Đề tài Các phương pháp xử lý nước

ocmaldehyt 0.9 mg/l Chlorit 0.2 mg/l 2,4,6 triclorophenol 0.2 mg/l Chlorofoc 0.2 mg/l Bromofoc 0.1 mg/l Acid trichloroacetic 0.1 mg/l Dibromoacetonitril 0.1 mg/l Dibromchlorometan 0.1 mg/l Dichloroacetonitril 0.09 mg/l Cyano chloride 0.07 mg/l Bromodichlorometan 0.06 mg/l Acid dichloroacetic 0.05 mg/l Bromat 0.025 mg/l Chloral hydrat(trichloroacetaldehyt) 0.01 mg/l Monocloramin 0.003 mg/l Chlo dư 0.0003 - 0.0005 mg/l Trichloroacetonitril 0.001 mg/l Hóa chất bảo vệ thực vật: Nước trong trộn thực phẩm Tên chỉ tiêu Giới hạn tối đa Dichloprop 0.1 mg/l Pyridate 0.1 mg/l 2,4 DB 0.09 mg/l Clorotoluron 0.03 mg/l Bentazone 0.03 mg/l 1,3-Dichlopropan 0.03 mg/l Pendimetalin 0.02 mg/l Methoxychlor 0.02 mg/l Alachlor 0.02 mg/l Permethrin 0.02 mg/l Propanil 0.02 mg/l Simazine 0.02 mg/l Trifuralin 0.02 mg/l Aldicarb 0.01 mg/l Methachlor 0.01 mg/l Mecoprop 0.01 mg/l Penthachhlorophenol 0.009 mg/l Feneprop 0.009 mg/l 2,4,5-T 0.009 mg/l Isoproturon 0.009 mg/l Feneprop 0.009 mg/l Molinate 0.006 mg/l Carbofuran 0.005 mg/l Lindane 0.002 mg/l MCPA 0.002 mg/l Atrazine 0.002 mg/l DDT 0.002 mg/l 1,2-Dichlopropan 0.001 mg/l Aldrin / Dieldrin 0.00003 mg/l Heptachlo va heptachlo epxit 0.00003 mg/l Clodane 0.0002 mg/l Hexachlorobenzen 0.0001 mg/l 3. Chỉ tiêu vi sinh: a. Vi trùng Vi trùng trong nước gây bệnh: lỵ, thương hàn, dịch tả, bại liệt… Việc xác định sự có mặt của vi trùng gây bệnh thường rất khó. Người ta dựa vào sự tồn tại của E.Coli để xác định, do nó khả năng tồn tại cao hơn các loài vi khuẩn khác b. Các loại rong tảo Rong tảo phát triển trong nước làm nhiễm bẩn nguồn nước, làm nước có màu xanh Đối với nước sinh hoạt, nước chế biến thực phẩm thông thường các nước trong cộng đồng châu Âu quy định 66 chỉ tiêu xếp vào 6 nhóm: Cảm quan (4 chỉ tiêu) Hóa lý (15 chỉ tiêu) Chỉ tiêu cần phải được khống chế về nồng độ (24 chỉ tiêu) Độc tố (13 chỉ tiêu) Vi sinh (6 chỉ tiêu) Chỉ tiêu cần phải có: pH, oxy hoà tan (4 chỉ tiêu) Bảng chỉ tiêu đối với nước của các nước EU, Mỹ, WHO, Việt Nam Thông số Đơn vị VN EU USA WHO Màu Độ đục pH Độ dẫn Cl SO4 Ca Mg Na K Al Cặn khô Nitrat Nitrit Amoni Nitơ seldahl Độ oxy hóa (KMnO4) H2S Phenol Bor Fe Mn Cu Zn P F Ba Ag As Be Cd CN Cr Hg Ni Pb Sb Se Va mg/lPt/Co NTU - ms/cm 200C mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg NO3/l mg NO2/l mg NH4/l mg N/l mg O2/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg P2O5/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l _ 1.5 6.5-8.5 _ 300 250 75 50 _ _ 0.2 1000 5 0.1 3.0 _ 2 _ _ _ 0.3 0.1 0.1 5.0 2500 _ _ _ _ _ _ _ _ 10 10 100 _ _ _ 20 4 6.5-8.5 400 250 250 100 50 150 12 0.2 1500 50 0.1 0.5 1 5 _ 0.5 1000 0.2 0.05 0.01 0.01 5000 1.5 0.1 10 50 _ 5 50 50 1 50 50 10 10 _ 15 2 6.5-8.5 _ 250 250 _ _ _ _ _ _ 45 3.3 _ _ _ _ _ _ 0.3 0.05 1 5 _ 2 2 0 50 4 5 200 100 2 100 15 6 50 _ 15 5 _ _ 250 250 _ _ 200 _ 0.2 1000 50 3 1.5 _ _ 0.05 _ 300 0.3 0.5 2 3 _ 1.5 0.7 _ 100 _ 3 70 50 1 20 100 5 10 _ Tiêu chuẩn nước dùng trong công nghiệp thực phẩm Chỉ tiêu vật lý Tiêu chuẩn Mùi vị không Độ trong (ống Dienert) 100ml Màu sắc(thang màu Coban) 5o Chỉ tiêu hóa học pH 6-7,8 Độ cặn cố định (đốt ở 600oC) 75-150mg/l Độ cứng toàn phần (độ Đức) <15o Độ cứng vĩnh viễn 7o CaO 50-100mg/l MgO 50mg/l Fe2O3 0,3mg/l MnO 0,2mg/l BO43- 1,2-2,5mg/l SO42- 0,5mg/l NH4+ 0,1-0,3mg/l NO2- không có NO3- không có Pb 0,1mg/l As 0,05mg/l Cu 2,00mg/l Zn 5,00mg/l F 0,3-0,5mg/l Chỉ tiêu vi sinh vật Tổng số vi sinh vật hiếu khí < 100con/ml Chỉ số Coli < 20con Chuẩn số Coli(1) > 50 Vi sinh vật gây bệnh không có (1)chỉ số Coli: Số con vi khuẩn coli trong một lít nước, chuẩn số coli: lượng ml nước có 1 vi khuẩn coli Yêu cầu chất lượng nước cho quá trình làm nguội Các chỉ tiêu Làm nguội một lần Làm nguội nhiều lần pH 7,2 đến 9,5 7,2 đến 9,5 Axit cacbonic xam thực, mg/l < 20 < 3 Độ cứng tạm thời, dH 8 đến 15 8 đến 15 Độ cứng toàn phần, dH < 50 < 80 Tổng hàm lượng muối, mg/l < 3000 < 1000 Hợp chất clorua, mg/l < 1000 < 1000 Sắt, mg/l < 1,0 < 1,0 Mangan, mg/l < 0,15 < 0,15 Chất lơ lửng, mg/l < 5 < 5 Yêu cầu chất lượng nước cấp nồi hơi Các chỉ tiêu Áp suất nồi hơi, at 13 16 52 112 158 Độ cứng toàn phần, dH < 0,1 0,1 < 0,05 < 0,01 < 0,01 Axit cacbonic, mg/l < 10 < 10 < 5 < 5 Oxy hòa tan, mg/l < 50 < 50 < 50 < 20 < 20 Dầu mỡ, mg/l < 3 < 3 < 3 < 1 < 1 Độ oxy hóa, KmnO4 mg/l Càng thấp càng tốt Sắt, mg/l < 30 SiO2, mg/l < 240 < 180 < 72 < 2 < 0,4 Phần II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC Stt Tên phương pháp Mục đích xử lý Phương pháp vật lý 1 Lắng Tách một số tạp chất không tan có kích thước khá lớn. 2 Lọc Tách các tạp chất có kích thước khác nhau tùy theo đường kính mao quản của màng lọc. 3 Phân riêng bằng membrane Vi lọc. Siêu lọc. Lọc nano. Thẩm thấu ngược. Tách tế bào vi sinh vật. Tách các hợp chất keo, đại phân tử, virus. Làm mềm nước, tách một số muối hòa tan. Tách các ion. 4 Điện thẩm tích Tách các chất tích điện. 5 Nhiệt Giảm độ cứng tạm thời, bài khí, ức chế hoặc tiêu diệt một số loài vi sinh vật 6 Xử lý chân không Bài khí, khử mùi. 7 Xử lý bằng tia UV Ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật. Phương pháp hóa học 8 Phản ứng trao đổi Làm mềm nước 9 Phản ứng oxy hóa Tách sắt 10 Xử lý bằng acid, kiềm hoặc các hợp chất hóa học khác Chỉnh pH 11 Xử lý bằng các chất ức chế vi sinh vật Ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật. Phương pháp hóa lý 12 Kết lắng Tách một số tạp chất lơ lửng dạng keo 13 Trao đổi ion Làm mềm nước, tách các ion. 14 Hấp phụ Tách một số tạp chất màu, mùi,… 1. Phương pháp lắng Khi nước chứa một số tạp chất không tan thì có thể được xem như một hệ huyền phù. Chúng ta có thể tách các cấu tử thuộc pha rắn ra khỏi pha lỏng (pha liên tục) bằng phương pháp lắng. Lắng là một phương pháp phân riêng dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng của các cấu tử trong hệ huyền phù. Động lực của quá trình ly tâm có thể là trọng lực, lực ly tâm hay lực tĩnh điện. Các thiết bị lắng được sử dụng trong xử lý nước hiện nay chủ yếu gồm hai loại: hoạt động gián đoạn và hoạt động liên tục. Thiết bị lắng gián đoạn Thiết bị lắng gián đoạn hoạt động theo chu kỳ. Đầu tiên, người ta bơm nước cần xử lý vào thiết bị. Sau đó, chờ một khoảng thời gian để các cấu tử không tan có khối lượng riêng lớn hơn nước lắng xuống đáy thiết bị. Cuối cùng, người ta tiến hành tháo nước sạch ở phần trên của thiết bị rồi mở cửa đáy để tách bỏ phần cặn lắng. Nước sạch ra Cặn Nước cần xử lý vào Một dạng của thiết bị lắng gián đoạn Thiết bị lắng liên tục Trong thiết bị lắng liên tục, huyền phù (nước và các tạp chất không tan) sẽ được bơm liên tục vào thiết bị, đồng thời phần nước trong (pha lỏng cùa huyền phù) cũng sẽ được liên tục tháo ra khỏi thiết bị. Việc tháo bỏ các cấu tử rắn được thực hiệnđịnh kỳ hoặc liên tục. Tùy thuộc vào cấu hình của thiết bị lắng mà người ta có thể bơm huyền phù vào thiết bị theo phương nằm ngang, phương thẳng đứng hoặc các phương khác. 2. Phương pháp lọc Để tách các cấu tử không tan ra khỏi nước, ngoài phương pháp lắng, chúng ta có thể sử dụng phương pháp lọc. Khi cho một huyền phù đi qua một màng lọc, các cấu tử rắn không tan sẽ bị giữ lại, pha liện tục sẽ chui qua màng lọc và tạo nên dịch lọc. Có hai phương pháp lọc, đó là lọc bề mặt và lọc bề sâu. Trong phương pháp lọc bề mặt, các cấu tử rắn có kích thước lớn hơn đường kính mao quản của màng lọc sẽ bị giữ lại trên màng và tạo nên lớp bã lọc. Chiếu cao của lớp bã lọc sẽ tăng dần theo thời gian và làm cho trở lực của lớp bã lọc tăng theo. Ngược lại, trong phương pháp lọc bề sâu, các cấu tử không tan của huyền phù có kích thước nhỏ hơn đường kính mao quản của màng lọc. Chúng sẽ khuếch tán vào bên trong các mao quản của màng lọc, bị giữ lại bên trong màng và “bã lọc” được hình thành trong các mao quản. Tùy theo chất lượng nguồn nước đầu vào mà ta có thể sử dụng phương pháp lọc bề mặt hay bề sâu. Màng lọc Bã lọc Huyền phù Huyền phù Bã lọc Màng lọc Lọc bề mặt Lọc bề sâu Động lực của quá trình lọc là sự chênh lệch áp suất giữa hai bên màng lọc. Để quá trình lọc có thể diễn ra ta cần có: ∆P = P1- P2 > 0. Theo lý thuyết, để ∆P > 0, ta có 3 giải pháp sau: Sử dụng áp suất thủy tĩnh ( áp suất của cột chất lỏng phía trên màng lọc ngang): giải pháp này giúp tiết kiệm chi phí vận hành nhưng thời gian lọc kéo dài. Sử dụng bơm để đưa huyền phù qua màng lọc, kho đó: P1 > P2 = 1 atm. Tạo áp lực chân không từ phía bên dưới màng lọc, khi đó: P1 = 1 atm > P2 Trong thực tế, hai giải pháp đầu được sử dụng phổ biến để xử lý nguồn nước ngầm trong ngành công nghiệp thực phẩm. 3. Phương pháp phân riêng bằng mambrane. Phân riêng bằng membrane là một phương pháp triển vọng, nhiều nhà máy thực phẩm đã sử dụng membrane để xử lý nước công nghiệp trước khi đưa vào sản xuất. Do membrane có kích thước rất nhỏ nên dễ bị tắc nghe4nm trong quá trình xử lý, để khắc phục hiện tượng này, nguồn nước tại nhà máy cần phải được xử lý sơ bộ bằng các phương pháp khác để tách bớt các tạp chất thô trước khi đưa qua xử lý bằng membrane. a. Vi lọc (Microfiltration) Mục đích chủ yếu của phương pháp này là tách các tế bào vi sinh vật. Đường kính mao quản của membrane vi lọc dao động trong khoảng từ 0,1µm đến 5,0µm. Với kích thước này, membrane vi lọc có thể giữ lại các tế bào vi khuẩn, nấm men, nấm mốc trên bề mặt membrane, ngoại trừ các virus là có thể chui qua được membrane vi lọc. Trong số các phương pháp khử trùng nước hiện nay, phương pháp sử dụng chlorine được xem là ức chế vi sinh vật hiệu quả và ít tốn kém chi phí. Tuy nhiên, các loài vi sinh vật bền với chlorine như Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum,… sẽ không bị ảnh huo73ngtrong quá trình xử lý bằng chlorine. Riêng phương pháp vi lọc sẽ khắc phục được những tồn tại trên. Nếu chúng ta so sánh với các phương pháp xử lý vi sinh khác thì phương pháp vi lọc sẽ tạo ra nguồn nước đạt chất lượng vi sinh rất tốt đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Ngoài chức năng tách vi sinh vật, phương pháp vi lọc có thể loại bớt một số tạp chất hữu cơ và làm giảm độ đục của nước. Nước qua vi lọc sẽ có hàm lượng tổng carbon hữu cơ và carbon hữu cơ hòa tan giảm đi. Bảng: Kết quả xứ lý nước bằng phương pháp vi lọc (Morris và cộng sự, 1993) Chỉ tiêu Đơn vị đo Trước khi qua vi lọc Sau khi qua vi lọc pH 6,80 ÷ 7,41 6,60 ÷ 7,40 Độ kiềm mg/l 2,1÷ 4,5 2,1 ÷ 4,4 Độ đục NTU 0,5 ÷ 12,0 < 2,0 Tổng carbon hữu cơ mg/l 1,3 ÷ 5,4 0,8 ÷ 4,4 Carbon hữu cơ hòa tan mg/l 0,9 ÷ 3,9 0,8 ÷ 3,5 Coliform tổng cfu/ml 10 ÷ 100 < 1 Phương pháp này ảnh hưởng tốt đến một số chỉ tiêu hóa lý của nước Để hạn chế hiện tượng tắc nghẽn mao quản membrane trong quá trình sử dụng, người ta dùng khí nén ( áp suất 90 ÷ 100 psi) để thổi ngược định kỳ, kết hợp với quá trình rửa ngược nhằm tách bỏ các cấu tử bám trên bề mặt membrane. Ngoài ra, sau 4 ÷ 6 tuần sử dụng, người ta dùng hóa chất để vệ sinh membrane, đồng thời để ức chế vi sinh vật bám trên membrane. b. Siêu lọc (Ultrafiltration) Phương pháp siêu lọc sử dụng các membrane với kích thước mao quản xấp xỉ 0,01µm hoặc thấp hơn. Do đó, các vi sinh vật có kích thước nhỏ nhất như virus cũng bị loại bỏ. Phương pháp này có thể tách một số đại phân tử ra khỏi nước, đáng chú ý là pyrogen – là hợp chất tiêm vào máu người sẽ gây sốt. Hầu hết các pyrogen là lipopolysaccharide có nguồn gốc từ tế bào vi khuẩn, chúng không bị biến đổi torng quá trình xử lý nhiệt. c. Lọc nano (Nanofiltration) Phương pháp lọc nano có thể loại bỏ được các muối hòa tan ra khỏi nước, do đó sẽ làm giảm độ cứng của nguồn nước cần xử lý. Theo Cardew và cộng sự (1998) thì hàm lượng muối trong dòng permeate sẽ giảm đi 50 ÷ 70% so với nguyên liệu, riêng hàm lượng muối hóa trị II có thể giảm tới 95%. Ngoài chức năng làm mềm ước, phương pháp lọc nano cũng làm giảm hàm lượng tổng carbon hữu cơ, độ kiềm và độ màu của nước (Cardew, 1998). Hầu hết các nhà máy xử lý nước sử dụng thiết bị lọc nano với cấu hình dạng sợi rỗng, kích thước mao quản có thể dao động từ 200 ÷ 300Da đến 400 ÷ 600Da. d. Thẩm thấu ngược Phương pháp thẩm thấu ngược chỉ cho dung môi (nước đi) đi qua membrane và tạo nên dòng permeate, toàn bộ các cấu tử tan và không tan sẽ bị giữ lại trên bề mặt membrane và tạo nên dòng retentate. Nếu hiệu quả phân riêng trong phương pháp thẩm thấu ngược là tuyệt đối thì sản phẩm thu được ở dòng permeate là nước không bị lẫn bất kì tạp chất hóa học nào khác (nước tinh khiết). 4. Phương pháp điện thẩm tích (Electrodialysis) Phương pháp điện thẩm tích dùng để tách các hợp chất tích điện ra khỏi nước. Trong phương pháp này, người ta thường sử dụng một cặp membrane – thường là memebrane siêu lọc. Thiết bị điện thẩm tích có dạng hình hộp chữ nhật và được chia thành 3 khoang nhờ hai membrane siêu lọc dạng tấm. Nước cần xử lý sẽ được bơm vào khoang giữa, còn nước sạch sẽ được bơm vào hai khoang biên. Người ta sẽ thiết lập một hệ thống catod và anod ở hai khoang biên. Nhờ đó, trong quá trình hoạt động, các anion bị lẫn trong nước cần xử lý sẽ di chuyển qua membrane siêu lọc A về anod, ngược lại, các cation sẽ di chuyển qua membrane B để về catod. Kết quản là tại cửa ra của khoang giũa chúng ta sẽ thu được phần ước đã được tách bớt các cation và anion. Theo Kalunhans và cộng sự (1992) th2i độ kiềm của nước sau khi xử lý sẽ giảm đi 2 ÷ 3 lần so với ban đầu; tương tự, độ cứng của nước giảm 2,5 ÷ 3 lần và giá trị pH giảm xuống từ 0,5 đến 1,5 đơn vị. Phương pháp điện thẩm tích chỉ cho phép loại bớt một phần các hợp chất tích điện ra khỏi nước. Hiệu sất tách không thể đạt giá trị tuyệt đối 100%. 5. Phương pháp nhiệt a. Giảm độ cứng tạm thời và bài khí Nước có độ cứng tạm thời:do Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 qui định. Khi đun nóng lên, tạo ra carbonat không tan và khí carbondioxide và nước.Như vậy độ cứng tạm thời của nước sẽ mất Đối với bicarbonate calcium Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2 Quá trình đun nóng xảy ra ở nhiệt độ 60oC Muối carbonate calcium không hòa tan được trong nước lạnh nên kết tủa này ta có thể tách bỏ nhờ quá trình lắng hoặc lọc Phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn nếu khí carbon dioxide được tách liên tịc ra khỏi nước nên ta cần tiến hành song song phương pháp khuấy trộn và thổi không khí vào trong nước để quá trình tách khí cacbonic đạt hiệu quả cao nhất Đối với muối bicarbonate magnesium Mg(HCO3)2 = MgCO3 + H2O + CO2 Phản ứng xảy ra chậm và không hoàn toàn ----> Phương pháp nhiệt thích hợp áp dụng khi nguồn nước cần xử lý có hàm lượng muối bicarbonate calcium cao và hàm lượng muối bicarbonatc magnesium thấp vì khi đó thời gian xử lý nhiệt sẽ không kéo dài, đồng thời phản ứng phân hủy các muối carbonate có tring nước sẽ đạt hiệu suất cao. b. Cải thiện chỉ tiêu vi sinh : một số loại vi sinh vật sẽ bị tiêu diệt trong quá trình gia nhiệt Phương pháp này ít được sử dụng vì cử lý nhệt tốn nhiều năng lượng 6. Phương pháp xử lý hóa chất - phương trình trao đổi Làm giảm độ cứng của nước bằng cách chuyển các muối của calcium và magnesium từ dạng hòa tan trong nước sang dạng kết tủa. Hóa chất được sử dụng là caxi hydroxit và natri carbonate Đối với nước ứng tạm thời : Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + 2 H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 = MgCO3 + CaCO3 + H2O MgCO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + Mg(OH)2 Đối với nước có độ cứng vĩnh cứng + Đối với muối Mg: MgCl2 +Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2 MgSO4 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaSO4 Khi các phản ứng trên xảy ra sẽ tách được Mg2+ ra khỏi nước. tuy nhiên, nồng độ Ca2+ trong nước sẽ gia tăng. Để tách chúng ta cần sử dụng natri carbonate CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4 Trong thực tế quá trình làm giảm nồng độ của nước bằng phương pháp sử dụng hóa chất ( các hóa chất bổ sung vào thiết bị xử lý nước ở dạng dung dịch ) sẽ được chia thành hai giai đoạn: Xử lý với calcium hydroxyde Xử lý với natri carbonat nước đã xử lý lắng tách cặn Na2CO3 Xử lý với Na2CO3 Ca(OH)2 Nước cần xử lý Xứ lý với Ca(OH)2 Các giai đoạn trong phương pháp làm giảm độ cứng của nước bằng hóa chất 7. Tách sắt bằng phương pháp hóa học Trong nguồn nước thiên nhiên, sắt thường tồn tại dưới dạng muối hóa trị II, phổ biến nhất là muối bicarbonate Với hàm lượng sắt từ 0.5 mg/l trở lên, nước sẽ có mùi tanh Cặn sắt bám trong hệ thống đường ống dẫn nước sẽ làm giảm lưu lượng dòng chảy và lâu ngày có thể gây tắc nghẽn Để tách sắt ra khỏi nước, thường sử dụng phương pháp chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ trong điều kiện có oxy 4Fe(HCO3)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 + 8CO2 Nguyên lý hoạt động chung của các thiết bị sử dụng trong quá trình tách sắt Môi trường được thổi không khí liên tục để cung cấp oxy Nước được phun theo dạng hạt để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc Bổ dung vào nước một lượng chlorine như một chất xúc tác cho phản ứng oxy hóa các muối sắt 8. Phương pháp xử lý bằng tia UV Tia UV có khả năng ức chế và tiêu diệt vi sinh vật Khả năng khử trùng cao nhất khi bước sóng tia dao động trong khoảng 260-270 nm Tia UV có độ đâm xuyên rất kém Nguồn nước xử lý phải trong suốt, không có sự có mặt của các cấu tử rắn không tan hoặc các chất sinh vật của tia UV Thiết kế hệ thống chảy màng 4 1 2 3 5 1_ cửa vào của nguồn nước cần xử lý 2_ thân thiết bị 3_hộp thủy tinh cứa đèn UV 4_đèn UV 5_cửa ra vào đề tháo nước đã xử lý Sơ đồ hoạt động của thiết bị xử lý nước bằng tia UV Cơ chế tác động tác động của tia UV lên các tế bào vi sinh vật Đầu tiên, các electron sẽ bị ảnh hưởng, chúng sẽ thay đổi quĩ đạo chuyển động trong đám mây điện tử của nguyên tử hoặc bị bắn ra khỏi cấu trúc của nguyên tử. Nguyên tử sẽ bị khích thích hoặc ion hóa. → Những biến đổi trên ở cấp độ nguyên tử sẽ ảnh hưởng đến các đại phân tử như acid nucleic hoặc protein trong tế bào vi sinh vật. Những đại phân tử này có thể bị phân hủy hoặc biến tính.Tùy theo mức độ biến đổi của các đại phân tử này mà tế bào vi sinh vật có thể bị ức chế hoặc tiêu điệt → Trong một số trường hợp có thể xuất hiện một số tế bào bị đột biến dưới tác động xử lý của tia UV. 9. Xử lý chân không Nguồn nước trong tự nhiên như nước ngầm, nước bề mặt....có thể bị lẫn một số loại khí như : CO2, H2S, CH4...vì vậy để cải thiện chất lượng nước ta cần quá trình bài khí. Ngyên tắc hoạt động của quá trình bài khí trong điều kiện chân không: Phun nước vào bên trong bồn kín Nước sẽ được chảy qua hệ thống các đĩa tring bồn nhằm mục đích làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt nước --->quá trình bài khí đạt hiệu quả cao Phía đỉnh bồn kết nối hệ thống bơm chân không để hút các khí bị lẫn trong nước rồi thải nó ra ngoài môi trường bên ngoài. 10. Xử lý nứơc bằng acid hoặc kiềm Khi nguồn nước có độ cứng lớn hơn 10mg đượng lượng/l và tổng lượng khóang xấp xỉ 1g/l, quy định ở một số nứơc cho phép các nhà sản xuất sử dụng acid để làm gảim độ cứng. Thông dụng nhất là acid sulfuric (H2SO4). Ngòai ra ngừơi ta còn sử dụng cả acid chlohydric (HCl) hoặc acid lactic. Các acid vô cơ sẽ phản ứng với các múôn bicarbonate để tạo thành múôi trung tính và độ cứng tạm thời của nứơc sẽ đựơc chuyển qua dạng độ cứng vĩnh cửu. Còn khi sử dụng acid lactic để phản ứng với muối bicarbonate sẽ tạo thành các muối không tan lactate calcium và magnesium. Các kết tủa này sẽ đựơc tách ra khỏi nứơc bằng phương pháp lắng hoặc lọc. Để hổ trợ cho một số quá trình xử lý nứơc xảy ra nhanh và iệu quả, trong một số trừơng hợp, ngừơi ta cần phải hiệu chỉnh pH. Để tăng giá trị pH của nước, các nhà sản xuất có thể sử dụng sodium hydroxyde (NaOH), potassium hydroxyde (KOH), calcium hydroxyde (Ca(OH)2) hoặc sodium carbonate ( Na2CO3) 11. Ức chế vi sinh vật bằng hóa chất Nhiều hợp chất hóa học có khả năng ức chế vi sinh vật . Trong xử lý nứơc, sử dụng phổ biến nhất là sodium hypochloride, calcium hypochloride và ozone. a.Sodium hypochloride (NaClO): Nứơc Javel có độ chlore dao động từ 10-200 ( Độ Chlore là số lít chlore đựơc gải phóng ra tính trên 1kg sản phẩm). Khi cho NaOCl vào bể xử lý nứơc sẽ xảy ra các phản ứng chủ yếu sau đây: NaClO + H2O = HClO + NaOH HClO = HCl + O Oxy nguyên tử có khả năng oxy hóa rất mạnh và là một tác nhân diệt khuẩn. Nó sẽ chui vào bên trong tế bào vi sinh vật, tham gia phản ứng với một nhóm chức của protein và làm rối lọan quá trình trao đổi chất của tế bào. Lìêu lượng Sodium hypochloride cần sử dụng và thời gian xử lý sẽ thay đổi phụ thuộc vào nồng độ tế bào vi sinh vật có trong nứơc. Đề tiêu diệt được bào tử vi khuẩn, ta cần tăng liều lượng sử dụng và thời gian xử lý. Trong thực tế sản xuất, thời gian xử lý thường không thấp hơn 1 giờ. b.Calcium hypochloride Ca(ClO)2: Sản phẩm thương mại Ca(ClO)2 ở dạng bột màu trắng. Trước khi sử dụng, ta cần hòa Ca(ClO)2 vào nứơc, sau đó mới cho vào bể nước cần xử lý. Các phản ứng chủ yếu gồm có: Ca(ClO)2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2HClO HClO = HCl + O Tương tự như NaClO, Ca(ClO)2 khi phản ứng với nứơc cũng sẽ tạo ra oxy nguyên tử có tác dụng diệt vi sinh vật. Ngòai ra, còn có thể xảy ra các phản ứng sau: Ca(ClO)2 + 4HCl = CaCl2 + 2Cl2 + 2H2O Cl2 + H2O = HClO + HCl HClO = HCl + O Khí chlore sẽ phản ứng với nứơc tạo ra acid hypochloride; acid này bị phân hủy giải phóng oxy nguyên tử, góp phần ức chế hệ vi sinh vật có trong nước . Một điểm cần lưu ý là khi xử lý nứơc bằng Ca(ClO)2 thì độ cứng vĩnh cửu của nứơc sẽ tăng lên. Ưu điểm của phương pháp xử lý vi sinh vật trong nứơc bằng các hợp chất có chứa chlore là thiết bị sử dụng đơn giản, chi phí xử lý thấp, hiệu quả khử trùng khá cao. Nhựơc điểm quan trọng là nứơc sau khi xử lý có thể có mùi chlore. Để khắc phục vấn đề này ngừơi ta sẽ sử dụng than họat tính để cải thiện chỉ tiêu cảm quan ( mùi ) của nứơc. c.Ozone (O3): Ngừơi ta sử dụng ozone như một tác nhân diệt vi sinh vật. Trong nứơc, ozone không bền và sẽ bị phân giải tạo thành oxy phân tử và oxy nguyên tử. Oxy nguyên tử có khả năng oxy hóa rất mạnh: O3 = O2 + O Khả năng diệt vi sinh vật của ozone phụ thuộc vào lòai vi sinh vật, trạng thái sinh lý của tế bào, nồng độ ozone trong nứơc, thời gian xử lý và một số yếu tố khác. Ngòai chức năng ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật thì ozone còn có thể phản ứng với một số tạp chất có trong nứơc, đặc biệt là các chất màu. Nước qua xử lý ozone sẽ cải thiện được độ màu và độ trong. Ozone đựơc sản xuất bằng cách cho một dòng không khí sạch ( đã đuợc tách bụi, vi sinh vật, ẩm…) đi qua giữa hai điện cực được đặt dứơi một điện áp xoay chiều. Khi đó, một số phân tử oxy trong không khí sẽ đựơc chuyển hóa thành ozone. Dòng không khí có chứa ozone sẽ theo một đường ống thóat ra ngòai và được sục vào bể nứớc cần xử lý. 12. Phương pháp kết lắng -Trong nứơc có chứa một số hợp chất hóa học ở dạng kẹo như gum, acid silicic và các muối của nó. Các hợp chất dạng keo có kích thứơc dao động trong khỏang 10-4–10-6mm. Quá trình lắng thông thường ( lắng dưới tác dụng của trường trọng lực) không thể tách được chúng ra khỏi nứơc. Khi đó, ta cần sử dụng các chất trợ lắng, phổ bíên nhất là phèn ngôm và phèn sắt. -Phèn nhôm có công thức hóa học là Al2(SO4)3.18H2O. Khi cho vào nứơc sẽ xảy ra các phản ứng sau: Al2(SO4)3.18H2O = 2Al3+ + 3SO42- Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+ -Hydroxyden nhôm tạo thành có độ hòa tan kém và có dạng bông. Nhờ đó, các hợp chất dạng keo sẽ hấp thụ lên bề mặt các bông hydroxyde nhôm, tạo nên những tập hợp (aggregate) với kích thứơc lớn hơn và nặn ghơn. Chúng ta có thể tách chúng ra khỏi nứơc dễ dàng bằng phương pháp lắng hoặc lọc. -Các bông hydroxyde nhôm tích điện dương do đó không chỉ có các hợp chất dạng keo mà những tạp chất tích điện âm có trong nứơc cũng sẽ liên kết với chúng, bị kết tủa và đựơc tách ra khỏi nứơc. Lưu ý là khi xử lý nứơc bằng phèn nhôm thì sẽ làm xuất hiện một lượng nhỏ acid sulfuric trong nứơc. Acid này sẽ phản ứng với múôi calcium bicarbonate để tạo thành muối calcium sulphate, khí CO2 và nứơc. Như vậy, một phần độ cứng tạm thời sẽ được chuểyn sang độ cứng vĩnh cửu. Liều lựơng phèn nhôm sử dụng phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các hợp chất keo có trong nứơc và đựơc xác định bằng phương pháp thực nghệim. Kích thứơc bông hydroxide nhôm đựơc tạo thành từ phèn nhôm bị ảnh hửơng bởi giá trị pH của nguồn nứơc cần xử lý. Theo lý thuyết, kích thứơc bông càng lớn thì quá trình tách các hợp chất keo trong nứơc sẽ đạt hiệu quả càng cao. Khi giá trị pH của nứơc nhỏ hơn 4, các bông hydroxyde nhôm có kích thứơc rất bé. Ngựơc lại, khi giá trị pH của nứơc lớn hơn 4 , kích thước các bông hydroxyde sẽ lớn hơn. Giá trị pH tối ưu để xử lý nứơc bằng phèn nhôm dao động trong khỏang 7,5-7,8. Khi giá trị pH của nứơc lớn hơn 8 thì sẽ không tạo thành hydroxyde, phèn nhôm sẽ không còn tác dụng hỗ trợ sự kết lắng của các hợp chất keo trong nứơc. Phèn sắt có công thức hóa học là Fe2(SO4)3.9H2O. Tương