Tài liệu phương pháp khử trùng docx

PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG Khử trùng (disinfection) khác với tiệt trùng (sterilization), quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hết các vi sinh vật. Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus, amoeb gây ra các bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ. Trong phần này chúng ta chỉ bàn đến việc khử trùng bằng các hóa chất. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình khử trùng là chlorine và các hợp chất của nó, bromine, ozone, phenol và các phenolic, cồn, kim loại nặng và các hợp chất của nó, xà bông và bột giặt, oxy già, các loại kiềm và axít. So sánh hiệu quả khử trùng của các phương pháp Phương pháp Hiệu quả (%) Lọc thô 0 ¸ 5 Lọc tinh 10 ¸ 20 Bể lắng cát 10 ¸ 25 Bể lắng sơ hoặc thứ cấp cơ học 25 ¸ 75 Bể lắng sơ hoặc thứ cấp có thêm hóa chất trợ lắng 40 ¸ 80 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 90 ¸ 95 Bể bùn hoạt tính 90 ¸ 98 Chlorine hóa nước thải sau xử lý 98 ¸ 99 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Cl 2 hòa tan rất mạnh trong nước (7160 mg/L ở 20 oC và 1 atm). Khi hòa tan trong nước nó tạo thành hypochlorous acide Cl 2 + H 2 O > HOCl + H + + Cl - Với hàm lượng Cl 2 thấp hơn 1000 mg/L và pH > 3 phản ứng thủy phân trên diễn ra hoàn toàn. Hypochlorous acide sau đó bị ion hóa thành hypochlorite ion. HOCL  > OCl - + H + HOCl và OCl - được coi là lượng chlor tự do hữu dụng. Các dạng khác như calcium hypochlorite cũng được sử dụng Ca(OCl) 2  Ca 2+ + 2OCl - Hypochlorous acide sẽ tác dụng với ammonia để tạo nên monochloroamine, dichloramine và nitrogen trichloride NH 4 + + HOCl  NH 2 Cl + H 2 O + H + NH2Cl + HOCl  NHCl 2 + H 2 O NHCl 2 + HOCl  NCl 3 + H 2 O Việc sinh ra các sản phẩm trên tùy thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc và tỉ lệ ban đầu giữa chlorine và ammonia (Cl 2 : NH 4 + - N). Trong khoảng pH từ 7  8 và tỉ lệ Cl 2 : NH 4 + - N = 5 : 1 tất cả chlorine tự do hữu dụng sẽ chuyển thành monochloramine trong vòng 1 phút trở lại, nếu tỉ lệ Cl 2 : NH 4 + - N lớn hơn 5 : 1 thì sẽ có một ít dichloramine được tạo nên. Khi pH < 6, một lượng lớn nitrogen trichloride được tạo thành, đây là một chất khí có mùi hôi do đó cần quản lý tốt pH để tránh xảy ra trường hợp này. Chloramine được gọi là hợp chất chlor hữu dụng. Trong nước chloramine bị thủy phân yếu để tạo nên hypoclorous acide. Hiệu suất khử trùng của chloramine tùy thuộc vào lượng hypochlorous acide được tạo nên. Khi cho chlorine vào nước thải có chứa các chất khử (H 2 S, NO 2- , Fe 2+ , Mn 2+ ) amonia và các amine hữu cơ đường biểu diễn dư lượng chlorine sau các phản ứng được biểu diễn trong hình Dư lượng chlorine trong quá trình sử dụng chlorine để khử trùng Đầu tiên khi cho chlorine vào nước thải nó sẽ phản ứng hết với các chất khử do đó không có chlorine thừa (a - b): H 2 S + Cl 2  2HCl + S Chlorine còn tác dụng với phenol tạo nên mono-, di- hoặc trichlorophenol tạo mùi và vị của nước. Nó còn tác dụng với mùn trong nước tạo thành các hợp chất chlor trong đó có chloroform CHCl 3 là chất gây ung thư. Cho tới liều lượng b nó đã thỏa mãn nhu cầu về chlor đối với các chất khử, do đó nếu tiếp tục cho thêm chlor vào nó sẽ tạo nên chloramine, chloramine tạo nên một phần dư lượng ở dạng hợp chất chlor hữu dụng. Khi tất cả ammonia và các amine hữu cơ trong nước thải phản ứng hết với chlorine (c) việc tiếp tục cho thêm chlorine vào sẽ tạo nên phản ứng oxy hóa chloramine quá trình này sẽ làm giảm dư lượng chlor (c - d) và tạo nên N 2 , NO 3 và NCl 3 . Việc giảm dư lượng chlorine là kết quả của quá trình khử các nguyên tử chlorine đến mức oxy hóa thấp nhất (chloride). Sau khi đã kết thúc quá trình oxy hóa các chloramine nếu tiếp tục cho chlor vào nước thải thì sẽ tạo nên dư lượng chlor tự do hữu dụng do đó đường biểu diễn từ điểm d sẽ đi lên. Điểm d được coi như là "điểm dừng" của đồ thị. Việc xác định điểm dừng để xác định liều lượng chlorine cần sử dụng cho quá trình xử lý ammonia và khử trùng nước thải (cần thiết phải có dư lượng chlor tự do hữu dụng để bảo đảm cho quá trình khử trùng). Tuy nhiên việc áp dụng điểm dừng để xác định liều lượng chlorine đòi hỏi kỹ thuật cao cho nên ít được ứng dụng. Để đơn giản hóa vấn đề trong việc xử lý nước thải sinh hoạt người ta xác định dư lượng hợp chất chlor hữu dụng sau 15 phút tiếp xúc giữa nước thải và chlorine nếu đạt nồng độ 0,5 mg/L thì liều lượng chlorine sử dụng là đủ và người ta gọi đó là lượng chlorine cần thiết. Để hoàn thành công đoạn xử lý nước thải bằng chlorine nước thải và dung dịch chlor (phân phối qua ống châm lổ, hoặc suốt chiếu ngang của bể trộn) được cho vào bể trộn trang bị một máy khuấy vận tốc cao, thời gian lưu tồn của nước thải và dung dịch chlorine trong bể trộn không ngắn hơn 30 giây. Sau đó nước thải đã trộn lẫn với dung dịch chlorine được cho chảy qua bể tiếp xúc được chia thành những kênh dài và hẹp theo đường gấp khúc. Thời gian tiếp xúc giữa chlorine và nước thải từ 15  45 phút, ít nhất phải giữ được 15 phút ở tải đỉnh. Bể tiếp xúc chlorine thường được thiết kế theo kiểu plug-flow (ngoằn ngoèo). Tỉ lệ dài : rộng từ 10 : 1 đến 40 : 1. Vận tốc tối thiểu của nước thải phải từ 2  4,5 m/phút để tránh lắng bùn trong bể. Sơ đồ một bể tiếp xúc chlorine Tổng chiều dài của kênh có thể tính bằng công thức: trong ñoù L: tổng chiều dài của kênh V/Q: thời gian lưu tồn theo lý thuyết (t), hay thời gian tiếp xúc W: chiều rộng kênh D: chiều sâu mực nước trong kênh Qmax: lưu lượng nước thải ở tải đỉnh Người ta thường sử dụng thời gian tiếp xúc là 15 phút chiều rộng của kênh là 0,3 m và chiều sâu của nước trong kênh là 1,33 m. Để dễ dàng loại bỏ các cặn lắng, bể tiếp xúc nên được lắp đặt các ống thoát nước ở dưới đáy. So sánh đặc điểm của một số hóa chất sử dụng cho quá trình khử trùng Đặc diểm Đặc điểm mong muốn đạt được Chlorine Sodium hypochloride Calcium hypochloride Chlorine dioxide Bromine chloride Ozone UV Độc tính đối với vi sinh vật Độc tính cao ở nồng độ cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Độ hòa tan Phải hòa tan trong nước hoặc mô Thấp Cao Cao Cao Thấp Cao N/A Độ bền Ít giảm tính diệt khuẩn theo thời gian Bền Hơi không ổn định Tương đối bền không bền sx khi cần Hơi không ổn định không bền sx khi cần sx khi cần Không độc đối với sv bậc cao Độc đối với vsv, không độc với người và động vật Rất độc với sv bậc cao Độc Độc Độc Độc Độc Độc Tính đồng nhất trong dung dịch - Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất N/A Tác dụng với cá chất khác Chỉ tác dụng với vi khuẩn không tác dụng với chất hữu cơ Oxy hóa chất hữu cơ Chất oxy hóa mạnh Chất oxy hóa mạnh Cao Oxy hóa chất hữu cơ Oxy hóa chất hữu cơ - Độc tính ở các nhiệt độ khác nhau Giữ được độ độc ở khoảng biến thiên của nhiệt độ môi trường Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Độ ăn mòn Không ăn mòn kim loại Ăn mòn mạnh Ăn mòn Ăn mòn Ăn mòn mạnh Ăn mòn Ăn mòn mạnh N/A Khả năng khử mùi Có khả năng khử mùi khi khử trùng Cao Trung bình Trung bình Cao Trung bình Cao - L: tổng chiều dài của kênh V/Q: thời gian lưu tồn theo lý thuyết (t), hay thời gian tiếp xúc W: chiều rộng kênh D: chiều sâu mực nước trong kênh Qmax: lưu lượng nước thải ở tải đỉnh Người ta thường sử dụng thời gian tiếp xúc là 15 phút chiều rộng của kênh là 0,3 m và chiều sâu của nước trong kênh là 1,33 m. Để dễ dàng loại bỏ các cặn lắng, bể tiếp xúc nên được lắp đặt các ống thoát nước ở dưới đáy. Như đã nói ở trên các hóa chất thường sử dụng trong quá trình khử trùng là Cl 2 , ClO 2 , Ca(ClO) 2 , NaOCl. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình là khả năng diệt khuẩn của các hóa chất này, quá trình khuấy trộn ban đầu, đặc tính cuả nước thải, thời gian tiếp xúc giữa nước thải và chất khử trùng, đặc điểm của các vi sinh vật. Các liều lượng chlorine thường dùng cho các mục đích khác nhau trong quá trình xử lý nước thải Mục đích sử dụng Liều lượng mg/L Ngăn quá trình ăn mòn do H 2 S 2 ¸ 9 a Khử mùi hôi 2 ¸ 9 a Khống chế quá trình phát triển của các màng bùn vi sinh vật 1 ¸ 10 Khử BOD 0,5 ¸ 2 b Khống chế ruồi ở bể lọc sinh học 0,1 ¸ 0,5 Loại dầu, mỡ 2 ¸ 10 Khử trùng nước thải chưa qua xử lý 6 ¸ 25 Khử trùng nước thải đã qua xử lý cấp I 5 ¸ 20 Khử trùng nước thải sau kết tủa hóa học 2 ¸ 6 Khử trùng nước thải đã qua xử lý bằng bể lọc sinh học 3 ¸ 15 Khử trùng nước thải đã qua xử lý bằng bể bùn hoạt tính 2 ¸ 8 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Ghi chú: a: trên mg/L H 2 S b: cho 1 mg/L BOD khử đi . PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG Khử trùng (disinfection) khác với tiệt trùng (sterilization), quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn. ¸ 10 Khử trùng nước thải chưa qua xử lý 6 ¸ 25 Khử trùng nước thải đã qua xử lý cấp I 5 ¸ 20 Khử trùng nước thải sau kết tủa hóa học 2 ¸ 6 Khử trùng