Bài tiểu luận: Khử trùng nước thải

Chia sẻ: Huỳnh Mạnh Phúc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

249
lượt xem 59
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khử trùng là quá trình ứng dụng một hoặc nhiều phương pháp bao gồm hóa học, lý học nhằm mục đích tiêu diệt, loại bỏ các loài vi khuẩn, vi trùng gây bệnh có trong nước trước khi sử dụng hoặc thải ra nguồn tiếp nhận. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề này, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài tiểu luận "Khử trùng nước thải". Nội dung bài tiểu luận này tổng hợp các phương pháp khử trùng nước thải hay ứng dụng. Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài tiểu luận: Khử trùng nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN TIỂU LUẬN MÔN HỌC: XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ Đề tài : KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI GVGD: PHẠM TRUNG KIÊN SVTH : Nhóm 12 1. Huỳnh Mạnh Phúc (01698.174.047) 2. Nguyễn Minh Nhật 3. Nguyễn Thị Diễm 4. Nguyễn Minh Giáp 5. Trần Trịnh Thị My 6. Lương Xuân Định TP. Hồ Chí Minh, Tháng 03 năm 2015 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................ 1 1.1. Khái niệm .................................................................................................................. 1 1.2. Tầm quan trọng của quá trình khử trùng trong xử lý nước thải ................................ 1 1.3. Lịch sử hình thành và phát triển ................................................................................ 2 CHƯƠNG 2. VỊ TRÍ VÀ CHỨC NĂNG ............................................................................ 3 2.1. Vị trí ........................................................................................................................... 3 2.2. Chức năng .................................................................................................................. 3 CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG .......................................................... 3 3.1. Phương pháp vật lý .................................................................................................... 3 3.1.1. Phương pháp sử dụng tia cực tím ...................................................................... 3 3.1.1.1. Sơ lược về tia cực tím .................................................................................. 3 3.1.1.2. Cơ chế tiêu diệt vi sinh vật .......................................................................... 5 3.1.1.4. Yếu tố ảnh hưởng tới khả năng khử trùng nước bằng tia UV ..................... 7 3.1.1.5. Ưu nhược điểm của tia cực tím ................................................................... 9 3.1.2. Phương pháp nhiệt ............................................................................................ 10 3.2. Phương pháp hóa học .............................................................................................. 11 3.2.1. Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo. ................................................. 11 3.2.1.1. Giới thiệu ................................................................................................... 11 3.2.1.2. Cơ chế khử trùng ....................................................................................... 12 3.2.1.3. Khử trùng bằng Clo lỏng ........................................................................... 13 3.2.1.4. Khử trùng bằng Clorua vôi ....................................................................... 16 3.2.1.5. Khử trùng bằng nước Javen. ..................................................................... 17 3.2.1.6. Một số hợp chất khác của Clo dùng để khử trùng .................................... 18 3.2.2. Khử trùng bằng Ozone. .................................................................................... 21 3.2.2.1. Đặc tính ..................................................................................................... 21 3.2.2.2. Cơ chế khử trùng ....................................................................................... 21 3.2.2.3. Cách tạo ra ozone ...................................................................................... 22 2
3.2.2. Các phương pháp khử trùng hoá học khác ....................................................... 25 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Khái niệm Khử trùng là quá trình ứng dụng một hoặc nhiều phương pháp bao gồm: hóa học, lý học… nhằm mục đích tiêu diệt, loại bỏ các loài vi khuẩn, vi trùng gây bệnh có trong nước trước khi sử dụng (nước cấp) hoặc thải ra nguồn tiếp nhận (nước thải). 1.2. Tầm quan trọng của quá trình khử trùng trong xử lý nước thải Như đã biết, xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên cho hiệu suất xử lý và khử trùng cao nhất, đạt tới 99,9%, còn xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo chỉ đạt được từ 91 – 98%. Hầu hết các loại vi khuẩn trong nước thải không phải là vi trùng gây bệnh, nhưng không thể loại trừ khả năng tồn tại của một vài loại vi khuẩn gây bệnh nào đó. Bảng 1: Khả năng loại bỏ hoặc tiêu diệt vi khuẩn bằng các quá trình khác nhau STT Quá trình Loại bỏ (%) 1 Lưới chắn thô 0–5 2 Lưới chắn mịn 10 – 20 3 Bể lắng cát 10 – 25 4 Lắng thô 25 – 75 5 Kết tủa hóa học 40 – 80 6 Lọc nhỏ giọt 90 – 95 7 Bùn hoạt tính 90 – 98 8 Khử trùng bằng clo 98 – 99.999 Nguồn : Metcalf & Eddy, 2003 Vi khuẩn tuy nhỏ bé nhưng chúng hấp thu nhiều và chuyển hóa rất nhanh cơ chất, chẳng hạn như vi khuẩn lactic trong 1 giờ có thể chuyển hóa một lường đường lactozo nặng gấp 1000 – 10000 lần khối lượng cơ thể của chúng. Vi khuẩn là một loài có khả năng thích ứng mạnh và sinh trưởng rất nhanh và phát triển mạnh, như vi khuẩn Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 1
Escherichia coli trong điều kiện thích hợp cứ khoảng 12 – 20 phút lại phân cắt một lần. Vì vậy, nếu xả nước thải có chứa một lượng nhỏ vi khuẩn gây bệnh ra nguồn cấp nước, ao hồ nuôi cá, hồ bơi… thì khả năng lan truyền bệnh cũng sẽ rất lớn, do đó phải có biện pháp khử trùng nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn, vi trùng gây bệnh nguy hiểm. Vì vậy khử trùng là một khâu rất quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải. 1.3. Lịch sử hình thành và phát triển Từ xa xưa, con người đã biết cách khử trùng nguồn nước trước khi sử dụng. Đó chính là dùng lửa để đun sôi nước, đây là phương pháp khử trùng đơn giản dễ làm nhất. Phương pháp này là dùng nguyên lý thay đổi nhiết độ để tiêu diệt vi khuẩn. Với phương pháp này thì chỉ có thể tiêu diệt được một số loài vi khuẩn nhất định, và không có khả năng ứng dụng với nguồn nước lớn. Nên sau đó, con người đã tìm ra hợp chất khử trùng nhanh, hiểu quả cao, thích hợp với nguồn nước lớn, đó chính là clo. Clo được phát hiện năm 1774 bởi Carl Wilhelm Scheele, là người đã sai lầm khi cho rằng nó chứa oxy. Đến năm 1810, clo được đặt tên bời Humphry Davy, là người đã khẳng định nó là một nguyên tố hóa học. Năm 1835, clo được sử dụng để loại bỏ mùi hôi từ nước. Năm 1890, clo được xem như một chất hóa học khử trùng hiệu quả, là một chất lý tưởng để tiêu diệt các vi khuẩn gay bệnh ở trong nước. Với phát hiện này, clo được ứng dụng cho quá trình khử trùng nước trong Vương quốc Anh và sau đó mở rộng đến Hoa Kỳ vào năm 1908, ứng dụng tại Canada vào năm 1917. Cho đến ngày nay, clo vẫn là một chất qua trọng ứng dụng trong khử trùng nước. Clo là một chất khử trùng lý tưởng, nhưng nó cũng mang lại nhiều nguy hiểm cho con người. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Boston( Mỹ) cho biết, phụ nữ uống nước chứa nhiều Clo dễ bị sẩy thai và nếu sinh con thì tỷ lệ dị tật ở trẻ sơ sinh là rất lớn. Nghiên cứu phát hiện Trihalomethane (THM - các hóa chất nguy hiểm tạo ra phản ứng giữa Clo và các chất tự nhiên trong nước) có thể được thai phụ hấp thụ qua da, ngấm vào bào thai qua nước uống, nước tắm gội thậm chỉ cả khi thai phụ đứng gần luồng hơi nước đang sôi cũng làm tăng nguy cơ nhiễm độc. Vì tính gây độc của clo nên ở các nước tiên tiến trên thế giới, clo không còn được xem là một chất khử trùng lý tưởng nước, họ dần thay thế clo bằng các công nghệ khử trùng khác như: ozone, tia cực tím, … Ngoài clo thì khử trùng bằng tia cực tím cũng xuất hiện khá sớm. Năm 1877, Downes và Blunt đã phát hiện ra các tính chất sát trùng của ánh sáng mặt trời. Năm 1901, sự phát triển của đèn thủy ngân là nguồn ánh sáng tia cực tím nhân tạo. Năm 1906, sử dụng thạch anh làm vật liệu truyền tia cực tím. Tiếp theo là ứng dụng khử trùng nước Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 2
uống đầu tiên ở Marseilles, Pháp, vào năm 1910. Năm 1929, Gates xác định mối liên hệ giữa khử trùng tia cực tím và sự hấp thụ ánh sáng tia cực tím bởi axit nucleic (Gates 1929). Sự phát triển của bóng đèn huỳnh quang trong những năm 1930 đã dẫn đến việc sản xuất các loại đèn ống sát trùng. Nghiên cứu đáng kể về cơ chế khử trùng tia cực tím và bất hoạt của các vi sinh vật xảy ra trong những năm 1950 (Dulbecco 1950, Kelner 1950, Brandt và Giese năm 1956, Powell 1959). Mặc dù các nghiên cứu quan trọng về khử trùng tia cực tím diễn ra trong nửa đầu của thế kỷ 20, việc chi phí thấp của clo và các vấn đề hoạt động với thiết bị khử trùng tia cực tím ban đầu hạn chế sự phát triển của nó như một công nghệ xử lý nước uống. Các ứng dụng tin cậy đầu tiên của ánh sáng tia cực tím để khử trùng nước uống diễn ra ở các thành phố thụy sĩ và áo vào năm 1955 (Kruithof và Van der Leer 1990). Đến năm 1985, số lượng các lắp đặt như ở các nước này đã tăng lên xấp xỉ 500 và 600. Sau khi các sản phẩm phụ khử trùng clo (DBPS) được phát hiện, khử trùng tia cực tím đã trở thành phổ biến ở Na Uy và Hà Lan với việc lắp đặt đầu tiên xảy ra vào năm 1975 và 1980. Tính đến năm 2000, hơn 400 phương tiện khử trùng tia cực tím trên toàn thế giới đã được dung để xử lý nước uống; các cơ sở tia cực tím thường xử lý các dòng dưới 1 triệu gallon mỗi ngày (USEPA 2000). Từ năm 2000, một số lắp đặt tia cực tím lớn trên khắp Hoa Kỳ đã được xây dựng hoặc hiện đang được thiết kế. Lớn nhất trong số các cơ sở này bao gồm một cơ sở 180-MGD hoạt động ở Seattle, Washington, và một cơ sở 2.200- MGD theo thiết kế cho thành phố New York của cơ quan bảo vệ môi trường (Schulz 2004). CHƯƠNG 2. VỊ TRÍ VÀ CHỨC NĂNG 2.1. Vị trí 2.2. Chức năng CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG 3.1. Phương pháp vật lý 3.1.1. Phương pháp sử dụng tia cực tím 3.1.1.1. Sơ lược về tia cực tím Tia cực tím (hay tia tử ngoại, tia UV- Ultraviolet) là bức xạ điện từ với bước sóng ngắn hơn so với ánh sáng nhìn thấy. Tia UV có thể được phân thành nhiều loại khác nhau: Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 3
+ UVA (380-315 nm), hay gọi là sóng dài, + UVB (280-315 nm), hay gọi là bước sóng trung bình: có tác dụng đố i với người như là bỏng nắng hoặc ánh sáng mặt trời có cường độ mạnh, + UVC (100-280 nm),hay gọi là bước sóng ngắn được xem là “chất khử trùng UV”. Ở một bước sóng nào đó tia UV có thể là tác nhân làm tăng đột biến ở vi khuẩn, virus và các vi sinh vật khác. Vi sinh vật ít được bảo vệ khỏi tia UV và không thể sống lâu hơn khi kéo dài thời gian tiế p xúc với tia UV. Mặt trời tỏa ra tia cực tím UVA, UVB và UVC, nhưng bởi vì sự hấp thụ của tầng ozone, 99% tia cực tím đến được mặt đất là thuộc dạng UVA. Bản thân tầng ozone được tạo ra nhờ phản ứng hóa học có sự tham gia của tia UVC. Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 4
Hình 1. 3.1.1.2. Cơ chế tiêu diệt vi sinh vật Các phân tử bị chiếu tia cực tím sẽ hấp thu năng lượng, phá vỡ liên kết trong phân tử và hình thành liên kết mới. Vì lý do này, ánh sáng UVC được gọi là phototoxic (ánh sáng độc hại). Các phân tử quan trọng nhất của các tế bào sống như deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA), rất nhạy cảm với phototoxicity. Tác dụng phổ biến nhất của UV-C là sự hình thành của một vòng xyclobutyl giữa hai loại axit nucleic thymine liền kề nằm trên cùng một sợi DNA / RNA, như thể hiện trong hình ... gọi là thymine dimer, làm biến dạng cơ cấu xoắn ốc của phân tử DNA / RNA ngăn chặn sự kết hợp của phức hợp enzyme phiên mã và sao chép. Kết quả thường dẫn đến ức chế sự sao chép và việc nhân rộng của các phân tử di truyền trong tế bào bị ảnh hưởng, gây chết tế bào đơn lẻ đó.trong tế bào bị ảnh hưởng, dẫn đến cái chết của tế bào đơn lẻ đó. Hình 2. Cơ chế phá hủy DNA 3.1.1.3. Cách bố trí chiếu tia UV trong hệ thống xử lý nước thải Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 5
a. Hệ thống kín Hình 3: Hệ thống chiếu tia UV kín Chú thích: 7. Cổng kiểm soát, 8. Tia cực tím, 9. Đèn diệt khuẩn trong ống thạch anh, 10. Đầu ra, 11. Buồng bằng thép không gỉ, 12. Thanh gạt nước. 1. Đường đi, 2. Nút điều khiển cần gạt nước, 3. Nắp tắt dễ dàng, 4. Đầu di động, 5. Kẹp đầu, 6. Cơ chế gạt nước cấp, Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 6
b. Hệ thống hở Bố trí đèn UV trong hệ thống hở, nghĩa là các đèn UV sẽ đặt trong đường dẫn của các kênh, mương dẫn nước đầu ra. Có thể bố trí đèn vuông góc, hoặc song song với chiều dòng chảy. Hình 4. ….. 3.1.1.4. Yếu tố ảnh hưởng tới khả năng khử trùng nước bằng tia UV Thành phần Ảnh hưởng Ánh sáng tốt nhất vào khoảng 104 -1100F, tức 40°C – 43,3°C. Nhiệt độ Thời gian tiếp Yếu tố này phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy của nước, tốc độ chậm xúc làm tăng thời gian tiếp xúc. Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 7
Công suất của Biểu thị cho lượng ánh sáng được tạo ra từ đèn đèn BOD, COD, Không hoặc ít ảnh hưởng trừ phi các vật liệu axit humic chiếm lượng TOC lớn giá trị BOD. Các vật liệu axit Hấp thụ mạnh bức xạ UV humic Dầu, mỡ Có thể bám vào ống bọc thạch anh của đèn UV và hấp thụ bức xạ UV Hấp thụ bức xạ UV, có thể che chắn cho vi sinh vật TSS Có thể tác động đến khả năng khử trùng, ngoài ra ảnh hưởng đến độ Độ kiềm tan của kim loại dẫn đến hấp thụ bức xạ UV. Can xi, ma nhê và các muối khác có thể tạo thành lớp khoáng lắng Độ cứng đọng trên ống thạch anh đặc biệt là khi tăng nhiệt độ. Ammonia Không hoặc ít ảnh hưởng Nitrit Không hoặc ít ảnh hưởng Nitrat Không hoặc ít ảnh hưởng Hấp thụ mạnh bức xạ UV, có thể kết tủa trên ống thạch anh, có thể Sắt hấp phụ chất rắn lơ lửng và che bức xạ cho vi khuẩn. Mangan Hấp thụ mạnh bức xạ UV pH Có thể ảnh hưởng đến độ tan của kim loại và cacbonat TDS Có thể tác động khả năng khử trùng và tạo thành lớp lắng đọng vô cơ. Chất thải công Phụ thuộc vào thành phần (ví dụ như chất màu) có thể dẫn đến sự thay nghiệp đổi vể độ truyền qua vào ban ngày và theo mùa. Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 8
3.1.1.5. Ưu nhược điểm của tia cực tím  Ưu điểm: - Tia cực tím ở 1 tần số nhất định có thể diệt được 99,99% vi khuẩn, - Đây là phương pháp tự động, không gây ra mùi hôi cũng như ảnh hưởng đến hương vị của nước, - Năng lượng sử dụng ít, - Thanh lọc bằng tia cực tím không sử dụng bất kỳ loại hóa chất nào như chlorine hay để lại bất kỳ độc hại gì cho quá trình lọc nước, - Phương pháp xử lí nhanh, đơn giản, hiệu quả.  Nhược điểm: - Ánh sáng tia cực tím chỉ có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật như vi khuẩn, virus, nấm mốc, tảo, nấm men, cryptosporidium, giardia,.. mà không có khả năng loại bỏ Clo, các kim loại nặng, hợp chất hữu cơ bị hoà tan, - Không loại bỏ được tạp chất có trong nước, - Cần kết hợp với phương pháp lọc trước khi xử lí bằng tia cực tím để nâng cao hiệu quả, - Bức xa ̣ UV-C có thể phá vỡ các liên kế t hóa ho ̣c. Điề u này làm cho chấ t liê ̣u dẻo nhanh bi ̣lão hóa (loa ̣i vâ ̣t liê ̣u dùng để cách điê ̣n, miềng hoặc vòng đệm cách điện) và mô ̣t số chấ t liê ̣u khác, - Ở bước sóng nào đó (bao gồ m cả UVC) tia UV có thể gây ha ̣i cho người và các sinh vâ ̣t khác. Trong hầ u hế t các thiế t bi ̣ khử trùng bằ ng tia UV, đèn UV sẽ đươ ̣c che chắ n làm ha ̣n chế sự tiế p xúc với tia UV như bồ n chứa nước kin ́ hoă ̣c hê ̣ thố ng lưu thông khép kín, thường với các khóa tự đô ̣ng, có thể tự đô ̣ng tắ t đèn khi hê ̣ thố ng bi ̣hở xảy ra do con người. - Đố i với con người, làn da tiế p xúc trực tiế p với bước sóng khử trùng của tia UV có thể gây ra bỏng nhẹ và (trong mô ̣t vài trường hơ ̣p) có thể bi ̣ung thư da. Sự tiế p xúc của mắ t với bức xa ̣ tia UV có thể gây bỏng và tổ n thương giác ma ̣c nghiêm tro ̣ng và làm giảm thi ̣ lực ta ̣m thời hoă ̣c viñ h viễn và kể cả bi ̣ mù trong mô ̣t vài trường hơ ̣p. Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 9
- Đèn UV khi tiếp xúc với không khí có thể tạo ra khí ozone. Ozone trong tầng đối lưu có nhiều tác hại, ảnh hưởng không tốt tới sức khoẻ con người 3.1.2. Phương pháp nhiệt Đun sôi là công nghệ chính được sử dụng để kiểm soát sự lây lan các bệnh qua đường nước. Đây là công nghệ truyền thống được sử dụng trước khi có sự ra đời của các công nghệ xử lý nước hiện đại. Hình 5. Ở phương pháp này, nước sẽ được đun sôi đến 100oC, nhiệt độ cao có khả năng tiêu diệt các loại vi khuẩn và ngăn cản sự gây bệnh của chúng. Đối với những vi sinh vật có khả năng chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc, để tiêu diệt được nhóm vi khuẩn sinh bào tử này, cần đun sôi nước đến 1200C hoặc đun sôi theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện thường 15-20 phút để cho nước nguội dưới 350C và giữ trong vòng 2 giờ tạo điều kiện cho các bào tử phát triển trở lại sau đó lại đun sôi nước thêm một lần nữa (shock nhiệt). Bảng 2: Điều kiện ước chừng để diệt khuẩn bằng sức nóng ẩm Vi sinh vật Tế bào dinh dưỡng Bào tử Nấm men 5 min., 50-60°C 5 min., 70-80°C Nấm sợi 30 min., 62°C 30 min., 80°C Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 10
2-trên 800 min., 100°C Vi khuẩn 10 min., 60-70°C 0,5-12 min., 121°C Virus 30 min., 60°C (Theo sách của Prescott, Harley và Klein)  Ưu điểm: - Là phương pháp khử trùng đơn giản, hiệu quả phù hợp trong những trường hợp cấp bách, - Có hiệu quả trong việc tiêu diệt một số loại vi khuẩn gây bệnh, loại bỏ các mầm bệnh có trong nước như vi khuẩn Cryptosporidia, giardia, E.coli và vi khuẩn gây bệnh thương hàn, - Không gây tác dụng phụ.  Nhược điểm: - Không có khả năng loại bỏ các hạt vật chất, - Đun sôi không loại bỏ được các kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và các dược phẩm độc hại, - Tốn năng lượng nên chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ, - Mất nhiều thời gian đun sôi nước. 3.2. Phương pháp hóa học Cơ sở của phương pháp khử trùng bằng hóa chất là sử dụng chất oxy hóa mạnh hơn để oxy hóa men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng là: các halogen clo, brom; clo dioxyt; các hypoclorit và các muối của nó; ozôn…. Phương pháp khử trùng hóa học có hiệu suất cao nên được sử dụng rộng rãi với nhiều quy mô. 3.2.1. Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo. 3.2.1.1. Giới thiệu Clo được biết đến như một phương pháp khử trùng và bắt đầu được sử dụng rộng rãi tại Vương quốc Anh. Phương pháp khử trùng bằng Clo là phương pháp đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả cao. Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 11
hợp chất, khi clo tác dụng với nước đều cho các phân tử axit hypocloro (HOCl), một hợp chất có khả năng khử trùng rất mạnh. Trong xử lý nước thải, người ta thường dùng các loại Clo sau đây để khử trùng:  Clo lỏng Cl2;  Natri hypoclorit dạng lỏng NaOCl (nước Javen);  Canxi hypoclorit CaOCl2 (Clorua vôi) 3.2.1.2. Cơ chế khử trùng Nguyên tắc chung khi cho Clo và các hợp chất của Clo vào nước axit hypoclorit (HOCl) được hình thành bởi các phản ứng đặc trưng: + Trường hợp dùng Clo lỏng: Cl2 + H2O ↔ HOCl + HCl + Trong trường hợp dùng CaCl2O (Clorua vôi) phản ứng diễn ra như sau: 2CaCl2O + 2H2O ↔ Ca(OH)2 + 2HOCl + CaCl2 + Trường hợp sử dụng Natri hypochlorite: NaOCl + H2O ↔ HOCl + NaOH Axit hypoclorit HOCl là một axit rất yếu, không bền và dễ phân huỷ ngay thành HCl và Oxi nguyên tử. HOCl ↔ HCl + O Hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl- : HOCl ↔ H+ + OCl- Tất cả các chất HOCl, OCl- và Oxi nguyên tử là các chất ôxy hoá mạnh. Chúng ôxy hoá nguyên sinh chất và khử hoạt tính của men, làm tế bào bị tiêu diệt. Quá trình hủy diệt vi sinh vật xảy ra qua hai giai đoạn: đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào của vi sinh vật, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến diệt vong tế bào. Tổng lượng Cl2 và OCl- trong nước gọi là lượng clo hoạt tính. Khử trùng được tiến hành theo các bước: - Xáo trộn hoá chất khử trùng với nước thải trong các bể trộn, thời gian 1÷2 phút; Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 12
- Thực hiện phản ứng tiếp xúc hoá chất khử trùng với nước thải trong các bể tiếp xúc và máng dẫn nước thải ra nguồn với thời gian từ 15 đến 30 phút, phụ thuộc vào các điều kiện xáo trộn và phản ứng. Tuy nhiên, việc khử trùng bằng Clo sẽ khó khăn nếu trong nước thải có nhiều hợp chất hữu cơ bền vững. Khi đó, Clo sẽ kết hợp với các chất này để tạo thành các hợp chất hữu cơ Clo như là trihalomethanes (THM) bao gồm: cloroform, diclomethane, 1,2- dicloethane và carbon tetraclorua...dể gây nguy hại cho nguồn nước, đặc biệt là nguồn phục vụ cho mục đích cấp nước sinh hoạt và bị nghi ngờ có khả năng sinh ung thư. 3.2.1.3. Khử trùng bằng Clo lỏng a. Đặc tính Clo lỏng là một loại Clo nguyên chất có màu vàng xanh,trọng lượng riêng là 1,47 kg/l. Clo lỏng sản xuất trong nhà máy đựng trong các bình có dung tích từ 50 – 500 lít, áp suất trung bình từ 6-8 at. Khi dùng Clo hóa lỏng để khử trùng nước thải, tại nhà máy phải lắp đặt thiết bị chuyên dùng để đưa Clo vào nước gọi là Clorator, Clorator có chức năng định lượng clo, xáo trộn Clo hơi với nước công tác, điều chế và vận chuyển đến nơi sử dụng. Đặc tính kỹ thuật của Clorator chân không: Hình : Cấu tạo Clorator chân không. Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 13
Nguyên lý hoạt động: Dòng nước áp lực từ bơm đi đến, đi qua ejector tạo ra chân không trong Clorator. Nhờ độ chênh áp lực trước và sau van chân không làm cho màng nằm trên rãnh chân không di chuyển , nén lò xo để mở van an toàn ở cửa vào. Khí Clo từ bình chứa đi qua hệ van an toàn và giảm áp lực, lọc qua bộ lọc giữ lại Clo nước còn lại khí Clo, đi vào rãnh chân không, định lượng qua rotamet, đi tiếp vào ống dẩn chân không rồi được hút vào Ejector, theo đường ống dẫn áp lực dẫn vào bể tiếp xúc. Khi Ejector không làm việc, trong Clorator không còn chân không, độ chênh áp lực bằng không, màng dãn ra, lò xo không bị nén, van an toàn ở cửa vào đóng lại. Toàn hệ thống ngừng làm việc. b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng nước bằng clo Tốc độ phản ứng quá trình khử trùng được xác định bằng động học của quá trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào và động học của quá trình phân hủy men tế bào. Tốc độ quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của nước tăng, ngoài ra tốc độ khử trùng còn phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn cả quá trình phân ly. Tốc độ quá trình khử trùng còn phụ thuộc vào cả hàm lượng các chất hữu cơ, các cặn lơ lửng và các chất khử khác. Khi trong nước có hàm lượng cao của các chất này thì tốc độ quá trình khử trùng sẽ giảm đáng kể.  Hàm lượng và thời gian tiếp xúc: Công thức tính thời gian tiếp xúc: Nt  (1  0.23  Ct  t ) 3 No + Nt: Số Coliform ở thời gian t, MPN/100ml. + N0: Số Coliform ở thời gian ban đầu t0, MPN/100ml. + Ct: Hàm lượng clo dư ở thời gian t. + t: Thời gian tiếp xúc, phút  Ảnh hưởng của pH Khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có trong nước. Nồng độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ trong nước hay phụ thuộc vào pH của nước. Khi : + pH = 6 thì HOCl chiếm 99,5%, OCL- chiếm 0,5% + pH = 7 thì HOCl chiếm 79%, OCl- chiếm 21% Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 14
+ pH = 8 thì HOCl chiếm 25%, OCl- chiếm 75% HOCl không phân ly là thành phần khử trùng chính trong nước, thành phần này chỉ có giá trị cao ở pH thấp,điều đó cũng nói lên rằng quá trình dùng clo để khử trùng trong nước chỉ có được hiệu quả cao khi tiến hành ở pH thấp.  Ảnh hưởng của nồng độ Khi một chất khử trùng đặc biệt được cho vào nước, nó không chỉ phản ứng với vi sinh vật gây bệnh, mà còn với các tạp chất khác, chẳng hạn như các kim loại hòa tan, các hạt vật chất hữu cơ và vi sinh vật khác. Nồng độ chất khử trùng được thêm vào nước được tính bởi tổng nhu cầu khử trùng cần thiết để tiêu diệt vi sinh vật và nồng độ chất khử trùng còn lại sau quá trình khử trùng. Do đó, để khử trùng nước một cách hoàn toàn, yêu cầu cần cung cấp một nồng độ chất khử trùng cao hơn nồng độ cần thiết để tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh. Khi tăng nồng độ chất khử trùng, thời gian tiếp xúc cần thiết sẽ giảm xuống và mối quan hệ này được biểu thị qua quan hệ : Cn.t = K + C: Nồng độ chất khử trùng; + t: Thời gian cần thiết để khử trùng đến một giới hạn nhất định; + n: Số mũ; + K: Hằng số quá trình. Theo quy định của TCVN 7957: 2008, liều lượng clo hoạt tính để khử trùng phụ thuộc vào mức độ xử lý và được chọn như sau:  Nước thải sau xử lý cơ học là 10 g/m3;  Nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn là 5 g/m3;  Nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn là 3 g/m3. c. Ưu điểm và nhược điểm.  Ưu điểm: Khử trùng bằng clo có những ưu điểm vượt trội nên vẫn được các nước ứng dụng rộng rãi: + Xử lí với quy mô lớn, + Xử lí được các loại vi khuẩn gây bệnh, Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 15
+ Giá thành rẻ, + Bảo quản, vận chuyển và điều hành dễ dàng, + Xử lí được các sinh vật lớn, + Đòi hỏi ít điện năng, + Sử dụng được cho nhiều mục đích (diệt khuẩn, sắt, mangan, H2S..).  Nhược điểm: + Độc hại trong quá trình vận hành, + Dễ gây nguy hại cho nguồn tiếp nhận, + Không diệt được các virus gây bệnh, trứng Giardia, + Thời gian tiếp xúc lâu (30 phút), + Độ đục của nước có thể làm giảm khả năng xử lý. 3.2.1.4. Khử trùng bằng Clorua vôi a. Đặc tính Là quá trình bảo hòa dung dịch sữa vôi với Clo. Ca(OH)2 + Cl2  CaOCl2 + H2O Theo lí thuyết thì 1kg CaOCl2 sạch chứa 49,6% Cl2, trong sản phẩm thương mại, hàm lượng clo hoạt tính chỉ có từ 30-45%. CaOCl2 là chất rắn màu trắng, không hút ẩm, có thể bảo quản trong kho tối, khô ráo mà không bị giảm độ hoạt tính và dễ tan trong nước. Thiết bị dùng để khử trùng nước thải bằng clorua vôi thường có một hoặc hai thùng hoà trộn, hai thùng dung dịch và máy bơm định lượng. Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 16
Hình : Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của hệ thống khử trùng bằng Clorua vôi. 1: Bột Clorua vôi cấp từ kho; 2: Thùng hoà trộn; 3: Thùng dung dịch; 4: Thiết bị định lượng; 5: Máng trộn nước thải với dung dịch Clo a: nước cấp; b: đường dẫn dung dịch Clorua vôi; c: nước thải; d: bùn cặn Clorua vôi Thùng hoà trộn làm nhiệm vụ trộn Clorua vôi với nước kỹ thuật để đạt dung dịch Clorua vôi dạng sữa nồng độ 10÷15%. Bùn cặn từ thùng này được xả ra ngoài và vận chuyển đi làm khô. Sữa clorua vôi được pha loãng trong thùng dung dịch đến nồng độ dưới 2,5% sau đó được máy bơm định lượng cấp về máng trộn. Khử trùng bằng Clorua vôi thường dùng cho các trạm xử lý nước thải công suất dưới 1000 m3/ngày b. Ưu điểm và nhược điểm.  Ưu điểm: Là chất khử trùng hiệu quả, giá thành rẻ.  Nhược điểm + Bột Clorua vôi hút ẩm, khó bảo quản, + Hoà trộn thủ công. 3.2.1.5. Khử trùng bằng nước Javen. a. Đặc tính Nước javel là dung dịch có nồng độ clo từ 5-15%, nhưng đắt hơn nhiều so với khí clo. Nước Javel là dung dịch hơi vàng có mùi đặc trưng, là chất tẩy trắng trong gia đình với nồng độ là 5% (PH=11), natri hypoclorit không ổn định, khi tiếp xúc với axit, ánh sáng mặt trời, một số kim loại, các khí độc hại và ăn mòn bao gồm cả khí clo, natri Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước 17