PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI i doc

PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG TRONG XỬ
LÝ NƯỚC THẢI

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
ặc
ểm
mong
ốn
ạt
ợc

Chlorine

Sodium
hypochloride

Calcium
hypochloride

Chlorine
dioxide
Bromine
chloride

ộc
ở
ồng
ộ cao

Cao Cao Cao Cao Cao
ải
trong
ớc
ặc
Thấp Cao Cao Cao Thấp
ảm
ẩn
theo

Bền Hơi không ổn
định
Tương đối
bền
không
bền
sx khi
cần
Hơi

không
ổn định
ộc
ối với
vsv,
không
ộc với
ời
ộng
Rất độc
với sv
bậc cao
Độc Độc Độc Độc
Đồng
nhất
Đồng nhất Đồng nhất Đồng
nhất
Đồng
nhất
ỉ tác
ụng
ới vi
ẩn
không
ụng
ất
ữu c
ơ

Oxy hóa

chất hữu
cơ
Chất oxy hóa
mạnh
Chất oxy hóa
mạnh
Cao Oxy hóa
chất hữu
cơ
ợc
ộc
ảng
ến
thiên
ệt
ộ môi
ờng

Cao Cao Cao Cao Cao
Không
mòn

Ăn mòn
mạnh
Ăn mòn Ăn mòn Ăn mòn
mạnh
Ăn mòn
Có kh
ả
năng

mùi khi
trùng

Cao Trung bình Trung bình Cao Trung
bình

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