CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.3 Tổng quan về vấn đề ô nhiễm môi trường nước
1.3.5 Các phương pháp khử khuẩn trong nước
Việc ô nhiễm nước gây ra bởi vi khuẩn đã đe dọa sức khỏe đáng kể đối với
con người bởi vì nó có thể gây ra nhiều bệnh như bệnh tả, bệnh tiêu chảy, bệnh nhiễm ký sinh trùng đường ruột và thậm chí có thể dẫn tới tử vong. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp khử trùng nguồn nước trước khi sử
dụng cũng là một vấn đề vô cùng bức thiết hiện nay. Các phương pháp khử trùng
nước thải bao gồm: khử trùng bằng hóa chất (clo hóa, ozone hóa), khử trùng bằng
phương pháp vật lý (tia cực tím UV, màng lọc, vi lọc), và khử trùng bằng phương
pháp sinh học.
* Khử trùng nước thải bằng clo: sản phẩm clo được sử dụng khửtrùng nước thải là clo bột hoặc clo viên. Tất cả các dạng clo cho phản ứng với nước tạo ra axit hyphoclorous (HOCl), phân ly nhanh chóng tạo thành ion hypoclorite theo phản
HOCl → OCl- + H+ PT 1.1
Ngoài HOCl và ion OCl-, clo cũng có thể được tìm thấy trong các dạng monocloramin (HN2Cl) và dicloramin (HNCl2). Tuy nhiên HOCl là dạng cho hiệu quả khử trùng cao nhất.
Hiệu quả khử trùng bằng clo qua việc oxy hóa tế bào hoặc bất hoạt các vị trí chức năng trên bề mặt. Hiệu quả khửtrùng nước thải bằng clo còn phụ thuộc vào loại tác nhân gây bệnh, động vật nguyên sinh, giun sán, virut có sức đề kháng nhất, tiếp theo là tác nhân gây bệnh do vi khuẩn với mỗi loại khác nhau vềtính đề kháng. Clo rất hiệu quả chống lại vi khuẩn đường ruột như E. coli nhưng ít hiệu quảhơn
so với các loại vi khuẩn khác. Khửtrùng nước thải bằng clo phụ thuộc vào sự kết hợp chính xác pH, nồng độ, thời gian tiếp xúc, nồng độ amoniac và hàm lượng chất rắn lơ lửng. Khi khử trùng bằng clo cần kiểm soát hàm lượng clo dư trong nước thải và độc hại cho các vi sinh vật dưới nước.
* Khử trùng bằng ozon:Đây là phương pháp hiệu quả chống lại vi khuẩn hơn
clo. Tuy nhiên độ hòa tan thấp của ozon trong nước là yếu tố làm giảm đáng kể
khảnăng khử trùng của nó. Việc khơng duy trì được lượng lâu dài trong nước là một bất lợi vì vi khuẩn có thể phát triển trở lại làm giảm hiệu quả khử trùng.
* Khử trùng bằng tia cực tím UV:Phương pháp này được áp dụng bằng cách
nước thải được đưa qua các đèn UV để khử trùng. Hiệu quả khử trùng bằng tia cực tím UV phụ thuộc vào đặc tính vật lý và hóa học của nước thải. Ưu điểm của quá trình khửtrùng nước thải bằng tia cực tím UV là rất nhanh chóng và khơng thêm tính gây hại nào cho nước thải. Tuy nhiên khử trùng bằng tia cực tím UV khơng
có lượng khử trùng duy trì cịn lại nên các vi sinh vật có thể tái phát triển lại trong
q trình lưu trữ và phân phối. Ngồi ra, việc chiếu xạ tia UV trong thời gian dài dẫn đến tiêu tốn nguồn năng lượng.
* Khử trùng bằng màng lọc: Công nghệ màng lọc khửtrùng nước thải bằng cách lọc ra các vi sinh vật. Q trình này khơng cần bổ sung hóa chất do đó khơng
tạo ra các sản phẩm khửtrùng độc hại. Các loại màng lọc có thể kểđến như: màng
lọc thẩm thấu ngược RO, màng siêu lọc UF, màng vi lọc MF. Trong đó màng vi
lọc là cơng nghệ khửtrùng nước thải có khảnăng thực hiện nhất. Nước thải đi qua
phép nước thải chảy qua đóng vai trị như rào cản vật lý đối với các hạt và vi sinh vật. Màng vi lọc có hiệu quả làm giảm các hạt, vi khuẩn và một loại virut, tảo và
protonzoan. Các động vật nguyên sinh lớn hơn 0,1 micro mét được loại bỏ bằng màng vi lọc. Tuy nhiên sử dụng vi lọc để khửtrùng nước thải sẽ tốn kém chi phí, tiềm năng nhiễm khuẩn và cần định kỳ làm sạch màng lọc.
* Khử trùng nước thải bằng phương pháp sinh học: Nước thải được lưu trữ
trong vòng 30 ngày cho phép quá trình khử diễn ra tự nhiên. Khử trùng tự nhiên có thể xảy ra qua ánh sáng mặt trời hoặc vi sinh vật tự nhiên chết. Q trình khử
trùng tự nhiên có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tốnhư: Độ đục của nước thải (ảnh hưởng đến ánh sáng mặt trời thâm nhập), lượng chất lơ lửng trong nước, nhiệt
độ, pH, hấp phụảnh hưởng đến việc khử trùng tự nhiên và quá trình bất hoạt xảy
ra khi nước thải lưu trữ trong các bể lắng.
Có thểnói, các phương pháp khử trùng trên là những phương pháp khử trùng truyền thống, đã được áp dụng phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những hạn chế nhất định như đã trình bày ở trên. Ngày nay, việc phát triển các vật liệu tiên tiến kích thước nano có hoạt tính kháng khuẩn tốt đã mở ra con
đường mới đầy hứa hẹn để mở rộng các phương pháp khử khuẩn với những ưu điểm như thân thiện với môi trường, hiệu quả khử khuẩn cao và tiết kiệm năng lượng. Các vật liệu nano kháng khuẩn được quan tâm như Ag, Au, TiO2, ZnO, các
ống nano cacbon,… Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng các vật liệu nano này đạt
được hoạt tính kháng khuẩn thơng qua việc giải phóng các cation như Ag+, Zn2+,…, q trình hình thành các loại oxy phản ứng (ROS), sựtương tác trực tiếp dẫn đến phá hủy màng tế bào [57]. Kích thước, diện tích bề mặt và khảnăng hịa tan trong nước của vật liệu nano là các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng khuẩn của chúng.