Hóa chất Clo trong công nghiệp xử lý nước thải bằng oxy hóa

- Khử trùng bằng clo và các hợp chất của clo.

Clo là một chất có tính oxy hóa mạnh, bất cứ dạng đơn chất hay hợp chất của clo khi tác dụng với nước sẽ hình thành HClO có tác dụng diệt trùng rất mạnh.

Cl2+H2O<=>HClO +HCl

Ca(ClO)2 + H2O<=>2HClO + CaO

HCIO<=> H+  +  ClO-

Quá trình tiêu diệt vi sinh vật xảy ra như sau: Đầu tiên, chất diệt trùng đi qua màng tế bào của vi sinh vật, sau đó phản ứng với men bên trong màng tế bào cản trở quá trình trao đổi chất bên trong nhân tế bào và kết quả là tế bào sẽ bị diệt vong. Tốc độ của quá trình khử trùng sẽ tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của nước tăng, ngoài ra còn phụ thuộc vào hàm lượng các tạp chất khác trong nước, nồng độ các tạp chất trong nước cao thì hiệu quả của quá tình khử trùng sẽ giảm đi đáng kể.

Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào nồng độ chất khử trùng, tức nồng độ HClO. Căn cứ vào phương trình phân ly HClO, ta thấy nồng độ HClO tỉ lệ thuận với pH. Điều này nói lên rằng, quá trình khử trùng nước bằng clo hoặc các hợp chất của clo chỉ có hiệu quả cao khi pH của nước thấp.

Khi trong nước có mặt amoniac hoặc các hợp chất có chứa nhóm amoni, chúng có thể tác dụng với axit hipoclorợ HClO hoặc ion hipoclorit ClO- để tạo thành các hợp chất cloramin (mono cloramin; đi cloramin; tri cloramin).
HClO + NH3 <=> NH2Cl + H2O

HCIO + NH2Cl <=> NHCl2 + H2O

HCIO + NHCl2 <=> NCl3 + H2O

Khi pH cao, CNH2Cl > CNHCl2, và ngược lại, mặt khác khả năng diệt khuẩn của NH2Cl thấp hơn so với NHCL2, khoảng 3 - 5 lần và khả năng diệt trùng của NHCl2, lại thấp hơn so với khả năng diệt khuẩn của clo từ 20 - 25 lần. Điều này càng chứng tỏ hiệu quả của quá trình khử trùng nước bởi clo tỉ lệ thuận với giá trị pH.

Xét về hiệu quả khử trùng theo thời gian, để tiêu diệt được 99% vi trùng E.coli có trong nước với liều lượng 0,1mg/1 clo tự do, thời gian cần thiết cho quá trình sẽ tăng từ 6 phút ở pH = 6 lên 180 phút nếu pH= 11.

Để đảm bảo cho quá trình khử trùng đạt được hiệu quả hoàn toàn, thường người ta tính đến một lượng clo dư thích hợp trong nước sau quá trình khử trùng. Với các hệ thống cấp nước sinh hoạt, để ngăn ngừa quá trình nhiễm khuẩn trở lại, thường tính toán lượng clo dư từ 0,2 + 0,3mg/l tính theo clo. Tổng lượng clo cho vào nước để đảm bảo sau quá trình khử trùng có được lượng clo dư cần thiết thường được xác định trực tiếp bằng thực nghiệm.

* Các hóa chất khử trùng gốc clo.

Clo nguyên chất: Phần lớn quá trình khử trùng dùng cho nguyên chất. Trong kỹ thuật xử lý nước, người ta thường dùng clo hóa lỏng ở áp suất cao, cho bốc hơi rồi tiến hành hòa tan vào nước qua thiết bị đặc biệt là cloratơ.

Canxi hypoclorit Ca(ClO)2 : Là sản phẩm của quá trình bão hòa dung dịch sữa vôi với clo (1kg Ca(ClO)2, sạch chứa 49,6% clo), hợp chất này không hút ẩm nên có thể bảo quản lâu trong kho tối mà không bị giảm độ hoạt tính.

Clorua vôi CaOCl2: Là sản phẩm của quá trình phản ứng giữa clo và vôi tôi, chứa 40 - 45% canxi hypoclorit với lượng hoạt tính từ 20 - 25%. Sản phẩm này dễ hút ẩm và phân hủy nên cần được bảo quản khô ráo, cẩn thận.

Clo đioxit ClO2: Là chất khí màu xanh, dễ hòa tan trong nước và kém bền dưới ánh sáng, thường được dùng để khử trùng nước có chứa phenol hoặc có hàm lượng chất hữu cơ cao do không tạo thành clophenol, khả năng diệt trùng của ClO2, ở pH = 7 tương đương khả năng diệt trùng của clo. Có thể sản xuất trực tiếp tại chỗ bằng cách sục khí clo vào dung dịch natri nitrit hoặc canxi nitrit được axit hóa.

2NaClO2 + Cl2 = ClO2 + 2NaCl 

Natri hipo clorat NaClO: Được điều chế bằng cách điện phân muối ăn hoặc cho phản ứng trực tiếp giữa clo với NaOH. Hàm lượng cho hoạt tính phụ thuộc vào điều kiện phản ứng. Ở điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp, dung dịch NaClO dễ phân huỷ tạo ra Cl2 gây ô nhiễm môi trường.