PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI i doc

Các dạng khác như calcium hypochlorite cũng được sử dụng CaOCl2 Ca2+ + 2OCl -Hypochlorous acide sẽ tác dụng với ammonia để tạo nên monochloroamine, dichloramine và nitrogen trichloride N

PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG TRONG XỬ

LÝ NƯỚC THẢI

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 (%)

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

Chlorine hóa nước thải sau

xử lý

98 ¸ 99

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Cl2 hòa tan rất mạnh trong nước (7160 mg/L ở

20oC và 1 atm) Khi hòa tan trong nước nó tạo thành hypochlorous acide

Cl2 + H2O -> HOCl + H++ Cl

-Với hàm lượng Cl2 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 Ca2+ + 2OCl -Hypochlorous acide sẽ tác dụng với ammonia

để tạo nên monochloroamine, dichloramine và nitrogen trichloride

NH4+ + HOCl NH2Cl + H2O + H+

NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O

NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O

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 (Cl2 : NH4+- N)

Trong khoảng pH từ 7 8 và tỉ lệ Cl2 : NH4+ -

N = 5 : 1 tất cả chlorine tự do hữu dụng sẽ

chuyển thành monochloramine trong vòng 1 phút trở lại, nếu tỉ lệ Cl2 : NH4+ - 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 (H2S, NO2-, Fe2+, Mn2+ ) 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):

H2S + Cl2 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 CHCl3 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 N2, NO3 và NCl3 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 cĩ thể tính bằng

cơng thức:

trong đó

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

ặc

ểm

mong

ốn

ạt

ợc

Chlorine Sodium

hypochloride

Calcium hypochloride

Chlorine dioxide

Bromine chloride

ộc

ở

ồng

ộ cao

ải

trong

ớc

ặc

ảm

ẩn

theo

định

Tương đối bền

không bền

sx khi cần

Hơi không

ổn định

ộc

ối với

vsv,

không

ộc với

ời

ộng

Rất độc với sv bậc cao

Đồng nhất

nhất

Đồng nhất

ỉ tác

ụng

ới vi

ẩn

không

ụng

ất

ữu cơ

Oxy hóa chất hữu

cơ

Chất oxy hóa mạnh

Chất oxy hóa mạnh

chất hữu

cơ

ợc

ộc

ảng

ến

thiên

ệt

ộ môi

ờng

Không

mòn

Ăn mòn mạnh

mạnh

Ăn mòn

Có khả

năng

mùi khi

trùng

bình

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 Cl2, ClO2, 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

Khống chế quá trình phát triển của

các màng bùn vi sinh vật

1 ¸ 10

Khống chế ruồi ở bể lọc sinh học 0,1 ¸ 0,5

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 H2S b: cho 1 mg/L BOD khử đi