Khử trùng nước thải pdf

1
KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI
2
Chu trình nước thải
3
4
Khái niệm khử trùng

Tiêu diệt hoặc giảm mật độ vi sinh vật gây bệnh

Các loại VSV gây bệnh quan tâm trong nước
thải:

Một số vi khuẩn gây bệnh

Vi rút

Bào nang amip

Ngăn chặn nguy cơ gây một sô bệnh: tả, lỵ
thương hàn

Chú ý khử trùng khác tiệt trùng

Khử trùng: Không tiêu diệt hết VSV

Tiệt trùng: Không con nào sống
5
Cơ chế của khử trùng
1. Phá hủy thành tế bào
2. Thay đổi khả năng thẩm thấu của tế bào

(phenol)
3. Thay đổi hệ keo tự nhiên của tế bào (biến
tính tế bào) (heat)
4. Cạnh tranh (hoạt tính enzym) (chlorine và
các chất oxy hóa)
6
Phương pháp khử trùng

Hóa chất:

Chlorine và các hợp chất của nó

Bromine

Iodine

Ozone

Phenol

Alcohols

Xà phòng và chất tẩy rửa

H
2
O
2

A xít, kiềm


Hầu hết chúng là những chất oxy hóa

Chlorine thường được sử dụng trong khử trùng
7
Phương pháp khử trùng (tt)

Tác nhân vật lý:

Nhiệt (đun sôi), tia UV

Việc sử dụng hệ thống tia cực tím đã được gia
tăng đáng kể trong vài năm qua

Tác nhân cơ học:

Lọc

Siêu lọc

Lọc nano
8
Lựa chọn phương pháp khử trùng

Hiệu quả khử trùng tương ứng với đối tượng

Cần thiết phải đáp ứng yêu cầu và đạt hiệu quả mong
muốn (mật độ VSV sau khử trùng)

Lượng tồn dư của tác nhân và VSV sau quá

trình

Tiêu chí rất quan trọng trong xử lý nước uống để tránh tái
phân phối tác nhân gây bệnh và không an toàn cho đối
tượng sử dụng

An toàn

Một số tác nhân khử trùng có độc tính cao (chlorine) vì thế
phải chọn tác nhân an toàn cho nười vận hành

Các sản phẩm tạo thành trong quá trình khử
trùng
So sánh hiệu quả khử trùng
của các phương pháp
9
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 1991
10
Khử trùng bằng Chiorine

Các dạng chlorine thường dùng:

1. Khí (Cl
2(g)
) – Khá nhiều nhà máy dùng pp này-Có
độc tính cao
2. Lỏng- Sodium hypochlorite (NaOCl) – Thường
gọi thuốc tẩy (Javel)
3. Rắn- Calcium hypochlorite (Ca(OCl)
2
)

Có khả năng xảy ra các phản ứng khác
nhau tùy trạng thải nước thải
11
Chlorine trong nước

Có 3 hiện tượng khi hòa tan Chlorine vào nước:
1. Hòa tan vào nước: Cl
2(gas)
→ Cl
2 (liquid)

Phản ứng hòa tan rất nhanh (7160 mg/L ở 20
o
C ;1 atm).
1. Kết hợp với nước: Cl
2(l)
+ H
2
O → HOCl + H
+

+ Cl
-

Rất nhanh (>1000 mg/L; pH > 3 phản ứng trên diễn ra hoàn
toàn

Chlorine phản ứng với nước tạo thành acid hypochlorous, ion
hydro (acid) và chloride
1. Phân ly: HOCl → H
+
+ OCl
-

Acid Hypochlorous là 1 acid yếu nên sẽ phân ly thành ion
hydro và hypochlorite.

Thành phần Chlorine của dung dịch thay
đổi tùy thuộc pH
Chức năng pH của các dạng
Chlorine
13
Hiệu quả khử trùng của Chlorine

Acid Hypochlorous có khả năng oxy hóa mạnh
hơn hypochlorite (40 - 80 lần)

Nồng độ chlor tổng bao gồm các dạng:
C
T
=Cl

2(l)
+ HOCl + OCl
-

Hiệu quả khử trùng sẽ giảm khi nước thải có pH
cao (kiềm)

Với hypochlorite nên kéo dài thời gian tiếp xúc
hoặc nâng cao liều để đạt hiệu quả
Phản ứng của acid hypochlorous với
Ammonia

HClO sẽ tác dụng với ammonia để tạo nên
monochloroamine, dichloramine và nitrogen
trichloride

NH
4
+
+ HOCl →NH
2
Cl + H
2
O + H
+

NH
2
Cl + 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
14
Phản ứng của acid hypochlorous với
Ammonia

pH 7-8 tỉ lệ Cl
2
: NH
4
+

-N = 5 : 1 tất cả chlorine tự
do hữu dụng sẽ chuyển thành monochloramine

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.
15
16
Nồng độ Chlorine cần thiết

Nước thải có thể chứa các chất khử (H
2
S, NO
2-
,
Fe
2+
, Mn
2+
) amonia và các amine hữu cơ

Đầu tiên chlorine sẽ phản ứng hết với các chất khử

Kế tiếp chlorine phản ứng với amonia và amin hữu cơ
tạo chloramin


Lượng chlorine dư sẽ oxy hóa chloramin tạo nên N
2
,
NO
3
và NCl
3

Tiếp tục cho chlor vào nước thải thì sẽ tạo nên dư
lượng chlor tự do hữu dụng

Nồng độ Chlorine cần thiết khi trong nước hiện diện
chlor tự do hữu dụng

Cách xác định điểm dừng rất khó

Đơn giản khi chlorine đạt nồng độ 0,5 mg sau 15 phút
tiếp xúc giữa tác nhân và nước thải

Chọn liều lượng trên để khử trùng và đây là liều lượng
cần thiết

Thời gian tiếp xúc giữa chlorine và nước thải từ 15- 45 phút

Bể tiếp xúc chlorine thường được thiết kế theo kiểu zic zắc

Tỉ lệ dài : rộng từ 10 : 1 đến 40 : 1.

Vận tốc dòng 2-4,5 m/phút để tránh lắng bùn trong bể
17

Nồng độ Chlorine cần thiết (tt)
18
Nồng độ Chlorine cần thiết
Dose
19
Các yếu tố ảnh hưởng đến
khả năng khử khuẩn

Mục đích khử

Nhiệt độ dung dịch

pH dung dịch

Sự hiện diện của các hợp chất hữu trong dung
dịch

Hàm lượng và chủng loại VSV trong dung dịch

Hàm lượng chlorine mong muốn có trong dung dịch

Thời gia tiếp
20
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 màng bùn VSV 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
21
Ưu và nhược điểm khử trùng bằng
Chlorine

Ưu điểm:

Đáng tin cậy

Rẻ tiền

Đơn giản

Ổn định và dễ dàng khống chế nồng độ dư lượng

Nhược điểm:

Độc hại và ăn mòn

Có thể ảnh hưởng đến hương vị và mùi của nước


Hình thành hợp chất có thể gây ung thư nếu
nước thải có chứa các tiền chất (tạo thành CHCl
3
)
22
Khử trùng bằng tia UV

Là phương pháp vật lý làm bất hoạt VSV

Cơ chế khử trùng của tia UV:

Tia bức xạ có bước sóng khoảng 260nm sẽ xâm
nhập vào thành và màng tế bào VSV

Can thiệp vào quá trình tái tổ hợp DNA

Tác động đến RNA gây ảnh hưởng đến tổng hợp
protein và enzyme
23
Liều khử trùng của tia UV

Khử trùng bằng tia UV cần quan tâm đến các
yếu tố sau:

Độ xuyên sâu của tia

Năng lượng của loại tia

Thời gian tiếp xúc


Công thức tính liều tia trong khử trùng nước thải

D= I * t

Với D: Liều tia UV )mW*s/cm
2
)



I: Cường độ bức xạ (mW/cm
2
)

t: Thời gia tiếp xúc (giây)
Liều tia UV cần thiết khử trùng
24
Sinh vật Liều cần thiết (µWs/cm
2
)
Vi khuẩn Giảm 90% Giảm 99%
Bacillus anthracis - Anthrax 4,520 8,700
Bacillus anthracis spores - Anthrax spores 24,320 46,200
Clostridium tetani 13,000 22,000
Corynebacterium diphtheriae 3,370 6,510
Escherichia coli 3,000 6,600
Leptospiracanicola - infectious Jaundice 3,150 6,000
Mycobacterium tuberculosis 6,200 10,000
Neisseria catarrhalis 4,400 8,500

Proteus vulgaris 3,000 6,600
Pseudomonas aeruginosa 5,500 10,500
Salmonella enteritidis 4,000 7,600
Salmonela paratyphi - Enteric fever 3,200 6,100
Salmonella typhosa - Typhoid fever 2,150 4,100
Salmonella typhimurium 8,000 15,200
Shigella dyseteriae - Dysentery 2,200 4,200
Shigella flexneri - Dysentery 1,700 3,400
Shigella paradysenteriae 1,680 3,400
Vibrio comma - Cholera 3,375 6,500
25
Mốc 90% 99%
Aspergillius flavus 60,000 99,000
Aspergillius glaucus 44,000 88,000
Aspergillius niger 132,000 330,000
Mucor racemosus A 17,000 35,200
Mucor racemosus B 17,000 35,200
Oospora lactis 5,000 11,000
Penicillium expansum 13,000 22,000
Penicillium roqueforti 13,000 26,400
Penicillium digitatum 44,000 88,000
Rhisopus nigricans 111,000 220,000
Protozoa 90% 99%
Chlorella Vulgaris 13,000 22,000
Nematode Eggs 45,000 92,000
Paramecium 11,000 20,000
Virus 90%
99%
Bacteriopfage - E. Coli 2,600 6,600
Infectious Hepatitis 5,800 8,000

Influenza 3,400 6,600
Poliovirus - Poliomyelitis 3,150 6,600
Tobacco mosaic 240,000 440,000
Sinh vật Liều cần thiết (µWs/cm
2
)