Phương Pháp Khử Trùng Nước Sau Khi Đã Xử Lý Cơ Bản
Tại sao phải khử trùng nước hay khử trùng nước thải sau xử lý cơ bản? các phương pháp xử lý đó là gì? hiện nay người ta thường áp dụng phương pháp nào? và vì sao? đó là những câu hỏi liên quan tới chủ đề các phương pháp khử trùng nước sau khi xử lý cơ bản mà chúng tôi sắp trình bày sau đây.
Tại sao phải khử trùng nước?
Nước là một môi trường sống và có thể lan truyền nhiều loại vi sinh vật, trong đó có những loại có lợi và có những loại gây bệnh cho người và động vật. Trong nước thải có rất nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Sau khi đã xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, nước thải vẫn còn khoảng 105 – 106 vi sinh vật trong 1ml nước thải. Đa số những vi sinh vật này không gây bệnh, nhưng không loại trừ khả năng trong đó vẫn còn một số loài gây bệnh. Nếu thải nguồn nước này ra nguồn tiếp nhận như: ao hồ, đầm vực nuôi thủy sản, hồ bơi… sẽ gây nguy hiểm vì không kiểm soát được mầm bệnh truyền nhiễm từ các nguồn nước.
Để khử trùng sạch nước thải người ta thường áp dụng 2 phương pháp chính:
+ Phương pháp khử trùng hóa học (dùng hóa chất)
+ Phương pháp lý học ( dùng các loại sóng, từ…)
Các biện pháp hóa học là dùng tác nhân hóa học để khử trùng nước thải, chủ yếu là các chất ion hóa như clo, hợp chất clo, ozon, hipoclorit, permanganat, bạc, H2O2(hidroperoxit)…
Phương pháp vật lý bao gồm: sử dụng tia cực tím (UV), vi lọc, lọc cát chậm, keo tụ, nhiệt… để tiêu diệt vi khuẩn
Phương pháp dùng các tác nhân hóa học là các chất oxi hóa chủ yếu dựa vào khả năng làm biến tính protein của tế bào vi sinh hoặc protein enzim của chúng. Dùng tia UV cũng vậy, còn dùng nhiệt là dựa và khả năng giết chêt tế bào vi sinh vật ở nhiệt độ cao.
Trong quá trình oxi hóa, các chất độc hại có trong nước thải được chuyển hóa thành ít độc hơn hoặc được ion hóa, trung hòa trong nước hay được tách ra khỏi nước. quá trình này cần được tính toán cụ thể và chi tiết hàm lượng cần thiết, hàm lượng bão hòa và dư thừa, vừa tránh được hiện tượng gây ngộ độc cho các động thực vật thủy sinh khác bên ngoài nguồn tiếp nhận, vừa tránh được sự tiêu hao hóa chất không cần thiết.
Trong các chất oxi hóa có thể sử dụng thì flo là chất oxi hóa mạnh nhất, nhưng lại ít được sử dụng trong thực tế. Các chất thường được sử dụng là như sau (con số viết trong các ngoặc đơn là thế oxi hóa):
Ozon – O3(2.07); clo – Cl2(0.94); peroxit – H2O2(0.68); KMnO4 (0.59)
Các phương pháp khử trùng nước thải thường được sử dụng
Sát khuẩn bằng clo.
Clo và các hợp chất chứa clo hoạt tính là những chất oxi hóa thông dụng nhất. Năm 1909 điều chế được khí clo bằng phương pháp điện phân và đã dùng nó làm chất khử khuẩn hiệu quả nhất. Năm 1918 đã có tới trên 1000 thành phố dùng clo khử khuẩn cho nước (khoảng 12 triệu m3/ngày).
Clo hay hợp chất của nó có khả năng khử khuẩn là do khả năng oxi hóa của chúng.
+ Clo
Khi cho Clo tác dụng với nước, xảy ra các phản ứng thuận nghịch:
Cl2 + H2O = HOCl + HCl
HOCl ↔ H+ + OCl–
Tổng clo, HOCl và OCl– được gọi là clo hoạt tính.
Sản phẩm chú ý ở đây là axit clohydric (HCl) và axit hypocloro (HOCl).
Acid hypocloro từng phần được ion hóa. Quá trình ion hóa xảy ra mạnh mẻ khi độ pH tăng. Sự có mặt ion hypocloro và đặc biệt là ion OCl– là axit yếu có thể tiêu diệt vi khuẩn. Mặt khác a xit hypocloro rất dễ phân hủy thành axit clohydric và nguyên tử tự do.
HOCl = HCl + O
Oxy nguyên tử sẽ oxy hóa các vi khuẩn. Ngoài ra trong quá trình clo hóa nước thải, thì bản chất clo trực tiếp tác động lên tế bào vi sinh vật và biến đổi liên kết với các chất thuộc thành phần nguyên sinh tế bào làm cho vi khuẩn chết.
+ Canxi clorat hay vôi clorat
Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có các clorat, hipoclorit…
Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O
CaOCl2: canxi clorat hay vôi clorat
Nếu là clorua vôi thì:
2CaCl2O + 2H2O => Ca(OH)2 + 2HOCl + CaCl2
HOCl = OCl– + H+
HOCl = HCl + O
Liều lượng clo dùng cho xử lý khử trùng các loại nước thải như sau:
– Clo dùng cho xử lý khử trùng nước thải sau khi xử lý cơ học liều lượng clo cần cho diệt khuẩn là 10g/m3.
– Clo dùng cho xử lý khử trùng nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn (qua aeroten hoặc biophin) liều lượng cần cho diệt khuẩn là 5g/m3.
– Clo dùng cho xử lý khử trùng nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn liều lượng cần cho diệt khuẩn là 3g/m3.
Việc kiểm tra hiệu quả của quá trình clo khử trùng nước thải được tiến hành bằng cách sau:
+ Kiểm tra lượng hóa chất tiêu hao trong quá trình xử lý
+ Xác định hàm lượng clo dư có trong nước thải sau 30 phút.
Sau 30 phút cho clo vào nước thải thì hàm lượng clo dư còn lại là 0,3 – 1mg/l. Hàm lượng dư theo QCVN quy định là không được quá 2mg/l khi xả thải ra môi trường. ( vì lớn hơn 2 mg/l có khả năng ảnh hưởng tới các loài động thực vật thủy sinh khác)
khi thực hiện tính toán ước lượng lượng hóa chất cần dùng phải dựa vào lưu lượng, đặc trưng của nước thải và liều lượng cần dùng.
Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được tính như sau:
V (kg/h)= a.Qmax (m3/h)
Trong đó:
Qmax – lưu lượng thiết kế lớn nhất trên giờ m3.h
a – liều lượng clo hoạt tính g/m3.
Trong trường hợp dùng clorua vôi, thì xác định theo công thức
X =100.a.Qmax/P
Trong đó:
P – hàm lượng hoạt tính (%) trong clorua vôi, thường lấy tổn thất bảo quản.
Qmax – lưu lượng thiết kế lớn nhất trên giờ m3.h
a – liều lượng clo hoạt tính g/m3.
Khi khử trùng bằng clorua vôi thì clo hoạt tính đưa vào nước thải dưới dạng dung dịch clorua. Liều lượng lớn nhất của dung dịch clorua tính theo công thức:
qmaxclorua =(100.a.Qmax)/(PCclorua) (l/h)
=1000aQmax
NaOCl
Natrihipoclorit được tạo thành khi sục khí clo vào dung dịch NaOH:
2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O. NaClO còn gọi là nước Javen
Ca(ClO)2
Còn hipoclorit canxi được điều chế bằng clo hóa hidroxit canxi ở 25 – 300C
2Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O
Trong số này natrihipoclorit (NaClO) là chấ oxi hóa mạnh bị phân tách thành ClO2.Dioxit clo là khí độc có màu vàng xanh, có mùi clo rất mạnh.
Clo dùng để sát trùng nước thường dùng ở dạng khí được chứa trong các bình thép và khi clo hóa nước chỉ cần với nồng độ 0,1 – 0,2 mg/l. Tác dụng của clo lên các tế bào sinh trưởng và bào tử của vi sinh vật là không giống nhau: với các tế bào sinh truuongw khả năng diệt khuẩn của clo mạnh hơn nhiều so với bào tử. Các hipoclorit không bền dẽ bị phân ly thành Cl2 và O2. Khí clo và oxi sơ sinh có tác dụng diệt khuẩn.
Dùng hipoclorit canxi dạng bột – Ca(ClO)2: hòa tan thành dung dịch 3 -5%, rồi định lượng cho vào bể tiếp xúc.
Dùng nước Javen NaClO cũng tương tự như vậy.
Cloramin là hợp chất của clo được chế tạo thành dạng viên, được dùng rộng rãi để sát khuẩn cho nước, đặc biệt là ở các vùng sau khi bị lũ lụt. Trong số cloramin có CH3C6H4SO2NaCl (cloramin B) và CH3C6H4SO2NaCl2 (dicloramin) hay được dùng hơn cả.
Dung dich cloramin 0,02% có thể ngăn cản được tụ cầu vàng và trực khuẩn đường ruột phát triển. Các vi khuẩn này có thể chết ở dung dịch 0,5% trong 1 phút. Bao tử trực khuẩn than sau một giờ ở dung dịch 3% cũng bị tiêu diệt.
Hiệu quả khử khuẩn của cloramin cũng giống như trường hợp dùng khí clo khí, nghĩa là cũng phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, tạp chất có trong nước. Sử dụng viên rất tiện lợi và dễ dùng. Các viên này thường có 20-40% lượng clo hoạt động. Thời gian khử khuẩn khoảng 20 – 30 phút. Các viên này cất giữ ở điều kiện khô và mát. Dùng thuận lợi trong các điều kiên khẩn cấp như lũ lụt, chiến tranh, phòng chống dịch bệnh .v.v.. Tuy nhiên, chi phí cao hơn khi dùng clo bình thường và nước cũng có dư vị mùi (mùi clo), dễ hình thành clo hữu cơ.
Từ trước đến nay việc dùng clo và hợp chất của clo diệt khuẩn cho nước vẫn phổ biến, vì hiều quả cao và kinh tế. Dùng clo ở đây có hai tác dụng: chủ yếu là diệt khuẩn và oxi hóa tiếp tục các chất hữu cơ còn sót lại ở trong nước làm cho nước sáng màu hơn, cải thiện mùi vị của nước do mùi vị của chất hữu cơ còn lại. Ngoài ra, Clo và hợp chất của Clo còn oxi hóa tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metilsulfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải. Những vấn đề này sẽ đề cập đến trong chương xử lý nước thải công nghiệp có chứa các chất này.
Việc dùng clo diệt khuẩn cho nước cần lưu ý:
– clo có thể kết hợp với hidrocacbua thành các hợp chất có hại cho môi trường sống.
Dùng clo và các hợp chất của clo để diệt khuẩn cho nước chủ yếu dựa vào số lượng clo hoạt tính cần thiết để khử khuẩn một đơn vị khối lượng nước thải, đơn vị tính bằng mg/l hay (g/m3) gọi là liều lượng clo.
Công đoạn sát khuẩn (hay diệt khuẩn) bằng clo thường có các thiết bị: thùng pha chế dung dịch có nồng độ clo hoạt tính (thường gọi là clorato), bể trộn và bể tiếp xúc. Hóa chất dùng ở đây là clo khí, clo nước, clorua vôi (clo hoạt tính trong clorua vôi layas trung bình là 30%). Thông thường cho nước thải tiếp xúc với nước clo 30 phút và clo dư còn khoảng 0,3 – 1 mg/l. Trường hợp lượng clo dư tới 1 -15mg/l thì hiệu quả diệt khuẩn sẽ cao hơn, vi sinh vật chết nhanh hơn, hậu quả có những điều tác hại như đã nêu trên.
(các công việc tính toán, thiết bị, động học của quá trình diệt khuẩn bằng clo, có thể tham khảo ở những tài liệu cấp nước)
Khử khuẩn bằng Ozon
Ozon có công thức hóa học là O3. Trong áp suất thường, nhiệt độ thường, ozon ở thể khí; nhietj đọ ở 112oC ở thể lỏng có màu xanh thẩm; nhiệt độ 192oC bị đóng băng. ở điều kiện bình thường ozon dễ bị phân hủy thành O2. Oxi nguyên tử mới sinh có khả năng oxi hóa mạnh và diệt khuẩn. Ozon được tạo thành do phóng tia lửa điện qua oxi hoặc không khí (như sấm chớp trong tự nhiên cũng tạo ra ozon, trong các máy chuyên dùng tạo ra ozon chuyên dụng). Vì ozon không bền, nên phải trang bị máy tạo ozon ngay ở trạm xử lý nước.
Dưới tác dụng của tia lử điện giữa các điện cực, oxi trong không khí tạo thành ozon. Nồng độ ozon đi ra khỏi thiết bị tạo ozon là 1 – 2% hỗn hợp khí và được đưa thẳng vào hòa trộn với nước trong bể sát khuẩn.Hiệu quả diệt khuẩn của ozon phụ thuộc vào tạp chất có trong nước thải, cường độ khuấy trộn và thời gian tiếp xúc. Dựa vào các chỉ số trên người ta thường thiết kế 3 loại bể hòa trộn: đi qua lớp lọc nổi, dùng ezecto và dùng cánh khuấy để hòa tan khí.
Ozon có khả năng hòa tan vào nước gấp 13 lần so với oxi. Khi mới đi vào nước, khả năng diệt khuẩn chưa rõ ràng, nhưng đủ liều lượng thì khả năng này mạnh và nhanh gấp 3.100 lần so với clo. Thời gian diệt khuẩn xảy ra từ 3 đến 8 giây. Đối với virut thời gian tiếp xúc cần tơi 5 phút.
Lưu lượng ozon cần để diệt khuẩn tùy thuộc vào chất lượng nước đã xử lý. Nước thải sau xử lý sinh học, qua lắng 2, cần lưu lượng ozon cho diệt khuẩn là 2 -15mg/l.
Ngoài hiệu quả diệt khuẩn cho nước nói chung, khi dùng ozon vào quá trình xử lý nước thải, còn có tác dụng:
– oxi hóa và bọt khí làm tuyển nổi kéo theo 1 số chất rắn lơ lửng, hấp phụ các cặn cứng cùng các hợp chất nitơ và phospho.
– pH của nước thải tăng lên chút do CO2 thoát ra ngoài.
– khử màu và làm trong nước do tác dụng oxi hóa của ozon.
– chuyển NH4+ thành NO3–
Dùng ozon khử trùng nước có rất nhiều ưu điểm:
– không có mùi, làm giảm nhu cầu oxi của nước.
– oxi hóa một phần tạp chất hữu cơ của nước, giảm nồng độ các chất có hoạt tính bề mặt
– khử màu, khử phenol, xyanua.
– không xó sản phẩm phụ gây độc hại.
– Tốc độ lắng của bùn cặn và các hạt lơ lửng.
Song, dùng ozon vào diệt khuẩn cho nước cần phải trang bị máy tạo ozon giá khá cao và sử dụng tốn nhiều điện năng. Trường hợp trong không khí có nồng độ ozon cao hơn 10mg/l sẽ gậy độc hại cho người.
Khử trùng bằng tia tử ngoại
Tia tử ngoại hay tia cực tím (UV – ultraviolet) có bước sóng từ 4 -400 nm (nanomet) (1nm = 10-6m). Độ dài sóng của các tia này nằm ngoài vùng nhìn thấy bằng mắt thường. Nói chung tia cực tím có khả năng diệt khuẩn, nhưng những tia có bước sóng khoảng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất. Dùng tia cực tím diệt khuẩn làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học của nước.
Hiện nay dùng tia cực tím để khử khuẩn cho nước là khá phổ biến trong sản xuất nước khoáng, nước tựu nhiên, vô khuẩn và xử lý nước thải. Đặc biệt là được dùng nhiều trong phòng thí nghiệm vi sinh học để khử khuẩn phòng cấy vi sinh vật và làm đột biến các chủng giống nghiên cứu, dùng các phòng hóa sinh, các phong đóng thuốc, các phòng khám và diều trị ở các bệnh viện v.v… Tia cực tím được phát ra từ các đèn thủy ngân dưới áp suất thấp với bước sóng 253,7nm. Trong xử lý nước nói chung, đèn này được đặt trong hộp thủy tình không hấp phụ tia cực tím đã ngăn cách đèn với nước. Đèn được lắp thành ộ trong hộp đựng có vách ngăn phân phối để khi cho nước đi chảy qua hộp được trộn đều và tiếp xúc với tia UV nhiều nhất. Lớp nước đi qua ngoài đèn có độ dày 6mm. Năng lượng tiêu thụ cho việc khử khuẩn của hệ thống đèn là 13.000microwat/sec. Một trong những điều kiện để cho việc khuer khuẩn nước hiệu quả cao là nước phải trong. Nếu đục, nhiều chất huyền phù lơ lửng thì hiệu quả khử khuẩn giảm hẳn, vì các chất lơ lửng này sẽ hấp phụ hoặc ngăn cách tia cực tím. Một nhược điểm lớn của tia này là khả năng xuyên qua các vật rắn rất kém. Vì vậy, hộp đựng đèn cần phải chọn loại thủy tinh không phụ các tia này.
Các loại đèn phát tia UV hiện nay có công suất 30.000 microwat/sec, độ bền khoảng 3000 – 8000 giờ làm việc.
Với nước thải có chất lơ lửng (SS) nhở hơn 50 mg/l sau khi qua đèn tử ngoại còn colifom/100ml. Dùng tia tử ngoại xử lý nước thải chi phí cao và khi cặn vẩn và chất nhờn cùng với bọt bám vào hộp đèn làm giảm tác dụng diệt khuẩn.
Chi tiết liên hệ:
https://www.facebook.com/maydieuchejaven/