khử trùng bằng Clo ppt

Lý thuyết khử trùng bằng Clo

KHƯ TRÙNG NƯỚC BẰNG CLO
1. Bản chất của quá trình khử trùng bằng clo
Cl là một chất oxi hóa mạnh, ở bất cứ dạng
nào nguyên chất hay hợp chất, khi tác dụng
với nước tạo ra nhiều phân tử axit hypoclorit
HOCl có tac dung khử trùng rất mạnh. Quá
trình diệt vi khuẩn xảy ra qua 2 giai đoạn. Đầu
tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua lớp
vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với lớp
men bên trong tế bào và phá hoại quá trình
trao đổi chất dẫn dến sự diệt vong của 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 chầt khử trùng, vì quá trình khuếch tán
qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình
phân ly. Tốc độ khử trùng bi chm65 đi rất
nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ , cặn
lơ lững và các chất khử khác.
2. Các phản ứng hóa học xảy ra khi cho Clo
vào nước(Clo hóa nước)
Phản ứng đặc trưng của quá trình là sự thủy
phân của Clo tạo ra axit hypoclorit và axit
clohydric
Cl2 + H2O HOCl + HCl
Hoặc ở dạn phương trình phân ly:
Cl2 + H2O 2H+ + OCl- + Cl-
Khi sử dụng Clorua vôi làm cấht khử trùng thì
Ca(OCl)2 + H2O CaO + 2HOCl

2HOCl 2H+ + 2OCl-
Khả năng diệt trùng của Clo phụ thuộc vào sự
tồn tại của HOCl. Mà sự phân ly của HOCl lại
phụ thuộc vào nồng độ ion H+ có trong nước,
phụ thuộc vào pH của nước. Kết quả thực
nghiệm cho thấy quá trình thủy phân của Clo
xảy ra hoàn toàn khi pH>4.
Khi pH tăng, nồng độ HOCl giảm là cho hiệu
quả khử trùng giảm đi tương ứng. Sự tương
quan này thể hiện rõ ở biểu đồ hình 1(them vo
sau) biểu thị số lượng vi trùng bị diệt sau một
khoảng thời gian nhất định khi tiến hành thí
nghiệm với một liều lương Clo và các giá trị
pH khác nhau của nước. Sự đồng dạng của 2
đường cong 1 và 2 cho thấy HOCl là chất khử
trùng chính trong các thành phần của Clo
trong nước. Để tiến hành khử trùng nước
bằng Clo đạt hiệu quả cao nhất nên tiến hành
khi nước có độ pH thấp, trước khi xử lý ổn
định nước.
Xét về mặt hiệu quả theo thời gian (hinh2
them vo sau) cho thấy để diệt được 99% số
Ecoli có trong nước bằng liều lượng 0,1 mg/l
Clo tự do, thời gian cần thiết đã tăng từ 6 phút
(pH=6) lên 180 phút khi pH=11.
Khi trong nước có ammoniac, các muối amoni
hay các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm
amoni, thì Clo, axit hypoclorit, ion hypoclorit
tham gia vào phản ứng với chúng tạo thành
monocloramin va` dicloramin

HOCl +NH3 NH2Cl + H2O
HOCl + NH2Cl NHCl2 + H2O
HOCl + NHCL2 NCl3 + H2O
Để kết hợp 1mg clo tự do thành monocloramin
cần 0,2 mg ammoniac. Tỷ lệ giữa
monocloramin và dicloramin khi cho clo vào
nước chứa ammoniac biểu hiện trên hình 3.
Trị số pH càng cao thì lượng clo kết hợp thành
dicloramin càng ít và nồng độ monocloramin
trong nước càng cao, đồng thời khả năng diệt
trùng càng giảm đi. Hình 4 cho thấy, tương
ứng voi sự tăng của nồng độmonocloramin thì
tỷ lệ vi trùng bị diệt giam đi. Khả năng diệt
trùng của monocloramin thấp hơn của
dicloramin khoảng 3 đến 5 lần. So với clo thì
khả năng diệt trùng của dicloramin lại thấp
hơn tù 20 đến 25 lần. Clo đã kết hợp thành
cloramin gọi là clo kết hợp, tổng hàm lượng
của clo tự do , Cl2, HOCl OCl- và Clo kết hợp
giọ là clo hoạt tính.
Để đảm bảo cho quá trình khử trùng đạt được
hoàn toàn , sau khi khử trùng cần giữ lại một
lượng clo dư thích hợp. Với các hệ thống cấp
nước sinh hoạt, lượng clo dư cần thiết để
chống sự nhiễm bẩn trở lại của nước trong
mạng lưới đường ống phân phối hoặc nơi tiêu
thụ, thường lấy từ 0,2 – 0,3 mg/l tính theo clo
tự do. Do khả năng diệt trùng khác nhau của
clo tự do và clo kết hợp, lượng clo dư cần
thiết cũng khác nhau. Liều lượng clo dư cho

vào nước được xác định trực tiếp bằng thực
nghiệm
(hinh`)
Với biểu đồ hình () từ lượng clo dư có thể tìm
được lượng clo cần thiếtcho vào nước. Ví dụ
lượng clo dư là 0,3 mg/l thì lượng clo cần thiết
là 0,75mg/l. Trong trường hợp nước có chứa
ammoniac hoặc muối amoni, biểu đồ hấp thụ
clocó dạng hình( ) . Ban đầu clo phản ứng với
các muối amoni thành cloramin, khi tỷ số phân
tử CL2/ NH4+ <1,1 tạo ra đồng thời
monocloramin và dicloramin, tỷ số nồng độ
các cloramin phụ thuộc vào độ pH của nước .
Như vậy lượng clo dư ban đầu đều ở dạng
cloramin- đoạn đường cong trước điểm A trên
hinh 8.8. Tiếp tục choc lo vào nước sẽ làm
cho tỷ số phân tử Cl2/NH4+ tăng lên lớn hơn
1,1. Khi đó bắt đầu xảy ra quá trình oxi hóa
mono và dicloramin bằng axit hypoclorit theo
các phản ứng sau:
NH2Cl + NHCl2 + HOCL = NO2 +NH4Cl
NHCl2 + HOCl = NCl3 + H2O
NHCL 2 + H2O = NH(OH)Cl + HCl
NHCL2 + 2HOCL = NHO3 + 3HCL
Hàm lượng clo dư kết hợp có trong nước bắt
đầu giảm theo mức độ cho them clo vào
nước. Khi tỷ số phân tử Cl2/NH4 có trong
nước tăng lên đến 2( 10mg Cl trên 1mgN ở
dạng NH4+ ), thì toàn bộ cloramin đều bị oxy
hóa và hàm lượng clo dư giảm xuống dần đến

điểm 0 (điểm B trên biểu đồ hình 8.8 ). Tiếp
tục tăng lượng clo vào nước sẽ làm cho lượng
clo dư tăng dần lên( đoạn sau điểm B ở biểu
đồ hình 8 Ở đây toàn bộ lượng clo dư là clo
tự do có độ hoạt tính diệt trùng cao. Như vậy
khi khử trùng nước có chúa ammoniac và
muối amoni, muốn đạt được hiệu quả cao
nhất, cần sử dụng một luọng clo lớn để có
được lượng clo dư cần thiết là clo tự do(liều
lượng cao hơn điểm sụt B hình 8. , phương
pháp này còn gọi là clo hóa tới điểm cực trị.
Nếu liều lượng clo cần dùng quá lớn do hàm
lượng muối amoni trong nước cao, thì có thể
chọn liều lượng clo cho vào như hình 8.6 .
Nghĩa là sử dụng lượng clo vừa đủ để đảm
bảo sau 60 phút tiếp xúc còn được lượng clo
dư hoạt tính ở dạng các cloramin.
Clo hóa với liều lượng cao.
Để khử trùng nước bị nhiểm bẩn nặng, đặc
biệt khi nước có chứa vi trùng có sức đề
kháng cao đối với các chất oxi hóa, và trong
trường hợp cần khử màu, mùi vị của nước, có
thể sử dụng clo với liều lượng cao đến 10mg/l
hoặc hơn . Lượng clo lớn vùa đảm bảo khả
năng khử trùng và vừa oxi hóa các chất gây
mùi vị. Tuy nhiên 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
chuẩn từ 0,3- 0,5 mg/l, tránh ảnh hưởng đến
người tiêu dung.

Clo hóa nước kèm theo ammoniac hóa
Khi nước có chứa phenol nếu choc lo vào sẽ
tạo ra clophenol có mùi và vị rất khó chịu. Để
khắc phục, cần tiến hành ammoniac hóa
trước( đưa ammoniac vào nước trước khi cho
clo vào). Lượng ammoniac hay muối amoni
đưa vào nước lấy từ 0,5 – 1 g tính theo ion
NH4+ cho 1g Cl. Choc lo vào nước sau
ammoniac, chúng sẽ kết hợp vào tạo ra
cloramin, clo sẽ không có khả năng kết hợp
với phenol để tạo ra clophenol. Nếu pH của
nước thấp phản ứng tao cloramin xảy ra
chậm. Nên tiến hnàh ammoniac hóa khi pH>7
để tạo điều kiện cho phản ứng, ngăn ngừa
phản ứng phụ thành clophenol. Trong nhiều
trường hợp sau khi khử trùng, nước vẫn còn
phải lưu lại một thời gian dài trong bể chứa
hoặc trong đường ống dẫn(>1,5h) rồi mới đến
được nơi sử dụng, để kéo dài thời gian diệt
trùng của clo, có thể thêm ammoniac vào
nước sau khi đã choc lo vào. Phản ứng tạo
cloramin và cloramin lại tiếp tục thủy phân
thànhcác ion NH4+ và OCL- theo trình tự sau:
HOCl + NH3 = NH2Cl + H2O
NH2Cl + H2O = NH4+ + OCl-
Ion OCl- là chất oxy hóa mạnh. Quá trình phân
ly của cloramin diễn ra tương đối chậm, ví thế
tác dụng khử trùng trong thời gian đầu sẽ thấp
hơn so với clo nhưng thời gian khử trùng sẽ
khéo dài hơn. Tỷ lệ giữa liều lượng clo và

ammoniac được chọn lựa bằng thực nghiệm
tùy theo chat lượng nước nguồn : thường thì
lượng ammoniac lấy bằng 10- 25% lượng clo.
Thời gian tiếp xúc tính từ thời điểm khuấy trộn
clo và ammoniac với nước đến thời điểm sử
dụng không ít hơn 1h. So với clo tự do, thời
gian cần thiết lớn hơn gấp 2 lần.:9: