Tài liệu phương pháp khử trùng docx

PHƯƠNG 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

Phương pháp Hiệu quả (%)
Lọc thô 0 ¸ 5
Lọc tinh 10 ¸ 20
Bể lắng cát 10 ¸ 25
Bể lắng sơ hoặc thứ cấp cơ học 25 ¸ 75
Bể 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

Cl

2
hòa tan rất mạnh trong nước (7160 mg/L ở 20
oC
và 1 atm). Khi hòa
tan trong nước nó tạo thành hypochlorous acide
Cl
2
+ H
2
O > HOCl + H
+
+ Cl
-

Với hàm lượng Cl
2
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

 Ca
2+
+ 2OCl
-

Hypochlorous acide sẽ tác dụng với ammonia để tạo nên
monochloroamine, dichloramine và nitrogen trichloride
NH
4
+
+ HOCl  NH
2
Cl + H
2
O + H
+

NH2Cl + HOCl  NHCl
2
+ H
2
O
NHCl
2
+ HOCl  NCl
3
+ H
2
O
Việc 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 (Cl
2
: NH
4
+

- N). Trong
khoảng pH từ 7  8 và tỉ lệ Cl
2
: NH
4
+

- N = 5 : 1 tất cả chlorine tự do
hữu dụng sẽ chuyển thành monochloramine trong vòng 1 phút trở lại,
nếu tỉ lệ Cl
2
: NH
4
+
- 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 (H
2
S, NO

2-
, Fe
2+
,
Mn
2+
) 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):
H
2
S + Cl
2
 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 CHCl
3
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
oxy hóa chloramine quá trình này sẽ làm giảm dư lượng chlor (c - d) và

tạo nên N
2
, NO
3
và NCl
3
. 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.



Sơ đồ một bể tiếp xúc chlorine

Tổng chiều dài của kênh có thể tính bằng công thức:

trong ñoù
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.

So sánh đặc điểm của một số hóa chất sử dụng cho quá trình khử
trùng
Đặc
diểm
Đặc
điểm
mong
muốn
đạt
được

Chlorine Sodium
hypochloride
Calcium
hypochloride
Chlorine
dioxide
Bromine
chloride
Ozone UV
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
Không
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
Khả
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 Cl
2
, ClO
2
, 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
Mục đích sử dụng Liều lượng mg/L
Ngăn 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 H
2
S b: cho 1 mg/L BOD khử đi