Bài giảng Khử trùng uv và ozone

KHỬ TRÙNG UV VÀ OZONE MỤC TIÊU Sinh viên nắm vững các nội dụng sau: • Chức năng và hoạt động của các phương pháp khử trùng ứng dụng trong hệ thống tuần hoàn • Đánh giá được hiệu quả của các phương pháp khử trùng ứng dụng trong hệ thống tuần hoàn Phân biệt giữa khử trùng và tiệt trùng • Khử trùng: Diệt phần lớn vi sinh vật gây bệnh, thường không diệt được bào tử, khử trùng tốt có khả năng làm giảm thấp khả năng lan truyền bệnh • Tiệt trùng: Diệt toàn bộ vi sinh vật, kể cả bào tử. 1. Khử trùng bằng tia cực tím Lịch sử phát triển • Người Hindu cổ (4000 năm trước) biết phơi nước dưới ánh nắng mặt trời • 1887: Tính sát trùng của ánh sáng mặt trời • 1901: Tia UV nhân tạo ra đời (đèn Hg) • 1910: Khử trùng nước uống lần đầu ở Marseilles, Pháp. • Đầu thế kỷ 20: Nghiên cứu về tia UV Ưu – nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm Hiệu quả khử trùng cao Tiêu tốn năng lượng cao Không có dư lượng chất độc Ảnh hưởng không dài Diệt virus, bào tử, bào xác hiệu quả cao hơn chlorine Không đo được hiệu quả xử ngay lập tức Không hình thành sản phẩm phụ (DBPs) Hiệu quả diệt bào tử, bào xác và virus ở liều lượng diệt vi khuẩn Không làm tăng TDS Thiết bị đắt tiền Phá hủy các hợp chất khó phân hủy (như NDMA) Thiết kế thủy học cho hệ thống UV bị giới hạn An toàn hơn dùng hóa chất Dễ bị bám bẩn Không gian xử lý nhỏ Các loại tia UV Radio IR Khả kiến UV Tia X UV-A UV-B UV-C UV chân không 400nm 100nm Khoảng sát trùng 200nm300nm λ Sử dụng tia UV để khử trùng • UV chân không: hiệu quả khử trùng cao nhưng suy yếu nhanh trong khoảng cách ngắn – không được sử dụng • UV-A: Hiệu quả khử trùng thấp, thời gian xử lý phải dài – không được sử dụng • UV-B và UV-C: Thường được dùng để khử trùng Cơ chế tác động của tia UV • Quá trình sinh lý: sóng điện từ được truyền từ tia UV vào vật chất trong tế bào sinh vật (chủ yếu là vật chất di truyền. • Tia UV không gây chết tế bào • Gây tổn hại đến acid Nucleic của sinh vật • Làm ngừng quá trình sinh sản do gây phá vỡ một phần liên kết của AND và ARN Cơ chế tác động của tia UV • Tia UV phá vở liên kết của AND và ARN làm cho vi sinh vật không thể nhân đôi, tứ đó làm mật khả năng lây nhiễm lên sinh vật chủ • Mức độ nhạy cảm đối với tia UV khác nhau tùy loài. • Virus chịu đựng cao với tia UV Liều lượng sử dụng • Hiệu quả khử trùng bằng tia UV dựa trên liều lượng vi sinh vật tiếp nhận D = I x t hoặc nếu cường độ không ổn định Trong đó, D: Liều lượng xử lý (mW.s/cm2, mJ/cm2) I: Cường độ tia UV (mW/cm2) t: Thời gian xử lý (s) ∫= t dtID 0 . Liều lượng xử lý đối với một số VSV Vi khuẩn UV (mJ/cm2) Vi khuẩn UV (mJ/cm2) Bacillus anthracis 13,7 Micrococcus candidus 19,0 B. Megatherium sp. (veg.) 3,4 Micrococcus sphaeroides 30,0 B. Megatherium sp. (spores) 8,0 Neisseria catarrhalis 13,0 B. paratyphosus 9,6 Phytomonas tumefaciens 13,0 B. subtilis (spores) 36,0 Proteus vulgaris 7,8 Corynebacterium diphteriae 10,0 Pseudomonas aeruginosa 16,5 Liều lượng xử lý đối với một số VSV Vi khuẩn UV (mJ/cm2) Vi khuẩn UV (mJ/cm2) Eberthella typosa 6,3 Pseudomonas fluorescens 10,5 Escherichlia coli 9,0 S. typhitmurium 24,0 Sarema lutea 59,0 Staphylococcus aureus 7,8 Seratia marcescens 7,2 Staphylococcus hemolyticus 6,6 Shigella paradysenteriae 5,2 Staphylococcus lactis 18,0 Spirillum rubrum 13,0 Staphylococcus viridans 6,6 Staphylococcus albus 5,4 Liều lượng xử lý đối với một số VSV Nấm (Fungi UV (mJ/cm2) Nấmmen (Yeast) UV (mJ/cm2) Penicillium roqueforti (green) 39,0 Saccharomyces ellipsoidens 18,0 Penicillium expansum (olive) 39,0 Saccharomyces sp. 24,0 Penicillium digitatum (olive) 132,0 Saccharomyces cerevisiae 18,0 Aspergillus glaucus (blue-green) 132,0 Brewing yeast 9,9 Aspergillus flavus ( yellowish) 180,0 Baking yeast 11,7 Aspergillus niger (black) 396,0 Rhisopus nigricans (black) 330,0 Mucer racemosus A (light grey) 51,0 Mucer racemosus B (light grey) 51,0 Oospera lactis (white) 15,0 Yếu tố ảnh hưởng hiệu quả khử trùng • Tốc độ dòng chảy • Tỉ trọng của nước • Vùng chết • Vật chất lơ lửng Ảnh hưởng của các thành phần lên hiệu quả khử trùng Thành phần Ảnh hưởng BOD, COD, TOC… Không ảnh hưởng trừ phi hữu cơ cao Vật chất hữu cơ Hấp thụ mạnh tia UV Dầu, mỡ Tích tụ trên đèn và ống đèn gây hấp thụ tia UV TSS Hấp thụ tia UV, che chắn tia UV Độ kiềm Hòa tan kim loại gây hấp thụ tia UV Độ cứng Ca, Mg kết tủa trên ống đèn Ảnh hưởng của các thành phần lên hiệu quả khử trùng Thành phần Ảnh hưởng Ammonia Không ảnh hưởng Nitrite Không ảnh hưởng Nitrate Không ảnh hưởng Fe Hấp thụ mạnh tia UV, kết tủa trên ống đèn Mn Hấp thụ mạnh tia UV pH Ảnh hướng đế độ hòa tan Fe và Carbonate TDS Lắng tụ chất khoáng 2. Khử trùng bằng ozone Máy tạo ozone Đặc tính của khí ozone • Chất khí không màu • Kém bền • Nặng hơn O2 1,5 lần • Hoạt tính cao • Hòa tan 12,5 lần so với O2 • Điện thế oxy hóa của O3 (-2,07V) cao hơn HOCl (-1,49V) và Cl2 (-1,36V) Tác dụng của ozone • Oxy hóa chất hữu cơ • Phá hủy các hợp chất cyanide • Kết tủa kim loại nặng • Xử lý nước thải • Loại bỏ các hợp chất dầu, mỡ, nông dược… • Giảm COD và BOD • Xử lý nước sinh hoạt (diệt mầm bệnh) Tác dụng của ozone Ozone có khả năng sát trùng cao: • Sát trùng gấp 3000 lần so với chlorine • Diệt khuẩn gấp 160 lần so với sulfur dioxide • Diệt khuẩn gấp 37 lần formaldehyde • Diệt khuẩn gấp 1,7 lần so với hydrocyanic acid Cơ chế tác động của ozone Ozone tác động theo cơ chế phản ứng trực tiếp và gián tiếp: Tác động trực tiếp và gián tiếp của ozone: phá hủy màng tế bào và các emzyme trong tế bào chất Khử màu Vật chất hữu cơ Humic, fulvic, tanic acid Phân hủy Chất tạo màuO3 phá vỡ các nối đôi gây mất màu nước Mất màu Xử lý O3 2-4 ppm Nước thiên nhiên thường có màu do hòa tan các acid hữu cơ (humic, fulvic, tanic…) Các hợp chất hữu cơ có mạch carbon>20 và có chứ nối đôi Kết tủa kim loại nặng Kim loại nặng hòa tan (As, Cd, Cr, Cu,Pb, Zn, Co, Ni, Mn… Kim loại nặng kết tủa Xử lý O3 4 ppm Fe2+ (hòa tan) Fe3+ (kết tủa)O3 Diệt tảo và khử mùi Dùng ozone để làm giảm số lượng tảo trong ao nuôi • Ozone làm tảo chế và nổi lên mặt nước • Oxy hóa các hợp chất gây mùi hôi (off- flavor) do tảo tiết ra Làm giảm độ đục • Ozone oxy hóa các chất hữu cơ tạo ra những phân tử phân cực tích điện. • Xử lý ozone làm giảm các hạt keo trong nước, nước trong hơn • Liều lượng thường được dùng 0,5 ppm Chất hữu cơ Phân tử phân cực tích điện O3 Chất kết tủa Al, Ca Phướng pháp xử lý • Ozone được tạo ra tại chỗ • Trộn ozone vào nước nhờ thiết bị trộn Ưu và nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm Tác dụng trong khoảng pH rộng Chi phí thiết bị và vận hành cao Sát trùng mạnh hơn chlorine Khó bảo trì (kỹ thuật viên) Phản ứng oxy hóa xảy ra nhanh trong thời gian ngắn Sinh ra sản phẩm phụ gây bệnh ung thư (brominate, aldehyde, ketone…) Lọi bỏ các hợp chất hữu cơ, vô cơ bà diệt vi sinh vật (VK, virus, NSĐV…) Ít tan trong nước, cẩn phải có thiết bị trộn Cẩn phải khử độ cứng Độc cho người sử dụng, dễ cháy