Chương 4: Khử trùng

219 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG MỤC ĐÍCH Khử trùng nước thải nhằm phá hủy, triệt bỏ các lọai vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải. 3 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG E. Coli Coliphage Protozoan CÁC VI SINH VẬT TRONG NƯỚC 4 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG Hypoclorit – canxi dạng bột – Ca(ClO)2 ( 5% ) Hypoclorit natri, nước javel NaClO Clorua vôi, CaOCl2 Ozon (sản xuất từ không khí bằng máy tạo ozon). Ozon sản xuất ra được dẫn ngay vào bể hòa tan và tiếp xúc. Tia cực tím (UV) do đèn thủy ngân áp lực thấp phát ra. Đènphát tia cực tím được đặt ngập trong dòng chảy nước thải. 519 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ HỢP CHẤT CỦA CLO 6 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ HỢP CHẤT CỦA CLO Tốc độ của quá trình khử trùng: Tăng khi tăng nồng độ chất khử trùng Tăng khi nhiệt độ nước tăng Dạng không phân ly của chất khử trùng (Dạng không phân ly cao ® hiệu quả khử trùng cao) Giảm khi trong nước có các chất hữu cơ, SS và các chất khử khác. 7 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG Sử dụng Clo Cl2 + H2O « HOCl + HCl Hoặc Cl2 + H2O « 2H+ + OCl- + Cl- Sử dụng clorua vôi Ca(OCl)2 + H2O « CaO + 2HOCl 2HOCl « 2H+ + 2OCl- CÁC PHẢN ỨNG 8 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG Sự phân ly HOCl phụ thuộc vào nồng độ H+ có trong nước, (pH của nước nước) Quá trình phân ly xảy ra hoàn toàn khi pH > 4, ở 250C, hằng số phân ly của Clo trong nước: K = [HOCl] [H+] [Cl-] [Cl2] = 4,05.10-4 CÁC PHẢN ỨNG Với HOCl ở nhiệt độ 00C ® K = 1,5.10-8 100C ® K = 2.10-8 250C ® K = 2.10-8 919 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG MỨC ĐỘ PHÂN LY CỦA HOCl PHỤ THUỘC VÀO pH, NHIỆT ĐỘ 200C 0,10,53257997,599,599,95HOCl, % 99,999,59775212,500,050,05OCl-, % 1110987654pH Khi pH tăng, nồng độ HOCl giảm làm hiệu quả khử trùng giảm tương ứng 10 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG CÁC DẠNG TỒN TẠI CỦA CLO TRONG NƯỚC 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH H aøm lö ôïn g Cl2, % HOCl, % OCl-, % 11 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TƯƠNG QUAN GIỮA pH VỚI NỒNG ĐỘ HOCl KHÔNG PHÂN LY VÀ TỶ LỆ VI TRÙNG E.COLI BỊ DIỆT SAU 30 PHÚT 2 4 6 8 10 12 pH 100% 80 60 40 20 0 1 2 Đường cong 1: Hàm lượng HOCl không phân ly theo pH của nước tính theo % Đường cong 2: Số % E.coli bị tiêu diệt sau 30 phút 12 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TƯƠNG QUAN GIỮA pH VÀ THỜI GIAN KHỬ TRÙNG CẦN THIẾT 5 6 7 8 9 10 11 pH 180% 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Thời gian cần thiết để diệt 99% E.coli có trong nước khi hàm lượng clo bằng 0,1 mg/l (phút) 13 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG Trong nước có amoniac, muối amoni chất hữu cơ có chứa nhôm amoni, thì clo, HOCl, OCl- phản ứng với chúng tạo thành monocloramin và dicloramin HOCl + NH3 ® NH2Cl + H2O HOCl + NH2Cl ® NHCl2 + H2O HOCl + NHCl2 ® NCl3 + H2O CÁC PHẢN ỨNG 14 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TỶ SỐ GIỮA MONOCLORAMIN (I) VÀ DICLORAMIN (II) ỨNG VỚI CÁC GIÁ TRỊ pH KHÁC NHAU Ở 200C 5 6 7 8 pH của nước % c lo c ó tr on g N H C l 2 80% 60 40 20 0 II I I: Vùng monocloramin II: Vùng dicloramin 15 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG TỶ SỐ GIỮA MONOCLORAMIN (I) VÀ DICLORAMIN (II) ỨNG VỚI CÁC GIÁ TRỊ pH KHÁC NHAU Ở 200C Trị số pH càng cao thì lượng clo kết hợp thành dicloramin càng ít và monocloramin càng cao Khả năng diệt trùng giảm (do khả năng diệt trùng của monocloramin từ 3 ÷ 5 lần) So với clo, khả năng diệt trùng của dicloramin thấp hơn 20 ÷ 25 lần Clo kết hợp với amoniac tạo thành cloramin gọi là clo kết hợp 16 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG SỰ THAY ĐỔI KHẢ NĂNG KHỬ TRÙNG CỦA CLORAMIN THEO pH CỦA NƯỚC KHI LƯỢNG Clo LÀ 0,8 mg/l và NH3 LÀ 0,2 mg/l Tỷ lệ vi trùng bị tiêu diệt pH của nước 5 2 7 2 9 2 11 100% 80 60 40 20 0 1 2 1: Thời gian tiếp xúc 10 phút 2: Thời gian tiếp xúc 30 phút 17 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG LIỀU LƯỢNG DƯ CẦN THIẾT CỦA CLO TỰ DO VÀ CLORAMIN ỨNG VỚI CÁC GIÁ TRỊ pH KHÁC NHAU 6 7 8 9 10 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 2 1 pH của nước Hàm lượng clo dư trong nước (tính theo Cl2), mg/l 1: Lượng clo tự do trong nước sau 10 phút 2: Lượng cloramin dư cần có sau 60 phút tiếp xúc với nước 18 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG BỂ TIẾP XÚC KHỬ TRÙNG 19 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG THIẾT BỊ PHA CHẾ CLO 20 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG LIỀU LƯỢNG CLO Liều lượng clo: Nước thải sau xử lý cơ học: 10g/m3. Nước thải sau khi xử lý sinh học không hòan tòan ở bể aerotank hoặc bể biophin cao tải: 5g/m3. Nước thải sau khi xử lý sinh học hòan tòan: 3g/m3. Lượng clo dư: 0,5mg/l 21 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG OZON Ozon không bền vững, bị phân hủy rất nhanh thành khí oxy Þ không lưu trữ mà phải dùng máy sản xuất tại nơi sử dụng Nguyên tắc sản xuất ozon: cho oxy qua thiết bị phóng ti lửa điện Máy phát tia lửa điện gồm hai điện cực kim loại đặt cách nhau một khoảng cho không khí đi qua. Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ quang Không khí đi qua khe hở giữa các điện cực chuyển một phần oxy thành ozon. 22 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG OZON 23 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG OZON Không khí vừa là nguồn cung cấp oxy vừa là chất điện môi để san đều điện tích phóng ra trên tòan 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 Ở nhiệt độ cao ozon sản xuất ra rất dễ bị phân hủy Lắp đặt thiết bị làm lạnh điện cực ở máy sản xuất ozon 24 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG OZON Hiệu quả phụ thuộc vào: – Chất lượng nước – Cường độ khuấy trộn – Thời gian tiếp xúc 25 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG OZON Dựa vào thời gian tiếp xúc từ 48 phút, thiết kế 3 loại bể hòa tan và khuấy trộn ozon vào nước: – Đi qua lớp lọc nổi – Dùng ejector – Dùng cánh khuấy để hòa tan khí 26 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG ƯU ĐIỂM CỦA OZON – Không mùi – Giảm nhu cầu oxy trong 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 27 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG NHƯỢC ĐIỂM CỦA OZON – Vốn đầu tư cao – Tiêu tốn năng lượng điện 28 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHẢ NĂNG KHỬ TRÙNG CỦA OZON Độ hòa tan của ozon lớn gấp 13 lần so với oxy Khi mới cho ozon vào, khả năng diệt trùng rất ít Khi đủ liều lượng thì oxy hóa chất hữu cơ và vi khuẩn trong nước tác dụng khử của ozon nhanh gấp 3100 lần so với clo Thời gian khử trùng xảy ra khoảng từ 3 ÷ 8 giờ 29 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHẢ NĂNG KHỬ TRÙNG CỦA OZON Lượng ozon cần khử trùng từ 0, 20, 5 mg/l Thời gian đủ lâu: (khoảng 5 phút) ozon tác dụng tiêu diệt virut rất mạnh Khả năng sử dụng ozon trong xử lý nước – Khử chất rắn trong nước – Tăng pH, do CO2 thoát ra – Chuyển NH4+ ® NO3- Nồng độ O3 > 1mg/l; gây độc hại cho người quản lý vận hành ® biện pháp ngăn ngừa 30 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN Các loại điện phân Điện phân không bổ sung các hợp chất clo Điện phân dung dịch muối ăn, sau đó đưa nước vào khử trùng 31 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN Điện phân dung dịch muối NaCl: cực dương phân tách ion clo 2Cl- Ž Cl2 + 2e Cl2 + H2O 1 HClO + HCl Cl2 + OH- 1 HClO + Cl- Cực âm diễn ra quá trình liên kết phân tử nước H2O + e = OH- + H+ Ion OH- liên kết với ion Na+ ở lại trong dung dịch HClO + NaOH = NaHClO + H2O NaClO + H2O = NaOH + HClO 32 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG Clorua vôi CaOCl2 CaOCl2 + 2H2O 1 2HClO + CaCl2 + Ca(OH)2 HClO 1 H+ + ClO- Tạo thành sản phẩm diệt khuẩn HOCl và ClO- Như vậy, thực chất của quá trình điện phân muối ăn để khử trùng cũng là quá trình clo hoá. KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN 34 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG LIỀU LƯỢNG HOÁ CHẤT CẦN THIẾT Lượng clo họat tính cần thiết để khử trùng: Vmax = a × Qmax (kg/h) Trong đó: Qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/h). a: liều lượng clo họat tính (g/m3). 35 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG LIỀU LƯỢNG HOÁ CHẤT CẦN THIẾT Nếu sử dụng clorua vôi: max max 100 a QX P ´ ´ = Trong đó: Qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/h). a: liều lượng clo họat tính (g/m3) P: hàm lượng clo họat tính (%) trong clorua vôi thường lấy bằng 30% 36 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG LIỀU LƯỢNG HOÁ CHẤT CẦN THIẾT Liều lượng tối đa của dung dịch clo (clo lỏng và vôi): Cclorua: Hàm lượng clo trong dung dịch g/l Hàm lượng hoạt tính ở trong dung dịch clorua vôi được xác định bởi quan hệ: Cclo hoạt tính = PCclorua/100 Đối với clo lỏng thì nồng độ clo hoạt tính bằng nồng độ clo trong nước, nghĩa là Cclo.ht = Cclo max max 100 clorua a Qq P C ´ ´ = ´ 37 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG THIẾT BỊ Thiết bị: – Thùng hoà trộn, – Thùng định lượng, – Thùng dung dịch Thùng hoà trộn: trộn clorua vôi với nước tạo dung dịch dạng sữa: Nồng độ 25% 38 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG THIẾT BỊ Dung tích hữu ích của thùng: W = aQ/1000.b.n Trong đó: Q – lưu lượng trung bình của nước cần khử trùng, m3/ngày. a – liều lượng clo hoạt tính. b – nồng độ dung dịch clorua vôi, lấy không lớn hơn 25%. n – số lần hòa trộn clorua vôi trong ngày, lấy trong khoảng 2 – 6 lần phụ thuộc vào công suất trạm. 39 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG THIẾT BỊ Thùng định lượng: thường có hình ovan trên mặt bằng, Kích thước: 0,5 x 0,4 x 0,5m (D x R x C) 40 19 June 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHỬ TRÙNG KHỬ TRÙNG BẰNG CLO LỎNG Dẫn clo trực tiếp vào nước thải hoặc qua clorator Phân loại clorator: Clorator hoạt động liên tục: đưa một lượng clo cố định vào nước thải trong một thời gian xác định. sử dụng đối với những trạm có công suất 25 – 50kg clo/h. Clorator hoạt động theo tỉ lệ: lượng clo qua clorator tự động thay đổi theo tính chất và lưu lượng nước thải. áp dụng đối với những trạm có công suất không lớn. Clorator chân không hoạt động liên tục. clo được giữ dưới áp lực thấp hơn áp suất của không khí do đó hơi clo không bay ra ngoài môi trường xung quanh.