Khử trùng nước thải bằng clo

Khử trùng nước thải bằng clo là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất với 3 loại hình thức clo là clo lỏng hoặc khí, clo viên, clo bột.

Clo phá hủy vi sinh vật bằng cách tiêu diệt các enzyme của tế bào khi dung dịch khử trùng chảy qua thành tế bào. Quá trình này thường đòi hỏi thời gian tiếp xúc từ 30 -60 phút với nồng độ phổ biển tùy thuộc vào lưu lượng và chất lượng nước thải. Nếu áp dụng đúng cách clo là khá hiệu quả trong việc tiêu diệt vi khuẩn mặc dù hiệu quả đối với virut, Giardia u nang và tế bào trứng Cryptosporidium  kém hơn chút.

Khi clo được thêm vào nước  nó được thủy phân thành axit hypochlorous HOCl và ion hypoclorit OCl^– còn được gọi là clo tự do. Clo tự do nhanh chóng phản ứng với amoniac trong nước thải để tạo thành clo kết hợp, chủ yếu là monochloramine.

Axit hypochlorous phân ly thêm để tạo thành các ion hydro và ion hypoclorit.

Các phản ứng diễn ra như sau:

Cl₂ + H₂O  ⇒  HOCl^– + H⁺ + Cl^–

HOCl   ⇒    H⁺ + OCl^–

PH của dung dịch ảnh hưởng đến loại sản phẩm clo thủy phân, PH hạ thấp  axit hypochlorous được hình thành, nó là chất khử trùng hiệu quả hơn so với ion hypoclorite, PH<7,4 có lợi cho hình thành axit hypochlorous.

Clo kết hợp với các hợp chất nito để tạo thành chloramine theo phản ứng hóa học dưới đây

Phản ứng hình thành monochloramine

NH₃⁺ + HOCl  ⇒  NH₂Cl + H₂O

Phản ứng hình thành dichloramine

NH₂Cl + HOCl   ⇒     NHCl₂ + H₂O

Phản ứng hình thành trichloramine

NHCl₂ + HOCl    ⇒     NCl₃ + H₂O

Cho đến khi các hợp chất nito phản ứng hoàn toàn với clo không còn clo tự do trong nước, gọi là điểm dừng clo hóa.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng nước thải bằng clo

• Một trong số các yếu tố ảnh hưởng đến khử trùng nước thải bằng clo là sự can thiệp của nhu cầu oxy BOD với clo.
• Clo có thể được sử dụng để oxy hóa các chất hữu cơ
• Chất rắn lơ lửng TSS có thể can thiệp vào quá trình khử trùng bằng clo bằng cách trở thành nơi ẩn nấp của các tác nhân gây bệnh. Clo phải liên hệ với các vi sinh vật gây bệnh để tiêu diệt các tế bào. Chất rắn lơ lửng có thể che chắn các tác nhân gây bệnh tiếp với các chất khử trùng
• Vật liệu humic có thể làm gia tăng nhu cầu clo vì chúng là hợp chất hữu cơ
• Nitrit cũng bị oxy hóa bởi clo làm phát sinh nhu cầu clo
• Ngoài ra clo còn phản ứng với sắt, mangan, hydrogen sulfide trong nước thải.
• Không chỉ những chất này làm phát sinh nhu cầu clo mà quá trình oxy hóa các hợp chất này có thể tạo thành kết tủa làm tắc nghẽn hoặc tạo ra màu sắc không mong muốn trong xử lý nước thải.

Ưu và nhược điểm của phương pháp khử trùng nước thải bằng clo

Ưu điểm

• Khử trùng nước thải bằng clo hiệu quả hơn so với các phương pháp khử trùng khác
• Lượng clo dư còn lại trong nước thải có thể kéo dài quá trình khử trùng ngăn ngừa vi sinh vật quay trở lại
• Khử trùng nước thải bằng clo hiệu quả đối với một phổ rộng các bệnh từ vi sinh vật gây bệnh
• Có hiệu quả oxy hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ nhất định
• Khử trùng nước thải bằng clo có thể kiểm soát liều linh hoạt
• Clo có thể loại bỏ một số mùi độc hại trong quá trình khử trùng

Nhược điểm

• Clo dư thậm chí ở nồng độ thấp là độc hại đối với đời sống thủy sinh và khi xử lý nước thải xả vào môi trường nước có thể yêu cầu khử clo
• Clo có tính ăn mòn cao và độc hại vì vậy việc lưu trữ, vận chuyển và xử lý đòi hỏi phải đảm bảo các quy định an toàn
• Clo oxy hóa một số loại chất hữu cơ trong nước thải có thể tạo ra một số hợp chất nguy hiểm như trihalomethanes THMs
• Mức độ tổng chất rắn hòa tan TDS sẽ tăng lên trong nước thải sau khi thực hiện khử trùng nước thải bằng clo
• Một số loài ký sinh có sức đề kháng với liều thấp clo bao gồm cả tế bào trứng của Cryptosporidiym parvum, u nang của Endamoeba histolytica và Giardia lamblia và trứng của giun ký sinh

Hóa chất khử trùng nước thải bằng clo

Viên clo

Viên clo là sản phẩm thường được sử dụng để khử trùng nước thải. Hệ thống khử trùng nước thải bằng viên clo thường có 4 thành phần: một hệ thống tiền xử lý, một cột lọc chứa viên clo, một thiết bị đặt viên clo tiếp xúc với nước thải và một hồ chứa lưu trữ, nơi nước thải được lưu trữ trước khi nó được phân phối.

Cột chứa viên clo

Trước khi được khử trùng bằng clo, nước thải được xử lý bởi một thiết bị xử lý thứ cấp thường là môtj đơn vị xử lý hiếu khí hoặc một bộ lọc. Di chuyển nước thải qua hệ thống đường ống để tiếp xúc với viên clo qua khe hở nằm ở dưới cùng của các cột chứa, khi các viên clo dưới bị tan các viên ở trên nó sẽ bị rơi bởi trọng lực để thay thế nó.

Số lượng các cột chứa viên clo và chiều cao của nước thải (lượng nước tiếp xúc với viên clo) xác định lượng clo và nồng độ clo dư trong nước thải. Một viên clo có thể tan nhanh hay chậm phụ thuộc vào lượng nước thải tiếp xúc với nó và độ dài thời gian tiếp xúc.

Với viên clo, thời gian tiếp xúc phải đủ để quá trình khử trùng xảy ra, thông thường thời gian tiếp xúc tối thiếu phải là 15 phút với tốc độ dòng chảy cao điểm

                                 Viên clo khử trùng nước thải

Clo lỏng

Clo lỏng có thể được áp dụng tương đối dễ dàng với các hệ thống xử lý nước thải nhỏ như clo lỏng với một thùng trộn dung dịch và bơm định lượng gắn liền với ống kết nối với các đường ống nước thải.

Clo lỏng thường có nồng độ từ 6 -8%, nếu nồng độ cụ thể của clo yêu cầu, tỷ lệ hợp chất clo trong dung dịch phải được tính toán

Clo khí

Thường được khử trùng với các hệ thống xử lý nước thải lớn. Clo khí rất độc hại và có tính ăn mòn nên khi sử dụng cần đặc biệt quan tâm đến tính an toàn.

Để xác định nồng độ clo vào dòng nước thải, chỉ đơn giản là chia trọng lượng (kg/phút) của clo bởi khối lượng dòng chảy (lít mỗi phút) và chuyển đổi từ kg mỗi gallon để mg mỗi lít.

Thời gian tiếp xúc và nồng độ hóa chất clo

Nước thải đi vào bể tiếp xúc nơi quá trình khử trùng hoàn thành. Bể tiếp xúc đảm bảo thời gian tiếp xúc cho giá trị nồng độ clo. Một số trường hợp có yêu cầu chiều dài cụ thể tỷ lệ chiều rộng cho bể tiếp xúc để ngăn chặn trường hợp thời gian tiếp xúc quá ngắn. Vách ngăn hoặc bể lọc uốn khúc có thể đáp ứng hiệu quả yêu cầu này. Buồng tiếp xúc nên được thiết kế có góc được làm tròn để ngăn chặn dòng chảy khu vực chết và được ngăn vách để giảm thiểu chập điện. Thiết kế này cho phép đủ thời gian tiếp xúc giữa các vi sinh vật và một nồng độ clo tối thiểu cho một thời gian nhất định. Thông thường thời gian tiếp xúc clo dựa trên tốc độ dòng chảy cao điểm.

Mức độ cần khử trùng có thể đạt được bằng cách thay đổi liều lượng và thời gian tiếp xúc với bất kỳ hệ thống khử trùng clo. Liều lượng clo sẽ khác nhau dựa trên nhu cầu clo, đặc điểm nước thải và yêu cầu xả. Liều lượng thường dao động từ 5 – 20 ppm.

Có một số yếu tố khác đảm bảo điều kiện tối ưu để khử trùng bao gồm nhiệt độ, độ kiềm và hàm lượng nito. Tất cả các thông số thiết kế quan trọng nên được thử nghiệm trước khi vận hành đầy đủ quy mô của một hệ thống khử trùng nước thải bằng clo

Bảng dưới đây cho thấy đặc điểm nước thải ảnh hưởng đến hiệu suất khử trùng bằng clo

Khử clo sau khi khử trùng nước thải bằng clo

Sau khi khử trùng, clo dư có thể tồn tại trong nước thải trong nhiều giờ. Vì  vậy để xả nước thải ra môi trường cần phải khử clo.

Khử clo là quá trình loại bỏ clo dư và clo kết hợp để làm giảm độc tính còn sót lại sau khi khử trùng bằng clo và trước khi thải. Sunfur dioxide, bisulfit natri và sodium metabisulfite là hóa chất thường được sử dụng để khử clo. Than hoạt tính cũng có thể được sử dụng. Clo có thể được giảm đến mức độ không phải là độc hại đối với hệ thống thủy sinh

Các bài viết tham khảo

• Các phương pháp khử trùng nước thải