PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI pot

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
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