Cấp thoát nước - Chương 4 pdf

1 Chương 4. Khö trïng n−íc KHỬ TRÙNG NƯỚC • ðể ngăn ngừa các bệnh dịch, nước cấp cho sinh hoạt phải ñược diệt trùng. • Các hệ thống cấp nước công nghiệp cũng cần phải ñược diệt trùng ñể ngăn ngừa sự kết bám của của các VSV lên thành ống dẫn nước trong các thiết bị làm lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt ñồng thời làm tăng tổn thất thuỷ lực của hệ thống. • Các quá trình cơ học không thể loại trừ ñược toàn bộ VSV và vi trùng có trong nước, do ñó cần tiến hành các biên pháp lý học và hoá học ñể khử trùng nước. 2 Các phương pháp khử trùng nước Phương pháp vật lý: • Phương pháp nhiệt: nhóm VK sinh bào tử không bị diệt • Phương pháp chiếu tia tử ngoại (tia cực tím, chiều dài bước sóng 254 µm): p/p này chỉ có hiệu quả khi các tia chiếu qua 1 lớp nước mỏng, không có hiệu quả trong trường hợp nước ñục. • Ưu ñiểm của p/p vật lý: không làm thay ñổi t/c lý hoá của nước, không gây nên các hiệu quả phụ. • Tuy nhiên do hiệu quả thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy mô nhỏ với các ñiều kiện kinh tế cho phép. Phương pháp hoá học: • Sử dụng các chất OXH mạnh (Cl 2 , NaOCl, Ca(OCl) 2 , O 3 , KMnO 4 , OCl 2 ) ñể OXH men của tế bào VSV làm cho quá trình ñồng hoá và dị hoá bị ngưng trệ, VSV bị tiêu diệt. P/p này ñược áp dụng rộng rãi ñể khử trùng nước ở mọi quy mô do hiệu quả cao. 3 1. KHỬ TRÙNG BẰNG CLO 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo. • Clo nguyên chất trong ñk bình thường là 1 chất khí màu vàng, có mùi khó chịu, và rất ñộc. Ở 15 o C khí clo bị hoá lỏng dưới áp lực nén 5,75 at, clo lỏng có màu vàng xanh, trọng lượng riêng 1,43 kg/l. ðể tiện cho việc vận chuyển và bảo quản khí clo ñược nén thành thể lỏng trong các bình chứa bằng thép, áp lực nén 20-25 kg/cm 2 • Clo là chất ôxy hoá mạnh, thế OXH tiêu chuẩn E o = 1.36V, ở bất kỳ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất, khí tác dụng với nước ñều tạo ra phân tử axit hypoclorơ HOCl là chất khử trùng rất mạnh. • Quá trình diệt VSV xảy ra qua 2 giai ñoạn: ñầu tiên chất khử trùng khuyếch tán xuyên qua vỏ tế bào VSV, sau ñó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao ñổi chất dẫn ñến sự diệt vong của tế bào. 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo. • Tốc ñộ của quá trình khử trùng ñược xác ñịnh bằng ñộng học của quá trình khuyếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào và ñộng học của quá trình phân huỷ men tế bào. • Tốc ñộ của quá trình khử trùng tăng khi nồng ñộ của chất khử trùng và nhiệt ñộ nước tăng ñồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuyếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly. • Tốc ñộ khử trùng bị chậm ñi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lửng và các chất khử khác. 4 • Phản ứng ñặc trưng là sự thuỷ phân của clo tạo ra axit hypoclorơ và axit clohydric: Cl 2 + H 2 O ⇋ HOCl + HCl hoặc ở dạng phương trình phân ly: Cl 2 + H 2 O ⇋ 2H + + OCl - + Cl - Khi sử dụng clorua vôi làm chất sát trùng: Ca(OCl) 2 + H 2 O ⇋ CaO + 2HOCl 2HOCl ⇋2H + + 2OCl - 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo. 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo. • 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 ñộ ion H + có trong nước. Thực nghiệm cho thấy quá trình thuỷ phân của clo xảy ra hoàn toàn khi pH>4. 5 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo. • Hằng số thuỷ phân của clo trong nước ở 25 o C là: • Với HOCl, giá trị của hằng số phân ly thay ñổi phụ thuộc nhiệt ñộ: - ở 0 o C giá trị ñó là 1,5.10 -8 - ở 10 o C giá trị ñó là 2.10 -8 - ở 25 o C giá trị ñó là 2,7.10 -8 ][ ]][][[ 2 Cl ClHHOCl K −+ = 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo. • Mức ñộ phân ly của HOCl phụ thuộc vào các giá trị khác nhau của pH với nước ở 20 o C. • Khi pH tăng, nồng ñộ HOCl giảm làm cho hiệu quả khử trùng cũng giảm ñi tương ứng. • ðể quá trình khử trùng nước bằng clo ñạt hiệu quả cao nhất, nên tiến hành khi nước có ñộ pH thấp, trước khi xử lý ổn ñịnh nước. 0.100.503.0025.0079.0097.5099.5099.90HOCl, % 99.9099.5097.0075.0021.002.500.500.10OCl-, % 1110987654pH 6 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo. • Khi trong nước có amoniac, muối hay các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm amoni thì clo, axit hypoclorơ, ion hypoclorơ tham gia vào phản ứng với chúng tạo thành monocloramin và dicloramin. HOCl + NH 3 → NH 2 Cl + H 2 O HOCl + NH 2 Cl → NHCl 2 + H 2 O HOCl + NHCl 2 → NCl 3 + H 2 O 7 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo. • pH càng thấp thì lượng clo kết hợp thành dicloramin càng ít và nồng ñộ monocloramin trong nước càng cao, ñồng thời khả năng diệt trùng càng giảm. • Khả năng diệt trùng của dicloramin thấp hơn của monocloramin khoảng 3-5 lần.Khả năng diệt trùng của dicloramin thấp hơn của clo từ 20-25 lần. • Clo ñã kết hợp với amoniac thành cloramin gọi là clo kết hợp, tổng hàm lượng clo tự do Cl 2 , HOCl, OCl - và clo kết hợp gọi là clo hoạt tính. 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo • ðể ñảm bảo cho quá trình khử trùng ñạt ñược hiệu quả hoàn toàn, sau khi khử trùng cần giữ lại trong nước 1 lượng clo dư thích hợp. Với các hệ thống cấp nước sinh hoạt, lượng clo dư cần ñể chống sự nhiễm bẩn trở lại của nước trong mạng lưới ñường ống phân phối hoặc nơi tiêu thụ thường lấy từ 0,2-0,3 mg/l tính theo clo tự do. • Do khả năng diệt trùng của clo tự do và clo kết hợp là khác nhau nên lượng dư cần thiết của chúng trong nước cũng cần ở các mức khác nhau. 8 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo • Clo hoá nc vi liu lng cao: ðể khử trùng nước bị nhiễm bẩn nặng, ñặc biệt khi trong nước có chứa vi trùng có sức ñề kháng cao với các chất oxy hoá và trong trường hợp cần khử màu, mùi, vị của nước có thể sử dụng clo với liều lượng cao ≥10 mg/l. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp sau khi khử trùng lượng clo dư tồn tại trong nước khá lớn nên cần phải khử bớt clo dư ñể hạ xuống tiêu chuẩn từ 0,3-0,5 mg/l. 1.1 Bản chất của quá trình diệt trùng bằng Clo • Trong trường hợp nước có phenol nếu cho clo vào sẽ tạo ra clophenol có mùi và vị rất khó chịu. • ðể khắc phục, cần tiến hành amoniac hoá trước (ñưa amoniac vào nước trước khi cho clo): lượng amoniac hay muối amoni lấy từ 0,5-1,0 mg/l tính theo ion NH 4 + cho 1g Cl. 9 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khử trùng nước bằng clo 1.2.1. Ảnh hưởng của ñộ pH: - Hiệu quả khử trùng giảm khi pH tăng - Lượng clo dư tối thiểu ñể diệt trùng hoàn toàn: ->1>10 -0.89 – 10 1.800.48 – 9 1.500.27 – 8 1.00.26 – 7 Clo hoạt tính dạng cloramin sau 60p tiếp xúc Clo dư sau 10p tiếp xúc Lượng clo dư tối thiểu Giá trị pH 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khử trùng nước bằng clo 1.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ: • Khi nhiệt ñộ nước tăng thì ñộ nhớt giảm, chuyển ñộng nhiệt tăng lên làm cho quá trình khuyếch tán chất khử trùng qua vỏ tế bào vi sinh vật tăng lên. • Với cloramin, nhiệt ñộ có ảnh hưởng lớn hơn so với clo tự do. 10 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khử trùng nước bằng clo • Phương trình biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến tốc ñộ khử trùng: trong ñó: t 1 , t 2 : thời gian tiếp xúc (phút) cần ñể giảm lượng vi trùng trong nước ñến mức yêu cầu tương ứng với nhiệt ñộ nước T 1 , T 2 (K); E: năng lượng hoạt hoá của quá trình khử trùng R: hằng số khí = 1,99 kcal/K.mol 21 12 2 1 )( lg TRT TTE t t − = 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khử trùng nước bằng clo 1.2.3. Ảnh hưởng của nồng ñộ: - Khi tăng nồng ñộ chất khử trùng, thời gian tác dụng sẽ giảm xuống. - Phương trình biểu diễn tương quan giữa nồng ñộ và thời gian khử trùng: trong ñó: C là nồng ñộ chất sát trùng t: thời gian cần thiết ñể diệt lượng vi trùng nhất ñịnh; N: chỉ số mũ; K: hằng số. KtC n = [...]... hơi - Theo lý thuy t, 1kg s ch ch a 49 ,6% Cl2 Trong s n ph m thương m i, hàm lư ng clo ho t tính ch chi m 30 45 % - Ca(OCl)2 không hút m, có th b o qu n lâu trong kho t i, khô ráo mà không b gi m ñ ho t tính 3 Các hoá ch t kh trùng g c clo 3.3 Clorua vôi - Clorua vôi ñư c s n xu t b ng cách cho clo ph n ng v i vôi tôi - Trong clorua vôi có ch a 40 45 % canxi hypoclorit, lư ng clo ho t tính là 20÷25% -. .. i) H th ng nh s d ng nư c ng m ( . dụng nước mặt (<10,000 người) Elemental Chlorine 84% 61% 82% Sodium Hypochlorite 20% 34% 17% Calcium Hypochlorite <1% - 9% Chloramines 29% - 2% Ozone 6% - - UV - - - Chlorine. riêng 1,34kg/l, mhiệt dung 0,2262 kg/kcal - ðộ hoà tan của clo vào nước phụ thuộc vào nhiệt ñộ nước và áp lực riêng phần của clo. - Khi áp lực bằng 1 at, nhiệt ñộ nước 10 o C, 1 lít nước hoà tan. 1 Chương 4. Khö trïng n−íc KHỬ TRÙNG NƯỚC • ðể ngăn ngừa các bệnh dịch, nước cấp cho sinh hoạt phải ñược diệt trùng. • Các hệ thống cấp nước công nghiệp cũng cần phải ñược