Ngoài các tạp chất hữu cơ và vô cơ, nước thiên nhiên còn chứa rất nhiều vi sinh vật, vi khuẩn và các loại vi trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn. Để ngăn ngừa các bệnh dịch, nước cấp cho sinh hoạt phải khử trùng. Với các hệ thống nước công nghiệp cũng cần phải khử sạch các loại vi sinh vật để ngăn ngừa sự kết bám của chúng lên thành ống dẫn nước trong các thiết bị làm lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt, đồng thời làm tăng tổn thất thủy lực của hệ thống.

Các quá trình xử lý cơ học không thể loại trừ được toàn bộ vi sinh vật và vi trùng có trong nước. Để tiêu diệt được toàn bộ vi sinh vật, cần tiến hành các biện pháp khử trùng nước.

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

Các giải pháp

Các giải pháp xử lý tổng quát

1. Các phương pháp lý học

1.1. Phương pháp nhiệt

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. Chúng không bị tiêu diệt dù có đun sôi liên tục trong vòng 15 đến 20 phút. 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, tia cực tím có độ dài bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất.

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.

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.

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.

2. 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

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.

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.

Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ nước tăng, đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly.

Tốc độ khử trùng bị châm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lững và các chất khử khác.

Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric

Cl2 + H2O ⇔ HOCl + HCl

Hoặc ở dạng phương trình phân ly:

Cl2 + H2O ⇔ 2H+ + OCl- + Cl-

Khi sử dụng clorua vôi làm chất khử trùng, phản ứng sẽ là:

Ca(OCl)2 + H2O ⇔ CaO + 2HOCl

2HOCl ⇔ 2H+ + 2OCl-

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.

Độ hòa tan của iod phụ thuộc vào nhiệt độ nước. Ở 00C độ hòa tan là 100mg/l. Ở 200C độ hòa tan là 300mg/l.

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

Ozone có công thức hóa học là O3. Ozone được sản xuất  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.