Tiểu luận Quá trình công nghệ môi trường Khử trùng bằng tia cực tím

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG BẢO HỘ LAO ĐỘNG MÔN: QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Chuyên đề : KHỬ TRÙNG BẰNG TIA CỰC TÍM GVHD: TS Phạm Anh Đức SVTH: Đặng Huỳnh Vương 91202267 2.Đinh Ngọc Thúy Vy 91202269 3.Nguyễn Thị Khánh Vy 91202293 TP.HCM, tháng 11 năm 2014 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG TẠI SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC? CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI: 2.1 Khử trùng chất oxi hóa mạnh: 2.1.1 Khử trùng clo: 2.1.2 Khử trùng ozon: 2.2 Khử trùng phương pháp vật lý: 10 2.3 Khử trùng phương pháp khác: 10 CHƯƠNG 2: KHỬ TRÙNG BẰNG TIA CỰC TÍM 11 LỊCH SỬ TIA CỰC TÍM TRONG KHỬ TRÙNG NƯỚC: 11 CẤU TẠO, CƠ CHẾ LÀM VIỆC VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA KHỬ TRÙNG TIA CỰC TÍM: 12 2.1 Cấu tạo: 12 2.2 Cơ chế làm việc: 13 2.3 Các loại nguồn ánh sáng khử trùng tia cực tím: 16 2.3.1 Đèn Lp-Li: 17 2.3.2 Đèn Lp-Hi Mp-Hi: 18 HỆ ÁNH SÁNG VÀ TRUYỀN DẪN TIA CỰC TÍM: 19 3.1 Bản chất đèn tia cực tím: 19 3.2 Sự truyền đèn tia cực tím: 19 3.2.1 Hấp thụ: 20 3.2.2 Khúc xạ: 20 3.2.3 Phản xạ: 21 3.2.4 Tán xạ: 22 PHẢN ỨNG VI CỦA SINH VẬT VỚI ĐÈN TIA CỰC TÍM: 22 4.1 Cơ chế bất hoạt vi khuẩn tia cực tím: 23 4.2 Sự phục hồi vi khuẩn: 25 4.2.1 Khắc phục quang học: 25 4.2.2 Khắc phục không ánh sáng: 26 CƯỜNG ĐỘ TIA CỰC TÍM, LIỀU LƯỢNG TIA CỰC TÍM, VÀ LIỀU LƯỢNG PHÂN PHỐI TIA CỰC TÍM: 27 5.1 Phản ứng vi sinh vật (Liều lượng đáp ứng tia cực tím): 29 5.2 Vi sinh vật quang phổ đáp ứng: 32 THIẾT BỊ KHỬ TRÙNG TIA CỰC TÍM: 33 6.1 Cấu hình lò phản ứng tia cực tím: 34 6.2 Đèn tia cực tím: 36 6.2.1 Đèn đầu vào: 40 6.2.2 Đèn đầu ra: 40 6.2.3 Đèn nhạy cảm với chất lượng điện: 42 6.2.4 Đèn bị lão hóa: 43 6.4 Chấn lưu: 45 6.5 Ống đèn: 46 6.6 Hệ thống làm sạch: 48 6.7 Cảm biến tia cực tím: 49 6.8 Phân tích UVT: 50 6.9 Cảm biến nhiệt độ: 52 6.10 Giám sát liều lượng lò phản ứng tia cực tím: 53 ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ SỰ HÌNH THÀNH SẢN PHẨM PHỤ: 54 7.1 Ảnh hưởng chất lượng nước hiệu suất lò phản ứng UV: 54 7.1.1 UVT: 54 7.1.2 Hàm lượng hạt: 54 7.1.3 Quy trình xử lý nước đầu nguồn: 55 7.1.4 Khả làm bẩn: 57 7.1.5 Sự xuất tăng trưởng tảo: 58 7.2 Giảm thiểu clo thông qua lò phản ứng tia cực tím: 59 7.3 Sản phẩm phụ từ khử trùng tia cực tím: 59 7.3.1 Trihalomethanes, axit haloacetic, Tổng Halogenua hữu cơ: 60 7.3.2 Phân hủy sinh học hợp chất: 60 7.3.3 Nitrit: 60 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG LHỬ TRÙNG TIA CỰC TÍM TRONG XỬ LÝ NƯỚC 61 NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI GOLD BAR Ở EDMONTON, ALBERTA, CANADA: 61 NHÀ MÁY XỬ LÝ PHÍA TÂY BẮC BERGEN COUNTY UTILITY AUTHORITYWASTEWATER Ở WALDWICK, WISCONSIN, NEW JERSEY: 61 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Cấu tạo thiết bị khử trùng tia cực tím 12 Hình 2.2 Khoảng bước sóng tia cực tím 14 Hình 2.3 Cơ chế biến đổi gen tia cực tím 15 Hình 2.4 Đèn LP, LPHO, MP 17 Hình 2.5 Khúc xạ ánh sáng 21 Hình 2.6 Phản xạ ánh sáng 21 Hình 2.7 Tán xạ ánh sáng 22 Hình 2.8 Cơ chế bất hoạt Acid nucleic tia cực tím 23 Hình 2.9 Phân phối giả định liều cho hai lò phản ứng với khác biệt thủy lực 24 Hình 2.10 Phân phối giả định liều cho hai lò phản ứng với khác biệt thủy lực 28 Hình 2.11 Hình dạng tia cực tím Những đường cong Liều lượng-đáp ứng 30 Hình 2.12 So sánh hoạt động tia cực tím vi khuẩn hấp thụ tia cực tím DNA 33 Hình 2.13 Ví dụ thiết bị khử trùng tia cực tím 34 Hình 2.14 Ví dụ lò phản ứng tia cực tím: (a) kênh đóng (b) kênh mở 35 Hình 2.15 Xây dựng đèn tia cực tím 39 Hình 2.16 Đầu đèn thủy ngân LP (a) MP (b) 41 Hình 2.17 Đầu đèn tia cực tím quan hệ với hấp thụ tia cực tím DNA 42 Hình 2.18 Giảm đầu tia cực tím (a) LPHO (b) MP Bóng đèn qua thời gian 44 Hình 2.19 Sự lão hóa đèn MP 44 Hình 2.20 Đèn tia cực tím bị lão hóa (bên phải) So với đèn tia cực tím (trái) 45 Hình 2.21 UVT thạch anh có nghĩa mm dày góc tới gốc tọa độ 47 Hình 2.22 Ví dụ (a) Cơ hệ thống Wiper (b) Cơ hoá hệ thống 49 Hình 2.23 Ví dụ cảm biến tia cực tím khô, đặt lò phản ứng tia cực tím 50 Hình 2.24 Ví dụ thiết kế phân tích UVT 52 Hình 2.25 Ví dụ Ảnh hưởng ozon hóa tia cực tím hấp thụ Ozone bị dập tắt Trước khử trùng tia cực tím 56 Hình 2.26 Ví dụ Ảnh hưởng khử trùng tia cực tím lên tổn thất clorine tự dư 59 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Đặc điểm điển hình đèn khí thủy ngân 37 Bảng 2.2 Ưu điểm hoạt động đèn khí thủy ngân 38 Bảng 2.3 Các loại khởi động khởi động lại điển hình cho đèn LPHO MP 43 Bảng 2.4 So sánh chấn lưu từ chấn lưu điện tử 46 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG TẠI SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC? Dựa vào phân tích ta đưa nguyên nhân cần phải khử trùng nước thải nước cấp sau đây:  Theo yêu cầu QCVN14:2008/BTNMT tiêu an toàn nước cấp nước thải phải kể đến tiêu vi sinh Nước cấp: Ecoli không tồn Coliform < 20MPN/100ml Nước thải: Coliform : < 5000 MPN/100ml (loại A)< 10000 MPN/100ml (loại B)  Do 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  Cơ 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 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI: Hiện có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả: - Khử trùng chất oxi hoá mạnh: Cl2, hợp chất Cl2, O3, KMnO4 Khử trùng tia vật lý: tia cực tím Khử trùng siêu âm Khử trùng phương pháp nhiệt Khử trùng ion kim loại nặng Cách lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào: - Các yếu tố ảnh hưởng - Hiệu trình khử trùng 2.1 Khử trùng chất oxi hóa mạnh: 2.1.1 Khử trùng clo: Cl2 chất oxi hoá mạnh dạng Khi cho Clo tác dụng với tạo thành HOCl có tác dụng diệt trùng mạnh Khi cho Clo vào H2O, chất diệt trùng khuyếch tán qua lớp vỏ tế bào sinh vật ⇒ gây phản ứng với men tế bào ⇒ làm phá hoại trình trao đổi chất tế bào vi sinh vật Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn sau: Cl2 + H2O →HCl + HClO Hoặc dạng phương trình phân li Cl2 + H2O → H+ + OCl- + Cl- Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn sau: Ca(OCl)2 + H2O → CaO + 2HOCl 2HOCl → 2H+ + 2OClKhả diệt trùng Clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có H2O Nồng độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ nước hay phụ thuộc vào pH nước Khi: pH = HOCl chiếm 99,5% OCl- chiếm 0.5% pH = HOCl chiếm 79% OCl- chiếm 21% pH = HOCl chiếm 25% OCl- chiếm 75% → pH cao hiệu khử trùng giảm Tác dụng khử trùng HOCl cao nhiều OCl- Khi cho Clo vào nước việc diệt vi sinh vật, khử chất hoà tan NH3 HOCl + NH3 → NH2Cl + H2O HOCl + NH2Cl → NHCl2 + H2O HOCl + NHCl → NCl3 + H2O Do khả diệt trùng Bởi khả diệt trùng monocloramin thấp dicloramin khoảng – lần, khả diệt trùng dicloramin thấp HOCl khoảng 20 – 25 lần Khi pH tăng → NCl3 tạo Khả diệt trùng NH2Cl =( 1/3 -1/5) NHCl2 NH2Cl2 =(1/20 –1/25)Cl2 Sau qua xử lý (hệ thống xử lý) lượng Clo lượng dư: 0.3-0.5mg/l Sao cuối ống 0.05mg/l Lượng Clo dư đưa vào nước phải xác định thực nghiệm Khi thiết kế sơ lấy sau : nước thải sau xử lý học 10mg/l; nước thải sau xử lý Aeroten không hoàn toàn hay Biophin cao tải 5mg/l; nước thải xử lý sinh học hoàn toàn 3mg/l Khi nước có phenol, khử trùng Clo → Clo phenol có mùi khó chịu Nên khử NH3 trước khử trùng 2.1.2 Khử trùng ozon: Ôzôn chất khí có màu tím hòa tan nước độc hại người Ở nước, ôzôn phân hủy nhanh thành ôxi phân tử nguyên tử Ôzôn có tính hoạt hóa mạnh Clo, nên diệt trùng mạnh Ôzôn sản xấut cách cho Oxy không khí qua thiết bị phóng lửa điện Để cung cấp đủ lượng ozon cho trạm xử lý nước ta dùng máy phát tia lửa điện cho không khí chảy qua Ozon sản xuất dễ bị phân hủy thành Oxy phải lắp thiết bị làm lạnh máy sản xuất Ozon Có loại máy làm lạnh điện cực: - Làm lạnh không khí - Làm lạnhbằng nước  Ưu điểm Ozon: Không có mùi Làm giảm nhu cầu oxi nước , giảm chất hữu cơ, Khử màu, phênol, xianua Tăng DO Không có sản phẩm phụ gây độc hại Tăng vận tốc lắng hạt lơ lửng  Nhược điểm: Vốn đầu tư cao Tiêu tốn lượng  Khả tiệt trùng Ozon: Độ hòa tan Ozon gấp 13 lần oxy Khi vừa cho vào nước khả tiệt trùng , Ozon hòa tan đủ liều lượng, ứng với hàm lượng đủ oxy hoá hữu vi khuẩn nước, lúc tác dụng khử trùng mạnh nhanh gấp 3100 lần so với Clo, thời gian tiệt trùng xảy khoảng – giây Liều lượng cần thiết cho nước ngầm 0.75 – 1mg/l; 1.0 – 3.0 mg/l nước mặt; sau bể lắng xử lý nước thải từ – 15mg/l 2.2 Khử trùng phương pháp vật lý: Tia cực tím tia xạ điện từ có bước sóng khoảng – 400nm Độ dài bước sóng tia cự tím nằm vùng phát hiện, nhận biết mắt thường Dùng tia cực tím để tiệt trùng không làm thay đổi tính chất hóa học lý học nước Tia cực tím tác dụng làm thay đổi DNA tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254nm, khả diệt khuẩn cao Trong nhà máy xử lý nước thải, dùng đèn thuỷ ngân áp lực thấp để phát tia cực tím, loại đèn phát tia cự tím có bước sóng 253,7nm, bóng đèn đặt hộp thủy tinh không hấp phụ tia cực tím, ngăn cách đèn nước Đèn lắp thành hộp đựng có vách ngăn phân phối để nước cảy qua hộp, trộn số lượng vi khuẩn qua đèn thời gian tiếp xúc hộp cao Lớp nước qua đèn có độ dày khoảng 6mm, lượng tiêu thụ từ 6000 – 13000mocrowat/s, độ bền 3000 đến 8000 Tuy nhiên sử dụng phương pháp chi phí cao Các thực nghiệm gần cho thấy nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng SS < 50mg/l sau qua hộp đèn cực tím với tiêu chuẩn lượng nêu nước 200 Colifrom/100ml 2.3 Khử trùng phương pháp khác: Khử trùng siêu âm: Dùng dòng siêu âm với cường độ tác dụng lớn tiêu diệt toàn vi sinh vật nước Khử trùng PP nhiệt: PP cổ truyền Đun sôi nước 1000oC Khử trùng Ion Bạc : Có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng Với – 10g/l ion tác dụng 10 Hình 2.24 Ví dụ thiết kế phân tích UVT Các loại khác trực tuyến máy phân tích UVT quang phổ kế dòng chảy thông qua sử dụng nguồn ánh sáng tia cực tím đơn sắc 253,7 nm Các dụng cụ đo lường A254 tính toán hiển thị UVT 6.9 Cảm biến nhiệt độ: Các đầu vào lượng lò phản ứng tia cực tím mà không chuyển đổi thành ánh sáng (khoảng 60 - 90 phần trăm, tùy thuộc vào đèn lắp ráp chấn lưu) lãng phí dạng nhiệt Khi qua lò phản ứng, nước hấp thụ nhiệt, giữ cho lò phản ứng khỏi nóng Tuy nhiên, nhiệt độ tăng lên kiện sau xảy ra: - Mực nước lò phản ứng sụt giảm đèn tiếp xúc với không khí Nước ngừng chảy lò phản ứng 52 Lò phản ứng tia cực tím trang bị cảm biến nhiệt độ theo dõi nhiệt độ nước lò phản ứng Nếu nhiệt độ phạm vi hoạt động đề nghị, lò phản ứng tắt để giảm thiểu khả cho đèn trở nên nóng Do nhiệt độ vận hành cao đèn MP, tản nhiệt khó khăn lò phản ứng sử dụng đèn LP LPHO Như vậy, lò phản ứng tia cực tím với đèn MP thường có cảm biến nhiệt độ; Tuy nhiên, lò phản ứng với LP LPHO đèn nhiệt độ hoạt động thấp đèn 6.10 Giám sát liều lượng lò phản ứng tia cực tím: Chiến lược giám sát liều thiết lập thông số hoạt động sử dụng để xác nhận phân phối liều dùng tia cực tím Hướng dẫn sử dụng tập trung vào lò phản ứng tia cực tím mà sử dụng hai chiến lược, mô tả Khác chiến lược giám sát liều chiến lược phát triển sau hướng dẫn công bố, nhiên, phù hợp cho hoạt động lò phản ứng cung cấp đáp ứng yêu cầu quy định tối thiểu Cường độ tiếp cận điểm đặt tia cực tím Cách tiếp cận dựa nhiều "điểm đặt" cho cường độ tia cực tím thành lập thời gian thử nghiệm xác nhận để xác định liều dùng tia cực tím Trong trình hoạt động, cường độ tia cực tím đo cảm biến tia cực tím phải đáp ứng vượt giá trị đặt (s) để đảm bảo cung cấp liều cần thiết Lò phản ứng phải vận hành điều kiện hoạt động xác nhận cho lưu tốc tình trạng đèn [40 CFR 141,720 (d) (2)] Trong phương pháp tiếp cận điểm đặt cường độ tia cực tím, UVT không cần phải theo dõi riêng Thay vào đó, số cường độ cảm biến chiếm thay đổi UVT Chiến lược vận hành điểm đặt đơn (một cường độ điểm đặt tia cực tím sử dụng cho tất tốc độ dòng chảy xác nhận) điểm đặt biến (giá trị đặt cường độ tia cực tím xác định cách sử dụng bảng tra cứu phương trình cho loạt tốc độ dòng chảy) Tính tiếp cận liều Phương pháp sử dụng phương trình giám sát liều dùng để ước tính liều dùng tia cực tím dựa tốc độ dòng chảy, cường độ tia cực tím, UVT, đo hoạt động lò phản ứng Phương trình giám sát liều dùng phát triển nhà sản xuất tia cực tím sử dụng phương pháp số; Tuy nhiên, EPA khuyến cáo hệ thống nước sử dụng phương trình giám sát liều dùng thực nghiệm phát triển thông qua kiểm tra xác nhận Trong thời gian hoạt động lò phản ứng, hệ thống điều khiển lò phản ứng tia cực tím đầu vào thông số đo vào phương trình giám sát liều dùng để tạo liều dùng tính toán Các nhà 53 điều hành hệ thống nước chia liều dùng tính toán Validation Factor so sánh giá trị kết với liều lượng cần thiết cho tác nhân gây bệnh mục tiêu cấp độ log bất hoạt ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ SỰ HÌNH THÀNH SẢN PHẨM PHỤ: Các thành phần nước để xử lý ảnh hưởng đến hiệu suất khử trùng tia cực tím Ngoài ra, tất chất khử trùng hình thành sản phẩm phụ, mục tiêu trình khử trùng nói chung tối đa hóa khử trùng việc kiểm soát hình thành sản phẩm phụ phần thảo luận đặc tính chất lượng nước ảnh hưởng đến hiệu suất khử trùng tia cực tím sản phẩm phụ hình thành trình khử trùng tia cực tím 7.1 Ảnh hưởng chất lượng nước hiệu suất lò phản ứng UV: UVT, hàm lượng hạt, quy trình xử lý nước thượng nguồn, thành phần cấu tạo có linh kiện lò phản ứng hôi, tảo ảnh hưởng đến hiệu suất lò phản ứng tia cực tím Những tác động giải thỏa đáng thông qua thiết kế phù hợp thiết bị khử trùng tia cực tím 7.1.1 UVT: UVT có tác động mạnh đến việc cung cấp liều dùng lò phản ứng tia cực tím Như UVT giảm, cường độ suốt lò phản ứng giảm, làm giảm liều dùng lò phản ứng cung cấp Lò phản ứng tia cực tím phổ biến có kích thước để cung cấp liều lượng tia cực tím cần thiết điều kiện UVT định cho ứng dụng Hấp thụ tia cực tím nguồn nước điển hình bao gồm hình thức hòa tan hạt axit humic fulvic; chất hữu thơm khác (ví dụ, phenol); kim loại (ví dụ, sắt); anion (ví dụ, nitrat sulfit) (Yip Konasewich 1972, Demers Renner 1992) Hấp thụ tia cực tím thay đổi theo thời gian thay đổi nồng độ hợp chất hiệu ứng theo mùa, lượng mưa, hồ phân tầng destratification (doanh thu), thay đổi hoạt động sinh học vi sinh vật nguồn nước 7.1.2 Hàm lượng hạt: Hàm lượng hạt ảnh hưởng đến hiệu suất khử trùng tia cực tím Các hạt nước nguồn đa dạng thành phần kích thước gồm phân tử lớn, vi sinh vật, hạt đất sét, tảo hạt Nguồn hạt gồm nước thải, xói mòn, rửa trôi, tốc độ tăng trưởng vi sinh vật, chất thải động vật Nồng độ hạt thay 54 đổi theo thời gian mùa ngắn hạn Sự kiện bão, kim ngạch hồ, mùa xuân dòng chảy số kiện làm tăng nồng độ hạt 7.1.3 Quy trình xử lý nước đầu nguồn: Các trình đơn vị bổ sung hóa chất thượng nguồn lò phản ứng tia cực tím ảnh hưởng đáng kể hiệu suất lò phản ứng tia cực tím chúng thay đổi nội dung hạt UVT nước Ngoài ra, khử trùng tia cực tím sử dụng kết hợp với chất khử trùng khác, khử trùng hiệp lực có khả xảy (ví dụ, kết hợp chất khử trùng hiệu so với thuốc khử trùng hành động mình) Các trình xử lý nước thượng nguồn lò phản ứng tia cực tím vận hành để tối đa hóa UVT, qua tối ưu hóa việc thiết kế chi phí lò phản ứng tia cực tím Ví dụ, tạo bông, keo tụ, lắng loại bỏ vật liệu hòa tan hạt, lọc loại bỏ hạt Hấp thụ than hoạt tính làm giảm chất hữu hòa tan Thêm vào chất oxy hóa (như clo ozone) làm tăng UVT (APHA cộng al 1998) làm giảm chất hữu tự nhiên, làm giảm chất hòa tan, kết tủa kim loại Một ví dụ ozone có hiệu lực giảm độ hấp thụ tia cực tím thể hình 2.25 Ozone chất hấp thụ mạnh ánh sáng tia cực tím, nhiên, làm giảm UVT tồn dư ozone diện nồng độ đáng kể nước qua lò phản ứng tia cực tím Làm nguội tác nhân mà không hấp thụ ánh sáng tia cực tím (chẳng hạn natri bisulfit) sử dụng để tiêu diệt thượng nguồn lại ozone lò phản ứng tia cực tím Thiosunfat không khuyến cáo tác nhân làm nguội hấp thụ ánh sáng tia cực tím làm giảm UVT 55 Hình 2.25 Ví dụ Ảnh hưởng ozon hóa tia cực tím hấp thụ Ozone bị dập tắt Trước khử trùng tia cực tím Ngoài ozone, hóa chất dùng xử lý nước sắt III permanganat hấp thụ ánh sáng tia cực tím làm giảm UVT Bảng 2.5 liệt kê hệ số hấp thụ tia cực tím bước sóng 254 nm số hóa chất xử lý nước phổ biến với "nồng độ ngưỡng tác động" mình, tập trung giảm UVT bước sóng 254 nm 91-90% (Bolton cộng sự, 2001) Lưu ý liệu dành cho 254 nm, ảnh hưởng hóa chất có UVT khác đáng kể bước sóng khác tạo MP đèn đa sắc khác Các hóa chất sau đánh giá nghiên cứu (Bolton cộng sự, 2001) Và tìm thấy hấp thụ đáng kể: ammonia (NH3), ion amoni (NH4 +), ion canxi (Ca2 +), ion hydroxit (OH) , ion magiê (Mg2 +), ion mangan (Mn2 +), loài phosphate, ion sunfat (SO4 2-) Khử trùng tia cực tím thường sử dụng kết hợp với chất khử trùng khác, tương tác thuốc khử trùng ảnh hưởng đến hoạt tính tổng thể đạt Nghiên cứu cho thấy việc áp dụng ozone trước khử trùng tia cực tím có lợi: ozone làm tăng UVT, khử trùng tia cực tím cung cấp Cryptosporidium bất hoạt (Malley cộng al 2003, Crozes cộng sự, 2003) Cho dù tác động 56 nhiều chất khử trùng hiệp lực (tức là, nhiều làm bất hoạt quan sát thấy trình sử dụng kết hợp dự kiến từ tổng chất khử trùng hành động mình) tranh luận Hai nghiên cứu báo cáo tác dụng hiệp đồng sử dụng khử trùng tia cực tím clo tự do, monochloramine, chlorine dioxide (Ballester cộng , 2003, Lotierzo cộng sự, 2003.), Trong loại khác không thực hiệp đồng (Coronell cộng sự, 2003, Oppenheimer cộng sự, 2003 ) Sự quan trọng trình tự ADN chất khử trùng chủ đề gây tranh cãi Ballester cộng (2003) thu cải tiến khử trùng tia cực tím khử trùng bổ sung monochloramine chloramination khử trùng tia cực tím, chuỗi chất khử trùng không ảnh hưởng đến hiệu khử trùng nghiên cứu Lotierzo cộng (2003) 7.1.4 Khả làm bẩn: Hợp chất có nước làm bẩn bề mặt bên đèn thành phần ống đèn ướt khác (ví dụ, cửa sổ theo dõi cảm biến tia cực tím) lò phản ứng tia cực tím Bẩn ống đèn làm giảm hệ số truyền ánh sáng tia cực tím thông qua ống đèn vào nước, làm giảm đầu từ đèn tia cực tím vào nước Ngoài ra, tắc nghẽn cửa theo dõi ảnh hưởng đến đo cường độ tia cực tím giám sát liều dùng Tắc nghẽn ống chiếm đến với tắc nghẽn / lão hóa việc thiết kế sở tia cực tím lão hóa Độ cứng (như CaCO3), độ kiềm, nhiệt độ, nồng độ ion, khả làm giảm trình oxy hóa (ORP), pH ảnh hưởng đến tất tỷ lệ tắc nghẽn và, sau đó, tần số cần thiết ống đèn Ô nhiễm xảy lý sau đây: Hợp chất khả hòa tan giảm nhiệt độ tăng thúc đẩy [ví dụ, CaCO3, CaSO4, MgCO3, MgSO4, FePO4, FeCO3, Al2 (SO4) 3] Các hợp chất làm dơ đèn MP nhanh đèn LP LPHO đèn MP hoạt động nhiệt độ cao Phản ứng quang hóa độc lập với ống đèn nhiệt độ gây tắc nghẽn ống đèn (Derrick 2005) Các hợp chất với khả hòa tan thấp kết tủa [ví dụ, Fe (OH)3, Al (OH)3] Các hạt lưu lại bề mặt đèn ống tay áo trọng lực lắng va chạm bất ổn gây (Lin cộng sự,1999) Tắc nghẽn hữu xảy lò phản ứng left off đầy đủ nước cho khoảng thời gian dài (Toivanen 2000) 57 Thành phần cấu tạo vô oxy hóa kết tủa (Wait cộng sự, 2005) Bẩn động lực học tốc độ báo cáo độc lập với thời gian sau thời gian cảm ứng ngắn (Lin cộng sự, 1999) Tùy thuộc vào chất lượng nước đèn tia cực tím loại, tắc nghẽn đáng kể xảy đến vài tháng Nghiên cứu thí điểm kéo dài 5-12 tháng sử dụng lò phản ứng tia cực tím với đèn LP, LPHO đèn MP thấy giao thức tiêu chuẩn làm tần số chạy (1-12 làm chu kỳ giờ) đủ để vượt qua ảnh hưởng ống đèn tắc nghẽn với nước có tổng canxi mức độ cứng nhỏ 140 mg lít (mg / L) sắt nhỏ 0,1 mg / L (Mackey cộng sự, 2001, Mackey cộng sự, 2004) Tắc nghẽn vô trình phức tạp, nhiên, liên quan đến nồng độ cứng sắt Khả hòa tan thành phần vô phụ thuộc vào việc chúng trạng thái oxy hóa bị giảm sút, bị ảnh hưởng ORP pH nước (Wait et al 2005) ORP phép đo khả nước để oxy hóa làm giảm thành phần nước Cả pH ORP cần thiết để dự đoán trạng thái trình oxy hóa thành phần vô Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ ô nhiễm tăng lên ORP tăng (Collins Malley năm 2005, Chờ et al 2005, Derrick 2005) Trong số vùng biển với ORP cao, nhiên, tỷ lệ ô nhiễm giảm thiểu sắt mangan loại bỏ thông qua trình oxy hóa, lết tủa, lọc (Wait et al 2005, Derrick năm 2005, Jeffcoat 2005) Mặc dù ORP cung cấp thông tin có giá trị, đo lường gây khó khăn thực tất trường hợp Cuối cùng, khả ô nhiễm khó dự đoán, thiết bị làm tiêu chuẩn loại bỏ tắc nghẽn cần phải bao gồm Ngoài ra, quy mô thí điểm thử nghiệm chứng minh quy mô xác định chế độ ô nhiễm xu hướng làm PWS lo ngại ô nhiễm 7.1.5 Sự xuất tăng trưởng tảo: Sự diện tảo nước xử lý giảm UVT can thiệp vào trình khử trùng tia cực tím Tảo phát triển thượng nguồn hay hạ nguồn lò phản ứng tia cực tím, quan sát thấy nghiên cứu thí điểm MP (Mackey cộng sự, 2004) Ánh sáng nhìn thấy phát từ đèn truyền qua nước xa bước sóng khử trùng Tăng trưởng tảo phụ thuộc vào nồng độ chất dinh dưỡng nước, thủy lực (tức là, không gian chết), lượng ánh sáng nhìn thấy truyền qua vượt lò phản ứng 58 7.2 Giảm thiểu clo thông qua lò phản ứng tia cực tím: Khi khử trùng tia cực tím áp dụng cho nước có clo dư tự tổng số, số giảm tồn dư xảy Việc giảm tự clo dư tỷ lệ thuận với liều cung cấp độc lập với tốc độ dòng chảy (Brodkorb Richards 2004) Việc giảm tổng tồn dư clo tỷ lệ thuận với liều lượng cung cấp (Wilczak Lai, 2006) Việc giảm clo dư phụ thuộc vào loại clo, nguồn ánh sáng tia cực tím, đặc điểm chất lượng nước (Örmeci cộng sự, 2005, Venkatesan cộng sự, 2003) Một ví dụ ảnh hưởng tia cực tím clo dư tự thể hình 2.26 Hình 2.26 Ví dụ Ảnh hưởng khử trùng tia cực tím lên tổn thất clorine tự dư 7.3 Sản phẩm phụ từ khử trùng tia cực tím: pH, độ đục, độ hòa tan carbon hữu cơ, UVT, màu sắc, nitrat, nitrit, bromide, sắt, mangan nước xử lý (Malley et al 1996) Các sản phẩm phụ từ khử trùng tia cực tím, nhiên, phát sinh cách trực tiếp thông qua phản ứng quang hóa gián tiếp thông qua phản ứng với sản phẩm phản ứng 59 quang hóa Phản ứng quang hóa xảy loại hóa chất hấp thụ ánh sáng tia cực tím trạng thái kích thích dẫn đến phản ứng để tạo thành loại Kết nồng độ loại phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng liều tia cực tím Trong nước uống, nghiên cứu sản phẩm phụ tiềm tia cực tím khử trùng tập trung vào tác động ánh sáng tia cực tím hình thành DBPs halogen sau khử trùng clo tiếp theo, chuyển đổi chất hữu phân hủy thành phần thêm hình thành tiềm DBPs khác (ví dụ, hợp chất phân hủy sinh học, nitrite, gây đột biến, sản phẩm phụ khác) 7.3.1 Trihalomethanes, axit haloacetic, Tổng Halogenua hữu cơ: Trihalomethanes (THMs) axit haloacetic (Haas) hai loại DBPs halogen mà EPA quy định Ánh sáng tia cực tím với liều lượng 400 mJ/cm2 không phát tác động đến hình thành THMs Haas khử trùng clo sau (Malley et al.1996, Kashinkunti cộng sự,2003, Zheng cộng sự, 1999, Liu cộng sự, 2002 , Venkatesan cộng sự, 2003) 7.3.2 Phân hủy sinh học hợp chất: Một số nghiên cứu cho thấy hình thành mức độ thấp DBPs không quy định (ví dụ, andehit) kết việc áp dụng ánh sáng tia cực tím với liều lớn 400 mJ/cm2 để nước thải nguồn nước uống nguyên liệu (Liu cộng ,2002, Venkatesan cộng sự, 2003) Ở liều thông thường để khử trùng tia cực tím nước uống ([...]... ánh sáng của Giardia ở tia cực tím liều lượng điển hình cho các ứng dụng khử trùng tia cực tím 26 (16 và 40 mJ/cm2) Shin và cộng sự (2001) báo cáo Cryptosporidium không có lại tính lây nhiễm sau khi bất hoạt bởi ánh sáng tia cực tím 5 CƯỜNG ĐỘ TIA CỰC TÍM, LIỀU LƯỢNG TIA CỰC TÍM, VÀ LIỀU LƯỢNG PHÂN PHỐI TIA CỰC TÍM: Cường độ tia cực tím là một đặc tính cơ bản của ánh sáng tia cực tím và có các đơn vị... ứng tia cực tím và nước đi qua tất cả các lò phản ứng hấp thụ ánh sáng tia cực tím mức độ khác nhau, tùy thuộc vào thành phần vật chất của nó Khi ánh sáng tia cực tím được hấp thụ, nó không còn có sẵn để khử trùng các vi sinh vật Không giống như hấp thụ, các hiện tượng khúc xạ, phản xạ, tán xạ và thay đổi hướng của đèn tia cực tím, nhưng ánh sáng tia cực tím vẫn có để khử trùng Hấp thụ tia cực tím. .. CỦA SINH VẬT VỚI ĐÈN TIA CỰC TÍM: Cơ chế khử trùng bằng tia cực tím khác biệt đáng kể với các cơ chế của hóa chất khử trùng như clo và ozone Hóa chất khử trùng bất hoạt vi sinh vật bằng cách tiêu diệt hoặc gây tổn hại cấu trúc tế bào, can thiệp vào quá trình chuyển hóa, và cản trở quá trình tổng hợp và phát triển (Snowball và Hornsey 1988) Ánh sáng tia cực tím bất hoạt vi sinh vật bằng cách gây tổn hại...CHƯƠNG 2: KHỬ TRÙNG BẰNG TIA CỰC TÍM 1 LỊCH SỬ TIA CỰC TÍM TRONG KHỬ TRÙNG NƯỚC: Khử trùng tia cực tím là một công nghệ được thành lập hỗ trợ bởi tổ chức nghiên cứu và thực hành cơ bản và áp dụng tại Bắc Mỹ và châu Âu Năm 1877, Downes và Blunt đã phát hiện ra các tính chất sát trùng của ánh sáng mặt trời Năm 1901, sự phát triển của đèn thủy ngân là nguồn ánh sáng tia cực tím nhân tạo Năm 1906,... vệ môi trường (Schulz 2004) 11 Bởi vì độ nhạy cảm của Cryptosporidium với khử trùng tia cực tím và chú trọng trong quy định gần đây về việc kiểm soát Cryptosporidium, số lượng các hệ thống cấp nước công cộng (PWSS) sử dụng khử trùng tia cực tím dự kiến sẽ tăng đáng kể trong thập kỷ tới 2 CẤU TẠO, CƠ CHẾ LÀM VIỆC VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA KHỬ TRÙNG TIA CỰC TÍM: 2.1 Cấu tạo: Hình 2.1: Cấu tạo một thiết bị khử. .. liệu truyền tia cực tím Tiếp theo là ứng dụng khử trùng nước uống đầu tiên ở Marseilles, Pháp, vào năm 1910 Năm 1929, Gates xác định mối liên hệ giữa khử trùng tia cực tím và sự hấp thụ ánh sáng tia cực tím bởi axit nucleic (Gates 1929) Sự phát triển của bóng đèn huỳnh quang trong những năm 1930 đã dẫn đến việc sản xuất các loại đèn ống sát trùng Nghiên cứu đáng kể về cơ chế khử trùng tia cực tím và bất... việc thiết kế lò phản ứng tia cực tím để khử trùng nước uống là cách hiệu quả để cung cấp liều lượng cần thiết để làm bất hoạt các vi sinh vật gây bệnh Một ví dụ về thiết bị tia cực tím được thể hiện trong hình 2.13 Lò phản ứng tia cực tím thương mại bao gồm các mạch mở hoặc đóng cửa kênh, có đèn tia cực tím, ống đèn, cảm biến tia cực tím, và cảm biến nhiệt độ Đèn tia cực tím thường đang nằm trong ống... phẩm phụ khử trùng clo (DBPS) được phát hiện, khử trùng tia cực tím đã trở thành phổ biến ở Na Uy và Hà Lan với việc lắp đặt đầu tiên xảy ra vào năm 1975 và 1980 Tính đến năm 2000, hơn 400 phương tiện khử trùng tia cực tím trên toàn thế giới đã được dung để xử lý nước uống; các cơ sở tia cực tím thường xử lý các dòng dưới 1 triệu gallon mỗi ngày (USEPA 2000) Từ năm 2000, một số lắp đặt tia cực tím lớn... phổ tia cực tím được chia thành ba phần: UV-A (31513 400 nm), UV-B (280-315 nm) và UV-C (30 - 280) (Thampi, 1988) Tuy nhiên, các tác động có hại của ánh sáng tia cực tím do ánh nắng mặt trời (ví dụ, ung thư da và mắt đục thủy tinh thể) là đặc biệt từ phần UV-C (Fleishman, 1996) Hình 2.2 trình bày một sơ đồ của phổ ánh sáng tia cực tím Hình 2.2 Khoảng bước sóng của tia cực tím Khử trùng tia cực tím. .. đèn không cần phải làm sạch lại Cảm biến tia cực tím, đo lưu lượng, và trong một số trường hợp phân tích UVT, được sử dụng để giám sát liều lượng của lò phản ứng Phần này mô tả ngắn gọn các thành phần của thiết bị tia cực tím và hệ thống giám sát của nó 33 Hình 2.13 Ví dụ về thiết bị khử trùng tia cực tím 6.1 Cấu hình lò phản ứng tia cực tím: Lò phản ứng tia cực tím thường được phân loại là kênh đóng