Bài tiểu luận khử trùng nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

TIỂU LUẬN
MÔN HỌC: XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

Đề tài : KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI
GVGD: PHẠM TRUNG KIÊN
SVTH

: Nhóm 12
1. Huỳnh Mạnh Phúc (01698.174.047)
2. Nguyễn Minh Nhật
3. Nguyễn Thị Diễm
4. Nguyễn Minh Giáp
5. Trần Trịnh Thị My
6. Lương Xuân Định
TP. Hồ Chí Minh, Tháng 03 năm 2015

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................ 1
1.1. Khái niệm .................................................................................................................. 1
1.2. Tầm quan trọng của quá trình khử trùng trong xử lý nước thải ................................ 1
1.3. Lịch sử hình thành và phát triển ................................................................................ 2
CHƯƠNG 2. VỊ TRÍ VÀ CHỨC NĂNG ............................................................................ 3
2.1. Vị trí ........................................................................................................................... 3
2.2. Chức năng .................................................................................................................. 3
CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG .......................................................... 3
3.1. Phương pháp vật lý .................................................................................................... 3

3.1.1. Phương pháp sử dụng tia cực tím ...................................................................... 3
3.1.1.1. Sơ lược về tia cực tím .................................................................................. 3
3.1.1.2. Cơ chế tiêu diệt vi sinh vật .......................................................................... 5
3.1.1.4. Yếu tố ảnh hưởng tới khả năng khử trùng nước bằng tia UV ..................... 7
3.1.1.5. Ưu nhược điểm của tia cực tím ................................................................... 9
3.1.2. Phương pháp nhiệt ............................................................................................ 10
3.2. Phương pháp hóa học .............................................................................................. 11
3.2.1. Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo. ................................................. 11
3.2.1.1. Giới thiệu ................................................................................................... 11
3.2.1.2. Cơ chế khử trùng ....................................................................................... 12
3.2.1.3. Khử trùng bằng Clo lỏng ........................................................................... 13
3.2.1.4. Khử trùng bằng Clorua vôi ....................................................................... 16
3.2.1.5. Khử trùng bằng nước Javen. ..................................................................... 17
3.2.1.6. Một số hợp chất khác của Clo dùng để khử trùng .................................... 18
3.2.2. Khử trùng bằng Ozone. .................................................................................... 21
3.2.2.1. Đặc tính ..................................................................................................... 21
3.2.2.2. Cơ chế khử trùng ....................................................................................... 21
3.2.2.3. Cách tạo ra ozone ...................................................................................... 22
2


3.2.2. Các phương pháp khử trùng hoá học khác ....................................................... 25

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm
Khử trùng là quá trình ứng dụng một hoặc nhiều phương pháp bao gồm: hóa học,
lý học… nhằm mục đích tiêu diệt, loại bỏ các loài vi khuẩn, vi trùng gây bệnh có trong

nước trước khi sử dụng (nước cấp) hoặc thải ra nguồn tiếp nhận (nước thải).

1.2. Tầm quan trọng của quá trình khử trùng trong xử lý nước thải
Như đã biết, xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên
cho hiệu suất xử lý và khử trùng cao nhất, đạt tới 99,9%, còn xử lý nước thải bằng
phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo chỉ đạt được từ 91 – 98%. Hầu hết các
loại vi khuẩn trong nước thải không phải là vi trùng gây bệnh, nhưng không thể loại trừ
khả năng tồn tại của một vài loại vi khuẩn gây bệnh nào đó.
Bảng 1: Khả năng loại bỏ hoặc tiêu diệt vi khuẩn bằng các quá trình khác nhau
STT

Quá trình

Loại bỏ (%)

1

Lưới chắn thô

0–5

2

Lưới chắn mịn

10 – 20

3

Bể lắng cát

10 – 25

4

Lắng thô

25 – 75

5

Kết tủa hóa học

40 – 80

6

Lọc nhỏ giọt

90 – 95

7

Bùn hoạt tính

90 – 98

8

Khử trùng bằng clo

98 – 99.999

Nguồn : Metcalf & Eddy, 2003
Vi khuẩn tuy nhỏ bé nhưng chúng hấp thu nhiều và chuyển hóa rất nhanh cơ chất,
chẳng hạn như vi khuẩn lactic trong 1 giờ có thể chuyển hóa một lường đường lactozo
nặng gấp 1000 – 10000 lần khối lượng cơ thể của chúng. Vi khuẩn là một loài có khả
năng thích ứng mạnh và sinh trưởng rất nhanh và phát triển mạnh, như vi khuẩn
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

1


Escherichia coli trong điều kiện thích hợp cứ khoảng 12 – 20 phút lại phân cắt một lần. Vì
vậy, nếu xả nước thải có chứa một lượng nhỏ vi khuẩn gây bệnh ra nguồn cấp nước, ao hồ
nuôi cá, hồ bơi… thì khả năng lan truyền bệnh cũng sẽ rất lớn, do đó phải có biện pháp
khử trùng nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.
Khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn, vi trùng
gây bệnh nguy hiểm. Vì vậy khử trùng là một khâu rất quan trọng trong hệ thống xử lý
nước thải.

1.3. Lịch sử hình thành và phát triển
Từ xa xưa, con người đã biết cách khử trùng nguồn nước trước khi sử dụng. Đó
chính là dùng lửa để đun sôi nước, đây là phương pháp khử trùng đơn giản dễ làm nhất.
Phương pháp này là dùng nguyên lý thay đổi nhiết độ để tiêu diệt vi khuẩn. Với phương
pháp này thì chỉ có thể tiêu diệt được một số loài vi khuẩn nhất định, và không có khả
năng ứng dụng với nguồn nước lớn. Nên sau đó, con người đã tìm ra hợp chất khử trùng
nhanh, hiểu quả cao, thích hợp với nguồn nước lớn, đó chính là clo.
Clo được phát hiện năm 1774 bởi Carl Wilhelm Scheele, là người đã sai lầm khi
cho rằng nó chứa oxy. Đến năm 1810, clo được đặt tên bời Humphry Davy, là người đã

khẳng định nó là một nguyên tố hóa học. Năm 1835, clo được sử dụng để loại bỏ mùi hôi
từ nước. Năm 1890, clo được xem như một chất hóa học khử trùng hiệu quả, là một chất
lý tưởng để tiêu diệt các vi khuẩn gay bệnh ở trong nước. Với phát hiện này, clo được ứng
dụng cho quá trình khử trùng nước trong Vương quốc Anh và sau đó mở rộng đến Hoa
Kỳ vào năm 1908, ứng dụng tại Canada vào năm 1917. Cho đến ngày nay, clo vẫn là một
chất qua trọng ứng dụng trong khử trùng nước. Clo là một chất khử trùng lý tưởng, nhưng
nó cũng mang lại nhiều nguy hiểm cho con người. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học
thuộc Đại học Boston( Mỹ) cho biết, phụ nữ uống nước chứa nhiều Clo dễ bị sẩy thai và
nếu sinh con thì tỷ lệ dị tật ở trẻ sơ sinh là rất lớn. Nghiên cứu phát hiện Trihalomethane
(THM - các hóa chất nguy hiểm tạo ra phản ứng giữa Clo và các chất tự nhiên trong
nước) có thể được thai phụ hấp thụ qua da, ngấm vào bào thai qua nước uống, nước tắm
gội thậm chỉ cả khi thai phụ đứng gần luồng hơi nước đang sôi cũng làm tăng nguy cơ
nhiễm độc. Vì tính gây độc của clo nên ở các nước tiên tiến trên thế giới, clo không còn
được xem là một chất khử trùng lý tưởng nước, họ dần thay thế clo bằng các công nghệ
khử trùng khác như: ozone, tia cực tím, …
Ngoài clo thì khử trùng bằng tia cực tím cũng xuất hiện khá sớm. Năm 1877,
Downes và Blunt đã phát hiện ra các tính chất sát trùng của ánh sáng mặt trời. Năm 1901,
sự phát triển của đèn thủy ngân là nguồn ánh sáng tia cực tím nhân tạo. Năm 1906, sử
dụng thạch anh làm vật liệu truyền tia cực tím. Tiếp theo là ứng dụng khử trùng nước
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

2


uống đầu tiên ở Marseilles, Pháp, vào năm 1910. Năm 1929, Gates xác định mối liên hệ
giữa khử trùng tia cực tím và sự hấp thụ ánh sáng tia cực tím bởi axit nucleic (Gates
1929). Sự phát triển của bóng đèn huỳnh quang trong những năm 1930 đã dẫn đến việc
sản xuất các loại đèn ống sát trùng. Nghiên cứu đáng kể về cơ chế khử trùng tia cực tím
và bất hoạt của các vi sinh vật xảy ra trong những năm 1950 (Dulbecco 1950, Kelner
1950, Brandt và Giese năm 1956, Powell 1959). Mặc dù các nghiên cứu quan trọng về

khử trùng tia cực tím diễn ra trong nửa đầu của thế kỷ 20, việc chi phí thấp của clo và các
vấn đề hoạt động với thiết bị khử trùng tia cực tím ban đầu hạn chế sự phát triển của nó
như một công nghệ xử lý nước uống. Các ứng dụng tin cậy đầu tiên của ánh sáng tia cực
tím để khử trùng nước uống diễn ra ở các thành phố thụy sĩ và áo vào năm 1955 (Kruithof
và Van der Leer 1990). Đến năm 1985, số lượng các lắp đặt như ở các nước này đã tăng
lên xấp xỉ 500 và 600. Sau khi các sản phẩm phụ khử trùng clo (DBPS) được phát hiện,
khử trùng tia cực tím đã trở thành phổ biến ở Na Uy và Hà Lan với việc lắp đặt đầu tiên
xảy ra vào năm 1975 và 1980.
Tính đến năm 2000, hơn 400 phương tiện khử trùng tia cực tím trên toàn thế giới
đã được dung để xử lý nước uống; các cơ sở tia cực tím thường xử lý các dòng dưới 1
triệu gallon mỗi ngày (USEPA 2000). Từ năm 2000, một số lắp đặt tia cực tím lớn trên
khắp Hoa Kỳ đã được xây dựng hoặc hiện đang được thiết kế. Lớn nhất trong số các cơ sở
này bao gồm một cơ sở 180-MGD hoạt động ở Seattle, Washington, và một cơ sở 2.200MGD theo thiết kế cho thành phố New York của cơ quan bảo vệ môi trường (Schulz
2004).

CHƯƠNG 2. VỊ TRÍ VÀ CHỨC NĂNG
2.1. Vị trí
2.2. Chức năng

CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG
3.1. Phương pháp vật lý
3.1.1. Phương pháp sử dụng tia cực tím

3.1.1.1. Sơ lược về tia cực tím
Tia cực tím (hay tia tử ngoại, tia UV- Ultraviolet) là bức xạ điện từ với bước sóng
ngắn hơn so với ánh sáng nhìn thấy. Tia UV có thể được phân thành nhiều loại khác nhau:
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

3

+ UVA (380-315 nm), hay gọi là sóng dài,
+ UVB (280-315 nm), hay gọi là bước sóng trung bình: có tác dụng đố i với người như là
bỏng nắng hoặc ánh sáng mặt trời có cường độ mạnh,
+ UVC (100-280 nm),hay gọi là bước sóng ngắn được xem là “chất khử trùng UV”.
Ở một bước sóng nào đó tia UV có thể là tác nhân làm tăng đột biến ở vi khuẩn,
virus và các vi sinh vật khác. Vi sinh vật ít được bảo vệ khỏi tia UV và không thể sống
lâu
hơn khi
kéo
dài thời
gian tiế p
xúc
với
tia
UV.

Mặt trời tỏa ra tia cực tím UVA, UVB và UVC, nhưng bởi vì sự hấp thụ của tầng
ozone, 99% tia cực tím đến được mặt đất là thuộc dạng UVA. Bản thân tầng ozone được
tạo ra nhờ phản ứng hóa học có sự tham gia của tia UVC.

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

4


Hình 1.

3.1.1.2. Cơ chế tiêu diệt vi sinh vật
Các phân tử bị chiếu tia cực tím sẽ hấp thu năng lượng, phá vỡ liên kết trong phân

tử và hình thành liên kết mới. Vì lý do này, ánh sáng UVC được gọi là phototoxic (ánh
sáng độc hại). Các phân tử quan trọng nhất của các tế bào sống như deoxyribonucleic acid
(DNA) và ribonucleic acid (RNA), rất nhạy cảm với phototoxicity. Tác dụng phổ biến
nhất của UV-C là sự hình thành của một vòng xyclobutyl giữa hai loại axit nucleic
thymine liền kề nằm trên cùng một sợi DNA / RNA, như thể hiện trong hình ... gọi là
thymine dimer, làm biến dạng cơ cấu xoắn ốc của phân tử DNA / RNA ngăn chặn sự kết
hợp của phức hợp enzyme phiên mã và sao chép. Kết quả thường dẫn đến ức chế sự sao
chép và việc nhân rộng của các phân tử di truyền trong tế bào bị ảnh hưởng, gây chết tế

bào đơn lẻ đó.trong tế bào bị ảnh hưởng, dẫn đến cái chết của tế bào đơn lẻ đó.
Hình 2. Cơ chế phá hủy DNA
3.1.1.3. Cách bố trí chiếu tia UV trong hệ thống xử lý nước thải

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

5


a. Hệ thống kín

Hình 3: Hệ thống chiếu tia UV kín
Chú thích:

7. Cổng kiểm soát,
8. Tia cực tím,
9. Đèn diệt khuẩn trong ống thạch anh,
10. Đầu ra,
11. Buồng bằng thép không gỉ,
12. Thanh gạt nước.

1. Đường đi,
2. Nút điều khiển cần gạt nước,
3. Nắp tắt dễ dàng,
4. Đầu di động,
5. Kẹp đầu,
6. Cơ chế gạt nước cấp,

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

6


b. Hệ thống hở

Bố trí đèn UV trong hệ thống hở, nghĩa là các đèn UV sẽ đặt trong đường dẫn của các
kênh, mương dẫn nước đầu ra. Có thể bố trí đèn vuông góc, hoặc song song với chiều
dòng chảy.
Hình 4. …..

3.1.1.4. Yếu tố ảnh hưởng tới khả năng
khử trùng nước bằng tia UV

Thành phần
Nhiệt độ
Thời gian tiếp
xúc

Ảnh hưởng
Ánh sáng tốt nhất vào khoảng 104 -1100F, tức 40°C – 43,3°C.

Yếu tố này phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy của nước, tốc độ chậm
làm tăng thời gian tiếp xúc.

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

7


Công suất của
đèn
BOD, COD,
TOC
Các vật liệu axit
humic
Dầu, mỡ
TSS

Biểu thị cho lượng ánh sáng được tạo ra từ đèn

Không hoặc ít ảnh hưởng trừ phi các vật liệu axit humic chiếm lượng
lớn giá trị BOD.
Hấp thụ mạnh bức xạ UV

Có thể bám vào ống bọc thạch anh của đèn UV và hấp thụ bức xạ UV
Hấp thụ bức xạ UV, có thể che chắn cho vi sinh vật

Độ kiềm

Có thể tác động đến khả năng khử trùng, ngoài ra ảnh hưởng đến độ
tan của kim loại dẫn đến hấp thụ bức xạ UV.

Độ cứng

Can xi, ma nhê và các muối khác có thể tạo thành lớp khoáng lắng
đọng trên ống thạch anh đặc biệt là khi tăng nhiệt độ.

Ammonia

Không hoặc ít ảnh hưởng

Nitrit

Không hoặc ít ảnh hưởng

Nitrat

Không hoặc ít ảnh hưởng

Sắt
Mangan
pH

Hấp thụ mạnh bức xạ UV, có thể kết tủa trên ống thạch anh, có thể
hấp phụ chất rắn lơ lửng và che bức xạ cho vi khuẩn.
Hấp thụ mạnh bức xạ UV
Có thể ảnh hưởng đến độ tan của kim loại và cacbonat

TDS

Có thể tác động khả năng khử trùng và tạo thành lớp lắng đọng vô cơ.

Chất thải công
nghiệp

Phụ thuộc vào thành phần (ví dụ như chất màu) có thể dẫn đến sự thay
đổi vể độ truyền qua vào ban ngày và theo mùa.

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

8


3.1.1.5. Ưu nhược điểm của tia cực tím
 Ưu điểm:
-

Tia cực tím ở 1 tần số nhất định có thể diệt được 99,99% vi khuẩn,

-

Đây là phương pháp tự động, không gây ra mùi hôi cũng như ảnh hưởng đến
hương vị của nước,

-

Năng lượng sử dụng ít,

-

Thanh lọc bằng tia cực tím không sử dụng bất kỳ loại hóa chất nào như chlorine

hay để lại bất kỳ độc hại gì cho quá trình lọc nước,

-

Phương pháp xử lí nhanh, đơn giản, hiệu quả.

 Nhược điểm:
-

Ánh sáng tia cực tím chỉ có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật như vi khuẩn, virus,
nấm mốc, tảo, nấm men, cryptosporidium, giardia,.. mà không có khả năng loại bỏ
Clo, các kim loại nặng, hợp chất hữu cơ bị hoà tan,

-

Không loại bỏ được tạp chất có trong nước,

-

Cần kết hợp với phương pháp lọc trước khi xử lí bằng tia cực tím để nâng cao hiệu
quả,

-

Bức xa ̣ UV-C có thể phá vỡ các liên kế t hóa ho ̣c. Điề u này làm cho chấ t liê ̣u dẻo
nhanh bi ̣lão hóa (loa ̣i vâ ̣t liê ̣u dùng để cách điê ̣n, miềng hoặc vòng đệm cách điện)
và mô ̣t số chấ t liê ̣u khác,

-

Ở bước sóng nào đó (bao gồ m cả UVC) tia UV có thể gây ha ̣i cho người và các
sinh vâ ̣t khác. Trong hầ u hế t các thiế t bi ̣ khử trùng bằ ng tia UV, đèn UV sẽ đươ ̣c
che chắ n làm ha ̣n chế sự tiế p xúc với tia UV như bồ n chứa nước kin
́ hoă ̣c hê ̣ thố ng
lưu thông khép kín, thường với các khóa tự đô ̣ng, có thể tự đô ̣ng tắ t đèn khi hê ̣
thố ng bi ̣hở xảy ra do con người.

-

Đố i với con người, làn da tiế p xúc trực tiế p với bước sóng khử trùng của tia UV có
thể gây ra bỏng nhẹ và (trong mô ̣t vài trường hơ ̣p) có thể bi ̣ung thư da. Sự tiế p xúc
của mắ t với bức xa ̣ tia UV có thể gây bỏng và tổ n thương giác ma ̣c nghiêm tro ̣ng
và làm giảm thi ̣ lực ta ̣m thời hoă ̣c viñ h viễn và kể cả bi ̣ mù trong mô ̣t vài trường
hơ ̣p.

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

9


-

Đèn UV khi tiếp xúc với không khí có thể tạo ra khí ozone. Ozone trong tầng đối
lưu có nhiều tác hại, ảnh hưởng không tốt tới sức khoẻ con người

3.1.2. Phương pháp nhiệt
Đun sôi là công nghệ chính được sử dụng để kiểm soát sự lây lan các bệnh qua
đường nước. Đây là công nghệ truyền thống được sử dụng trước khi có sự ra đời của các
công nghệ xử lý nước hiện đại.

Hình 5.
Ở phương pháp này, nước sẽ được đun sôi đến 100oC, nhiệt độ cao có khả năng
tiêu diệt các loại vi khuẩn và ngăn cản sự gây bệnh của chúng. Đối với những vi sinh vật
có khả năng chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc, để tiêu diệt được nhóm vi
khuẩn sinh bào tử này, cần đun sôi nước đến 1200C hoặc đun sôi theo trình tự sau: đun sôi
ở điều kiện thường 15-20 phút để cho nước nguội dưới 350C và giữ trong vòng 2 giờ tạo
điều kiện cho các bào tử phát triển trở lại sau đó lại đun sôi nước thêm một lần nữa (shock
nhiệt).
Bảng 2: Điều kiện ước chừng để diệt khuẩn bằng sức nóng ẩm
Vi sinh vật

Tế bào dinh dưỡng

Bào tử

Nấm men

5 min., 50-60°C

5 min., 70-80°C

Nấm sợi

30 min., 62°C

30 min., 80°C

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

10

Vi khuẩn

10 min., 60-70°C

Virus

30 min., 60°C

2-trên 800 min., 100°C
0,5-12 min., 121°C

(Theo sách của Prescott, Harley và Klein)
 Ưu điểm:
-

Là phương pháp khử trùng đơn giản, hiệu quả phù hợp trong những trường hợp
cấp bách,

-

Có hiệu quả trong việc tiêu diệt một số loại vi khuẩn gây bệnh, loại bỏ các mầm
bệnh có trong nước như vi khuẩn Cryptosporidia, giardia, E.coli và vi khuẩn
gây bệnh thương hàn,

-

Không gây tác dụng phụ.

 Nhược điểm:
-

Không có khả năng loại bỏ các hạt vật chất,

-

Đun sôi không loại bỏ được các kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và
các dược phẩm độc hại,

-

Tốn năng lượng nên chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ,

-

Mất nhiều thời gian đun sôi nước.

3.2. Phương pháp hóa học
Cơ sở của phương pháp khử trùng bằng hóa chất là sử dụng chất oxy hóa mạnh
hơn để oxy hóa men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng
là: các halogen clo, brom; clo dioxyt; các hypoclorit và các muối của nó; ozôn…. Phương
pháp khử trùng hóa học có hiệu suất cao nên được sử dụng rộng rãi với nhiều quy mô.
3.2.1. Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo.

3.2.1.1. Giới thiệu
Clo được biết đến như một phương pháp khử trùng và bắt đầu được sử dụng rộng
rãi tại Vương quốc Anh. Phương pháp khử trùng bằng Clo là phương pháp đơn giản, rẻ
tiền và hiệu quả cao. Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

11


hợp chất, khi clo tác dụng với nước đều cho các phân tử axit hypocloro (HOCl), một hợp
chất có khả năng khử trùng rất mạnh.
Trong xử lý nước thải, người ta thường dùng các loại Clo sau đây để khử trùng:
 Clo lỏng Cl2;
 Natri hypoclorit dạng lỏng NaOCl (nước Javen);
 Canxi hypoclorit CaOCl2 (Clorua vôi)

3.2.1.2. Cơ chế khử trùng
Nguyên tắc chung khi cho Clo và các hợp chất của Clo vào nước axit hypoclorit
(HOCl) được hình thành bởi các phản ứng đặc trưng:
+ Trường hợp dùng Clo lỏng:
Cl2 + H2O ↔ HOCl + HCl
+ Trong trường hợp dùng CaCl2O (Clorua vôi) phản ứng diễn ra như sau:
2CaCl2O + 2H2O ↔ Ca(OH)2 + 2HOCl + CaCl2
+ Trường hợp sử dụng Natri hypochlorite:
NaOCl + H2O ↔ HOCl + NaOH
Axit hypoclorit HOCl là một axit rất yếu, không bền và dễ phân huỷ ngay thành
HCl và Oxi nguyên tử.
HOCl ↔ HCl + O
Hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl- :
HOCl ↔ H+ + OClTất cả các chất HOCl, OCl- và Oxi nguyên tử là các chất ôxy hoá mạnh. Chúng
ôxy hoá nguyên sinh chất và khử hoạt tính của men, làm tế bào bị tiêu diệt. Quá trình hủy
diệt vi sinh vật xảy ra qua hai giai đoạn: đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ
tế bào của vi sinh vật, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình
trao đổi chất dẫn đến diệt vong tế bào. Tổng lượng Cl2 và OCl- trong nước gọi là lượng
clo hoạt tính.

Khử trùng được tiến hành theo các bước:
-

Xáo trộn hoá chất khử trùng với nước thải trong các bể trộn, thời gian 1÷2 phút;

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

12


-

Thực hiện phản ứng tiếp xúc hoá 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 có nhiều hợp
chất hữu cơ bền vững. Khi đó, Clo sẽ kết hợp với các chất này để tạo thành các hợp chất
hữu cơ Clo như là trihalomethanes (THM) bao gồm: cloroform, diclomethane, 1,2dicloethane và carbon tetraclorua...dể gây nguy hại cho nguồn nước, đặc biệt là nguồn
phục vụ cho mục đích cấp nước sinh hoạt và bị nghi ngờ có khả năng sinh ung thư.

3.2.1.3. Khử trùng bằng Clo lỏng
a. Đặc tính
Clo lỏng là một loại Clo nguyên chất có màu vàng xanh,trọng lượng riêng là 1,47
kg/l. Clo lỏng sản xuất trong nhà máy đựng trong các bình có dung tích từ 50 – 500 lít, áp
suất trung bình từ 6-8 at.
Khi dùng Clo hóa lỏng để khử trùng nước thải, tại nhà máy phải lắp đặt thiết bị
chuyên dùng để đưa Clo vào nước gọi là Clorator, Clorator có chức năng định lượng clo,
xáo trộn Clo hơi với nước công tác, điều chế và vận chuyển đến nơi sử dụng.
Đặc tính kỹ thuật của Clorator chân không:

Hình : Cấu tạo Clorator chân không.
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

13


Nguyên lý hoạt động:
Dòng nước áp lực từ bơm đi đến, đi qua ejector tạo ra chân không trong Clorator.
Nhờ độ chênh áp lực trước và sau van chân không làm cho màng nằm trên rãnh chân
không di chuyển , nén lò xo để mở van an toàn ở cửa vào. Khí Clo từ bình chứa đi qua hệ
van an toàn và giảm áp lực, lọc qua bộ lọc giữ lại Clo nước còn lại khí Clo, đi vào rãnh
chân không, định lượng qua rotamet, đi tiếp vào ống dẩn chân không rồi được hút vào
Ejector, theo đường ống dẫn áp lực dẫn vào bể tiếp xúc. Khi Ejector không làm việc,
trong Clorator không còn chân không, độ chênh áp lực bằng không, màng dãn ra, lò xo
không bị nén, van an toàn ở cửa vào đóng lại. Toàn hệ thống ngừng làm việc.
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng nước bằng clo
Tốc độ phản ứng 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 quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của nước
tăng, ngoài ra tốc độ khử trùng còn phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng,
vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn cả quá trình phân ly. Tốc độ quá
trình khử trùng còn phụ thuộc vào cả hàm lượng các chất hữu cơ, các cặn lơ lửng và các
chất khử khác. Khi trong nước có hàm lượng cao của các chất này thì tốc độ quá trình khử
trùng sẽ giảm đáng kể.
 Hàm lượng và thời gian tiếp xúc:
Công thức tính thời gian tiếp xúc:
Nt
 (1  0.23  Ct  t ) 3
No

+ Nt: Số Coliform ở thời gian t, MPN/100ml.
+ N0: Số Coliform ở thời gian ban đầu t0, MPN/100ml.
+ Ct: Hàm lượng clo dư ở thời gian t.
+ t: Thời gian tiếp xúc, phút
 Ảnh hưởng của pH
Khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có trong nước. Nồng
độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ trong nước hay phụ thuộc vào pH của nước.
Khi :
+ pH = 6 thì HOCl chiếm 99,5%, OCL- chiếm 0,5%
+ pH = 7 thì HOCl chiếm 79%, OCl- chiếm 21%
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

14


+ pH = 8 thì HOCl chiếm 25%, OCl- chiếm 75%
HOCl không phân ly là thành phần khử trùng chính trong nước, thành phần này chỉ
có giá trị cao ở pH thấp,điều đó cũng nói lên rằng quá trình dùng clo để khử trùng trong
nước chỉ có được hiệu quả cao khi tiến hành ở pH thấp.
 Ảnh hưởng của nồng độ
Khi một chất khử trùng đặc biệt được cho vào nước, nó không chỉ phản ứng với vi
sinh vật gây bệnh, mà còn với các tạp chất khác, chẳng hạn như các kim loại hòa tan, các
hạt vật chất hữu cơ và vi sinh vật khác. Nồng độ chất khử trùng được thêm vào nước được
tính bởi tổng nhu cầu khử trùng cần thiết để tiêu diệt vi sinh vật và nồng độ chất khử
trùng còn lại sau quá trình khử trùng. Do đó, để khử trùng nước một cách hoàn toàn, yêu
cầu cần cung cấp một nồng độ chất khử trùng cao hơn nồng độ cần thiết để tiêu diệt vi
sinh vật gây bệnh.
Khi tăng nồng độ chất khử trùng, thời gian tiếp xúc cần thiết sẽ giảm xuống và mối
quan hệ này được biểu thị qua quan hệ :

Cn.t = K
+ C: Nồng độ chất khử trùng;
+ t: Thời gian cần thiết để khử trùng đến một giới hạn nhất định;
+ n: Số mũ;
+ K: Hằng số quá trình.
Theo quy định của TCVN 7957: 2008, liều lượng clo hoạt tính để khử trùng phụ
thuộc vào mức độ xử lý và được chọn như sau:
 Nước thải sau xử lý cơ học là 10 g/m3;
 Nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn là 5 g/m3;
 Nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn là 3 g/m3.
c. Ưu điểm và nhược điểm.
 Ưu điểm:
Khử trùng bằng clo có những ưu điểm vượt trội nên vẫn được các nước ứng dụng
rộng rãi:
+ Xử lí với quy mô lớn,
+ Xử lí được các loại vi khuẩn gây bệnh,
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

15


+ Giá thành rẻ,
+ Bảo quản, vận chuyển và điều hành dễ dàng,
+ Xử lí được các sinh vật lớn,
+ Đòi hỏi ít điện năng,
+ Sử dụng được cho nhiều mục đích (diệt khuẩn, sắt, mangan, H2S..).
 Nhược điểm:
+ Độc hại trong quá trình vận hành,
+ Dễ gây nguy hại cho nguồn tiếp nhận,
+ Không diệt được các virus gây bệnh, trứng Giardia,

+ Thời gian tiếp xúc lâu (30 phút),
+ Độ đục của nước có thể làm giảm khả năng xử lý.

3.2.1.4. Khử trùng bằng Clorua vôi
a. Đặc tính
Là quá trình bảo hòa dung dịch sữa vôi với Clo.
Ca(OH)2 + Cl2  CaOCl2 + H2O
Theo lí thuyết thì 1kg CaOCl2 sạch chứa 49,6% Cl2, trong sản phẩm thương mại,
hàm lượng clo hoạt tính chỉ có từ 30-45%. CaOCl2 là chất rắn màu trắng, không hút ẩm,
có thể bảo quản trong kho tối, khô ráo mà không bị giảm độ hoạt tính và dễ tan trong
nước.
Thiết bị dùng để khử trùng nước thải bằng clorua vôi thường có một hoặc hai
thùng hoà trộn, hai thùng dung dịch và máy bơm định lượng.

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

16


Hình : Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của hệ thống khử trùng bằng Clorua vôi.
1: Bột Clorua vôi cấp từ kho; 2: Thùng hoà trộn; 3: Thùng dung dịch; 4: Thiết bị định
lượng; 5: Máng trộn nước thải với dung dịch Clo
a: nước cấp; b: đường dẫn dung dịch Clorua vôi; c: nước thải; d: bùn cặn Clorua vôi
Thùng hoà trộn làm nhiệm vụ trộn Clorua vôi với nước kỹ thuật để đạt dung dịch
Clorua vôi dạng sữa nồng độ 10÷15%. Bùn cặn từ thùng này được xả ra ngoài và vận
chuyển đi làm khô. Sữa clorua vôi được pha loãng trong thùng dung dịch đến nồng độ
dưới 2,5% sau đó được máy bơm định lượng cấp về máng trộn.
Khử trùng bằng Clorua vôi thường dùng cho các trạm xử lý nước thải công suất
dưới 1000 m3/ngày
b. Ưu điểm và nhược điểm.

 Ưu điểm: Là chất khử trùng hiệu quả, giá thành rẻ.
 Nhược điểm
+ Bột Clorua vôi hút ẩm, khó bảo quản,
+ Hoà trộn thủ công.

3.2.1.5. Khử trùng bằng nước Javen.
a. Đặc tính
Nước javel là dung dịch có nồng độ clo từ 5-15%, nhưng đắt hơn nhiều so với khí
clo. Nước Javel là dung dịch hơi vàng có mùi đặc trưng, là chất tẩy trắng trong gia đình
với nồng độ là 5% (PH=11), natri hypoclorit không ổn định, khi tiếp xúc với axit, ánh
sáng mặt trời, một số kim loại, các khí độc hại và ăn mòn bao gồm cả khí clo, natri
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

17


hypoclorit sẽ bị tan chảy. Nó là một chất oxi hóa mạnh phản ứng với các hợp chất dễ
cháy.
Sản xuất: Trong công nghiệp Natri hypochlorite có thể được sản xuất trong hai cách:
- Bằng cách hòa tan muối trong nước. Dung dịch điện phân
và tạo thành một dung dịch natri hypochlorite trong nước.
Dung dịch này có chứa 150g clo hoạt động (Cl2) cho mỗi lít.
Trong phản ứng này khí H2 cũng được hình thành. (hình …)
- Bằng cách thêm khí clo (Cl2) vào xút (NaOH)
Cl2 + 2NaOH  NaOCl + NaCl + H2O

Hình…
b. Ưu điểm và nhược điểm.
 Ưu điểm:
+ Dễ dàng được lưu trữ và vận chuyển,

+ Sử dụng đơn giản,
+ Có hiệu quả khử trùng như khí clo.
 Nhược điểm:
+ Giá thành cao,
+ Chất lượng giảm sút nhanh khi bảo quản và vận chuyển, có thể trở thành nước
thường.

3.2.1.6. Một số hợp chất khác của Clo dùng để khử trùng
a. Chloramine
Chloramines là dẫn xuất của amoniac được hình thành trong quá trình phản ứng
giữa Clo (Cl2) và amoniac (NH3) bằng cách thay thế một, hai hoặc ba hydro nguyên tử bởi
clo nguyên tử.: monochloramine (chloroamine, NH2Cl), dichloramine (NHCl2 ), và nitơ
triclorua (NCl3 ). Họ chloramine cũng được đề cập bao gồm các hợp chất hữu cơ với công
thức R2NCL và RNCl2 (R là một nhóm hữu cơ).
Phổ biến ở Việt Nam sử dụng 2 dạng là Cloramin B (C6H5SO2NClNa.3H2O) và Cloramin
T (C7H7SO2NClNa.3H2O).
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

18


 Điều chế
- Trong dung dịch nước pha loãng, chloroamine được điều chế bằng phản ứng của
amoniac với hypochlorite. Trong phản ứng này ba chloramines vô cơ khác nhau được
hình thành:
+ Tạo thành monochloramine: NH3 + HOCl  NH2Cl + H2O,
+ Tạo thành dichloramine: NH2Cl + HOCl  NHCl2 + H2O,
+ Tạo thành trichloramine: NH2Cl2 + HOCl  NCl3 + H2O.
Tỉ lệ của 3 dạng chloramine phụ thuộc vào pH của nước. Monochloramine chiếm ưu
thế ở pH> 8,5. Monochloramine và dichloramine cùng tồn tại ở pH khoảng từ 4,5 đến

8,5, tuy nhiên pH > 6 monochloramine là nhiều hơn và trichloramine tạo thành ở pH< 4,5.
Trong nhà máy xử lý nước, việc tạo thành monochloramine là điều mong muốn bởi vì
dichloramine và trichloramine tạo thành vị khó chịu đối với nước.
- Chloroamine khí có thể thu được từ phản ứng của amoniac với khí clo (pha loãng với
nitơ khí):
2NH3 (k) + Cl2 (k) ⟺ NH2Cl (k) + NH4Cl (r)
- Chloroamine tinh khiết có thể được chuẩn bị bằng cách đi qua fluoroamine qua calcium
chloride :
2NH2F + CaCl2 ⟶ 2 NH2Cl + CAF2
 Cơ chế khử trùng
Trong nước, các liên kết cộng hóa trị N-Cl của chloroamines dễ dàng bị thủy phân
và phóng axit hypochlorous:
RR'NCl + H2O ⟺ RR'NH + HOCl
 Ưu điểm
+ Không tạo ra sản phẩm phụ như trihalomethanes; THM và các sản phẩm phụ
khác có thể gây ung thư (acid acetic halogenic; HAA) giống Clo,
+ Chloramines hoạt động trong một thời gian dài trong nước.
 Nhược điểm
+ Tốc độ phản ứng của chloramines chậm,
+ Chloramines hữu cơ được hình thành,
+ Tạo thành Amoniac có thể gây ăn mòn.
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

19


b. Clo dioxit
 Đặc tính
ClO2 là ôxít của Chlorine, dạng khí có màu vàng cam, có tính ôxy hóa khử rất
mạnh nên có tính sát khuẩn rất cao so với các loại hóa chất khác như: B.K.C, Iodine và

Thuốc tím… dễ hòa tan trong nước và kém bền dưới ánh sáng. ClO2 tiêu diệt hoàn toàn
các vi sinh vật trong nước như: Virus, vi khuẩn, protozoa, nguyên sinh động vật… Clo
dioxit thường dùng để khử trùng nước có chứa phenol hoặc có hàm lượng chất hữu cơ cao
do không phản ứng tạo ra clophenol.
Ngoài mục đích khử trùng: ClO2 còn được sử dụng để trung hòa hàm lượng kim
loại nặng trong môi trường nước và đáy ao như Sắt, Mangan,… và ôxy hóa các hợp chất
H2S và Phenol.
Clo dioxit được sản xuất trực tiếp tại chỗ bằng cách sục khí clo vào dung dịch natri
clorit hay canxi clorit đã được axit hóa :
2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl
Ca(ClO2)2 + Cl2 → 2ClO2 + CaCl2
 Cơ chế khử trùng.
ClO2 ôxy hóa và thẩm thấu qua màng tế bào, phản ứng trực tiếp với các mono acid
(Cystein, trytophan, tyrosin...) và RNA trong tế bào (kể cả thể bào xác và vi bào tử) làm
ngừng trệ quá trình trao đổi chất, dẫn đến ức chế và phá vỡ hoạt động sống của Virus, vi
khuẩn,nấm,nguyên sinh động vật...
 Ưu, nhược điểm:
-

Ưu điểm
+ Có thể tiêu diệt các loại vi khuẩn, virus mà những hệ thống sử dụng clo khác
không diệt được,
+ Dễ hòa tan trong nước.

-

Nhược điểm
+ Giá thành cao và đòi hỏi kĩ thuật cao,
+ Gây nguy hại khi phản ứng với cacbon hoạt tính tạo hợp chất gây ăn mòn thiết bị,
+ Dễ bị phân hủy dưới ánh sáng.

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

20


3.2.2. Khử trùng bằng Ozone.

3.2.2.1. Đặc tính
Ozone là một dạng thù hình của oxy, là chất khí có màu ánh tím, hóa lỏng ở nhiệt
độ 1120C. Ozone là chất oxy hóa mạnh nhất trong số các chất khử trùng được sử dụng
hiện nay, ozone đã được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1893 cho việc xử lý nước uống.
Ozone có dạng của oxy triatomic O3, tiết ra mùi gần giống với vùng đất bị sét đánh hoặc
điện gây ra.

3.2.2.2. Cơ chế khử trùng
Trong nước Ozone bị phân ly theo các phản ứng sau đây:
O3 + H2O  HO3+ + OHHO3+ + OH-  2HO2
O3 + HO2  HO + 2O2
HO+ HO2  H2O + O2
Như vậy trong quá trình này các gốc tự do như hydro peroxy HO2 và hydroxyl HO
được hình thành, chúng có khả năng ôxy hoá mạnh và tham gia tích cực vào quá trình khử
trùng. Nó tiêu diệt vi khuẩn vì quá trình oxy hóa nguyên sinh dẫn đến sự tan rã thành tế
bào (tế bào ly giải). Ozone làm ảnh hưởng tính thấm hoạt động của ezyme và AND của tế
bào vi khuẩn trong đó những đuôi guanine hay thymine dường như nhạy cảm nhất đối với
ozone.
Xử lý ozone cũng dẫn đến việc biến đổi AND plasmide vòng kín thành AND vòng
mở. Đối với poliovirus, ozone gây bất hoạt virus bằng cách phá hủy lõi acid nhân. Vỏ
protein cũng bị ảnh hưởng, những tổn thương đối với vỏ protein là nhỏ và có thể không bị
ảnh hưởng đến việc hấp thụ poliovirus vào tế bào chủ (VP4, một polypeptide capside chịu

trách nhiệm cho việc bám dính vào tế bào chủ và không bị ảnh hưởng bởi ozone). Đối với
rotavirus, ozone thay đổi cả capside và lõi ARN. Tác động làm phân hủy các thành phần
của axit nucleic. Phá vỡ liên kết cacbon – nito hàng đầu để deplymerization (khử trùng
hợp).
Clo không có hiệu quả trong việc chống lại virut. Không giống với clo, ozone có
thể loại bỏ được virut và vi khuẩn cùng một lúc, đặc biệt hơn là nó có thể loại bỏ được vi
khuẩn độc hại cryptosporidium, là một động vật nguyên sinh được tìm thấy trong nước,
điều này đã khẳng định tính năng của ozone mạnh hơn Clo.

Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

21


Mặt khác nó còn phân hủy được những hợp chất độc hại trong nguồn nước như
hóa chất bảo vệ thực vật tồn lưu phân tử Ozone là chất có khả năng oxy hóa cực mạnh
nên khi phân tử Ozone tương tác với phân tử thuốc trừ sâu hoặc chất độc khác nó bẻ gãy
liên kết hóa học và phá vỡ cấu trúc phân tử của chất đó (phân hủy chất độc phenol,
tricloroethlene -TCE …).

3.2.2.3. Cách tạo ra ozone
Ozone là chất không bền vững và không thể lưu giữ lâu trong bình chứa nên phải
dùng máy sản xuất ozone ngay tại nơi sử dụng. Có ba cách để tạo ra ozone:
a. Điện phân:
Đây là cách dễ dàng để tạo ra ozone với thiết bị đơn giản nhưng ít được sử dụng để
sản xuất ozone cho mục đích xử lý nước uống. Dùng phương pháp này đắt gấp 2-5 lần so
với dùng tia lửa điện.
b. Quang hóa (bức xạ tia cực tím):
Ánh sáng mặt trời tạo ra ozone trong khí quyển ở tầng bình lưu, việc tạo ra ozone
dựa trên nguyên tắc quang hóa. Cả hai đèn màu đen và bóng đèn tia cực tím tạo bước

sóng cần thiết để sản xuất ozone từ các nguồn oxy( oxy từ không khí khô hoặc nguồn oxy
sạch). Sử dụng tia cực tím tiện dụng, linh hoạt và có thể là duy nhất trong một số ứng
dụng khi mà sản xuất ozone ở cự li ngắn trong nước. Tuy nhiên sử dụng đèn UV để tạo ra
ozone không hiệu quả vì tốn kém chi phí.

Hình: Cơ chế tạo ozone từ tia lửa điện.
c. Tia lửa điện:
Quá trình này là an toàn nhất, hiệu quả nhất, kinh tế và là phương tiện kiểm soát
được việc sản xuất ozone.
Tiểu luận: Các phương pháp khử trùng nước

22