Tiểu luận quá trình công nghệ môi trường hệ thống khử trùng bằng phương pháp hóa học

Năm 1835, clo được sử dụng để loại bỏmùi hôi từ nước, nhưng nó đã không được cho phép đến năm 1890 clo đã được tìm thấy là một chất hóa học hiệu quả để khử trùng; một cách để giảm số lượ

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG



MÔN : QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

CHUYÊN ĐỀ :HỆ THỐNG KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

GVHD : TS PHẠM ANH ĐỨC SINH VIÊN THỰC HIỆN : 1.Trần Thanh Vy 91202272

2 Lê Ngọc Yến 91202276

TP.HCM, tháng 11 năm 2014

MỤC LỤC

1 ĐỊNH NGHĨA 6

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI 6

CHƯƠNG 2 : KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 7

1 KHỬ TRÙNG BẰNG CLO 7

1.1 Lịch sử phát triển của clo [ 1] 7

1.2 Khái niệm 7

1.3 Cơ chế tác động của clo 7

1.4 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng clo[1] 8

1.5 Khử trùng bằng khí clo 8

1.6 Khử trùng bằng calcium hypochlorite[1] 10

1.7 Khử trùng bằng Sodium hypochlorite [1] 11

1.8 Khừ trùng bằng clo dư [1] 11

1.9 Phản ứng của clo với các tạp chất [1] 12

1.10 Clo làm ngừng hoạt động của vi sinh vật[1] 13

1.11 Thời điểm và cách để khử trùng nước bằng clo[1] 13

1.12 Ưu và nhược điểm của việc khử trùng clo 14

2 HỆ THỐNG KHỬ TRÙNG BẰNG CLO 15

2.1 Hệ thống khử trùng clo SWS 15

2.2 Khử trùng nước bằng cách sụt clo 19

3 KHỬ TRÙNG BẰNG OZONE 25

3.1 Lịch sử hình thành [6] 25

3.2 Khái niệm 26

3.3 Ảnh hưởng của ozone đối với vi khuẩn[6] 26

3.4 Lợi ích của ozone[6] 28

3.5 Tác dụng của ozone đối với vi khuẩn, vi rus và nấm mốc[6] 28

3.6 Hệ thống khử trùng clo[7] 29

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG 34

1 CLO [8] 34

2 OZONE 35

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN 38

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Ưu và nhược điểm của việc sử dụng khí clo [2] 10

Bảng 2: Ưu và nhược điểm của việc khử trùng clo 15

Bảng 3 Khối lượng của nước trong Wells 23

Bảng 4 Khối lượng của nước trong ống đường kính nhỏ 23

Bảng 5 Tính chất tẩy uế cho tổng lượng nước xử lý 25

Bảng 6 Quá trình hoạt động trong nước của clo và ozone 27

Bảng 7 Hoạt động rủi ro 28

Bảng 8 Độ tan của khí ozone 32

Bảng 9 Nồng độ clo dư ở mỗi tỉnh 35

DANH

Hình 1 : Hệ thống SWS 15

Hình 2 : Biểu đồ dịch vụ Dân số Quốc tế, 1998 - 2013 bán hàng của SWS chai chuyển đổi sang lít nước xử lý 19

Hình 3 Hệ thống khử trùng ozone 29

Hình 4 Khuếch tán bong bóng 30

Hình 5 Vòi phun nước 31

Hình 6 Biểu đồ nồng độ ozone 33

ỤC HÌNH

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KHỬ TRÙNG

1 ĐỊNH NGHĨA

Khử trùng (trong tiếng anh là sterilization hay sterilisation) là một thuật ngữ dùng để chỉ

bất kỳ quá trình nào dùng 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 hôp chất dùng trong nuôicấy sinh học Khử trùng có thể được thực hiện bằng các phương pháp như dùng nhiệt,hóa chất, chiếu xạ, áp suất cao, vàlọc hay có thể kết hợp nhiều yếu tố trên

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI

Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiểu quả :

Khử trùng bằng các chất oxi hóa mạnh : Cl2, các hợp chất Clo, O3, KMnO4

CHƯƠNG 2 : KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

Cơ sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tếbào vi sinh và tiêu diệt chúng Các hóa chất thường dùng là : clo, brom, iod, clo dioxit,axit hypoclorit và muối cúa nó ozon, kali permanganat, hydro perooxit.Do hiệu suất caonên ngày nay khử trùng bằng hóa chất đang được áp dụng rộng rãi ở mọi quy mô

1 KHỬ TRÙNG BẰNG CLO

1.1 Lịch sử phát triển của clo [ 1]

Chlorine lần đầu tiên được phát hiện tại Thụy Điển 1744 Vào thời điểm đó, người ta tinrằng mùi của nước là nguyên nhân gây bệnh Năm 1835, clo được sử dụng để loại bỏmùi hôi từ nước, nhưng nó đã không được cho phép đến năm 1890 clo đã được tìm thấy

là một chất hóa học hiệu quả để khử trùng; một cách để giảm số lượng bệnh lây truyền từnguồn nước Với phát hiện mới này, bắt đầu khử trùng bằng clo trong Vương quốc Anh

và sau đó mở rộng đến Hoa Kỳ vào năm 1908 và Canada năm 1917 Hôm nay, clo làphương pháp phổ biến nhất để khử trùng và được sử dụng để xử lý nước trên toàn thếgiới[ 10-17 trên đếm xuống]

Clo là một trong nhiều phương pháp có thể được sử dụng để khử trùng nước Phươngpháp này là đầu tiên sử dụng hơn một thế kỷ trước, và vẫn được sử dụng cho đến ngàyhôm nay Nó là một phương pháp khử trùng hóa học sử dụng các loại khác nhau có chứaclo hoặc chất clo cho quá trình oxy hóa và khử trùng của nguồn nước uống [9-12 trênđếm xuống]

1.2 Khái niệm

Clo là chất khử trùng hóa học được sử dụng khá phổ biến vì nó thỏa mãn hầu hết nhữngyêu cầu của một chất tiệt trùng lý tưởng Các hợp chất chính của clo được sử dụng trongkhử trùng nước thải là clo ( Cl2); hypochlorit ( NaOCl); canxi hypochlorit ( Ca(Ocl)2) vàchlorine dioxit ( ClO2)

Clo là một hợp chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tácdụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh

1.3 Cơ chế tác động của clo

Quá trình diệt vi sinh vật xảy ra qua hai giai đoạn Đầu tiên chất khử trùng khuếch tánxuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quátrình 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 tánchất 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 nướctăng, đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng , vì quá trìnhkhuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly

Tốc độ khử trùng bị chậm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lửng vàcác chất khử khác.

1.4 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng clo[1]

Có một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng Trong đây đề cập đến :

 Nồng độhoặc liều lượng clo

 Thời gian tiếp xúc clo (thời gian clo được phép phản ứngvới bất kỳ tạp chất trongnước) là những yếu tố quan trọng nhất

Clo cần thời gian để làm bất hoạt các vi sinh vật nào có thể có mặt trong nướcxử lý chocon người Clo có nhiều thời gian tiếp xúc vớivi sinh vật, quá trình sẽ hiệu quả hơn Thờigian tiếp xúc là thời gian từkhi clo được thêm vào đầu tiên cho đến khi tới thời điểm đó,nước được sử dụng hoặc tiêu thụ

Các mối quan hệ tích cực cùng được nhìn thấy khi xem xét nồng độ clo Nồng độ clo caohơn , hiệu quả hơn quá trình khử trùng nước Mối quan hệ này đúng bởi vì khi tăng nồng

độ, lượng clođể khử trùng tăng lên Không giống như các mối quan hệ giữa nồng độ clovàhiệu quả khử trùng, nồng độ clo và thời gian tiếp xúc của clo vớinước cho thấy mộtmối quan hệ nghịch đảo Khi nồng độ clo tăng, yêu cầuthời gian tiếp xúc với nước clocuối cùng giảm Để xác định mức độ khử trùng (D), mộtCT giá trị có thể được tínhtoán Giá trị này là sản phẩm của nồng độ clo (C) vàthời gian tiếp xúc (T) Công thức nhưsau:

C * T = D

Khái niệm này cho thấy sự gia tăngnồng độ clo (C) sẽ cần ít thời gian tiếp xúc để đạtđược mức mong muốn cùngkhử trùng Một khả năng sẽ có sự gia tăng trong thời giantiếp xúc mà có thể lần lượtđòi hỏi một sự tập trung clo thấp hơn để cho cùng mức độ khửtrùng

Các giá trị CT yêu cầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm: các loại mầm bệnhtrongnước, độ đục của nước, độ pH của nước và nhiệt độ của nước

 Độ đục là chất lơ lửng trong nước và các loại mầm bệnh có thể dao động từvikhuẩn như E.coli và Campylobacter virus bao gồm cả viêm gan A

 Ở nhiệt độ thấp,độ đục cao, hoặc độ pH cao hơn, giá trị CT (tức là mức độ khửtrùng) sẽ phải đượctăng nhưng độ đục thấp hơn, có ít chất lơ lửng trong nướcsẽngăn ngừa tiếp xúc của các chất khử trùng với các vi sinh vật, do đó đòi hỏi mộtgiá trị CT thấp hơn

 Nhiệt độ nước cao hơn và một mức độ pH thấp hơn cũng sẽ cho phép một giá trị

CT thấp hơn

1.5 Khử trùng bằng khí clo

Chlorine dioxide hiện đang được sử dụng nhiều trong xử lý nước như một hiệu ứng biôxítcủa nó là tương tự như của clo tự do và tăng hiệu quả của nó với pH [Lykins, 1990] Hơn

nữa, ClO2 là ổn định hơn clo Chlorine dioxide là một hợp chất khí đó là rất hòa tan trongnước (70 g / L đến 20 ° C và 1 atm) [2]

Khí clo có màu vàng lục và rất độc hại Nó nặng hơn không khí và vì thế do đó chìmxuống mặt đất nếu sự bay hơi từ bình của nó Đây là hiệu ứng độc hại của khí clo mà làmcho nó là một chất khử trùng tốt, nhưng nó là độc hại hơn các mầm bệnh trong nước; nó

là cũng độc hại đối với con người Nó là một chất kích thích hô hấp và nó cũng có thểgây kích ứng da và màng dịch nhầy Tiếp xúc với khối lượng lớn khói khí clo có thể gây

ra sức khỏe nghiêm trọng vấn đề, kể cả tử vong Tuy nhiên, điều quan trọng là nhận rarằng khí clo, thêm vào nước, thay đổi thành axit hypochlorous và ion hypoclorit, và do đótính độc hại của nó không được tìm thấy trong nước uống chúng ta tiêu thụ.[1]

Khí clo được bán như là một chất lỏng nén, đó là màu hổ phách Clo, như một chất lỏng,

là nặng hơn (dày hơn) so với nước Nếu chất lỏng clo được bay hơi từ bình của nó sẽnhanh chóng trở về trạng thái khí của nó Khí clo là hình thức ít tốn kém nhất của clo để

sử dụng Số lượng điển hình của khí clo cần thiết để xử lý nước là 1-16 mg / L nước Sốtiền khác nhau của khí clo đang được sử dụng tùy thuộc vào chất lượng nước cần được

xử lý Nếu chất lượng nước là không đạt yêu cầu, một nồng độ cao của khí clo sẽ đượcyêu cầu để khử trùng nước nếu thời gian tiếp xúc không thể được tăng lên.[1]

Khi khí Clo (Cl2) được thêm vào nước (H2O), nó thủy phân nhanh chóng để sản xuấtaxithypochlorous (HOCl) và axit hypochlorous sau đó sẽ phân tách thành ion hypochlorite(OCl-) và các ion hydro (H +).[1]

Cl2 + H2O  HOCl + H + +

OCl-Bởi vì các ion hydro được tạo thành, nước sẽ trở nên có tính axit hơn (độ pH của nước sẽgiảm) Lượng phân ly phụ thuộc vào độ pH ban đầu của nước Nếu độ pH của nước dưới6,5, gần như không có phân ly sẽ xảy ra và các axit hypochlorous sẽ chiếm ưu thế pHtrên 8,5 sẽ thấy phân ly hoàn toàn của clo, và các ion hypoclorit sẽ chiếm ưu thế pH giữa6.5 và 8.5 sẽ thấy cả hai axit hypochlorous và hypochloriteion có trong nước Cùng vớinhau, các axit hypochlorous và các ion hypoclorit là gọi clo tự do Axit Hypchlorous làchất khử trùng hiệu quả hơn, và do đó, độ pH thấp hơn được ưa thích để khử trùng.[1]Phản ứng thực hiện trong trường hợp này là như sau:[2]

5 NaClO2 + 4 HCl4 ClO2 + 2 H2O + 5 NaCl

Năng suất của phản ứng này là tốt với tỷ lệ chuyển đổi clorit gần 100%, trong sự hiệndiện của axit dư (pH dưới 4)

- Chlorite and chlorine,

- Chlorite, hydrochloric acid and sodium hypochlorite solution:

Các phản ứng hóa học sau :

NaClO + 2 HCl + 2 NaClO2 H2O + 2 ClO2 + 3 NaCl[ [2]

Ưu điểm Khuyết điểm

Chlorine dioxide là hiệu quả hơn chlorine

và chloramines làm ngừng hoạt động của

virus

Chlorine dioxide oxy hóa sắt, mangan và

sulphurs

Hương vị và màu sắc do tảo phát triển

được xử lý hiệu quả với chlorine dioxide

Nếu liều lượng là đúng, không có

halogened các sản phẩm, bromates hoặc

nitrat được hình thành

Chlorine dioxide có thể dễ dàng sản xuất

tại chỗ

pH không ảnh hưởng đến khả năng biôxít

của chlorine dioxide

Chlorine dioxide có tác dụng dư

Sử dụng chlorine dioxide hình thànhclorit và clorat

Điều chỉnh rất khó khăn và quá liều có thểdẫn đến hình thành các sản phẩm phụhalogen

Chlorine dioxide phân hủy trong ánh sángmặt trời

Chlorine dioxide phải được sản xuất tạichỗ

Bảng 1: Ưu và nhược điểm của việc sử dụng khí clo [2]

1.6 Khử trùng bằng calcium hypochlorite[1]

Calcium hypochlorite (CaOCl) được tạo thành từ các muối canxi của axithypochlorous Đó làsản xuất bằng cách hòa tan khí clo (Cl2) vào một dung dịch canxi oxit(CaO) và natrihydroxide (NaOH) Calcium hypochlorite có màu trắng, ăn mòn chấtrắnhình thành hoặc dạng viên nén hoặc như bột dạng hạt Calcium hypochlorite là rất ổnđịnh, và khi đóng góiđúng, số lượng lớn có thể được mua và lưu trữ cho đến khi cầnthiết Các hóa chất rất ăn mòn, và do đó đòi hỏi phải xử lý thích hợp khi được sử dụng để

xử lý nước.Calcium hypochlorite cần phải được lưu trữ trong một khu vực khô ráo vàtránh xa các vật liệu hữu cơ.Nó không thể được lưu trữ bằng gỗ, vải hoặc xăng vì sự kếthợp của canxihypochlorite và vật liệu hữu cơ có thể tạo ra nhiệt làm cho phát nổ Nócũng phải đượcgiữ tránh ẩm vì bột viên / hạt dễ dàng hấp thụ độ ẩm vàsẽ hình thành (độchại) khí clo Calcium hypochlorite có mùi clo rất mạnh - một cái gì đó cần được lưu ýkhi đặt chúng trong lưu trữ

Khi xử lý nước, một số tiền nhỏ hơn của calcium hypochlorite là cần thiết hơn nếu sửdụngkhí clo So với 1-16 mg / L yêu cầu với khí clo, chỉ 0,5-5 mg / L canxihypochlorite

được yêu cầu Khi calcium hypochlorite được thêm vào nước, hypochlorite vàion canxiđược tạo ra.

Ca (OCl) 2Ca + 2 + 2

OCl-Thay vì giảm độ pH như khí clo, hypochlorite canxi làm tăng độ pH của nước (làm chonước có tính axit) Tuy nhiên, axit hypochlorous và hypochlorite nồng độ vẫn còn phụthuộc vào độ pH của nước Do đó, bằng cách giảm độ pH của nước, axit hypochlorous sẽvẫn có mặt trong nước Như một kết quả, canxi hypochlorite và khí clo cùng tạo ra cùngmột loại chất thải

1.7 Khử trùng bằng Sodium hypochlorite [1]

Sodium hypochlorite (NaOCl) được tạo thành các muối natri của axit hypochlorous và làmộtclo có chứa hợp chất có thể được sử dụng như một chất khử trùng Nó được tạo rakhikhí clo được hòa tan vào một dung dịch natri hydroxit Đó là ở dạng lỏng, với mộtmàuvàng nhạt và có mùi clo mạnh Sodium hypochlorite là cực kỳ ăn mònvà phải được lưutrữ ở nơi mát, tối, và khô Sodium hypochlorite sẽ tự nhiênphân hủy; do đó nó không thểđược lưu trữ trong hơn một tháng tại một thời điểm Trong tất cả cácloại khác nhau củaclo có sẵn để sử dụng, điều này là dễ nhất để xử lý

Lượng sodium hypochlorite cần thiết cho xử lý nước là ít hơn nhiều khác hai hình thứccủa clo, với 0,2-2 mg NaOCl / L nước được đề nghị Giống như canxihypochlorite,sodium hypochlorite cũng sẽ tạo ra một ion hypoclorit, nhưng thay vì ion canxi, các ionnatri được tạo ra NaOCl cũng sẽ làm tăng độ pH của nước quaviệc hình thành các ionhypoclorit Để có được axit hypochlorous, đó là một hiệu quả hơnthuốc khử trùng, độ pHcủa nước nên được giảm

NaOCl  Na + + OCl

-1.8 Khừ trùng bằng clo dư [1]

Bất kỳ loại clo mà được thêm vào nước trong quá trình xử lý sẽ dẫn đến việchình thànhcác axit hypochlorous (HOCl) và ion hypoclorit (OCl-), mà là chínhkhử trùng hợp chấtclo trong nước Chi tiết được cung cấp sau trong sự kiện này

Một mẫu của Clo+ H2O HOCl + OCl

-Trong hai, axit hypochlorous là hiệu quả nhất Số lượng các hợp chất hiện naytrong nướcphụ thuộc vào độ pH của nước trước khi thêm clo Tạiđộ pHthấp , axit hypochlorous sẽchiếm ưu thế Sự kết hợp của axit hypochlorous vàion hypoclorit sẽ tạo nên cái được gọi

là 'chorine tự do.' Clo tự do có một quá trình oxy hóa caovà là một chất khử trùng hiệuquả hơn so với các hình thức khác của clo, chẳng hạn nhưchloramines Oxy hóa là mộtbiện pháp một hợp chất dễ dàng sẽ phản ứng với chất khác Một tiềm năng oxy hóa cao

có nghĩa là nhiều hợp chất khác nhau có thể phản ứng vớicác hợp chất Nó cũng có nghĩarằng hợp chất này sẽ có sẵn để phản ứng với những hợp chất khác

Clo kết hợp là sự kết hợp của các hợp chất nitơ hữu cơ và chloramines, màđược sản xuấtnhư là kết quả của phản ứng giữa clo và ammonia Chloramines hiệu quả khử trùng nước

không như clo tự do do oxy hóa thấp hơn Doviệc tạo ra các chloramines thay vì clo tự

do, ammonia không có sản phẩm trong quá trình xử lý nước từ lúc bắt đầu, nhưng có thểđược thêm vào cuối xử lý tạo chloramines như một chất khử trùng thứ cấp, mà vẫn còntrong hệ thống kéo dài hơnclo, đảm bảo nước uống sạch trên toàn hệ thống phân phối

Số lượng clo là cần thiết để khử trùng nước phụ thuộc vào các tạp chất trongnước mà cầnphải được xử lý Nhiều tạp chất trong nước đòi hỏi một lượng lớnclo phản ứng với tất cảcác tạp chất hiện nay Clo thêm vào trước tiên phải phản ứng với tất cảcác tạp chất trongnước trước khi clo dư có mặt Lượng clo là cần thiết để đáp ứng tất cả các tạp chất đượcgọi là "nhu cầu clo ' Điều này cũng có thể làcoi như là lượng Clo cần thiết trước khi clo

tự do có thể được sản xuất Một khinhu cầu clo đã được đáp ứng, khử trùng bằng clobreakpoint (thêm clo vào nước cho đến khinhu cầu clo đã được hài lòng) đã xảy ra Saukhi breakpoint, bất kỳ thêmclo vào sẽ dẫn đến một clo tự do tỷ lệ còn lại với lượngclothêm Clo dư là sự khác biệt giữa số lượng clo thêm vào vànhu cầu clo Hầu hết cácnhà máy xử lý nước sẽ thêm clo vượt quá breakpoint.Nếu amoni có trong nước tại thờiđiểm clo, breakpoint closẽ không xảy ra cho đến khi tất cả các ammonium đã phản ứngvới clo Từ 10 đến 15 lầnclo hơn amoniac được yêu cầu trước khi clo tự do và clobreakpointthể đạt được Nhà máy xử lý nước nhỏ thường xuyên chỉ thêm một phần củayêu cầuclo (liên quan đến ion amoni) và kết thúc không đúng cách khử trùng nước củahọnguồn cung cấp

1.9 Phản ứng của clo với các tạp chất [1]

Clo có thể phản ứng với một số chất khác nhau Trong nước thô, có thể có mộtsố tạp chấtkhác nhau để phản ứng với clo bổ sung, dẫn đến sự gia tăng củanhu cầu clo Kết quả là,nhiều clo sẽ cần phải được bổ sung cho cùng một mức độngừng hoạt động Một số tạpchất lớn có thể tồn tại trong nước bao gồm: sắt hòa tan, hydrogensulphide, brom,amoniac, nitơ dioxide, và chất hữu cơ Trong một số trường hợp,kết quả của clo phản ứngvới các tạp chất sẽ làm tăng chất lượng của nước (bằng cách loại bỏcác yếu tố khôngmong muốn), trong khi ở trường hợp khác, các phản ứng clo tạp chất sẽ tạo rasản phẩmphụ không mong muốn có hại cho sức khỏe con người Chlorine đầu tiên sẽ phản ứngvớitạp chất vô cơ (sắt hòa tan, brom, amoniac, vv) trước khi phản ứng với các hợp chấthữu cơ (nguyên liệu hòa tan hữu cơ, vi khuẩn, virus, vv)

Sắt, mà sẽ làm cho nước có mùi kim loại, là một trong những hợp chất vô cơsẽ phảnứng với axit hypochlorous (các hình thức mạnh của clo tự do đó làsản xuất sau khi clonguyên chất được thêm vào nước) Phản ứng với axit hypochlorous, cácsắt hòa tan sẽ đi

từ trạng thái hòa tan vào một trạng thái không hòa tan, như một kết tủa được hình thành

từ phản ứng Kết tủa sắt, trong trạng thái không hòa tan của nó, có thể được loại bỏ bằngcách quá trình lọc trong trung tâm xử lý nước

2 Fe2 + (chất lỏng) + HOCl + 5H2O 2 Fe (OH) 3 (rắn) + 5H + + Cl

-Hypochlorous axit cũng có thể phản ứng với hydrogen sulphide (H2S), nếu nó có mặttrong nướcđang được xử lý Hydrogen sulfide là một tạp chất không mong muốn trongnước bởi vì nó mang lại cho nướcmùi khó chịu Ở mức dưới 1 mg / L hydrogen sulphide

tạo ra một mùi mốc , trong khi ở mức trên 1 mg / L mùi trứng thối sẽ chiếm ưuthế Hydrogen sulphide cũng làđộc hại Các axit hypochlorous và phản ứng H2S tạo raaxít và lưu huỳnh hydrochloric ion như sản phẩm của nó.

H2S + HOCl H + + Cl- + S + H2O

Brom trong nước có thể dẫn đến việc sản xuất các hợp chất không mong muốn Ion Brôm

có thểphản ứng với axit hypochlorous để tạo ra axit hypobromous Axit Hypobromouscũng cóđặc tính tẩy uế và có nhiều phản ứng hơn axit hypochlorous Axit hypochloroushoặcaxit hypobromous sẽ phản ứng với các chất hữu cơ trong nước và tạo ra sản phẩmphụ halogen, như trihalomethanes

Br- + HOCl HOBr + Cl

-Amoniac là một hợp chất có thể tồn tại trong nước Nó là một chất dinh dưỡng cho đờisống thủy sinh, nhưng mộtmà sẽ trở thành độc hại ở nồng độ cao Amoniac được sản xuấtnhư một kết quả của mục nátquan trọng và do đó tự nhiên tồn tại trong nước; Tuy nhiên,hoạt động của con người cũng sẽ tạo ra mộtsố lượng lớn amoniac vào trong nước, gópphần tang mức độ ammoniaclà lý do cần phải quan tâm Một số 'nguồn hoạt động của conngười "bao gồm: nước thải đô thịnhà máy xử lý, nước thải nông nghiệp và công nghiệp,chẳng hạn như các nhà máy giấy và bột giấy,mỏ, chế biến thực phẩm, và sản xuất phânbón Phản ứng giữa ammonia và closẽ tạo ra monochloramines, dichloramines, vàtrichloramines, đó là chungđược biết đến như chloramines Các hợp chất có lợi cho quátrình xử lý nước chúng có khả năng khử trùng, nhưng chúng không hiệu quả như clo mặc

dù chloraminessẽ kéo dài hơn trong nước

Clo cũng phản ứng với phenol để tạo ra monochlorophenols, dichlorophenols, hoặctrichlorophenols, gây hương vị và mùi ở mức thấp Ở mức độ cao hơn,chlorophenols làđộc hại và ảnh hưởng đến hô hấp và quá trình lưu trữ năng lượng Chlorophenolslà nhữnghợp chất chủ yếu là do con người thực hiện, nhưng có thể được tìm thấy tự nhiên trongchất thải động vật vàphân hủy chất hữu cơ

1.10 Clo làm ngừng hoạt động của vi sinh vật[1]

Clo làm ngưng sự hoạt động của vi sinh vật bằng cách gây tổn hại màng tế bào của

nó Một khi các tế bào màng bị suy yếu, clo có thể nhập vào các tế bào và phá vỡ hô hấp

tế bào và hoạt động DNA(hai quá trình đó là cần thiết cho sự sống còn tế bào)

1.11 Thời điểm và cách để khử trùng nước bằng clo[1]

Khử trùng bằng clo có thể được thực hiện bất cứ lúc nào / thời điểm nào trong suốt quátrình xử lý nước – không có một thời gian cụ thể khi clo phải thêm vào Mỗi điểm củaứng dụng clo sẽ kiểm soát một mối quan tâm chất gây ô nhiễm nước khác nhau, do đócung cấp sự phân bố tính chất của hệ thống từ thời điểm nước vào xử lý tới thời gian nóthải ra

Pre-clo là khi clo được áp dụng cho nước gần như ngay lập tức sau khi nó đi vàohệ thống

xử lý Trong bước trước khi khử trùng bằng clo, clo thường được thêm trực tiếp vàonướcthô (nước chưa qua xử lý vào các hệ thống xử lý), hoặc thêm vào trong máy trộn tốc độ

nhanh(Một máy trộn để đảm bảo nhanh chóng, phân tán đồng đều của chlo) Clo đượcthêm vào nước thô để loại bỏ tảo và các dạng khác của đời sống thủy sinh từ nước vì vậychúng sẽ khônggây ra vấn đề trong giai đoạn sau của xử lý nước Pre-clo trong máy trộnphát hiện để loại bỏ mùi vị và mùi, và kiểm soát tăng trưởng sinh học trên toànhệ thống

xử lý nước, do đó ngăn ngừa sự tăng trưởng trong bể lắng (loại bỏ chất rắn lơ lửng khỏinước bằng trọng lực ) và hê thống lọc Việc bổ sung clo cũng sẽoxy hóa sắt, mangan và /hoặc hydrogen sulphide có mặt, để chúng cũng có thểđược loại bỏ trong các bước lắng vàlọc

Khử trùng cũng có thể được thực hiện ngay trước khi lọc và sau lắng Điều này sẽkiểmsoát tăng trưởng sinh học, loại bỏ sắt và mangan, loại bỏ hương vị và mùi, kiểm soáttảophát triển, và loại bỏ màu sắc từ nước Điều này sẽ không làm giảm lượngtăng trưởngsinh học trong tế bào

Clo cũng có thể được thực hiện là bước cuối cùng trong quá trình xử lý, đó là khi nó lđược thực hiện ở hầu hết các nhà máy xử lý Mục tiêu chính của clo này làkhử trùngnước và duy trì clo dư trong nước khi nó di chuyểnthông qua hệ thống phân phối Nướclọc khử clo là kinh tế hơn vì mộtgiá trị CT thấp hơn Đây là một sự kết hợp của nồng độ(C) và thời gian tiếp xúc(T) Khái niệm CT được thảo luận sau này trong tờ thông tinnày Theo thời gian, nước đã đượcthông qua lắng và lọc, rất nhiều các sinh vật đã đượcloại bỏ,và kết quả là ít clo và thời gian tiếp xúc ngắn hơn là cần thiết để đạt được cùngmộthiệu quả Để hỗ trợ và duy trì Clo dư, một quá trình được gọi là tái khử trùng bằngclođôi khi được thực hiện trong hệ thống phân phối Điều này được thực hiện để đảm bảoclo thích hợpđược duy trì trong suốt hệ thống phân phối

1.12 Ưu và nhược điểm của việc khử trùng clo

Quá trình oxy hóa của sắt và mangan

Cải thiện xử lý nước và màu sắc

Có thể cải thiện sự đông lại và kết quả lọc

Hiệu quả diệt khuẩn

Clo là giải pháp dễ nhất và rẻ nhất bất kể

kích thước của hệ thống

Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất

và do đó nổi tiếng nhất

Clo có sẵn trong các dạng của canxi và

natri hypochlorite.Hypochlorites được dễ

dàng hơn và an toàn hơn để sử dụng hơn

so với clo khí Ít thiết bị thường yêu cầu

Clo có tác dụng dư

Hình thành các sản phẩm halogenSau khi xử lý, nứơc có một mùi vị khó chịu và mùi tùy thuộc vào lượng sử dụng Clo là một chất khí ăn mòn

Hypochlorites có nhiều tốn kém hơn so với khí clo

Sodium hypochlorite phân hủy theo thời gian và tiếp xúc với ánh sáng

Sodium hypochlorite là một sản phẩm hóachất ăn mòn

Đánh giá cao các giải pháp hypochlorite tập trung là không ổn định và tạo ra sản lượng clorat

Kém hiệu quả với độ pH cao

Oxy phân hủy các sản phẩm có thể được sản xuất, góp phần tăng trưởng vi khuẩn nếu tỷ lệ clo dư không được duy trì

Bảng 2: Ưu và nhược điểm của việc khử trùng clo

2.1.2 Cấu tạo của hệ thống khử trùng[4]

Hình 1 : Hệ thống SWS (A)Nguồn nước

(B)Vòi lấy mẫu- Một vòi nước hoặc van khác được lắp đặt để kiểm tra chất lượng nước

Điều quan trọng là phải có một cái vòi lấy mẫu trước bất kỳ thiết bị xử lý nước để kiểm tra nước chưa qua xử lý vào thời điểm này

(D) Lắp vòi phun- Đây là lắp đặc biệt đã được thiết kế để xử lý clo ăn mòn và để ngăn

cản ống nước gây sức ép từ dòng về phía sau vào thiết bị xử lý nước bằng clo và / hoặc thùng tiếp nhận dung dịch

(E)Máy bơm tiếp nhận hóa chất- Đây là máy bơm tạo ra áp lực cao và dòng chảy thấp

Tùy vào mô hình, một số máy bơm này, dòng chảy thấp khoảng ¼ ao- xơ mỗi phút

1 ao- xơ= 28.3495231 grams

(F) Thùng dung dịch- Thùng tiếp nhận này là thùng tiếp nhận không chịu áp lực nắm giữ

việc khuấy trộn của chất lỏng clo và lọc nước Trong một vài trường hợp không phức tạp clo chất lỏng được sử dụng Khi lắp đặt hệ thống của bạn, một trong những chuyên viên nước của GW sẽ đưa ra khuấy trộn thích hợp cho thùng tiếp nhận của bạn

(G) Thùng tiếp nhận giữ lại hay Thùng tiếp nhận Tiếp xúc- Thùng tiếp nhận này được

thiết kế cho thấy khả năng thời gian tiếp xúc Thời gian tiếp xúc cần phải có đối với clo

và dùng hoàn toàn cho mục đích của nó.Bình thường, thời gian tiếp xúc cần phải có đối với hệ thống xử lý bằng clo là 20 phút Nếu bạn muốn duy trì dòng chảy 5gpm, bạn sẽ phải cần 100 ga-lon trong bê tiếp xúc Vì thùng tiếp xúc 100 ga-lon không có kích thước đúng tiêu chuẩn, nên trong thùng tiếp xúc 120 ga-lon sẽ được sử dụng Hầu hết các hộ giađình sử dụng thùng tiếp xúc 80 hoặc 120 ga-lon Nhà sản xuất sản xuất thùng tiếp xúc 40 hoặc 42 ga-lon, nhưng điều đó là quá nhỏ so với hầu hết các thiết bị Trong 1 vài trường hợp nên lắp đặt hệ thống không có thùng dung dịch

(H) Thùng áp suất- Thùng tiếp nhận này sử dụng không khí nén đưa vào gian nút bịt kín

để làm bộ giảm xung để cất áp lực tạo bởi máy bơm giếng.Khi làm đầy ( hay ở ~50 PSI ),thùng tiếp nhận này nên chứa đựng nước khoảng 30% và 70% không khí bị nén Khi gần chảy ra ( hoặc ở 30 PSI), thùng này chỉ chứa 2-3 % nước và 97-98 % không khí Ở 30 PSI giếng bơm nước nên được mở và bắt đầu cung cấp nước cần thiết cho mọi gia đình cũng như làm đầy nước thùng áp suất Giếng bơm nước sẽ tiếp tục hoạt động cho đến khi

áp suất chạm tới ~50 PSI Các chuyên gia ở GW thích lắp đặt thùng áp suất sau thùng tiếp xúc để giữ cho dòng chảy của vòi phun lâu dài trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống

(I) Khóa chuyển đổi áp lực - Dựa vào áp lực cảm nhận được, cầu dao này bật / ngắt máy

bơm giếng Hầu hết các hệ thống dẫn nước xử lý bằng clo cũng sử dụng chuyển đổi áp lực bật / ngắt máy bơm hóa chất cùng một lúc máy bơm giếng bật / ngắt

(J) Vòi lấy mẫu – Một vòi nước hoặc van khác được lắp đặt để kiểm tra chất lượng

nước Điều này rất quan trọng đối với vòi lấy mẫu trước khi lọc đi clo hóa Nước tại thời điểm này nên chứa clo tự do Nếu không có, sự điều chỉnh có thể phụ thuộc vào hệ thống clo

(K) Lọc de-clo hóa- - Bộ lọc này đưa clo dư thừa ra khỏi nguồn cung cấp nước, và nhiều

chất hữu cơ Mô hình cho thấy hình ảnh bên trên bao gồm tự động lại – điều chỉnh rửa Nếu sắt hoặc mangan có mặt trong nước giếng, nó rất quan trọng để lắp đặt rửa lọc đi clo hóa

(L) Nước thải ra- Nước được thải ra tại thời điểm này, đã sẵn sàng cho hoặc là xử lý

thêm bằng hóa chất làm mềm nước cứng hay thiết bị khác và / hoặc phân phối vào hệ thống bơn nước

2.1.3 Nguyên lý hoạt động[5]

Một hệ thống khử trùng bằng clo điển hình bao gồm giếng là nguồn nước Bơm được thểhiện là máy bơm cung cấp lưu lượng nước và áp lực đối với hệ thống đường ống dẫnnước.Việc lấy mẫu cho thấy là van được cài đặt để kiểm tra chất lượng nướcđiều quantrọng là phải có một ống mẫu trước khi sử dụng thiết bị để xử lý nước để kiểm tra nướcchưa qua xử lý vào thời điểm này lắp vòi phun là phù hợp đặc biệt đã được thiết kế để xử

lý clo ăn mòn và để ngăn chặn nước từ đường ống áp lực chảy ngược vào bể clo và / hoặc

bể dung dịch hệ thống cũng chứa các máy bơm hóa chất tạo ra áp suất cao và dòng chảythấp Tùy thuộc vào mô hình, một số các máy bơm, lưu lượng thấp như ¼ ounce mỗiphút Bể dung dịch thể hiện trong đoạn video là một bể không áp lực chứa một hỗn hợpcủa clo lỏng và nước tinh khiết Trong một số trường hợp chất lỏng clo trực tiếp được sửdụng Hệ thống cũng có một bể lưu trữ hay còn gọi là bể tiếp xúc được thiết kế để cungcấp đủ thời gian tiếp xúc Thời gian tiếp xúc là cần thiết đúng cách cho clo và hoàn chỉnhphục vụ cho mục đích của nó Thông thường, một thời gian tiếp xúc 20 phút là cần thiếtcho hệ thống khử trùng bằng clo Bể áp lực sử dụng khí nén trong một khoang kín đểhoạt động như một bộ đệm để lưu trữ các áp lực được tạo ra bởi các máy bơm dựa trên áplực đang cảm nhận, chuyển đổi áp suất bật / tắt máy bơm tốt hầu hết các hệ thống nướckhử trùng bằng clo cũng sử dụng công tắc áp lực để bật / tắt máy bơm dự trữ hóa chấtđồng thời các máy bơm cũng bật / tắt để loại bỏ clo dư thừa và một loạt các chất hữu cơ

từ việc cung cấp nước, lọc de-clo cũng có mặt trong hệ thống mô hình thể hiện cũng baogồm một bộ điều khiển trở lại rửa tự động Nếu sắt hoặc mangan có trong nước giếng Nórất quan trọng để cài đặt một rửa lại bộ lọc de-clo.Sau khi khử trùng bằng clo được thựchiện , nước thải ra ngoài

Ưu điểm củaSWSlà:

 Thí nghiệm đã chứng minh rằng hầu hết các vi khuẩn và virus trong nước đã giảm

 Phòng chống tái nhiễm đối với bệnh

 Dễ sử dụng và thích hợp cho mọi người

 Giảm tỷ lệ khả năng mắc bệnh tiêu chảy

 Có thể sử dụng rộng rãi trong xã hội và chi phí sử dụng thấp

Những nhược điểmcủaSWSlà:

 Khả năng phòng chống bệnh đối với động vật nguyên sinh tương đối thấp

 Hiệu quả khử trùng đối với nước đục thấp

 Tuy nhiên về mùi và hương vị của nghiên cứu không được tiếp nhận lắm

 Các giải pháp cần phải được thường xuyên kiểm soát chất lượng

 Quá trình clo hóa ảnh hưởng đến tiểm năng lâu dài của sản phẩm

CácSWSthích hợp nhấttrongkhu vựcvớicác giải pháp hypochlorite tương đối phùhợp và

kết quả nước đục ít hơn vàtrong các tình huống khẩn cấpnông thônđô thị, nơithông điệp giáo dụccó thểtiếp cận người dùngđể khuyến khíchsử dụng đúngvàphù hợpcủa giải pháphypochlorite.

2.1.5 Phạm vi thực hiện [3]

Hệ thống an toàn nướcđã được thực hiệntại hơn35 quốc gia

Tổ chứctiếp thị xã hội, chẳng hạn nhưDịch

vụ Dân sốQuốc tế (PSI), bánphương

pháphypochloritetại hơn20 quốc gia.Từ năm

1998hơn 125triệu chaidung

dịchhypochlorite,mộtkhối lượngsản

phẩmđủđể xử lýkhoảng118.700.000.000lít

nướcuốngtrong giađình,đã được bán(như

năm 2013)

Tổ chức địa phươngsử dụngcácgiải

pháphypochloriteđể tiếp thị xã hộitrong các

chương trìnhriêng của họ đểcung cấp

nướcuống an toàn.Ví dụ, trongtrạm

xáTâyKenya các bệnh nhân bi tiêu chảysử

dụngSWStại các bệnh việnđã sử dụngsản

phẩm PSISWSWaterGuard™ Tại

Uganda,những người sống chung

vớiHIVđược choWaterGuard™để ngăn

chặnbệnh tiêu chảycơ hội.Ở Kenya,học

sinhđượcdạy làm thế nàovà tại sao phảisử

dụngnướcSWSvàcác câu lạc bộcung cấp

nước uống sạchchữa trịchotất cả học sinh

Ngoài raở Kenya,các nhóm tự

lựcHIVbángiải phápSWSvàthùngchứa lưu

trữ như làmột hoạt động tạothu nhập

Nhómdựa trên đức tin, chẳng hạn nhưthực

hiện chương trình gia đình nước sạchJolivertvàchaidung dịchhypochloritecủa mìnhtrongkhu vực nông thôn Nhân viên y tếcộng đồng địa phươngdạy chocác thành viênlàmthế nào đểsử dụngcác giải pháp,tạo ra và phân phốicác giải pháp,kiểm soát

quá trình sử dụng của các gia đìnhđể giáo dục họvề thực tiễnnướcvàvệ sinh môitrườnglành mạnh.BộChính phủ, chẳng hạn nhưBộ Y tếGuyana,làm việc vớicác công tytưnhân địa phươngđể phát triển cácgiải pháphypochloritethị trường CácSWScũng đãđượcsử dụng rộng rãiđể đối phó vớitrường hợp khẩn cấp Giải pháphypochloriteSWSđãđượcsử dụng rộng rãiđể đối phó vớitrường hợp khẩn cấp-từthảm họa sóng thầnnăm 2004tạiIndonesialũ lụtvàdịch bệnhdịch tảở châu Phi vàHaiti

2.1.6 Kinh tế và khả năng mở rộng nghiên cứu [3]

Mộtchai dung dịchhypochloritemà xử lýđược 1.000 lítnướccó giá khoảng10cent Mỹsử dụng các chaibơm lạivà11-50cent Mỹsử dụng các chaidùng một lần,với chi phí0,01-0,05cent cho mỗilítxử lý.Giáo dụcvà cộng đồngtạo thêm động lực bằng cách góp thêm chi phí vàochương trình.Chương trìnhSWScó thể đạt đượcsự phục hồitoàn bộ chi phí(thu phí người sử dụngtoàn bộ chi phísản phẩm, tiếp thị, phân phối, giáo dục), chi phí phục hồimột phần (tính phí người sử dụngchỉ dành cho cácsản phẩm,vàhỗ trợ chi phíchương trìnhvới kinh phítài trợ),hoặc có thể làhoàn toàntrợ cấpchẳng hạn nhưtrong các tình huống khẩn cấp.

TrongPSIdự án/Zambia,chi phí trung bìnhcho mỗi chai(xử lý 1.000lít)sản xuất, tiếp thị vàphân phốitạidự án bắt đầuvào năm 1999là$ 1,88 Điều nàygiảm82% xuống 0.033cent Mỹmột lítxử lývào năm 2003,khi1,7 triệuchaiđã được bán,cho thấyhiệu quả chi phíđáng kểcó thể đạt đượcnhư các chương trìnhphát triểnquy mô

Hình 2 : Biểu đồ dịch vụ Dân sốQuốc tế, 1998 - 2013bán hàngcủaSWSchaichuyển