Vào những năm 1930, khí clo đã được thương mại hóa và các ứng dụng trên khắp thế giới bắt đầu tận dụng nó như một chất khử trùng. Ngày nay, clo là chất khử trùng được sử dụng rộng rãi nhất trong quy trình xử lý nước và nước thải.

Mối lo ngại ngày càng tăng trong vài thập kỷ qua về sức khỏe và sự an toàn của clo, đặc biệt là ở trạng thái khí, khiến nhiều nhà máy phải cân nhắc các giải pháp thay thế.

Tại sao cần khử trùng

Ngành công nghiệp xử lý nước thải, bao gồm gần 15.000 nhà máy chỉ riêng ở Hoa Kỳ, liên quan đến việc xử lý nước thải từ các nhà máy nông nghiệp, nước thải và công nghiệp.

Quá trình điều trị thường bao gồm ba giai đoạn—điều trị sơ cấp, thứ cấp và nâng cao hoặc cấp ba.

Sau xử lý sơ cấp và xử lý thứ cấp, 85% chất hữu cơ cần được loại bỏ. Trong quá trình xử lý nâng cao, nước thải được khử trùng để giảm (hoặc loại bỏ) mầm bệnh có thể gây hại cho con người, động vật và thực vật.

Cho dù nước đã xử lý cuối cùng được sử dụng để uống hay thải ra môi trường thì thường cần phải khử trùng ở một mức độ nào đó.

Về khí clo

Khí clo có màu vàng lục, nặng gần gấp đôi không khí. Công dụng to lớn của nó như một chất khử trùng đã khiến nó trở thành phương pháp khử trùng của 2/3 tổng số cơ sở cung cấp nước uống, nhưng một số nhược điểm tiềm ẩn đang khiến các nhà máy nước và nước thải phải cân nhắc các giải pháp thay thế.

Ưu điểm của khí clo
Clo nói chung là một trong những chất khử trùng hiệu quả nhất và được biết là có tác dụng vô hiệu hóa hầu hết các vi sinh vật gây bệnh. Cụ thể, khí clo tham gia vào xử lý nước thải vì nó rẻ hơn và chiếm ít không gian lưu trữ hơn so với dung dịch clo.

Nhược điểm của khí clo
Cùng với những mặt tích cực của clo, có một số mối lo ngại liên quan đến sức khỏe và an toàn khi nói đến các cơ sở xử lý nước thải:

• Nó là một chất kích thích hô hấp độc hại. Tiếp xúc với nồng độ 4 ppm trong hơn một giờ có thể gây ảnh hưởng đáng kể đến hô hấp.
• Một số phản ứng nhất định gây ra vụ nổ khí clo , bao gồm axetylen, amoniac, hydro và flo.
• Clo ướt có tính ăn mòn cực cao.

Do những mối nguy hiểm tiềm tàng của khí clo, các quy định của liên bang giới hạn số lượng mà một địa điểm có thể lưu trữ tại một thời điểm, dẫn đến những cân nhắc đặc biệt về việc lưu trữ và xử lý.

Với những mối nguy hiểm đã biết của khí clo—đặc biệt khi được lưu trữ tại chỗ với khối lượng lớn—một số hệ thống xử lý nước và nước thải đang xem xét các giải pháp thay thế khử trùng hoặc các kỹ thuật lưu trữ khí clo khác.

Các giải pháp thay thế cho việc lưu trữ khối lượng lớn khí clo

Để tận dụng sức mạnh của khí clo để khử trùng mà không cần phải lưu trữ với khối lượng lớn, việc tạo ra tại chỗ là một giải pháp thay thế khả thi.

Những phát triển công nghệ mới nổi đang khiến việc sản xuất khí clo, hypochlorite và các chất khử trùng khác tại chỗ ngày càng dễ tiếp cận, hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Sản xuất khí clo tại chỗ (OSCG)
Trong quá trình tạo khí clo tại chỗ (OSCG), khí clo được tạo ra thông qua quá trình điện phân dung dịch nước muối. Quá trình này bao gồm dung dịch natri clorua và nước và sử dụng điện. Phản ứng tạo ra khí clo với các sản phẩm phụ là natri hydroxit và khí hydro.

Thay vì lưu trữ một lượng lớn khí clo tại chỗ, OSCG cho phép nhà máy tiếp cận chất khử trùng hiệu quả cao này theo yêu cầu mà không gặp phải những lo ngại tương tự về an toàn.

Tạo hypochlorite tại chỗ (OSSG)
Cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất để sử dụng hypochlorite—so với vận chuyển và lưu trữ thương mại số lượng lớn—là để nhà máy tạo ra nó tại chỗ.

Để làm điều này, một phản ứng oxy hóa được thực hiện giữa natri clorua và nước, tạo thành natri hypoclorit.

Xử lý hệ thống tạo tại chỗ
Mặc dù việc phát điện tại chỗ thường an toàn hơn, hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn so với các giải pháp thay thế, nhưng các nhà máy phải tin tưởng vào độ tin cậy của hệ thống phát điện tại chỗ của mình.

Các hóa chất liên quan hoặc hình thành trong quá trình tạo ra tại chỗ có thể bao gồm khí clo, hypochlorite, chất ăn da, hydro clorua (HCl) và nước muối—tất cả các hóa chất ăn mòn nhất phải đối mặt trong các nhà máy xử lý nước và nước thải. Vật liệu đường ống và bể chứa được chỉ định phải chịu được phạm vi pH rộng, sự ăn mòn và các vấn đề tương thích khác.

CPVC là công nghệ phù hợp lý tưởng cho quá trình sản xuất tại chỗ. Để biết cách Corzan ® CPVC chịu được hơn 400 loại hóa chất, hãy xem Bảng kháng hóa chất Corzan CPVC.

Các lựa chọn thay thế cho khí clo

Nếu việc sản xuất tại chỗ không phải là một lựa chọn cho nhà máy của bạn, hãy xem xét các giải pháp thay thế khác để khử trùng thay cho khí clo.

Natri hypoclorit (NaClO)
Được biết đến phổ biến hơn là chất tẩy lỏng, chất lỏng màu vàng nhạt này là dẫn xuất clo an toàn hơn nhiều so với khí clo. Bởi vì nó được sản xuất và lưu trữ dưới dạng chất lỏng nên nguy cơ tiềm ẩn khi có khí clo áp suất cao tại chỗ sẽ bị loại bỏ. Và ở dạng này, cần có nồng độ clo thấp hơn (5-15%) để khử trùng nước so với khí clo hoặc canxi hypoclorit.

Cần khoảng một gallon natri hypoclorit cường độ công nghiệp (nồng độ 10-12%) để thay thế một pound khí clo.

Khi natri hypoclorit (NaClO) được đưa vào nước, phản ứng hóa học tạo thành axit hypoclorơ và ion hypoclorit. Khi những chất này kết hợp lại, clo tự do (FAC) sẽ hình thành và hoạt động như chất khử trùng.

Nó là một giải pháp thay thế đặc biệt thiết thực để sử dụng với nước có độ cứng thấp. Trộn natri hypoclorit có độ pH cao với nước có độ cứng cao có thể tạo ra muối canxi và thúc đẩy quá trình đóng cặn.

Mặc dù an toàn hơn khí clo nhưng cần thận trọng với natri hypoclorit để hạn chế phơi nhiễm. Nó có thể gây kích ứng da, dạ dày và cổ họng, tùy thuộc vào mức độ hoặc kiểu tiếp xúc.

Độ ổn định của dung dịch cũng là một vấn đề vì nó bị ảnh hưởng bởi nhiệt, ánh sáng, độ pH và ô nhiễm kim loại. Mỗi yếu tố thúc đẩy việc phá vỡ giải pháp, làm giảm hiệu quả và thời hạn sử dụng tương đối nhanh hơn so với các giải pháp thay thế.

Canxi hypoclorit (Ca(ClO)2)
Được sản xuất từ ​​khí clo, canxi hypoclorit thường có ở dạng rắn hoặc khô dưới dạng viên hoặc hạt màu trắng.

Clo đậm đặc trong canxi hypoclorit khoảng 65%, cao hơn nhiều so với natri hypoclorit, dẫn đến chi phí cao hơn.

Mặc dù chi phí trả trước cao hơn nhưng canxi hypochlorite lại có chi phí xử lý thấp hơn hai chất khử trùng phổ biến nhất.

Canxi hypochlorite duy trì tính ổn định và hiệu quả trong quá trình bảo quản tốt hơn so với natri hypochlorite, nhưng có thể gây nguy hiểm nếu chịu nhiệt hoặc bảo quản trong hoặc gần vật liệu hữu cơ dễ bị oxy hóa hoặc bằng kim loại.

Brom (Br)
Brom là chất lỏng nặng màu nâu đỏ, là chất thay thế hữu hiệu cho clo để khử trùng nước khi nước thải ra môi trường.

Vì amoniac có trong nước thải nên bromamines được tạo ra thông qua việc bơm brom và thậm chí còn hiệu quả hơn chloramines.

Nhược điểm của brom là giá thành tương đối của nó trong hầu hết các tình huống. Việc sử dụng hiện nay chủ yếu chỉ giới hạn ở các tàu hải quân và giàn khoan dầu vì nó có thể được chiết xuất từ ​​​​nước biển. Nó cũng không được khuyến khích dùng làm nước uống vì nó có các sản phẩm phụ có hại và khiến nước có mùi vị kém.

Clo Dioxide (ClO2)
Clo dioxide là một loại khí màu xanh lục vàng có những ưu điểm và nhược điểm tương tự như khí clo. Nó là một chất khử trùng hiệu quả, nhưng cực kỳ mạnh và có thể nguy hiểm nếu không được xử lý đúng cách.

Nếu clo dioxide được sử dụng để khử trùng trong nhà máy, dù được tạo ra tại chỗ hay ngoài cơ sở, thì CPVC là vật liệu tuyệt vời để xử lý hóa chất. Vì clo dioxide không ổn định ở hầu hết nhiệt độ, nên đường ống và bình chứa phải chịu được lượng oxy thoát ra khi vật liệu xuống cấp một cách an toàn. Ví dụ, polyolefin và polyolefin fluoride dễ bị thấm oxy.

Corzan CPVC có đặc tính kháng hóa chất cần thiết để xử lý clo dioxide và các sản phẩm phụ của nó.

Vận chuyển và lưu trữ hóa chất ăn mòn và oxy hóa

Mỗi chất khử trùng có sẵn để xử lý nước và nước thải đều có thể gây ăn mòn và hư hỏng một số vật liệu. Đường ống và bể chứa CPVC lý tưởng để lưu trữ và vận chuyển nhiều chất khử trùng và hóa chất khác. Tìm hiểu cách sử dụng CPVC hiệu quả trong các nhà máy xử lý nước thải bằng cách tải xuống hướng dẫn Sử dụng CPVC trong các nhà máy xử lý nước thải.

https://www.corzan.com/blog/safer-alternatives-to-chlorine-gas-for-water-and-wastewater-treatment-disinfection