ĐỀ TÀI: Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp ppt

Để cung cấp nước sạch có thể khai tháccác nguồn nước từ thiên nhiên từ các nguồn như:nước mặt, nước ngầm, nước biểntrong những nguồn này ngoài những hợp chất vô cơ, hữu cơ nước thiên n

Mục lục

Giới thiệu 1

Chương I: Tổng quan về các phương pháp khử trùng nước cấp 2

IA Phương pháp lý học 2

IA1. Khử trùng bằng tia cực tím 2

IA2. Phương pháp lọc 3

IA3. Khử trùng bằng một số phương pháp khác 4

IB Khử trùng bằng phương pháp hóa học 5

IB1. Khử trùng bằng Chlor 5

IB1.1 Hóa học của Chlor 5

IB1.2 Khả năng khử trùng của Chlor tự do 5

IB1.3 Cơ chế tác động của Chlor 6

IB2 Chloramine hóa 7

IB2.1 Hóa học của Chloramine 7

IB2.2 Tác động khử trùng của Chloramine vô cơ 8

IC Khử trùng bằng Ozon 8

IC1 Cơ chế tác dụng của ozon 9

IC2.Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 9

IC2.1. Loại hóa chất khử trùng 10

IC2.2. Loại vi sinh vật 10

IC2.3. Nồng độ khử trùng và thời gian tiếp xúc 10

IC2.4. Tác động của pH 12

IC2.5. Nhiệt độ 12

IC2.6. Cạnh tranh hóa học và vật lý đối với việc khử trùng 12

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

Giới thiệu

Xã hội càng phát triển, chất lượng cuộc sống ngày càng được quan tâm và nhucầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng lên Để cung cấp nước sạch có thể khai tháccác nguồn nước từ thiên nhiên từ các nguồn như:nước mặt, nước ngầm, nước biểntrong những nguồn này ngoài những hợp chất vô cơ, hữu cơ nước thiên nhiên cònchứa 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 ănuống sinh hoạt mà chúng ta đang xét gây ra nhửng ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ từmức độ nhẹ đến mức nghiêm trọng Với các hệ thống cấp nước công nghiệp cũngcần phải khử sạch các loại vi sinh vật để ngăn ngừa sự kết bám của chung lên thànhống dẫn nước lên các thiết bị làm lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt, đồng thờilàm tăng tổn thất áp lực của hệ thống Để ngăn ngừa những việc trên đây nước cấpcho sinh hoạt cần được khử trùng

Khử trùng là quá trình loại bỏ những vi sinh vật có khả năng gây bệnh Khửtrùng là hàng rào cần thiết và cuối cùng để chống lại sự phơi nhiễm của người vớinhững vi sinh vật gây bệnh.Vì thế khử trùng nước là một khâu hết sức quan trọngtrước 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 khửtrùng nước cấp ở ngoài nước nhằm lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện pháttriển ở Việt Nam

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 đổitính chất lý hoá của nước, không gây nên tác dụng phụ Tuy nhiên do hiệu suất thấpnên thường chỉ áp dụng ở qui mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật chophép.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 tathích sử dịng chlor hoá Cùng với tiến bộ của kỹ thuật, phương pháp khử trùng bằngtia 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 chochúng không thể tồn tại và sinh sản

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 hủyTia cực tím ở một tần số nhất định có thể diệt 99,99% vi khuẩn nhưng khôngloại bỏ bất kỳ tạp chất gì có trong nước Phương pháp này sử dụng điện và thườngđược 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 antoàn 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 hoànthiện, đặc biệt là độ an toàn của nước về mặt hóa lý, vi sinh không cao, nhất là việcquản 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 quácao.

Nhằm khắc phục những nhược điểm ấy, phương pháp thẩm thấu ngược (reverseosmosis) 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 vùngnước đậm đặc qua một màng thẩm thấu dưới một áp lực khá cao Màng thẩm thấu nàyđược đặt ở giữa vùng nước sạch (trong) và vùng nước nhiễm bẩn hay nước mặn; nướctrong sẽ di chuyển sang vùng nước mặn (đậm đặc) cho đến khi cả hai bên cân bằng vàchỉ 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 đilặp lại nhờ chênh lệch áp suất, tạo ra nguồn chảy ngược, vì nước sạch (pure water) dichuyển 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 ýphương pháp thẩm thấu ngược không phải là phương pháp lọc bằng màng, tức khôngphải qua những khoảng hở giữa các phân tử của chất liệu làm màng như các loại sợiCellulóe Acetate, Triacetate hay Polyamide Polymes

Với nguyên lý này, nước lọc từ hệ thống R O được xem là nước siêu lọc vì tất cảhóa chất, vi sinh đều bị ngăn chặn

Khử trùng nước bằng phương pháp siêu âm: Dùng dòng siêu âm với cường độ

diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước

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

trong vòng 2 giờ tạo điều kiện cho các bào tử phát triển trở lại sau đó lại đun sôinước một lần nữa

Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn kém năng lượng nên thường chỉ ápdụng 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 hoámen của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng Do đạt được hiêu suất cao nên ngày nayphương pháp này được ứng dụng rộng rãi ở mọi qui mô

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

-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

Khả năng khử trùng của Chlor tự do có thể được tăng cường bằng cách cho thêmmuối như: KCl, NaCl, hay CSCl Sauk hi Chlor hóa, virus bất hoạt có hiệu quả hơntrong nước uống hơn là nước tinh khiết Cơ chế tác dụng tăng cường của muối chuađược 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 bạcsinh ra từ điịen phân (400 và 40µg) Hiện tượng này đã được chứng minh cho vikhuẩn chỉ thị trong hồ bơi Dù vậy quá trình này không loại bỏ hoàn toàn virusđường 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 đếnmất tính thấm tế bào và hủy hoại những chức năng khác của tế bào Tiếp xúc vớiChlor 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 potassium, giảm tổng hợp AND vàprotein 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 hiệuquả hơn trong việc khống chế vi sinh vật màng sinh học bởi vì chúng tương tác kémhơn đối với polysaccharide vỏ nang Do đó, dùng Chlor tự do đã được gợi ý là chấtkhử trùng hàng đầu trong hệ thống xử lý nước vàchuyển phần dư thành monoChloramin 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:

Tỷ lệ của 3 dạng chlorine phụ thuộcvào PH của nước Monochlorine chiếm ưuthế 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 thànhmonochloramine là điều người ta mong muốn bởi vì dichloramine vàtrichloramin tạothành vị khó chịu đối với nước

Tổng các phức hợp

Chlorine,%

Hình Phân bố của các loại chloramines theo PH

Vào năm 1940, Butterfied và cộng sự chứng minh rằng Chlor tự do bất hoạt vikhuẩn đường ruột nhanh hơn Chloramine vô cơ Hơn nữa, tác động diệt khuẩn củaChloramine tăng cùng với nhiệt độ và nồng độ ion hydro Những quan sát tương tựcũng 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 trùngbằng Chlor, hay nói khác đi nên cân nhắc khử trùng bằng Chloramine khi nguồnnước có chất lượng tốt

IC Khử trùng bằng Ozone

Ozone được tạo thành bằng cách cho luồng không khí khho đi ngang qua nhữngđiện cực được tách rời bởi một khe không khí và chất điện môi và đưa vào dòng điệnxoay 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 lýnước, tùy thuộc vào loại sử dụng Hiệu quả để làm chất khử trùng của nó không bịảnh hưởng bởi PH, và không tương tác với ammonia

Ozon là một chất khí có màu ánh tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối vớicon người.Ở trong nước ozon phân hủy rất nhanh thành oxi nguyên tử và phân tử.Ozon có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nen khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rấtnhiều lần

Trong môi trường nước ozone tạo ra những gốc tự do bất hoạt vi sinh vật Ozonelàm ảnh hưởng tính thấm hoạt động của ezyme và AND của tế bào vi khuẩn trong đónhững đuôi guanine hay thymine dường như nhạy cảm nhất đối với ozone

Xử lý ozone cũng dẫn đến việc biến đổi AND plasmide vòng kín thành ANDvòng mở Đối với poliovirus, ozone gây bất hoạt virus bằng cách phá hủy lõi acidnhân Vỏ protein cũng bị ảnh hưởng, những tổn thương đối với vỏ protein là nhỏ và

có thể không bị ảnh hưởng đến việc hấp thụ poliovirus vào tế bào chủ (VP4, mộtpolypeptide capside chịu trách nhiệm cho việc bám dính vào tế bào chủ và không bịảnh hưởng bởi ozone) Đối với rotavirus, ozone thay đổi cả capside và lõi ARN

Một số những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng, hiệu quả khử trùng nước vànước thải có thể kể sau đây

IC2.1 Loại hoá chất khử trùng

Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào loại hoá chất sử dụng một số chất khử trùng(thí dụ: ozone, dioxide chlor) có tính oxy hoá mạnh hơn những loại khác (thí dụ:chlor)

IC2.2 Loại vi sinh vật

Những vi sinh vật gây bệnh có sức đề kháng thay đổi rất nhiều để chống lại chấtkhử trùng Những vi khuẩn sinh bào tử nói chung có sức đề kháng với chất khửtrùng tốt hơn những vi khuẩn sinh dưỡng Sức đề kháng chất khử trùng có thể thayđổi rất khác nhau trong những vi khuẩn sinh dưỡng và trong những chủng cùng

thuộc một loài Thí dụ legionella pneumophylla có sức đề kháng chống chlor tốt hơn

E coli Nói chung, sức đề kháng với khử trùng thay đổi theo thứ tự sau: vi khuẩn

sinh dưỡng < vi khuẩn đường ruột < vi khuẩn sinh bào tử < nang protozoa

IC2.3 Nồng độ khử trùng và thời gian tiếp xúc

Mức độ bất hoạt vi sinh vật gây bệnh với chất khử trùng tăng với thời gian vàtheo lý tưởng tăng theo động học bậc một Sự bất hoạt theo thời gian là đường thẳngkhi số liệu được vẽ trên giấy log-log

N0 = thời gian vi sinh vật ở thời điểm 0

Nt = vi sinh ở thời điểm t

k = hằng số phân huỷ (thời gian -1)

t = thời gian.

Tác dụng khử trùng có thể được biểu thị bằng C.t, C là nồng độ khử trùng và t làthời gian cần thiết để bất hoạt một phần trăm nhất định của dân số dưới những điềukiện nhất định (pH và nhiệt độ) mối quan hệ giữa nồng độ chất khử trùng và thờigian tiếp xúc tuân theo luật Watson:

t = thời gian cần thiết để diệt phần trăm nhất định của quần thể (phút)

n = hằng số được gọi là hệ số pha loãng

122.52.5

0.41.718

5

40100100

0.041.790

5080250250

Bảng bất hoạt vi sinh vật bởi chlorine, giá trị Ct (5 0 C, pH)

IC2.4 Tác động của pH

Nói về phương diện khừ trùng bằng chlor, yếu tố pH kiểm soát lượng HOCl

ngược lại, sự bất hoạt vi khuẩn, virus, và nang protozoa bởi dioxide chlor nói chung

có hiệu quả hơn ở pH cao hơn Tác động của pH lên sự bất hoạt vi sinh vật củaChloramine không rõ do những kết quả tìm thấy trái ngược nhau Tác dụng của pHlên sự bất hoạt vi khuẩn bởi ozone còn chưa được rõ

IC2.5 Nhiệt độ

Hiệu quả bất hoạt vi sinh vật và ký sinh trùng gia tăng (đó là Ct giảm) khi nhiệt

đô tăng

IC2.6 Cạnh tranh hoá học và vật lý dối với việc khử trùng

Những hợp chất cạnh tranh với tác dụng khử trùng là những hợp chất chứa nitơ

vô cơ và hữu cơ, sắt, mangan, và sulfur hydro những hợp chất hữu cơ hoà tan cũngtác động lên nhu cầu clor và sự hiện diện của chúng làm giảm hiệu quả khử trùng

Độ đục trong nước được cấu thành từ những chất vô cơ (thí dụ: bùn, sét,và oxidesắt) và những chất hữu cơ cũng như những tế bào vi sinh Nó được đo lường bằngcách xác định ánh sáng khuếch tán bởi những hạt hiện diện trong nước nó cản trởviệc phát hiện coliform trong nước và nó cũng có thể làm giảm hiệu quả khử trùngcủa chlor và những chất khử trùng khác nước dùng để uống chỉ cho phép có 1 đơn

vị độ đục nephelometric độ đục cần được loại bỏ bởi vi sinh vật gắn kết với hạt cósức đề kháng với việc khủ trùng nhìêu hơn sinh vật lơ lững tự do

Carbon hữu cơ tổng số (TOC) liên quan đến độ đục tác động lên nhu cầu chlor

và do đó cạnh tranh với việc duy trì chlor dư trong nước vì sinh vật trong chất phân,cặn tế bào và chất rắn trong nước thải cũng được bảo vệ với chất khử trùng nhữngphát hiện này đặc biệt quan trọng đối với những cộng đồng dùng nước xử lý chủ yếubằng chlor hoá Hình 6.3 cho thấy tác động bảo vệ của những hạt trong nước vànước thải phụ thuộc vào bản chất và kích thước của hạt do đó poliovirus có dính kếtvới tế bào được bảo vệ khỏi sự bất hoạt của chlor trong khi bentonite và aluminumphosphate không bảo vệ virus Virus và những vi khuẩn chỉ thị không đượcbentonite bảo vệ khỏi ozone một thí dụ về tác động bảo vệ của hạt trong nước thảiđầu vào ban đầu cho thấy những phần có kích thước lớn hơn 7 m chịu trách nhiệmlàm nên tác dụng bảo vệ cho hạt một nghiên cứu về virus dính kết với chất rắn dướiđiều kiện thực địa cho thấy chúng có sức đề kháng cao hơn so với những virus tự dogiảm độ đục xuống dưới 0.1 NTU có thể là biện pháp dự phòng để chống lại tácđộng bảo vệ của hạt trong khi khử trùng