Lý thuyết khử trùng bằng Clo

KHƯ TRÙNG NƯỚC BẰNG CLO
1. Bản chất của quá trình khử trùng bằng clo
Cl là một chất oxi hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào nguyên chất hay hợp chất, khi tác dụng với nước tạo ra nhiều phân tử axit hypoclorit HOCl có tac dung khử trùng rất mạnh. Quá trình diệt vi khuẩn xảy ra qua 2 giai đoạn. Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua lớp vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với lớp men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn dến sự diệt vong của tế bào.
Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ nước tăng đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chầt khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng bi chm65 đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ , cặn lơ lững và các chất khử khác.
2. Các phản ứng hóa học xảy ra khi cho Clo vào nước(Clo hóa nước)
Phản ứng đặc trưng của quá trình là sự thủy phân của Clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric
Cl2 + H2O HOCl + HCl
Hoặc ở dạn phương trình phân ly:
Cl2 + H2O 2H+ + OCl- + Cl-
Khi sử dụng Clorua vôi làm cấht khử trùng thì
Ca(OCl)2 + H2O CaO + 2HOCl
2HOCl 2H+ + 2OCl-
Khả năng diệt trùng của Clo phụ thuộc vào sự tồn tại của HOCl. Mà sự phân ly của HOCl lại phụ thuộc vào nồng độ ion H+ có trong nước, phụ thuộc vào pH của nước. Kết quả thực nghiệm cho thấy quá trình thủy phân của Clo xảy ra hoàn toàn khi pH>4.
Khi pH tăng, nồng độ HOCl giảm là cho hiệu quả khử trùng giảm đi tương ứng. Sự tương quan này thể hiện rõ ở biểu đồ hình 1(them vo sau) biểu thị số lượng vi trùng bị diệt sau một khoảng thời gian nhất định khi tiến hành thí nghiệm với một liều lương Clo và các giá trị pH khác nhau của nước. Sự đồng dạng của 2 đường cong 1 và 2 cho thấy HOCl là chất khử trùng chính trong các thành phần của Clo trong nước. Để tiến hành khử trùng nước bằng Clo đạt hiệu quả cao nhất nên tiến hành khi nước có độ pH thấp, trước khi xử lý ổn định nước.
Xét về mặt hiệu quả theo thời gian (hinh2 them vo sau) cho thấy để diệt được 99% số Ecoli có trong nước bằng liều lượng 0,1 mg/l Clo tự do, thời gian cần thiết đã tăng từ 6 phút (pH=6) lên 180 phút khi pH=11.
Khi trong nước có ammoniac, các muối amoni hay các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm amoni, thì Clo, axit hypoclorit, ion hypoclorit tham gia vào phản ứng với chúng tạo thành monocloramin va` dicloramin
HOCl +NH3 NH2Cl + H2O
HOCl + NH2Cl NHCl2 + H2O
HOCl + NHCL2 NCl3 + H2O
Để kết hợp 1mg clo tự do thành monocloramin cần 0,2 mg ammoniac. Tỷ lệ giữa monocloramin và dicloramin khi cho clo vào nước chứa ammoniac biểu hiện trên hình 3. Trị số pH càng cao thì lượng clo kết hợp thành dicloramin càng ít và nồng độ monocloramin trong nước càng cao, đồng thời khả năng diệt trùng càng giảm đi. Hình 4 cho thấy, tương ứng voi sự tăng của nồng độmonocloramin thì tỷ lệ vi trùng bị diệt giam đi. Khả năng diệt trùng của monocloramin thấp hơn của dicloramin khoảng 3 đến 5 lần. So với clo thì khả năng diệt trùng của dicloramin lại thấp hơn tù 20 đến 25 lần. Clo đã kết hợp thành cloramin gọi là clo kết hợp, tổng hàm lượng của clo tự do , Cl2, HOCl OCl- và Clo kết hợp giọ là clo hoạt tính.
Để đảm bảo cho quá trình khử trùng đạt được hoàn toàn , sau khi khử trùng cần giữ lại một lượng clo dư thích hợp. Với các hệ thống cấp nước sinh hoạt, lượng clo dư cần thiết để chống sự nhiễm bẩn trở lại của nước trong mạng lưới đường ống phân phối hoặc nơi tiêu thụ, thường lấy từ 0,2 – 0,3 mg/l tính theo clo tự do. Do khả năng diệt trùng khác nhau của clo tự do và clo kết hợp, lượng clo dư cần thiết cũng khác nhau. Liều lượng clo dư cho vào nước được xác định trực tiếp bằng thực nghiệm
(hinh`)
Với biểu đồ hình () từ lượng clo dư có thể tìm được lượng clo cần thiếtcho vào nước. Ví dụ lượng clo dư là 0,3 mg/l thì lượng clo cần thiết là 0,75mg/l. Trong trường hợp nước có chứa ammoniac hoặc muối amoni, biểu đồ hấp thụ clocó dạng hình( ) . Ban đầu clo phản ứng với các muối amoni thành cloramin, khi tỷ số phân tử CL2/ NH4+ <1,1 tạo ra đồng thời monocloramin và dicloramin, tỷ số nồng độ các cloramin phụ thuộc vào độ pH của nước . Như vậy lượng clo dư ban đầu đều ở dạng cloramin- đoạn đường cong trước điểm A trên hinh 8.8. Tiếp tục choc lo vào nước sẽ làm cho tỷ số phân tử Cl2/NH4+ tăng lên lớn hơn 1,1. Khi đó bắt đầu xảy ra quá trình oxi hóa mono và dicloramin bằng axit hypoclorit theo các phản ứng sau:
NH2Cl + NHCl2 + HOCL = NO2 +NH4Cl
NHCl2 + HOCl = NCl3 + H2O
NHCL 2 + H2O = NH(OH)Cl + HCl
NHCL2 + 2HOCL = NHO3 + 3HCL
Hàm lượng clo dư kết hợp có trong nước bắt đầu giảm theo mức độ cho them clo vào nước. Khi tỷ số phân tử Cl2/NH4 có trong nước tăng lên đến 2( 10mg Cl trên 1mgN ở dạng NH4+ ), thì toàn bộ cloramin đều bị oxy hóa và hàm lượng clo dư giảm xuống dần đến điểm 0 (điểm B trên biểu đồ hình 8.8 ). Tiếp tục tăng lượng clo vào nước sẽ làm cho lượng clo dư tăng dần lên( đoạn sau điểm B ở biểu đồ hình 8.. Ở đây toàn bộ lượng clo dư là clo tự do có độ hoạt tính diệt trùng cao. Như vậy khi khử trùng nước có chúa ammoniac và muối amoni, muốn đạt được hiệu quả cao nhất, cần sử dụng một luọng clo lớn để có được lượng clo dư cần thiết là clo tự do(liều lượng cao hơn điểm sụt B hình 8. , phương pháp này còn gọi là clo hóa tới điểm cực trị. Nếu liều lượng clo cần dùng quá lớn do hàm lượng muối amoni trong nước cao, thì có thể chọn liều lượng clo cho vào như hình 8.6 . Nghĩa là sử dụng lượng clo vừa đủ để đảm bảo sau 60 phút tiếp xúc còn được lượng clo dư hoạt tính ở dạng các cloramin.
Clo hóa với liều lượng cao.
Để khử trùng nước bị nhiểm bẩn nặng, đặc biệt khi nước có chứa vi trùng có sức đề kháng cao đối với các chất oxi hóa, và trong trường hợp cần khử màu, mùi vị của nước, có thể sử dụng clo với liều lượng cao đến 10mg/l hoặc hơn . Lượng clo lớn vùa đảm bảo khả năng khử trùng và vừa oxi hóa các chất gây mùi vị. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp lượng clo dư còn lại trong nước khá lớn cho nên cần phải khử bớt clo dư để hạ xuống đến chuẩn từ 0,3- 0,5 mg/l, tránh ảnh hưởng đến người tiêu dung.
Clo hóa nước kèm theo ammoniac hóa
Khi nước có chứa phenol nếu choc lo vào sẽ tạo ra clophenol có mùi và vị rất khó chịu. Để khắc phục, cần tiến hành ammoniac hóa trước( đưa ammoniac vào nước trước khi cho clo vào). Lượng ammoniac hay muối amoni đưa vào nước lấy từ 0,5 – 1 g tính theo ion NH4+ cho 1g Cl. Choc lo vào nước sau ammoniac, chúng sẽ kết hợp vào tạo ra cloramin, clo sẽ không có khả năng kết hợp với phenol để tạo ra clophenol. Nếu pH của nước thấp phản ứng tao cloramin xảy ra chậm. Nên tiến hnàh ammoniac hóa khi pH>7 để tạo điều kiện cho phản ứng, ngăn ngừa phản ứng phụ thành clophenol. Trong nhiều trường hợp sau khi khử trùng, nước vẫn còn phải lưu lại một thời gian dài trong bể chứa hoặc trong đường ống dẫn(>1,5h) rồi mới đến được nơi sử dụng, để kéo dài thời gian diệt trùng của clo, có thể thêm ammoniac vào nước sau khi đã choc lo vào. Phản ứng tạo cloramin và cloramin lại tiếp tục thủy phân thànhcác ion NH4+ và OCL- theo trình tự sau:
HOCl + NH3 = NH2Cl + H2O
NH2Cl + H2O = NH4+ + OCl-
Ion OCl- là chất oxy hóa mạnh. Quá trình phân ly của cloramin diễn ra tương đối chậm, ví thế tác dụng khử trùng trong thời gian đầu sẽ thấp hơn so với clo nhưng thời gian khử trùng sẽ khéo dài hơn. Tỷ lệ giữa liều lượng clo và ammoniac được chọn lựa bằng thực nghiệm tùy theo chat lượng nước nguồn : thường thì lượng ammoniac lấy bằng 10- 25% lượng clo. Thời gian tiếp xúc tính từ thời điểm khuấy trộn clo và ammoniac với nước đến thời điểm sử dụng không ít hơn 1h. So với clo tự do, thời gian cần thiết lớn hơn gấp 2 lần.:9: .


(moitruongxanh)

Mình rất cần lượng thực tế : Nếu có 1 m3 nước thì tỉ lệ châm clor là bao nhiêu? Email : doan08@gmail.com
Cám ơn nhiều

Mình xin trích dẫn TCXDVN 33-2006
"Khi không có các số liệu điều tra công nghệ, để tính toán sơ bộ thiết bị Clo cần lấy liều lượng Clo để khử trùng nước như sau: đối với nước mặt 2-3 mg/l tính theo Clo hoạt tính, đối với nước ngầm 0,7-1 mg/l.

Nồng độ Clo tự do còn lại trong nước sau thời gian tiếp xúc từ 40 phút đến 1 giờ tại bể chứa nước sạch không được nhỏ hơn 0,3 mg/l và không lớn hơn 0,5 mg/l hoặc nồng độ Clo liên kết không nhỏ hơn 0,8 mg/l và không lớn hơn 1,2 mg/l."

Mình đặt ra câu hỏi này mọi người cùng đóng góp ý kiến nhé. Trong quá trình vận chuyển nước từ nhà máy tới nơi tiêu thụ mình thấy có một lượng tổn thất clo trên đường ống và trong bể chứa. Vậy thì tổn thất đấy mình có thể tính toán thế nào nhỉ, ví dụ là clo bay hơi ngoài không khí thì tính theo công thức nào, tổn thất trong đường ống thì ra sao. Khi thiết kế một trạm xử lý thì tính toán clo thế nào