tiểu luận khử trùng nước thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

NGÀNH: QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

MÔN XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHUYÊN ĐỀ 14:

KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI

Cán bộ giảng dạy: PGS. TS Lâm Minh Triết
Học viên thực hiện:
1. Nguyễn Kiêm Thảo. MSHV: 1280100075
2. Nguyễn Thanh Tùng. MSHV: 1280100089

TP Hồ Chí Minh 11/2013


MỤC LỤC

..….…….
1.
2.
3.
4.

VÌ SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI
CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG
BẢN CHẤT KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA CLO.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI GIỚI THIỆU
Khử trùng nước là công đoạn xử lý cho phép tiêu diệt hoặc loại bỏ các vi sinh vật
có khả năng truyền bệnh cho con người và động vật.
Nước cấp cho nhu cầu sinh hoạt: Ngoài các tạp chất hữu cơ và vô cơ, nước thiên
nhiên còn chứa rất nhiều vi sinh vật, vi khuẩn và vi trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương
hàn. Để ngăn ngừa các bệnh trên, nước cấp cho sinh hoạt phải được khử trùng.
Nước cấp cho hệ thống công nghiệp: Cần phải khử trùng để khử sạch các vi sinh
vật để ngăn ngừa sự kết bám của chúng lên thành ống dẫn nước trong các thiết bị làm
lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt, đồng thời làm tăng tổn thất thủy lực của hệ thống.
Các quá trình xử lý cơ học không thể loại trừ được toàn bộ vi sinh vật và vi trùng có
trong nước.
Đối với nước thải: Sau các giai đoạn xử lý bậc một, bậc hai… song song với việc
giảm nồng độ các chất ô nhiễm như cặn lơ lửng, BOD… đáp ứng yêu cầu quy định thì số
lượng vi khử gây bệnh đặc trưng bằng chỉ tiêu coliform cũng giảm đáng kể (đạt 90-95%).
Tuy nhiên một lượng nhỏ vi khuẩn gây bệnh còn lại, khi vào nguồn nước mặt, gặp điều
kiện thuận lợi sẽ phát triển nhanh chóng.


1. VÌ SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI:

Nước thải là nước được thải ra sau khi được sử dụng (cho nhu cầu sinh hoạt của con
người hoặc nhu cầu sản xuất công nghiệp).
Khử trùng nước thải là quá trình loại bỏ trong nước thải những bi sinh có khả năng gây
bệnh, là hàng rào cần thiết và cuối cùng chống lại sự phơi nhiễm của người với những vi
sinh gây bệnh, bao gồm: virus, vi khuẩn và protozoa.
Tại sao phải khử trùng:
Để loại trừ hoặc tiêu diệt tất cả các hình thái sự sống bao gồm các tác nhân gây truyền
nhiễm như nấm, vi khuẩn, virus, các dạng bào tử,... hiện diện trên bề mặt, hay tồn tại

trong canh trường, dung dịch thuốc, hay các hợp chất dùng trong nuối cấy sinh học.

2. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI:

Tất cả các phương pháp và các chất khử trùng không phải là tương đương nhau
nên phải chọn phương pháp thích ứng nhất có tính đến điều kiện đặc biệt nào đó (các đặc
tính và việc sử dụng nước, loại vi sinh vật cần loại bỏ, chất lượng nước cấp v.v…). Một
chất khử trùng và phương pháp khử trùng cần phải thỏa mãn:
a)

Không độc đối với người và súc vật;

b)

Độc đối với vi sinh vật ở nồng độ thấp;


c)

Phải hòa tan trong nước;

d)

Tạo với nước thành một dung dich đồng nhất;

e)

Có hiệu quả ở nhiệt độ nước bình thường (từ 0 đến 25C)

f)

Ổn định để dễ dàng duy trì một nồng độ dư nào đó trong thời gian dài;

g)

Không tác dụng với chất hữu cơ khác và chất hữu cơ của các vi sinh vật;

h)

Không phá hủy kim loại cũng như không làm hỏng quần áo khi giặt;

i)

Khử các mùi;

j)

Có số lượng lớn và được bán với giá tiếp cận được;

k)

Dễ dàng vận hành và không có nguy hiểm đối với người vận hành;

l)

Cho phép đo dễ dàng nồng độ và do đó kiểm tra chính xác nồng độ của chúng.

1. Các phương pháp lý học
1.1. Phương pháp nhiệt:
Khi đun sôi nước ở 100 độC đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt còn một số ít khi nhiệt độ

tăng lên cao liền chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc. Chúng không bị tiêu
diệt dù có đun sôi liên tục trong vòng 15 đến 20 phút. Để tiêu diệt được nhóm vi khuẩn
bào tử này, cần đun sôi nước đến 120 độC hoặc đun theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện
bình thường 15 đến 20 phút, để cho nước nguội đi đến dưới 35 độC và giữ trong vòng hai
giờ cho các bào tử phát triển trở lại, sau đó lại đun sôi nước một lần nữa. Phương pháp
nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn năng lượng nên thường chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ.


1.2. Khử trùng bằng tia cực tím
Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400nm (nanometer). Độ
dài sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường. Dùng tia
cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước. Tia cực
tim tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng
254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất.


1.3. Phương pháp siêu âm
Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên
5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước. 1.4. Phương pháp lọc Đại bộ
phận vi sinh vật có trong nước (trừ siêu vi trùng) có kích thước 1 – 2 µm. Nếu đem lọc
nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng nhỏ hơn 1 µm có thể loại trừ được đa số vi
khuẩn. Lớp lọc thường dùng là các tấm sành, tấm sứ có khe rỗng cực nhỏ. Với phương
pháp này, nước đem lọc phải có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2mg/l. Khử trùng bằng các
phương pháp vật lý, có ưu điểm cơ bản là không làm thay đổi tính chất lý hóa của nước,
không gây nên tác dụng phụ. Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy
mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép.


2. Các phương pháp hóa học
Cơ sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế

bào vi sinh và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng là: Clo, brom, iod, clo dioxit,
axit hypoclorit và muối của nó, ozone, kali permanganate, hydro peroxit. Do hiệu suất
cao nên ngày nay khử trùng bằng hóa chất đang được áp dụng rộng rãi ở mọi qui mô.
2.1. Khử trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó
Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng
với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá
trình diệt vi sinh vật xảy ra qua 2 giai đoạn. Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên
qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình
trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào. Tốc độ của quá trình khử trùng được xác
định bằng động học của quá trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào và động học
của quá trình phân hủy men 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
chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly.


Tốc độ khử trùng bị châm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lững và
các chất khử khác. Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và
axit clohydric Cl2 + H2O -> HOCl + HCl Hoặc ở dạng phương trình phân ly: Cl2 + H2O
-> 2H+ + OCl- + Cl- Khi sử dụng clorua vôi làm chất khử trùng, phản ứng sẽ là:
Ca(OCl)2 + H2O -> CaO + 2HOCl 2HOCl -> 2H+ + 2OCl2.2. Khử trùng nước bằng iod
Iod là chất oxy hóa mạnh và thường được dùng để khử trùng nước ở các bể bơi. Là chất
khó hào tan nên iod được dùng ở dạng dung dịch bảo hòa. Độ hòa tan của iod phụ thuộc
vào nhiệt độ nước. Ở 0độC độ hòa tan là 100mg/l. Ở 200C độ hòa tan là 300mg/l. Khi độ
pH của nước nhỏ hơn 7, liều lượng iod sử dụng lấy từ 0.3 đến 1 mg/l. Nếu sử dụng cao
hơn 1.2mg/l sẽ làm cho nước có mùi vị iod.
2.3. Khử trùng bằng ozone
Ozone có công thức hóa học là O3. Ozone được sản xuất bằng cách cho oxy hoặc không
khí đi qua thiết bị phóng tia lửa điện. Để cấp đủ lượng ozone khử trùng cho nhà máy xử
lý nước, dùng máy phát tia lửa điện gồm hai điện cục kim loại đặt cách nhau một khoảng
cho không khí chạy qua. Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ

quang, đồng thời với việc thổi luồng không khí sạch đi qua khe hở giữa các điện cực để
chuyển một phần oxy thành ozone.
3. BẢN CHẤT KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA CLO

Clorine lần đầu tiên được sử dụng trong nước uống trong thế kỷ 19 để kiểm soát sự lây
lan của dịch bệnh truyền qua nước như thương hàn, tả, lỵ, viêm ruột dạ dày, đã giết chết
nhiều người hơn tất cả các cuộc chiến tranh trong lịch sử. Chiến đấu này vẫn còn quan
trọng ngày hôm nay; estinmates Tổ chức Y tế Thế giới có hơn 3.000.000 người chết mỗi
năm như là một kết quả trực tiếp của nước uống không an toàn.
Clo hoạt động như một đại lý thuốc khử trùng mạnh mẽ khi được sử dụng hoặc tự mình
hoặc là sodium hypochlorite. Khi thêm vào nước nhỏ lẻ, quichly diệt vi khuẩn và các vi


khuẩn khác. Nó có lợi thế lớn của việc đảm bảo nước sạch đến vòi nước, trong khi các
hành động của sisinfectants khác như ozone, ánh sáng tia cực tím, và siêu lọc, chỉ là tạm
thời. Ngoài nước lọc, clo sẽ giúp loại bỏ sở thích và mùi, kiểm soát sự tăng trưởng của
chất nhờn và các loại tảo trong các đường ống chính và các bể chứa, và giúp loại bỏ các
hợp chất nitơ nước không mong muốn.

a) Các phản ứng hóa học xảy ra khi cho clo vào nước (clo hóa nước)
Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric
Cl2 + H2O = HOCl + HCl
Hoặc ở dạng phương trình phân ly:
Cl2 + H2O = 2H+ + OCl- + ClKhi sử dụng Clorua vôi làm chất khử trùng thì
Ca(OCl)2 + H2O = CaO + 2HOCl
2HOCl = 2H+ + 2OClTất cả các chất HOCL, OCL- và O là các chất oxy hóa mạnh. Chúng oxy hóa
nguyên sinh chất và khử hoạt tính của men, làm tế bào bị tiêu diệt. Tổng lượng Cl 2
và OCL- trong nước được gọi là lượng clo hoạt tính
Hiệu quả khử trùng bằng clo phụ thuộc vào liều lượng clo hoạt tính, pH
nước thải, thời gian tiếp xúc, hàm lượng và đặc điểm chất bẩn hữu cơ,…Liều

lượng clo hoạt tính có thể xác định theo công thức của Collins:
Nt
= (1 + 0,23C,t)3
No
Nt và No số vi khuẩn coliform ban đầu và sao thời gian tiếp xúc t phút:
Ct lượng clo yêu cầu, mg/l
t thời gian tiếp xúc, phút


Theo quy định của TCXDVN 51:2006, liều lượng clo hoạt tính α để khử
trùng phụ thuộc mức độ xử lý nước thải và được chọn như sau:
Nước thải sau xử lý cơ học: α = 10g/m3
Nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn: α = 5g/m3
Nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn: α = 3g/m3
Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng ứng với từng lưu lượng đặc trưng
được tính theo các công thức sau đây:
Ứng với lưu lượng lớn nhất giờ

Ứng với lưu lượng lớn nhất giờ

Ứng với lưu lượng lớn nhất giờ

Trong đó:
Q: lưu lượng của nước thải m3/h
y: Lượng clo cần thiết kg/h
a: liều lương clo hoạt tính g/m3

Hóa chất để khử trùng thường là clo lỏng, các muối hypocloric hoặc clorua
vôi. Trong trường hợp dùng clorua vôi, lượng clorua vôi dùng trong giờ được xác
định như sau:

Trong đó: X lượng clorua vôi, kg/h
p: tỉ lệ clo hoạt tính trong clo rua vôi, %
Khử trùng được tiến hành theo các bước:
Xáo trộn hóa chất khử trùng với nước thải trong các bể, thời gian 1-2 phút
Thực hiện phản ứng tiếp xúc khử trùng hóa chất khử trùng với nước thải
trong các bể tiếp xúc và máng dẫn nước thải ra nguồn với thời gian từ 15 đến 30
phút, phụ thuộc vào các điều kiện xáo trộn và phản ứng.
Tuy nhiên việc khử trùng bằng clo sẽ khó khăn nếu trong nước thải công
nghiệp có nhiều hợp chất hữu cơ bền vững. Khi đó clo sẽ kết hợp với chất này để
tạo thành các hợp chất hữu cơ clo ví dụ như trihalomethane… dễ gây nguy hại cho
nguồn nước, đặc biệt là nguồn phục vụ cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
b) Khử trùng bằng clo nước
Để định lượng clo, xáo trộn clo hơi với nước công tác, điều chế và vận
chuyển đến nơi sử dụng người ta thường dùng cloratơ. Người ta thường dùng các
loại cloratơ hoạt động liên tục đều, cloratơ hoạt động liên tục tỷ lệ với lưu lượng và
cloratơ.
Để khử trùng nước bị nhiễm bẩn nặng, đặc biệt khi trong nước có chứa vi
trùng có sức đề kháng cao đối với các chất oxy hóa, và trong trường hợp càn khử
màu, mùi, vị của nước, có thể sử dụng clo với liều lượng cao đến 10mg/l hoặc hơn.
Lượng clo lớn vừa đảm bảo khả năng khử trùng hoàn toàn, vừa oxy hóa các chất
gây mùa vị. Tuy nhiên sau khi khử trùng 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 tiêu chuẩn
từ 0,3 đến 0,5mg/l, tránh ảnh hưởng đến người tiêu dùng


Clo hóa nước kèm với amoniac hóa. Khi nước có chứa phenol nếu cho clo
vào sẽ tạo ra clophenol có mùi và vị rất khó chịu. Để khắc phục điểm này, cần tiến
hành amoniac hóa trước (đưa amoniac vào nước trước khi cho clo). Lượng

amoniac hay muối amoni đưa vào nước lấy từ 0,5 đến 1,0g tính theo ion NH 4+ cho
1g clo. Cho clo vào nước sau amoniac, chúng sẽ kết hợp thành cloramin, clo sẽ
không có khả năng kết hợp với phenol để tạo ra clophenol. Nếu pH của nước thấp,
phản ứng tạo ra cloamin sẽ xảy ra chậm. Nên tiến hành amoniac hóa khi pH lớn
hơn 7 để tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng, ngăn ngừa phản ứng phụ thành
clophenol. Trong nhiều trường hợp sau khi khử trùng, nước còn phải lưu lại một
thời gian dài trong bể chứa hoặc trong đường ống dẫn (trên 1,5h) rồi mới đến được
nơi sử dụng, để kéo dài thời gian tác dụng diệt trùng của clo, có thể cho thêm
amoniac vào nước sau khi đã cho clo vào. Phản ứng tạo ra cloamin và cloamin lại
tiếp tục thủy phân thành các ion NH+ và OCL- theo trình tự như sau:
HOCL + NH3
NH2CL + H2O

NH2CL + H2O
NH+ + OCL-

Ion OCL- là chất oxy hóa mạnh. Quá trình phân ly của cloamin diễn ra tương
đối chậm, vì thế tác dụng khử trùng trong thời gian đầu thấp hơn so với clo, song
điều đó được bù lại bằng thời gian có tác dụng khử trùng dài. Nếu sử dụng clo với
amoniac một cách hợp lý sẽ giảm được lượng clo cần dùng và đạt được cả hiệu quả
trong việc khử mùi vị. Tỉ lệ giữa liều lượng clo và amoniac được lựa chọn bằng
thực nghiệm tùy theo chất lượng nước nguồn: thường lượng amoniac lấy bằng 10
đến 25% lượng clo. Thời gian tiếp xúc tính từ thời điểm khuấy trộn clo và amoniac
với nước tới thời điểm sử dụng không ít hơn 1h. So với clo tự do, thời gian tiếp xúc
cần thiết lớn hơn hai lần.
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO


1.

Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, TS. Trịnh Xuân Lai, Nhà xuất
bản Xây dựng Hà Nội năm 2004.

2.

Khử trùng nước />
3.

Đề tài nghiên cứu Clo và các hợp chất clo, Trường Đại học Nông Lâm
TP.CHM, tháng 2/2012.