Tiểu luận Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp

- - - š & › - - - Tiểu luận ĐỀ TÀI: Nghiên cứu công nghệ khử trùng nước cấp Mục lục Tiêu đề Trang Giới thiệu 1 Chương I: Tổng quan về các phương pháp khử trùng nước cấp 2 IA. Phương pháp lý học 2 IA1. Khử trùng bằng tia cực tím 2 IA2. Phương pháp lọc 3 IA3. Khử trùng bằng một số phương pháp khác 4 IB Khử trùng bằng phương pháp hóa học 5 IB1. Khử trùng bằng Chlor 5 IB1.1 Hóa học của Chlor 5 IB1.2 Khả năng khử trùng của Chlor tự do 5 IB1.3 Cơ chế tác động của Chlor 6 IB2 Chloramine hóa 7 IB2.1 Hóa học của Chloramine 7 IB2.2 Tác động khử trùng của Chloramine vô cơ 8 IC. Khử trùng bằng Ozon 8 IC1. Cơ chế tác dụng của ozon 9 IC2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 9 IC2.1. Loại hóa chất khử trùng 10 IC2.2. Loại vi sinh vật 10 IC2.3. Nồng độ khử trùng và thời gian tiếp xúc 10 IC2.4. Tác động của pH 12 IC2.5. Nhiệt độ 12 IC2.6. Cạnh tranh hóa học và vật lý đối với việc khử trùng 12 Chương II: Tình hình công nghệ khử trùng nước cấp tại Việt Nam 14 Chương III: Tình hình công nghệ khử trùng nước cấp trên thế giới 18 Chương IV:Lựa chọn công nghệ khử trùng phù hợp với điều kiện của nước ta………… 21 IVA. Hiệu quả của các phương pháp khử trùng 21 IVB. Ưu và nhược điểm của các phương pháp 23 Giới thiệu Xã hội càng phát triển, chất lượng cuộc sống ngày càng được quan tâm và nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng lên. Để cung cấp nước sạch có thể khai thác các nguồn nước từ thiên nhiên từ các nguồn như:nước mặt, nước ngầm, nước biển trong những nguồn này ngoài những hợp chất vô cơ, hữu cơ nước thiên nhiên còn chứa rất nhiều vi sinh vật như vi khuẩn và cá loại vi trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn…Chúng xâm nhập vào cơ thể qua nhiều con đường khác nhau như ăn uống sinh hoạt mà chúng ta đang xét gây ra nhửng ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ từ mức độ nhẹ đến mức nghiêm trọng .Với các hệ thống cấp nước công nghiệp cũng cần phải khử sạch các loại vi sinh vật để ngăn ngừa sự kết bám của chung lên thành ống dẫn nước lên các thiết bị làm lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt, đồng thời làm tăng tổn thất áp lực của hệ thống. Để ngăn ngừa những việc trên đây nước cấp cho sinh hoạt cần được khử trùng. Khử trùng là quá trình loại bỏ những vi sinh vật có khả năng gây bệnh. Khử trùng là hàng rào cần thiết và cuối cùng để chống lại sự phơi nhiễm của người với những vi sinh vật gây bệnh.Vì thế khử trùng nước là một khâu hết sức quan trọng trước khi đưa vào hệ thống phân phối nước cấp. Phần này chúng em tìm hiểu tổng quan về các phương pháp khử trùng nước cấp, tình hình công nghệ khử trùng nước cấp trong nước cũng như một số công nghệ khử trùng nước cấp ở ngoài nước nhằm lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện phát triển ở Việt Nam. Chương I. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG IA. Phương pháp lý học Khử trùng bằng phương pháp vật lý có ưu điểm cơ bản là không làm thay đổi tính chất lý hoá của nước, không gây nên tác dụng phụ. Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở qui mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép.Dưới đây là các phương pháp khử trùng bằng phương pháp vật lý thường gặp. IA1. Khử trùng bằng tia cực tím Việc khử trùng bằng tia cực tím lần đầu tiên được dùng vào đầu thế kỉ 20 để xủ lý nước ở Henderson, Kentucky nhưng phương pháp này bị bỏ quên do người ta thích sử dịng chlor hoá. Cùng với tiến bộ của kỹ thuật, phương pháp khử trùng bằng tia cực tím nay đã lấy lại được sự phổ biến, đặc biệt là ở châu Âu. Quy trình: Cho nước chảy qua một ống kín trong đó có lắp đèn cực tím. Các tia UV được phóng vào dòng nước. Cấu trúc DNA/RNA của vi sinh bị thay đổi làm cho chúng không thể tồn tại và sinh sản. Nguyên lý diệt khuẩn của tia cực tím: Một đoạn DNA của vi khuẩn trước khi bị chiếu tia cực tím. Đoạn gen đã bị phá hủy 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 phưong pháp xử lý an toàn nếu kết hợp thêm với loại lọc Than hoạt tính. IA2. Phương pháp lọc Các phương pháp lọc và tiệt trùng nước đơn lẽ đều có những phần không hoàn thiện, đặc biệt là độ an toàn của nước về mặt hóa lý, vi sinh không cao, nhất là việc quản lý nồng độ hóa chất tương đối phức tạp, khó có thể áp dụng được trong qui mô nhỏ (trừ trường hợp dùng lõi lọc bằng sợi hay sứ pha nitrate bạc), hoặc giá thành quá cao. Nhằm khắc phục những nhược điểm ấy, phương pháp thẩm thấu ngược (reverse osmosis) được sáng chế từ khi sợi thủy tinh nhân tạo (fiber) ra đời, ứng dụng nguyên lý vận động của nước, thẩm thấu từ vùng nước loãng (hay dung dịch loãng) sang vùng nước đậm đặc qua một màng thẩm thấu dưới một áp lực khá cao. Màng thẩm thấu này được đặt ở giữa vùng nước sạch (trong) và vùng nước nhiễm bẩn hay nước mặn; nước trong sẽ di chuyển sang vùng nước mặn (đậm đặc) cho đến khi cả hai bên cân bằng và chỉ có nước đi qua màng thẩm thấu; hóa chất, vi sinh trong nước được giữ lại từ 85-100%. Vận động qua lại của nước từ bẩn sang sạch bằng áp lực máy bơm được lặp đi lặp lại nhờ chênh lệch áp suất, tạo ra nguồn chảy ngược, vì nước sạch (pure water) di chuyển từ vùng đậm đặc (muối hay nhiễm bẩn) sang vùng nước loãng và sạch dần (tinh khiết dần dần) theo chu kỳ qua lại của thẩm thấu (xuôi và ngược). Nên lưu ý phương pháp thẩm thấu ngược không phải là phương pháp lọc bằng màng, tức không phải qua những khoảng hở giữa các phân tử của chất liệu làm màng như các loại sợi Cellulóe Acetate, Triacetate hay Polyamide Polymes. Với nguyên lý này, nước lọc từ hệ thống R O được xem là nước siêu lọc vì tất cả hóa chất, vi sinh đều bị ngăn chặn. IA3. Khử trùng bằng một số phương pháp khác Khử trùng nước bằng phương pháp siêu âm: Dùng 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 Phương pháp nhiệt: Đây là phương pháp cổ truyền đun sôi nước ở 100 0C có thể tiêu diệt được vi sinh vật tuy nhiên vẫn còn hạn chế 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 đung sôi nước đến 120 0C hoặc đun sôi theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút để cho nước nguội dưới 35 0C và giữ trong vòng 2 giờ tạo điều kiện 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 kém năng lượng nên thường chỉ áp dụng ở qui mô nhỏ. IB. Khử trùng bằng phương pháp hoá học Cơ sở của phương pháp hoá học là sử dụng các chất ô xi hoá mạnh để ô xi hoá men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng. Do đạt được hiêu suất cao nên ngày nay phương pháp này được ứng dụng rộng rãi ở mọi qui mô. IB1. Khử trùng bằng Chlor IB1.1 Hóa học của Chlor Khí Chlor được đưa vào nước sẽ thủy phân theo phương trình sau: Cl2 + H2O ↔ HOCl + H+ + Cl- Axid hypochlorous phân ly tron nước theo phản ứng sau: HOCL ↔ H+ + OCl- HOCL và OCL- Phụ thuộc vào PH của nước, Chlor dưới dạng HOCL và OCL- được gọi là Chlor tự do sẵn có. HOCl kết hợp với amonian và hợp chất nitơ hữu cơ để tạo thành Chloramin, được gọi là Chlor kết hợp sẵn có. IB1.2  Khả năng khử trùng của Chlor tự do Khả năng khử trùng của Chlor tự do có thể được tăng cường bằng cách cho thêm muối như: KCl, NaCl, hay CSCl. Sauk hi Chlor hóa, virus bất hoạt có hiệu quả hơn trong nước uống hơn là nước tinh khiết. Cơ chế tác dụng tăng cường của muối chua được hiểu rõ. Khả năng khử trùng của Chlor có thể được tăng cường khi có mặt kim loại nặng. Tốc độ bất hoạt của vi khuẩn ( thí dụ: Legionella pneumophila) và virus sinh bệnh (thí dụ: virus polio) được tăng cường khi Chlor tự do bị biến đổi bởi đồng và bạc sinh ra từ điịen phân (400 và 40µg). Hiện tượng này đã được chứng minh cho vi khuẩn chỉ thị trong hồ bơi. Dù vậy quá trình này không loại bỏ hoàn toàn virus đường ruột ( thí dụ: virus viêm gan A) ra khỏi nước. IB1.3 Cơ chế tác động của Chlor Chlor có thể gây ra hai tổn thương đối với tế bào vi khuẩn: Hủy hoại tính thấm của màng tế bào: Chlor tự do hủy hoại tính toàn vẹn của màng tế bào vi khuẩn, do đó danã đến mất tính thấm tế bào và hủy hoại những chức năng khác của tế bào. Tiếp xúc với Chlor dẫn đến rò rỉ protein, ARN, AND. Chết tế bào xảy ra do sự phóng thích TOC và các chất hấp thụ tia cực tím, giảm thấp thụ potassium, giảm tổng hợp AND và protein. Sự hủy hoại tính thấm cũng có thể được xem là tổn thương gây ra cho bào tử vi khuẩn do Chlor. Tổn thương axid nhân và emzyme: Chlor gây ra tổn thương acid nhân của vi khuẩn cũng như enzyme (thí dụ: catalase).Một trong những hậu quả của giảm hoạt tính của catalase là việc bị ức chế do tích lũy peroxide hydro. Đối với virus, phương thức tác động của Chlor có thể phụ thuộc vào loại virus. Tổn thương acid nhân là phương thức chủ yếu bất hoạt phage f2 hay vius polio type 1. Chlor tác động vào lớp bao protein của những loại virus khác (thí dụ: rotavius). IB2 Chloramine hóa Chloramine hóa là sự khử trùng nước bằng Chloramine thay vì Chlor tự do. Mặc dù chúng là chất khử trùng ít hiệu quả hơn Chlor tự do, chúng dường như có hiệu quả hơn trong việc khống chế vi sinh vật màng sinh học bởi vì chúng tương tác kém hơn đối với polysaccharide vỏ nang. Do đó, dùng Chlor tự do đã được gợi ý là chất khử trùng hàng đầu trong hệ thống xử lý nước vàchuyển phần dư thành mono Chloramin nếu muốn khống chế màng sinh học. IB2.1 Hóa học của Chloramine Trong dung dịch nước, HOCl phản ứng với ammonia và tạo thành Chloramine vô cơ theo phản ứng sau: Tạo thành monochloramine: NH3 + HOCl → NH2Cl +H2O Tạo thành dichoramine: NH2 +HOCl → NHCl2 +H2O Tạo thành trichloramine: NHCl2 + HOCl → NCl3 +H2O Tỷ lệ của 3 dạng chlorine phụ thuộcvào PH của nước. Monochlorine chiếm ưu thế ở PH › 8.5. Monochloramine và dichloramine cùng tồn tại ở PH giữa 4.5 và 8.5 và trichloramine tại thành PH ˂ 4.5.Trong nhà máy xử lý nước, việc tạo thành monochloramine là điều người ta mong muốn bởi vì dichloramine vàtrichloramin tạo thành vị khó chịu đối với nước. Tổng các phức hợp Chlorine,% Hình. Phân bố của các loại chloramines theo PH IB2.2 Tác động khử trùng của Chloramine vô cơ Vào năm 1940, Butterfied và cộng sự chứng minh rằng Chlor tự do bất hoạt vi khuẩn đường ruột nhanh hơn Chloramine vô cơ. Hơn nữa, tác động diệt khuẩn của Chloramine tăng cùng với nhiệt độ và nồng độ ion hydro. Những quan sát tương tự cũng xảy ra đối với virus đường ruột và nang protozoa rất đề kháng với Chloramine. Do đó, người ta khuyến khích rằng đối với nước uống, không nên chỉ khử trùng bằng Chlor, hay nói khác đi nên cân nhắc khử trùng bằng Chloramine khi nguồn nước có chất lượng tốt. IC. Khử trùng bằng Ozone Ozone được tạo thành bằng cách cho luồng không khí khho đi ngang qua những điện cực được tách rời bởi một khe không khí và chất điện môi và đưa vào dòng điện xoay chiều với điện thế thay đổi từ 8000 đến 20.000 Volt. Ozone cũng có thể được áp dụng ở những điểm khác nhau của nhà máy xử lý nước, tùy thuộc vào loại sử dụng. Hiệu quả để làm chất khử trùng của nó không bị ảnh hưởng bởi PH, và không tương tác với ammonia. IC1. Cơ chế tác dụng của Ozone Ozon là một chất khí có màu ánh tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với con người.Ở trong nước ozon phân hủy rất nhanh thành oxi nguyên tử và phân tử. Ozon có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nen khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rất nhiều lần. Trong môi trường nước ozone tạo ra những gốc tự do bất hoạt vi sinh vật. 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. IC2. Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khử trùng Một số những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng, hiệu quả khử trùng nước và nước thải có thể kể sau đây. IC2.1 Loại hoá chất khử trùng Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào loại hoá chất sử dụng. một số chất khử trùng (thí dụ: ozone, dioxide chlor) có tính oxy hoá mạnh hơn những loại khác (thí dụ: chlor). IC2.2 Loại vi sinh vật Những vi sinh vật gây bệnh có sức đề kháng thay đổi rất nhiều để chống lại chất khử trùng. Những vi khuẩn sinh bào tử nói chung có sức đề kháng với chất khử trùng tốt hơn những vi khuẩn sinh dưỡng. Sức đề kháng chất khử trùng có thể thay đổi rất khác nhau trong những vi khuẩn sinh dưỡng và trong những chủng cùng thuộc một loài. Thí dụ legionella pneumophylla có sức đề kháng chống chlor tốt hơn E. coli . Nói chung, sức đề kháng với khử trùng thay đổi theo thứ tự sau: vi khuẩn sinh dưỡng < vi khuẩn đường ruột < vi khuẩn sinh bào tử < nang protozoa. IC2.3 Nồng độ khử trùng và thời gian tiếp xúc Mức độ bất hoạt vi sinh vật gây bệnh với chất khử trùng tăng với thời gian và theo lý tưởng tăng theo động học bậc một. Sự bất hoạt theo thời gian là đường thẳng khi số liệu được vẽ trên giấy log-log. Trong đó: N0 = thời gian vi sinh vật ở thời điểm 0 Nt = vi sinh ở thời điểm t k = hằng số phân huỷ (thời gian -1) t = thời gian. Tác dụng khử trùng có thể được biểu thị bằng C.t, C là nồng độ khử trùng và t là thời gian cần thiết để bất hoạt một phần trăm nhất định của dân số dưới những điều kiện nhất định (pH và nhiệt độ). mối quan hệ giữa nồng độ chất khử trùng và thời gian tiếp xúc tuân theo luật Watson: K = Cn t Trong đó K = hằng số đối với một vi sinh nhất định tiếp xúc với một chất khử trùng dưới những điều kiện nhất định. C = nồng độ chất khử trùng(mg/L) t = thời gian cần thiết để diệt phần trăm nhất định của quần thể (phút) n = hằng số được gọi là hệ số pha loãng. Vi sinh vật Nồng độ Chlorine, mg/g Thời gian gây bất hoạt, phút Ct E. coli Poliovirus 1 Nang E. Histolytica Nang G. Lamblia Nang G. muris 0.1 1 5 1 2 2.5 2.5 0.4 1.7 18 5. 40 100 100 0.04 1.7 90 50 80 250 250 Bảng. bất hoạt vi sinh vật bởi chlorine, giá trị Ct (50C, pH) IC2.4 Tác động của pH Nói về phương diện khừ trùng bằng chlor, yếu tố pH kiểm soát lượng HOCl (acid hypochloruos) và OCl- (hypochlorite) trong dung dịch. Đối với khử trùng E. coli, HOCl hiệu quả hơn OCl- 80 lần. khi khừ trùng bằng chlor, Ct gia tăng với pH. ngược lại, sự bất hoạt vi khuẩn, virus, và nang protozoa bởi dioxide chlor nói chung có hiệu quả hơn ở pH cao hơn. Tác động của pH lên sự bất hoạt vi sinh vật của Chloramine không rõ do những kết quả tìm thấy trái ngược nhau. Tác dụng của pH lên sự bất hoạt vi khuẩn bởi ozone còn chưa được rõ. IC2.5 Nhiệt độ Hiệu quả bất hoạt vi sinh vật và ký sinh trùng gia tăng (đó là Ct giảm) khi nhiệt đô tăng. IC2.6 Cạnh tranh hoá học và vật lý dối với việc khử trùng Những hợp chất cạnh tranh với tác dụng khử trùng là những hợp chất chứa nitơ vô cơ và hữu cơ, sắt, mangan, và sulfur hydro. những hợp chất hữu cơ hoà tan cũng tác động lên nhu cầu clor và sự hiện diện của chúng làm giảm hiệu quả khử trùng. Độ đục trong nước được cấu thành từ những chất vô cơ (thí dụ: bùn, sét,và oxide sắt) và những chất hữu cơ cũng như những tế bào vi sinh. Nó được đo lường bằng cách xác định ánh sáng khuếch tán bởi những hạt hiện diện trong nước. nó cản trở việc phát hiện coliform trong nước và nó cũng có thể làm giảm hiệu quả khử trùng của chlor và những chất khử trùng khác. nước dùng để uống chỉ cho phép có 1 đơn vị độ đục nephelometric. độ đục cần được loại bỏ bởi vi sinh vật gắn kết với hạt có sức đề kháng với việc khủ trùng nhìêu hơn sinh vật lơ lững tự do. Carbon hữu cơ tổng số (TOC) liên quan đến độ đục tác động lên nhu cầu chlor và do đó cạnh tranh với việc duy trì chlor dư trong nước. vì sinh vật trong chất phân, cặn tế bào và chất rắn trong nước thải cũng được bảo vệ với chất khử trùng. những phát hiện này đặc biệt quan trọng đối với những cộng đồng dùng nước xử lý chủ yếu bằng chlor hoá. Hình 6.3 cho thấy tác động bảo vệ của những hạt trong nước và nước thải phụ thuộc vào bản chất và kích thước của hạt. do đó poliovirus có dính kết với tế bào được bảo vệ khỏi sự bất hoạt của chlor trong khi bentonite và aluminum phosphate không bảo vệ virus. Virus và những vi khuẩn chỉ thị không được bentonite bảo vệ khỏi ozone. một thí dụ về tác động bảo vệ của hạt trong nước thải đầu vào ban đầu cho thấy những phần có kích thước lớn hơn 7 mm chịu trách nhiệm làm nên tác dụng bảo vệ cho hạt. một nghiên cứu về virus dính kết với chất rắn dưới điều kiện thực địa cho thấy chúng có sức đề kháng cao hơn so với những virus tự do giảm độ đục xuống dưới 0.1 NTU có thể là biện pháp dự phòng để chống lại tác động bảo vệ của hạt trong khi khử trùng. Chương II. TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ KHỬ TRÙNG NƯỚC CẤP TẠIVIỆT NAM Trước đây, khử trùng nước bằng nhiệt, hợp chất của Clo; ngày nay, việc khử trùng nước đa dạng hơn với việc sử dụng ozone, tia cực tím, màng lọc, nano…Các thiết bị dùng nước trong nhà cũng luôn được cải tiến để phù hợp và thuận tiện cho người sử dụng. Ở nước ta hiện nay trong các trạm cấp nước quy mô thị trấn, thị xã, thành phố việc khử trùng nước được thực hiện bằng khí clo được nén vào trong những bình thép chịu áp lực cao và được đưa vào nước nhờ hệ thống van điều chỉnh lượng khí clo thoát ra. Cách này có ưu điểm tiết kiệm được diện tích sử dụng, thuận tiện trong việc vận hành nhưng đòi hỏi các biện pháp đảm bảo an toàn nghiêm ngặt vì clo là chất độc mạnh có khả năng hủy hoại nhanh kim loại và tiêu diệt sinh vật trong phạm vi lớn khi vì nguyên nhân nào đó clo thoát ra môi truờng trong lúc bảo quản, vận chuyển hoặc trong quá trình khử trùng nước. Ở các trạm cấp nước quy mô nhỏ từ cấp xã trở xuống, do các doanh nghiệp địa phương tự thiết kế và xây dựng, biện pháp khử trùng nước phổ biến nhất là dùng dung dịch được pha chế bằng cách trộn bột clorua vôi (hypochlorite canxi) vào nước theo tỷ lệ nhất định bằng phương pháp thủ công. Biện pháp này đơn giản và dễ thực hiện nhất nhưng xét về mặt chất lượng khử trùng lại không đảm bảo vì các loại bột clorua vôi mua trên thị trường có thể chứa nhiều tạp chất hóa học khác, việc pha chế bột clorua vôi vào nước bằng phương pháp thủ công không cho phép định lượng clo hoạt tính đã đưa vào nước với độ chính xác cần thiết. Mặt khác việc bảo quản clorua vôi là chất hút nước rất mạnh thường không được lưu ý đúng mức nên chất lượng của nó giảm nhanh theo thời gian và việc pha chế bằng các phương tiện thủ công rất độc hại cho công nhân vận hành trạm nước. Một số không lớn các trạm cấp nước có mua dung dịch hypochlorite natri (Nước javen) từ các nhà máy hoá chất để khử trùng nước. Cách này không gây nguy hiểm và độc hại cho môi trường xung quanh trạm nước nhưng có nhược điểm là chi phí vận chuyển hoá chất cao và dung dịch hypochlorite natri bán sẵn thường có hàm lượng cao (trên 10%) nên bị phân huỷ nhanh, không thể tích trữ lâu. Biện pháp điều chế hypochlorite natri từ nước muối tại trạm nước để dùng ngay tránh được những hạn chế của các biện pháp đã nêu ở trên và cũng đã được áp dụng ở nước ta từ những năm 80 của thế kỷ trước. Song do những hạn chế trước hết là về vật liệu để chế tạo các điện cực sử dụng để điện phân nước muối chưa có lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn tốt để có thể sử dụng được hàng nghìn giờ và cho chất lượng sản phẩm ổn định, cũng như do các chi tiết, vật liệu phụ khác để làm thiết bị điện phân chưa có chất lượng đạt yêu cầu nên biện pháp này không được phát triển rộng rãi và các thiết bị đã được sản xuất cũng nhanh chóng được thay thế bằng một trong các phương tiện đã nêu ở trên.Tuy nhiên trong vài năm gần đây nhờ những thành quả làm các bản điện cực chất lượng cao dùng trong điện phân của ngành chế tạo vật liệu và các kết quả nghiên cứu mới về chế tạo thiết bị điện phân nước muối thành dung dịch hypochlorite natri, biện pháp này lại được phát triển sử dụng rất rộng rãi trên thế giới. Nhiều hãng chế tạo thiết bị điện hoá ở Mỹ và các nước khác đã chào bán các thiết bị có công suất tính theo clo hoạt tính từ vài trăm gam đến hàng chục tấn trong một giờ với mức tiêu hao điện và muối rất nhỏ. Để sản xuất 1kg clo hoạt tính chỉ cần có 3-4kg muối và 4-5kw.h điện. Vì vậy chi phí sản xuất của biện pháp này thấp hơn các biện pháp khác. Do có các ưu điểm khác như độ an toàn trong sản xuất cao, tránh được việc phải chuyên trở và bảo quản các hóa chất độc hại… biện pháp này đang trở thành thích hợp nhất cho các trạm cấp nước có công suất đến hàng chục nghìn mét khối trong một giờ . Hiện nay ở nước ta ngoài một vài cơ sở kinh doanh các thiết bị sản xuất dung dịch hypochlorite natri từ muối bằng phương pháp điện phân dùng cho trạm cấp nước quy mô nhỏ nhập từ nước ngoài, thiết bị WATERCHLO do Trung tâm Phát triển công nghệ cao (Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam) chế tạo đã được nhiều trạm cấp nước sử dụng và đánh gía cao. Trung tâm PTCNC đã giải quyết một loạt các vấn đề kỹ thuật cơ bản nhất trong việc chế tạo các thiết bị loại này: độ bền của các điện cực được đảm bảo bằng vật liệu có tuổi thọ hoạt động ít nhất là 5 năm; các chỉ số kỹ thuật của thiết bị cho phép giảm đáng kể quá trình sinh ra oxy cạnh tranh với quá trình sinh clo trong buồng phản ứng điện hoá; cấu tạo đặc biệt của buồng điện hoá đã tăng sự hoà trộn của khí clo và xút tạo ra trên các bản điện cực dẫn đến hiệu suất tạo hypochlorite natri trở nên cao hơn nhiều lần…Những cải tiến về công nghệ đã nâng cao vượt bậc chất lượng của các thiết bị WATERCHLO thế hệ mới so với các thiết bị thế hệ cũ cũng do Trung tâm chế tạo từ năm 2000 đến 2004. Thiết bị WATERCHLO hiện nay được tự động hoá hoàn toàn từ sau khâu pha nước muối đến khâu cấp định lưọng dung dịch khử trùng vào nước sinh hoạt. Mọi hoạt động của máy được kiểm soát bằng các đồng hồ chỉ thị và được điều chỉnh bằng các núm, van điều khiển nên việc thao tác của công nhân trạm nước rất nhẹ nhàng. An toàn lao động trong vận hành thiết bị được đảm bảo tuyệt đối. Thậm chí trong trạm nước người ta không ngửi thấy mùi của khí clo.Toàn bộ chi phí để khử trùng một mét khối nước bằng thiết bị WATERCHLO kể cả khấu hao thiết bị và tiền công được xác định trong khoảng 20 đến 30 đồng do mức tiêu hao điện và muối của thiết bị này rất thấp: để sản xuất 1kg clo hoạt tính (ít nhất đủ để khử trùng 500 mét khối nước sinh hoạt) chỉ cần ít hơn 5kg muối ăn và 6kW.h điện. Mặt khác dung dịch sản phẩm của WATERCHLO có hàm lượng clo hoạt tính hoàn toàn tương đương với sản phẩm của các thiết bị nước ngoài và chất lượng của nó hầu như không đổi sau mười ngày được đựng trong bồn kín và tối. Trung tâm Phát triển công nghệ cao đã cung cấp và đưa vào sử dụng thành công nhiều thiết bị WATERCHLO có công suất từ 50 gam đến 1kg clo hoạt tính trong một giờ từ hơn một năm nay ở một số tỉnh miền Bắc và hiện nay đang nhận được nhiều đơn đặt hàng từ các địa phương, thậm chí từ Cà mau. Mục tiêu sắp tới của Trung tâm là chế tạo các thiết bị có công suất hàng trăm kilôgam clo hoạt tính trong một ngày. Chương III. TÌNH HÌNH KHỬ TRÙNG NƯỚC CẤP TRÊN THẾ GIỚI Các phương pháp phổ biến nhất để khử trùng nước sinh hoạt được áp dụng trên thế giới hiện nay là hòa trộn vào nước các chất oxy hóa như khí ôzôn, khí clo hay các hợp chất có chứa clo hoạt tính, hoặc chiếu tia cực tím vào nước. Phương pháp chiếu tia cực tím hầu như không làm thay đổi thành phần hóa học của nuớc, có ưu điểm là không tạo nên những chất có thể gây mùi hoặc có hại cho con người, là phương pháp “sạch” hơn cả song do có nhược điểm là yếu tố khử trùng chỉ có tác dụng tức thời tại điểm mà tia cực tím có thể đạt tới nên nước có thể bị tái nhiễm khuẩn trong quá trình được vận chuyển theo đường ống từ nhà máy nước đến các điểm dùng nước. Việc đưa ôzôn hay các chất có clo hoạt tính vào nước ngoài việc khử trùng nước còn có tác dụng oxy hóa các tạp chất vô cơ và hữu cơ trong nước, như vậy chúng sẽ làm tốt hơn chất lượng nước như giảm độ màu, giảm mùi hôi của các chất hoà tan trong nước thiên nhiên.. Phương pháp đưa ôzôn vào nước để khử trùng đòi hỏi phải có phương tiện để trộn ôzôn vào nước (như các bể hoặc tháp trộn có chiều cao nhất định). Do các bọt khí ôzôn không thể lưu lại trong nước trong quá trình nước được chuyển theo đường ống nên tại các nhà máy nước, sau khi đã dùng ôzôn để khử trùng nước, trước khi bơm nước vào mạng đường ống người ta vẫn phải trộn một lượng clo hoạt tính nhất định vào nước. Mặt khác do chi phí đầu tư mua và bảo dưỡng thiết bị sản xuất ôzôn cũng như chi phí điện để sản xuất ôzôn cao hơn nhiều so với chi phí dùng clo để khử trùng nước nên cho đến nay phương pháp khử trùng nước sinh hoạt bằng clo hoạt tính vẫn được dùng phổ biến, đặc biệt ở các nước mà giá nước sinh hoạt tương đối rẻ. Phương pháp này với thuật ngữ chuyên môn là clo hoá nước lần đầu tiên được nhà khoa học người Đức A. Traube sử dụng trong năm 1894 và đến khoảng năm 2010 đã được ứng dụng rộng rãi tại các nước Châu Âu và Mỹ. Hiện nay để clo hoá nước người ta dùng khí clo hay các chất có chứa clo hoạt tính như clorua vôi, các hypochlorite, các chất chloramine, đioxytclo… Trong mọi trường hợp liều lượng sử dụng các chất kể trên đều được tính qua lượng clo hoạt tính. Trên thực tế để clo hoá nước người ta thường dùng khí clo, clorua vôi, các hypochlorite, các chất chloramine. Tác dụng khử trùng của các hợp chất có clo hoạt tính chính là ở chỗ sau khi hoà tan vào nước chúng tạo thành axit hypochlorous (HOCl) và các ion hypochlorite (OCl-) là những chất khi tiếp xúc với màng tế bào của vi sinh sẽ làm cản trở quá trình trao đổi chất dẫn đến chúng bịchết. Axit hypochlorus có tác dụng diệt vi sinh mạnh và nhanh hơn ion hypochlorite. Tuy nhiên hai chất này lại có thể chuyển hóa lẫn nhau tùy thuộc vào giá trị pH của nước. ở gía trị pH bằng 7,5 lượng HOCl và OCl- tương đương; ở giá trị pH bằng 6,5 thì trong tổng khối lượng clo hoạt tính lượng HOCl- chiếm tới 90%; còn ở giá trị pH lớn hơn 9 thì các ion hypochlorite chiếm ưu thế tuyệt đối. Vì vậy quá trình khử trùng nước được thực hiện tốt hơn khi gía trị pH nhỏ. Hiện nay trên thế giới, việc khử trùng bằng ozon đang có xua hướng phát triển mạnh. WEDECO công nghệ ôzôn : We at ITT Water & Wastewater develop, plan and produce state-of-the-art WEDECO ozone systems for water treatment in municipal and industrial processes. Hiện tại ITT nước & nước thải phát triển, kế hoạch và sản xuất of-the-nghệ thuật ozone WEDECO hệ thống nhà nước để xử lý nước trong quá trình đô thị và công nghiệp. Patented EFFIZON® HP technology and many years of production experience is the foundation of our competence. Cấp bằng sáng chế EFFIZON ® HP công nghệ và nhiều năm kinh nghiệm sản xuất là nền tảng của thẩm quyền của chúng tôi. The philosophy behind the EFFIZON® HP technology is: The highest performance and uncompromising reliability with low total costs. Các triết lý đằng sau công nghệ EFFIZON ® HP là: hiệu suất cao nhất và độ tin cậy kiên quyết với tổng số chi phí thấp. Extreme conditions prevail inside an ozone generator - from both a chemical and electrical point of view. Extreme điều kiện ưu tiên áp dụng bên trong một máy phát điện ozone - một chất hóa học từ cả hai và điểm điện của xem. High electrical voltages create the highly reactive ozone from oxygen gas. Điện điện áp cao tạo ôzôn dễ phản ứng từ khí oxy. A well-though-out equipment concept and high-quality materials are required in order to create the highest operating safety and reliable performance for the customer. A cũng như các thiết bị mặc dù ra khái niệm và các vật liệu chất lượng cao được yêu cầu để tạo sự an toàn và hiệu suất hoạt động cao nhất đáng tin cậy cho khách hàng. WEDECO ozone systems fulfill these criteria while also providing economical operation. WEDECO hệ thống ozone thực hiện các tiêu chí này, trong khi cũng cung cấp các hoạt động kinh tế. EFFIZON® HP technology - the centerpiece of the WEDECO ozone generators EFFIZON ® HP công nghệ - trung tâm của các máy phát ozone WEDECO The EFFIZON® HP electrode makes reliability possible like no other system. Các EFFIZON ® HP điện cực có thể làm cho độ tin cậy như không có hệ thống khác. These patented electrodes create ozone according to the principle of silent electrical discharge from oxygen or air. Các điện cực bằng sáng chế tạo ra ozone theo nguyên tắc phóng điện im lặng từ oxy hoặc không khí. A high voltage is applied between an grounded high-grade steel tube and its corresponding electrode.  The electrode and the grounded tube are separated by a dielectric, which creates two discharge gaps for the gas flow: both on the outside of the dielectric. Một điện áp cao được áp dụng giữa một ống thép căn cứ cao cấp và điện cực tương ứng của nó. Các điện cực và ống các căn cứ được phân cách bởi một điện môi, mà tạo ra hai khoảng trống xả cho dòng khí: cả hai bên ngoài của điện môi. Some of the oxygen molecules in the feed gas break down in the electric field and immediately attach themselves to free oxygen molecules, forming ozone. Một số các phân tử ôxy trong khí nguồn cấp dữ liệu phá vỡ trong lĩnh vực điện và ngay lập tức gắn bó với các phân tử ôxy tự do, tạo thành ôzôn. Chương IV. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ KHỬ TRÙNG PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN CỦA NƯỚC TA IVA. Hiệu quả của các phương pháp khử trùng Hiệu quả của mỗi phương pháp có thể xem xét bảng sau đây: Phương pháp Hiệu quả (%) Lọc thô 0,5 Lọc tinh 10¸20 Bể lắng cát 10¸25 Bể lắng sơ hoặc thứ cấp cơ học 25¸75 Bể lắng sơ hoặc thứ cấp có thêm hóa chất trợ lắng 40¸80 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 90¸95 Bể bùn hoạt tính 90¸98 Chlorine hóa nước thải sau xử lý 98¸99 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 So sánh đặc điểm của một số hóa chất sử dụng cho quá trình khử trùng Đặc diểm Đặc điểm mong muốn đạt được Chlorine Sodium hypochloride Calcium hypochloride Chlorine dioxide Bromine chloride Ozone UV Độc tính đối với vi sinh vật Độc tính cao ở nồng độ cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Độ hòa tan Phải hòa tan trong nước hoặc mô Thấp Cao Cao Cao Thấp Cao N/A Độ bền Ít giảm tính diệt khuẩn theo thời gian Bền Hơi không ổn định Tương đối bền không bền sx khi cần Hơi không ổn định không bền sx khi cần sx khi cần Không độc đối với sv bậc cao Độc đối với vsv, không độc với người và động vật Rất độc với sv bậc cao Độc Độc Độc Độc Độc Độc Tính đồng nhất trong dung dịch - Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất N/A Tác dụng với cá chất khác Chỉ tác dụng với vi khuẩn không tác dụng với chất hữu cơ Oxy hóa chất hữu cơ Chất oxy hóa mạnh Chất oxy hóa mạnh Cao Oxy hóa chất hữu cơ Oxy hóa chất hữu cơ - Độc tính ở các nhiệt độ khác nhau Giữ được độ độc ở khoảng biến thiên của nhiệt độ môi trường Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Độ ăn mòn Không ăn mòn kim loại Ăn mòn mạnh Ăn mòn Ăn mòn Ăn mòn mạnh Ăn mòn Ăn mòn mạnh N/A Khả năng khử mùi Có khả năng khử mùi khi khử trùng Cao Trung bình Trung bình Cao Trung bình Cao - IVB. Ưu và nhược điểm của các phương pháp Phương pháp vật lý: Ưu điểm của đun sôi: Có sẵn, Rất thích hợp cho trường hợp khẩn cấp và tạm thời khử trùng. Vô cùng hiệu quả thuốc khử trùng có thể giết ngay cả u nang Giardia Nhược điểm: Đòi hỏi rất nhiều nhiệt. Cần nhiều thời gian để mang lại cho nước đun sôi và nguội trước khi sử dụng. Có thể cho nước "cũ" hương vị. Thông thường bị hạn chế năng lực. Không phải là một điều trị trong hệ thống trực tuyến. Yêu cầu lưu trữ của các nước riêng biệt đối xử Ưu điểm phương pháp lọc: Đơn giản để hoạt động, Không yêu cầu phải giữ cho thời gian điều trị Sự lựa chọn lớn của các sản phẩm thương mại,Adds no unpleasant taste and often improves taste and appearance of water Không có thêm hương vị khó chịu và thường xuyên cải thiện hương vị và sự xuất hiện của các nước Rationally combined with halogens for removal or destruction of all pathogenic waterborne microbes Hợp lý kết hợp với halogen để loại bỏ hoặc tiêu hủy tất cả các vi khuẩn gây bệnh đường nước Nhược điểm: Thêm số lượng lớn và trọng lượng để hành lý, Many are not reliable for removal of virNhiều người không đáng tin cậy để loại bỏ các vi rút Many are not reliable for removal Channeling of water or high pressure can force microorganisms through the filter Kênh nước hoặc áp lực cao có thể lực lượng vi sinh vật thông qua bộ lọc.Relatively expensive, compared to chemical treatment Tương đối đắt, so với điều trị hóa chất Đối với tia cực tím: Ưu điểm: không làm thay đổi thành phần hóa học của nước, có ưu điểm là không tạo nên những chất có thể gây mùi hoặc có hại cho con người, là phương pháp “sạch” hơn cả. Nhược điểm: Chi phí vận hành cao, độ vẫn đục của nước và chất nhờn bám đèn có thể ngăn cản tia cực tím tác dụng vào vi khuẩn, do đó hiệu quả khử trùng thấp. Đối với phương pháp nhiệt: phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn kém năng lượng nên thường chỉ được áp dụng ở qui mô nhỏ. Tóm lại: khử trùng bằng phương pháp vật lý có ưu điểm 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 qui mô nhỏ với các điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho phép. Phương pháp hóa học: Ozon: Ưu điểm của việc khử trùng bằng ozon: Lượng ozon cần thiết cho vào nước không lớn (0.75 ÷ 1 mg/l) đối với nước ngầm; 1.0 ÷ 3.0 mg/l đối với nước mặt).Thời gian tiếp xúc rất ngắn (5 phút); không gây mùi khó chịu cho nước kể cả khi trong nước có phenol. Nhược điểm của việc dùng ozon là hiệu suất của ozonato thấp (10÷15%).Nếu sản xuất 1 kg03, tiêu tốn 30÷40 kw/h điện. Ozon sau khi đã được điều chế được đưa vào nước bằng ezector hay nhờ hệ thống phân phối đặt ở đáy bể tiếp xúc. Ưu điểm phương pháp iodine: † Không yêu cầu điện lực. † Yêu cầu bảo dưỡng ít. † Cung cấp còn sót lại điều trị. † Dư dễ dàng để đo lường. Nhược điểm: † Y tế chưa xác định tác dụng của iốt. † Tập trung bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ nước. † Cho nước một màu rơm nhẹ ở mức cao. † Cho nước một hương vị iốt. † Không có hiệu quả như algicide một. Hiện nay ở Việt Nam đang sử phổ biến nhất phương pháp khử trùng bằng các chất oxi hóa mạnh,đặc biệt là sử dung Clo và các hợp chất của Clo. Ưu điểm khử trùng bằng clo: † Cung cấp thuốc khử trùng còn sót lại. † Dư dễ dàng để đo lường. † Clo có sẵn với chi phí hợp lý. † Yêu cầu điện yếu † Có thể xử lý khối lượng lớn nước. † Oxy hóa và chất khử trùng hiệu quả effectively eliminates unpleasant taste and odors† Có hiệu quả loại bỏ mùi vị khó chịu và mùi †featured with aftereffect Đặc trưng với phản ảnh prevents and controls growth of algae, biological slimes and microbesN† Ngừa và kiểm soát sự tăng trưởng của tảo, sinh học và vi khuẩn slimes †decomposes organic contaminants (phenols, etc.) Phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ (phenol, vv) oxidizes iron and magnesium † Oxi hóa sắt và magiê † decomposes hydrogen sulfide, cyanides, ammonium and other nitrogen compoundsPhân hủy hydrogen sulfide, cyanides, amoni và các hợp chất nitơ khác Nhược điểm: †Yêu cầu liên hệ với thời gian của 30 phút để khử trùng bằng clo đơn giản. † Độ đục (đục nước) có thể làm giảm hiệu quả của clo. † Một hương vị cho nước clo. † Không giết u nang Giardia ở mức độ thấp. † Cẩn thận lưu trữ và xử lý clo là bắt buộc. † Nghiêm ngặt các yêu cầu để vận chuyển và lưu trữ potential risk to health in case of leakage † Nguy cơ tiềm ẩn cho sức khoẻ trong trường hợp rò rỉ formation of disinfection by-products, such as trihalomethanes. †Hình thành của các sản phẩm khử trùng, chẳng hạn như trihalomethanes. Formation of bromates and brom-organic disinfection by-products at presence of bromides † Hình thành các bromates và khử trùng hữu cơ Brom các sản phẩm tại hiện diện của bromides Ưu điểm cloramin: † Thường được sử dụng như một chất khử trùng với hành động kéo dài persistent residual dai dẳng dư minimize unpleasant taste and odor † Giảm thiểu khó chịu và mùi vị reduces level of trihalomethanes and haloacetic acid formation † Làm giảm mức độ trihalomethanes và sự hình thành acid haloacetic prevents biofilms formation in distribution systems † Ngăn ngừa sự hình thành màng sinh học trong hệ thống phân phối Nhược điểm: † Cung cấp oxy hóa yếu hơn và clo khử trùng sau đó miễn phí is inefficient against viruses and cysts (Giardia, Cryptosporidium) † Không hiệu quả chống lại virus và u nang (Giardia, Cryptosporidium) requires increased doses and contact time for disinfection † Đòi hỏi phải tăng liều lượng và thời gian liên lạc để khử trùng presents danger to individuals on dialysis machines, since it can pass through membranes in dialysis machines and induce oxidant damage to erythrocytes † Sproduces disinfection by-products, including nitrogen-based compounds and chloral hydrateSSssản xuất các sản phẩm khử trùng, bao gồm cả dựa trên các hợp chất nitơ và hydrat một thứ thuốc mê.