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 ch
Trang 1PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG
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
Lọc thô 0 ¸ 5
Lọc tinh 10 ¸ 20
Bể lắng cát 10 ¸ 25
Bể lắng sơ hoặc thứ cấp cơ học 25 ¸ 75
Trang 2Bể lắng sơ hoặc thứ cấp có thêm hóa chất trợ lắng 40 ¸ 80
Bể lọc sinh học nhỏ giọt 90 ¸ 95
Bể bùn hoạt tính 90 ¸ 98
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
Trang 3Việc 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
Trang 4oxy 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
Trang 5
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
Trang 6D: 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
Đặc
diểm
Đặc
điểm
mong
muốn
đạt
được
hypochloride
Calcium hypochloride
Chlorine dioxide
Bromine chloride
Độc
tính
đối
với vi
sinh
vật
Độc
tính
cao ở
nồng
độ cao
Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao
Độ
hòa
tan
Phải
hòa tan
trong
nước
hoặc
mô
Thấp Cao Cao Cao Thấp Cao N/A
Độ
bền
Ít giảm
tính
diệt
khuẩn
theo
thời
gian
Bền Hơi không ổn
định
Tương đối bền
không bền
sx khi cần
Hơi không
ổn định
không bền
sx khi cần
sx khi cần
Trang 7Không
độc
đối
với sv
bậc
cao
Độc
đối với
vsv,
không
độc
với
người
và
động
vật
Rất độc với sv bậc cao
Độc Độc Độc Độc Độc Độc
Tính
đồng
nhất
trong
dung
dịch
- Đồng
nhất
Đồng nhất Đồng nhất Đồng
nhất
Đồng nhất
Đồng nhất
N/A
Tác
dụng
với cá
chất
khác
Chỉ tác
dụng
với vi
khuẩn
không
tác
dụng
với
chất
hữu cơ
Oxy hóa chất hữu
cơ
Chất oxy hóa mạnh
Chất oxy hóa mạnh
Cao Oxy hóa
chất hữu
cơ
Oxy hóa chất hữu
cơ
-
Độc
tính ở
các
nhiệt
độ
khác
nhau
Giữ
được
độ độc
ở
khoảng
biến
thiên
của
nhiệt
độ môi
trường
Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao
Độ ăn
mòn
Không
ăn
mòn
kim
loại
Ăn mòn mạnh
Ăn mòn Ăn mòn Ăn mòn
mạnh
Ăn mòn Ăn
mòn mạnh
N/A
Trang 8Khả
năng
khử
mùi
Có khả
năng
khử
mùi
khi
khử
trùng
Cao Trung bình Trung bình Cao Trung
bình
Cao -
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
Trang 9Ngăn quá trình ăn mòn do H 2 S 2 ¸ 9 a
Khử mùi hôi 2 ¸ 9 a
Khống chế quá trình phát triển của các màng bùn vi sinh vật 1 ¸ 10
Khử BOD 0,5 ¸ 2 b
Khống chế ruồi ở bể lọc sinh học 0,1 ¸ 0,5
Loại dầu, mỡ 2 ¸ 10
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
