Sử Dụng Chlorine Trong Xử Lý Nước

PGS. TS. Trương Quốc Phú, Trưởng Khoa Thủy sản, ĐH Cần Thơ

Chlorine thường được dùng với mục đích chính là khử trùng nhằm diệt hay bất hoạt các vi sinh vật trong nước. Chlorine được thử nghiệm ở Bỉ (Begium) năm 1903 và được sử dụng đầu tiên tại Chicago (Mỹ) năm 1908. Ngoài ra, chlorine còn được dùng như một chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất khử trong nước (Fe²⁺, Mn²⁺H₂S, NO₂^-…). Ở Việt Nam, chlorine cũng được sử dụng phổ biến để xử lý nước nuôi thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm sú và cá tra thâm canh. Sử dụng chlorine hợp lý sẽ mang lại lợi ích thiết thực cho người sử dụng, nhưng nếu sử dụng không hợp lý sẽ gây tác hại cho môi trường và con người.

Tác dụng và hiệu quả khử trùng của các dạng chlorine

Các nguồn chlorine thương mại phổ biến là chlorin (Cl₂), hypochlorite canxi [Ca(OCl)₂] và hypochlorite natri (NaOCl). Chlorine có thể tan 7160 mg/L trong nước 20^oC và nó phản ứng để tạo ra HOCl và HCl, HOCl tiếp tục ion hoá tạo ra ion OCl^-:

Cl₂+ H₂O = HOCl + HCl   

HOCl = OCl^-+ H⁺                

Hypochlorite canxi và hypochlorite natri hoà tan trong nước cũng tạo ra OCl^-. Sự hiện diện của các dạng chlorine phụ thuộc vào pH của nước (Xem hình bên), dạng Cl₂không hiện diện khi pH lớn hơn 2, HOCl là dạng phổ biến nhất khi pH nằm trong khoảng 1-7,48, HOCl = OCl^-khi pH=7,48 và OCl^-thì cao hơn HOCl khi pH trên 7,48. Mức độ nhạy cảm của vi sinh vật đối với các dạng chlorine phụ thuộc rất lớn vào tốc độ khuếch tán vào trong tế bào, HOCl có hiệu quả khử trùng mạnh hơn OCl^-khoảng 100 lần do HOCl có kích thước phân tử nhỏ và trung hòa điện tích nên dễ dàng khuếch tán vào tế bào hơn so với OCl^-. Do đó, chlorine chỉ có hiệu quả khử trùng cao khi pH nhỏ hơn 6. Không nên dùng chlorine khi pH lớn hơn 7,48 và không được bón vôi trước khi khử trùng nước. Các bào tử của vi sinh vật có khả năng chịu đựng chlorine ở nồng độ cao so với tế bào sinh dưỡng bởi vì chlorine khó khuếch tán qua vỏ của bào tử. 

Cơ chế tác dụng của chlorine trong khử trùng là HOCl phản ứng với hệ enzyme oxy hóa glucose và các hoạt động trao đổi chất, kết quả gây chết tế bào. Phản ứng này có liên quan đến sự oxy hóa của HOCl đối với enzyme có chứa gốc HS^-. Đa số virus đều không có enzyme chứa gốc HS^-nên chlorine hầu như không có tác dụng diệt hay bất hoạt virus (trừ một số trường hợp cụ thể được chỉ định).

Để diệt vi sinh vật nước ngọt có thể dùng 1,5 mg/L của Cl (tương đương 6 mg/L của Ca(OCl)₂ 70%). Trong môi trường mặn lợ do độ pH thường khá cao nên khử trùng với nồng độ 5-7 mg/L của Cl (tương đương 20-30 mg/L của Ca(OCl)₂70%).

Tác dụng oxy hóa của chlorine

Chlorine () còn có tác dụng oxy hoá các ion khử vô cơ  (Fe²⁺, Mn²⁺, NO₂^-và H₂S) và hợp chất hữu cơ. Các phản ứng oxy hóa này thường chuyển hóa các chất độc thành các chất không độc. Cl_2, HOCl, và OCl^-cũng bị khử thành dạng Cl^-, ít độc. Để oxy hóa 1mg/L H₂S, Fe²⁺, Mn²⁺và NO₂^-cần dùng lần lượt là 8,5 mg/L, 0,6 mg/L, 1,3 mg/L và 1,5 mg/L của Cl. Do đó, sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ và khử vô cơ trong nước làm tăng liều lượng chlorin khi khử trùng. 

Những tác hại khi khử trùng nước bằng chlorine

Chlorine (Cl_2, HOCl, và OCl^-) tồn lưu trong nước sẽ gây độc đối với tôm cá và các loài thủy sinh vật. Nồng độ chlorine tự do tối đa cho phép đối với thủy sinh vật là 0,01 mg/L. Ở nồng độ 0,1 mg/L, chlorine tự do có thể gây chết hầu hết phiêu sinh vật biển và nồng độ chlorine tự do 0,37 mg/L có thể gây chết cá. Do đó, sau khi khử trùng nên khử chlorine hoặc sục khí mạnh trong 3-5 ngày trước khi thả cá. Có thể khử chlorine sau khi khử trùng bằng Na₂S₂O₃, để loại bỏ 1 mg/L Cl cần dùng 6,99 mg/L Na₂S₂O₃.

Trong môi trường giàu muối dinh dưỡng, ROCl phản ứng với NH₃hình thành các hợp chất chloramine (NH₂C1, NHCl₂hoặc NCl₃), các hợp chất này bền, có thời gian lưu tồn lâu và cũng độc đối với sinh vật. Các hợp chất chloramine có tác dụng giống như NO₂^-, chúng phản ứng với Hemoglobine tạo thành Methemoglobine gây ra chứng bệnh máu màu nâu và làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu (cá bị nổi đầu). Đo đó, không nên dùng chlorine để diệt tảo và diệt khuẩn cho ao nuôi, chlorine sẽ làm giảm sinh trưởng và tỉ lệ sống của cá.

Trong môi trường giàu xác hữu cơ, HOCl sẽ phản ứng với CH₄và các nguyên tố khác có trong nước để hình thành các hợp chất Trihalomethan (CHCl₃, CHCl₂Br, CHClBr₂…). Trihalomethan (THMs) là các hợp chất độc với thủy sinh vật và con người, chúng được xem là tác nhân gây bệnh ung thư ở người và động vật. Trihalomethan rất bền, chúng có thể tích tụ trong cơ thể động vật và truyền từ sinh vật này sang sinh vật khác trong chuổi dinh dưỡng. Giới hạn của EPA (Hoa kỳ) về hàm lượng THMs trong nguồn nước sau xử lý chlorine phải nhỏ hơn 80µg/L. 

Như vậy, chlorine có hiệu quả tốt để diệt khuẩn các nhóm sinh vật kích thước nhỏ, đối với bào tử của vi sinh vật và virus thì hiệu quả xử lý không cao. Chỉ nên dùng chlorine để khử trùng nguồn nước cấp vào đầu vụ nuôi. Không nên xử lý chlorine khi trong nước ao giàu muối dinh dưỡng và chất hữu cơ vào giữa và cuối vụ nuôi.

Bài viết đã được UV-Việt Nam mua tác quyền từ tác giả, bất cứ hình thức sao chép nào đều phải có trích dẫn nguồn từ Công ty Cổ Phần UV.