Đánh giá việc sử dụng clo lỏng trong xử lý n ớc

HÌNH VẼ Hình Sơ đồ điều chế Cl2 phịng thí nghiệm 10 Hình Sơ đồ điều chế Cl2 cơng nghiệp 11 Hình Sơ đồ tính tốn nhu cầu clo cần thiết cho khử trùng 16 Hình Hệ thống pha chế Clo – Clorator 19 Hình Sơ đồ hệ thống khử trùng clo 20 Hình Biểu đồ so sánh nồng độ phân ly HOCl OCl- theo pH 22 Hình Biểu đồ tiêu thụ clo xử lý nước 27 Hình Mơ hình bàng quang 41 Hình Bước sóng tia cực tím 55 Hình 10 Nguyên lý diệt trùng tia cực tím 56 Hình 11 Nồng độ THMs tạo thành sau ngày clo hoá mẫu nước giả 60 Hình 12 Ảnh hưởng nhiệt độ pH tới tạo thành THMs .61 Trang MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Nước hợp chất liên quan trực tiếp rộng rãi đến sống trái đất, sở sống sinh vật Đối với giới vô sinh nước thành phần tham gia rộng rãi vào phản ứng hóa học, dung môi môi trường tàng trữ điều kiện để thúc đẩy hay kìm hãm trình hóa học Đối với người hoạt động sản xuất, nước nguồn nguyên liệu chiếm tỉ trọng lớn Do nhu cầu nước tăng chất lượng nước ngày đòi hỏi cao hơn, nguồn nước đủ tiêu chuẩn từ nguồn thiên nhiên ngày nên việc phải áp dụng công nghệ xử lý nước nhằm thỏa mãn chất lượng cho mục đích sử dụng ngày gia tăng Cơng nghệ xử lý nước đặt mục tiêu loại bỏ thành phần tạp chất không phù hợp với mục đích sử dụng đưa tạp chất dạng chấp nhận phạm vi cho phép Hiện việc sử dụng clo lỏng xử lý nước cấp công nghệ sử dụng rộng rãi khơng Việt Nam mà tồn giới Clo sử dụng xử lý sơ nước hợp chất hữu cơ, sắt, mangan, H2S, nước bị nhiễm khuẩn nặng Sau nước xử lý Clo dùng để khử trùng, tiêu diệt loại vi khuẩn cịn tồn nước Do có tính oxi hố cao, chi phí thấp dễ sử dụng nên Clo sử dụng rộng rãi Tuy nhiên năm gần người ta phát sản phẩm phụ clo gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ người mà điển hình hợp chất Trihalomethanes Trihalomethanes sản phẩm phụ hình thành halogen kết hợp với hợp chất hữu nước Trihalomethanes có tác động xấu đến sức khỏe người đặc biệt gây bệnh ung thư nồng độ cao Nhiều phủ đặt giới hạn cho phép nồng độ Trihalomethanes nước uống ví dụ Hoa Kỳ 80 phần tỷ Trang Xuất phát từ trạng nêu trên, vấn đề đánh giá việc sử dụng clo lỏng xử lý nước cấp cần thiết Trên sở luận em nghiên cứu đề tài: “Đánh giá việc sử dụng clo lỏng xử lý nước cấp” Mục tiêu đề tài  Nghiên cứu việc sử dụng Clo lỏng xử lý nước  Nghiên cứu ảnh hưởng sản phẩm phụ khử trùng tới sức khỏe người  Đánh giá giải pháp loại bỏ giảm thiểu Trihalomethanes xử lý nước Nội dung nghiên cứu đề tài  Thu thập số liệu cần thiết phục vụ cho đề tài  Khái qt cơng nghệ xử lý nước có sử dụng Clo lỏng  Phân tích nguyên nhân tạo thành hợp chất gây hại sử dụng clo xử lý nước Khái quát ảnh hưởng Trihalomethanes tới sức khỏe người  Đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước để giảm thiểu loại bỏ hợp chất có hại clo  Đánh giá việc sử dụng clo xử lý nước Phạm vi nghiên cứu đề tài Nghiên cứu dây chuyền công nghệ xử lý nước có sử dụng clo lỏng số cơng đoạn Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu lý thuyết  Thu thập thông tin tài liệu cơng nghệ xử lý nước có sử dụng clo Việt Nam giới Trang  Nghiên cứu tài liệu tác nhân gây hại hợp chất chứa clo sinh trình xử lý nước tới sức khỏe người Phân tích thơng tin thu thập để viết luận văn * Phương pháp chuyên gia  Tham khảo xin ý kiến đóng góp chuyên gia Trang CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC Q TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CĨ SỬ DỤNG CLO LỎNG 1.1 CỞ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.1 Khái quát Clo 1.1.1.1 Ngun tố clo Ngun tố clo có kí hiệu hóa học Cl, khối lượng nguyên tử: 35,45, vị trí hệ thống tuần hồn: số 17, nhóm VIIA, chu kì 3, phân nhóm 7a, cơng thức phân tử: Cl2 Vào năm 1774 clo khám phá nhà hóa học Thụy Điển Carl William Scheele thừa nhận nguyên tố vào năm 1810 nhà hóa học người Anh Humphry Davy Tuy nhiên hợp chất chứa clo người sử dụng rộng rãi từ thời xa xưa điển hình muối ăn (NaCl) Thời trung cổ, nhà giả kim thuật biết điều chế axit clohidric cách cho axit sunfuric tác dụng với muối ăn Tên gọi clo (Chloas) theo tiếng Hy lạp có nghĩa “vàng lục”, màu sắc khí clo Clo chiếm 0,05% khối lượng vỏ trái đất Do hoạt động hoá học mạnh nên clo tồn tự nhiên dạng hợp chất, chủ yếu muối clorua (NaCl) NaCl có nhiều nước biển vỉa lớn rải rác vỏ trái đất dạng rắn gọi muối mỏ Ngoài vài hợp chất khác clo phổ biến tự nhiên, ví dụ kali clorua thành phần chất khống cacnalit KCl.MgCl2.6H2O 1.1.1.2 Tính chất vật lý Ở điều kiện thường, clo chất khí màu vàng lục, mùi xốc, nặng khơng khí 2,5 lần Dưới áp suất thường, clo hóa lỏng -33,6oC hóa rắn -101,0oC Ở 20oC, thể tích nước hồ tan 2,5 thể tích clo Dung dịch khí clo nước cịn gọi nước clo có màu vàng nhạt Khi tồn trữ vận chuyển, clo tồn trạng thái khí hóa lỏng cách nén khí clo bình thép chịu lực áp suất 6÷8at Trang Khí clo độc, lượng nhỏ gây kích thích mạnh đường hơ hấp viêm niêm mạc Hít phải nhiều clo bị ngạt chết 1.1.1.3 Tính chất hóa học Clo tạo thành hợp chất với nguyên tố flo oxi có số oxi hóa dương (+1,+3,+5,+7) cịn 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  ClTính chất hóa học clo tính oxi hóa mạnh Tẩy màu tẩy mùi khử trùng tốt + Tác dụng với kim loại Clo tác dụng trực tiếp với hầu hết kim loại, phản ứng xảy nhanh, toả nhiều nhiệt Sản phẩm muối halogenua ứng với số oxi hóa cao kim loại + Tác dụng với hiđro Ở nhiệt độ thường bóng tối, khí clo oxi hóa chậm hiđro Khi chiếu sáng mạnh hay hơ nóng, phản ứng xảy nhanh có tiếng nổ Hỗn hợp nổ mạnh tỉ lệ mol hiđro clo 1:1 + Tác dụng với nước Phản ứng đặc trưng trình thủy phân Clo tạo axit hypoclorit axit clohydric: Cl2 + H2O  HOCl + HCl Trang Đây phản ứng đặc trưng cơng nghệ xử lý nước + Tác dụng với muối halogen + Tác dụng với chất khử 1.1.1.4 Điều chế Clo + Trong phịng thí nghiệm Clo điều chế phản ứng axit clohiđric đặc với chất oxi hoá mạnh mangan đioxit, kali pemanganat, kali clorat, … Sơ đồ điều chế Hình 1: Sơ đồ điều chế Cl2 phịng thí nghiệm Trang 10 + Trong công nghiệp Clo điều chế cách điện phân dung dịch muối ăn bão hịa Trong bình điện phân, nhờ tác dụng dòng điện chiều, ion Cl- bị oxi hóa thành Cl2 cực dương cực âm nước bị khử, người ta thu khí H dung dịch NaOH Cần có màng ngăn xốp hai điện cực để khí clo khơng tiếp xúc với dung dịch NaOH Hình 2: Sơ đồ điều chế Cl2 công nghiệp 1.1.2 Ứng dụng Clo xử lý nước Do có tính oxi hóa mạnh, tẩy màu, tẩy mùi khử trùng tốt nên Clo hóa chất quan trọng cơng nghệ xử lý nước 1.1.2.1 Clo hóa sơ Sử dụng clo để clo clo hóa sơ 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 mangan Trang 11 Khi nước nhiễm sắt mangan có màu vàng mùi Khi hàm lượng sắt mangan nước vượt tiêu chuẩn cho phép phải xử lý Clo sử dụng làm chất oxi hóa sắt mangan trường hợp nước mặt có hàm lượng tạp chất hữu cao tạo dạng keo bảo vệ nước ngầm nhiễm H2S 1.1.2.3 Khử trùng nước sau lọc Khử trùng nước khâu bắt buộc cuối trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt Trong nước thiên nhiên chứa nhiều vi sinh vật vi trùng Sau trình sử lý học nước sau qua bể lọc, phần lớn vi trùng bị giữ lại Song để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn gây bệnh cần phải tiến hành khủ trùng nước Do tính diệt trùng cao, dễ sử dụng giá thành rẻ so với phương pháp khử trùng khác nên Clo lỏng lựa chọn làm hóa chất khử trùng hầu hết dây chuyền xử lý nước 1.2 CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CĨ SỬ DỤNG CLO LỎNG 1.2.1 Clo hóa sơ Clo hóa sơ trình cho clo vào nước trước trình lắng, lọc để tăng hiệu xử lý nước Clo hóa sơ có tác dụng khử trùng nguồn nước nhiễm bẩn nặng, oxy hóa sắt hịa tan dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hịa tan để tạo thành kết tủa tương ứng, oxy hóa chất hữu để khử màu, khử mùi, ngăn chặn phát triển rong, rêu, phá hủy tế bào vi sinh sản chất nhầy nhớt mặt bể lọc; tăng khả keo tụ xử lý hóa chất trước q trình lắng 1.2.1.1 Khử nước có mùi vị Hầu hết nguồn nước thiên nhiên có mùi vị, mùi Theo nguồn gốc phát sinh mùi chia làm loại: mùi tự nhiên mùi nhân tạo Mùi tự nhiên chủ yếu hoạt động sinh sống phát triển vi sinh vật rong tảo có nước Mùi nhân tạo chủ yếu ảnh hưởng nước thải sinh hoạt công Trang 12 nghiệp gây Có thể đưa số ví dụ mùi nước như: Nước ngầm có mùi trứng thối có khí H2S, kết q trình phân hủy chất hữu lịng đất hịa tan vào mạch nước ngầm, nước có mùi sắt mangan; Nước mặt (sông, suối, ao hồ) có mùi xuất loại tảo vi sinh vật Phương trình phản ứng khử H2S 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 nước (mg/l) 1.2.1.2 Khử nước có màu Nước nguồn có màu vàng thường tồn hợp chất sắt mangan Nước có màu xanh tảo hợp chất hữu Nước có độ màu cao thường gây khó chịu mặt cảm quan Với việc clo hóa sơ bộ, keo tụ, lắng lọc làm giảm độ màu nước + Liều lượng clo dùng để xử lý khử màu Trong thực tế, nhu cầu clo để xử lý nước phải xác định điều kiện thực nghiệm Nhu cầu phụ thuộc vào chất lượng nước nguồn, nhiệt độ, độ pH…Tuy nhiên khơng có đủ điều kiện thí nghiệm cụ thể có lấy theo TCXD 33-2006: Liều lượng hoá chất chứa Clo (theo Clo hoạt tính) Clo hố trước để xúc tiến q trình keo tụ, trình khử mầu khử trùng, để đảm bảo yêu cầu vệ sinh cho cơng trình cần lấy - 6mg/l 1.2.1.3 Xử lý amoniac muối amoni Trang 13 detectơ Nồng độ H2O2 xác định phương pháp chuẩn độ sử dụng KMnO4 Để khảo sát ảnh hưởng điều kiện phản ứng tới khả loại bỏ THMs, dãy thí nghiệm bố trí sau: Dãy Điều kiện mẫu nước nguồn Điều kiện clo hoá Mẫu giả: Br- : 0,08 mg/L mg/L DOC: 1, 2,3 Liều clo mg/L Mẫu giả: Điều kiện bổ sung H2O2/Ag Nhiệt độ : 250C : 2, pH : Thời gian : ngày Br- : 0,08 mg/L Nhiệt độ : 250C DOC: mg/L Liều clo : mg/L pH : Thời gian : Không bổ sung H2O2 30 mg/L/Ag+ 30 g/L H2O2 60 mg/L/Ag+ 60 g/L Thời gian : giờ, ngày ngày Mẫu giả: Br- : 0,08 mg/L DOC: mg/L Nhiệt độ : 15, 25 35 C H2O2 30 mg/L/Ag+ 30 g/L pH : Liều clo : mg/L Thời gian : ngày Thời gian : Mẫu giả: Br- : 0,08 mg/L DOC: mg/L Liều clo : mg/L pH : 6, Thời gian : Mẫu nước ngầm Hạ đình: Nhiệt độ : 250C DOC: 3,2 mg/L pH : Thời gian : Thời gian : ngày Thời gian : ngày Nhiệt độ : 250C : 3, 10 H2O2 30 mg/L/Ag+ 30 g/L DOC: 0,9 mg/L Liều clo mg/L pH : Thời gian : Br- : 0,09 mg/L H2O2 30 mg/L/Ag+ 30 g/L : 3, 10 H2O2 30 mg/L/Ag+ 30 g/L Liều clo mg/L Br- : 0,11 mg/L Mẫu nước ngầm Ngọc Hà: Nhiệt độ : 250C Trang 59 Thời gian : ngày + Kết thảo luận  Kết thí nghiệm với mẫu giả (dãy thí nghiệm 1, 2, 4): Kết dãy thí nghiệm (hình 11) cho thấy ảnh hưởng hàm lượng chất hữu hoà tan liều clo tới tạo thành THM từ mẫu giả Khi nguồn tiền chất THM - chất hữu hồ tan cao lượng THMs tạo thành nhiều Đặc biệt liều clo sử dụng cao, tổng hàm lượng THMs tăng mạnh thể qua tương Tæng THM [g/L] quan độ dốc đường biểu diễn hình 11 250 [Cl] = mg/L 200 150 [Cl] = mg/L 100 [Cl] = mg/L 50 0 TOC [mg/L] Hình 11: Nồng độ THMs tạo thành sau ngày clo hoá mẫu nước giả Ghi chú: - điều kiện clo hoá: pH = 7, nhiệt độ 250C, [Br-] = 0.08 mg/L Trong dãy thí nghiệm 2, mẫu giả có hàm lượng DOC mg/l lấy làm đại diện thực trình clo hoá với điều kiện tương tự thực tế nồng độ clo mg/l, thời gian phản ứng (thời gian lưu nước clo hoá bể chứa nhà máy từ 0,5 - giờ), pH = 7, nhiệt độ 250C Tác nhân khử trùng bổ sung H2O2/Ag+ thêm vào dung dịch sau clo hoá với hai mức nồng độ phù hợp cho việc đem lại hiệu khử trùng cao H2O2 30 mg/l/Ag+ 30 g/L H2O2 60 mg/l/Ag+ 60 g/L Khi sử dụng tác nhân khử trùng bổ sung dẫn tới hạn chế tạo thành THMs khoảng 40 ÷ 60% Cả hai mức nồng độ H2O2/Ag+ đem tới kết tương tự dãy thí nghiệm sau sử dụng mức nồng độ H2O230 mg/L/Ag+ 30 g/L Kết cho thấy giả thuyết tác nhân khử trùng bổ sung có vai trị loại clo hoạt động dư mẫu nước làm Trang 60 dừng phản ứng clo hố tạo thành THMs thời gian sau Các chênh lệch nhỏ kết thu kéo dài thời gian phản ứng H2O2/Ag+ giải thích mẫu cịn dư lượng nhỏ clo hoạt động dẫn tới tạo thành thêm THMs không đáng kể Do thực tế thời gian lưu nước cấp ống dẫn từ nhà máy tới nhà dân khoảng vài lượng nước máy thường tiêu thụ hết ngày nên dãy thí nghiệm sau phản ứng H2O2/Ag+ 140 Clo Clo, Ag/H2O2 120 Tæng THM [g/L] Tæng THM [g/L] giữ ngày 100 80 60 40 20 140 Clo Clo, Ag/H2O2 120 100 80 60 40 20 0 150C 250C pH = 350C Ảnh hưởng nhiệt độ tới tạo thành THMs pH = pH = Ảnh hưởng pH tới tạo thành THMs Hình 12: Ảnh hưởng nhiệt độ pH tới tạo thành THMs Phản ứng clo hoá tạo thành THMs phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ pH nên dãy thí nghiệm thực để kiểm tra ảnh hưởng yếu tố (theo dõi kết hình 12) Khi nhiệt độ tăng tạo thành THM tăng theo lý thuyết Cụ thể nhiệt độ tăng từ 150C tới 250C, tổng THM tạo thành tăng 95% Khi thêm H2O2/Ag+, tổng nồng độ THM giảm 43 ÷ 61%, tuỳ thuộc vào nhiệt độ phản ứng Cũng cần phải ý thêm thực tế nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng tăng đồng thời chất dễ bay THMs dễ dàng thoát khỏi mẫu nước Xu hướng ảnh hưởng pH tương tự nhiệt độ Khi pH tăng từ - (là khoảng pH phổ biến mẫu nước ngầm thực tế) tổng nồng độ THM tạo thành tăng 92% Khi thêm H2O2/Ag+, tổng nồng độ THM giảm 61 ÷ 78% Để khẳng định thành phần tác nhân khử trùng bổ sung H2O2/Ag+ có vai trò hạn chế tạo thành THM, dãy thí nghiệm kiểm chứng thực sử dụng riêng H2O2 Ag+ thay cho hỗn hợp H2O2/Ag+ Kết cho thấy việc thêm riêng Ag+ không hạn chế tạo thành THMs Trong Trang 61 H2O2 đem tới hiệu tương tự hỗn hợp H2O2/Ag+ Do khẳng định H2O2 tác nhân để dừng phản ứng clo hố tạo thành THMs cịn Ag+sẽ đóng vai trị trì khả diệt khuẩn thời gian dài  Kết thí nghiệm với mẫu nước nguồn Hạ Đình Ngọc Hà (dãy thí nghiệm 6) Các kết chi tiết trình bày bảng Có thể thấy mẫu nước Hạ Đình có nồng độ tiền chất THMs hàm lượng bromua cao hẳn so với mẫu nước Ngọc Hà nồng độ THMs tạo thành clo hoá điều kiện tỷ lệ THMs chứa brom lại thấp Điều giải thích mẫu Hạ Đình có nồng độ amoni cao (7 mg/L), clo hoá với nồng độ clo - 10 mg/L, lượng clo đưa vào ưu tiên tiêu tốn cho phản ứng với amoni tạo thành monocloramin Khả phản ứng cloramin sau với chất hữu hoà tan để tạo thành THMs hẳn so với clo tự Còn mẫu Ngọc Hà, việc clo hoá với nồng độ - 10 mg/L vượt qua điểm đột biến phản ứng với amoni, dẫn tới có clo tự dư mẫu, tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành THMs đặc biệt THMs chứa brom Khi bổ sung H2O2/Ag+, tương tự mẫu giả, nhìn chung nồng độ THMs nước cấp giảm 63  12% Nguồn nước điều kiện clo hoá H2O2/A g (mg/L) CHCl3 CHCl2Br CHClBr2 CHBr3 Tổng 10.4 8.0 10.1 6.7 35.2 30 3.8 3.9 6.1 4.6 18.5 (63 %) (51%) (39%) (31%) (47%) 17.6 8.7 8.0 5.1 39.4 30 6.4 3.1 5.9 5.0 20.4 (64%) (65%) (26%) (2%) (48%) 36.2 14.3 10.4 5.4 66.2 30 6.2 3.4 6.0 5.0 20.5 (83%) (76%) (42%) (8%) (69%) Nồng độ THM (g/L) Nước ngầm Hạ Đình + mg/L Clo + mg/L Clo + 10 mg/L Clo Trang 62 Nước ngầm Ngọc Hà + mg/L Clo + mg/L Clo + 10 mg/L Clo 3.0 20.2 12.3 7.8 43.3 30 1.1 5.9 3.2 3.9 14.1 (63%) (71%) (74%) (50%) (67%) 4.5 26.5 21.2 10.4 62.6 30 1.8 5.6 6.9 4.1 18.4 (60%) (79%) (67%) (61%) (71%) 5.5 34 26 15.3 80.8 30 1.8 5.5 5.5 4.8 17.6 (67%) (84%) (79%) (69%) (78%) Bảng 1: Sự tạo thành THM từ nguồn nước ngầm Hạ Đình Ngọc Hà sau clo hoá bổ sung thêm H2O2/Ag+ Ghi chú: - Điều kiện clo hoá: pH = 7, nhiệt độ 250C, clo hố 60 phút sau thêm H2O2/Ag+ để phản ứng ngày - số ngoặc đơn phần trăm hạn chế tạo thành THM bổ sung H2O2/Ag+ + Kết luận Sử dụng tác nhân khử trùng bổ sung H2O2/Ag+ sau clo hóa làm giảm đáng kể lượng THMs tạo thành nước cấp Cơ chế giả thiết H2O2 đóng vai trò loại clo hoạt động dư mẫu nước dẫn tới làm dừng phản ứng clo hoá tạo thành THMs thời gian Việc dùng chất khử trùng bổ sung dạng hỗn hợp giải pháp có tiềm cần tiếp tục nghiên cứu để hạn chế tạo thành sản phẩm phụ độc hại q trình clo hố sản xuất nước cấp đồng thời trì hiệu diệt khuẩn 3.1.2.2 Hạn chế tạo thành THMs công tác quản lý sử dụng clo xử lý nước + Quản lý công tác thiết kế  Cần nghiên cứu kỹ chất lượng nước trước đưa dây chuyền công nghệ xử lý phù hợp  Xác định xác hàm lượng chất cần xử lý clo để tránh tạo lượng clo dư (khi xử lý Fe, Mn, H2S) Trang 63  Không sử dụng clo hóa sơ nguồn nước có nhiều chất hữu + Quản lý cơng tác vận hành  Đầu tư hệ thống pha chế, định lượng đại, tránh sử dụng công nghệ lạc hậu, cũ kỹ, chất lượng xử lý  Nâng cao tay nghề công nhân công tác quản lý, vận hành  Giám sát chặt chẽ chất lượng nước nguồn để điều chỉnh hàm lượng clo clo hóa sơ  Khi sử dụng clo để khử trùng cần đảm bảo chất lượng nước sau lọc có hàm lượng chất hữu mức thấp  Thường xuyên kiểm tra mạng lưới cung cấp nước để tránh tượng phá vỡ, rò rỉ làm tăng nguy tái nhiễm chất hữu + Đảm bảo hàm lượng THMs đáp ứng tiêu chuẩn tổ chức y tế Tiêu chuẩn THMs số quốc gia giới: Các hợp chất WHO (1993) US Y tế AUS-New Vương quốc EPA Canada Zealand Anh (2001) (2001) (2001) (2000) 0.100 0.250 0.100 CHCl 0.200 0,000 * CHCl Br 0.060 0,060 * CHClBr 0.100 0,000 * CHBr 0.100 0,000 * TTHMs (THM / WHO)  0.080 Trang 64 3.2 ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP LOẠI BỎ HOẶC GIẢM THIỂU THMS 3.2.1 Sử dụng ozon 3.2.1.1 Ưu điểm  Do có tính oxy cao nên có khả oxy hố nhiều hợp chất hữu vơ Có thể nói ozon chất khử trùng tốt so với chất oxy hoá khác Các số liệu nghiên cứu khả loại bỏ vi sinh vật cho thấy ozon hẳn chất khác khả diệt virut diệt kén amip  Ozon hoá sơ chất hữu (trước giai đoạn xử lý clo) làm giảm lượng chất hữu halogen (THMs) tạo Ngồi ra, ozon hố làm tăng khả phân huỷ sinh học chất hữu  Hàm lượng sử dụng cho xử lý nước không lớn (cao 3mg/l), thời gian tiếp xúc ngắn  Khơng gây mùi vị khó chịu nước sau xử lý 3.2.1.2 Nhược điểm  Giá thành tương đối cao hiệu suất điều chế thấp dẫn đến phải sử dụng nhiều lượng để điều chế  Chi phí đầu tư cơng nghệ cao  Vẫn tạo THM dạng bromoform nước có mặt bromua  Khó kiểm soát chất lượng nước mạng lưới cung cấp 3.2.1.3 Phạm vi áp dụng  Có thể áp dụng để thay clo hầu hết công nghệ xử lý nước  Tối ưu cho việc xử lý nước có hàm lượng chất hữu lớn để tránh việc hình thành THMs  Hiện áp dụng rộng rãi gia đình để khử trùng thực phẩm máy tạo ozon công suất nhỏ Trang 65 3.2.2 Sử dụng monocloramin (NH2Cl) 3.2.2.1 Ưu điểm  Sử dụng tương đối dễ dàng, sử dụng trực tiếp với nước nguồn xử lý sơ  Vận chuyển bảo quản đơn giản  Giá thành tương đối rẻ  Không tạo THMs 3.2.2.2 Nhược điểm  Chỉ sử dụng cho việc khử trùng  Khả diệt trùng  Chất lượng nước sau xử lý không cao 3.2.2.3 Phạm vi áp dụng  Chỉ áp dụng cho xử lý nước không cần chất lượng cao nơi xây dựng hệ thống cấp nước hoàn chỉnh, vùng sâu xa, vùng ngập lụt 3.2.3 Sử dụng tia cực tím 3.2.3.1 Ưu điểm  Cơng nghệ xử lý đại vận hành dễ dàng  Là công nghệ  Khử trùng hiệu an toàn  Không gây mùi vị cho nước sau xử lý  Không tạo THMs 3.2.3.2 Nhược điểm  Chỉ sử dụng cho việc khử trùng Trang 66  Chi phí đầu tư cơng nghệ cao  Giá thành tương cao sử dụng nhiều lượng  Yêu cầu phải có nguồn điện ổn định Trường hợp điện đột ngột dẫn đến việc nhiễm khuẩn nước xử lý  Khó kiểm sốt chất lượng nước mạng lưới cung cấp 3.2.3.3 Phạm vi áp dụng  Được áp dụng tương đối rộng rãi quốc gia phát triển  Khi chất lượng nước đòi hỏi cao, tinh khiết  Trong nhà máy sản xuất nước đóng chai 3.2.4 Hạn chế tạo thành THMs H2O2/Ag+ Đây nghiên cứu thử nghiệm phịng thí nghiệm Để áp dụng phạm vi xử lý nước cơng suất lớn cần tính tốn thử nghiệm nhiều Mặt khác phương pháp có giá thành tương đối cao địi hỏi chi phí đầu tư thiết bị lớn Vì phương pháp chưa có khả áp dụng rộng rãi Tuy nhiên hướng nghiên cứu để phát triển tương lai 3.3 ĐÁNH GIÁ VIỆC SỬ DỤNG CLO LỎNG 3.3.1 Ưu nhược điểm clo xử lý nước 3.3.1.1 Ưu điểm  Công nghệ xử lý áp dụng rộng rãi từ lâu nên việc quản lý vận hành dễ dàng  Xử lý nhiều nguồn nước nhiều hợp chất khác nước  Khử trùng hiệu quả, tiêu diệt vi khuẩn tốt  Chi phí đầu tư thiết bị khơng cao  Chi phí hóa chất thấp so với phương pháp khác Trang 67  Có thể kiểm sốt chất lượng nước mạng lưới cung cấp 3.3.1.2 Nhược điểm  Có thể tạo THMs  Có thể gây mùi vị cho nước sau xử lý 3.3.1.3 Phạm vi áp dụng  Được áp dụng rộng rãi công nghệ xử lý nước phạm vi tồn cầu 3.3.2 Tính tốn rủi ro gây ung thư hợp chất THMs nước uống Rủi ro ung thư tính qua “hệ số tiềm gây ung thư” (ứng với rủi ro ung thư 10-6) chất, khả tiêu thụ nước người suốt thời gian sống (cân nặng trung bình, thời gian, lượng nước sử dụng), hệ số tiêu thụ nước hiệu chỉnh theo tuổi khả bay nước Tổ chức Bảo vệ Môi trường Mỹ (USEPA, 2002) đưa hướng dẫn sử dụng số liệu nồng độ rủi ro sở (Risk Based concentration table) Cách tính rủi ro (TR) thực sau: TRnước = Cnước + EFr* (IFWadj * CPSo + k * IFAadj * CPSi) ATc * 1000 g/mg Trong đó: TRnước Cnước k EFr CPSo ATc IFWadj Rủi ro ung thư từ nguồn nước Nồng độ chất nước [g/l] Hệ số hoá nước [0,5l/m3] Tần số tiếp xúc [ngày/năm] Hệ số tiềm ung thư qua đường miệng [rủi ro/(mg/kg/ngày)] Thời gian sống [25550 ngày] Hệ số tiêu thụ nước điều chỉnh theo tuổi [1.năm/kg/ngày] Vì khả tiếp xúc với chất độc hại qua nước uống không khí trẻ em người trưởng thành khác nên tính rủi ro ung thư 30 năm sống cần có điều chỉnh hệ số hô hấp tiêu thụ nước theo tuổi: IFWadj [m3.năm/kg/ngày] = EDc * IRWc Trang 68 + (EDtot - EDc).IRWc BWc BWa Trong đó: EDtot EDc IRWa IRWc BWa BWc tổng thời gian sử dụng nước thời gian sử dụng nước - tuổi lượng nước uống cho người trưởng thành lượng nước uống cho trẻ em - tuổi trọng lượng người trưởng thành trọng lượng trẻ em - tuổi [30 năm] [6 năm] [1 - 3l/ngày] [1l/ngày] [70kg] [15kg] Thay số liệu vào cơng thức ta tính hệ số tiêu thụ nước điều chỉnh theo tuổi IFWadj = 1,09 [L.năm/kg/ngày] Dựa theo bảng tra USEPA xây dựng ta có hệ số tiềm ung thư bốn hợp chất trihalogenmetan qua đường miệng sau: CHCl3 CPSo [mg/kg/gày]-1 CHCl2Br CHClBr2 CHBr3 6,20 10-2 8,40 10-2- 7,90 10-3 Với cách tính tốn trên, ước đoán sơ rủi ro ung thư suốt thời gian sống người gây THMs có mặt nguồn nước với hàm lượng khoảng 0,08 µg/l 30*10-6 nghĩa triệu người có khoảng 30 người bị nhiễm ung thư Trong đó, clorofom cấu tử đóng góp lớn vào rủi ro tổng số Việc sử dụng liều clo hợp lý nhà máy, hay lựa chọn số giải pháp xử lí bổ sung tuỳ thuộc vào đặc điểm loại nguồn nước điều cần lưu tâm để hạn chế tạo thành THMs nước cấp, đồng thời giảm rủi ro gây ung thư hợp chất Các tính tốn tham khảo đề tài nghiên cứu “Tính tốn rủi ro ung thư gây hợp chất THMs nước uống không khí” nhóm tác giả Dương Hồng Anh, PGS.TS Phạm Hùng Việt, GS.TSKH Lâm Ngọc Thụ Trang 69 thuộc Khoa hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội 3.3.3 Cần sử dụng clo có kiểm sốt phối hợp với biện pháp xử lý khác Theo đánh giá ưu nhược điểm clo xử lý nước tiềm gây bệnh ung thư hợp chất THMs rút số kết luận sau:  Việc sử dụng clo xử lý nước cịn nhiều ưu điểm khơng nên loại bỏ hồn tồn clo cơng nghệ xử lý Tuy nhiên cần khống chế tiêu chuẩn hàm lượng THMs nước sinh hoạt mức độ thấp để hạn chế khả gây rủi ro cho sức khỏe người mà đặc biệt bệnh ung thư  Khơng nên sử dụng clo để clo hóa sơ nước nguồn mà thay ozon sử dụng công nghệ xử lý khác  Trong khử trùng phối hợp phương pháp khử trùng ozon + clo tia cực tím + clo để phát huy hết ưu điểm khả diệt trùng phương pháp Trang 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kể từ tìm clo chứng minh tác dụng to lớn việc đẩy lùi bệnh nguy hiểm lây lan nhanh nước uống mà người phải trải qua đại dịch Tuy nhiên khoa học kỹ thuật phát triển người lại phát mặt trái việc sử dụng clo xử lý nước, sản phẩm phụ khử trùng điển hình hợp chất trihalometanes (THMs) Mặc dù hàm lượng hợp chất nước uống thấp nghiên cứu gây hại tới sức khỏe người chưa có tính chắn Tuy nhiên, rủi ro bỏ qua, số lượng lớn người tiếp xúc với sản phẩm phụ khử trùng qua nước uống Vì để giảm thiểu rủi ro sức khỏe cần nghiên cứu để sử dụng clo xử lý nước cách hiệu để phát huy ưu điểm sẵn có clo đồng thời giảm thiểu đến mức tối đa sản phẩm phụ gây hại tới sức khỏe người Qua đề tài nghiên cứu tác giả xin đưa số kiến nghị sau:  Cần cải tiến công nghệ xử lý nước, không sử dụng clo trường hợp có khả tạo THMs cao (xử lý sơ nước có vi khuẩn, hàm lượng chất hữu lớn) dù phải sử dụng biện pháp xử lý có chi phí lớn (sử dụng Ozon, tia cực tím)  Nên sử dụng clo để khử trùng nước sau lọc trừ trường hợp nước sau lọc có hàm lượng chất hữu cao  Cần có nghiên cứu mang tính vĩ mơ để khẳng định chắn khả gây hại sản phẩm phụ khử trùng đến sức khỏe người Trang 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO TCXDVN 33-2006 “Cấp nước mạng lưới bên ngồi cơng trình” QCVN 01:2009/BYT “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống” TCVN 5576 – 199 : Quy phạm quản lý kỹ thuật - Hệ thống cấp thoát nước Nguyễn Văn Tín - Chủ biên, Nguyễn Thị Hồng, Đỗ Hải (2001), Cấp nước tập I - Mạng lưới cấp nước, NXB khoa học kỹ thuật Trần Hiếu Nhuệ - Chủ biên, Trần Đức Hạ, Đỗ Hải, Ưng Quốc Dũng, Nguyễn Văn Tín (1998), Cấp nước, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội Trịnh Xuân Lai (2002), Xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt công nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội Trịnh Xuân Lai, Đồng Minh Thu, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội PTS Nguyễn Ngọc Dung (1999), Xử lý nước cấp, Nhà xuất Xây dựng Nguyễn Hữu Phú (2001), Cơ sở lý thuyết công nghệ xử lý nước tự nhiên, NXB khoa học kỹ thuật 10 Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học kỹ thuật xử lý nước, NXB Thanh niên 11 Dương Hồng Anh, Nguyễn Thuý Ngọc, Nguyễn Trọng Bội, Phạm Hùng - Đề tài nghiên cứu “Hạn chế tạo thành THMs nước cấp clo hóa H2O2/Ag+” 12 Dương Hồng Anh, PGS.TS Phạm Hùng Việt, GS.TSKH Lâm Ngọc Thụ Đề tài nghiên cứu “Tính toán rủi ro ung thư gây hợp chất THMs nước uống khơng khí” 13 Dương Hồng Anh - Luận án Tiến sỹ hóa học “Sử dụng phương pháp sắc khí phổ để đánh giá tiềm hình thành độc tố HC nhóm Trihalogenmetan trình khử trùng nước cấp clo thành phố Hà Nội” 14 Các nghiên cứu THMs đăng tải báo internet 15 Tạp chí cấp thoát nước hội cấp thoát nước Việt Nam Trang 72 16 Aggazzotti G., Fantuzzi G., Righi E., Pedieri G (2001), “Blood and breath analysis as biological indicators of exposure to THMs in indoor swimming pools”, The Science of the Total Environment 217 (1-2), pp 155 – 163 17 Boyce S., Hornig J F (1983), “Reaction pathways of trihalomethane formation from the halogenation of dihydroxyaromatic model compounds for humic acid”, Environ Sci Technol 17 (4), pp 202 – 211 18 Fayad N M (1993), “Seasonal variations of THM in Saudi Arabian drinking water”, J Am Water Works Ass 85 (1), pp 46 – 50 19 Fantuzzi G., Righi E., Pedieri G., Ceppelli G., Gobba F., Aggazzotti G (2001), “Occupational exposure to THMs in indoor swimming pools”, The Science of the Total Environment 264 (3), pp 257 – 265 20 Gallard H., von Gunten U (2002), “Chlorination of natural organic matter: Kinetics of chlorination and of THM formation”, Water Res 36 (1), pp 65– 74 21 Golfinopoulos S K (2000), “The occurrence of trihalomethanes in the drinking water in Greece”, Chemosphere 41, pp 1761–1767 22 Miles A M., Singer P C., Ashley D L., Lynberg M C., Mendola P, Langlois P H., Nuckols J R (2002), “Comparison of trihalomethanes in tap water and blood”, Environ Sci Technol 36, pp 1692 – 1698 Trang 73