) hoặc tạo aluminate (pH > 8,5).

4. Yếu tố ảnh hưởng đến hòa tan & hiệu quả

• Nhiệt độ nước thấp (< 10°C): Phản ứng thủy phân chậm, bông cặn nhỏ, khó lắng
• Độ kiềm nước: Cần tối thiểu 75–100 mg/L CaCO₃ để đệm pH
• Độ đục: Hiệu quả tốt nhất khi độ đục > 10 NTU; nước quá trong khó keo tụ

---

II. ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC

A. Xử lý nước cấp

Mục tiêu	Cơ chế	Liều dùng thông thường
Loại độ đục (TSS, keo đất sét)	Trung hòa điện tích âm → kết bông	10–50 mg/L
Loại màu (humic, fulvic acid)	Hấp phụ – kết tủa phức Al-humate	20–80 mg/L
Loại tảo	Keo tụ tế bào tảo	15–40 mg/L
Loại photpho	Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓	30–80 mg/L
Loại Asen (As)	Hấp phụ lên bề mặt Al(OH)₃	15–30 mg/L
Tiền xử lý lọc nhanh	Tạo bông cặn thô trước bể lọc	Liều thấp 5–15 mg/L

Dây chuyền xử lý nước cấp điển hình:

Phèn → Khuấy nhanh (G = 300–500 s⁻¹, t = 30–60s) 
     → Khuấy chậm (G = 10–30 s⁻¹, t = 15–30 phút)
     → Lắng (v = 0,5–1,5 mm/s) 
     → Lọc nhanh

B. Xử lý nước thải

Loại nước thải	Mục tiêu	Hiệu quả
Nước thải công nghiệp giấy	Loại lignin, SS	70–90% SS
Nước thải dệt nhuộm	Loại màu hoạt tính	60–80% màu
Nước thải chăn nuôi	Loại P, SS	70–85% TP
Nước thải đô thị (3° treatment)	Loại P triệt để	> 90% TP
Nước thải nhà máy bia	Loại COD dạng keo	30–50% COD

---

III. SO SÁNH PHÈN ĐƠN Al₂(SO₄)₃ VỚI PAC

PAC là gì?

PAC (Poly Aluminium Chloride): [Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ, với n = 1–5, m = 10–∞

Hàm lượng Al₂O₃: 10–17% (thương phẩm dạng lỏng ~10%, dạng bột ~30%)

---

Bảng so sánh toàn diện

Tiêu chí	Phèn đơn Al₂(SO₄)₃	PAC
Cơ chế chủ đạo	Thủy phân → keo tụ trung hòa điện tích	Keo tụ + hấp phụ + polymer hóa sẵn
Mức độ polyme hóa	Thấp, đơn phân tử Al³⁺	Cao, chuỗi đa nhân [Alₙ(OH)ₘ]^(3n-m)+
Vùng pH tối ưu	Hẹp: 6,5 – 7,5	Rộng hơn: 5,0 – 9,0
Hiệu quả ở pH thấp	Kém (Al³⁺ không thủy phân đủ)	Tốt (chuỗi polyme bền hơn)
Tốc độ tạo bông	Chậm hơn	Nhanh hơn (bông xuất hiện sớm)
Kích thước bông cặn	Nhỏ hơn, nhẹ hơn	Lớn hơn, chắc hơn, nặng hơn
Tốc độ lắng	Chậm (0,4–0,8 mm/s)	Nhanh hơn 20–40% (0,6–1,2 mm/s)
Hiệu quả ở nước lạnh	Kém (<10°C giảm mạnh)	Tốt hơn (ít phụ thuộc nhiệt độ)
Tiêu thụ độ kiềm	Cao (3Ca(HCO₃)₂/mol phèn)	Thấp hơn ~30–50%
Lượng bùn phát sinh	Nhiều	Ít hơn 20–40%
Ảnh hưởng pH nước sau xử lý	Giảm pH đáng kể	Ít ảnh hưởng pH hơn
Hàm lượng Al tồn dư	Cao hơn nếu pH không chuẩn	Thấp hơn (keo tụ triệt để hơn)
Hiệu quả loại photpho	Tốt	Tốt tương đương
Hiệu quả loại màu	Trung bình	Tốt hơn (đặc biệt màu axit)
Giá thành	Rẻ hơn 30–50%	Đắt hơn
Dễ bảo quản, vận chuyển	Dạng rắn, bền	Lỏng: cần bồn chứa, dễ thao tác
Liều dùng	Cao hơn	Thấp hơn 20–40%
Ứng dụng phù hợp	Nước đục cao, ổn định, kinh tế	Nước lạnh, pH biến động, yêu cầu cao

---

Biểu đồ hiệu quả lắng theo pH

Hiệu quả
lắng (%)
100% |          ████████████
 90% |       ███            ███ ← PAC
 80% |      ██                ██
 70% |    ██                    ██
 60% |  ██  ←Phèn đơn            ██
 50% | ██  ███████                 █
 40% |    ████████████
     |___________________________
         4   5   6   7   8   9   10  pH

---

IV. KHUYẾN NGHỊ THỰC TIỄN

Chọn phèn đơn khi:

• ✅ Nước đục > 50 NTU, nhiệt độ > 15°C
• ✅ Độ kiềm nước > 100 mg/L CaCO₃
• ✅ pH ổn định trong khoảng 6,5–7,5
• ✅ Ưu tiên chi phí vận hành thấp
• ✅ Nguồn nước mặt đồng bằng (sông Hồng, sông Cửu Long mùa lũ)

Chọn PAC khi:

• ✅ Nước lạnh < 10°C (miền núi, mùa đông)
• ✅ Nước độ đục thấp (< 10 NTU) hoặc màu cao
• ✅ pH nước dao động, độ kiềm thấp
• ✅ Yêu cầu Al tồn dư thấp (< 0,1 mg/L theo QCVN 01:2009)
• ✅ Bể lắng tải trọng cao, cần tốc độ lắng nhanh
• ✅ Nước thải công nghiệp có pH axit