Phương pháp xử lý nước nhiễm Ecoli

E.coli (viết tắt của Escherichia coli) là một thành viên của nhóm vi khuẩn coliform, một phần của họ Enterobacteriaceae và được mô tả là một loại vi khuẩn hình que kỵ khí, Gram âm, không sinh bào tử. Ecoli được tìm thấy tự nhiên trong ruột người và động vật máu nóng. Trong phân người, E.coli hiện diện với nồng độ 107 -109 tế bào / gam. Số lượng E.coli trong phân của động vật nuôi có thể thay đổi đáng kể nhưng thường nằm trong khoảng từ 104 -109 tế bào /gam.  Mặc dù E.coli là một phần của hệ vi khuẩn đường ruột tự nhiêm nhưng một số chủng vi khuẩn này có thể gây bệnh đường tiêu hóa và có thể dẫn đến các biến chứng sức khỏe nghiêm trọng hơn (ví dụ viêm đại tràng xuất huyết, hôi chứng ure huyết tán).

Sự tồn tại của E.coli trong môi trường phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, sự hiện diện và các loại vi sinh khác, sự sẵn có của các loại chất dinh dưỡng và loại nguồn nước (nước ngầm, nước bề mặt, nước phân phối đã qua xử lý).

Như vậy sự hiện diện của E.coli trong nước là dấu hiệu cho thấy nguồn nước đã bị ô nhiễm phân và cần phải được xử lý bằng các phương pháp xử lý nước nhiễm E.coli phù hợp.

Các bước cần làm ngay khi phát hiện nước nhiễm E.coli

Đối với nguồn nước giếng

Cần tiến hành đánh giá tình trạng của giếng, đầu giếng, máy bơm, đường ống dẫn nước và khu vực xung quanh. Nếu có bất kỳ lỗi nào bất thường cần phải được sửa chữa. Nếu không có lỗi gì cần thực hiện các bước sau:

• Sốc hệ thống giếng và hệ thống ống nước bằng clo
• Xả kỹ hệ thống và kiểm tra lại để xác nhận không có E.coli. Nếu nước vẫn bị ô nhiễm sau khi khử trùng bằng clo cần tiến hành điều tra thêm về các yếu tố có thể gây ô nhiễm. Nếu không thể xác định được nguyên nhân gây ô nhiễm hoặc sửa chữa được cần xem xét thiết bị khử trùng thích hợp hoặc thay thế giếng khác.

Đối với nước đã sử dụng hệ thống khử trùng bằng clo

1. Kiểm tra đo lường hàm lượng chất khử trùng clo dư còn lại trong hệ thống
2. Tăng liều lượng chất khử trùng, súc rửa toàn bộ hệ thống và làm sạch các bể chứa nước đã qua xử lý và các bể chứa nước sinh hoạt.
3. Đối với các hệ thống mà công nghệ khử trùng không để lại dư lượng chất khử trùng chẳng hạn như tia cực tím, có thể cần phải khử trùng bằng clo cho hệ thống ống nước và giếng.
4. Đảm bảo hệ thống châm clo còn hoạt động tốt và được bảo trì theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

Các phương pháp xử lý nước nhiễm E.coli

Khử trùng là phương pháp xử lý nước nhiễm E.coli phổ biến. Trong đó khử trùng sơ cấp là cần thiết bằng cách tiêu diệt hoặc bất hoạt các động vật nguyên sinh, vi khuẩn và virut có hại, trong khi khử trùng thứ cấp để đưa và duy trì lượng tồn dư hóa chất khử trùng trong hệ thống phân phối.Phần hóa chất khử trùng dư trong hệ thống phân phối giúp kiểm soát sự tái sinh của vi khuẩn và cung cấp một dấu hiệu về tính toàn vẹn của hệ thống

Khử trùng sơ cấp thường được áp dụng sau các quá trình xử lý để loại bỏ các hạt và chất hữu cơ. Quá trình này giúp đảm bảo khử hiệu quả các mầm bệnh và giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ khử trùng.

Các biện pháp khử trùng thường được sử dụng trong xử lý nước nhiễm E.coli là:

• Cloramin
• Ozon
• Clodioxit
• UV

Cloramin là chất khử trùng ít phản ứng hơn so với clo khí, có hiệu quả khử trùng thấp hơn và thường bị hạn chế trong khử trùng thứ cấp.

Ozone và clo dioxit là những chất khử trùng chính hiệu quả chống lại vi khuẩn, virut và động vật nguyên sinh. Ozone phân hủy nhanh chóng sau khi được sử dụng do đó không thể được sử dụng để khử trùng thức cấp. Clo dioxit cũng không được khuyến khích để khử trùng thứ cấp xử lý nước nhiễm E.coli vì chúng phân hủy tương đối nhanh.

Thông qua một quá trình vật lý, tia UV cung cấp khả năng bất hoạt hiệu quả đối với vi khuẩn, động vật nguyên sinh và hầu hết các virut đường ruột, ngoại trừ adenovirus, loại virut này đòi hỏi liều lượng cao để bất hoạt. Tương tự như ozone và chlorin dioxit, tia UV có hiệu quả cao để khử trùng sơ cấp nhưng cần phải thêm chất khử trùng bổ sung (thường là clo hoặc cloramin) để khử trùng thứ cấp.

Xử lý nước nhiễm E.coli bằng hóa chất clo

Clo làm bất hoạt vi khuẩn E.coli bằng cách làm hỏng màng tế bào của nó. Khi màng tế bào bị suy yếu, clo có thể xâm nhập vào tế bào và làm gián đoạn hoạt động hô hấp và hoạt động của DNA (2 quá trình cần thiết cho sự sống sót của tế bào)

Clo có thể thêm vào bất cứ thời điểm nào trong quá trình xử lý nước. Ở giai đoạn tiền xử lý, clo thường được thêm trực tiếp vào nước thô hoặc thêm vào máy trộn.

Clo được thêm vào nước thô để loại bỏ tảo và các vi sinh vật trong đó có E.coli.

Clo cũng có thể được thêm vào ngay trước công đoạn lắng và lọc. Điều này sẽ giúp kiểm soát sự phát triển sinh học, loại bỏ sắt và mangan, loại bỏ mùi vị và mùi, kiểm soát sự phát triển của tảo và loại bỏ màu khỏi nước.

Clo cũng có thể được thêm vào như bước cuối cùng của quá trình xử lý nước. Mục đích chính của việc bổ sung clo này là khử trùng nước và duy trì lượng clod ư vẫn còn trong nước khi nó đi qua hệ thống phân phối.

Việc clo hóa trước lọc là tiết kiệm hơn vì cần phải có giá trị CT thấp hơn (C: Nồng độ, T: thời gian tiếp xúc). Thời điểm lắng lọc rất nhiều sinh vật không mong muốn trong đó có vi khuẩn E.coli đã được loại bỏ và kết quả là cần ít clo và thời gian tiếp xúc ngắn hơn để đạt được hiệu quả tương tự.

Mục đích chính của việc thêm clo vào nước là để khử trùng nước tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh trong đó có vi khuẩn E.coli nhưng nó cũng có nhiều lợi ích khác. Không giống như một số phương pháp khử trùng khác như ozon và tia UV, clo có thể cung cấp dư lượng để làm giảm khả năng mầm bệnh tái sinh trong bể chứa nước hoặc trong hệ thống phân phối nước. Đối với các hệ thống phân phối có khoảng cách khá xa so với các bể chứa và trong giai đoạn cuối nơi nước không được sử dụng các mầm bệnh có thể phát triển trở lại nếu không thể duy trì lượng clo phù hợp.

Các hóa chất clo có thể sử dụng là: Clo bột – Clo viên

Xử lý nước nhiễm E.coli bằng tia cực tím UV

Xử lý nước nhiễm E.coli bằng tia cực tím UV mang lại nhiều ưu điểm hơn so với các hình thức xử lý nước khác đối với các chất gây ô nhiễm vi sinh như E.coli. Quan trọng nhất nó không đưa bất kỳ chất hóa học nào vào nước, không tạo ra các sản phẩm sinh học và không làm thay đổi mùi vị, độ PH và các đặc tính khác của nước qua đó đảm bảo nước sau xử lý là an toàn và không gây hại cho hệ thống đường ống dẫn nước.

Tia cực tím là gì?

Tia cực tím hoặc tia UV có bước sóng dài hơn tia X nhưng ngắn hơn bước sóng của ánh sáng nhìn thấy và là một dạng bức xạ điện từ. Tia cực tím do Mặt trời của chúng ta phát ra, tuy nhiên hầu hết các bước sóng tầm trung và cao hơn đều bị khí ôzôn trong khí quyển của chúng ta chặn lại. Phạm vi thấp hơn giáp với dải cuối màu tím của ánh sáng nhìn thấy có nhiều hiệu ứng nhìn thấy hơn có thể được nhìn thấy trong các thiết bị được sản xuất sử dụng tia UV, chẳng hạn như giường tắm nắng hoặc đèn đen.

Khử trùng bằng tia cực tím hoạt động như thế nào?

Tia cực tím được chia thành nhiều phạm vi khác nhau: (gần phạm vi ánh sáng nhìn thấy) UV-A, UV-B, UV-C, Chân không-UV (gần phạm vi tia X). Phạm vi UV-B là nguyên nhân gây ra cháy nắng cho con người. Đèn khử trùng nước UV sử dụng dải UV-C (tia cực tím diệt khuẩn) vì khả năng diệt khuẩn của nó. Hầu như tất cả đầu ra của đèn UV đều tập trung ở vùng 254nm để tận dụng hết các đặc tính diệt khuẩn của bước sóng này. Trong phạm vi này, ánh sáng sẽ phá vỡ các liên kết phân tử trong DNA của vi rút và vi khuẩn, khiến chúng không thể sinh sản và tiêu diệt chúng một cách hiệu quả.

Tia cực tím UV được tạo ra từ đèn được bao bọc trong lớp bảo vệ trong suốt (ống thạch anh). Đèn được gắn sao cho nước đi qua buồng chảy tiếp xúc với tia UVC. Khi các vi khuẩn có hại như E.coli tiếp xúc với tia UV, axit nucleic của chúng sẽ hấp thụ năng lượng UV, sau đó sẽ xáo trộn cấu trúc DNA của sinh vật.

Tia cực tím có khả năng loại bỏ những gì

Không có vi sinh vật nào được biết là có khả năng chống lại tia cực tím, không giống như quá trình khử trùng bằng clo, UV được biết là có hiệu quả cao trong việc chống lại vi khuẩn, virut, tảo, nấm mốc, nấm men cũng như các bệnh gây ra noãn bào như cryptosporidium và giardia. Vi khuẩn và virut là nguyên nhân của hầu hết các bệnh lây truyền qua đường nước. Trong số các virut đường tuột, virut viêm gan và virut Legionella preumonia đã được chứng minh là có thể tồn tại trong thời gian đáng kể khi có clo nhưng dễ dàng bị loại bỏ bằng cách xử lý bằng tia cực tím từ đèn khử trùng nước UV. Đối với hầu hết các vi sinh vật, hiệu quả loại bỏ của tia UV đối với các chất gây ô nhiễm vi sinh như vi khuẩn và virut thường vượt quá 99,99%, đặc biệt những vi khuẩn vi rút sau hiệu quả loại bỏ lớn hơn 99,99% như vi khuẩn E.coli, Salmonella (sốt thương hàn), salmonella enteritidi (viêm dạ dày ruột), dịch tả, bệnh lao, virut cúm, virut bại liệt và virut viêm gan A.

Để đảm bảo hiệu suất loại bỏ vi khuẩn E.coli  tối ưu, bóng đèn UV cần thay thế hàng năm. Vì hiệu suất của đèn UV cũng như bất kỳ nguồn sáng nào khác sẽ giảm dần theo thời gian. Ống thạch anh cần được làm sạch thường xuyên để đảm bảo tia UV tiếp xúc nhiều nhất có thể với nước.

Xem chi tiết tại: Xử lý nước nhiễm E.coli bằng đèn UV diệt khuẩn

Đèn UV có năng tiêu diệt vi khuẩn Ecoli với hiệu suất cực cao

Xử lý nước nhiễm E.coli bằng ozone

Ozone có công thức phân tử O₃, trọng lượng phân tử 45g/mol và mật độ dưới dạng khí là 2,154g/lít ở 0⁰C và 1 atm. Nó hòa tan trong nước khoảng 13 lần so với oxy. Ozone là một chất oxy hóa mạnh phản ứng nhanh chóng với hầu hết các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Các cơ chế khử trùng bằng ozone bao gồm:

• Quá trình oxi hóa phá hủy trực tiếp thành tế bào
• Gây thiệt hại với các thành phần của nucleic axit (purin và pyrimidin)
• Phá vỡ các liên kết cacbon nito dẫn đến khử olymerization.
• Các nghiên cứu khoa học đã cho thấy 99% vi khuẩn E.coli  bị bất hoạt trong 21 giây với 0,0125 mg/l ozone dư, trong 62 giây với 0,0023 mg/lít ozone dư.

Ưu nhược điểm của phương pháp xử lý nước nhiễm E.coli bằng ozone

Ưu điểm:

• Ozone hiệu quả hơn clo trong tiêu diệt virut và vi khuẩn
• Quá trình ozone hóa cần thời gian tiếp xúc ngắn từ khoảng 10 – 30 phút
• Không có dư lượng có hại sau quá trình ozone hóa vì ozone phân hủy nhanh chóng
• Ozone được tạo ra tại chỗ do đó ít vấn đề về an toàn hơn liên quan đến vận chuyển và xử lý.
• Ozone hóa làm tăng oxy hòa tan (DO).

Nhược điểm:

• Liều lượng thấp có thể không kích hoạt hiệu quả một số virut, bào tử và u nang
• Ozone hóa là một công nghệ phức tạp hơn khử trùng bằng clo hay xử lý nước nhiễm E.coli bằng tia cực tím
• Ozone rất dễ phản ứng và ăn mòn, do đó cần vật liệu chống ăn mòn như inox
• Không kinh tế đối với nước thải với hàm lượng chất rắn lơ lửng SS cao, nhu cầu oxy sinh hóa BOD, nhu cầu oxy hóa học hoặc tổng lượng cacbon hữu cơ
• Ozone cực kỳ khó chịu và có thể độc hại, do đó khí thải từ công tắc tơ phải được tiêu hủy để ngăn chặn sự phơi nhiễm của công nhân.

Các bài viết khác:

• Vi khuẩn Ecoli trong nước gây ra những bệnh nguy hiểm nào
• Ecoli là gì – Nước nhiễm Ecoli có nguy hiểm không