Clorin (Chlorine) Hóa Chất Xử Lý Nước Thải | Ưu - Nhược Điểm

Trong bối cảnh nguồn nước ngày càng khan hiếm, xử lý nước thải là yêu cầu bắt buộc và trách nhiệm xã hội của mỗi doanh nghiệp. Trong đó, khử trùng là bước quan trọng nhằm loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trước khi xả thải hoặc tái sử dụng. Clorin hóa chất xử lý nước thải được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng oxy hóa mạnh, hiệu quả cao và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả tối ưu, việc sử dụng clorin đòi hỏi hiểu rõ về đặc tính, liều lượng và điều kiện vận hành. Trong bài viết sau, Hoá Chất Gia Hoàng sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện về vai trò và cách ứng dụng clorin trong xử lý nước thải.

1. Vai trò cốt lõi của Clorin: khử trùng nước thải

Vai trò cốt lõi của Clorin: khử trùng nước thải

Trong quy trình xử lý nước thải, sau các giai đoạn xử lý cơ học và sinh học nhằm loại bỏ phần lớn chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ, giai đoạn khử trùng đóng vai trò then chốt để đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn an toàn trước khi xả thải hoặc tái sử dụng. Mục đích chính của giai đoạn này là tiêu diệt hoặc bất hoạt các vi sinh vật gây bệnh còn sót lại, bao gồm vi khuẩn, virus, và ký sinh trùng, những tác nhân tiềm ẩn gây ra các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm.

Cơ chế hoạt động của Clorin:

Khi dùng clorin hóa chất xử lý nước thải, sẽ diễn ra một loạt các phản ứng hóa học phức tạp, tạo thành các hợp chất có khả năng oxy hóa mạnh mẽ. Cụ thể, Clorin phản ứng với nước tạo thành Axit Hypoclorơ (HOCl) và ion Hypoclorit (OCl⁻):

Cl₂ + H₂O ⇌ HOCl + HCl

HOCl ⇌ H⁺ + OCl⁻

Trong đó, Axit Hypoclorơ (HOCl) được xem là tác nhân khử trùng chính do khả năng oxy hóa mạnh mẽ hơn nhiều so với ion Hypoclorit (OCl⁻). HOCl dễ dàng xâm nhập qua màng tế bào của vi sinh vật, tấn công và oxy hóa các enzyme và protein thiết yếu bên trong tế bào. Quá trình này làm rối loạn các quá trình trao đổi chất và phá hủy cấu trúc tế bào, dẫn đến sự bất hoạt hoặc tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật.

So sánh hiệu quả khử trùng của HOCl và OCl⁻:

Hiệu quả khử trùng của Clorin phụ thuộc lớn vào tỷ lệ giữa HOCl và OCl⁻, và tỷ lệ này lại bị ảnh hưởng bởi độ pH của nước. HOCl có khả năng khử trùng mạnh hơn OCl⁻ từ 80 đến 100 lần. Ở độ pH thấp (môi trường axit), HOCl chiếm ưu thế, giúp tăng cường hiệu quả khử trùng. 

Tuy nhiên, khi độ pH tăng cao (môi trường kiềm), OCl⁻ trở thành dạng chiếm ưu thế, làm giảm đáng kể khả năng khử trùng của Clorin. Do đó, việc kiểm soát độ pH là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả khử trùng bằng Clorin.

Phổ tác dụng của Clorin:

Clorin có phổ tác dụng rộng, hiệu quả với nhiều loại vi khuẩn và virus thường gặp trong nước thải. Tuy nhiên, Clorin lại kém hiệu quả hơn đối với một số bào tử và ký sinh trùng, đặc biệt là các loại có lớp vỏ bảo vệ dày như Cryptosporidium và Giardia, ở liều lượng thông thường. Để bất hoạt các loại vi sinh vật này, cần sử dụng liều lượng Clorin cao hơn hoặc kết hợp với các phương pháp khử trùng khác như tia cực tím (UV) hoặc Ozone.

Xem thêm: Clorin xử lý nước: Ưu, nhược điểm và cách sử dụng

2. Các dạng hóa chất chứa clo thường dùng trong xử lý nước thải

Các dạng hóa chất chứa clo thường dùng trong xử lý nước thải

Trên thị trường hiện nay có nhiều dạng hóa chất chứa Clo khác nhau, mỗi loại có những ưu nhược điểm riêng và phù hợp với các quy mô và điều kiện vận hành khác nhau của hệ thống xử lý nước thải. Dưới đây là một số dạng phổ biến nhất:

• Khí Clo (Cl₂)
  • Đặc điểm: Là dạng Clorin nguyên chất, có hiệu quả khử trùng cao nhất và chi phí hóa chất thấp nhất trên một đơn vị Clo hoạt tính.
  • Ưu điểm: Hiệu quả khử trùng cao, chi phí thấp.
  • Nhược điểm: Tính độc hại cao, gây ăn mòn thiết bị, đòi hỏi hệ thống định lượng và các biện pháp an toàn nghiêm ngặt, khó khăn trong vận chuyển và lưu trữ.
  • Ứng dụng điển hình: Thường được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải quy mô lớn, nơi có đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp và hệ thống quản lý an toàn đáp ứng được các yêu cầu khắt khe. Ví dụ, các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp lớn hoặc các nhà máy cấp nước đô thị thường sử dụng khí Clo để đảm bảo hiệu quả khử trùng và tiết kiệm chi phí.
• Natri Hypoclorit (NaOCl - Nước Javen)
  • Đặc điểm: Là dung dịch lỏng, dễ sử dụng và an toàn hơn so với khí Clo.
  • Ưu điểm: Dễ sử dụng, an toàn hơn khí Clo, phù hợp với nhiều quy mô hệ thống.
  • Nhược điểm: Kém ổn định, dễ bị phân hủy theo thời gian và dưới tác động của ánh sáng, chi phí cao hơn khí Clo trên cùng một đơn vị Clo hoạt tính.
  • Ứng dụng điển hình: Thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô nhỏ và vừa, như các trạm xử lý nước thải của khu dân cư, bệnh viện, hoặc các cơ sở sản xuất nhỏ. Ví dụ, các trạm xử lý nước thải tại các khu chung cư hoặc các bệnh viện nhỏ thường sử dụng Javen vì tính tiện lợi và an toàn.
• Canxi Hypoclorit (Ca(OCl)₂ - Clorua vôi)
  • Đặc điểm: Là dạng rắn (bột hoặc viên), ổn định hơn Natri Hypoclorit, có hàm lượng Clo hoạt tính cao.
  • Ưu điểm: Ổn định hơn NaOCl, hàm lượng Clo hoạt tính cao, dễ vận chuyển và lưu trữ hơn dạng lỏng.
  • Nhược điểm: Có thể làm tăng độ cứng của nước, cần thiết bị hòa tan và định lượng phù hợp.
  • Ứng dụng điển hình: Thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải cần tính linh hoạt trong vận chuyển và lưu trữ, hoặc trong các ứng dụng khử trùng khẩn cấp. Ví dụ, Clorua vôi thường được sử dụng để khử trùng nước giếng hoặc nước sinh hoạt trong các tình huống khẩn cấp hoặc tại các vùng nông thôn.
• Chlorine Dioxide (ClO₂)
  • Đặc điểm: Là một chất khí không ổn định, phải được tạo ra tại chỗ sử dụng bằng các thiết bị chuyên dụng.
  • Ưu điểm: Hiệu quả khử trùng mạnh mẽ, ít tạo ra các sản phẩm phụ khử trùng (DBPs) hơn so với Clo, hiệu quả trong khoảng pH rộng, có khả năng tiêu diệt cả bào tử.
  • Nhược điểm: Chi phí đầu tư và vận hành hệ thống tạo ClO₂ cao, đòi hỏi quản lý an toàn do tính chất của khí.
  • Ứng dụng điển hình: Thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải yêu cầu chất lượng nước đầu ra cao, đặc biệt là khi cần loại bỏ các vi sinh vật kháng Clo hoặc giảm thiểu sự hình thành DBPs. Ví dụ, ClO₂ thường được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải tái sử dụng nước hoặc trong các hệ thống xử lý nước thải của ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống.

Xem thêm: 9+ Ứng Dụng Của Chlorine Phổ Biến Trong Đời Sống Hàng Ngày

3. Quy trình thực hiện và các yếu tố ảnh hưởng

Nên tuân thủ đúng quy trình và kiểm soát chặt chẽ khi sử dụng Clorin

Để đạt được hiệu quả khử trùng tối ưu khi sử dụng Clorin, việc tuân thủ đúng quy trình và kiểm soát chặt chẽ các yếu tố ảnh hưởng là vô cùng quan trọng.

Điểm châm hóa chất:

Thông thường, Clorin được châm vào nước thải sau các bể lắng cuối cùng, tức là sau khi phần lớn các chất rắn lơ lửng đã được loại bỏ. Việc này giúp Clorin tiếp xúc trực tiếp và hiệu quả hơn với các vi sinh vật còn lại, đồng thời giảm thiểu lượng Clorin cần sử dụng.

Bể tiếp xúc Clo:

Sau khi Clorin được châm vào nước thải, hỗn hợp này sẽ được dẫn vào bể tiếp xúc Clo. Đây là nơi nước thải được lưu giữ trong một khoảng thời gian nhất định (thời gian tiếp xúc) để đảm bảo Clorin có đủ thời gian tiêu diệt hoặc bất hoạt các vi sinh vật. Thời gian tiếp xúc cần thiết phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm liều lượng Clorin, nhiệt độ nước, độ pH và loại vi sinh vật cần loại bỏ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng:

Hiệu quả khử trùng của Clorin chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là:

• Liều lượng Clo (Dosage): Lượng Clorin cần thiết để đạt được hiệu quả khử trùng mong muốn. Liều lượng này phụ thuộc vào chất lượng nước thải đầu vào và mục tiêu khử trùng.
• Thời gian tiếp xúc (Contact Time - CT value): Tích số giữa nồng độ Clorin dư (C) và thời gian tiếp xúc (T). Giá trị CT là một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả khử trùng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, để bất hoạt một số loại vi sinh vật nhất định, cần đạt được một giá trị CT tối thiểu. Một nghiên cứu của USEPA (United States Environmental Protection Agency) cho thấy giá trị CT cần thiết để bất hoạt 99.99% virus Polio trong nước sạch ở 5°C là 2.9 mg.min/L.
• Nhu cầu Clo của nước thải (Chlorine Demand): Lượng Clorin bị tiêu thụ bởi các chất hữu cơ, vô cơ và các chất khử khác trong nước thải trước khi nó có thể bắt đầu quá trình khử trùng. Nhu cầu Clo cần được xác định để đảm bảo rằng có đủ Clorin để đáp ứng nhu cầu này và vẫn còn đủ lượng dư để khử trùng.
• Nhiệt độ nước: Nhiệt độ nước ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của Clorin với vi sinh vật. Nhiệt độ cao hơn thường làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng cũng có thể làm tăng tốc độ phân hủy Clorin.
• Độ pH của nước: Như đã đề cập ở trên, độ pH ảnh hưởng đến tỷ lệ giữa HOCl và OCl⁻, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng.
• Độ đục và chất rắn lơ lửng: Độ đục và chất rắn lơ lửng có thể che chắn vi sinh vật khỏi tác động của Clorin, làm giảm hiệu quả khử trùng. Do đó, cần đảm bảo rằng nước thải đã được xử lý để loại bỏ chất rắn lơ lửng trước khi khử trùng.

Các nghiên cứu về giá trị CT (Nồng độ x Thời gian) đã cung cấp những thông tin quan trọng về lượng Clorin và thời gian tiếp xúc cần thiết để bất hoạt các loại vi sinh vật khác nhau trong điều kiện nước thải thực tế. Các giá trị CT này khác nhau tùy thuộc vào loại vi sinh vật, nhiệt độ nước, độ pH và các yếu tố khác. Việc tham khảo các nghiên cứu này giúp các nhà vận hành hệ thống xử lý nước thải đưa ra các quyết định chính xác về liều lượng Clorin và thời gian tiếp xúc, đảm bảo hiệu quả khử trùng tối ưu.

4. Ưu điểm của việc sử dụng Clorin

Ưu điểm của việc sử dụng Clorin

Mặc dù có những nhược điểm nhất định, Clorin vẫn là một lựa chọn phổ biến và hiệu quả trong khử trùng nước thải nhờ những ưu điểm sau:

• Hiệu quả khử trùng cao với nhiều loại vi sinh vật: Clorin có khả năng tiêu diệt hoặc bất hoạt một loạt các vi sinh vật gây bệnh thường gặp trong nước thải, bao gồm vi khuẩn, virus và một số loại ký sinh trùng. Điều này đảm bảo rằng nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn an toàn trước khi xả thải ra môi trường hoặc tái sử dụng.
• Chi phí tương đối thấp (đặc biệt là khí Clo): So với một số phương pháp khử trùng khác như Ozone hoặc tia cực tím (UV), Clorin có chi phí đầu tư và vận hành thấp hơn, đặc biệt là khi sử dụng khí Clo. Điều này làm cho Clorin trở thành một lựa chọn kinh tế cho nhiều hệ thống xử lý nước thải, đặc biệt là các hệ thống có quy mô lớn.
• Công nghệ quen thuộc, dễ vận hành và kiểm soát: Công nghệ sử dụng Clorin trong xử lý nước thải đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều năm, do đó, các nhà vận hành hệ thống xử lý nước thải thường đã quen thuộc với quy trình và thiết bị liên quan. Việc vận hành và kiểm soát hệ thống khử trùng bằng Clorin cũng tương đối đơn giản, không đòi hỏi kỹ năng chuyên môn quá cao.
• Có khả năng duy trì lượng dư (residual chlorine) để ngăn ngừa tái nhiễm: Clorin có khả năng duy trì một lượng dư trong nước sau khi khử trùng, giúp ngăn ngừa sự tái nhiễm của vi sinh vật trong quá trình lưu trữ và vận chuyển nước. Mặc dù quan trọng hơn trong xử lý nước cấp, khả năng này cũng có thể là một yếu tố cần xem xét trong xử lý nước thải tái sử dụng, đặc biệt là khi nước thải được sử dụng cho các mục đích tiếp xúc trực tiếp với con người.

5. Nhược điểm và rủi ro

Nhược điểm và rủi ro

Mặc dù mang lại nhiều lợi ích, việc sử dụng Clorin trong khử trùng nước thải cũng đi kèm với một số nhược điểm và rủi ro cần được xem xét và kiểm soát chặt chẽ:

• Hình thành sản phẩm phụ khử trùng (Disinfection Byproducts - DBPs):
  • Đây là một trong những mối quan tâm lớn nhất khi sử dụng Clorin trong xử lý nước thải. Clorin có thể phản ứng với các chất hữu cơ tự nhiên (NOM) có trong nước thải, tạo thành các hợp chất không mong muốn gọi là sản phẩm phụ khử trùng (DBPs). Một số DBPs phổ biến bao gồm Trihalomethanes (THMs) và Haloacetic Acids (HAAs).
  • Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng một số DBPs có khả năng gây ung thư hoặc gây ra các ảnh hưởng sức khỏe khác cho con người khi tiếp xúc trong thời gian dài. Do đó, việc kiểm soát và giảm thiểu sự hình thành DBPs là một yêu cầu quan trọng trong xử lý nước thải.
  • Quy định về giới hạn DBP: Nhiều quốc gia và khu vực đã ban hành các quy định về giới hạn DBP trong nước thải đã qua xử lý hoặc trong nước mặt tiếp nhận nước thải. 
• Độc tính với môi trường:
  • Lượng Clo dư (residual chlorine) trong nước thải sau khi khử trùng có thể gây hại cho các sinh vật thủy sinh khi xả ra môi trường. Clo dư có thể gây độc cho cá, động vật không xương sống và các loài thủy sinh khác, ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước.
  • Do đó, việc khử Clo dư (dechlorination) là một bước quan trọng trước khi xả thải nước thải đã qua xử lý ra môi trường.
• An toàn lao động:
  • Việc vận chuyển, lưu trữ và sử dụng các hóa chất Clo, đặc biệt là khí Clo, có thể gây ra rủi ro cho người lao động. Khí Clo là một chất độc hại, có thể gây kích ứng da, mắt và đường hô hấp, thậm chí gây tử vong nếu hít phải nồng độ cao.
  • Do đó, cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình an toàn lao động, sử dụng các thiết bị bảo hộ cá nhân phù hợp và đảm bảo hệ thống thông gió tốt để giảm thiểu rủi ro cho người lao động.
• Ăn mòn thiết bị:
  • Clorin có tính ăn mòn cao, có thể gây hư hỏng cho các thiết bị và đường ống trong hệ thống xử lý nước thải.
  • Việc lựa chọn vật liệu phù hợp và bảo trì định kỳ là cần thiết để giảm thiểu tác động ăn mòn của Clorin.
• Hiệu quả giảm khi nước thải có độ đục cao hoặc nhiều chất hữu cơ:
  • Độ đục và chất hữu cơ có thể làm giảm hiệu quả khử trùng của Clorin bằng cách che chắn vi sinh vật hoặc tiêu thụ Clorin trước khi nó có thể tiếp xúc với vi sinh vật.
  • Do đó, cần đảm bảo rằng nước thải đã được xử lý để loại bỏ chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ trước khi khử trùng.

6. Kiểm soát liều lượng và khử Clo dư (Dechlorination)

Kiểm soát liều lượng và khử Clo dư là vô cùng quan trọng

Để sử dụng Clorin một cách hiệu quả và an toàn trong xử lý nước thải, việc kiểm soát liều lượng và khử Clo dư là vô cùng quan trọng.

• Xác định liều lượng:
  • Liều lượng Clorin cần thiết phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nhu cầu Clo của nước thải, mục tiêu khử trùng và các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ pH.
  • Để xác định liều lượng Clorin tối ưu, thường cần thực hiện thí nghiệm xác định điểm tới hạn (breakpoint chlorination). Thí nghiệm này giúp xác định lượng Clorin cần thiết để oxy hóa tất cả các chất khử trong nước thải và đạt được một lượng Clo dư nhất định, đảm bảo hiệu quả khử trùng.
• Kiểm soát Clo dư:
  • Sau bể tiếp xúc Clo, cần đo lường nồng độ Clo dư để đảm bảo rằng quá trình khử trùng đã diễn ra hiệu quả và liều lượng Clorin được điều chỉnh phù hợp.
  • Nồng độ Clo dư quá thấp có thể không đủ để tiêu diệt hết các vi sinh vật gây bệnh, trong khi nồng độ Clo dư quá cao có thể gây hại cho môi trường khi xả thải.
• Khử Clo dư (Dechlorination):
  • Khử Clo dư là một bước thường bắt buộc trước khi xả thải nước thải đã qua xử lý ra môi trường, nhằm bảo vệ các sinh vật thủy sinh khỏi tác động độc hại của Clo dư.
  • Có nhiều phương pháp khử Clo dư khác nhau, bao gồm sử dụng hóa chất, than hoạt tính và sục khí.
• Hóa chất thường dùng để khử Clo dư:
  • Lưu huỳnh Dioxit (SO₂)
  • Natri Bisulfit (NaHSO₃)
  • Natri Metabisulfit (Na₂S₂O₅)
  • Natri Thiosulfat (Na₂S₂O₃)
• Quy trình khử Clo bằng Natri Bisulfit (NaHSO₃):
  • Chuẩn bị dung dịch Natri Bisulfit: Natri Bisulfit thường được sử dụng ở dạng dung dịch. Cần pha chế dung dịch với nồng độ phù hợp, thường là từ 10% đến 20%.
  • Định lượng Natri Bisulfit: Dung dịch Natri Bisulfit được định lượng và bơm vào nước thải sau bể tiếp xúc Clo. Liều lượng Natri Bisulfit cần thiết phụ thuộc vào nồng độ Clo dư và được điều chỉnh để đảm bảo Clo dư được khử hoàn toàn.
    • Phản ứng khử Clo bằng Natri Bisulfit: NaHSO₃ + HOCl → H₂SO₄ + NaCl
  • Kiểm tra Clo dư: Sau khi châm Natri Bisulfit, cần kiểm tra nồng độ Clo dư để đảm bảo rằng nó đã giảm xuống mức cho phép theo quy định. Nếu nồng độ Clo dư vẫn còn cao, cần điều chỉnh tăng liều lượng Natri Bisulfit.
  • Giám sát pH: Quá trình khử Clo bằng Natri Bisulfit có thể làm giảm độ pH của nước thải. Cần giám sát độ pH và điều chỉnh nếu cần thiết để đảm bảo độ pH nằm trong khoảng cho phép.
• Các phương pháp khử Clo dư khác:
  • Than hoạt tính: Than hoạt tính có khả năng hấp phụ Clo dư, nhưng phương pháp này thường ít hiệu quả hơn so với sử dụng hóa chất và có chi phí cao hơn.
  • Sục khí: Sục khí có thể giúp loại bỏ Clo dư bằng cách bay hơi, nhưng phương pháp này chỉ hiệu quả với nồng độ Clo dư thấp và có thể gây ô nhiễm không khí.

Tóm lại, clorin hóa chất xử lý nước thải vô cùng hiệu quả và kinh tế. Với khả năng tiêu diệt hoặc bất hoạt nhiều loại vi sinh vật gây bệnh, Clorin giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Tuy nhiên, việc sử dụng Clorin cũng đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa lợi ích khử trùng và các rủi ro tiềm ẩn.

Hóa Chất Gia Hoàng cam kết cung cấp các giải pháp xử lý nước thải toàn diện và tối ưu nhất cho quý khách hàng, dựa trên sự kết hợp giữa kinh nghiệm chuyên môn, công nghệ tiên tiến và trách nhiệm với môi trường. Chúng tôi luôn sẵn sàng đồng hành cùng quý khách hàng trong việc bảo vệ nguồn nước và xây dựng một tương lai xanh hơn.

THÔNG TIN LIÊN HỆ:

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ XUẤT NHẬP KHẨU GIA HOÀNG

• Địa chỉ: 33/111 Tô Ký, Phường Tân Chánh Hiệp, Quận 12, TP. Hồ Chí Minh
• VPGD: 33/B4 Tô Ký, Phường Tân Chánh Hiệp, Quận 12, TP. Hồ Chí Minh
• Email: hoangkimthangmt@gmail.com
• Website: https://ghgroup.com.vn 
• Hotline: 0916047878