LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI CÔNG SUẤT 07 M3 NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC TRAO ĐỔI ION VÀ PLASMA

TÓM TẮT

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI

CÔNG SUẤT 07 M³/NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC TRAO ĐỔI ION VÀ PLASMA

Hiện nay, do nhu cầu tiện lợi nên việc sử dụng nước uống đóng chai ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, việc xử lý nước uống đóng chai bằng các công nghệ truyền thống như phương pháp sử dụng hóa chất (clo), phương pháp tinh lọc bằng thẩm thấu ngược RO, công nghệ lọc nước Nano… thường có nhược điểm là hệ thống phức tạp, chiếm nhiều diện tích, hiệu suất thấp, không đảm bảo sức khỏe (vì lấy đi hàm lượng khoáng cần thiết cho cơ thể)… Trong nghiên cứu này, hệ thống xử lý nước uống đóng chai bằng công nghệ lọc, trao đổi ion kết hợp Plasma ở nhiệt độ thấp, áp suất khí quyển, được thiết kế và chế tạo nhằm giải quyết các nhược điểm trên. Nước thủy cục sau khi được xử lý với các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh được xét nghiệm tại Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng 3 (Quatest 3), Viện Pasteur Tp.HCM và Trung Tâm Y Tế dự Phòng tỉnh Đồng Nai cho kết quả đạt tiêu chuẩn QCVN 6-1:2010/BYT.

Trong luận văn này, sự ảnh hưởng của điện áp, dòng điện và thời gian xử lý đến hiệu suất xử lý được khảo sát và đánh giá.Với lưu lượng 0.7l/phút/module, điện áp 20kV, dòng 2A thì vi khuẩn bị tiêu diệt hoàn toàn. Các chỉ tiêu có trong nước uống sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 6-1:2010/BYT.

ABSTRACT

DESIGNING AND MANUFACTURING BOTTLED DRINKING WATER TREATMENT SYSTEM WITH CAPACITY 07M³/DAY BY USING CARBON FILTER, ION EXCHANGE AND PLASMA TECHNOLOGY

Nowadays, because of the convennience so that bottled drinking water is becoming more popular. However, there have been a lot of disadvantages in dealing with bottled drinking water by using traditional technology such as using chemical (chlorine), the reverse osmosis technology (RO) or nanofiltration technology… that is a complex system, occupying a large area, low efficiency,no health insurance (because of filtered needed mineral for the body),… In this research, the bottled drinking water treatment system using carbon filtering, ion exchange and plasma technology at low temperature and at atmostpheric pressure was designed and developed to solve the above disadvantages.The physical, chemical, and microbial indicators in tap water which is treatedare tested inQuality Assurance and Testing Center 3 (QUATEST 3), Pasteur Institute of Ho Chi Minh City and Dong Nai province’s Preventive Medicine Center reach to QCVN 6-1:2010/BYT standard.

In this thesis, the effects of voltage, current and time to processing performance is examined and evaluated. With input flow rate 0.7l/min/module, voltage 20 kV, current 2A, the bacteria are destroyed completely. The indicators in bottled drinking water after treated reach to QCVN 6-1:2010/BYT standard.

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC.. i

LỜI CAM ĐOAN.. ii

LỜI CẢM ƠN.. iii

TÓM TẮT.. iv

ABSTRACT.. v

MỤC LỤC.. vi

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.. 1

1.1Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài

nước đã công bố:……………………………………………………………………..1

1.1.1 Tổng quan:1

1.1.2 Các kết quả trong nước và ngoài nước đã công bố:3

1.1.2.1 Các ứng dụng của công nghệ Plasma trên thế giới:3

1.1.2.2 Các ứng dụng của công nghệ Plasma trong nước:4

1.1.2.3 Khái niệm về nước uống đóng chai và các tiêu chuẩn về nước uống

đóng chai :……………………………………………………………………….7

1.1.2.4 Thực trạng nguồn nước ở Việt Nam và các phương pháp xử lý hiện nay:12

1.1.2.5 Nghiên cứu công nghệ plasma của đại học Zhejiang:15

1.1.2.6 Nghiên cứu công nghệ Plasma:21

1.1.2.7 Nghiên cứu công nghệ plasma của ĐHSPKT TPHCM:22

1.2 Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu:24

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu:24

1.2.2 Khách thể và đối tượng nghiên cứu:24

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu:25

1.4 Phương pháp nghiên cứu:25

1.4.1 Cơ sở phương pháp luận:25

1.4.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể:25

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.. 27

2.1 Ion hoá:27

2.1.1 Định nghĩa:27

2.1.2 Năng lượng ion hoá:27

2.1.3 Bậc Ion hóa:25

2.2 Sự tương tác giữa các hạt trong plasma:30

2.2.1 Tiết diện hiệu dụng:30

2.2.2 Khoảng đường tự do trung bình:30

2.2.3 Tần số va chạm:30

2.2.4 Va chạm đàn hồi:31

2.2.5 Va chạm không đàn hồi:31

2.2.5.1 Va chạm không đàn hồi loại 1:31

2.2.5.2 Va chạm không đàn hồi loại 2:31

2.3 Quá trình tạo chất oxi hoá:32

2.3.1 Tạo ozone:32

2.3.2 Tạo H₂O₂ (Hiđrô perôxít):32

2.3.3 Tạo gốc *OH có mức oxi hoá mạnh:33

2.4 Quá trình Oxy hóa:34

2.4.1 Oxy hóa vòng benzene bằng OH^*:34

2.4.2 Oxy hóa vòng benzene bằng Ozon:34

2.5 Hệ thống lọc than hoạt tính và trao đổi ion:35

2.5.1 Lọc than hoạt tính :…………………………………………………………35

2.5.2 Quá trình làm mềm nước và trao đổi ion :………………………………….35

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP. 37

3.1 Yêu cầu đề tài và thông số thiết kế:37

3.1.1 Yêu cầu đề tài37

3.1.2 Phương án bố trí điện cực và giải pháp thực hiện :37

3.1.2.1 Phương án 1:37

3.1.2.2 Phương án 2 :38

3.1.2.3 Phương án 3:38

3.1.2.4 Phương án 4:39

3.1.2.5 Phương án 5 :39

3.1.2.6 Phương án 6:40

3.1.2.7 Phương án 7:40

3.1.3 Phân tích và lựa chọn phương án:41

3.2 Thông số thiết kế :41

3.2.1 Quy trình xử lý :41

3.2.2 Thông số thiết kế buồng Plasma :43

3.2.3 Nguyên lý làm việc buồng Plasma :44

3.3 Phương hướng thiết kế buồng Plasma :45

3.3.1 Phương án 1 :………………………………………………………………….45

3.3.2 Phương án 2 :………………………………………………………………….47

3.3.3 Phương án 3 :………………………………………………………………….49

3.4 Trình tự công việc tiên hành:51

CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ.. 52

4.1 Chọn vật liệu cho hệ thống :…………………………………………………….52

4.2 Tính toán cho hệ thống:………………………………………………………...52

4.2.1 Tổng quan hệ thống:…………………………………………………….…52

4.2.2 Phần khung của hệ thống:……………………………………………….…53

4.2.2.1 Yêu cầu của khung:…………………………………………………….53

4.2.2.2 Bản vẽ chi tiết phần khung buồng Plasma :……………………………54

4.2.2.3 Tính toán độ bền khung:………………………………………………..54

4.2.3 Lưu lượng nước qua hệ thống:……………………………………………..60

4.2.4 Tính công suất bơm nước:………………………………………………….61

4.2.5 Khoảng cách giữa hai điện cực:……………………………………………61

4.2.6 Bộ nguồn Plasma:…………………………………………………………..62

4.2.6.1 Mạch điều chế độ rộng xung:…………………………………………...62

4.2.6.2 Mạch điều chỉnh tần số và điện áp:……………………………………..64

4.3 Thiết bị thí nghiệm:……………………………………………………………...64

4.3.1 Sự ảnh hưởng của điện áp đầu ra đến kết quả xử lý như bảng 1.2:………67

4.3.2 Sự ảnh hưởng của dòng điện đến kết quả xử lý : …………………………...68

4.3.3 Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến kết quả xử lý : …………………………69

CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ :………………………..71

5.1 Chế tạo, thử nghiệm:……………………………………………………….…….71

5.1.1 Toàn bộ hệ thống thực tế :…………………………………………………..71

5.1.2 Bộ nguồn hệ thống:…………………………………………………………. 72

5.1.3 Buồng plasma:……………………………………………………………….73

5.2 Đánh giá:………………………………………………………………………….74

5.2.1 Chủ quan:……………………………………………………………………….74

5.2.2 Khách quan:………………………………………………………………….....76

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ :………………….……………………..82

6.1 Kết luận :……………………………………………………………………....... 82

6.2 Kiến nghị:…………………………………………………………………...… 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….....83

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam

QCVN Quy Chuẩn Việt Nam

UV Ultraviolet radiation (Tia cực tím)

BKHCNMT Bộ Khoa Học Công Nghệ Môi Trường

BYT Bộ Y Tế

AOAC Association of Official Analytical Chemists ( Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống )

HPLC High Performance Liquid Chromatography (Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao )

PVC Polyvinylchloride (nhựa tổng hợp)

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 1.1: Kết quả xử lý bề mặt kim loại bằng plasma. 6

Hình 1.2: Trước khi xử lý bề mặt kim loại7

Hình 1.3: Sau khi xử lý bề mặt kim loại7

Hình 1.4: Tình trạng ô nhiễm nguồn nước hiện nay.................................................... 13

Hình 1.5: Mô hình thực nghiệm……………………………………………………16

Hình 1.6:(a) điện cực bằng dung dịch điện phân, (b) điện cực bằng đồng 17

Sơ đồ 1.1:Ảnh hưởng của vật liệu làm điện cực dương tới tốc độ tạo ra ozone…..17

Sơ đồ 1.2:Ảnh hưởng của nước oxi già khi thêm vào trong nước thải …………....18

Sơ đồ 1.3: Trường hợp chỉ có uv và uv + h₂o₂.............................................................. 19

Sơ đồ 1.4: Ảnh hưởng của công suất phóng điện tới sự phân hủy các chất ô nhiễm.. 19

Sơ đồ 1.5: Ảnh hưởng của ph tới sự phân hủy các chất ô nhiễm 20

Sơ đồ 1.6: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân tới tốc độ sản sinh ozone

và công suất phóng điện : ............................................................................. 20

Hình 1.7:Quá trình ion hóa 21

Hình 1.8: Kết cấu mô hình thực nghiệm 23

Hình 2.1: Oxy hóa vòng benzene bằng OH* 34

Hình 2.2: Oxy hóa vòng benzene bằng Ozon 34

Hình 3.1: Hai điện cực đặt bên ngoài, chính giữa là lớp điện môi (nước). 37

Hình 3.2: Hai điện cực đặt 2 đầu, lớp điện môi đặt 1 bên. 38

Hình 3.3: Hai điện cực đặt 2 đầu, lớp điện môi đặt chính giữa. 38

Hình 3.4: Hai điện cực đặt bên ngoài , chính giữa là lớp điện môi (nước). 39

Hình 3.5:Hai điện cực đặt 2 đầu, lớp điện môi đặt 1 bên. 39

Hình 3.6:Hai điện cực đặt 2 đầu, lớp điện môi đặt 1 bên. 40

Hình 3.7:Hai điện cực đặt trực tiếp trong nước. 40

Hình 3.8:Quy trình xử lý nước uống đóng chai bằng công nghệ plasma. 42

Hình 3.9:Nguyên lý làm việc của buồng plasma. 45

Hình 3.10:Phương án 1. 46

Hình 3.11:Phương án 2. 48

Hình 3.12:Phương án 3. 49

Hình 4.1: Tổng quan toàn bộ hệ thống. 53

Hình 4.2: Thiết kế phần khung. 54

Hình 4.3: Biểu đồ lực cắt và momen. 58

Hình 4.4: Kết quả mô phỏng lực cắt, chuyển vị và ứng suất58

Hình 4.5: Chuyển vị trên dầm.. 59

Hình 4.6: Ứng suất trên dầm.. 60

Hình 4.7: Mạch điều chỉnh độ rộng xung. 63

Hình 4.8: Chu kỳ một xung. 63

Hình 4.9: Mạch hiệu chỉnh tần số và điện áp. 64

Hình 4.10: Mạch tạo dòng plasma. 64

Hình 4.11: biến áp vô cấp. 62

Hình 4.12: biến áp cao áp flyback. 62

Hình 4.13: mô hình thí nghiệm.. 66

Hình 4.14: Ảnh hưởng của điện áp đầu ra đến kết quả xử lý. 68

Hình 4.15: Ảnh hưởng của dòng điện đến kết quả xử lý. 69

Hình 4.16: Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến kết quả xử lý. 70

Hình 5.1: hệ thống xử lý thực tế. 71

Hình 5.2: khâu chiết rót72

Hình 5.3: Mạch tạo dòng plasma thực tế. 73

Hình 5.4: Buồng plasma thực tế. 73

Hình 5.5: So sánh giữa hệ thống plasma với 2 hệ thống phổ biến ro và nano bạc. 74

Hình 5.6:Kết quả xét nghiệm hóa lý tại trung tâm 3. 76

Hình 5.7: Kết quả xét nghiệm vi sinh tại trung tâm 3. 77

Hình 5.8: Kết quả xét nghiệm vi sinh sau 6 tháng tại trung tâm y tế dự phòng. 78

Hình 5.9: Kết quả xét nghiệm hóa lý sau 6 tháng tại trung tâm y tế dự phòng. 79

Hình 5.10: Kết quả xét nghiệm hóa lý tại viện Pasteur. 80

Hình 5.11Kết quả xét nghiệm vi sinh tại viện Pasteur. 81

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 : Chỉ tiêu hóa học của nước uống đóng chai.................................................. 8

Bảng1.2 Chỉ tiêu vi sinh vật của nước uống đóng chai11

Bảng3.1Thông số của hệ thống xử lý nước uống đóng chai43

Bảng4.1So sánh kết quả tính toán và mô phỏng. 60

Bảng 4.2Điều kiện để tạo ra tia lửa điện. 62

Bảng 5.1 Thông số bộ nguồn. 72

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố:

1.1.1 Tổng quan:

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp một mặt đem lại lợi ích kinh tế cho đất nước, góp phần giải quyết việc làm cho người dân nhưng mặt khác lại sinh ra các chất ô nhiễm làm ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của con người và môi trường tự nhiên, đặc biệt là môi trường nước. Vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường nước do các khu công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, các cơ sở y tế, các cụm dân cư… thải ra hiện nay đã không còn là vấn đề nhỏ và trước mắt nữa mà đã trở thành một bài toán khó cho chính phủ nói riêng và cho toàn xã hội nói chung.

Theo số liệu thống kê của Liên Hiệp Quốc, năm 2013 có hơn 2,6 triệu người trên toàn cầu không được tiếp xúc với điều kiện vệ sinh cơ bản và gần một tỷ người không được dùng nước sạch. Cứ 20 giây lại có một trẻ em tử vong vì các bệnh liên quan đến tình trạng thiếu nước sạch và điều kiện vệ sinh phù hợp. Một báo cáo gần đây của Ngân hàng Thế giới ước tính, tới năm 2030, nhu cầu về nguồn nước của con người sẽ vượt lượng cung tới 40%.

Nước chiếm ¾ trái đất và là nguồn tài nguyên quí giá đối với sự sống của con người. Trái đất được bao phủ bởi nước nhưng chỉ có 2,5% nước trên thế giới là nước ngọt, trong khi 97,5% là đại dương. Trong đó, 0,3% nước ngọt của thế giới nằm trong các sông, hồ; 30% là nước ngầm, phần còn lại nằm trên các sông băng, núi băng. 70% lượng nước trên thế giới được sử dụng cho nông nghiệp, 22% cho công nghiệp và 8% phục vụ sinh hoạt.

Theo ước tính, trung bình một người ở các nước phát triển sử dụng 500 - 800 lít/ngày so với 60 - 150 lít/người/ngày ở các nước đang phát triển và trung bình một người trưởng thành uống từ 1,5 - 2 lít/ngày. Hiện nay, Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng hiện có rất nhiều phương pháp xử lý nước như phương pháp lọc bằng vật lý hay cơ học, phương pháp lọc và tiệt trùng bằng quang học và Ozone, phương pháp tinh lọc bằng thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO), công nghệ lọc nước Nano… Tuy nhiên các phương pháp xử lý nước này hiệu suất thấp, không đảm bảo, và được cho là thiếu khoáng chất cần thiết cho cơ thể… do đó việc nghiên cứu và áp dụng việc kết hợp giữa 2 công nghệ lọc trao đổi ion và plasma là hết sức cần thiết. Đây là phương pháp xử lý nước uống mới, khi đi vào hoạt động sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao vì có chi phí xây dựng hệ thống thấp, đặc biệt là chi phí vận hành rất thấp. Thiết bị lọc dựa trên công nghệ lọc hấp phụ trao đổi Ion. Hạt lọc không hấp thụ toàn bộ các vi chất trong nước mà xử lý một cách mềm dẻo giúp loại bỏ tạp chất, kim loại nặng và khử mùi Clo có trong nguồn nước thủy cục.Xử lý bằng công nghệ Plasma dựa trên nguyên lý oxy hóa bậc cao được sinh ra bởi các gốc oxy hoá rất mạnh như HO*, O* , H*, O₃, H₂O₂ và tia UV làm phá vỡ các liên kết ion, liên kết cộng hóa trị của chất hữu cơ, vô cơ và tiêu diệt các vi khuẩn có trong nước máy [9]. Các gốc oxy hóa và tia UV này được sinh ra khi nước qua vùng plasma (hiệu điện thế U = 0 ÷ 40 KV, f = 20 ÷ 75 KHz, cường độ dòng điện I = 02 ÷ 04 A), các electron chuyển động với vận tốc rất lớn sẽ va đập vào các phân tử cung cấp cho các phân tử một năng lượng làm phá vỡ các liên kết.

Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý với chi phí thấp mà vẫn đảm bảo nước uống đạt tiêu chuẩn cho phép.

Tóm lại: Công nghệ plasma đã có lâu đời nhưng hầu hết được dùng trong phạm vi phòng thí nghiệm với hiệu suất thấp. Về việc ứng dụng công nghệ lọc trao đổi ion và Plasma để xử lý nước uống thì chưa có tổ chức, trung tâm nào trong nước nghiên cứu thiết kế và chế tạo. “Thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nước uống đóng chai bằng công nghệ lọc trao đổi ion và Plasma” trong giai đoạn thị trường nước uống đóng chai đang khá phức tạp như hiện nay có một ý nghĩa hết sức to lớn. Đây là phương pháp xử lý nước uống mới, xanh sạch. Nó khắc phục được những hạn chế của các phương pháp truyền thống.

Với mong muốn đóng góp vào việc bảo vệ môi trường sống của con người, hạn chế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước, nâng cao chất lượng cuộc sống và bảo vệ sức khỏe cho cộng đồng, người hướng dẫn và học viên đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nước uống đóng chai công suất 07 m³/ngày bằng công nghệ lọc trao đổi ion và Plasma”.

1.1.2 Các kết quả trong nước và ngoài nước đã công bố:

1.1.2.1 Các ứng dụng của công nghệ Plasma trên thế giới:

Thuậtngữ Plasma lần đầu tiên được sử dụng để mô tả khí ion hóa bởi nhà hóa học người Mỹ Irving Langmuir khi ông giành giải thưởng Nobel hóa học vào năm 1927. Nhưng công nghệ plasma thật sự bắt đầu phát triển từ giữa những năm cuối của thế kỉ XX và bùng nổ vào những năm đầu của thế kỉ XXI khi công nghệ Plasma đã và đang có mặt trong hầu hết các ứng dụng công nghệ cao (high-technology). Một ví dụ điển hình là nhiệt phân rác thải thành điện năng bằng công nghệ plasma nhiệt độ cao (high-temperature plasma) của NASA, được các công ty công nghệ cao nổi tiếng của Mỹ như General Electric, Westinghouse, Alter NRG… ứng dụng, chế tạo thiết bị. Ứng dụng công nghệ plasma là thực hiện một quá trình sử dụng điện để tạo ra cung hồ quang ở nhiệt độ cực cao (7.000⁰C - 9.000⁰C) nhằm biến các loại chất thải thành khí phân tử, nguyên tố (gọi là khí tổng hợp), hơi nước và chất xỉ bằng các thiết bị đặc biệt, gọi là thiết bị chuyển đổi plasma. Còn plasma nhiệt độ thấp (low-temperature plasma) được sử dụng trong quá trình chế tạo vật liệu bao gồm cả việc cấy (etching) các mô hình phức tạp dùng cho các các linh kiện vi điện tử và vi quang, dùng trong các công nghệ lắng đọng trong các lĩnh vực tạo ma sát, từ, quang, chất dẫn điện, chất cách điện, chất polyme, các màng mỏng xúc tác [10].

Một trong những ứng dụng của plasma nguội hiện nay mà hai nước Nga và Mỹ đã và đang nghiên cứu đó là ứng dụng của plasma trong công nghệ hàng không. Được phát ra chung quanh thân máy bay đang bay, plasma tách hẳn máy bay ra khỏi không khí khiến cho lực cản khí động học bị triệt tiêu giúp cho máy bay bay nhanh hơn, ít tiêu hao nhiên liệu hơn và có thể làm mất dấu máy bay trên màn hình radar. Theo các chuyên viên hàng không thì ứng dụng này có thể áp dụng đối với các loại vật thể bay như máy bay, tên lửa chiến lược, máy bay không người lái, vệ tinh ở các chế độ bay khác nhau như bay ở tốc độ bình thường hay siêu thanh...[11].

Ngoài ra, plasma cũng rất quan trọng trong chiếu sáng, tạo sóng vi ba, hủy các chất thải độc hại, các chất hóa học, lazer và các bộ gia tốc tân tiến phục vụ cho việc nghiên cứu các hạt cơ bản.

1.1.2.2 Các ứng dụng của công nghệ Plasma trong nước :

vHệ thống xử lý nước thải y tế bằng công nghệ Plasma :

Nước thải y tế chứa một lượng lớn các vi sinh vật, kim loại nặng, hóa chất độc hại, đồng vị phóng xạ v.v... Các hệ thống xử lý hiện có hầu hết đều sử dụng công nghệ cũ, chi phí đầu tư thấp nhưng không đảm bảo chất lượng nước sau khi xử lý cũng như độ bền của hệ thống. Công nghệ xử lý nước thải tiên tiến bậc nhất trên thế giới hiện nay – công nghệ plasma – công nghệ được nghiên cứu phát triển trong nước tại phòng thí nghiệm năng lượng và môi trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chi Minh đã đạt được các kết quả ưu việt. Hiệu quả xử lí cao, đáp ứng tất cả các chỉ tiêu quốc gia về chất lượng nước thải y tế. Chi phí vận hành bảo dưỡng thấp, hệ thống vô cùng nhỏ gọn, dễ lắp đặt, được thiết kế theo module nên công suất phù hợp với từng cơ sở, dễ dàng nâng cấp hay có nhu cầu mở rộng qui mô hoạt động. Hệ thống tự động hóa hoàn toàn từ khi tiếp nhận cho đến khi nước được thải ra môi trường nên dễ dàng sử dụng, tính ổn định cao. Nước thải được xử lí trong môi trường kín nên không gây ra mùi hôi ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Thiết kế nhỏ gọn, đẹp mắt sẽ không gây mất cảnh quan cho những cơ sở y tế nhỏ khi phải lắp đặt thiết bị trong không gian làm việc. Không xử dụng hóa chất nên chi phí vận thành thấp, vận hành đơn giản, không phải xử lí mùn. Nước thải sau xử lý có thể tái sử dụng.

vHệ thống xử lý bề mặt bằng công nghệ Plasma :

Bề mặt chi tiết máy trước khi phủ một lớp bảo vệ, ví dụ như xi mạ, nhuộm, sơn, chất bôi trơn… rất cần được làm sạch và tăng độ hấp thụ. Với phương pháp truyền thống, chi phí để tẩy rữa bề mặt chi tiết là rất cao, hiệu suất thấp đồng thời ảnh hưởng rất lớn đến môi trường do sử dụng một số hóa chất độc hại. Ngoài ra, sản phẩm sau khi phủ lớp bảo vệ, độ bám dính không cao do lực liên kết giữa chi tiết và chất phủ thấp. Để khắc phục những nhược điểm trên, giải pháp bắn plasma lên bề mặt chi tiết ở nhiệt độ và áp suất khí quyển được ứng dụng. Với phương pháp này, bề mặt chi tiết được làm sạch và đồng thời tăng độ hấp thu nên ít tốn nguyên liệu phủ, sản phẩm đẹp, bền và chịu được điều kiện làm việc khắc nghiệt.Tóm lại, muc tiêu quan trọng của dự án là xử lý bề mặt chi tiết, tức làm sạch và tăng khả năng hấp thụ chất phủ làm cho sản phẩm đẹp, chịu lực tốt, bền với điều kiện sử dụng thay đổi, giảm thời gian sản xuất, giảm chi phí sản xuất.

Hình 1.1: Kết quả xử lý bề mặt kim loại bằng Plasma, những giọt nước bên trái là nơi bề mặt chưa xử lý, vũng nước bên phải là nơi bề mặt đã xử lý (từ một giọt nước giống bên trái tự động loang ra do độ hấp thụ bề mặt sau xử lý)

Ứng dụng công nghệ plasma với phản ứng plasma trong môi trường khí trơ tạo ra các phần tử electron, ion và phân tử oxy hóa bậc cao. Trong môi trường plasma, dưới tác động của điện trường các phần tử này sẽ chuyển động với một động năng rất lớn. Thành phần bụi và chất bẩn (hữu cơ và vô cơ) bám trên bề mặt chi tiết được làm sạch bởi sự va đập các hạt vào bề mặt và các vi khuẩn, nấm bị tẩy bởi quá trình oxy hóa bậc cao. Hơn thế nữa, khi các hạt này va chạm với bề mặt chi tiết nó sẽ truyền cho bề mặt chi tiết một năng lượng từ đó kích thích các phần tử trên bề mặt hoạt động mạnh dẫn đến kết quả bề mặt cần bám dính của chi tiết có khả năng “ăn” chất phủ rất tốt. Do đó bề mặt chi tiết sau khi xử lý sạch và có độ hấp thụ rất cao. Plasma xảy ra trực tiếp trên bề mặt chi tiết nên quá trình xử lý nhanh và hiệu quả. Tóm lại, với công nghệ plasma, quy trình phủ bề mặt chi tiết đạt hiệu quả cao, kinh tế, bền và thân thiện với môi trường.

Hình 1.2: Bề mặt kim loại trước khi xử lý plasma

Hình 1.3: Bề mặt kim loại sau khi xử lý plasma

1.1.2.3 Khái niệm về nước uống đóng chai và các tiêu chuẩn về nước uống đóng chai:

vKhái niệm về nước uống đóng chai :

Theo QCVN 6-1:2010/BYT thì “Sản phẩm nước đóng chai được sử dụng để uống trực tiếp, có thể có chứa khoáng chất và carbon dioxide (CO₂) tự nhiên hoặc bổ sung nhưng không phải là nước khoáng thiên nhiên đóng chai và không chứa đường, các chất tạo ngọt, các chất tạo hương hoặc bất kỳ chất nào khác”.

Theo Quyết định 1626/1997/QĐ-BKHCNMT về Quy định tạm thời về quản lý chất lượng nước khoáng thiên nhiên đóng chai và nước uống đóng chai của Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường thì “ nước uống đóng chai (Bottled drinking water) là nước dùng để uống được đóng chai không phải là nước khoáng thiên nhiên và có các đặc điểm sau :

Lấy từ các giếng khoan của các mạch nước ngầm hoặc từ nguồn nước cấp đô thị và qua xử lý bằng các phương pháp phù hợp
Đóng chai tại nguồn nước nếu được sản xuất từ nguồn nước ngầm và bảo đảm các yêu cầu về chất lượng vệ sinh [3].

vCác tiêu chuẩn về nước uống đóng chai :

Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 6-1:2010/BYT:

Bảng 1.1: Chỉ tiêu hoá học của nước uống đóng chai liên quan đến an toàn thực phẩm [1].

Tên chỉ tiêu	Giới hạn tối đa	Phương pháp thử	Phân loại chỉ tiêu
Stibi, mg/l	0,02	ISO 11885:2007; ISO 15586:2003; AOAC 964.16	A
Arsen, mg/l	0,01	TCVN 6626:2000 (ISO 11969:1996); ISO 11885:2007; ISO 15586:2003; AOAC 986.15	A
Bari, mg/l	0,7	ISO 11885:2007; AOAC 920.201	A
Bor, mg/l	0,5	TCVN 6635:2000 (ISO 9390:1990); ISO 11885:2007	A
Bromat, mg/l	0,01	ISO 15061:2001	A
Cadmi, mg/l	0,003	TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986); ISO 11885:2007; ISO 15586:2003; AOAC 974.27; AOAC 986.15	A
Clor, mg/l	5	ISO 7393-1:1985, ISO 7393-2:1985, ISO 7393-3:1990	A
Clorat, mg/l	0,7	TCVN 6494-4:2000 (ISO 10304-4:1997)	A
Clorit, mg/l	0,7	TCVN 6494-4:2000 (ISO 10304-4:1997)	A
Crom, mg/l	0,05	TCVN 6222:2008 (ISO 9174:1998); ISO 11885:2007; ISO 15586:2003	A
Đồng, mg/l	2	TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986); ISO 11885:2007; ISO 15586:2003; AOAC 960.40	A
Cyanid, mg/l	0,07	TCVN 6181:1996 (ISO 6703-1:1984); TCVN 7723:2007 (ISO 14403:2002)	A
Fluorid, mg/l	1,5	TCVN 6195:1996 (ISO 10359-1:1992); TCVN 6490:1999 (ISO 10359-2:1994); ISO 10304-1:2007	A
Chì, mg/l	0,01	TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986); ISO 11885:2007; ISO 15586:2003; AOAC 974.27	A
Mangan, mg/l	0,4	TCVN 6002:1995 (ISO 6333:1986); ISO 11885:2007; ISO 15586:2003	A
Thủy ngân, mg/l	0,006	TCVN 7877:2008 (ISO 5666:1999); AOAC 977.22	A
Molybden, mg/l	0,07	TCVN 7929:2008 (EN 14083:2003); ISO 11885:2007; ISO 15586:2003	A
Nickel, mg/l	0,07	TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986); ISO 11885:2007; ISO 15586:2003	A
Nitrat , tính theo ion nitrat, mg/l	50	TCVN 6180:1996 (ISO 7890-3:1998); ISO 10304-1:2007	A
Nitrit , tính theo ion nitrit, mg/l	3	TCVN 6178: 1996 (ISO 6777:1984); ISO 10304-1:2007	A
Selen, mg/l	0,01	TCVN 6183:1996 (ISO 9965:1993); ISO 11885:2007; ISO 15586:2003; AOAC 986.15	A
22. Mức nhiễm xạ			B
– Hoạt độ phóng xạ a, Bq/l	0,5	ISO 9696:2007
– Hoạt độ phóng xạ b, Bq/l	1	ISO 9697:2008
Chỉ tiêu loại A: bắt buộc phải thử nghiệm để đánh giá hợp quy. Chỉ tiêu loại B: không bắt buộc phải thử nghiệm để đánh giá hợp quy nhưng tổ chức, cá nhân sản xuất, nhập khẩu các sản phẩm nước uống đóng chai phải đáp ứng các quy định đối với chỉ tiêu loại B. Tỷ lệ nồng độ của mỗi chất so với giới hạn tối đa: C_nitrat/GHTĐ_nitrat + C_nitrit/GHTĐ_nitrit £ 1.

Bảng 1.2: Chỉ tiêu vi sinh vật của nước uống đóng chai [1].

I. Kiểm tra lần đầu
Chỉ tiêu	Lượng mẫu	Yêu cầu	Phương pháp thử	Phân loại chỉ tiêu
1. E. coli hoặc coliform chịu nhiệt	1 x 250 ml	Không phát hiện được trong bất kỳ mẫu nào	TCVN 6187-1:2009 (ISO 9308-1:2000, With Cor 1:2007)	A
2. Coliform tổng số	1 x 250 ml	Nếu số vi khuẩn (bào tử) ≥1 và ≤2 thì tiến hành kiểm tra lần thứ hai Nếu số vi khuẩn (bào tử) > 2 thì loại bỏ	TCVN 6187-1:2009 (ISO 9308-1:2000, With Cor 1:2007)	A
3. Streptococci feacal	1 x 250 ml		ISO 7899-2:2000	A
4. Pseudomonas aeruginosa	1 x 250 ml		ISO 16266:2006	A
5. Bào tử vi khuẩn kị khí khử sulfit	1 x 50 ml		TCVN 6191-2:1996 (ISO 6461-2:1986)	A

II. Kiểm tra lần thứ hai
Tên chỉ tiêu	Giới hạn tối đa cho phép (Trong 1 ml sản phẩm)				Phương pháp thử	Phân loại chỉ tiêu
Tên chỉ tiêu	n	c	m	M	Phương pháp thử	Phân loại chỉ tiêu
Coliform tổng số	4	1	0	2	TCVN 6187-1:2009 (ISO 9308-1:2000, With Cor 1:2007)	A
Streptococci feacal	4	1	0	2	ISO 7899-2:2000	A
Pseudomonas aeruginosa	4	1	0	2	ISO 16266:2006	A
Bào tử vi khuẩn kị khí khử sulfit	4	1	0	2	TCVN 6191-2:1996 (ISO 6461-2:1986)	A
Chỉ tiêu loại A: bắt buộc phải thử nghiệm để đánh giá hợp quy. n: số đơn vị mẫu được lấy từ lô hàng cần kiểm tra. c: số đơn vị mẫu tối đa có kết quả nằm giữa m và M, tổng số mẫu có kết quả nằm giữa mvà M vượt quá clà không đạt. m: là mức giới hạn mà các kết quả không vượt quá mức này là đạt, nếu các kết quả vượt quá mức này thì có thể đạt hoặc không đạt. M: là mức giới hạn tối đa mà không mẫu nào được phép vượt quá.

1.1.2.4 Thực trạng nguồn nước ở Việt Nam và các phương pháp xử lý hiện nay:

vThực trạng nguồn nước ở Việt Nam:

Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm nước là vấn đề rất đáng lo ngại.

Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước. Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải.

Về tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp, hiện nay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn là nơi cơ sở hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý nên thấm xuống đất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao. Trong sản xuất nông nghiệp, do lạm dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật, các nguồn nước ở sông, hồ, kênh, mương bị ô nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi trường nước và sức khoẻ con người.

Hình 1.4: Tình trạng ô nhiễm nguồn nước hiện nay [Nguồn Internet]

vThực trạng nguồn nước uống đóng chai ở Việt Nam :

Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, do ảnh hưởng của quá trình biến đổi khí hậu và quá trình công nghiệp hóa, dẫn đến nguồn nước sạch ở nhiều khu dân cư, đô thị, khu công nghiệp, làng nghề… bị cạn kiệt và ô nhiễm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh hoạt và sức khỏe của người dân. Từ đó nước uống đóng chai ra đời, được người tiêu dùng ưa chuộng vì tính tiện lợi và an toàn trong sử dụng của sản phẩm này.

Những năm qua để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng, hàng loạt các nhà máy, cơ sở sản xuất nước uống đóng chai ra đời cung cấp cho thị trường nhiều sản phẩm nước uống đóng chai đa dạng về chủng loại, phong phú về mẫu mã. Tuy nhiên, một số sơ sở sản xuất vì chạy theo lợi nhuận đã không tuân thủ quy trình, các công đoạn đảm bảo an toàn thực phẩm cho nên tình trạng ô nhiễm vi sinh vật trong nước uống đóng chai còn khá cao.

vCác phương pháp xử lý nước uống đóng chai hiện nay :

Ø Phương pháp tinh lọc thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO):

Ứng dụng nguyên lý vận động của nước, thẩm thấu từ vùng nước loãng (hay

dung dịch loãng) sang vùng nước đậm đặc qua một màng thẩm thấu dưới một áp lực khá cao. Màng thẩm thấu này được đặt ở giữa vùng nước sạch và vùng nước nhiễm bẩn hay nước mặn. Vận động qua lại của nước từ bẩn sang sạch bằng áp lực máy bơm được lặp đi lặp lại nhờ chênh lệch áp suất, tạo ra nguồn chảy ngược, vì nước sạch (pure water) di chuyển từ vùng đậm đặc (muối hay nhiễm bẩn) sang vùng nước loãng và sạch dần (tinh khiết dần dần) theo chu kỳ qua lại của thẩm thấu (xuôi và ngược). Với nguyên lý này, nước lọc từ hệ thống RO được xem là nước siêu lọc vì tất cả hóa chất, vi sinh đều bị ngăn chặn.

Tuy nhiên phương pháp này cũng tồn tại những nhược điểm sau :

Phương pháp lọc nước RO là một phương pháp hiện đại nhưng giá thành một lít nước xử lý bằng RO gấp 5 - 10 lần các phương pháp khác, đồng thời lượng nước xử lý rất thấp, không có hiệu quả kinh tế.

Quá trình lọc nước RO này hiệu quả đến mức mà tất cả các muối hòa tan (khoáng chất) từ nước uống đều bị lọc ra bao gồm cả những khoáng chất thiết yếu cần thiết cho cơ thể của chúng ta. Nước tinh khiết chỉ qua công nghệ lọc RO được chưng cất có vị đắng ( vì không có khoáng chất thiết yếu ) và có giá trị pH < 7 mà làm cho nó có tính axit nhẹ.

Công nghệ lọc nước RO sử dụng một màng rất mịn, có kích thước lỗ 0.001 micro. Quá trình này đòi hỏi nước thô bị ép ở áp suất rất cao để nước có thể thông qua các lỗ nhỏ của màng tế bào, nó ngăn chặn các vi khuẩn, vi trùng và hóa chất hòa tan khác đi qua . Tuy nhiên do sự thay đổi trong ngày và đêm về nhiệt độ và áp suất tốc độ cao, một số các lỗ của màng lọc RO mở rộng sau vài tháng sử dụng liên tục, cho phép vi sinh vật có hại dễ dàng đi qua nó, do đó làm cho quá trình này không hiệu quả trong thời gian dài.

Phương pháp lọc nước theo công nghệ Nano :

Nước lọc theo công nghệ Nano không cần sử dụng điện và máy bơm nước mà chỉ cần áp lực nước do nguồn nước trên cao tạo ra là đã có thể hoạt động. Do đó phương pháp này vừa tiết kiệm năng lượng điện vừa không có tiếng ồn động cơ vừa bảo vệ môi trường. Một trong những ứng dụng sáng tạo để sử dụng tại các vùng thường xuyên bị lũ lụt không có điện nước để sinh hoạt.

Công nghệ Nano sử dụng các mắt lọc kích cỡ nanomet hình ống để loại bỏ các thành phần hóa học khác có kích cỡ lớn hơn nước. Quá trình lọc sẽ chỉ loại bỏ những chất độc hại có trong nước tới dưới ngưỡng cho phép. Kết quả thu được sẽ là nước sạch, hầu hết các chất khoáng và chất vi lượng có lợi đều được giữ lại.

Tuy nhiên phương pháp này cũng tồn tại những nhược điểm sau :

Hầu hết vi khuẩn có kích thước nhỏ, thường chỉ khoảng 0.5 - 5.0 μm (micron), nhưng tất cả các lõi lọc của Nano đều có kích thước từ 5 micron – vậy khả năng loại bỏ tới 100% vi khuẩn là điều rất khó.

Lõi lọc quyết định đến công nghệ lọc Nano là màng Nano Sliver. Với vật liệu lọc nước được trộn với phân tử bạc (Ag ) kích thước từ 20 đến 30 nanomet, khi nằm tại các khe lọc và xét về khả năng diệt vi khuẩn thật sự của bạc Nano thì bạc có khả năng tiêu diệt vi khuẩn nếu thời gian tiếp xúc của vi khuẩn với ion bạc là lớn hơn 6 phút. Điều này dẫn đến phương pháp xử lý nước này cho năng suất thấp.

1.1.2.5 Nghiên cứu công nghệ plasma của đại học Zhejiang:

vMô hình thực nghiệm:

Hình 1.5: Mô hình thực nghiệm [6]

vThuyết minh sơ đồ mô hình:

Cấu tạo mô hình gồm có hai ống thạch anh đặt đồng trục. Toàn bộ hai ống đặt trong một bình chứa nước thải. Ống thạch anh nhỏ được lấp đầy bằng dung dịch điện phân và được nối với nguồn dương của nguồn. Nước thải nối với nguồn âm. Trong dung dịch điện phân có sodium chloride (Natri Clorua) nồng độ thay đổi tới 50 g/L. Trong một thí nghiệm khác thì chất điện phân trong ống thạch anh nhỏ được thay bằng một thanh đồng để so sánh đặc tính phóng điện.

Không khí khô với lưu lượng 6 L/phút được thổi qua khoảng không gian giữa ống to và ống nhỏ nơi mà có sự phóng điện xảy ra. Sự phóng điện này sản sinh ra các sản phẩm chủ yếu là ozone và tia UV. Ozone được phát tán vào nước thải qua bộ khuếch tán cấu tạo gồm nhiều lỗ nhỏ li ti.

Điều kiện thí nghiệm ở nhiệt độ phòng, điện áp thay đổi, nồng độ 3.2 < pH < 10. Để tăng khả năng phát xạ UV, nước thải đã được thêm vào hydrogen peroxide ( H₂O₂). Nồng độ của hydrogen peroxide được thay đổi tới 23 mmol/L. Trong suốt quá trình xử lý, NO₂ trong không khí có thể ảnh hưởng đến nồng độ pH trong nước thải.

vKết quả đạt được:

Ảnh hưởng của vật liệu làm điện cực dương tới tốc độ tạo ra ozone:

Sơ đồ 1.1:Ảnh hưởng của vật liệu làm điện cực dương tới tốc độ tạo ra ozone [7]

Trong cả hai trường hợp, điện cực âm là nước thải, điện cực dương là dung dịch điện phân hoặc bằng đồng. Ta thấy, tốc độ sản sinh ra ozone với điện cực là dung dịch điện phân cao hơn điện cực làm bằng đồng. Giải thích cho điều này chính là vì sự tiếp xúc hoàn hảo giữa dung dịch điện phân và bề mặt ống thạch anh nhỏ. Nó làm cho giảm thiểu tối đa năng lượng mất đi. Toàn bộ năng lượng đều được phân tán vào môi trường giữa hai ống thí nghiệm. Sự khác biệt được chỉ ra ở hình sau:

Hình 1.6: (a) Điện cực bằng dung dịch điện phân, (b) Điện cực bằng đồng [7]

Do sự tiếp xúc đều của dung dịch điện phân nên năng lượng được truyền đi thuận lợi hơn khi sử dụng ống đồng.

Ảnh hưởng của O₃, UV và H₂O₂ tới sự phân hủy các chất ô nhiễm:

Sơ đồ 1.2:Ảnh hưởng của nước oxi già khi thêm vào trong nước thải [8]

Trong trường hợp chỉ có UV và UV + H₂O₂ hiệu quả phân hủy kém. Trường hợp chỉ có ozone thì hiệu quả phân hủy tăng nhanh. Có thể nói rằng ozone quyết định nhiều nhất tới khả năng phân hủy các chất gây ô nhiễm. Khi nồng độ H₂O₂là 1 mmol/l kết hợp với ozone thì tăng cường khả năng phân hủy là nhờ tăng lượng gốc OH trong nước thải. Tuy nhiên nếu tăng quá nhiều thì hiệu quả lại giảm đi.

Sơ đồ 1.3: Trường hợp chỉ có UV và UV + H₂O₂ [8]

Ảnh hưởng của công suất phóng điện tới sự phân hủy các chất ô nhiễm:

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra tốc độ tạo ozone phụ thuộc chủ yếu vào công suất phóng điện. Mối quan hệ này được chỉ ra ở hình sau:

Sơ đồ 1.4: Ảnh hưởng của công suất phóng điện tới sự phân hủy các chất ô nhiễm [8]

Ảnh hưởng của pH tới sự phân hủy các chất ô nhiễm:

Sơ đồ 1.5: Ảnh hưởng của pH tới sự phân hủy các chất ô nhiễm [8]

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân tới tốc độ sản sinh ozone và công suất phóng điện:

Sơ đồ 1.6: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân tới tốc độ

sản sinh ozone và công suất phóng điện [8]

Biểu đồ trên chỉ ra ảnh hưởng của nồng độ natri clorua trong dung dịch điện phân trong ống nhỏ tới tốc độ sản sinh ozone và hiệu suất phóng điện khi cung cấp điện áp 29,5 KV. Sự kỳ vọng khi tăng nồng độ sẽ làm tăng hai yếu tố kể trên nhưng thực tế việc tăng nồng độ không ảnh hưởng nhiều tới tốc độ tạo ozone. Kết quả này được cho là do điện trở suất cao của không khí giữa hai ống. Mặc dù dòng khí thổi qua giữa hai ống dẫn điện yếu nhưng điện trở vẫn cao hơn rất nhiều điện trở của chất điện phân trong ống nhỏ. Nên một cách tổng quát thì nếu đã phóng điện được qua khoảng không giữa 2 ống thì hiển nhiên phóng được trong dung dịch điện phân. Nên nếu chỉ xét riêng yếu tố nồng độ của chất điện phân không ảnh hưởng đến sự phóng điện tương ứng không ảnh hưởng tới tốc độ tạo ozone.

1.1.2.6 Nghiên cứu công nghệ plasma:

vĐịnh nghĩa:

Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất (các trạng thái khác là rắn, lỏng, khí) trong đó các chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân, các electron chuyển động tương đối tự do giữa các hạt nhân.

Plasma không phổ biến trên Trái Đất tuy nhiên trên 99% vật chất trong vũ trụ tồn tại dưới dạng plasma, vì thế trong bốn trạng thái vật chất, plasma được xem như trạng thái đầu tiên trong vũ trụ.

Có 2 loại plasma : + Plasma nguội.

+ Plasma nóng.

Hình 1.7: Quá trình ion hóa [9]

Plasma nguội: Sự ion hóa được xảy ra bởi việc nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài như từ các bức xạ điện trường, từ trường ... Các electron bắn từ cathode ra làm ion hóa một số phân tử trung hòa. Các electron mới bị tách ra chuyển động nhanh trong điện trường và tiếp tục làm ion hóa các phân tử khác.

Do hiện tượng ion hóa mang tính dây chuyền này, số đông các phân tử trong chất khí bị ion hóa, và chất khí chuyển sang trạng thái plasma. Trong thành phần cấu tạo loại plasma này có các ion dương, ion âm, electron và các phân tử trung hòa. Plasma nhiệt độ thấp có nhiệt độ trong khoảng 300⁰ - 1000⁰K, thường được sử dụng trong đèn huỳnh quang, ống phóng điện tử, tivi plasma…

Plasma nóng: Sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ tăng dần, các electron bị tách ra khỏi nguyên tử, và nếu nhiệt độ khá lớn, toàn bộ các nguyên tử bị ion hóa. Ở nhiệt độ rất cao, các nguyên tử bị ion hóa tột độ, chỉ còn các hạt nhân và các electron đã tách rời khỏi các hạt nhân.

Plasma nhiệt độ cao có nhiệt độ lớn hơn 1000⁰K, thường gặp ở mặt trời và các ngôi sao, trong phản ứng nhiệt hạch…

Các hiện tượng xảy ra trong plasma chuyển động là rất phức tạp (sự ion hóa, va chạm đàn hồi, va chạm không đàn hồi, tái hợp…). Để đơn giản hóa, trong nghiên cứu plasma, người ta thường chỉ giới hạn trong việc xét các khối plasma tĩnh, tức là các khối plasma có điện tích chuyển động nhưng toàn khối vẫn đứng yên.

vTính chất:

- Dẫn điện tốt.

- Có thể bị chi phối mạnh bởi từ trường .

- Bức xạ từ vùng hồng ngoại đến tận vùng tử ngoại (tia X).

- Phát nhiệt mạnh (với mật độ plasma dày).

- Có tác động hoá học riêng của plasma trong thể tích và trên các bề mặt.

1.1.2.7 Nghiên cứu công nghệ plasma của ĐHSPKT TPHCM:

vMô hình thực nghiệm:

Hình 1.8: Kết cấu mô hình thực nghiệm [5]

vThuyết minh sơ đồ mô hình:

Nước thải từ bể chứa nước sẽ được bơm lên buồng xử lý plasma thông qua van tiết lưu để chỉnh lưu lượng cho phù hợp với nguồn plasma. Nước từ van sẽ di chuyển tới vị trí vùng của điện cực thì sẽ xảy ra sự phóng điện giữa điện cực, một điện cực là nước và một điện cực nhôm. Khi đó các electron chuyển động với vận tốc rất lớn sẽ va đập vào các phân tử cung cấp cho các phân tử một năng lượng làm phá vỡ các liên kết tạo ra các gốc oxy hoá rất mạnh như HO^*, O^*, H^*, O₃, H₂O₂. Chúng đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình oxy hoá chất hữu cơ, vô cơ và tiêu diệt các vi khuẩn có trong nước thủy cục.

vƯu nhược điểm:

Ưu điểm:

- Không cần sử dụng hoá chất.

- Không gian thu hẹp (giảm bớt máy bơm, đường ống...).

- Giảm nhân công vận hành.

- Vùng plasma trong cột hồ quang nhỏ tăng khả năng làm oxy hoá mạnh.

- Vận hành công nghệ dễ dàng.

- Nguồn năng lượng sử dụng nhỏ mà cho hiệu suất lớn.

- Có tính kinh tế cao.

Nhược điểm:

- Lưu lượng nước qua vùng plasma là tùy thuộc vào nguồn phát [4].

1.2 Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu:

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu:

Hiện nay vấn đề ô nhiễm nguồn nước và thực trạng nguồn nước uống ở Việt Nam đã và đang trong tình trạng báo động. Với việc lựa chọn một phương pháp xử lý nước uống phù hợp còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: đặc điểm, thành phần của nguồn nước thủy cục, công suất, diện tích, chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành, bảo dưỡng…Dựa trên các đặc điểm khách quan cho thấy các phương pháp xử lý nước uống đóng chai hiện nay đã không còn phù hợp.

Với mong muốn đóng góp vào việc bảo vệ môi trường sống của con người, nâng cao chất lượng cuộc sống và bảo vệ sức khỏe cho cộng đồng thì người hướng dẫn và học viên thực hiện đề tài này với hy vọng rằng sẽ thiết kế và chế tạo được hệ thống xử lý nước uống đóng chai cho các cơ sở sản xuất nước uống… bằng công nghệ plasma với yêu cầu đặt ra là nâng cao công suất xử lý, tiết kiệm năng lượng, hạn chế đến tối thiểu diện tích xây dựng, chi phí đầu tư xây dựng, duy trì, bảo dưỡng thấp, nước uống đạt tiêu chuẩn QCVN 6-1:2010/BYT.

1.2.2 Khách thể và đối tượng nghiên cứu:

Khách thể và đối tượng nghiên cứu của đề tài là thực trạng nguồn nước uống đóng chai hiện nay đang sử dụng các công nghệ cũ để xử lý nước dẫn đến tình trạng nước uống sau xử lý không đạt yêu cầu theo QCVN 6-1:2010/BYT, điều này gây nguy hại đến sức khỏe con người và cộng đồng.

Nghiên cứu công nghệ lọc trao đổi ion, công nghệ plasma, và sự kết hợp hai công nghệ đến hiệu suất xử lý các chất theo QCVN 6-1:2010/BYT có trong nước uống.

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu:

Công việc chính của luận văn này là nghiên cứuthực trạng nguồn nước uống đóng chai ở các cơ sở sản xuất trên địa bàn Tp. Hồ Chí Minh và tỉnh Đồng Nai và giới thiệu tổng quan về một số công nghệ xử lý nước uống đóng chai hiện nay, trên cở sở đó phân tích các ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý này sau đó đề xuất công nghệ xử lý mới – công nghệ lọc trao đổi ion và Plasma. Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ plasma, động lực học plasma, quá trình ion hóa và oxy hóa và phân hủy các tạp chất vô cơ, hữu cơ có trong nước thủy cục, chế tạo buồng plasma, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Xây dựng mô hình thực nghiệm, lấy mẫu nước thủy cục và tiến hành xử lý. Trên cở sở kết quả xử lý, đánh giá sự ảnh hưởng của điện áp, dòng điện, thời gian xử lý, tính toán các thông số cơ bản để thiết kế và chế tạo hệ thống, tính kinh tế cho hệ thống đã chọn và lắp đặt hệ thống tại một cơ sở sản xuất cụ thể.

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

1.4.1 Cơ sở phương pháp luận:

Cơ sở của việc nghiên cứu đề tài là dựa trên những thành công của công nghệ lọc dựa trên công nghệ lọc hấp phụ trao đổi ion, hạt lọc không hấp thụ toàn bộ các vi chất trong nước mà xử lý một cách mềm dẻo giúp loại bỏ tạp chất, kim loại nặng, khử mùi Clo có trong nguồn nước thủy cục và từ việc dùng công nghệ plasma để xử lý nước thải. Plasma xảy ra tạo ra những chất oxy hóa rất mạnh như HO^*, O^*, H^*, O₃, H₂O₂đồng thời tạo ra hiện tượng sóng xung kích (shockware), tia cực tím (UV) và hiện tượng phá vỡ lên kết hóa học (vòng benzen) bởi các va chạm mạnh của các hạt mang điện (electron). Tất cả các thành phần trên, chất oxy hóa mạnh, hiện tượng vật lý và động lực học của các hạt mang điện làm phá vỡ các thành phần hóa học độc hại.

1.4.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể:

- Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu.

- Phương pháp phân tích đánh giá.

- Phương pháp thử nghiệm nhiều lần.

Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia

.....

CHƯƠNG 6

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ

6.1 Kết luận:

Tác giả đã thiết kế, chế tạo và kiểm tra hệ thống xử lý nước uống đóng chai công suất 7m³/ngày bằng công nghệ lọc trao đổi ion kết hợp Plasma. Với công nghệ Plasma, hệ thống xử lý nhỏ gọn, không sử dụng hóa chất, chi phí vận hành thấp và đặc biệt là hiệu suất cao. Đối với nghiên cứu này, nguồn plasma ở điện áp 20KV, dòng điện 2A và thời gian xử lý 0.14s nước sau xử lý đạt tiêu chẩn theo QCVN 6-1:2010/BYT.

6.2 Kiến nghị:

- Nghiên cứu tối ưu hóa năng lượng sao cho việc sử dụng năng lượng là thấp nhất và hiệu suất xử lý là cao nhất.

- Nâng cao công suất xử lý của hệ thống để đáp ứng nhu cầu xử lý của các cơ sở sản xuất quy mô lớn, các công ty...

- Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp, nước nuôi trồng thủy sản,...

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt

Các chỉ tiêu hóa học và vi sinh của nước uống đóng chai liên quan đến an toàn thực phẩm [QCVN 6-1:2010/BYT].
Gs. Ts Lều Thọ Trình, Giáo trình Cơ học kết cấu 2, NXB KHKT Hà Nội – 2001.
Quyết định 1626/1997/QĐ-BKHCNMT về Quy định tạm thời về quản lý chất lượng nước khoáng thiên nhiên đóng chai và nước uống đóng chai của Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường.
Luận văn tốt nghiệp “ Thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nước thải y tế công suất 05m³/ngày bằng công nghệ Plasma - Nguyễn Đức Long.

Tiếng anh

M. M. Kuraica, B. M. Obradović, D. Manojlović, D. R. Ostojić and J. Purić, application of coaxial dielectric barrier discharge for potable and waste water treatment, Faculty of Physics, PO Box 368, 11001 Belgrade, Serbia and Montenegro, Center for Science and Techn. Development, 11001 Belgrade, Serbia and Montenegro, Faculty of Chemistry, PO Box 158, 11001 Belgrade, Serbia and Montenegro.
Vijay Nehra¹, Ashok Kumar² and H K Dwivedi³ , Atmospheric Non-Thermal Plasma Sources, ¹Deptt of Electronics & Communication Guru Jambheshwar University of Science & Technology Hisar-125001, India; ²YMCA Institute of Engineering & Technology Faridabad-121006, India; ³R & D Head (PDP) Samtel Color Limited Ghaziabad-201001, UP, India
Jin-Oh JO, Y. S. MOK, In-situ production of ozone and ultraviolet light using a barrier discharge reactor for wastewater treatment, Department of Chemical and Biological Engineering, Jeju National University, Jeju 690-756, Korea
Paraselli Bheema Sankar, measurement of air breakdown voltage and electric field using standad sphere gap method, Department of Electrical Engineering National Institute of Technology, Rourkela Rourkela-769008, India, Master of Technology
Dr. Philip D. Rack, Plasma Physics, Department of Microelectronic Engineering, Rochester Institute of Technology, United State

Nguồn khác

http://www.fotech.org/forum/index.php?showtopic=1742
http://vemaybay.mang.vn/ban-can-biet/852-ung-dung-cua-plasma-trong-cong-nghe-hang-khong

mã tài liệu	300800600088
nguồn	huongdandoan.com
đánh giá	5.0
mô tả	100 MB Bao gồm file thuyết minh, ...., bản vẽ lắp, bản vẽ thiết kế 3D SOLIDWORKS...Nhiệm vụ, kết quả nghiên cứu và thí nghiệm, bài báo power point, tóm tắt, clip thí nghiệm ....Ngoài ra còn cung cấp thêm nhiều tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước tham khảo LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI CÔNG SUẤT 07 M3 NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC
giá	3,950,000 VNĐ
	download đồ án

Ngân hàng VIB
Số tài khoản: 946402200 Chủ tài khoản: Trần Minh Tuấn Chi nhánh: Quận 9, TP.HCM

LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI CÔNG SUẤT 07 M3 NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC

NỘI DUNG ĐỒ ÁN