Sau khi xử lý cơ học và sinh học, nồng độ các chất ô nhiễm đã đáp ứng các yêu cầu quy định thì số lượng vi khuẩn gây bệnh đặc trưng cũng bị giảm theo đáng kể. Tuy nhiên để đáp ứng quy chuẩn cần thực hiện các biện pháp khử trùng và diệt khuẩn để loại bỏ lượng vi khuẩn gây bệnh còn lại.

Đặc biệt đối với một số dòng nước thải đặc thù như nước thải y tế là quá trình rất quan trọng để loại bỏ mầm bệnh trước khi xả thải. Mục tiêu của khử trùng:

• Giảm mầm bệnh vi khuẩn xuống dưới tiêu chuẩn tối thiểu
• Không dẫn đến sự gai tăng độc tính xả của nước thải
• Không dẫn đến nguy cơ gia tăng đối với sức khỏe con người hoặc môi trường do việc vận chuyển, lưu trữ hoặc xử lý hóa chất khử trùng

Theo nguyên lý, các quá trình khử trùng có thể là lý học hoặc hóa học.

Các phương pháp lý học

1.1. Phương pháp nhiệt

Xử lý bằng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tối đa của vi sinh vật làm biến tính các phân tử (cấu trúc, chức năng) của tế bào vi sinh vật. Khi đun sôi nước ở 1000C đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt. Còn một số ít khi nhiệt độ tăng lên cao liền chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc. Để tiêu diệt được nhóm vi khuẩn bào tử này, cần đun sôi nước đến 1200C hoặc đun theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút, để cho nước nguội đi đến dưới 350C và giữ trong vòng hai giờ cho các bào tử phát triển trở lại, sau đó lại đun sôi nước một lần nữa.

Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn năng lượng nên thường chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ.

1.2. Khử trùng bằng tia cực tím

Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400nm (nanometer). Độ dài sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường. Dùng tia cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước.

Tia cực tim tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, các axit nucleic hấp thụ năng lượng bước sóng 240 – 280 nm và kìm hãm quá trình sinh sản và phát triển của tế bào vi khuẩn. Do đó, tia cực tím có độ dài bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất.

Nhược điểm của phương pháp này là chi phí vận hành cao, độ đục của nước và chất nhờn bám vào đèn có thể ngăn cản tia cực tím tác dụng vào vi khuẩn làm giảm hiệu quả khử trùng

1.3. Phương pháp siêu âm

Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước. Tuy nhiên việc lắp đặt và sử dụng phương pháp này thường phức tạp và khó điều khiển.

1.4. Phương pháp lọc

Đại bộ phận vi sinh vật có trong nước (trừ siêu vi trùng) có kích thước 1 – 2 µm. Nếu đem lọc nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng nhỏ hơn 1 µm có thể loại trừ được đa số vi khuẩn. Lớp lọc thường dùng là các tấm sành, tấm sứ có khe rỗng cực nhỏ. Với phương pháp này, nước đem lọc phải có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2mg/l. Phương pháp có nhược điểm là thường xuyên phải thay lõi lọc và bản chất của phương pháp này không tiêu diệt được vi sinh vật.

Khử trùng bằng các phương pháp vật lý có ưu điểm cơ bản là không làm thay đổi tính chất lý hóa của nước, không gây nên tác dụng phụ. Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép.

Các phương pháp hóa học

Cơ sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng là: Clo, brom, iod, clo dioxit, axit hypoclorit và muối của nó, ozone, kali permanganate, hydro peroxit. Do hiệu suất cao nên ngày nay khử trùng bằng hóa chất đang được áp dụng rộng rãi ở mọi qui mô.

2.1. Khử trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó

– Đây là phương pháp đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả cao. Người ta thường dùng các loại clo sau để khử trùng:

Clo lỏng Cl2

Natri hypoclorit dạng lỏng NaClO

Canxi hypoclorit dạng rắn CaCl2(ClO)2.2H2O

– Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh.

HClO rất yếu, không bền và dễ phân hủy ngay thành HCl và oxy nguyên tử hoặc tạo thành H+ + OCl– :

Cl2 + H2O -> HCl + HOCl

HOCl -> HCl + O

HOCl -> H+ + OCl–

Hoặc CaCl2O + 2H2O -> Ca(OH)2 + 2HClO + CaCl2

– Quá trình diệt vi sinh vật xảy ra qua 2 giai đoạn: đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào.

– Tốc độ của quá trình khử trùng được xác định bằng động học của quá trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào và động học của quá trình phân hủy men tế bào.

– Nhược điểm của phương pháp này là ảnh hưởng bởi pH và nhiệt độ, có thể làm giảm pH của nước.

2.2. Khử trùng nước bằng iod

Iod là chất oxy hóa mạnh và thường được dùng để khử trùng nước ở các bể bơi. Là chất khó hào tan nên iod được dùng ở dạng dung dịch bảo hòa.

Khi độ pH của nước nhỏ hơn 7, liều lượng iod sử dụng lấy từ 0.3 đến 1 mg/l. Nếu sử dụng cao hơn 1.2mg/l sẽ làm cho nước có mùi vị iod.

2.3. Khử trùng bằng ozone

Ozon là chất khí, có khả năng oxy hóa mạnh. Trong nước, ozon bị phân ly theo các phản ứng:

O3 + H2O -> HO3+ + OH–

HO3+ + OH– -> 2HO2

O3 + HO2 -> HO + 2O2

HO + HO2 -> H2O + O2

Ozone được tạo ra bằng cách cho oxy hoặc không khí đi qua thiết bị phóng tia lửa điện. Để cấp đủ lượng ozone khử trùng cho nhà máy xử lý nước, dùng máy phát tia lửa điện gồm hai điện cục kim loại đặt cách nhau một khoảng cho không khí chạy qua. Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ quang, đồng thời với việc thổi luồng không khí sạch đi qua khe hở giữa các điện cực để chuyển một phần oxy thành ozone.

Ưu điểm của phương pháp này là làm giảm nhu cầu oxy của nước, giảm nồng độ chất hữu cơ, nồng độ các chất hoạt tính, khử màu, phenol và xyanua; không gây mùi; tăng nồng độ oxy hòa tan; không có sản phẩm phụ gây độc hại; tăng vận tốc lắng cặn lơ lửng; ít ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH và không cần khâu định lượng như Clo.

Tuy nhiên, phương pháp này có vốn đầu tư ban đầu cao và tiêu tốn nhiều năng lượng điện.