Polymer xử lý nước thải là gì? Đặc điểm và ứng dụng xử lý nước thải

Polymer là một chất hóa học thiết yếu trong ngành xử lý nước thải, giúp loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm và làm sạch nguồn nước. Hãy cùng Môi Trường Song Phụng tìm hiểu bài viết dưới đây để khám phá cơ chế hoạt động, phân loại và tác dụng của polymer trong xử lý nước thải, giúp hiểu được vai trò của chúng trong bảo vệ môi trường.

Hóa chất Polymer là gì?

Polymer là các hợp chất cao phân tử có khối lượng phân tử lớn, được cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ gọi là mắt xích (monome) liên kết với nhau thành chuỗi dài qua liên kết cộng hóa trị. Các mắt xích này lặp đi lặp lại nhiều lần tạo thành phân tử polymer.

Ví dụ dễ nhận thấy về polymer trong cuộc sống hàng ngày bao gồm nhựa và cao su. Điểm nổi bật của polymer chính là sự lặp lại của các monome trong chuỗi, tạo nên độ bền và tính linh hoạt cho vật liệu.

Đặc điểm polymer trong xử lý nước thải

Polymer có các đặc điểm quan trọng giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải. Trọng lượng phân tử lớn giúp polymer tạo thành mạng lưới mạnh mẽ, hấp thụ và lắng đọng các chất ô nhiễm tốt hơn, đặc biệt là các chất rắn lơ lửng. 

Độ nhớt cũng là yếu tố quan trọng, khi polymer hòa tan trong nước sẽ tăng độ nhớt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình kết bông và loại bỏ các hạt bẩn. Tuy nhiên, độ nhớt cần được điều chỉnh hợp lý để không ảnh hưởng đến quá trình xử lý. 

Độ pH của dung dịch cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của polymer, vì polymer hoạt động tốt nhất trong một khoảng pH nhất định, đảm bảo khả năng hấp thụ và xử lý chất thải tối ưu.

Phân loại polymer trong xử lý nước thải

Polymer được phân loại thành ba nhóm chính là polymer anion, polymer cation và polymer lưỡng tính, mỗi loại có cấu trúc và ứng dụng riêng trong xử lý nước thải.

Polymer anion (mang điện tích âm)

Polymer anion có cấu trúc gồm các chuỗi dài phân tử mang điện tích âm, thường được sử dụng để keo tụ và lắng đọng các chất rắn lơ lửng trong nước thải. Nhờ vào khả năng tương tác với các hạt mang điện tích dương, polymer anion giúp tách các tạp chất ra khỏi nước một cách hiệu quả. 

Polymer anion được hòa tan trong nước để tạo ra dung dịch gốc, sau đó được bơm vào hệ thống xử lý theo yêu cầu.

• Nồng độ pha dung dịch gốc thường từ 0,01 – 0,2% theo khối lượng.
• Hệ thống bơm định lượng hoạt động tự động liên tục.
• Nồng độ sử dụng trong quá trình xử lý dao động từ 0,1 đến 50 ppm.

Ứng dụng chủ yếu của polymer anion bao gồm xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt, trong đó nước thải thường chứa nhiều kim loại nặng, hợp chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng.

Polymer cation (mang điện tích dương)

Polymer cation có cấu trúc mang điện tích dương, cho phép chúng tương tác mạnh với các hạt keo và chất rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước thải. Loại polymer này rất hiệu quả trong việc xử lý các loại nước thải chứa nhiều dầu, mỡ, và các chất hữu cơ khó phân hủy. 

Polymer cation được hòa tan trong nước để tạo thành một dung dịch nền, sau đó sẽ được đưa vào hệ thống xử lý nước thải.

• Nồng độ pha dung dịch nền thường ở mức 0,01 – 0,2% theo khối lượng. 
• Hệ thống bơm định lượng luôn hoạt động ở chế độ tự động, với nồng độ sử dụng dao động từ 0,1 – 20 ppm.

Polymer cation thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất hóa chất, dệt may, giấy, và xử lý nước thải sinh hoạt, giúp quá trình keo tụ và lắng cặn diễn ra nhanh chóng.

>>> Tìm hiểu: Hạt nhựa cation 220Na giúp khử nước cứng hiệu quả

Polymer lưỡng tính

• Khả năng đặc biệt: Polymer lưỡng tính có khả năng mang cả điện tích âm và dương trên cùng một phân tử, giúp nó thích nghi tốt với các điều kiện nước thải phức tạp.
• Ứng dụng: Thường được sử dụng trong các quy trình xử lý nước thải có nhiều tạp chất khó xử lý, bao gồm cả nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt.
• Hiệu quả: Khả năng hấp phụ và lắng cặn mạnh mẽ của polymer lưỡng tính giúp tăng cường hiệu quả xử lý, đặc biệt trong những trường hợp nước thải có sự biến đổi lớn về pH hoặc nồng độ các chất ô nhiễm.

Cơ chế hoạt động của polymer trong xử lý nước thải

Cơ chế hoạt động của polymer trong xử lý nước thải chủ yếu dựa trên khả năng keo tụ và tạo bông để loại bỏ các chất rắn lơ lửng trong nước thải.

• Trung hòa điện tích: Nước thải thường chứa các hạt nhỏ li ti mang điện tích âm, khiến chúng bị đẩy nhau và không kết hợp được, tạo thành hệ keo phân tán. Polymer mang điện tích trái dấu (cation hoặc anion) sẽ trung hòa điện tích này, làm giảm lực đẩy giữa các hạt, giúp chúng dễ dàng kết tụ lại với nhau.
• Hấp phụ và tạo cầu nối: Polymer có khả năng hấp phụ lên bề mặt các hạt lơ lửng, tạo thành các cầu nối giữa các hạt, từ đó hình thành các bông cặn lớn hơn (floc) dễ dàng lắng xuống đáy bể xử lý.
• Tạo bông cặn: Khi các hạt lơ lửng kết tụ lại thành các bông cặn lớn hơn, quá trình lắng và tách chất rắn ra khỏi nước thải trở nên nhanh chóng và hiệu quả hơn.

Polymer trong xử lý nước thải và nước cấp

Polymer được sử dụng rộng rãi trong các quy trình xử lý nước thải để loại bỏ các chất ô nhiễm, từ vi khuẩn đến kim loại nặng. Cùng với đó, trong quy trình xử lý nước cấp, polymer giúp cải thiện chất lượng nước bằng cách keo tụ và tạo bông, làm trong nước, đảm bảo rằng nguồn nước sau xử lý không chỉ sạch mà còn an toàn cho người sử dụng. Cùng tìm hiểu kỹ hơn về hai quy trình xử lý nước thải bằng polymer.

Quy trình xử lý nước cấp

Mục tiêu: Loại bỏ tạp chất, vi khuẩn và kim loại nặng để cung cấp nước sạch cho sinh hoạt và sản xuất.

Vai trò của polymer:

• Tham gia trong giai đoạn keo tụ và tạo bông.
• Giúp loại bỏ các chất rắn lơ lửng gây ra độ đục của nước.

Cách hoạt động:

• Polymer tách các tạp chất lơ lửng và trợ lắng cho các bông hydroxit.
• Làm trong nước hiệu quả.

Đặc điểm của polymer:

• Tính không độc và ít ảnh hưởng đến pH của nước.
• Giúp duy trì sự an toàn và ổn định trong quy trình xử lý.

Nồng độ sử dụng:

• Polymer anion thường được sử dụng với nồng độ từ 0,1 đến 1g/m² nước ngầm hoặc nước sông, tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm.

Kết quả: Đảm bảo nước sau khi xử lý không chỉ trong sạch mà còn an toàn, đáp ứng tiêu chuẩn cho các mục đích sinh hoạt và sản xuất.

Quy trình sử dụng polymer trong xử lý nước thải

Mục tiêu: Polymer trong xử lý nước thải giúp loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật để bảo vệ môi trường.

Vai trò của polymer:

• Sử dụng trước bể lắng để tách các tạp chất lơ lửng như màu, vữa than và khói muội than từ khí thải.

Hiệu quả trong các tình huống:

• Đặc biệt hiệu quả trong xử lý nước tuần hoàn trong sản xuất.
• Hỗ trợ xử lý nước thải nhiễm dầu, mỡ khi kết hợp với phương pháp tuyển nổi (D.A.F).

Nồng độ sử dụng:

• Polymer anion thường được sử dụng với nồng độ từ 1-50g/m² nước thải.
• Polymer cation có thể dùng ở mức 1-30g/m² nước thải, tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm.

Kết quả: Tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải, đảm bảo nước sau xử lý đáp ứng tiêu chuẩn xả thải ra môi trường.

So sánh polymer với các chất keo tụ khác

Polymer là một trong những chất keo tụ được sử dụng phổ biến trong xử lý nước, tuy nhiên nó có đặc điểm khác biệt rõ rệt so với các loại keo tụ vô cơ truyền thống như phèn nhôm (Alum), phèn sắt (FeCl₃, Fe₂(SO₄)₃), PAC (Poly Aluminium Chloride). Dưới đây là bảng so sánh chi tiết:

Tiêu chí	Polymer	Phèn nhôm / Phèn sắt / PAC
Bản chất hóa học	Polymer hữu cơ cao phân tử (Anionic, Cationic, Nonionic)	Muối vô cơ
Cơ chế keo tụ	Kéo dài chuỗi polymer tạo cầu nối giữa các hạt keo	Trung hòa điện tích bề mặt hạt keo
Hiệu quả keo tụ	Rất cao, tạo bông lớn và dễ lắng	Hiệu quả trung bình, tạo bông nhỏ hơn
Liều lượng sử dụng	Thấp (ppm, thường từ 1-10 mg/L)	Cao hơn (10-100 mg/L hoặc hơn)
Tốc độ tạo bông	Nhanh, hiệu quả cao trong giai đoạn tạo bông	Cần thời gian khuấy trộn nhiều hơn
pH hoạt động hiệu quả	Rộng (pH 4 – 9) tùy loại polymer	Có giới hạn pH (phèn nhôm: 6-7; phèn sắt: 4-6)
Ảnh hưởng pH nước	Không ảnh hưởng nhiều	Làm giảm pH nước, cần dùng xút để điều chỉnh
Chi phí vận hành	Cao hơn ban đầu nhưng hiệu quả kinh tế lâu dài	Rẻ hơn nhưng tốn liều lượng và điều chỉnh pH
Ứng dụng	Giai đoạn tạo bông, trợ keo tụ	Giai đoạn keo tụ ban đầu
Khả năng kết hợp	Dùng kết hợp với PAC, phèn để tăng hiệu quả	Thường dùng đơn lẻ hoặc kèm polymer
Chất lượng bông cặn	Dễ lắng, ít cặn nổi	Cặn nhiều, đôi khi nổi hoặc khó lắng

Ứng dụng polymer

Polymer có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong xử lý nước và công nghiệp. Trong lĩnh vực xử lý nước, polymer được sử dụng để xử lý nước mặt, nước sông và nước ngầm, giúp loại bỏ các tạp chất hòa tan như Fe²⁺ và Mn²⁺.

Polymer trong xử lý nước thải công nghiệp đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là những nguồn nước có nồng độ cao, chứa nhiều hạt lơ lửng và các hạt mang điện tích dương. Chúng rất hiệu quả trong các nhà máy gang thép, mạ điện, và trong việc xử lý nước thải rửa than.

Ưu điểm và nhược điểm của polymer xử lý nước thải

Ưu điểm và nhược điểm của polymer trong xử lý nước thải như sau:

Ưu điểm

• Hiệu quả xử lý cao: Polymer giúp kết tụ các hạt lơ lửng nhỏ thành các bông cặn lớn, dễ dàng lắng xuống đáy bể, loại bỏ hiệu quả tạp chất, cặn bẩn, màu và mùi trong nước thải, cải thiện độ trong của nước.
• Liều lượng sử dụng thấp: So với các chất keo tụ truyền thống như phèn nhôm, phèn sắt, polymer cần dùng với liều lượng ít hơn, giúp tiết kiệm chi phí vận hành và giảm lượng hóa chất sử dụng.
• Ít ảnh hưởng đến pH: Polymer không làm thay đổi đáng kể độ pH của nước thải, giúp đơn giản hóa quy trình xử lý và giảm nhu cầu điều chỉnh pH.
• Tăng tốc độ xử lý: Polymer giúp quá trình keo tụ và tạo bông diễn ra nhanh hơn, tăng năng suất hệ thống xử lý nước thải.
• Dễ dàng sử dụng và điều chỉnh: Polymer dễ hòa tan trong nước, dễ bảo quản, và liều lượng có thể điều chỉnh linh hoạt theo đặc tính nước thải để đạt hiệu quả tối ưu.
• Ứng dụng rộng rãi: Phù hợp với nhiều loại nước thải khác nhau như nước thải công nghiệp, đô thị, nước mặt, và có thể kết hợp với các chất keo tụ khác để tăng hiệu quả.

Nhược điểm

• Chi phí cao: Polymer có giá thành cao hơn so với các chất keo tụ truyền thống như phèn nhôm, phèn sắt, làm tăng chi phí đầu tư ban đầu.
• Cần pha chế đúng liều lượng: Nếu dùng quá nhiều polymer, nước thải có thể trở nên nhớt, gây khó khăn trong các công đoạn xử lý tiếp theo và làm tăng chỉ số COD (chất hữu cơ hòa tan).
• Yêu cầu kiểm soát liều lượng chính xác: Liều lượng polymer cần được điều chỉnh phù hợp với từng loại nước thải; liều dùng không đúng có thể ảnh hưởng đến chất lượng xử lý và gây phát sinh vấn đề khó giải quyết

Polymer đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải nhờ khả năng kết tụ, lắng đọng và loại bỏ chất ô nhiễm hiệu quả. Sử dụng polymer đúng cách giúp tiết kiệm chi phí, thời gian và giảm tác động xấu đến môi trường. Để tìm hiểu thêm về hóa chất và thiết bị xử lý nước, hãy liên hệ Môi Trường Song Phụng để được tư vấn chi tiết.

>>> Tham khảo dịch vụ tại Song Phụng:

• Dịch vụ kiểm tra hiệu quả đèn UV đang hoạt động

• Dịch vụ rửa màng RO lưu động cho hệ thống lọc nước