Khử trùng nước thải

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN NHÂN PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC
THẢI............................................................................................................................. 1
1.1. KHÁI NIỆM KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI.......................................................................................................................1
1.2. VÌ SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI.....................................................................................................................2

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI........................3
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP VẬT LY.́ .................................................................................................................................3
2.1.1. Phương pháp nhiệt................................................................................................................................3
2.1.2. Khử trùng bằng tia cực tím (Ultraviolet Light)......................................................................................4
2.1.3. Phương pháp siêu âm Ultrasonic Vibbration (U.V)...............................................................................6
2.1.4. Phương pháp lọc...................................................................................................................................6
2.2. PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC.....................................................................................................................................6
2.2.1. Khử trùng nước bằng clo và các hợp chất của nó.................................................................................7
2.2.2. Khử trùng nước bằng iod......................................................................................................................7
2.2.3. Khử trùng nước bằng ion của các kim loại nặng...................................................................................7
2.2.4. Khử trùng bằng ozon.............................................................................................................................8

CHƯƠNG 3: BẢN CHẤT KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ....................................10
CÁC HỢP CHẤT CHỨA CLO.................................................................................10
3.1. BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ HỢP CHẤT CHỨA CLO..............................................................10
3.2. CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC XẢY RA KHI CHO CLO VÀO NƯỚC (CLO HÓA NƯỚC) ...........................................................12
3.2.1. Khử clo dư trong nước: ......................................................................................................................14
3.2.2. Nồng độ chlorine cần thiết: ................................................................................................................14
3.2.3. Những chất khử trùng thông thường:................................................................................................17

KẾT LUẬN................................................................................................................18
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................20

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN NHÂN PHẢI KHỬ TRÙNG
NƯỚC THẢI

1.1. Khái niệm 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).
1


- Khử trùng nước thải là quá trình loại bỏ trong nước thải những vi 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.
1.2. Vì sao phải khử trùng nước thải
Tất cả các hoạt động trong sinh hoạt và sản xuất của con người đều tạo ra chất
thải. Các chất thải tồn tại ở dạng chất rắn, chất lỏng và thể khí. Ngoài các tạp chất vô
cơ, hữu cơ…trong nước thải còn có nhiều loại vi sinh vật như vi khuẩn, vi trùng, virut
gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn…. Nếu xả thải vào nguồn nước cấp mà chưa qua khử
trùng thì khả năng lan truyền bệnh là rất lớn. Tiêu chuẩn của một nguồn nước tốt là
phải loại trừ được các nguồn gây bệnh đó.
Do đó, khử trùng nước là một quá trình không thể thiếu được trong công nghệ
xử lý nước. Người ta nhận thấy rằng chỉ với các quá trình xử lý cơ học thì không thể
loại trừ được các loài vi sinh vật và vi trùng có trong nước. Do vậy, để có nguồn nước
đảm bảo an toàn vệ sinh trước khi thải vào các nguồn, bắt buộc phải tiến hành các biện
pháp khử trùng (khử trùng chỉ nhằm tiêu diệt những vi khuẩn, virut loại có hại, gây
bệnh, không phải tiêu diệt tất cả vi khuẩn có trong nước).
Dựa vào sự phân tích ta có thể đưa ra 2 nguyên nhân cần phải khử trùng nước
thải và nước cấp sau đây:
- Theo yêu cầu của quy chuẩn Việt Nam về chỉ tiêu an toàn nước cấp và nước thải phải
kể đến chỉ tiêu vi sinh.
• Nước cấp:
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt QCVN
02:2009/BYT quy định : đối với các cơ sở cung cấp nước: Ecoli không được tồn tại;
đối với các hình thức khai thác nước của cá nhân, hộ gia đình (các hình thức cấp nước

bằng đường ống chỉ qua xử lý đơn giản như giếng khoan, giếng đào, bể mưa, máng
lần, đường ống tự chảy): Ecoli < 20MPN/100ml.

• Nước thải:
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT
và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT
quy định Tổng Coliforms < 3000 MPN/100ml (loại A) và Tổng Coliforms < 5000
MPN/100ml (loại B).
- Trong quá trình xử lý nước cấp và nước thải phải qua nhiều công đoạn khác nhau do
đó khả năng gây nhiễm vi sinh là rất cao.
2


Khử trùng là một khâu quan trọng cuối cùng trong hệ thống xử lý nước sinh
hoạt. Sau quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi sinh
vật đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành
khử trùng nước. Khử trùng nước thải là nhằm mục đích tiêu diệt các loại vi khuẩn gây
bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước
thải.
Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn chứa khoảng 105 – 106
vi khuẩn /ml. Hầu hết các loại vi khuẩn có trong nước thải không phải là vi trùng gây
bệnh nhưng không loại trừ khả năng có vi khuẩn gây bệnh. Khi xả ra nguồn nước cấp,
hồ bơi,.. thì sẽ lan truyền bệnh rất lớn. Vì vậy cần phải khử trùng nước thải trước khi
xả ra ngoài. Như đã biết, xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện
tự nhiên cho hiệu xuất xử lý và khử trùng cao nhất, đạt tới 99%, còn các công trình xử
lý sinh học trong điều kiện nhân tạo chỉ đạt 91 – 98%.
I. Nước thải trước khi xử lý
II. Sau bể lắng 1
III. Sau bể Aeroten

Hình 1.1. Biểu đồ biểu thị sự giảm số lượng vi khuẩn sau khi nước thải đã xử lý qua
một số công đoạn.

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI
2.1. Các phương pháp vật lý
2.1.1. Phương pháp nhiệt
Khi đun sôi nước ở 100OC đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt. Còn một số ít vi
sinh vật khi nhiệt độ tăng lên cao liền chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững
3


chắc. Chúng không hề 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 OC hoặc đun theo
trình tự sau: đun sôi ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút, để cho nước nguội đi đến
dưới 35OC 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.
Ví dụ như trồng cây trong giá thể gây lãng phí về nước và phân bón vì cần
lượng nước nhiều hơn độ bốc thoát hơi 30 – 50% (theo yêu cầu của cây trồng), do đó
phương pháp nhiệt có thể dùng để khử trùng trong hệ thống tái chế nước tưới cây
trồng: nước thải có thể được đun nóng với nhiệt độ cao thông qua một bộ trao đổi
nhiệt và nóng đến 90OC trong 30 giây hoặc 85OC trong 3 phút để tiêu diệt các mầm
bệnh. Nhiệt độ 60OC trong thời gian 2 phút là chỉ có hiệu lực chống lại vi khuẩn, nấm
và tuyến trùng. Trước khi sử dụng nước khử trùng bằng nhiệt để tưới, nó phải được
làm mát lại thông qua bộ trao đổi nhiệt. Phương pháp này mang lại hiệu quả cao và
không gây nguy hiểm cho cây trồng, tuy nhiên nó đòi hỏi một sự đầu tư đáng kể về
năng lượng.
2.1.2. Khử trùng bằng tia cực tím (Ultraviolet Light)
Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm

(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.
Nguyên lý diệt khuẩn của tia cực tím: tia cực tím tác dụng làm thay đổi ADN
của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254 nm có khả năng diệt khuẩn
cao nhất.

Hình 2.1. Đoạn ADN của vi khuẩn trước và sau khi bị chiếu tia cực tím.
Tia cực tím ở một tần số nhất định có thể diệt 99,99% vi khuẩn nhưng không
loại bỏ bất kỳ tạp chất gì có trong nước. Phương pháp này sử dụng điện và thường
được ứng dụng ở công đoạn cuối cùng của hệ thống lọc nước. Khác với đun sôi,
phương pháp này tiết kiệm điện và nhanh hơn nhiều. Đây là phương pháp xử lý an
toàn nếu kết hợp thêm với loại lọc than hoạt tính.

4


Trong các nhà máy xử lý nước, dùng đèn thủy ngân áp lực thấp để phát tia cực
tím, loại đèn này phát ra tia cực tím có bước sóng 253,7 nm, bóng đèn đặt trong hộp
thủy tinh không hấp thụ tia cực tím, ngăn cách đèn và nước. Đèn được lắp thành bộ
trong hộp đựng có vách ngăn phân phối để khi nước chảy qua hộp, được trộn đều để
cho số lượng vi khuẩn đi qua đèn trong thời gian tiếp xúc ở hộp là cao nhất. Lớp nước
đi qua đèn có độ dày khoảng 6 nm, năng lượng tiêu thụ từ 6000 đến 13000
microwatt/s. Các loại đèn thủy ngân áp lực thấp sản xuất tia cực tím hiện nay có thể
phát ra công suất 30000 microwatt/s, độ bền 3000 giờ đến 8000 giờ.

Hình 2.2. Hệ thống đèn cực tím.

Hình 2.3. Đèn phát tia cực tím.
Nhược điểm của thiết bị tia cực tím:

- Chi phí vận hành cao.
- Độ vẩn đục của nước và chất nhờn bám vào đèn có thể ngăn cản tia cực tím tác dụng
vào vi khuẩn, do đó hiệu quả khử trùng thấp.
- Không tiêu diệt được bào tử vi sinh vật.
5


- Các chất hữu cơ có trong nước thải có khả năng hấp thụ tia cực tím, làm giảm tác
dụng hữu hiệu của tia cực tím.
2.1.3. Phương pháp siêu âm Ultrasonic Vibbration (U.V)
Ultrasonic Vibbration là một dạng sóng siêu âm có tần số cao hơn giới hạn nghe
được của con người. Khi chúng truyền trong chất lỏng, tia sóng là các nguyên nhân tạo
nên các bong bóng cực nhỏ làm cho nước có trạng thái sôi. Một số nhà quan sát gọi
hiện tượng này là “sôi lạnh”. Các bong bóng này nhanh chóng bị vỡ và tạo nên dạng
sóng va chạm mạnh. Vi sinh vật tồn tại trong dung dịch bị ảnh hưởng bởi áp suất bên
ngoài từ sự va chạm này.
Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm 2 trong khoảng thời
gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước.
2.1.4. 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, sứ xốp có khe rỗng cực
nhỏ. Với phương pháp này, nước đem lọc phải có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2 mg/l.

Hình 2.4. Bộ lọc nước RO, công suất 12 lít/giờ.
Kết luận: 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.
2.2. 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, ozon, kali permanganat, hydro peroxit. Do
6


hiệu suất cao nên ngày nay khử trùng bằng hóa chất đang được áp dụng rộng rãi ở mọi
quy mô.
2.2.1. 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 clo tác dụng với nước đều cho các phân tử axit hypocloro (HOCl), một hợp chất
có năng lực khử trùng rất mạnh.
Cơ chế tác động của clo: Quá trình tiêu 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.
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.
Khử trùng bằng Clorua vôi thường dùng cho các trạm xử lý nước thải công suất
dưới 1000 m3/ngày.
Đây là phương pháp đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả cao. Tuy nhiên, việc khử
trùng bằng clo sẽ khó khăn nếu trong nước thải công nghiệp có chứa 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, ví dụ như: trihalomethane,… dễ gây nguy hại cho nguồn nước, đặc biệt là
nguồn phục vụ cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
2.2.2. 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 hòa tan nên iod được dùng ở dạng dung dịch bão hòa. Độ hòa tan của iod

phụ thuộc nhiệt độ nước. Ở 0OC độ hòa tan là 100 mg/l. Ở 20OC là 300 mg/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 liều
lượng cao hơn 1,2 mg/l sẽ làm cho nước có mùi vị iod.

2.2.3. Khử trùng nước bằng ion của các kim loại nặng
Với nồng độ rất nhỏ của ion kim loại nặng có thể tiêu diệt được các vi sinh vật
và rêu tảo sống trong nước.
Khử trùng bằng ion kim loại nặng đòi hỏi thời gian tiếp xúc lớn. Ví dụ với bạc
khi sử dụng 0,03 mg/l khử trùng nước có pH = 7,5 ở 15 OC, thời gian cần để khử 99%
7


vi trùng là 177 phút. Tuy nhiên không thể nâng cao nồng độ ion kim loại nặng để giảm
thời gian diệt trùng vì ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.
Bảng 2.1. Nồng độ diệt trùng của ion kim loại nặng.
Kim loại
Bạc – Ag
Đồng – Cu
Cadimi – Cd
Crom – Cr
Kẽm – Zn
2.2.4. Khử trùng bằng ozon

Nồng độ cần (mg/l) để tiêu diệt
Vi trùng Ecoli
Rêu tảo
0,04
0,05
0,08
0,15

0,15
0,10
0,70
0,70
1,40
1,40

Ozon có công thức hóa học là O3, ở điều kiện bình thường, ozon là chất không
bền vững và bị phân hủy rất nhanh thành khí oxy dạng bền vững O 2. Bởi vì ozon là
chất không bền vững và không thể lưu giữ lâu trong bình chứa nên phải dùng máy sản
xuất ozon ngay tại nơi sử dụng.
Ozon được sản xuất bằng cách cho oxy hoặc không khí đi qua thiết bị phóng tia
lửa điện, như hiện tượng ta vẫn thấy trong thiên nhiên sau tia chớp của dông bão,
không khí trở nên sạch và mát hơn là do tác dụng làm sạch không khí của ozon. Để
cấp đủ lượng ozon khử trùng cho nhà máy xử lý nước, dùng máy phát tia lửa điện gồm
hai điện cực kim loại đặt cách nhau một khoảng cho không khí chạy qua. Cấp dòng
điện xoay chiều vào các điện cực dể 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 ozon.
Nguồn không khí vừa là nguồn cấp oxy vừa là chất điện môi để san đều điện tích
phóng ra trên toàn bề mặt điện cực, ngăn cản hiện tượng phóng điện quá tải cục bộ.
Sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ozon là nhiệt lượng. Luồng không khí đi qua khe
hở giữa các điện cực không đủ để làm lạnh (hạ nhiệt) các điện cực, do ở nhiệt độ cao,
ozon được sản xuất ra rất dễ bị phân hủy thành oxy, do đó cần phải lắp thiết bị làm
lạnh điện cực ở máy sản xuất ozon. Có hai loại thiết bị làm lạnh điện cực:
- Làm lạnh bằng không khí.
- Làm lạnh bằng nước.
Dưới tác dụng của tia lửa điện, một phần ni tơ phản ứng với nước thành axit thì
có tác dụng ăn mòn kim loại của máy phát, do đó để loại trừ hiện tượng này, không khí
trước khi cho vào máy tạo ozon phải được làm sạch để khử hoàn toàn độ ẩm.
Nồng độ ozon trong hỗn hợp khí đi ra khỏi máy phát từ 1 – 2% tính theo trọng

lượng được đưa thẳng vào bể hòa tan và tiếp xúc với nước để khử trùng. Hiệu quả khử
trùng phụ thuộc vào chất lượng nước, cường độ khuấy trộn và thời gian tiếp xúc. Dựa
8


vào thời gian tiếp xúc cần thiết từ 4 – 8 phút, thường thiết kế ba loại bể hòa tan và
khuấy trộn ozon vào nước:
- Đi qua lớp lọc nổi.
- Dùng ejector.
- Dùng cánh khuấy để hòa tan khí.
Ưu nhược điểm của phương pháp khử trùng bằng ozon:
- Ưu điểm:
• Không có mùi.
• Làm giảm nhu cầu oxy của nước, giảm nồng độ chất hữu cơ, giảm nồng độ các
chất hoạt tính bề mặt.
• Khử màu, phenol, xianua.
• Tăng nồng độ oxy hòa tan.
• Không có sản phẩm phụ gây độc hại.
• Tăng vận tốc lắng của các hạt lơ lửng.
- Nhược điểm:
• Vốn đầu tư ban đầu cao.
• Tiêu tốn năng lượng điện.
Khả năng khử trùng của ozon:
Độ hòa tan vào nước của ozon gấp 3 lần độ hòa tan của oxy. Khi vừa mới cho
ozon vào nước, tác dụng tiệt trùng xảy ra rất ít, khi ozon đã hòa tan đủ liều lượng, ứng
với hàm lượng đủ để oxy hóa chất hữu cơ và vi khuẩn có trong nước, lúc đó tác dụng
khử trùng của ozon mạnh và nhanh gấp 3100 lần so với clo và thời gian khử trùng xảy
ra trong khoảng từ 3 đến 8 giây.
Liều lượng ozon cần để khử trùng nước từ 0,2 – 0,5 mg/l, tùy thuộc vào chất
lượng nước đã xử lý. Ozon có tác dụng tiêu diệt vi rút rất mạnh khi thời gian tiếp xúc

đủ dài, khoảng 5 phút.
Khả năng sử dụng ozon trong quy trình xử lý nước:
- Ozon có khả năng khử chất rắn trong nước thô bằng tác dụng oxy hóa và tuyển nổi,
bọt cặn nổi lên khi ozon hòa tan vào nước thô, các bọt này trong quá trình nổi lên hấp
thụ số lớn cặn cứng, hợp chất ni tơ và photpho.
- pH của nước thô tăng lên chút ít do CO2 được thoát ra.
- Khử màu và độ đục do tác dụng oxy hóa của ozon với các hợp chất tạo màu.
9


- Chuyển hóa NH4+ thành NO3-.
Nồng độ ozon trong không khí cao hơn 1 mg/l gây độc hại cho người quản lý
vận hành, do đó cần phải có biện pháp phát hiện và phòng ngừa tại nơi đặt máy.

Hình 2.5. Máy trộn ozon vào nước thải.

CHƯƠNG 3: BẢN CHẤT KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ
CÁC HỢP CHẤT CHỨA CLO
3.1. Bản chất của quá trình khử trùng bằng clo và hợp chất chứa clo

10


Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất,
khi clo tác dụng với nước đều cho các phân tử axit hypocloro (HOCl), một hợp chất
có năng lực khử trùng rất mạnh.
Các nguồn chlorine thương mại phổ biến là chlorine (Cl 2), hypochlorite canxi
[Ca(OCl)2] và hypochlorite natri (NaOCl). Chlorine có thể tan 7160mg/L trong nước
20oC và nó phản ứng để tạo ra HOCl và HCl, HOCl tiếp tục ion hóa tạo ra ion OCl:
Cl2 + H2O = HOCl + HCl

HOCl = OCl- + H+

Hình 3.1. Chlorine tan trong nước 20oC và phản ứng tạo ra HCl và OCl-.
Hypochlorite canxi và hypochlorite natri hòa tan trong nước cũng tạo ra OCl.
Sự hiện diện của các dạng chlorine phụ thuộc vào pH của nước, dạng Cl 2 không hiện
diện khi pH lớn hơn 2, HOCl là dạng phổ biến nhất khi pH nằm trong khoảng 1-7,48,
HOCl=OCl- khi pH = 7,48 và OCl- thì cao hơn HOCl khi pH trên 7,48. Mức độ nhạy
cảm của vi sinh vật đối với các dạng chlorine phụ thuộc rất lớn vào tốc độ khuếch tán
vào trong tế bào, HOCl có hiệu quả khử trùng mạnh hơn OCl - khoảng 100 lần do
HOCl có kích thước phân tử nhỏ và trung hòa điện tích nên dễ dàng khuếch tán vào tế
bào hơn so với OCl-. Do đó, chlorine chỉ có hiệu quả khử trùng cao khi pH nhỏ hơn 6.
Không nên dùng chlorine khi pH lớn hơn 7,48 và không được bón vôi trước khi khử
trùng nước. Các bào tử của vi sinh vật có khả năng chịu đựng chlorine ở nồng độ cao
so với tế bào sinh dưỡng bởi vì chlorine khó khuếch tán qua vỏ của bào tử.
Cơ chế tác dụng của chlorine trong khử trùng là HOCl phản ứng với hệ enzyme
oxy hóa glucose và các hoạt động trao đổi chất, kết quả gây chết tế bào. Phản ứng này
có liên quan đến sự oxy hóa của HOCl đối với enzyme có chứa gốc HS -. Đa số virus
đều không có enzyme chứa gốc HS - nên chlorine hầu như không có tác dụng diệt hay
bất hoạt virus (trừ một số trường hợp cụ thể được chỉ định).

11


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 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 đi đáng kể.
Khi cho clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng xảy ra là quá trình thủy

phân clo, tạo thành axit hypoclorit và axit clohydric :

→ HOCl + HCl
Cl2 + H2O ¬



Ở dạng phân ly ta có :
Cl2 + H2O


→ 2H+ + OCl- + Cl¬



3.2. Các phản ứng hóa học xảy ra khi cho Clo vào nước (Clo hóa nước)
Khi cho clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng xảy ra là quá trình thủy
phân clo, tạo thành axit hypoclorit và axit clohydric :

→ HOCl + HCl
Cl2 + H2O ¬



Ở dạng phân ly ta có :
Cl2 + H2O


→ 2H+ + OCl- + Cl¬




Cl2 hòa tan rất mạnh trong nước (7160 mg/L ở 20OC và 1 atm).
Khi clo kết hợp với nước nó tạo thành hypochlorous acide
Cl2 + H2O------> HOCl + H++ ClVới hàm lượng Cl2 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+
Tương tự khi dùng clorua vôi làm chất khử trùng ta có :
Ca(OCl)2 + H2O
2HOCl


→
¬




→
¬



CaO + 2HOCl

2H+ + 2OCl-

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.

12


Khi nước có mặt amoniac hoặc hợp chất có chứa nhóm amoni, chúng có thể tác
dụng với clo axit hypoclorit hoặc ion hypoclorit để sinh thành các hợp chất cloramin
theo các phản ứng sau :
NH3 + HOCl

 NH2Cl + H2O
monocloramine

NH2Cl + HOCl



NHCl2 + H2O
dicloramine

NHCl2 + HOCl



NCl3 + H2O
tricloramine

Sản phẩm monocloramine và dicloramine sinh thành tùy thuộc vào trị số pH
của môi trường. Trị số pH càng cao, lượng clo kết hợp để tạo thành dicloramine càng
thấp và nồng độ monocloramine càng cao. Hơn nữa, nhiều nghiên cứu cho thấy rằng,

năng lực diệt trùng của monocloramine thường thấp hơn so với năng lực diệt trùng của
dicloramine khoảng từ 3 đến 5 lần, so với clo, năng lực diệt trùng của dicloramine lại
thấp hơn từ 20 đến 25 lần. Chính điều đó giải thích vì sao quá trình khử trùng lại xảy
ra có hiệu quả hơn khi trị số pH của môi trường thấp.
Để đảm bảo cho quá trình khử trùng đạt được hiệu quả hoàn toàn, người ta
thường tính đến một lượng clo dư thích hợp trong nước sau quá trình khử trùng. Trong
hệ thống khử trùng có chứa amoniac hoặc các hợp chất có chứa nhóm amoni, lượng
clo tham gia phản ứng để tạo thành cloramine được gọi là clo kết hợp, tổng hàm lượng
của clo tự do dưới dạng Cl2, HOCl và ClO-, lượng Clo kết hợp được gọi là clo hoạt
tính khử trùng, do khả năng diệt trùng của clo tự do và clo kết hợp khác nhau mà
lượng clo dư cần thiết để đảm bảo khử trùng triệt để cũng được đánh giá ở mức khác
nhau.

Hình 3.2. Đồ thị thể
hiện lượng clo dư
theo quá trình sử
dụng clo khử trùng.
Điểm tới hạn
(breakpoint)
rất
quan trọng trong
tính toán hàm lượng clo cho vào. Điểm tới hạn là điểm bão hòa của các phản ứng khử
13


trùng. Tại điểm tới hạn, clo thêm vào sẽ trở thành clo dư. Để đánh giá hiệu quả của
quá trình khử trùng nước thải bằng clo, ta thường thực hiện bằng cách kiểm tra số dư
lượng hóa chất đã sử dụng và bằng cách xác định hàm lượng clo dư trong nước thải
sau khi tiếp xúc với clo.
Thông thường để đảm bảo hiệu quả của quá trình khử trùng, ta điều chỉnh

lượng clo cho vào sao cho hàm lượng clo dư còn lại trong nước thải sau khi tiếp xúc
không nhỏ hơn 1,5 mg/l.
3.2.1. Khử clo dư trong nước:
Khử dư lượng clo trong nước khi clo hóa với liều lượng cao có thể dùng
phương pháp hóa học. Khử clo bằng hóa chất như dùng SO 2, Na2SO3, Na2S2O3 theo
các phản ứng sau:
Cl2 + SO2 +2H2O→ 2HCl + H2SO4
Cl2 + Na2SO3 + H2O → 2HCl + Na2SO4
4Cl2 + Na2S2O3 + 5H2O → 2NaCl + 6HCl + 2H2SO4
Axit clohydric và axit sunfuric hình thành được trung hòa bằng độ kiềm dư của
nước. Để khử hết 1mg clo dư cần đến 0,9 mg SO2.
Ngoài ra có thể dùng than hoạt tính để lọc clo dư. Lớp lọc hấp thụ qua than hoạt
tính có chiều dày từ 2 đến 2,5m, kích thước hạt từ 1,5 đến 2,5mm, tốc độ lọc 20 30m/h. Tái sinh than hoạt tính khi nó hết khả năng hấp thụ clo được tiến hành bằng rửa
qua dung dịch kiềm nóng hoặc canxi hypoclorit.
Phương pháp làm thoáng bề mặt chỉ khử được một phần clo dư hòa tan, còn
hypoclorit do không bay hơi nên phương pháp này kém hiệu quả hơn. Khử clo và
cloramine bằng phương pháp làm thoáng chỉ đạt hiệu quả khi pH của môi trường nhỏ
hơn 5.
Để khử trùng nước nhiễm bẩn nặng, đặc biệt khi trong nước có nhiều vi trùng
có sức đề kháng cao với các chất oxy hóa và trong trường hợp cần khử màu, mùi, vị
của nước, có thể sử dụng liều lượng clo đến 10mg/l hoặc hơn để đảm bảo cả hiệu quả
khử trùng triệt để và cả việc oxy hóa các chất gây mùi vị. Tuy nhiên khi lượng clo dư
sau khử trùng còn quá lớn, nhất thiết phải tìm biện pháp khử bớt clo dư xuống đến tiêu
chuẩn cho phép từ 0,3 đến 0,5mg/l.
3.2.2. Nồng độ chlorine cần thiết:
Khi cho chlorine vào nước thải có chứa các chất khử (H 2S, NO2-, Fe2+, Mn2+...)
amonia và các amine hữu cơ. 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):
H2S + Cl2 → 2HCl + S
14

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 CHCl3 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 N2, NO3 và NCl3. 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.
Yếu tố pH là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của quá trình khử trùng
bằng clo. Khi pH tăng, hiệu quả khử trùng giảm. Lượng clo dư tối thiểu cần thiết ứng
với các giá trị pH khác nhau để diệt trùng hoàn toàn được thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Lượng clo dư tối thiểu để diệt trùng hoàn toàn.
pH

Lượng clo dư tối thiểu mg/l

Clo tự do sau 10 phút tiếp
Clo hoạt tính kết hợp dạng
xúc
cloramin sau 60 phút tiếp xúc
6–7
0,2
1,0
7–8
0,2
1,50
8–9
0,4
1,80
9 – 10
0,8
> 10
> 10
Hiệu quả khử trùng của HOCl cao hơn so với OCl . HOCl phân ly yếu ở pH
thấp, do đó hiệu quả khử trùng cao hơn khi ở pH thấp.
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
15


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.

Hình 3.3. Sơ đồ một bể tiếp xúc chlorine.
Tổng chiều dài của kênh có thể tính bằng công thức:

Trong đó:
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
16


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.
3.2.3. Những chất khử trùng thông thường:
• Canxi hipoclorit có công thức hóa học Ca(ClO)2, clorua vôi là sản phẩm
của quá trình phản ứng clo với vôi tôi, trong clorua vôi cũng có thể chứa đến
40 - 45% canxi hypoclorit với lượng clo hoạt tính từ 20 đến 25%. Clorua vôi
dễ hút ẩm và phân hủy khí clo nên cần được bảo quản khô ráo, cẩn thận.
Ca(OCl)2 + H2O
2HOCl


→
¬





→
¬



CaO + 2HOCl

2H+ + 2OCl-

• Clo dioxit có công thức hóa học là ClO2, clo dioxit là chất khí màu xanh, có
tính khử trùng rất mạnh vì nó có thể tiêu diệt vi khuẩn, các loại kí sinh trùng
và virus mà những hệ thống sử dụng clo khác không diệt được, dễ hòa tan
trong nước và kém bền dưới ánh sáng. 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. 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
Hạn chế của clo dioxit là giá thành cao và đòi hỏi kỹ thuật phức tạp, gây nguy
hại khi phản ứng với cacbon hoạt tính, tạo ra odor và gây ăn mòn thiết bị. Lượng clo
sinh ra phải được quan trắc thường xuyên trong hệ thống vận hành.
• Natri hipoclorit có công thức hóa học là NaOCl, dung dịch NaOCl (chứa
đến 12% lượng Clo) được chế bằng cách điện phân muối ăn hoặc phản ứng
trực tiếp clo với dung dịch NaOH. Hàm lượng clo hoạt tính phụ thuộc vào
điều kiện phản ứng và có thể có từ 6 đến 8g/l khí sử dụng quá trình điện
phân hoặc có thể cao hơn khi sử dụng phản ứng trực tiếp clo với dung dịch

NaOH. Cũng giống như clo ở dạng khí, NaOCl hòa vào nước sẽ tạo ra
NaOH và HOCl.
NaOCl + H2O → NaOH + HOCl
HOCl


→ H+ + OCl¬


17


Ở điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp, dung dịch NaOCl dễ phân hủy, tạo khí Cl 2
và gây ô nhiễm môi trường.

KẾT LUẬN

18


Cần chọn lựa các phương pháp khử trùng thích hợp dựa vào điều kiện quy mô,
cũng như tính chất nước thải, hiệu quả, yếu tố kinh tế, địa hình và yêu cầu sử dụng
nước (ví dụ như nước sinh hoạt, nước tưới tiêu, nước vào sông hồ…).
Nếu điều kiện cho phép nên phối hợp các phương pháp khử trùng với nhau để
tạo hiệu quả khử trùng cao hơn (ví dụ như kết hợp giữa hệ thống lọc và chiếu tia cực
tím,…).
Khi sử dụng các hóa chất để khử trùng cần lưu ý tính toán lượng hóa chất thích
hợp và thường xuyên theo dõi để cung cấp đủ liều lượng hóa chất, tránh trường hợp dư
hóa chất gây ô nhiễm nguồn nước hoặc thiếu hóa chất khiến hiệu quả khử trùng thấp.
Bên cạnh đó, cũng cần lưu ý thành phần tính chất nước thải trước khi tiến hành

khử trùng bằng hóa chất, tránh trường hợp các chất có trong nước thải phản ứng với
hóa chất khử trùng tạo thành chất ô nhiễm gây hại.
Do đó, cần thử nghiệm và phân tích chất lượng nước thải để chọn lựa phương
pháp khử trùng phù hợp nhất.
Ngoài ra, cần có các biện pháp bảo hộ lao động cho người vận hành, cũng như
các phương án dự phòng khi có sự cố xảy ra.

19


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cao Hoàng Anh Thư, Huỳnh Thị Thu Ái, Lê Thu Thủy, Ngô Thị Tú Trinh. Báo cáo
chuyên đề khử trùng nước thải. 2011.
2. Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương. Công nghệ sinh học môi trường –
Tập 1: Công nghệ xử lý nước thải. Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM. 2003.
3. Trần Đức Hạ. Xử lý nước thải đô thị. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 2006.
4. Trịnh Xuân Lai. Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp . Nhà xuất bản Xây
dựng. 2004.
5. Một số trang web như:
.
.
.
.
.
.
.

20