Các nguyên lý lọc và khử trùng nước - Nước thiên nhiên: Phần 2

Cuốn sách "Nước thiên nhiên-Các nguyên lý lọc và khử trùng nước: Phần 2 cung cấp cho người đọc những kiến thức như: các phương pháp khử trùng nước truyền thống; ozon và ứng dụng; oxy hoá khử, chất oxy hoá, chất khử; công nghệ xử lý nước thải và vi sinh vật. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các nguyên lý lọc và khử trùng nước - Nước thiên nhiên: Phần 2 Chương 7 CÁ C PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC TRUYỀN THỐNG (Clor và tia cực tím UV) Các nguồn nước trong thiên nhiên đều bị nhiễm bẩn bởi các chất vô cơ và hữu cơ, vì vậy con người đã từ lâu biết lọc nước và khử màu, khử mùi và khử khuẩn trong nước. Trong chương này, khái niệm “khử trùng” được dùng tương đương với tiệt trùng, tiệt khuẩn. Hơn thế nừa, thuật ngữ vi khuẩn, vi trùng được hiểu rộng như các vi sinh vật (microorganims) gồm những sinh vật đom bào (single - celled) có kích thước nhỏ, không quan sát được bằng mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi. Nó bao gồm cả virus, vi khuẩn (vi trùng - becterium), archaea, vi nấm, vi tảo, động vật nguyên sinh...). Clor (chlorine, Cl) là chất diệt khuẩn truyền thống, được tổng hợp và nghiên cứu trong giai đoạn 1630-1774. Từ đó clor là chất đầu tiên được dùng rộng rãi để diệt trùng nước. Clor là chất khí có mùi khó chịu, thuộc nhóm halogen. Clor là chất oxy hóa mạnh với thế oxy hóa/khừ bàng 1,37 V, sau 0 3 (2,07 V), trên 0 2 (1,23 V). Các chất vô cơ, hữu cơ, đơn chất hay hợp chất khi tiếp xúc với các chất oxy hóa đều xảy ra quá trình trao đổi điện tử (quá trình oxy hóa). Các 140 I Chưong 7 . CÁC PHƯƠNG PHÁP.. chât oxy hóa nhận điện tử từ các hợp chất hóa học mà nó tiếp xúc, khi đó trạng thái oxy hóa thay đổi và tạo thành các hợp chất hóa học mới. Đôi với các tế bào sống, các chất oxy hóa tác động với các enzym, các protein kể các các NDA làm tê liệt sự sống. Đối với các chất bảo vệ thực vật, các hóa chất độc hại thì quá trình oxy hóa tạo thành các hợp chất mới. thường đơn giãn hơn và vì vậy làm thay đổi các tính chất của chúng, thường là giảm hoặc loại bò tính độc hại. Nói chung có thể tóm tất như sau: Quá trình oxy hóa làm thay đổi, phân hủy cấu trúc phân tò của các chất vô cơ và hữu cơ (enzym, NDA, protein...), tạo ra các hợp chất mới với các tính chất mới. Chất oxy hóa mạnh làm quá trình phân hủy mạnh hơn nhanh hơn và triệt để hơn. Các chất oxy hỏa mạnh, thường dùng trong công nghệ xử lý nước và tiệt trùng gồm: • Clor (chất khí, CI2 ), sodium (natrium, natri), potasium (hay kalium, kali), calsium (canxi) hypoclorid (NaOCl, KOC1, CaOCl), cloramin (NH 2 CI). bột bleach (chất tẩy, một dạng cùa clor). Dung dịch các chất này có tên là nước javel; • XútNaOH; • Oxy già H2 O 2 (hydrogen peroxit, thế oxy hóa: 1.78 V); • Nước điện phân (anolyte, electrolyzed oxidizing w ater...); • Ozon (khí, O3); • Con (alcohols, ethanol); • Iodine (I, dung dịch methanol); • Phenolis; • Bạc (silver dihvdrogen citrate), họp kim đồng. Hiệu quà của quá trình tiệt khuẩn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: • Chất oxy hóa (chất diệt khuẩn - disinfectant): ozon. clor, oxy già. cloramin...; I 141 NƯỚC THIÊN NHIÊN, CÁC NGUYÊN LÝ LỌC VÀ KHỬ TRỪNG NƯỚC • Độ p-H của nước: kiềm hay axit; • Thành phần nước: các chất hòa tan, các hạt (vô cơ, hữu cơ), độ đục...; • Chủng loại vi sinh vật: vi khuẩn, virus, vi sinh vật, nấm, mốc, kén.. • Chủng loại các chất vô cơ, hữu cơ cần loại bỏ: Fe, M n... ammonia, chất bảo vệ thực v ật... 7.1. KHỬ TRÙNG BANG CLOR 7.1.1. Clor Sử dụng chất clor (Cl) để khử khuẩn nước (chlorination) là một kỹ thuật khử khuẩn đã được áp dụng từ lâu (1854, J. Snow). Có thể sử dụng khí clor CI2 , hoặc các loại hợp chất của clor (gọi là chloforms) như natri (sodium) hypoclorid NaOCl hoặc canxi hypocloriđ Ca(OCl) 2 (trong tiếng Anh, các chất khử trùng này có tên thường là “bột bleach” (bột tẩy). Người ta cũng dùng vôi được clo hóa (chlorinated lime) CaO.3 CaOCl2.3 H2O để khử khuẩn. Các hóa chất này gặp nước tạo ra axit hypocloric HOC1 có tác dụng diệt khuẩn. Khí clor và các bột bleach tan trong nước xảy ra phản ứng: C l2 + H20 HOC1 + H* + c r NaOCl + H20 < ~ ỳ Na+ + o c r Ca(OCl) 2 + H20 Ca2+ + OC1 2' Trong các phản ứng này, các anion o c r gặp cation H+ tạo thành axit hypocloric HOC1. Acit này phân ly tạo ra các anion o c r có khả năng diệt khuẩn. Quá trình phân ly HOC1 H+ + o c r phụ thuộc mạnh vào độ pH của nước. Độ pH thấp (3 - 6 ) khả năng phân ly của axit thấp, anion OC1 ít, khả năng khử khuẩn hạn chế. Tăng pH ~ 8 , hiệu quả diệt khuẩn rất 142 I Chương 7 . CÁC PHƯƠNG PHÁP.. cao. Dung dịch NaOCl hay KOC1 còn có tên là nước Javel (Eau de Javel. Javell Water. Javel là một thị trấn ở Pháp, sần Paris), một chất diệt khuẩn và chất tẩy có tiếna lâu nay. Nòng dộ clor 0,1 - 0.5 ppm ưona 30 phút đủ diệt khuân, đê diệt trứng giun sán cần thời 2 Ìan tiếp xúc lâu hơn. Clor cũns làm kểt tủa Fe và Mn. 7.1.2. Cloramin Clor còn tạo ra cloramin. một chất diệt khuẩn được sử dụno rộns rãi. Khi clor tự do gặp các chất hữu cơ phàn hủy như ammonia, ammonium, chúng thực hiện phản ửna tạo thành cloramin: CI2 + NH 3 (ammonia) -ỳ NH 2 CI (Cloramin) + c r + CỈ2 + N Rị (ammonium) NH;C1 (Cloramin) + c r + H~ Sau đó Clor tiếp tục phản ứns để tạo thành nitơ tự do: 2NH 2 C1 + Cl; -> N 2 + 4C1 + 4H+ 2 NH 3 + 3C1 2 ^ N 2 + 6C1* + 6 H* Như vậv clor \òra có tác dụns nhừ khuân trong nước \ìra có tác dụns loại các ammonia trons nước, biến chúns thành nitơ tự do (quá trình biên nitơ hữu cơ thành N 2 sọi là quá trinh khoáns hóa chất hữu cơ). Vì thê người ta hav dùna thuật nsừ 'xử lv' nước hao aồm cá quá trinh diệt khuân, loại bỏ các chất hữu cơ tan ưons nước hay quá trình kết nia một s ô io n k i m l o ạ i t r o n s n ư ớ c . T u y n h iê n , ơ o n a n h i ề u t r ư ờ n s h ợ p c á c k h á i n iệ m đ ó lò n g 2 h é p . đ a n x e n n h a u v à đ ư ợ c h i è u c h i t iẽ t t ù y t h e o n g ừ c ả n h c ụ th è . 7.1.3. Tính nồng độ clor trong xử1lý nước Clor là chảt độc. vì vậy khi sử đựns phải tinh sò lượns đủ đè diệt k ...