Bài giảng Cấp thoát nước - Chương 4

Chia sẻ: đỗ Hữu Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

197
lượt xem 92
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Cấp thoát nước - Chương 4: Khử trùng nước

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cấp thoát nước - Chương 4

Chương 4. Khö trïng n−íc KH TRÙNG NƯ C • ð ngăn ng a các b nh d ch, nư c c p cho sinh ho t ph i ñư c di t trùng. • Các h th ng c p nư c công nghi p cũng c n ph i ñư c di t trùng ñ ngăn ng a s k t bám c a c a các VSV lên thành ng d n nư c trong các thi t b làm l nh, làm gi m kh năng truy n nhi t ñ ng th i làm tăng t n th t thu l c c a h th ng. • Các quá trình cơ h c không th lo i tr ñư c toàn b VSV và vi trùng có trong nư c, do ñó c n ti n hành các biên pháp lý h c và hoá h c ñ kh trùng nư c. 1
Các phương pháp kh trùng nư c Phương pháp v t lý: • Phương pháp nhi t: nhóm VK sinh bào t không b di t • Phương pháp chi u tia t ngo i (tia c c tím, chi u dài bư c sóng 254 µm): p/p này ch có hi u qu khi các tia chi u qua 1 l p nư c m ng, không có hi u qu trong trư ng h p nư c ñ c. • Ưu ñi m c a p/p v t lý: không làm thay ñ i t/c lý hoá c a nư c, không gây nên các hi u qu ph . • Tuy nhiên do hi u qu th p nên thư ng ch áp d ng quy mô nh v i các ñi u ki n kinh t cho phép. Phương pháp hoá h c: • S d ng các ch t OXH m nh (Cl2, NaOCl, Ca(OCl)2, O3, KMnO4, OCl2) ñ OXH men c a t bào VSV làm cho quá trình ñ ng hoá và d hoá b ngưng tr , VSV b tiêu di t. P/p này ñư c áp d ng r ng rãi ñ kh trùng nư c m i quy mô do hi u qu cao. 2
1. KH TRÙNG B NG CLO 1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo. • Clo nguyên ch t trong ñk bình thư ng là 1 ch t khí màu vàng, có mùi khó ch u, và r t ñ c. 15oC khí clo b hoá l ng dư i áp l c nén 5,75 at, clo l ng có màu vàng xanh, tr ng lư ng riêng 1,43 kg/l. ð ti n cho vi c v n chuy n và b o qu n khí clo ñư c nén thành th l ng trong các bình ch a b ng thép, áp l c nén 20-25 kg/cm2 • Clo là ch t ôxy hoá m nh, th OXH tiêu chu n Eo = 1.36V, b t kỳ d ng nào, nguyên ch t hay h p ch t, khí tác d ng v i nư c ñ u t o ra phân t axit hypoclorơ HOCl là ch t kh trùng r t m nh. • Quá trình di t VSV x y ra qua 2 giai ño n: ñ u tiên ch t kh trùng khuy ch tán xuyên qua v t bào VSV, sau ñó ph n ng v i men bên trong t bào và phá ho i quá trình trao ñ i ch t d n ñ n s di t vong c a t bào. 1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo. • T c ñ c a quá trình kh trùng ñư c xác ñ nh b ng ñ ng h c c a quá trình khuy ch tán ch t di t trùng qua v t bào và ñ ng h c c a quá trình phân hu men t bào. • T c ñ c a quá trình kh trùng tăng khi n ng ñ c a ch t kh trùng và nhi t ñ nư c tăng ñ ng th i ph thu c vào d ng không phân ly c a ch t kh trùng, vì quá trình khuy ch tán qua v t bào x y ra nhanh hơn quá trình phân ly. • T c ñ kh trùng b ch m ñi r t nhi u khi trong nư c có các ch t h u cơ, c n lơ l ng và các ch t kh khác. 3
1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo. • Ph n ng ñ c trưng là s thu phân c a clo t o ra axit hypoclorơ và axit clohydric: Cl2 + H2O ⇋ HOCl + HCl ho c d ng phương trình phân ly: Cl2 + H2O ⇋ 2H+ + OCl- + Cl- Khi s d ng clorua vôi làm ch t sát trùng: Ca(OCl)2 + H2O ⇋ CaO + 2HOCl 2HOCl ⇋2H+ + 2OCl- 1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo. • Kh năng di t trùng c a clo ph thu c vào s t n t i c a HOCl mà s phân ly c a HOCl l i ph thu c vào n ng ñ ion H+ có trong nư c. Th c nghi m cho th y quá trình thu phân c a clo x y ra hoàn toàn khi pH>4. 4
1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo. • H ng s thu phân c a clo trong nư c 25oC là: [ HOCl ][ H + ][Cl − ] K= [Cl2 ] • V i HOCl, giá tr c a h ng s phân ly thay ñ i ph thu c nhi t ñ : - 0oC giá tr ñó là 1,5.10-8 - 10oC giá tr ñó là 2.10-8 - 25oC giá tr ñó là 2,7.10-8 1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo. • M c ñ phân ly c a HOCl ph thu c vào các giá tr khác nhau c a pH v i nư c 20oC. • Khi pH tăng, n ng ñ HOCl gi m làm cho hi u qu kh trùng cũng gi m ñi tương ng. • ð quá trình kh trùng nư c b ng clo ñ t hi u qu cao nh t, nên ti n hành khi nư c có ñ pH th p, trư c khi x lý n ñ nh nư c. pH 4 5 6 7 8 9 10 11 OCl-, 0.10 0.50 2.50 21.00 75.00 97.00 99.50 99.90 % HOCl, 99.90 99.50 97.50 79.00 25.00 3.00 0.50 0.10 % 5
1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo. • Khi trong nư c có amoniac, mu i hay các h p ch t h u cơ có ch a nhóm amoni thì clo, axit hypoclorơ, ion hypoclorơ tham gia vào ph n ng v i chúng t o thành monocloramin và dicloramin. HOCl + NH3 → NH2Cl + H2O HOCl + NH2Cl → NHCl2 + H2O HOCl + NHCl2 → NCl3 + H2O 6
1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo. • pH càng th p thì lư ng clo k t h p thành dicloramin càng ít và n ng ñ monocloramin trong nư c càng cao, ñ ng th i kh năng di t trùng càng gi m. • Kh năng di t trùng c a dicloramin th p hơn c a monocloramin kho ng 3-5 l n.Kh năng di t trùng c a dicloramin th p hơn c a clo t 20-25 l n. • Clo ñã k t h p v i amoniac thành cloramin g i là clo k t h p, t ng hàm lư ng clo t do Cl2, HOCl, OCl- và clo k t h p g i là clo ho t tính. 1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo • ð ñ m b o cho quá trình kh trùng ñ t ñư c hi u qu hoàn toàn, sau khi kh trùng c n gi l i trong nư c 1 lư ng clo dư thích h p. V i các h th ng c p nư c sinh ho t, lư ng clo dư c n ñ ch ng s nhi m b n tr l i c a nư c trong m ng lư i ñư ng ng phân ph i ho c nơi tiêu th thư ng l y t 0,2-0,3 mg/l tính theo clo t do. • Do kh năng di t trùng c a clo t do và clo k t h p là khác nhau nên lư ng dư c n thi t c a chúng trong nư c cũng c n các m c khác nhau. 7
1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo • Clo hoá n c v i li u l ng cao: ð kh trùng nư c b nhi m b n n ng, ñ c bi t khi trong nư c có ch a vi trùng có s c ñ kháng cao v i các ch t oxy hoá và trong trư ng h p c n kh màu, mùi, v c a nư c có th s d ng clo v i li u lư ng cao ≥10 mg/l. Tuy nhiên trong nhi u trư ng h p sau khi kh trùng lư ng clo dư t n t i trong nư c khá l n nên c n ph i kh b t clo dư ñ h xu ng tiêu chu n t 0,3-0,5 mg/l. 1.1 B n ch t c a quá trình di t trùng b ng Clo • Trong trư ng h p nư c có phenol n u cho clo vào s t o ra clophenol có mùi và v r t khó ch u. • ð kh c ph c, c n ti n hành amoniac hoá trư c (ñưa amoniac vào nư c trư c khi cho clo): lư ng amoniac hay mu i amoni l y t 0,5-1,0 mg/l tính theo ion NH4+ cho 1g Cl. 8
1.2. Các y u t nh hư ng t i quá trình kh trùng nư c b ng clo 1.2.1. nh hư ng c a ñ pH: - Hi u qu kh trùng gi m khi pH tăng - Lư ng clo dư t i thi u ñ di t trùng hoàn toàn: Lư ng clo dư t i thi u Giá tr Clo dư sau 10p Clo ho t tính d ng cloramin sau pH ti p xúc 60p ti p xúc 6–7 0.2 1.0 7–8 0.2 1.50 8–9 0.4 1.80 9 – 10 0.8 - >10 >1 - 1.2. Các y u t nh hư ng t i quá trình kh trùng nư c b ng clo 1.2.2. nh hư ng c a nhi t ñ : • Khi nhi t ñ nư c tăng thì ñ nh t gi m, chuy n ñ ng nhi t tăng lên làm cho quá trình khuy ch tán ch t kh trùng qua v t bào vi sinh v t tăng lên. • V i cloramin, nhi t ñ có nh hư ng l n hơn so v i clo t do. 9
1.2. Các y u t nh hư ng t i quá trình kh trùng nư c b ng clo • Phương trình bi u di n nh hư ng c a nhi t ñ ñ n t c ñ kh trùng: t1 E(T2 − T1 ) lg = t2 RT1T2 trong ñó: t1, t2: th i gian ti p xúc (phút) c n ñ gi m lư ng vi trùng trong nư c ñ n m c yêu c u tương ng v i nhi t ñ nư c T1, T2 (K); E: năng lư ng ho t hoá c a quá trình kh trùng R: h ng s khí = 1,99 kcal/K.mol 1.2. Các y u t nh hư ng t i quá trình kh trùng nư c b ng clo 1.2.3. nh hư ng c a n ng ñ : - Khi tăng n ng ñ ch t kh trùng, th i gian tác d ng s gi m xu ng. - Phương trình bi u di n tương quan gi a n ng ñ và th i gian kh trùng: C nt = K trong ñó: C là n ng ñ ch t sát trùng t: th i gian c n thi t ñ di t lư ng vi trùng nh t ñ nh; N: ch s mũ; K: h ng s . 10
1.3. Kh clo dư trong nư c 1.3.1. Kh clo dư b ng hoá ch t: • Dùng khí sunfua SO2 ñ kh clo dư trong nư c: Cl2 + SO2 +H2O → 2HCl + H2SO4 Axít clohydric và axít sunfuric t o ra sau ph n ng ñư c trung hoà b ng ñ ki m t nhiên c a nư c. ð kh h t 1mg clo dư c n 0,9 mg SO2. • Kh b ng Na2SO3: Cl2 + Na2SO3 + H2O → 2HCl + Na2SO4 kh 1mg clo dư c n 3,05mg Na2SO3 tinh th . • Dùng Na2S2O3 kh clo dư: 4Cl2 + Na2S2O3 + 5H2O → 2NaCl + 6HCl + 2H2SO4 ñ kh 1mg Cl2 c n 0,85mg Na2S2O3 d ng tinh th ng m 5 phân t nư c. Thành ph n ho t tính c a Na2S2O3 trong s n ph m thương m i là 30-50%. Trư c khi cho Na2S2O3 vào nư c ph i pha thành dung d ch có n ng ñ 1-2% sau ñó ñưa vào nư c b ng các thi t b ñ nh lư ng dung d ch. 1.3. Kh clo dư trong nư c 1.3.2. Kh clo dư b ng phương pháp hoá lý: - Dùng than ho t tính ñ h p th clo, l c nư c qua l p than ho t tính có chi u dày 2-2,5cm, kích thư c h t 1,5-2,5mm, t c ñ l c 20-30m/h. R a than b ng dung d ch ki m nóng ho c canxi hypoclorit Ca(OCl)2 ñ hoàn nguyên ho t ñ h p ph . - Bi n pháp làm thoáng ch kh ñư c m t ph n clo hoà tan vì hypoclorit không bay hơi. Kh clo và cloramin b ng làm thoáng ch ñ t hi u qu cao khi pH c a nư c nh hơn 5. 11
2. Kh trùng b ng dioxitclo (ClO2) 2.1. Các d ng khác nhau c a ClO2 trong môi trư ng nư c: • Tính tan c a ClO2 trong nư c cao g p 10 l n so v i clo. Trong nư c ClO2 b phân hu theo phương trình: 2ClO2 + H2O ⇋ HClO2 + HClO3 • S thu phân này r t ch m trong môi trư ng trung tính ho c axit nh . Trong môi trư ng ki m, ClO2 chuy n hoá thành clorit và clorat: 2ClO2 + H2O- ⇋ 2ClO2- +H2O 2.1. Các d ng khác nhau c a ClO2 trong môi trư ng nư c - Khi có m t ánh sáng (λ=365 nm) các dung d ch ClO2 b phân hu v i m t v n t c ph thu c vào th i gian và cư ng ñ chi u sáng. Ph n ng t ng quát: 2ClO2 + hv + H2O → HClO3 + HCl + O2 - Tăng nhi t ñ gây ra s thu phân ClO2 thành clo và ôxy. - ClO2 là m t tác nhân oxy hoá m nh, th kh OXH tiêu chu n c a nó là 0,95V. D ng kh c a cân b ng OXH-K là ion clorit. ClO2 + e ⇋ ClO2- (Eo = 0,95V) - Lưu ý: các v t ion clorat (ClO3-) có th t o thành t m t s ph n ng c a ClO2 v i các ch t hoà tan trong nư c ho c v i m t vài ch t oxy hoá khác (clo ho c ozon) 12
2.2.Ho t tính hoá h c c a ClO2 trong môi trư ng nư c 2.2.1. Ph n ng v i các h p ch t vô cơ: Dioxit clo, gi ng như clo và các d n xu t c a nó, o ph n ng nhanh v i s t d ng Fe2+, mangan E Cl / Cl − Mn2+, các ion nitrit, sunfua và xyanua. ClO2 còn ph n ng v i các ion iodua nhưng không ph n ng v i ion clorua và bromua. 2.2.2. Ph n ng v i các h p ch t h u cơ • Do s có m t c a m t electron t do trong c u trúc g c, dioxit clo có th nh n m t electron t các tâm giàu electron c a các ch t h u cơ (liên k t ñôi, nguyên t nitơ, lưu huỳnh…) ñ chuy n m t ph n l n thành ion clorit (30÷100%) và thành clorat (vài %) 13
2.2.3. Tính ch t kh trùng c a ClO2 • Trong nhi u trư ng h p, tính ch t di t khu n, di t virus, di t bào t n m và di t t o c a dioxit clo cao hơn nhi u so v i clo. • ð n ñ nh c a dioxit clo tương ñ i l n (th i gian bán phân hu trong bóng t i là 48h). • V i m c ñích ch y u là kh trùng, dioxit clo ñư c s d ng nhi u nh t so v i các tác nhân khác. Lư ng ClO2 dư trong nư c m c 0,1mg/l ñ ñ di t khu n, 0,5mg/l ñ di t virus. ClO2 cũng ñư c s d ng trong khâu ti n x lý ñ ch ng l i s sinh trư ng c a t o trong các công trình oxy hoá s t và mangan. Lư ng ClO2 th c t kho ng 0,5÷1,5mg/l 3. Các hoá ch t kh trùng g c clo 3.1. Clo nguyên ch t - Trong ñi u ki n bình thư ng clo là ch t khí có màu vàng nh t, mùi khó ch u và r t ñ c. - 15oC clo khí b hoá l ng dư i áp l c nén 5,75 at. Clo l ng có màu vàng xanh, tr ng lư ng riêng 1,34kg/l, mhi t dung 0,2262 kg/kcal - ð hoà tan c a clo vào nư c ph thu c vào nhi t ñ nư c và áp l c riêng ph n c a clo. - Khi áp l c b ng 1 at, nhi t ñ nư c 10oC, 1 lít nư c hoà tan ñư c 3 lít khí clo (9,65g). 14
3. Các hoá ch t kh trùng g c clo 3.2. Canxi hypoclorit Ca(OCl)2 - Ca(OCl)2 là s n ph m c a quá trình làm bão hoà dung d ch vôi s a b ng clo hơi. - Theo lý thuy t, 1kg s ch ch a 49,6% Cl2. Trong s n ph m thương m i, hàm lư ng clo ho t tính ch chi m 30÷45%. - Ca(OCl)2 không hút m, có th b o qu n lâu trong kho t i, khô ráo mà không b gi m ñ ho t tính. 3. Các hoá ch t kh trùng g c clo 3.3. Clorua vôi - Clorua vôi ñư c s n xu t b ng cách cho clo ph n ng v i vôi tôi. - Trong clorua vôi có ch a 40÷45% canxi hypoclorit, lư ng clo ho t tính là 20÷25% - Clorua vôi d hút m và phân hu khí clo nên c n b o qu n trong các kho kín, khô ráo. 15
3. Các hoá ch t kh trùng g c clo 3.4. Clo dioxit ClO2 - ClO2 là ch t khí màu vàng xanh, hoà tan trong nư c và không b n v ng dư i ánh sáng. ClO2 thư ng ñư c dùng ñ kh trùng nư c có ch a phenol và có hàm lư ng ch t h u cơ cao do ph n ng không t o ra clophenol. - ClO2 ñư c s n xu t tr c ti p t i ch b ng cách s c khí clo vào dung d ch natri clorit hay canxi clorit ñã ñư c axit hoá: 2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl Ca(ClO2)2 + Cl2 → 2ClO2 + CaCl2 1kg natri cloxit và 400g clo hơi t o ra 750g ClO2 d ng dung d ch. Kh năng di t trùng c a ClO2 khi pH=7 tương ñương v i clo. 3.5. Natri hypoclorit (nư c javen) NaClO là s n ph m c a quá trình ñi n phân dung d ch mu i ăn. Nư c javen thư ng có n ng ñ ho t tính t 6÷8 g/l. 4. Kh trùng b ng ozon - Ozon là ch t khí ñư c s n xu t t oxy c a không khí. - Phân t ozon hoà tan trong nư c (13 l n nhi u hơn so vơi oxy), tuy nhiên n ng ñ ozon trong nư c thư ng không cao vì n ng ñ ozon trong pha khí nh (15÷20g O3/m3 không khí). - O3 có th oxy hoá-kh tiêu chu n r t cao (2,07V) nên có kh năng oxy hoá nhi u h p ch t h u cơ và vô cơ. - O3 ñư c ñi u ch t i ch s d ng b ng phương pháp phóng ñi n qua không khí ho c oxy. 16
Ch t di t trùng H th ng l n H th ng nh s H th ng nh s (>10,000 ngư i) d ng nư c ng m d ng nư c m t (
18