Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải Chương 6: GV. Trần Thị Ngọc Diệu (Tóm tắt, Chi tiết)

19 June 2010

MỤC ĐÍCH

Khử trùng nước th ải nh ằm phá h ủy, tri ệt bỏ các lọai vi khu ẩn gây b ệnh nguy hi ểm ch ưa được hoặc không th ể khử bỏ trong quátrình xử lý nước thải.

2 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

CÁC VI SINH VẬT TRONG NƯỚC

CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG

Hypoclorit –canxi d ạng bột – Ca(ClO)2 ( 5% )

Hypoclorit natri, nước javel NaClO

Clorua vôi, CaOCl2

Ozon (s ản xu ất từ không khí b ằng máy t ạo ozon). Ozon s ản xu ất ra được dẫn ngay vào bể hòa tan vàti ếp xúc.

Coliphage

Protozoan

E. Coli

Tia cực tím (UV) do đèn thủy ngân áp lực thấp phát ra. Đènphát tia c ực tím được đặt ng ập trong dòng chảy nước thải.

4 3 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ HỢP CHẤT CỦA CLO

Tốc độ của quátrình kh ử trùng:

Tăng khi tăng nồng độ chất khử trùng

Tăng khi nhiệt độ nước tăng

Dạng không phân ly của chất khử trùng (Dạng không phân ly cao ﬁ hiệu quả khử trùng cao)

Giảm khi trong n ước cócác ch ất hữu cơ, SS vàcác ch ất khử khác.

6 5 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

CÁC PHẢN ỨNG

Sử dụng Clo

Sự phân ly HOCl ph ụ thuộc vào n ồng độ H+ có trong nước, (pH của nước nước)

Quátrình phân ly x ảy ra hoàn toàn khi pH > 4, ở 250C, hằng số phân ly của Clo trong nước:

Cl2 + H2O « HOCl + HCl Hoặc Cl2 + H2O « 2H+ + OCl- + Cl-

[HOCl] [H+] [Cl-]

Sử dụng clorua vôi

K =

= 4,05.10-4

[Cl2]

Với HOCl ở nhiệt độ

Ca(OCl)2 + H2O « CaO + 2HOCl 2HOCl « 2H+ + 2OCl-

00C ﬁ K = 1,5.10-8 100C ﬁ K = 2.10-8 250C ﬁ K = 2.10-8

8 7 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

CÁC DẠNG TỒN TẠI CỦA CLO TRONG NƯỚC

MỨC ĐỘ PHÂN LY CỦA HOCl PHỤ THUỘC VÀO pH, NHIỆT ĐỘ 200C

Cl2, %

OCl-, %

0,05

2,50

21

75

97 99,5

99,9

HOCl, %

ï

HOCl, %

99,95

99,5

97,5

79

25

3 0,5

0,1

g n ô ö

OCl-, %

l

ø

m a H

Khi pH t ăng, nồng độ HOCl gi ảm làm hi ệu qu ả khử trùng giảm tương ứng

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

91011121314

7 pH

9 10 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

TƯƠNG QUAN GIỮA pH VỚI NỒNG ĐỘ HOCl KHÔNG PHÂN LY VÀ TỶ LỆ VI TRÙNG E.COLI BỊ DIỆT SAU 30 PHÚT

TƯƠNG QUAN GIỮA pH VÀTH ỜI GIAN KHỬ TRÙNG CẦN THIẾT

180%

160 100%

140

120

80

100

60

80

Đường cong 1:Hàm lượng HOCl không phân ly theo pH của nước tính theo %

60

40 Thời gian cần thiết để diệt 99% E.coli có trong nước khi hàm lượng clo bằng 0,1 mg/l (phút)

40

20

Đường cong 2: Số % E.coli bị tiêu diệt sau 30 phút

0 2 4 6 8 10 12 pH

5 6 7 8 9 10 11 pH

11 12 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

TỶ SỐ GIỮA MONOCLORAMIN (I) VÀDICLORAMIN (II) ỨNG VỚI CÁC GIÁTR Ị pH KHÁC NHAU Ở 200C

CÁC PHẢN ỨNG

l

2 80%

60

I: Vùng

monocloramin

40

II: Vùng dicloramin

Trong nước cóamoniac, mu ối amoni chất hữu - cơ cóch ứa nhôm amoni, thìclo, HOCl, OCl phản ứng với chúng t ạo thành monocloramin vàdicloramin

20 C H N g n o r t ó c o l c %

0 ﬁ NH2Cl + H2O

5 6 7 8

pH của nước

HOCl + NH3 HOCl + NH2Cl ﬁ NHCl2 + H2O HOCl + NHCl2 ﬁ NCl3 + H2O

13 14 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

TỶ SỐ GIỮA MONOCLORAMIN (I) VÀDICLORAMIN (II) ỨNG VỚI CÁC GIÁTR Ị pH KHÁC NHAU Ở 200C

SỰ THAY ĐỔI KHẢ NĂNG KHỬ TRÙNG CỦA CLORAMIN THEO pH CỦA NƯỚC KHI LƯỢNG Clo LÀ0,8 mg/l vàNH 3 LÀ0,2 mg/l

lượng clo k ết hợp thành

Trị số pH càng cao thì dicloramin càng ít vàmonocloramin càng cao

Tỷ lệ vi trùng bị tiêu diệt

100%

Khả năng diệt trùng giảm (do khả năng diệt trùng của monocloramin từ 3 ÷5 l ần)

80

1: Th ời gian tiếp xúc

60

10 phút

So với clo, kh ả năng di ệt trùng c ủa dicloramin th ấp hơn 20 ÷25 l ần

40

2: Th ời gian tiếp xúc

Clo kết hợp với amoniac t ạo thành cloramin g ọi là clo kết hợp

20

30 phút

0 5 2 7 2 9 2 11

pH của nước

15 16 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

LIỀU LƯỢNG DƯ CẦN THIẾT CỦA CLO TỰ DO VÀ

BỂ TIẾP XÚC KHỬ TRÙNG

CLORAMIN ỨNG VỚI CÁC GIÁTR Ị pH KHÁC NHAU

1: Lượng clo tự do

trong nước sau 10 phút

Hàm lượng clo dư trong nước (tính theo Cl2), mg/l

2: Lượng cloramin dư cần cósau 60 phút tiếp xúc với nước

2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0

6 7 8 9 10 pH của nước

17 18 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

THIẾT BỊ PHA CHẾ CLO

LIỀU LƯỢNG CLO

Liều lượng clo:

Nước thải sau xử lý cơ học: 10g/m3.

Nước thải sau khi xử lý sinh học không hòan tòan ở bể aerotank hoặc bể biophin cao tải: 5g/m3.

Nước thải sau khi xử lý sinh học hòan tòan: 3g/m3.

Lượng clo dư: 0,5mg/l

19 20 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

KHỬ TRÙNG BẰNG OZON

Ozon không b ền vững, bị phân hủy rất nhanh thành khíoxy (cid:222) không lưu trữ màph ải dùng máy sản xuất tại nơi sử dụng

ết bị

Nguyên tắc sản xu ất ozon: cho oxy qua thi phóng ti lửa điện

Máy phát tia lửa điện gồm hai điện cực kim loại đặt cách nhau một khoảng cho không khí đi qua.

Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ quang

Không khí đi qua khe hở giữa các điện cực chuyển một phần oxy thành ozon.

21 22 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

KHỬ TRÙNG BẰNG OZON

Hiệu quả phụ thuộc vào:

–Ch ất lượng nước

– Cường độ khuấy trộn

Không khí v ừa làngu ồn cung c ấp oxy v ừa làch ất điện môi để san đều điện tích phóng ra trên tòan b ề mặt điện cực, ng ăn cản hi ện tượng phóng điện quá tải cục bộ.

–Th ời gian tiếp xúc

Sản ph ẩm ph ụ của quátrình s ản xu ất ozon lànhi ệt lượng

Ở nhiệt độ cao ozon sản xuất ra rất dễ bị phân hủy

Lắp đặt thi ết bị làm lạnh điện cực ở máy sản xu ất ozon

23 24 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

KHỬ TRÙNG BẰNG OZON

ƯU ĐIỂM CỦA OZON

Dựa vào th ời gian ti ếp xúc t ừ 48 phút, thi ết kế 3 loại bể hòa tan vàkhu ấy trộn ozon vào nước:

–Không mùi

– Đi qua lớp lọc nổi

–Gi ảm nhu cầu oxy trong nước

–Dùng ejector

–Gi ảm nồng độ chất hữu cơ

–Dùng cánh khu ấy để hòa tan khí

–Gi ảm nồng độ các chất hoạt tính bề mặt

–Kh ử màu, phenol, xianua

– Tăng nồng độ oxy hòa tan

–Không có s ản phẩm phụ gây độc hại

– Tăng vận tốc lắng của các hạt lơ lửng

25 26 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

KHẢ NĂNG KHỬ TRÙNG CỦA OZON

NHƯỢC ĐIỂM CỦA OZON

– Vốn đầu tư cao

Độ hòa tan của ozon lớn gấp 13 lần so với oxy

– Tiêu tốn năng lượng điện

Khi mới cho ozon vào, khả năng diệt trùng rất ít

Khi đủ liều lượng thìoxy hóa ch ất hữu cơ vàvi khuẩn trong n ước tác d ụng kh ử của ozon nhanh gấp 3100 lần so với clo

Thời gian khử trùng xảy ra khoảng từ 3 ÷8 gi ờ

27 28 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN

KHẢ NĂNG KHỬ TRÙNG CỦA OZON

Các loại điện phân

Lượng ozon cần khử trùng từ 0, 20, 5 mg/l

Thời gian đủ lâu: (khoảng 5 phút) ozon tác dụng tiêu diệt virut rất mạnh

Điện phân không bổ sung các h ợp chất clo

Khả năng sử dụng ozon trong xử lý nước

–Kh ử chất rắn trong nước

+ ﬁ NO3

Điện phân dung dịch mu ối ăn, sau đó đưa nước vào khử trùng

– Tăng pH, do CO2 thoát ra –Chuy ển NH4 Nồng độ O3 > 1mg/l; gây độc hại cho ng ười quản lý vận hành ﬁ biện pháp ngăn ngừa

29 30 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN

Clorua vôi CaOCl2

CaOCl2 + 2H2O 1 2HClO + CaCl2 + Ca(OH)2 HClO 1 H+ + ClO-

Điện phân dung dịch muối NaCl: cực dương phân tách ion clo 2Cl- (cid:142) Cl2 + 2e Cl2 + H2O 1 HClO + HCl Cl2 + OH- 1 HClO + Cl-

Cực âm diễn ra quátrình liên k ết phân tử nước

H2O + e = OH- + H+

Tạo thành sản phẩm diệt khuẩn HOCl vàClO - Như vậy, th ực ch ất của quátrình điện phân muối ăn để khử trùng cũng làquátrình clo hoá.

Ion OH- liên kết với ion Na+ ở lại trong dung dịch

HClO + NaOH = NaHClO + H2O

NaClO + H2O = NaOH + HClO

31 32 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010

LIỀU LƯỢNG HOÁCH ẤT CẦN THIẾT

Lượng clo h ọat tính c ần thi ết để khử trùng:

(kg/h)

Vmax = a × Qmax

Trong đó:

Qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/h).

a:

liều

lượng clo h ọat tính (g/m

3).

34 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

LIỀU LƯỢNG HOÁCH ẤT CẦN THIẾT

Nếu sử dụng clorua vôi:

Liều lượng tối đa của dung dịch clo (clo lỏng vàvôi):

· ·

100 a Q

max

=

· ·

X

100

a Q

max

P

q max

P C

Trong đó:

clorua

Qmax: lưu lượng tối đa của nước th ải (m3/h).

Cclorua: Hàm lượng clo trong dung dịch g/l Hàm lượng ho ạt tính ở trong dung d ịch clorua vôi được xác định bởi quan hệ:

a:li ều lượng clo họat tính (g/m3)

Cclo hoạt tính = PCclorua/100

P: hàm l ượng clo h ọat tính (%) trong clorua vôi thường lấy bằng 30%

Đối với clo l ỏng thì n ồng độ clo ho ạt tính b ằng nồng độ clo trong nước, nghĩa là Cclo.ht = Cclo

35 36 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

THIẾT BỊ

Dung tích hữu ích của thùng:

Thiết bị:

W = aQ/1000.b.n

–Thùng hoàtr ộn,

Trong đó:

–Thùng định lượng,

–Thùng dung d ịch

Q – lưu lượng trung bình c ủa nước cần kh ử trùng, m3/ngày.

a –li ều lượng clo hoạt tính.

Thùng hoàtr ộn: trộn clorua vôi v ới nước tạo dung dịch dạng sữa:

Nồng độ 25%

b – nồng độ dung dịch clorua vôi, lấy không lớn hơn 25%.

n – s ố lần hòa tr ộn clorua vôi trong ngày, l ấy trong khoảng 2 –6 l ần phụ thuộc vào công suất trạm.

37 38 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG

19 June 2010 19 June 2010

THIẾT BỊ

KHỬ TRÙNG BẰNG CLO LỎNG

Dẫn clo trực tiếp vào nước thải hoặc qua clorator

Thùng định lượng: thường cóhình ovan trên mặt bằng,

Phân loại clorator:

Kích thước: 0,5 x 0,4 x 0,5m (D x R x C)

Clorator ho ạt động liên t ục: đưa một lượng clo c ố định vào nước thải trong một thời gian xác định. sử dụng đối với những trạm cócông su ất 25 –50kg clo/h.

Clorator ho ạt động theo t ỉ lệ: lượng clo qua clorator t ự động thay đổi theo tính ch ất và lưu lượng nước th ải. áp dụng đối với những trạm cócông su ất không lớn.

Clorator chân không ho ạt động liên t ục. clo được gi ữ dưới áp lực th ấp hơn áp su ất của không khí do đó hơi clo không bay ra ngoài môi trường xung quanh.

39 40 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG