Khử trùng nước thải

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN NHÂN PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI 1.1 KHÁI NIỆM KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI .1 1.2 VÌ SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP VẬT LY.́ 2.1.1 Phương pháp nhiệt 2.1.2 Khử trùng bằng tia cực tím (Ultraviolet Light) 2.1.3 Phương pháp siêu âm Ultrasonic Vibbration (U.V) .6 2.1.4 Phương pháp lọc 2.2 PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 2.2.1 Khử trùng nước bằng clo và các hợp chất của nó .7 2.2.2 Khử trùng nước bằng iod 2.2.3 Khử trùng nước bằng ion của các kim loại nặng 2.2.4 Khử trùng bằng ozon CHƯƠNG 3: BẢN CHẤT KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ 10 CÁC HỢP CHẤT CHỨA CLO .10 3.1 BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ HỢP CHẤT CHỨA CLO 10 3.2 CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC XẢY RA KHI CHO CLO VÀO NƯỚC (CLO HÓA NƯỚC) 12 3.2.1 Khử clo dư nước: 14 3.2.2 Nồng độ chlorine cần thiết: 14 3.2.3 Những chất khử trùng thông thường: 17 KẾT LUẬN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO .20 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN NHÂN PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI 1.1 Khái niệm khử trùng nước thải - Nước thải nước thải sau sử dụng (cho nhu cầu sinh hoạt người nhu cầu sản xuất công nghiệp) - Khử trùng nước thải trình loại bỏ nước thải vi sinh có khả gây bệnh, hàng rào cần thiết cuối chống lại phơi nhiễm người với vi sinh gây bệnh, bao gồm virus, vi khuẩn protozoa 1.2 Vì phải khử trùng nước thải Tất hoạt động sinh hoạt sản xuất người tạo chất thải Các chất thải tồn dạng chất rắn, chất lỏng thể khí Ngoài tạp chất vô cơ, hữu cơ…trong nước thải có nhiều loại vi sinh vật vi khuẩn, vi trùng, virut gây bệnh tả, lỵ, thương hàn… Nếu xả thải vào nguồn nước cấp mà chưa qua khử trùng khả lan truyền bệnh lớn Tiêu chuẩn nguồn nước tốt phải loại trừ nguồn gây bệnh Do đó, khử trùng nước trình thiếu công nghệ xử lý nước Người ta nhận thấy với trình xử lý học loại trừ loài vi sinh vật vi trùng có nước Do vậy, để có nguồn nước đảm bảo an toàn vệ sinh trước thải vào nguồn, bắt buộc phải tiến hành biện pháp khử trùng (khử trùng nhằm tiêu diệt vi khuẩn, virut loại có hại, gây bệnh, tiêu diệt tất vi khuẩn có nước) Dựa vào phân tích ta đưa nguyên nhân cần phải khử trùng nước thải nước cấp sau đây: - Theo yêu cầu quy chuẩn Việt Nam tiêu an toàn nước cấp nước thải phải kể đến tiêu vi sinh • Nước cấp: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT quy định : đối với các sở cung cấp nước: Ecoli không tồn tại; đối với hình thức khai thác nước cá nhân, hộ gia đình (các hình thức cấp nước đường ống qua xử lý đơn giản giếng khoan, giếng đào, bể mưa, máng lần, đường ống tự chảy): Ecoli < 20MPN/100ml • Nước thải: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT quy định Tổng Coliforms < 3000 MPN/100ml (loại A) và Tổng Coliforms < 5000 MPN/100ml (loại B) - Trong trình xử lý nước cấp nước thải phải qua nhiều công đoạn khác khả gây nhiễm vi sinh cao Khử trùng khâu quan trọng cuối hệ thống xử lý nước sinh hoạt Sau trình xử lý học, nước sau qua bể lọc, phần lớn vi sinh vật bị giữ lại Song để tiêu diệt hoàn toàn vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước Khử trùng nước thải nhằm mục đích tiêu diệt loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm chưa khử bỏ trình xử lý nước thải Nước thải sau xử lý phương pháp sinh học chứa khoảng 105 – 106 vi khuẩn /ml Hầu hết loại vi khuẩn có nước thải vi trùng gây bệnh không loại trừ khả có vi khuẩn gây bệnh Khi xả nguồn nước cấp, hồ bơi, lan truyền bệnh lớn Vì cần phải khử trùng nước thải trước xả Như biết, xử lý nước thải phương pháp sinh học điều kiện tự nhiên cho hiệu xuất xử lý khử trùng cao nhất, đạt tới 99%, công trình xử lý sinh học điều kiện nhân tạo đạt 91 – 98% I Nước thải trước xử lý II Sau bể lắng III Sau bể Aeroten Hình 1.1 Biểu đồ biểu thị giảm số lượng vi khuẩn sau nước thải xử lý qua số công đoạn CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI 2.1 Các phương pháp vật lý 2.1.1 Phương pháp nhiệt Khi đun sôi nước ở 100OC đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt Còn một số ít vi sinh vật nhiệt độ tăng lên cao liền chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc Chúng không hề bị tiêu diệt dù có đun sôi liên tục vòng 15 đến 20 phút Để tiêu diệt được nhóm vi khuẩn bào tử này, cần đun sôi nước đến 120 OC hoặc đun theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút, để cho nước nguội đến dưới 35OC và giữ vòng hai giờ cho các bào tử phát triển trở lại, sau đó lại đun sôi nước một lần nữa Phương pháp nhiệt đơn giản tốn lượng nên thường chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ Ví dụ trồng giá thể gây lãng phí nước phân bón cần lượng nước nhiều độ bốc thoát 30 – 50% (theo yêu cầu trồng), đó phương pháp nhiệt có thể dùng để khử trùng hệ thống tái chế nước tưới trồng: nước thải đun nóng với nhiệt độ cao thông qua trao đổi nhiệt nóng đến 90OC 30 giây 85OC phút để tiêu diệt mầm bệnh Nhiệt độ 60OC thời gian phút có hiệu lực chống lại vi khuẩn, nấm tuyến trùng Trước sử dụng nước khử trùng nhiệt để tưới, phải làm mát lại thông qua trao đổi nhiệt Phương pháp mang lại hiệu cao không gây nguy hiểm cho trồng, nhiên đòi hỏi đầu tư đáng kể lượng 2.1.2 Khử trùng bằng tia cực tím (Ultraviolet Light) Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng – 400 nm (nanometer) Độ dài sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường Dùng tia cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước Nguyên lý diệt khuẩn tia cực tím: tia cực tím tác dụng làm thay đổi ADN của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254 nm có khả diệt khuẩn cao nhất Hình 2.1 Đoạn ADN của vi khuẩn trước và sau bị chiếu tia cực tím Tia cực tím tần số định diệt 99,99% vi khuẩn không loại bỏ tạp chất có nước Phương pháp sử dụng điện thường ứng dụng công đoạn cuối hệ thống lọc nước Khác với đun sôi, phương pháp tiết kiệm điện nhanh nhiều Đây phương pháp xử lý an toàn kết hợp thêm với loại lọc than hoạt tính Trong các nhà máy xử lý nước, dùng đèn thủy ngân áp lực thấp để phát tia cực tím, loại đèn này phát tia cực tím có bước sóng 253,7 nm, bóng đèn đặt hộp thủy tinh không hấp thụ tia cực tím, ngăn cách đèn và nước Đèn được lắp thành bộ hộp đựng có vách ngăn phân phối để nước chảy qua hộp, được trộn đều để cho số lượng vi khuẩn qua đèn thời gian tiếp xúc ở hộp là cao nhất Lớp nước qua đèn có độ dày khoảng nm, lượng tiêu thụ từ 6000 đến 13000 microwatt/s Các loại đèn thủy ngân áp lực thấp sản xuất tia cực tím hiện có thể phát công suất 30000 microwatt/s, độ bền 3000 giờ đến 8000 giờ Hình 2.2 Hệ thống đèn cực tím Hình 2.3 Đèn phát tia cực tím Nhược điểm của thiết bị tia cực tím: - Chi phí vận hành cao - Độ vẩn đục của nước và chất nhờn bám vào đèn có thể ngăn cản tia cực tím tác dụng vào vi khuẩn, đó hiệu quả khử trùng thấp - Không tiêu diệt bào tử vi sinh vật - Các chất hữu có nước thải có khả hấp thụ tia cực tím, làm giảm tác dụng hữu hiệu tia cực tím 2.1.3 Phương pháp siêu âm Ultrasonic Vibbration (U.V) Ultrasonic Vibbration dạng sóng siêu âm có tần số cao giới hạn nghe người Khi chúng truyền chất lỏng, tia sóng nguyên nhân tạo nên bong bóng cực nhỏ làm cho nước có trạng thái sôi Một số nhà quan sát gọi tượng “sôi lạnh” Các bong bóng nhanh chóng bị vỡ tạo nên dạng sóng va chạm mạnh Vi sinh vật tồn dung dịch bị ảnh hưởng áp suất bên từ va chạm Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ 2W/cm khoảng thời gian phút có khả tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật nước 2.1.4 Phương pháp lọc Đại bộ phận vi sinh vật có nước (trừ siêu vi trùng) có kích thước – µm Nếu đem lọc nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng nhỏ µm có thể loại trừ được đa số vi khuẩn Lớp lọc thường dùng là các tấm sành, sứ xốp có khe rỗng cực nhỏ Với phương pháp này, nước đem lọc phải có hàm lượng cặn nhỏ mg/l Hình 2.4 Bộ lọc nước RO, công suất 12 lít/giờ Kết luận: Khử trùng bằng các phương pháp vật lý, có ưu điểm bản là không làm thay đổi tính chất lý hóa của nước, không gây nên tác dụng phụ Tuy nhiên hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép 2.2 Phương pháp hóa học Cơ sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng Các hóa chất thường dùng là: clo, brom, iod, clo dioxit, axit hypoclorit và muối của nó, ozon, kali permanganat, hydro peroxit Do hiệu suất cao nên ngày khử trùng bằng hóa chất được áp dụng rộng rãi ở mọi quy mô 2.2.1 Khử trùng nước bằng clo và các hợp chất của nó Clo chất oxy hóa mạnh, dạng nào, nguyên chất hay hợp chất, clo tác dụng với nước cho phân tử axit hypocloro (HOCl), hợp chất có lực khử trùng mạnh Cơ chế tác động clo: Quá trình tiêu diệt vi sinh vật xảy qua hai giai đoạn: chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật, sau phản ứng với men bên tế bào phá hoại trình trao đổi chất dẫn đến diệt vong tế bào Tốc độ phản ứng trình khử trùng xác định động học trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào động học trình phân hủy men tế bào Tốc độ trình khử trùng tăng nồng độ chất khử trùng nhiệt độ nước tăng Khử trùng Clorua vôi thường dùng cho trạm xử lý nước thải công suất 1000 m3/ngày Đây phương pháp đơn giản, rẻ tiền hiệu cao Tuy nhiên, việc khử trùng clo khó khăn nước thải công nghiệp có chứa nhiều hợp chất hữu bền vững Khi clo kết hợp với chất để tạo thành hợp chất hữu clo, ví dụ như: trihalomethane,… dễ gây nguy hại cho nguồn nước, đặc biệt nguồn phục vụ cho mục đích cấp nước sinh hoạt 2.2.2 Khử trùng nước bằng iod Iod là chất oxy hóa mạnh và thường được dùng để khử trùng nước ở các bể bơi Là chất khó hòa tan nên iod được dùng ở dạng dung dịch bão hòa Độ hòa tan của iod phụ thuộc nhiệt độ nước Ở 0OC độ hòa tan là 100 mg/l Ở 20OC là 300 mg/l Khi độ pH của nước nhỏ 7, liều lượng iod sử dụng lấy từ 0,3 đến mg/l Nếu sử dụng liều lượng cao 1,2 mg/l sẽ làm cho nước có mùi vị iod 2.2.3 Khử trùng nước bằng ion của các kim loại nặng Với nồng độ rất nhỏ của ion kim loại nặng có thể tiêu diệt được các vi sinh vật và rêu tảo sống nước Khử trùng bằng ion kim loại nặng đòi hỏi thời gian tiếp xúc lớn Ví dụ với bạc sử dụng 0,03 mg/l khử trùng nước có pH = 7,5 ở 15 OC, thời gian cần để khử 99% vi trùng là 177 phút Tuy nhiên không thể nâng cao nồng độ ion kim loại nặng để giảm thời gian diệt trùng vì ảnh hưởng đến sức khỏe của người Bảng 2.1 Nồng độ diệt trùng của ion kim loại nặng Kim loại Bạc – Ag Đồng – Cu Cadimi – Cd Crom – Cr Kẽm – Zn 2.2.4 Khử trùng bằng ozon Nồng độ cần (mg/l) để tiêu diệt Vi trùng Ecoli Rêu tảo 0,04 0,05 0,08 0,15 0,15 0,10 0,70 0,70 1,40 1,40 Ozon có công thức hóa học là O3, ở điều kiện bình thường, ozon là chất không bền vững và bị phân hủy rất nhanh thành khí oxy dạng bền vững O Bởi vì ozon là chất không bền vững và không thể lưu giữ lâu bình chứa nên phải dùng máy sản xuất ozon tại nơi sử dụng Ozon được sản xuất bằng cách cho oxy hoặc không khí qua thiết bị phóng tia lửa điện, hiện tượng ta vẫn thấy thiên nhiên sau tia chớp của dông bão, không khí trở nên sạch và mát là tác dụng làm sạch không khí của ozon Để cấp đủ lượng ozon khử trùng cho nhà máy xử lý nước, dùng máy phát tia lửa điện gồm hai điện cực kim loại đặt cách một khoảng cho không khí chạy qua Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực dể tạo tia hồ quang, đồng thời với việc thổi luồng không khí sạch qua khe hở giữa các điện cực để chuyển một phần oxy thành ozon Nguồn không khí vừa là nguồn cấp oxy vừa là chất điện môi để san đều điện tích phóng toàn bề mặt điện cực, ngăn cản hiện tượng phóng điện quá tải cục bộ Sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ozon là nhiệt lượng Luồng không khí qua khe hở giữa các điện cực không đủ để làm lạnh (hạ nhiệt) các điện cực, ở nhiệt độ cao, ozon được sản xuất rất dễ bị phân hủy thành oxy, đó cần phải lắp thiết bị làm lạnh điện cực ở máy sản xuất ozon Có hai loại thiết bị làm lạnh điện cực: - Làm lạnh bằng không khí - Làm lạnh bằng nước Dưới tác dụng của tia lửa điện, một phần ni tơ phản ứng với nước thành axit thì có tác dụng ăn mòn kim loại của máy phát, đó để loại trừ hiện tượng này, không khí trước cho vào máy tạo ozon phải được làm sạch để khử hoàn toàn độ ẩm Nồng độ ozon hỗn hợp khí khỏi máy phát từ – 2% tính theo trọng lượng được đưa thẳng vào bể hòa tan và tiếp xúc với nước để khử trùng Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào chất lượng nước, cường độ khuấy trộn và thời gian tiếp xúc Dựa vào thời gian tiếp xúc cần thiết từ – phút, thường thiết kế ba loại bể hòa tan và khuấy trộn ozon vào nước: - Đi qua lớp lọc nổi - Dùng ejector - Dùng cánh khuấy để hòa tan khí Ưu nhược điểm của phương pháp khử trùng bằng ozon: - Ưu điểm: • Không có mùi • Làm giảm nhu cầu oxy của nước, giảm nồng độ chất hữu cơ, giảm nồng độ các chất hoạt tính bề mặt • Khử màu, phenol, xianua • Tăng nồng độ oxy hòa tan • Không có sản phẩm phụ gây độc hại • Tăng vận tốc lắng của các hạt lơ lửng - Nhược điểm: • Vốn đầu tư ban đầu cao • Tiêu tốn lượng điện Khả khử trùng của ozon: Độ hòa tan vào nước của ozon gấp lần độ hòa tan của oxy Khi vừa mới cho ozon vào nước, tác dụng tiệt trùng xảy rất ít, ozon đã hòa tan đủ liều lượng, ứng với hàm lượng đủ để oxy hóa chất hữu và vi khuẩn có nước, lúc đó tác dụng khử trùng của ozon mạnh và nhanh gấp 3100 lần so với clo và thời gian khử trùng xảy khoảng từ đến giây Liều lượng ozon cần để khử trùng nước từ 0,2 – 0,5 mg/l, tùy thuộc vào chất lượng nước đã xử lý Ozon có tác dụng tiêu diệt vi rút rất mạnh thời gian tiếp xúc đủ dài, khoảng phút Khả sử dụng ozon quy trình xử lý nước: - Ozon có khả khử chất rắn nước thô bằng tác dụng oxy hóa và tuyển nổi, bọt cặn nổi lên ozon hòa tan vào nước thô, các bọt này quá trình nổi lên hấp thụ số lớn cặn cứng, hợp chất ni tơ và photpho - pH của nước thô tăng lên chút ít CO2 được thoát - Khử màu và độ đục tác dụng oxy hóa của ozon với các hợp chất tạo màu - Chuyển hóa NH4+ thành NO3- Nồng độ ozon không khí cao mg/l gây độc hại cho người quản lý vận hành, đó cần phải có biện pháp phát hiện và phòng ngừa tại nơi đặt máy Hình 2.5 Máy trộn ozon vào nước thải CHƯƠNG 3: BẢN CHẤT KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ CÁC HỢP CHẤT CHỨA CLO 3.1 Bản chất trình khử trùng clo hợp chất chứa clo 10 Clo chất oxy hóa mạnh, dạng nào, nguyên chất hay hợp chất, clo tác dụng với nước cho phân tử axit hypocloro (HOCl), hợp chất có lực khử trùng mạnh Các nguồn chlorine thương mại phổ biến chlorine (Cl 2), hypochlorite canxi [Ca(OCl)2] hypochlorite natri (NaOCl) Chlorine tan 7160mg/L nước 20oC phản ứng để tạo HOCl HCl, HOCl tiếp tục ion hóa tạo ion OCl: Cl2 + H2O = HOCl + HCl HOCl = OCl- + H+ Hình 3.1 Chlorine tan nước 20oC phản ứng tạo HCl OCl- Hypochlorite canxi hypochlorite natri hòa tan nước tạo OCl Sự diện dạng chlorine phụ thuộc vào pH nước, dạng Cl không diện pH lớn 2, HOCl dạng phổ biến pH nằm khoảng 1-7,48, HOCl=OCl- pH = 7,48 OCl- cao HOCl pH 7,48 Mức độ nhạy cảm vi sinh vật dạng chlorine phụ thuộc lớn vào tốc độ khuếch tán vào tế bào, HOCl có hiệu khử trùng mạnh OCl - khoảng 100 lần HOCl có kích thước phân tử nhỏ trung hòa điện tích nên dễ dàng khuếch tán vào tế bào so với OCl- Do đó, chlorine có hiệu khử trùng cao pH nhỏ Không nên dùng chlorine pH lớn 7,48 không bón vôi trước khử trùng nước Các bào tử vi sinh vật có khả chịu đựng chlorine nồng độ cao so với tế bào sinh dưỡng chlorine khó khuếch tán qua vỏ bào tử Cơ chế tác dụng chlorine khử trùng HOCl phản ứng với hệ enzyme oxy hóa glucose hoạt động trao đổi chất, kết gây chết tế bào Phản ứng có liên quan đến oxy hóa HOCl enzyme có chứa gốc HS - Đa số virus enzyme chứa gốc HS - nên chlorine tác dụng diệt hay bất hoạt virus (trừ số trường hợp cụ thể định) 11 Tốc độ trình khử trùng tăng nồng độ chất khử trùng nhiệt độ nước tăng đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly chầt khử trùng, trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy nhanh trình phân ly Tốc độ trình khử trùng phụ thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng chất khử khác Khi nước có hàm lượng cao chất tốc độ trình khử trùng giảm đáng kể Khi cho clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng xảy trình thủy phân clo, tạo thành axit hypoclorit axit clohydric :  → HOCl + HCl Cl2 + H2O ¬   Ở dạng phân ly ta có : Cl2 + H2O  → 2H+ + OCl- + Cl¬   3.2 Các phản ứng hóa học xảy cho Clo vào nước (Clo hóa nước) Khi cho clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng xảy trình thủy phân clo, tạo thành axit hypoclorit axit clohydric :  → HOCl + HCl Cl2 + H2O ¬   Ở dạng phân ly ta có : Cl2 + H2O  → 2H+ + OCl- + Cl¬   Cl2 hòa tan mạnh nước (7160 mg/L 20OC atm) Khi clo kết hợp với nước tạo thành hypochlorous acide Cl2 + H2O > HOCl + H++ ClVới hàm lượng Cl2 thấp 1000 mg/L pH > phản ứng thủy phân diễn hoàn toàn Hypochlorous acide sau bị ion hóa thành hypochlorite ion HOCL  >OCl- + H+ Tương tự dùng clorua vôi làm chất khử trùng ta có : Ca(OCl)2 + H2O 2HOCl  → ¬    → ¬   CaO + 2HOCl 2H+ + 2OCl- HOCl không phân ly thành phần khử trùng nước, thành phần có giá trị cao pH thấp, điều nói lên trình dùng clo để khử trùng nước có hiệu cao tiến hành pH thấp 12 Khi nước có mặt amoniac hợp chất có chứa nhóm amoni, chúng tác dụng với clo axit hypoclorit ion hypoclorit để sinh thành hợp chất cloramin theo phản ứng sau : NH3 + HOCl  NH2Cl + H2O monocloramine NH2Cl + HOCl  NHCl2 + H2O dicloramine NHCl2 + HOCl  NCl3 + H2O tricloramine Sản phẩm monocloramine dicloramine sinh thành tùy thuộc vào trị số pH môi trường Trị số pH cao, lượng clo kết hợp để tạo thành dicloramine thấp nồng độ monocloramine cao Hơn nữa, nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, lực diệt trùng monocloramine thường thấp so với lực diệt trùng dicloramine khoảng từ đến lần, so với clo, lực diệt trùng dicloramine lại thấp từ 20 đến 25 lần Chính điều giải thích trình khử trùng lại xảy có hiệu trị số pH môi trường thấp Để đảm bảo cho trình khử trùng đạt hiệu hoàn toàn, người ta thường tính đến lượng clo dư thích hợp nước sau trình khử trùng Trong hệ thống khử trùng có chứa amoniac hợp chất có chứa nhóm amoni, lượng clo tham gia phản ứng để tạo thành cloramine gọi clo kết hợp, tổng hàm lượng clo tự dạng Cl2, HOCl ClO-, lượng Clo kết hợp gọi clo hoạt tính khử trùng, khả diệt trùng clo tự clo kết hợp khác mà lượng clo dư cần thiết để đảm bảo khử trùng triệt để đánh giá mức khác Hình 3.2 Đồ thị thể lượng clo dư theo trình sử dụng clo khử trùng Điểm tới hạn (breakpoint) quan trọng tính toán hàm lượng clo cho vào Điểm tới hạn điểm bão hòa phản ứng khử 13 trùng Tại điểm tới hạn, clo thêm vào trở thành clo dư Để đánh giá hiệu trình khử trùng nước thải clo, ta thường thực cách kiểm tra số dư lượng hóa chất sử dụng cách xác định hàm lượng clo dư nước thải sau tiếp xúc với clo Thông thường để đảm bảo hiệu trình khử trùng, ta điều chỉnh lượng clo cho vào cho hàm lượng clo dư lại nước thải sau tiếp xúc không nhỏ 1,5 mg/l 3.2.1 Khử clo dư nước: Khử dư lượng clo nước clo hóa với liều lượng cao dùng phương pháp hóa học Khử clo hóa chất dùng SO 2, Na2SO3, Na2S2O3 theo phản ứng sau: Cl2 + SO2 +2H2O→ 2HCl + H2SO4 Cl2 + Na2SO3 + H2O → 2HCl + Na2SO4 4Cl2 + Na2S2O3 + 5H2O → 2NaCl + 6HCl + 2H2SO4 Axit clohydric axit sunfuric hình thành trung hòa độ kiềm dư nước Để khử hết 1mg clo dư cần đến 0,9 mg SO2 Ngoài dùng than hoạt tính để lọc clo dư Lớp lọc hấp thụ qua than hoạt tính có chiều dày từ đến 2,5m, kích thước hạt từ 1,5 đến 2,5mm, tốc độ lọc 20 30m/h Tái sinh than hoạt tính hết khả hấp thụ clo tiến hành rửa qua dung dịch kiềm nóng canxi hypoclorit Phương pháp làm thoáng bề mặt khử phần clo dư hòa tan, hypoclorit không bay nên phương pháp hiệu Khử clo cloramine phương pháp làm thoáng đạt hiệu pH môi trường nhỏ Để khử trùng nước nhiễm bẩn nặng, đặc biệt nước có nhiều vi trùng có sức đề kháng cao với chất oxy hóa trường hợp cần khử màu, mùi, vị nước, sử dụng liều lượng clo đến 10mg/l để đảm bảo hiệu khử trùng triệt để việc oxy hóa chất gây mùi vị Tuy nhiên lượng clo dư sau khử trùng lớn, thiết phải tìm biện pháp khử bớt clo dư xuống đến tiêu chuẩn cho phép từ 0,3 đến 0,5mg/l 3.2.2 Nồng độ chlorine cần thiết: Khi cho chlorine vào nước thải có chứa chất khử (H 2S, NO2-, Fe2+, Mn2+ ) amonia amine hữu Đầu tiên cho chlorine vào nước thải phản ứng hết với chất khử chlorine thừa (a - b): H2S + Cl2 → 2HCl + S 14 Chlorine tác dụng với phenol tạo nên mono-, di- trichlorophenol tạo mùi vị nước Nó tác dụng với mùn nước tạo thành hợp chất chlor có chloroform CHCl3 chất gây ung thư Cho tới liều lượng b thỏa mãn nhu cầu chlor chất khử, tiếp tục cho thêm chlor vào tạo nên chloramine, chloramine tạo nên phần dư lượng dạng hợp chất chlor hữu dụng Khi tất ammonia amine hữu nước thải phản ứng hết với chlorine (c) việc tiếp tục cho thêm chlorine vào tạo nên phản ứng oxy hóa chloramine trình làm giảm dư lượng chlor (c - d) tạo nên N2, NO3 NCl3 Việc giảm dư lượng chlorine kết trình khử nguyên tử chlorine đến mức oxy hóa thấp (chloride) Sau kết thúc trình oxy hóa chloramine tiếp tục cho chlor vào nước thải tạo nên dư lượng chlor tự hữu dụng đường biểu diễn từ điểm d lên Điểm d coi "điểm dừng" đồ thị Việc xác định điểm dừng để xác định liều lượng chlorine cần sử dụng cho trình xử lý ammonia khử trùng nước thải (cần thiết phải có dư lượng chlor tự hữu dụng để bảo đảm cho trình khử trùng) Tuy nhiên việc áp dụng điểm dừng để xác định liều lượng chlorine đòi hỏi kỹ thuật cao ứng dụng Để đơn giản hóa vấn đề việc xử lý nước thải sinh hoạt người ta xác định dư lượng hợp chất chlor hữu dụng sau 15 phút tiếp xúc nước thải chlorine đạt nồng độ 0,5 mg/L liều lượng chlorine sử dụng đủ người ta gọi lượng chlorine cần thiết Yếu tố pH yếu tố quan trọng định hiệu trình khử trùng clo Khi pH tăng, hiệu khử trùng giảm Lượng clo dư tối thiểu cần thiết ứng với giá trị pH khác để diệt trùng hoàn toàn thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Lượng clo dư tối thiểu để diệt trùng hoàn toàn pH Lượng clo dư tối thiểu mg/l Clo tự sau 10 phút tiếp Clo hoạt tính kết hợp dạng xúc cloramin sau 60 phút tiếp xúc 6–7 0,2 1,0 7–8 0,2 1,50 8–9 0,4 1,80 – 10 0,8 > 10 > 10 Hiệu khử trùng HOCl cao so với OCl HOCl phân ly yếu pH thấp, hiệu khử trùng cao pH thấp Để hoàn thành công đoạn xử lý nước thải chlorine nước thải dung dịch chlor (phân phối qua ống châm lổ, suốt chiếu ngang bể trộn) cho vào bể 15 trộn trang bị máy khuấy vận tốc cao, thời gian lưu tồn nước thải dung dịch chlorine bể trộn không ngắn 30 giây Sau nước thải trộn lẫn với dung dịch chlorine cho chảy qua bể tiếp xúc chia thành kênh dài hẹp theo đường gấp khúc Thời gian tiếp xúc chlorine nước thải từ 15- 45 phút, phải giữ 15 phút tải đỉnh Bể tiếp xúc chlorine thường thiết kế theo kiểu plug-flow (ngoằn ngoèo) Tỉ lệ dài : rộng từ 10 : đến 40 : Vận tốc tối thiểu nước thải phải từ - 4,5 m/phút để tránh lắng bùn bể Hình 3.3 Sơ đồ bể tiếp xúc chlorine Tổng chiều dài kênh tính công thức: Trong đó: L: tổng chiều dài kênh V/Q: thời gian lưu tồn theo lý thuyết (t), hay thời gian tiếp xúc W: chiều rộng kênh 16 D: chiều sâu mực nước kênh Qmax: lưu lượng nước thải tải đỉnh Người ta thường sử dụng thời gian tiếp xúc 15 phút chiều rộng kênh 0,3 m chiều sâu nước kênh 1,33 m Để dễ dàng loại bỏ cặn lắng, bể tiếp xúc nên lắp đặt ống thoát nước đáy 3.2.3 Những chất khử trùng thông thường: • Canxi hipoclorit có công thức hóa học Ca(ClO)2, clorua vôi sản phẩm trình phản ứng clo với vôi tôi, clorua vôi chứa đến 40 - 45% canxi hypoclorit với lượng clo hoạt tính từ 20 đến 25% Clorua vôi dễ hút ẩm phân hủy khí clo nên cần bảo quản khô ráo, cẩn thận Ca(OCl)2 + H2O 2HOCl  → ¬    → ¬   CaO + 2HOCl 2H+ + 2OCl- • Clo dioxit có công thức hóa học ClO2, clo dioxit chất khí màu xanh, có tính khử trùng mạnh tiêu diệt vi khuẩn, loại kí sinh trùng virus mà hệ thống sử dụng clo khác không diệt được, dễ hòa tan nước bền ánh sáng Clo dioxit thường dùng để khử trùng nước có chứa phenol có hàm lượng chất hữu cao không phản ứng tạo clophenol Clo dioxit sản xuất trực tiếp chỗ cách sục khí clo vào dung dịch natri clorit hay canxi clorit axit hóa : 2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl Ca(ClO2)2 + Cl2 → 2ClO2 + CaCl2 Hạn chế clo dioxit giá thành cao đòi hỏi kỹ thuật phức tạp, gây nguy hại phản ứng với cacbon hoạt tính, tạo odor gây ăn mòn thiết bị Lượng clo sinh phải quan trắc thường xuyên hệ thống vận hành • Natri hipoclorit có công thức hóa học NaOCl, dung dịch NaOCl (chứa đến 12% lượng Clo) chế cách điện phân muối ăn phản ứng trực tiếp clo với dung dịch NaOH Hàm lượng clo hoạt tính phụ thuộc vào điều kiện phản ứng có từ đến 8g/l khí sử dụng trình điện phân cao sử dụng phản ứng trực tiếp clo với dung dịch NaOH Cũng giống clo dạng khí, NaOCl hòa vào nước tạo NaOH HOCl NaOCl + H2O → NaOH + HOCl HOCl  → H+ + OCl¬   17 Ở điều kiện nhiệt độ cao pH thấp, dung dịch NaOCl dễ phân hủy, tạo khí Cl gây ô nhiễm môi trường KẾT LUẬN 18 Cần chọn lựa phương pháp khử trùng thích hợp dựa vào điều kiện quy mô, tính chất nước thải, hiệu quả, yếu tố kinh tế, địa hình yêu cầu sử dụng nước (ví dụ nước sinh hoạt, nước tưới tiêu, nước vào sông hồ…) Nếu điều kiện cho phép nên phối hợp phương pháp khử trùng với để tạo hiệu khử trùng cao (ví dụ kết hợp hệ thống lọc chiếu tia cực tím,…) Khi sử dụng hóa chất để khử trùng cần lưu ý tính toán lượng hóa chất thích hợp thường xuyên theo dõi để cung cấp đủ liều lượng hóa chất, tránh trường hợp dư hóa chất gây ô nhiễm nguồn nước thiếu hóa chất khiến hiệu khử trùng thấp Bên cạnh đó, cần lưu ý thành phần tính chất nước thải trước tiến hành khử trùng hóa chất, tránh trường hợp chất có nước thải phản ứng với hóa chất khử trùng tạo thành chất ô nhiễm gây hại Do đó, cần thử nghiệm phân tích chất lượng nước thải để chọn lựa phương pháp khử trùng phù hợp Ngoài ra, cần có biện pháp bảo hộ lao động cho người vận hành, phương án dự phòng có cố xảy 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cao Hoàng Anh Thư, Huỳnh Thị Thu Ái, Lê Thu Thủy, Ngô Thị Tú Trinh Báo cáo chuyên đề khử trùng nước thải 2011 Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương Công nghệ sinh học môi trường – Tập 1: Công nghệ xử lý nước thải Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp.HCM 2003 Trần Đức Hạ Xử lý nước thải đô thị Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2006 Trịnh Xuân Lai Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp Nhà xuất Xây dựng 2004 Một số trang web như: http://d.violet.vn http://hoachatmoitruong.blogspot.com http://www.irritech.vn http://www.fileden.com http://thietbiloc.com http://ecoro.vn http://www.hydan.com.vn 20 [...]... nguồn nước hoặc thiếu hóa chất khiến hiệu quả khử trùng thấp Bên cạnh đó, cũng cần lưu ý thành phần tính chất nước thải trước khi tiến hành khử trùng bằng hóa chất, tránh trường hợp các chất có trong nước thải phản ứng với hóa chất khử trùng tạo thành chất ô nhiễm gây hại Do đó, cần thử nghiệm và phân tích chất lượng nước thải để chọn lựa phương pháp khử trùng phù hợp nhất Ngoài ra, cần có các biện... trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ nước tăng đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chầt khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly Tốc độ quá trình khử trùng còn phụ thuộc vào cả hàm lượng các chất hữu cơ, các cặn lơ lửng và các chất khử khác Khi trong nước có hàm lượng cao của các chất này thì tốc độ quá trình khử trùng. .. dụng clo khử trùng Điểm tới hạn (breakpoint) rất quan trọng trong tính toán hàm lượng clo cho vào Điểm tới hạn là điểm bão hòa của các phản ứng khử 13 trùng Tại điểm tới hạn, clo thêm vào sẽ trở thành clo dư Để đánh giá hiệu quả của quá trình khử trùng nước thải bằng clo, ta thường thực hiện bằng cách kiểm tra số dư lượng hóa chất đã sử dụng và bằng cách xác định hàm lượng clo dư trong nước thải sau... phương pháp này kém hiệu quả hơn Khử clo và cloramine bằng phương pháp làm thoáng chỉ đạt hiệu quả khi pH của môi trường nhỏ hơn 5 Để khử trùng nước nhiễm bẩn nặng, đặc biệt khi trong nước có nhiều vi trùng có sức đề kháng cao với các chất oxy hóa và trong trường hợp cần khử màu, mùi, vị của nước, có thể sử dụng liều lượng clo đến 10mg/l hoặc hơn để đảm bảo cả hiệu quả khử trùng triệt để và cả việc oxy... – 10 0,8 > 10 > 10 Hiệu quả khử trùng của HOCl cao hơn so với OCl HOCl phân ly yếu ở pH thấp, do đó hiệu quả khử trùng cao hơn khi ở pH thấp 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 15 trộn trang bị một máy khuấy vận tốc cao, thời gian lưu tồn của nước thải và dung dịch chlorine... nước sau quá trình khử trùng Trong hệ thống khử trùng có chứa amoniac hoặc các hợp chất có chứa nhóm amoni, lượng clo tham gia phản ứng để tạo thành cloramine được gọi là clo kết hợp, tổng hàm lượng của clo tự do dưới dạng Cl2, HOCl và ClO-, lượng Clo kết hợp được gọi là clo hoạt tính khử trùng, do khả năng diệt trùng của clo tự do và clo kết hợp khác nhau mà lượng clo dư cần thiết để đảm bảo khử trùng. .. thải sau khi tiếp xúc với clo Thông thường để đảm bảo hiệu quả của quá trình khử trùng, ta điều chỉnh lượng clo cho vào sao cho hàm lượng clo dư còn lại trong nước thải sau khi tiếp xúc không nhỏ hơn 1,5 mg/l 3.2.1 Khử clo dư trong nước: Khử dư lượng clo trong nước khi clo hóa với liều lượng cao có thể dùng phương pháp hóa học Khử clo bằng hóa chất như dùng SO 2, Na2SO3, Na2S2O3 theo các phản ứng sau:... mùi vị Tuy nhiên khi lượng clo dư sau khử trùng còn quá lớn, nhất thiết phải tìm biện pháp khử bớt clo dư xuống đến tiêu chuẩn cho phép từ 0,3 đến 0,5mg/l 3.2.2 Nồng độ chlorine cần thiết: Khi cho chlorine vào nước thải có chứa các chất khử (H 2S, NO2-, Fe2+, Mn2+ ) amonia và các amine hữu cơ Đầu tiên khi cho chlorine vào nước thải nó sẽ phản ứng hết với các chất khử do đó không có chlorine thừa (a -... nước tưới tiêu, nước vào sông hồ…) Nếu điều kiện cho phép nên phối hợp các phương pháp khử trùng với nhau để tạo hiệu quả khử trùng cao hơn (ví dụ như kết hợp giữa hệ thống lọc và chiếu tia cực tím,…) Khi sử dụng các hóa chất để khử trùng cần lưu ý tính toán lượng hóa chất thích hợp và thường xuyên theo dõi để cung cấp đủ liều lượng hóa chất, tránh trường hợp dư hóa chất gây ô nhiễm nguồn nước hoặc thiếu... hòa vào nước sẽ tạo ra NaOH và HOCl NaOCl + H2O → NaOH + HOCl HOCl  → H+ + OCl¬   17 Ở điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp, dung dịch NaOCl dễ phân hủy, tạo khí Cl 2 và gây ô nhiễm môi trường KẾT LUẬN 18 Cần chọn lựa các phương pháp khử trùng thích hợp dựa vào điều kiện quy mô, cũng như tính chất nước thải, hiệu quả, yếu tố kinh tế, địa hình và yêu cầu sử dụng nước (ví dụ như nước sinh hoạt, nước tưới