tiểu luận nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp

Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM - - -    - - - Tiểu luận ĐỀ TÀI: Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 1 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM Mục lục Tiêu đề Trang Giới thiệu 1 Chương I: Tổng quan về các phương pháp khử trùng nước cấp 2 IA. Phương pháp lý học 2 IA 1. Khử trùng bằng tia cực tím 2 IA 2. Phương pháp lọc 3 IA 3. Khử trùng bằng một số phương pháp khác 4 IB Khử trùng bằng phương pháp hóa học 5 IB 1. Khử trùng bằng Chlor 5 IB 1.1 Hóa học của Chlor 5 IB 1.2 Khả năng khử trùng của Chlor tự do 5 IB 1.3 Cơ chế tác động của Chlor 6 IB 2 Chloramine hóa 7 IB 2.1 Hóa học của Chloramine 7 IB 2.2 Tác động khử trùng của Chloramine vô cơ 8 IC. Khử trùng bằng Ozon 8 IC 1 . Cơ chế tác dụng của ozon 9 IC 2 . Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 9 IC 2.1. Loại hóa chất khử trùng 10 IC 2.2. Loại vi sinh vật 10 IC 2.3. Nồng độ khử trùng và thời gian tiếp xúc 10 IC 2.4. Tác động của pH 12 IC 2.5. Nhiệt độ 12 IC 2.6. Cạnh tranh hóa học và vật lý đối với việc khử trùng 12 GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 2 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM Chương II: Tình hình công nghệ khử trùng nước cấp tại Việt Nam 14 Chương III: Tình hình công nghệ khử trùng nước cấp trên thế giới 18 Chương IV:Lựa chọn công nghệ khử trùng phù hợp với điều kiện của nước ta………… 21 IVA. Hiệu quả của các phương pháp khử trùng 21 IVB. Ưu và nhược điểm của các phương pháp 23 GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 3 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM Giới thiệu Xã hội càng phát triển, chất lượng cuộc sống ngày càng được quan tâm và nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng lên. Để cung cấp nước sạch có thể khai thác các nguồn nước từ thiên nhiên từ các nguồn như:nước mặt, nước ngầm, nước biển trong những nguồn này ngoài những hợp chất vô cơ, hữu cơ nước thiên nhiên còn chứa rất nhiều vi sinh vật như vi khuẩn và cá loại vi trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn… Chúng xâm nhập vào cơ thể qua nhiều con đường khác nhau như ăn uống sinh hoạt mà chúng ta đang xét gây ra nhửng ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ từ mức độ nhẹ đến mức nghiêm trọng .Với các hệ thống cấp nước công nghiệp cũng cần phải khử sạch các loại vi sinh vật để ngăn ngừa sự kết bám của chung lên thành ống dẫn nước lên các thiết bị làm lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt, đồng thời làm tăng tổn thất áp lực của hệ thống. Để ngăn ngừa những việc trên đây nước cấp cho sinh hoạt cần được khử trùng. Khử trùng là quá trình loại bỏ những vi sinh vật có khả năng gây bệnh. Khử trùng là hàng rào cần thiết và cuối cùng để chống lại sự phơi nhiễm của người với những vi sinh vật gây bệnh.Vì thế khử trùng nước là một khâu hết sức quan trọng trước khi đưa vào hệ thống phân phối nước cấp. Phần này chúng em tìm hiểu tổng quan về các phương pháp khử trùng nước cấp, tình hình công nghệ khử trùng nước cấp trong nước cũng như một số công nghệ khử trùng nước cấp ở ngoài nước nhằm lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện phát triển ở Việt Nam. GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 4 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM Chương I. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG IA. Phương pháp lý học Khử trùng bằng phương pháp vật lý có ưu điểm cơ bản là không làm thay đổi tính chất lý hoá của nước, không gây nên tác dụng phụ. Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở qui mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép.Dưới đây là các phương pháp khử trùng bằng phương pháp vật lý thường gặp. IA1. Khử trùng bằng tia cực tím Việc khử trùng bằng tia cực tím lần đầu tiên được dùng vào đầu thế kỉ 20 để xủ lý nước ở Henderson, Kentucky nhưng phương pháp này bị bỏ quên do người ta thích sử dịng chlor hoá. Cùng với tiến bộ của kỹ thuật, phương pháp khử trùng bằng tia cực tím nay đã lấy lại được sự phổ biến, đặc biệt là ở châu Âu. Quy trình: Cho nước chảy qua một ống kín trong đó có lắp đèn cực tím. Các tia UV được phóng vào dòng nước. Cấu trúc DNA/RNA của vi sinh bị thay đổi làm cho chúng không thể tồn tại và sinh sản. GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 5 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM Nguyên lý diệt khuẩn của tia cực tím: Một đoạn DNA của vi khuẩn trước khi bị chiếu tia cực tím. Đoạn gen đã bị phá hủy Tia cực tím ở một tần số nhất định có thể diệt 99,99% vi khuẩn nhưng không loại bỏ bất kỳ tạp chất gì có trong nước. Phương pháp này sử dụng điện và thường được ứng dụng ở công đoạn cuối cùng của hệ thống lọc nước. Khác với đun sôi, phương pháp này tiết kiệm điện và nhanh hơn nhiều. Đây là phưong pháp xử lý an toàn nếu kết hợp thêm với loại lọc Than hoạt tính. IA2. Phương pháp lọc Các phương pháp lọc và tiệt trùng nước đơn lẽ đều có những phần không hoàn thiện, đặc biệt là độ an toàn của nước về mặt hóa lý, vi sinh không cao, nhất là việc quản lý nồng độ hóa chất tương đối phức tạp, khó có thể áp dụng được trong qui mô nhỏ (trừ trường hợp dùng lõi lọc bằng sợi hay sứ pha nitrate bạc), hoặc giá thành quá cao. Nhằm khắc phục những nhược điểm ấy, phương pháp thẩm thấu ngược (reverse osmosis) được sáng chế từ khi sợi thủy tinh nhân tạo (fiber) ra đời, ứng dụng nguyên lý vận động của nước, thẩm thấu từ vùng nước loãng (hay dung dịch loãng) sang vùng nước đậm đặc qua một màng thẩm thấu GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 6 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM dưới một áp lực khá cao. Màng thẩm thấu này được đặt ở giữa vùng nước sạch (trong) và vùng nước nhiễm bẩn hay nước mặn; nước trong sẽ di chuyển sang vùng nước mặn (đậm đặc) cho đến khi cả hai bên cân bằng và chỉ có nước đi qua màng thẩm thấu; hóa chất, vi sinh trong nước được giữ lại từ 85-100%. Vận động qua lại của nước từ bẩn sang sạch bằng áp lực máy bơm được lặp đi lặp lại nhờ chênh lệch áp suất, tạo ra nguồn chảy ngược, vì nước sạch (pure water) di chuyển từ vùng đậm đặc (muối hay nhiễm bẩn) sang vùng nước loãng và sạch dần (tinh khiết dần dần) theo chu kỳ qua lại của thẩm thấu (xuôi và ngược). Nên lưu ý phương pháp thẩm thấu ngược không phải là phương pháp lọc bằng màng, tức không phải qua những khoảng hở giữa các phân tử của chất liệu làm màng như các loại sợi Cellulóe Acetate, Triacetate hay Polyamide Polymes. Với nguyên lý này, nước lọc từ hệ thống R O được xem là nước siêu lọc vì tất cả hóa chất, vi sinh đều bị ngăn chặn. IA3. Khử trùng bằng một số phương pháp khác Khử trùng nước bằng phương pháp siêu âm: Dùng dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước Phương pháp nhiệt: Đây là phương pháp cổ truyền đun sôi nước ở 100 0C có thể tiêu diệt được vi sinh vật tuy nhiên vẫn còn hạn chế với những vi sinh vật có khả năng chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc.Để tiêu diệt được nhóm vi khuẩn sinh bào tử này, cần đung sôi nước đến 1200C hoặc đun sôi theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút để cho nước nguội dưới 350C và giữ trong vòng 2 giờ tạo điều kiện cho các bào tử phát triển trở lại sau đó lại đun sôi nước một lần nữa. Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn kém năng lượng nên thường chỉ áp dụng ở qui mô nhỏ. IB. Khử trùng bằng phương pháp hoá học Cơ sở của phương pháp hoá học là sử dụng các chất ô xi hoá mạnh để ô xi hoá men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng. Do đạt được hiêu suất cao nên ngày nay phương pháp này được ứng dụng rộng rãi ở mọi qui mô. GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 7 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM IB1. Khử trùng bằng Chlor IB1.1 Hóa học của Chlor Khí Chlor được đưa vào nước sẽ thủy phân theo phương trình sau: Cl2 + H2O ↔ HOCl + H+ + Cl- Axid hypochlorous phân ly tron nước theo phản ứng sau: HOCL ↔ H+ + OCl- HOCL và OCL- Phụ thuộc vào PH của nước, Chlor dưới dạng HOCL và OCL- được gọi là Chlor tự do sẵn có. HOCl kết hợp với amonian và hợp chất nitơ hữu cơ để tạo thành Chloramin, được gọi là Chlor kết hợp sẵn có. IB1.2 Khả năng khử trùng của Chlor tự do Khả năng khử trùng của Chlor tự do có thể được tăng cường bằng cách cho thêm muối như: KCl, NaCl, hay CSCl. Sauk hi Chlor hóa, virus bất hoạt có hiệu quả hơn trong nước uống hơn là nước tinh khiết. Cơ chế tác dụng tăng cường của muối chua được hiểu rõ. Khả năng khử trùng của Chlor có thể được tăng cường khi có mặt kim loại nặng. Tốc độ bất hoạt của vi khuẩn (thí dụ: Legionella pneumophila) và virus sinh bệnh (thí dụ: virus polio) được tăng cường khi Chlor tự do bị biến đổi bởi đồng và bạc sinh ra từ điịen phân (400 và 40µg). Hiện tượng này đã được chứng minh cho vi khuẩn chỉ thị trong hồ bơi. Dù vậy quá trình này không loại bỏ hoàn toàn virus đường ruột (thí dụ: virus viêm gan A) ra khỏi nước. IB1.3 Cơ chế tác động của Chlor Chlor có thể gây ra hai tổn thương đối với tế bào vi khuẩn: Hủy hoại tính thấm của màng tế bào: Chlor tự do hủy hoại tính toàn vẹn của màng tế bào vi khuẩn, do đó danã đến mất tính thấm tế bào và hủy hoại những chức năng khác của tế bào. Tiếp xúc với Chlor dẫn đến rò rỉ protein, ARN, AND. Chết tế bào xảy ra do sự phóng thích TOC và các chất hấp thụ tia cực tím, giảm thấp thụ GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 8 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM potassium, giảm tổng hợp AND và protein. Sự hủy hoại tính thấm cũng có thể được xem là tổn thương gây ra cho bào tử vi khuẩn do Chlor. Tổn thương axid nhân và emzyme: Chlor gây ra tổn thương acid nhân của vi khuẩn cũng như enzyme (thí dụ: catalase).Một trong những hậu quả của giảm hoạt tính của catalase là việc bị ức chế do tích lũy peroxide hydro. Đối với virus, phương thức tác động của Chlor có thể phụ thuộc vào loại virus. Tổn thương acid nhân là phương thức chủ yếu bất hoạt phage f2 hay vius polio type 1. Chlor tác động vào lớp bao protein của những loại virus khác (thí dụ: rotavius). IB2 Chloramine hóa Chloramine hóa là sự khử trùng nước bằng Chloramine thay vì Chlor tự do. Mặc dù chúng là chất khử trùng ít hiệu quả hơn Chlor tự do, chúng dường như có hiệu quả hơn trong việc khống chế vi sinh vật màng sinh học bởi vì chúng tương tác kém hơn đối với polysaccharide vỏ nang. Do đó, dùng Chlor tự do đã được gợi ý là chất khử trùng hàng đầu trong hệ thống xử lý nước vàchuyển phần dư thành mono Chloramin nếu muốn khống chế màng sinh học. IB2.1 Hóa học của Chloramine Trong dung dịch nước, HOCl phản ứng với ammonia và tạo thành Chloramine vô cơ theo phản ứng sau: Tạo thành monochloramine: NH3 + HOCl → NH2Cl +H2O Tạo thành dichoramine: NH2 +HOCl → NHCl2 +H2O Tạo thành trichloramine: NHCl2 + HOCl → NCl3 +H2O Tỷ lệ của 3 dạng chlorine phụ thuộcvào PH của nước. Monochlorine chiếm ưu thế ở PH › 8.5. Monochloramine và dichloramine cùng tồn tại ở PH giữa 4.5 và 8.5 và trichloramine tại thành PH ˂ 4.5. Trong nhà máy xử lý nước, việc tạo thành monochloramine là điều người ta mong muốn bởi vì dichloramine vàtrichloramin tạo thành vị khó chịu đối với nước. GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 9 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM Tổng các phức hợp Chlorine,% Hình. Phân bố của các loại chloramines theo PH IB2.2 Tác động khử trùng của Chloramine vô cơ Vào năm 1940, Butterfied và cộng sự chứng minh rằng Chlor tự do bất hoạt vi khuẩn đường ruột nhanh hơn Chloramine vô cơ. Hơn nữa, tác động diệt khuẩn của Chloramine tăng cùng với nhiệt độ và nồng độ ion hydro. Những quan sát tương tự cũng xảy ra đối với virus đường ruột và nang protozoa rất đề kháng với Chloramine. Do đó, người ta khuyến khích rằng đối với nước uống, không nên chỉ khử trùng bằng Chlor, hay nói khác đi nên cân nhắc khử trùng bằng Chloramine khi nguồn nước có chất lượng tốt. IC. Khử trùng bằng Ozone Ozone được tạo thành bằng cách cho luồng không khí khho đi ngang qua những điện cực được tách rời bởi một khe không khí và chất điện môi và đưa vào dòng điện xoay chiều với điện thế thay đổi từ 8000 đến 20.000 Volt. Ozone cũng có thể được áp dụng ở những điểm khác nhau của nhà máy xử lý nước, tùy thuộc GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 10 . Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM - - -    - - - Tiểu luận ĐỀ TÀI: Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 1 Nghiên cứu công nghệ khử. khi khử trùng. GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 15 Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Trường ĐHCN Tp.HCM Chương II. TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ KHỬ TRÙNG NƯỚC CẤP TẠI VIỆT NAM Trước đây, khử trùng nước. nghệ khử trùng nước cấp trong nước cũng như một số công nghệ khử trùng nước cấp ở ngoài nước nhằm lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện phát triển ở Việt Nam. GVHD: CAO THỊ THÚY NGA 4 Nghiên