Luận văn tốt nghiệp: Đánh giá việc sử dụng clo lỏng trong xử lý nước cấp

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Đánh giá việc sử dụng clo lỏng trong xử lý nước cấp" nhằm nghiên cứu việc sử dụng Clo lỏng trong xử lý nước; nghiên cứu các sự ảnh hưởng của các sản phẩm phụ của khử trùng tới sức khỏe con người; đánh giá các giải pháp loại bỏ hoặc giảm thiểu Trihalomethanes trong xử lý nước. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tốt nghiệp: Đánh giá việc sử dụng clo lỏng trong xử lý nước cấp

HÌNH VẼ Hình 1. Sơ đồ điều chế Cl2 trong phòng thí nghiệm .................................................10 Hình 2. Sơ đồ điều chế Cl2 trong công nghiệp ..........................................................11 Hình 3. Sơ đồ tính toán nhu cầu clo cần thiết cho khử trùng ....................................16 Hình 4. Hệ thống pha chế Clo – Clorator .................................................................19 Hình 5. Sơ đồ hệ thống khử trùng bằng clo ..............................................................20 Hình 6. Biểu đồ so sánh nồng độ phân ly HOCl và OCl- theo pH ...........................22 Hình 7. Biểu đồ tiêu thụ clo trong xử lý nước ..........................................................27 Hình 8. Mô hình bàng quang.....................................................................................41 Hình 9. Bước sóng của tia cực tím ............................................................................55 Hình 10. Nguyên lý diệt trùng của tia cực tím ..........................................................56 Hình 11. Nồng độ THMs tạo thành sau 1 ngày clo hoá các mẫu nước giả ..............60 Hình 12. Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH tới sự tạo thành THMs .............................61 Trang 4
MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của đề tài Nước là một hợp chất liên quan trực tiếp và rộng rãi đến sự sống trên trái đất, là cơ sở của sự sống của mọi sinh vật. Đối với thế giới vô sinh nước là một thành phần tham gia rộng rãi vào các phản ứng hóa học, là dung môi và là môi trường tàng trữ các điều kiện để thúc đẩy hay kìm hãm các quá trình hóa học. Đối với con người và các hoạt động sản xuất, nước là nguồn nguyên liệu chiếm tỉ trọng lớn nhất. Do nhu cầu nước càng tăng và chất lượng nước ngày càng đòi hỏi cao hơn, các nguồn nước đủ tiêu chuẩn từ các nguồn thiên nhiên ngày càng ít đi nên việc phải áp dụng các công nghệ xử lý nước nhằm thỏa mãn chất lượng cho mục đích sử dụng ngày càng gia tăng. Công nghệ xử lý nước đặt ra mục tiêu là loại bỏ các thành phần tạp chất không phù hợp với mục đích sử dụng hoặc đưa các tạp chất đó về dạng chấp nhận được trong phạm vi cho phép. Hiện nay việc sử dụng clo lỏng trong xử lý nước cấp là công nghệ được sử dụng rộng rãi không những ở Việt Nam mà trên toàn thế giới. Clo được sử dụng trong xử lý sơ bộ khi nước hợp chất hữu cơ, sắt, mangan, H2S, nước bị nhiễm khuẩn nặng. Sau khi nước được xử lý sạch Clo được dùng để khử trùng, tiêu diệt các loại vi khuẩn còn tồn tại trong nước. Do có tính oxi hoá cao, chi phí thấp và dễ sử dụng nên Clo được sử dụng rất rộng rãi. Tuy nhiên trong những năm gần đây người ta đã phát hiện ra những sản phẩm phụ của clo gây ảnh hưởng rất xấu đến sức khoẻ con người mà điển hình là hợp chất Trihalomethanes. Trihalomethanes là sản phẩm phụ được hình thành do các halogen kết hợp với các hợp chất hữu cơ trong nước. Trihalomethanes có tác động xấu đến sức khỏe con người đặc biệt có thể gây bệnh ung thư ở nồng độ cao. Nhiều chính phủ đã đặt ra giới hạn cho phép nồng độ Trihalomethanes trong nước uống ví dụ như Hoa Kỳ là 80 phần tỷ. Trang 5
Xuất phát từ hiện trạng nêu trên, vấn đề đánh giá việc sử dụng clo lỏng trong xử lý nước cấp là rất cần thiết. Trên cơ sở những luận cứ này em đã nghiên cứu đề tài: “Đánh giá việc sử dụng clo lỏng trong xử lý nước cấp”. 2. Mục tiêu của đề tài  Nghiên cứu việc sử dụng Clo lỏng trong xử lý nước.  Nghiên cứu các sự ảnh hưởng của các sản phẩm phụ của khử trùng tới sức khỏe con người.  Đánh giá các giải pháp loại bỏ hoặc giảm thiểu Trihalomethanes trong xử lý nước. 3. Nội dung nghiên cứu của đề tài  Thu thập các số liệu cần thiết phục vụ cho đề tài.  Khái quát các công nghệ xử lý nước có sử dụng Clo lỏng hiện nay  Phân tích nguyên nhân tạo thành các hợp chất gây hại khi sử dụng clo trong xử lý nước. Khái quát ảnh hưởng của Trihalomethanes tới sức khỏe con người.  Đề xuất các giải pháp và công nghệ trong xử lý nước để giảm thiểu và loại bỏ các hợp chất có hại của clo.  Đánh giá việc sử dụng clo trong xử lý nước 4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu các dây chuyền công nghệ xử lý nước có sử dụng clo lỏng trong một số công đoạn. 5. Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu lý thuyết  Thu thập thông tin và tài liệu về các công nghệ xử lý nước có sử dụng clo hiện nay ở Việt Nam và thế giới. Trang 6
 Nghiên cứu tài liệu về các tác nhân gây hại của các hợp chất chứa clo sinh ra trong quá trình xử lý nước tới sức khỏe con người. Phân tích các thông tin thu thập được để viết luận văn. * Phương pháp chuyên gia  Tham khảo và xin ý kiến đóng góp của các chuyên gia. Trang 7
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CÓ SỬ DỤNG CLO LỎNG 1.1. CỞ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.1. Khái quát về Clo 1.1.1.1. Nguyên tố clo Nguyên tố clo có kí hiệu hóa học là Cl, khối lượng nguyên tử: 35,45, vị trí trong hệ thống tuần hoàn: ô số 17, nhóm VIIA, chu kì 3, phân nhóm chính 7a, công thức phân tử: Cl2. Vào năm 1774 clo được khám phá bởi nhà hóa học Thụy Điển Carl William Scheele và được thừa nhận là một nguyên tố vào năm 1810 bởi nhà hóa học người Anh Humphry Davy. Tuy nhiên hợp chất chứa clo được con người sử dụng rộng rãi từ thời xa xưa điển hình là muối ăn (NaCl). Thời trung cổ, các nhà giả kim thuật đã biết điều chế axit clohidric bằng cách cho axit sunfuric tác dụng với muối ăn. Tên gọi clo (Chloas) theo tiếng Hy lạp có nghĩa là “vàng lục”, đó cũng chính là màu sắc của khí clo. Clo chiếm 0,05% khối lượng vỏ trái đất. Do hoạt động hoá học mạnh nên clo hầu như chỉ tồn tại trong tự nhiên ở dạng hợp chất, chủ yếu là muối clorua (NaCl) . NaCl có nhiều trong nước biển và những vỉa lớn rải rác trong vỏ trái đất ở dạng rắn gọi là muối mỏ. Ngoài ra một vài hợp chất khác của clo cũng phổ biến trong tự nhiên, ví dụ kali clorua là thành phần của chất khoáng cacnalit KCl.MgCl2.6H2O. 1.1.1.2. Tính chất vật lý Ở điều kiện thường, clo là chất khí màu vàng lục, mùi xốc, nặng hơn không khí 2,5 lần. Dưới áp suất thường, clo hóa lỏng ở -33,6oC và hóa rắn ở -101,0oC. Ở 20oC, một thể tích nước hoà tan 2,5 thể tích clo. Dung dịch của khí clo trong nước còn gọi là nước clo có màu vàng nhạt. Khi tồn trữ và vận chuyển, clo tồn tại ở trạng thái khí hóa lỏng bằng cách nén khí clo trong các bình thép chịu lực ở áp suất 6÷8at. Trang 8
Khí clo rất độc, một lượng nhỏ cũng gây ra sự kích thích mạnh đường hô hấp và viêm các niêm mạc. Hít phải nhiều clo thì bị ngạt và có thể chết. 1.1.1.3. Tính chất hóa học Clo khi tạo thành hợp chất với các nguyên tố flo và oxi thì có số oxi hóa dương (+1,+3,+5,+7) còn trong các hợp chất khác clo có số oxi hóa âm (-1). Khi tham gia phản ứng, nguyên tử clo dễ nhận thêm 1e để thành ion clorua: Cl + 1e  Cl- Tính chất hóa học cơ bản của clo là tính oxi hóa mạnh. Tẩy màu tẩy mùi và khử trùng rất tốt. + Tác dụng với kim loại Clo tác dụng trực tiếp với hầu hết các kim loại, phản ứng xảy ra nhanh, toả nhiều nhiệt. Sản phẩm là các muối halogenua ứng với số oxi hóa cao nhất kim loại. + Tác dụng với hiđro Ở nhiệt độ thường và trong bóng tối, khí clo oxi hóa chậm hiđro. Khi được chiếu sáng mạnh hay hơ nóng, phản ứng trên xảy ra nhanh và có tiếng nổ. Hỗn hợp nổ mạnh nhất khi tỉ lệ mol giữa hiđro và clo là 1:1. + Tác dụng với nước Phản ứng đặc trưng của quá trình là sự thủy phân của Clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric: Cl2 + H2O  HOCl + HCl Trang 9
Đây chính là phản ứng đặc trưng của công nghệ xử lý nước. + Tác dụng với muối của các halogen + Tác dụng với các chất khử 1.1.1.4. Điều chế Clo + Trong phòng thí nghiệm Clo được điều chế bằng phản ứng giữa axit clohiđric đặc với một chất oxi hoá mạnh như mangan đioxit, kali pemanganat, kali clorat, … Sơ đồ điều chế Hình 1: Sơ đồ điều chế Cl2 trong phòng thí nghiệm Trang 10
+ Trong công nghiệp Clo được điều chế bằng cách điện phân dung dịch muối ăn bão hòa. Trong bình điện phân, nhờ tác dụng của dòng điện một chiều, ion Cl- bị oxi hóa thành Cl2 thoát ra ở cực dương còn ở cực âm nước bị khử, người ta thu được khí H 2 và dung dịch NaOH. Cần có một màng ngăn xốp giữa hai điện cực để khí clo không tiếp xúc với dung dịch NaOH. Hình 2: Sơ đồ điều chế Cl2 trong công nghiệp 1.1.2. Ứng dụng của Clo trong xử lý nước Do có tính oxi hóa mạnh, tẩy màu, tẩy mùi và khử trùng rất tốt nên Clo là một hóa chất quan trọng trong công nghệ xử lý nước. 1.1.2.1. Clo hóa sơ bộ Sử dụng clo để clo clo hóa sơ bộ khi: Nước có màu, có mùi vị; Nước có nhiều sinh vật phù du, rong tảo; Nước nhiễm amoniac (NH3); Nước bị nhiễm bẩn, có nhiều vi trùng. 1.1.2.2. Xử lý nước nhiễm sắt và mangan Trang 11
Khi nước nhiễm sắt và mangan sẽ có màu vàng và mùi tanh. Khi hàm lượng sắt và mangan trong nước vượt quá tiêu chuẩn cho phép thì phải xử lý. Clo được sử dụng làm chất oxi hóa sắt và mangan trong trường hợp nước mặt có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao tạo ra dạng keo bảo vệ và nước ngầm nhiễm H2S. 1.1.2.3. Khử trùng nước sau lọc Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và vi trùng. Sau các quá trình sử lý cơ học nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi khuẩn gây bệnh cần phải tiến hành khủ trùng nước. Do tính diệt trùng cao, dễ sử dụng và giá thành rẻ hơn so với các phương pháp khử trùng khác nên Clo lỏng được lựa chọn làm hóa chất khử trùng trong hầu hết các dây chuyền xử lý nước. 1.2. CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CÓ SỬ DỤNG CLO LỎNG 1.2.1. Clo hóa sơ bộ Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước các quá trình lắng, lọc để tăng hiệu quả xử lý nước. Clo hóa sơ bộ có tác dụng khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng, oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các kết tủa tương ứng, oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu, khử mùi, ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc; tăng khả năng keo tụ khi xử lý hóa chất trước quá trình lắng. 1.2.1.1. Khử nước có mùi vị Hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều có mùi và vị, nhất là mùi. Theo nguồn gốc phát sinh mùi được chia làm 2 loại: mùi tự nhiên và mùi nhân tạo. Mùi tự nhiên chủ yếu là do hoạt động sinh sống và phát triển của các vi sinh vật và rong tảo có trong nước. Mùi nhân tạo chủ yếu là do ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt và công Trang 12
nghiệp gây ra. Có thể đưa ra một số ví dụ về mùi trong nước như: Nước ngầm có mùi trứng thối là do có khí H2S, kết quả của quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong lòng đất và hòa tan vào mạch nước ngầm, nước có mùi tanh của sắt và mangan; Nước mặt (sông, suối, ao hồ) có mùi tanh do sự xuất hiện của các loại tảo và vi sinh vật. Phương trình phản ứng khi khử H2S bằng Clo: 4Cl2+H2S+4H2O  8HCl + H2SO4 + Liều lượng clo dùng để xử lý H2S Lcl =0,47[H2S] (mg/l) Trong đó: Lcl: Liều lượng clo (mg/l) [H2S]: Hàm lượng H2S có trong nước (mg/l) 1.2.1.2. Khử nước có màu Nước nguồn có màu vàng thường do sự tồn tại của hợp chất sắt và mangan. Nước có màu xanh là do tảo và các hợp chất hữu cơ. Nước có độ màu cao thường gây khó chịu về mặt cảm quan. Với việc clo hóa sơ bộ, keo tụ, lắng lọc có thể làm giảm độ màu của nước. + Liều lượng clo dùng để xử lý khử màu Trong thực tế, nhu cầu clo để xử lý nước phải được xác định trong điều kiện thực nghiệm. Nhu cầu đó phụ thuộc vào chất lượng nước nguồn, nhiệt độ, độ pH…Tuy nhiên khi không có đủ điều kiện thí nghiệm cụ thể thì có lấy theo TCXD 33-2006: Liều lượng hoá chất chứa Clo (theo Clo hoạt tính) khi Clo hoá trước để xúc tiến quá trình keo tụ, quá trình khử mầu và khử trùng, cũng như để đảm bảo yêu cầu vệ sinh cho các công trình cần lấy bằng 2 - 6mg/l. 1.2.1.3. Xử lý amoniac và các muối amoni Trang 13
Khi trong nước có ammoniac, các muối amoni hay các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm amoni thì clo, axit hypoclorit, ion hypoclorit tham gia vào phản ứng với chúng tạo thành monocloramin, dicloramin và tricloramin. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau: HOCl + NH3  NH2Cl + H2O HOCl + NH2Cl  NHCl2 + H2O HOCl + NHCl2  NCl3 + H2O Ba phản ứng này phụ thuộc vào nhiệt độ của nước, độ pH , thời gian tiếp xúc và tỉ lệ giữa clo và amoniắc. Monocloramin, monocloramin và tricloramin được gọi chung là hợp chất cloramin hay còn gọi là clo kết hợp. Tính chất của hợp chất cloramin là chất khử trùng kém, nhưng lại chế kiềm chế vi khuẩn rất tốt. + Liều lượng clo dùng để xử lý các hợp chất chứa Nitơ Lượng clo dùng để xử lý NH4+ và NO2-: Lcl = 6 × [NH4+] + 1.5 × [NO2-] + 3 (mg/l) Trong đó: Lcl: Liều lượng clo (mg/l) [NH4+], [NO2-]: Hàm lượng các hợp chất chứa Nitơ (mg/l) 1.2.1.4. Xử lý nước bị nhiễm bẩn nặng, có nhiều vi trùng (khử trùng) Khi nước thô bị nhiễm khuẩn nặng sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu quả xử lý ở giai đoạn lắng lọc, vì vậy phải clo hóa sơ bộ để khử trùng. Khả năng khử trùng của clo chính là do khi tác dụng với nước tạo ra nhiều phân tử axit hypoclorit HOCl có tác dung khử trùng rất mạnh. Quá trình diệt vi khuẩn xảy ra qua 2 giai đoạn. Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua lớp vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với lớp men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào. Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ nước tăng đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, Trang 14
vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng bị chậm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lửng và các chất khử khác. Phản ứng đặc trưng của quá trình là sự thủy phân của Clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric: Cl2 + H2O  HOCl + HCl Hoặc ở dạng phương trình phân ly: Cl2 + H2O  2H+ + OCl- + Cl- Khả năng diệt trùng của Clo phụ thuộc vào sự tồn tại của HOCl. Mà sự phân ly của HOCl lại phụ thuộc vào nồng độ ion H+ có trong nước, phụ thuộc vào pH của nước. Kết quả thực nghiệm cho thấy:  Quá trình thủy phân của Clo xảy ra hoàn toàn khi pH>4.  Khi pH=6 thì HOCl chiếm 99.5% còn OCL- chiếm 0.5%  Khi pH=7 thì HOCl chiếm 79% còn OCl- chiếm 21%  Khi pH=8 thì HOCl chiếm 259% OCl- chiếm 75% Khi pH tăng, nồng độ HOCl giảm là cho hiệu quả khử trùng giảm đi tương ứng. Để tiến hành khử trùng nước bằng Clo đạt hiệu quả cao nhất nên tiến hành khi nước có độ pH thấp, trước khi xử lý ổn định nước. Xét về mặt hiệu quả theo thời gian cho thấy để diệt được 99% số Ecoli có trong nước bằng liều lượng 0,1 mg/l Clo tự do, thời gian cần thiết đã tăng từ 6 phút khi pH = 6 lên 180 phút khi pH = 11. Khi trong nước có ammoniac, hoặc các hợp chất amoni, thì sẽ tiêu tốn 1 lượng clo để phản ứng với các hợp chất này theo như phân tích tại mục 1.2.1.3. Khi trị số pH càng cao thì lượng clo kết hợp thành dicloramin càng ít và nồng độ monocloramin trong nước càng cao, đồng thời khả năng diệt trùng càng giảm đi. Khả năng diệt trùng của monocloramin thấp hơn của dicloramin khoảng 3 đến 5 lần. So với clo thì khả năng diệt trùng của dicloramin lại thấp hơn từ 20 đến 25 lần. Như vậy khi khử trùng nước có chứa ammoniac và hợp chất amoni, muốn đạt được hiệu Trang 15
quả cao nhất, cần sử dụng một lượng clo lớn để có được lượng clo dư cần thiết là clo tự do. + Liều lượng clo dùng để xử lý Phương pháp thực nghiệm thường dùng để xác định nhu cầu clo cho vào nước là phương pháp “điểm gãy”. Nội dung của phương pháp “điểm gãy”: Trong một dãy bình đựng cùng một thể tích nước, cho thêm dần vào các bình đó liều lượng clo tăng dần. Nhu cầu clo của nước được xác định ở bình có sự bắt đầu xuất hiện clo tự do sau một thời gian tiếp xúc quy định (thường là 2h). Chỉ xác định lượng clo dư vì đó là dạng hiệu quả nhất của clo để khử trùng. Tuy nhiên trong nước tự nhiên thường có nhiều hợp chất khác nhau nên mối quan hệ giữa nồng độ clo tổng và với lượng clo thêmvào là khá phức tạp. Đồ thị điển hình nhất thể hiện mối liên hệ giữa các đại lượng được thể hiện như hình 3. Nhu cầu clo = 0 Clo hóa nước có tạp chất và amoniac A B C Mono và dicloramin Phân hủy dicloramin D P Clo cho thêm (mg/l) Hình 3: Sơ đồ tính toán nhu cầu clo cần thiết cho khử trùng  Miền A: Clo tác dụng với các chất hoạt động có trong nước (sắt, mangan, sulfua...). Trang 16
 Miền B: Clo tác dụng với amoniắc tạo monocloramin.  Miền C: Clo phân hủy monocloramin tạo dicloramin.  Điểm P là điểm tới hạn, sau điểm đó clo thêm vào nước để tạo clo tự do. Khử trùng nước cấp chỉ có hiệu quả khi tiến hành ở miền D khi clo hóa qua điểm tới hạn P. 1.2.2. Xử lý sắt và mangan 1.2.2.1. Xử lý sắt Trong nước thiên nhiên kể cả nước mặt và nước ngầm đều có chứa sắt. Hàm lượng sắt và dạng tồn tại của chúng tùy thuộc vào từng loại nguồn nước, điều kiện môi trường và nguồn gốc tạo thành chúng. Trong nước mặt sắt tồn tại ở dạng hợp chất Fe3+ thường là Fe(OH)3 không tan ở dạng keo hay huyền phù hoặc ở dạng hợp chất hữu cơ phức tạp ít tan. Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe2+) là thành phần của các muối hoà tan như: Fe(HCO3)2; FeSO4…hàm lượng sắt có trong các nguồn nước ngầm thường cao và phân bố không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới đất sâu. Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước co mùi tanh và có màu vàng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất. Do đó, khi mà nước có hàm lượng sắt cao hơn giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì chúng ta phải tiến hành khử sắt. Biện pháp khử sắt đơn giản và hiệu quả nhất thường được áp dụng là làm giàu oxi cho nước nhiễm sắt để tạo điều kiện cho Fe2+ oxi hóa thành Fe3+ sau đó Fe3+ thủy phân thành hợp chất ít tan Fe(OH)3, đây chính là nguyên lý của quá trình làm thoáng. Tuy nhiên khi trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽ tạo ra dạng keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của các chất ôxy hoá mạnh. Đối với nước ngầm, khi làm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì lượng ôxy thu được nhờ làm thoáng không đủ để ôxy hoá hết H2S và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng đến hoá chất để khử sắt. Khi dùng clo để khử sắt sẽ xảy ra phản ứng: 2Fe2+ + Cl2 + 6H2O  Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+ Trang 17
+ Liều lượng clo dùng để xử lý sắt Lượng clo dùng để xử lý [Fe]: Lcl = 1,56 × [Fe] (mg/l) Trong đó: Lcl: Liều lượng clo (mg/l) [Fe]: Hàm lượng sắt tổng có trong nước (mg/l) 1.2.2.2. Xử lý mangan Việc loại bỏ mangan trong nước cũng tương tự như trường hợp loại bỏ sắt. Phương trình phản ứng khi sử dụng clo để khử mangan xảy ra như sau: Mn2+ + Cl2 + H2O  2Mn4+ + 2Cl- + 2H+ + Liều lượng clo dùng để xử lý mangan Lượng clo dùng để xử lý [Mn2+]: Lcl = 0,78 × [Mn2+] (mg/l) Trong đó: Lcl: Liều lượng clo (mg/l) [Mn2+]: Hàm lượng mangan trong nước (mg/l) 1.2.3. Khử trùng nước sau lọc Tất cả các hoạt động trong sinh hoạt và sản xuất của con người đều tạo ra chất thải. Các chất thải tồn tại ở dạng chất rắn, chất lỏng và thể khí. Ngoài các tạp chất vô cơ, hữu cơ…trong nước thải còn có nhiều loại vi sinh vật như vi khuẩn, vi trùng, virut gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn…. Tiêu chuẩn cấp nước sạch là phải loại trừ được các nguồn gây bệnh đó. Thực tế thấy rằng hầu hết các tác nhân gây bệnh được tách ra khỏi nước trong quá trình đầu giai đoạn lọc tuy nhiên chỉ với các quá trình xử lý cơ học (lắng, lọc) thì không thể loại trừ được các loài vi sinh vật và vi trùng có trong nước. Do vậy, để có nguồn nước đảm bảo an toàn vệ sinh đưa tới người sử dụng bắt buộc phải tiến hành các biện pháp khử trùng. Khử trùng nước sau Trang 18
lọc là việc loại bỏ hoàn toàn các vi sinh vật gây bệnh trước khi cấp vào mạng cấp nước sinh hoạt. Cơ sở của phương pháp khử trùng bằng các chất 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: clo, 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. Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất, khi clo tác dụng với nước đều cho các phân tử axit hypocloro (HOCl), một hợp chất có năng lực khử trùng rất mạnh. Bản chất của quá trình khử trùng bằng clo đã được trình bày tại mục 1.2.1.4 ở trên. + Nguyên lí hoạt động của hệ thống định lượng clo lỏng Hình 4: Hệ thống pha chế Clo – Clorator 1. Cân bàn 2. Giá đặt bình clo 3. Bình clo lỏng Trang 19
4. Ống dân hơi clo 5. Van khóa 6. Ống dân hơi clo 7. Bình trung gian 8. Bình lọc 9. Áp lực kế 10. Thiết bị điều áp 11. Van chỉnh lưu lượng 12. Lưu lượng kế 13. Bình trộn 14. Ống xả 15. Ejector Dòng nước áp lực từ bơm áp lực đến, đi qua ejector (15), tạo ra chân không trong clorator. Nhờ độ chênh áp trước và sau van chân không làm cho màng nằm trên rãnh chân không không di chuyển được, nén lò so để mở van an toàn ở cửa vào. khí clo từ bình chứa (3) đi qua van an toàn và giảm áp lực, được bộ lọc giữ lại nước còn khí clo cho đi vào rãnh chân không, được định lượng bởi ratomet, đi tiếp vào rãnh chân không rồi được hút vào ejector, theo đường ống dẫn nước áp lực đến nơi hòa trộn với nước. Khi Ejector không làm việc, trong clorator không còn chân không, độ chênh áp bằng không, màng giãn ra, lò so không bị nén, van an toàn ở cửa vào đóng lại, toàn hệ thống ngừng làm việc. + Sơ đồ hệ thống khử trùng bằng clo Hình 5: Sơ đồ hệ thống khử trùng bằng clo Trang 20
+ Liều lượng clo dùng để khử trùng nước sau lọc Liều lượng clo đưa vào nước sau lọc thường được xác định theo thực nghiệm và điều chỉnh theo thực tế vận hành của nhà máy và hệ thống mạng cấp. Có thể xác định nhu cầu clo theo phương pháp “điểm gãy” đã trình bày ở mục 1.2.1.4. Khi thiết kế sơ bộ có thể lấy hàm lượng clo khử trùng đối với nước ngầm là 0,7  1,0mg/l, đối với nước mặt là 2,0  3,0mg/l. Tuy nhiên phải tuân thủ theo TCXD 33:2006 quy định liều lượng clo dư ở đầu mạng lưới tối thiểu là 0,5mg/l, ở cuối mạng lưới tối thiểu là 0,05mg/l nhưng không được lớn hơn mức có mùi khó chịu. + Các yếu tố ảnh hưởng đến công tác khử trùng  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 lưu nước, phút  Ảnh hưởng của pH Lượng clo dư tối thiểu mg/l pH Clo tự do sau 10 phút tiếp Clo hoạt tính kết hợp dạng xúc cloramin sau 60 phút tiếp xúc 6–7 0,2 1,0 7–8 0,2 1,50 8–9 0,4 1,80 Trang 21
9 – 10 0,8 - > 10 > 10 - Yếu tố pH là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của quá trình khử trùng bằng clo. Khi pH tăng, hiệu quả khử trùng giảm. Lượng clo dư tối thiểu cần thiết ứng với các giá trị pH khác nhau để diệt trùng hoàn toàn được thể hiện ở bảng 1. Hiệu quả khử trùng của HOCl cao hơn so với OCl-. HOCl phân ly yếu ở pH thấp, do đó hiệu quả khử trùng cao hơn khi ở pH thấp. Hình 6: Biểu đồ so sánh nồng độ phân ly HOCl và OCl- theo pH  Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ tăng làm cho độ nhớt giảm, đồng thời chuyển động nhiệt tăng lên, quá trình khuếch tán chất khử trùng qua vỏ tế bào sinh vật tăng và quá trình khử trùng đạt hiệu quả cao. So với clo, cloramine chịu ảnh hưởng của nhiệt độ mạnh hơn.  Ảnh hưởng của nồng độ 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 : Trang 22
Cn x 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. Trang 23