tiểu luận khử trùng nước thải

CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI: Tất cả các phương pháp và các chất khử trùng không phải là tương đương nhau nên phải chọn phương pháp thích ứng nhất có tính đến điều kiện đặc biệt n

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

NGÀNH: QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

MÔN XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHUYÊN ĐỀ 14:

KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI

Cán bộ giảng dạy: PGS TS Lâm Minh Triết Học viên thực hiện:

1 Nguyễn Kiêm Thảo MSHV: 1280100075

2 Nguyễn Thanh Tùng MSHV: 1280100089

TP Hồ Chí Minh 11/2013

MỤC LỤC

….…….

1 VÌ SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG

3 BẢN CHẤT KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA CLO.

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI GIỚI THIỆU

Khử trùng nước là công đoạn xử lý cho phép tiêu diệt hoặc loại bỏ các vi sinh vật

có khả năng truyền bệnh cho con người và động vật

Nước cấp cho nhu cầu sinh hoạt: Ngoài các tạp chất hữu cơ và vô cơ, nước thiên

nhiên còn chứa rất nhiều vi sinh vật, vi khuẩn và vi trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn Để ngăn ngừa các bệnh trên, nước cấp cho sinh hoạt phải được khử trùng

Nước cấp cho hệ thống công nghiệp: Cần phải khử trùng để khử sạch các vi sinh

vật để ngăn ngừa sự kết bám của chúng lên thành ống dẫn nước trong các thiết bị làm lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt, đồng thời làm tăng tổn thất thủy lực của hệ thống Các quá trình xử lý cơ học không thể loại trừ được toàn bộ vi sinh vật và vi trùng có trong nước

Đối với nước thải: Sau các giai đoạn xử lý bậc một, bậc hai… song song với việc

giảm nồng độ các chất ô nhiễm như cặn lơ lửng, BOD… đáp ứng yêu cầu quy định thì số lượng vi khử gây bệnh đặc trưng bằng chỉ tiêu coliform cũng giảm đáng kể (đạt 90-95%) Tuy nhiên một lượng nhỏ vi khuẩn gây bệnh còn lại, khi vào nguồn nước mặt, gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển nhanh chóng

1 VÌ SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI:

Nước thải là nước được thải ra sau khi được sử dụng (cho nhu cầu sinh hoạt của con người hoặc nhu cầu sản xuất công nghiệp)

Khử trùng nước thải là quá trình loại bỏ trong nước thải những bi sinh có khả năng gây

bệnh, là hàng rào cần thiết và cuối cùng chống lại sự phơi nhiễm của người với những vi sinh gây bệnh, bao gồm: virus, vi khuẩn và protozoa

Tại sao phải khử trùng:

Để loại trừ hoặc tiêu diệt tất cả các hình thái sự sống bao gồm các tác nhân gây truyền nhiễm như nấm, vi khuẩn, virus, các dạng bào tử, hiện diện trên bề mặt, hay tồn tại trong canh trường, dung dịch thuốc, hay các hợp chất dùng trong nuối cấy sinh học

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI:

Tất cả các phương pháp và các chất khử trùng không phải là tương đương nhau nên phải chọn phương pháp thích ứng nhất có tính đến điều kiện đặc biệt nào đó (các đặc tính và việc sử dụng nước, loại vi sinh vật cần loại bỏ, chất lượng nước cấp v.v…) Một chất khử trùng và phương pháp khử trùng cần phải thỏa mãn:

c) Phải hòa tan trong nước;

1 Các phương pháp lý học

1.1 Phương pháp nhiệt:

Khi đun sôi nước ở 100 độC đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt còn một số ít khi nhiệt độ tăng lên cao liền chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc Chúng không bị tiêu diệt dù có đun sôi liên tục trong vòng 15 đến 20 phút Để tiêu diệt được nhóm vi khuẩn bào tử này, cần đun sôi nước đến 120 độC hoặc đun theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút, để cho nước nguội đi đến dưới 35 độC và giữ trong vòng hai giờ cho các bào tử phát triển trở lại, sau đó lại đun sôi nước một lần nữa Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn năng lượng nên thường chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ

1.2 Khử trùng bằng tia cực tím

Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400nm (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 Tia cực tim tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất

1.3 Phương pháp siêu âm

Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên

5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước 1.4 Phương pháp lọc Đại bộ phận vi sinh vật có trong nước (trừ siêu vi trùng) có kích thước 1 – 2 µm Nếu đem lọc nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng nhỏ hơn 1 µm có thể loại trừ được đa số vi khuẩn Lớp lọc thường dùng là các tấm sành, tấm sứ có khe rỗng cực nhỏ Với phương pháp này, nước đem lọc phải có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2mg/l Khử trùng bằng các phương pháp vật lý, có ưu điểm cơ bản là không làm thay đổi tính chất lý hóa của nước, không gây nên tác dụng phụ Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy

mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép

2 Các 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, ozone, kali permanganate, hydro peroxit Do hiệu suất cao nên ngày nay khử trùng bằng hóa chất đang được áp dụng rộng rãi ở mọi qui mô

2.1 Khử trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó

Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh Quá trình diệt vi sinh vật xảy ra qua 2 giai đoạn Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào Tốc độ của quá trình khử trùng được xác định bằng động học của quá trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào và động học của quá trình phân hủy men tế bào Tốc độ của quá 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 chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly

Tốc độ khử trùng bị châm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lững và các chất khử khác Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric Cl2 + H2O -> HOCl + HCl Hoặc ở dạng phương trình phân ly: Cl2 + H2O -> 2H+ + OCl- + Cl- Khi sử dụng clorua vôi làm chất khử trùng, phản ứng sẽ là: Ca(OCl)2 + H2O -> CaO + 2HOCl 2HOCl -> 2H+ +

2OCl-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 hào tan nên iod được dùng ở dạng dung dịch bảo hòa Độ hòa tan của iod phụ thuộc vào nhiệt độ nước Ở 0độC độ hòa tan là 100mg/l Ở 200C độ hòa tan là 300mg/l Khi độ

pH của nước nhỏ hơn 7, liều lượng iod sử dụng lấy từ 0.3 đến 1 mg/l Nếu sử dụng cao hơn 1.2mg/l sẽ làm cho nước có mùi vị iod

2.3 Khử trùng bằng ozone

Ozone có công thức hóa học là O3 Ozone được sản xuất bằng cách cho oxy hoặc không khí đi qua thiết bị phóng tia lửa điện Để cấp đủ lượng ozone khử trùng cho nhà máy xử

lý nước, dùng máy phát tia lửa điện gồm hai điện cục kim loại đặt cách nhau một khoảng cho không khí chạy qua Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ quang, đồng thời với việc thổi luồng không khí sạch đi qua khe hở giữa các điện cực để chuyển một phần oxy thành ozone

3 BẢN CHẤT KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA CLO

Clorine lần đầu tiên được sử dụng trong nước uống trong thế kỷ 19 để kiểm soát sự lây lan của dịch bệnh truyền qua nước như thương hàn, tả, lỵ, viêm ruột dạ dày, đã giết chết nhiều người hơn tất cả các cuộc chiến tranh trong lịch sử Chiến đấu này vẫn còn quan trọng ngày hôm nay; estinmates Tổ chức Y tế Thế giới có hơn 3.000.000 người chết mỗi năm như là một kết quả trực tiếp của nước uống không an toàn

Clo hoạt động như một đại lý thuốc khử trùng mạnh mẽ khi được sử dụng hoặc tự mình hoặc là sodium hypochlorite Khi thêm vào nước nhỏ lẻ, quichly diệt vi khuẩn và các vi

khuẩn khác Nó có lợi thế lớn của việc đảm bảo nước sạch đến vòi nước, trong khi các hành động của sisinfectants khác như ozone, ánh sáng tia cực tím, và siêu lọc, chỉ là tạm thời Ngoài nước lọc, clo sẽ giúp loại bỏ sở thích và mùi, kiểm soát sự tăng trưởng của chất nhờn và các loại tảo trong các đường ống chính và các bể chứa, và giúp loại bỏ các hợp chất nitơ nước không mong muốn

a) Các phản ứng hóa học xảy ra khi cho clo vào nước (clo hóa nước)

Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric

Cl2 + H2O = HOCl + HCl Hoặc ở dạng phương trình phân ly:

Cl2 + H2O = 2H+ + O + Cl-Khi sử dụng Clorua vôi làm chất khử trùng thì

Ca(OCl)2 + H2O = CaO + 2HOCl 2HOCl = 2H+ + 2OCl-Tất cả các chất HOCL, OCL- và O là các chất oxy hóa mạnh Chúng oxy hóa nguyên sinh chất và khử hoạt tính của men, làm tế bào bị tiêu diệt Tổng lượng Cl2

và OCL- trong nước được gọi là lượng clo hoạt tính

Hiệu quả khử trùng bằng clo phụ thuộc vào liều lượng clo hoạt tính, pH nước thải, thời gian tiếp xúc, hàm lượng và đặc điểm chất bẩn hữu cơ,…Liều lượng clo hoạt tính có thể xác định theo công thức của Collins:

Nt

= (1 + 0,23C,t)3

No

Nt và No số vi khuẩn coliform ban đầu và sao thời gian tiếp xúc t phút:

Ct lượng clo yêu cầu, mg/l

t thời gian tiếp xúc, phút

Theo quy định của TCXDVN 51:2006, liều lượng clo hoạt tính α để khử trùng phụ thuộc mức độ xử lý nước thải và được chọn như sau:

Nước thải sau xử lý cơ học: α = 10g/m3

Nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn: α = 5g/m3

Nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn: α = 3g/m3

Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng ứng với từng lưu lượng đặc trưng được tính theo các công thức sau đây:

Ứng với lưu lượng lớn nhất giờ

Ứng với lưu lượng lớn nhất giờ

Ứng với lưu lượng lớn nhất giờ

Trong đó:

Q: lưu lượng của nước thải m3/h

y: Lượng clo cần thiết kg/h

a: liều lương clo hoạt tính g/m3

Hóa chất để khử trùng thường là clo lỏng, các muối hypocloric hoặc clorua vôi Trong trường hợp dùng clorua vôi, lượng clorua vôi dùng trong giờ được xác định như sau:

Trong đó: X lượng clorua vôi, kg/h

p: tỉ lệ clo hoạt tính trong clo rua vôi, %

Khử trùng được tiến hành theo các bước:

Xáo trộn hóa chất khử trùng với nước thải trong các bể, thời gian 1-2 phút Thực hiện phản ứng tiếp xúc khử trùng hóa chất khử trùng với nước thải trong các bể tiếp xúc và máng dẫn nước thải ra nguồn với thời gian từ 15 đến 30 phút, phụ thuộc vào các điều kiện xáo trộn và phản ứng.

Tuy nhiên việc khử trùng bằng clo sẽ khó khăn nếu trong nước thải công nghiệp có nhiều hợp chất hữu cơ bền vững Khi đó clo sẽ kết hợp với chất này để tạo thành các hợp chất hữu cơ clo ví dụ như trihalomethane… dễ gây nguy hại cho nguồn nước, đặc biệt là nguồn phục vụ cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

b) Khử trùng bằng clo nước

Để định lượng clo, xáo trộn clo hơi với nước công tác, điều chế và vận chuyển đến nơi sử dụng người ta thường dùng cloratơ Người ta thường dùng các loại cloratơ hoạt động liên tục đều, cloratơ hoạt động liên tục tỷ lệ với lưu lượng và cloratơ

Để khử trùng nước bị nhiễm bẩn nặng, đặc biệt khi trong nước có chứa vi trùng có sức đề kháng cao đối với các chất oxy hóa, và trong trường hợp càn khử màu, mùi, vị của nước, có thể sử dụng clo với liều lượng cao đến 10mg/l hoặc hơn Lượng clo lớn vừa đảm bảo khả năng khử trùng hoàn toàn, vừa oxy hóa các chất gây mùa vị Tuy nhiên sau khi khử trùng trong nhiều trường hợp lượng clo dư còn lại trong nước khá lớn cho nên cần phải khử bớt clo dư để hạ xuống đến tiêu chuẩn

từ 0,3 đến 0,5mg/l, tránh ảnh hưởng đến người tiêu dùng

Clo hóa nước kèm với amoniac hóa Khi nước có chứa phenol nếu cho clo vào sẽ tạo ra clophenol có mùi và vị rất khó chịu Để khắc phục điểm này, cần tiến hành amoniac hóa trước (đưa amoniac vào nước trước khi cho clo) Lượng amoniac hay muối amoni đưa vào nước lấy từ 0,5 đến 1,0g tính theo ion NH4+ cho 1g clo Cho clo vào nước sau amoniac, chúng sẽ kết hợp thành cloramin, clo sẽ không có khả năng kết hợp với phenol để tạo ra clophenol Nếu pH của nước thấp, phản ứng tạo ra cloamin sẽ xảy ra chậm Nên tiến hành amoniac hóa khi pH lớn hơn 7 để tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng, ngăn ngừa phản ứng phụ thành clophenol Trong nhiều trường hợp sau khi khử trùng, nước còn phải lưu lại một thời gian dài trong bể chứa hoặc trong đường ống dẫn (trên 1,5h) rồi mới đến được nơi sử dụng, để kéo dài thời gian tác dụng diệt trùng của clo, có thể cho thêm amoniac vào nước sau khi đã cho clo vào Phản ứng tạo ra cloamin và cloamin lại tiếp tục thủy phân thành các ion NH+ và OCL- theo trình tự như sau:

HOCL + NH3 NH2CL + H2O

NH2CL + H2O NH+ + OCL

-Ion OCL- là chất oxy hóa mạnh Quá trình phân ly của cloamin diễn ra tương đối chậm, vì thế tác dụng khử trùng trong thời gian đầu thấp hơn so với clo, song điều đó được bù lại bằng thời gian có tác dụng khử trùng dài Nếu sử dụng clo với amoniac một cách hợp lý sẽ giảm được lượng clo cần dùng và đạt được cả hiệu quả trong việc khử mùi vị Tỉ lệ giữa liều lượng clo và amoniac được lựa chọn bằng thực nghiệm tùy theo chất lượng nước nguồn: thường lượng amoniac lấy bằng 10 đến 25% lượng clo Thời gian tiếp xúc tính từ thời điểm khuấy trộn clo và amoniac với nước tới thời điểm sử dụng không ít hơn 1h So với clo tự do, thời gian tiếp xúc cần thiết lớn hơn hai lần.

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, TS Trịnh Xuân Lai, Nhà xuất

bản Xây dựng Hà Nội năm 2004

3 Đề tài nghiên cứu Clo và các hợp chất clo, Trường Đại học Nông Lâm

TP.CHM, tháng 2/2012