Nghiên cứu và chế tạo thiết bị khử vi khuẩn sử dụng LED cực tím

-iii-
LỜI CẢM ƠN


Để hoàn thành luận văn thạc sỹ này, em xin trân trọng cảm ơn quý thầy,cô đã tận
tình giảng dạy, cung cấp kiến thức, tài liệu và hướng dẫn Luận văn.
Trước hết, em bày tỏ lòng biết ơn đến GVC. TS. Nguyễn Văn Hiếu, Trưởng Khoa
Điện tử Viễn thông, Trưởng bộ môn Vật lý-Điện tử, Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên Tp.
Hồ Chí Minh. Thầy đã hướng dẫn tận tình, dẫn dắt người nghiên cứu trong suốt đề tài, đã
tạo điều kiện về kinh phí mua thiết bị và linh kiện để thực hiện đề tài, tham gia các hội nghị
khoa học và hoàn chỉnh nội dung luận văn này.
Em xin cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Văn Sức, Trưởng Khoa Công nghệ Hoá và Thực
phẩm, Trưởng bộ môn Công nghệ Môi trường, Giám đốc Trung tâm Kỹ thuật và Công nghệ
môi trường, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về thiết bị,
phòng thí nghiệm và tư vấn về phương pháp trong các thí nghiệm nuôi cấy kiểm nghiệm
khả năng khử vi khuẩn của thiết bị. Sự hỗ trợ điều kiện khảo sát vi khuẩn và kiến thức
chuyên ngành của Cô Nguyễn Phan Thúy Hiền (Trung tâm Kỹ thuật và Công nghệ Môi
trường) đã giúp cho các thí nghiệm nuôi cấy và kiểm tra lượng vi khuẩn trước sau chiếu xạ
được tiến hành nhanh chóng va đạt kết quả tốt.
Các nội dung học phần cao học đã giúp em có đủ kiến thức và tay nghề hoàn tất luận
văn, em cũng xin gửi lời các ơn đến các thầy,cô PGS.TS. Thái Bá Cần, PGS.TS. Đinh Sỹ
Hiền, PGS.TS. Quyền Huy Ánh, PGS.TS. Phạm Hồng Liên, PGS.TS. Nguyễn Văn Nhờ,
TS. Phan Hồng Phương, TS. Nguyễn Thanh Phương, TS. Trần Thu Hà, TS. Ngô Văn
Thuyên, TS. Võ Thị Xuân, GVC. ThS. Nguyễn Việt Hùng, GVC. Ths. Trần Tiến Đức, ThS.
Nguyễn Ngô Lâm và các thầy cô khác.
Em cũng bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy trong BCN Khoa Điện- Điện tử đã tạo điều
kiện, theo dõi và bám sát tiến độ học tập và làm luận văn tốt nghiệp. Sự động viên, chia sẽ
kinh nghiệm của tật thể lớp cao học Kỹ thuật Điện tử khoá 2008-2010 đã giúp tôi vượt qua
những tháng ngày vất vả đèn sách.
Cuối cùng, con xin cảm ơn ba mẹ và các thành viên trong gia đình đã dành nhiều tình
cảm, động viên tinh thần, hỗ trợ tài chính cho quá trình học tập trong suốt 2 năm qua.

Trân trọng cảm ơn tất cả từ đáy lòng của em.
Vũ Thế Đảng
-iv-
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Ngày nay, nhân loại đang phải đương đầu với 3 vấn nạn toàn cầu trong sự
phát triển. Thứ nhất, ô nhiễm không khí mà nhiều chất bẩn là hạt rắn, chất lỏng,
hay gas trong không khí. Chúng làm hại con người và môi trường sống. Nó là sản
phẩm của sự không cân bằng trong phát triển kinh tế nhanh mà không chú trọng
môi trường. Vấn đề thứ 2, nguồn nước bị bẩn cùng là vấn nạn cho các quốc gia.
Người ta tuyên doán rằng nó dẫn đến nguyên nhân chết và bệnh trên toàn thế giới
của hơn 14 ngàn người mỗi ngày. Mặc khác, chúng ta sẽ cạn nguồn nước sạch
trong vài thế kỷ tới nếu không có những giải pháp kịp thời. Ngộ đọc thực phẩm
được xem là vấn nạn thứ 3. Chúng đến từ 2 nguyên nhân: lây nhiễu hay ngộ độc.
Sự tồn tại của khuẩn va vi khuẩn trong thực phẩm hay bao gồm vi khuẩn tạo ra
độc tố tất cả đều dẫn đến lây nhiễm.
Các công nghệ xử lý nước và khử vi khuẩn trong nước đã có nhiều cải tiến
tuy nhiên chúng vẫn có những hạn chế như: dùng hoá chất thì làm thay đổi mùi
vị và để lại dư lượng hoá chất; dùng nhiệt thì làm thay đổi tính chất của vật khử;
dùng ozone hiệu quả khử không cao, giá thành cao; dùng bức xạ cực tím với đèn
thuỷ ngân áp suất thấp thì nguy hại cho người khi bị tia UV chiếu vào và phải xử
lý thuỷ ngân khi đèn hỏng,
Nhằm góp phần đưa ra những giải pháp kỹ thuật ban đầu, tác giả đã thực
hiện đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ KHỬ VI KHUẨN SỬ
DỤNG LED CỰC TÍM”. Dựa trên những đặc tính nổi trội của của loại linh
kiện UVLED so với đèn thuỷ ngân như: tuổi thọ cao; tiêu thụ công suất thấp,
không gây nguy hiểm cho người, không chứa các chất thuỷ ngân, hay chì….
Với thời gian từ tháng 2/2010 đến tháng 8/2010, tác giả đã nghiên cứu
mạch điều khiển dòng điện cho UVLED phát xạ tia tử ngoại với cường độ khác
nhau. Mạch điều khiển trung tâm với nhiều tính năng nổi bật như: cho phép lựa
chọn nhiều chế độ điều khiển: Auto hay Manual, Thiết bị cho phép giao giao tiếp

với máy tính, điều khiển trực tiếp từ máy tính, cho phép cập nhật lịch sử chiếu xạ
từ thiết bị lên máy tính xuất ra file Excel để người dùng thuận tiện cho việc thống
-v-
kê. Việc điều khiển dòng qua UVLED được thực hiện bằng phương pháp điều
rộng xung PWM. Phương pháp này giúp giảm nhiệt độ cho LED và Mosfet do
chúng sẽ có thời gian nghỉ là T
off
đồng thời khi xét tại một thời điểm tức thì thì
cường độ dòng qua UVLED là cao nhất lên cường độ bức xạ cũng là cao nhất lên
khả năng đâm xuyên qua môi trường chiếu là tối ưu nhất.
Việc bố trí UVLED cũng là một yếu tố khá quan trọng quyết định khả
năng khử vi khuẩn của thiết bị. Trong đề tài này, chúng tôi đã nghiên cứu các cơ
sở lý thuyết, thông số kỹ thuật của UVLED và một số thực nghiệm của một số
tác giả thực hiện trên LED ánh sáng trắng để đưa ra phương pháp tối ưu nhất sắp
xếp UVLED để cường độ chiếu xạ đồng đều trên bề mặt phơi nhiễm.
Sau cùng để chứng minh những nghiên cứu và các cơ sở lý thuyết đã đưa
ra, chúng tôi đã thực hiện kiểm nghiệm khả năng khử vi khuẩn của thiết bị đã chế
tạo. Từ các mẫu nước sinh hoạt lấy từ các địa điểm khác nhau, tác giả đã kiểm
nghiệm khả năng diệt khuẩn của thiết bị khi thay đổi các thông số như: Thời gian
chiếu; công suất chiếu; mật độ vi khuẩn; các nguồn nước khác nhau,… Các thí
nghiệm này đã được thực hiện tại phòng thí nghiệm Công nghệ Môi
trường,Trung tâm Kỹ thuật và CNMT của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
Tp.HCM. Phương pháp thí nghiệm là kiểm tra số khuẩn lạc trước và sau chiếu xạ.
Chúng được nuôi cấy trên đĩa petrifilm của hãng 3M và ủ trong điều kiện nhiệt
độ 37
0
C trong 18-24 giờ.
Các kết quả thống kê được đã chứng minh khả năng khử vi khuẩn của
thiết bị ở mức độ khác nhau ứng với thời gian chiếu, cường độ chiếu, mật độ vi
khuẩn khác nhau. Với kết quả ban đầu này, nhóm tác giả có thể phát triển tiếp khi

tăng số bóng UVLED, thực hiện các mạch công suất lớn để có dòng lớn, cải thiết
hình thức khu vực gắn UVLED,… thì sản phẩm sẽ hoàn thiện. Nhóm tác rất
mong được sự cộng tác nghiên cứu và bổ sung kinh nghiệm từ các nhà khoa học
nhằm sớm đưa sản phẩm ra thị trường.
Tp.HCM, tháng 10 năm 2010.
Vũ Thế Đảng
-vi-
SUMMARY OF THESIS
Nowadays, human must in the face of three global problems in our developing
process. Firstly, an air pollution that many substance are solid particles, liquid droplets,
or gases in the air. They can cause harm to humans and the environment life. It is due to
the product of the unbalance of quick growth of economic without mentioning
environment.
Secondly, water pollution is also major problem in the global context. It has been
suggested that it is the leading worldwide cause of deaths and diseases and that it
accounts for the deaths of more than 14,000 people daily. Moreover, we will be out of
source of purity water in few centuries if we have no urgent solution. Food poisoning is
seemed to be the third problem. They can come from two types of food poisoning:
infectious agent and toxic agent. The presence of bacteria and other microbes in foods
or including bacterially produced
1H
exotoxins are all caused infection. Anyway, they
become the social problem for not only who but also worldwide.
Therefore, water treatment technologies in water and antibacterial activity was
much improved but they still have limitations such as using chemicals to change the
taste and leave residues of chemicals, heat is used to replace reduction in the
properties of materials, use of ozone removal efficiency is not high, high cost, using
ultraviolet radiation with low-pressure mercury lamps are highly efficient but
hazardous for people when UV light shines on and must be treated when broken
mercury lamps,….

To contribute some initial technical solution, we selected the title of master
thesis with it name of " Survey and make the sterilizing device using Ultraviolet
LEDs". Based on the outstanding features of the types of components UVLED than
mercury lamps such as long life, low power consumption, no danger to people, do
not contain mercury or lead, etc,

For the period from February 2010 to August 2010, we studied the current
control circuit for UVLED ultraviolet radiation with different intensities. Central
controller with many features like to select multiple control modes: Auto or Manual,
assigned to communicate with the computer, controlled directly from the computer,
allowing irradiation update history from device to computer and output to Excel file
-vii-
to facilitate the users of statistics.The current through UVLED control is done by
method of pulse width (PWM). This method reduces the temperature of the LED
and MOSFET because they will have vacation time (T
off
). Also, when considered at
a time instant, the current intensity is the highest so UVLED radiation intensity is
high should best penetration through the radiation environment is optimal.
The arrangement of UVLED is a pretty important factor, it determines the
ability of equipment to kill bacteria. In this project, we will explore the theoretical
basis, technical parameters of UVLED and some of the experimental
implementation of some authors on the white LED light to provide the best method
to sort UVLED uniform intensity radiation exposure on the surface.
Finally, to prove the research and theoretical grounds that the authors have made, we
performed experiments to test the ability of bacteria built equipment. In some water
samples taken from different sources. We tested the ability to kill bacteria when
changing parameters such as irradiation time, irradiation power, bacterial density
and different water resources,…. These experiments were conducted in the

laboratory of Environmental Technology, the Centre for Technical and
Environmental Technology, Hochiminh University Technical of Education. The
testing method is to count the number of colonies before and after irradiation. We,
were grew on disks petrifilm of 3M Company and fermented in temperature
conditions of 37
0
C in 18-24 hours.
The results are statistically proven ability to kill bacteria in the device's
different levels, corresponding to irradiation time, irradiation intensity and density of
different bacteria. With obtained initial results, we can continue to develop this
device in the case of the increasing number of UVLED, applied high current with
power circuits, upgraded cover box for lamp,… that our produce is perfectly. We
would like to get many precious advices from scientists and invest from industrial
partner to put our product on the market soon.
.Hochiminh City, Oct. 2010.
Vu The Dang

-viii-
MỤC LỤC HÌNH
Chương 1
Hình 1. 1: Cuộc cách mạng của hợp chất Nitride với lợi điểm của khe năng lượng
rộng. 2
Hình 1. 2: Cấu trúc của UVLED với giếng đa lượng tử của AlGaN-MQW cho phát
quang 231-261 nm 276H[22]. 4

Chương 2.
Hình 2.1: Lý thuyết vùng năng lượng với 3 vùng năng lượng của điện tử. 12
Hình 2. 2: Các quá trình xảy ra giữa 2 vùng năng lượng. 12
Hình 2. 3: Mô tả cấu trúc LED: (a) tiếp xúc mặt GaAs và (b) cơ chế phát sáng. 13
Hình 2. 4: Mô tả nguyên lý phát xạ bước sóng cực tím của UV LED 14

Hình 2. 5: Mô tả cấu trúc UVLED của 1 LED thương mại và phóng lớn phần cấu
trúc MQWs cho bức xạ cực tím 292H[30]. 15
Hình 2. 6: Phân loại sóng các điện từ theo khả xuyên sâu qua khí quyển, tên gọi,
bước sóng kích thước tần số và nhiệt độ phát ra của sóng. 17
Hình 2. 7: Ảnh chụp bề mặt của UVLED ký hiệu SB1100 với bước sóng 365nm,
dòng tối đa là 700mA, sử dụng điện thế 5V. 19
Hình 2. 8: Mô tả cơ chế sinh sản của vi khuẩn. 19
Hình 2. 9: Mô tả cơ chế tạo ra dimer làm thay đổi cấu trúc ADN của vi khuẩn
chống lại sự sinh sản do phân bào: (a,b) một số liên kết T=T hình
thành khi bị UV tác dụng và (c) liên kết mới T^T được tạo nên. 20
Hình 2. 10: Hình dạng một số vi khuẩn trong nước:(a) Salmonella hình ống dài,
(b) E.coli hình trái chôm chôm và (c) Cholerae hình con giun
297H[01]. 21
Hình 2. 11: Ảnh chụp hiển vi và tên gọi khoa học của loài E.coli 298H[37]. 21
Hình 2. 12: Vi khuẩn E.coli: (a) cấu trúc cơ thể 299H[38] và (b) qui trình phân
bào sinh sản 300H[39]. 22
Hình 2. 13: Mô tả quá trình phân chia của vi khuẩn. 23
Hình 2. 14: Mô tả phương pháp pha loãng thập phân. 25
-ix-
Hình 2. 15: Mô tả qui trình đếm vi khuẩn trên mẫu: (a) môi trường MC (Mac
Conkey agar) tạo khuẩn lạc màu đỏ hay hồng sáng, (b) môi trường
BGA (Brillant Green Agar) có màu vàng xung quanh khuẩn lạc và (c)
môi trường Indol tạo khuẩn lạc màu đỏ 301H[12]. 25
Hình 2. 16. Phương pháp đếm khuẩn lạc xác định số lượng vi khuẩn E.coli
302H[12]. 25
Hình 2. 17. Nuôi cấy vi khuẩn để xác định tỉ lệ diệt khuẩn 304H[14]. 28
Hình 2. 18: Các dụng cụ bằng thuỷ tinh được sử dụng trong xét nghiệm vi khuẩn. 29
Hình 2. 19: Các loại cân tiểu li đơn vị đến một phần chục ngàn gram. 30

Chương 3.

Hình 3. 1: Dòng UVLED phụ thuộc vào (a) đặc tuyến quan hệ giữa công suất
chiếu xạ và (b) độ lệch bước sóng trung tâm 307H[15]. 33
Hình 3. 2: Quan hệ giữa điện áp AK và dòng điện phân cực thuận 308H[15]. 33
Hình 3. 3: Quan hệ giữa cường độ bức xạ và góc phát của UVLED. 34
Hình 3. 4: Bước sóng phát xạ của một số UVLED. 34
Hình 3. 5: Sơ đồ mạch điều khiển điện áp UAK của UVLED bằng LM317. 35
Hình 3. 6: Mạch điện công suất cho UVLED: (a) dùng PWM điều khiển công suất
của UVLED và (b) các dạng xung của tín hiệu V, I và thời gian kích
xung. 36
Hình 3. 7: Các mạch bố trí hình dạng các LED khác nhau sẽ cho độ rọi khác nhau:
(a) hình vuông lớn, (b) hình thoi nhỏ và dầy, (c) hình thoi nhỏ và thưa,
(d) hình Ovan nhỏ, (e) theo hình Ovan lớn, (f) hình tròn và (g) hình
chữ nhật lớn- nhỏ lồng nhau. 37
Hình 3. 8: Đồ thị cường độ ánh sáng theo khoảng cách của các loại đèn 309H[02]. 37
Hình 3. 9: Đồ thị cường độ sáng theo góc chiếu. 38
Hình 3. 10: Đồ thị mô tả độ rọi theo công suất từ 100% giảm còn 10%. 38
Hình 3. 11: Phân bố cường độ chiếu xạ của UVLED theo góc phát. 39
Hình 3. 12: Phương pháp bố trí LED để cường độ chiếu xạ trên bề mặt phơi
nhiễm gần như bằng nhau. 39
Hình 3. 13: Sơ đồ khối thiết bị diệt khuẩn dùng tia tử ngoại. 40
-x-
Hình 3. 14: Tổng thể thiết bị diệt khuẩn sử dụng UVLED. 42

Chương 4.
Hình 4. 1: Qui trình thí nghiệm khử khuẩn dùng thiết bị chế tạo phát ra bước sóng
cực tím. 51
Hình 4. 2. Thiết bị đang chiếu tia UV vào mẫu nước : (a) Ống nghiệm thực hiện
pha loãng vi khuẩn ; (b) Các khay chứa mẫu đem đi chiếu ; (c) (d)(e)
Thiết bị đang thực hiện chiếu xạ. 52
Hình 4. 3. Thiết bị xét nghiệm:(a) Máy ủ khống chế nhiệt độ để nuôi cấy vi

khuẩn; (b) máy tạo nước cất dùng trong pha loãng mẫu chiếu; (c) Máy
đếm khuẩn lạc. 53
Hình 4.4: Đĩa Petrifilm trước sau chiếu với thời gian chiếu là 60 phút. 56
Hình 4. 5: Đĩa Petrifilm trước sau chiếu với thời gian chiếu là 180 phút. 56
Hình 4. 6: Quan hệ tỉ lệ diệt khuẩn và thời gian chiếu. 57
Hình 4. 7: Đĩa Petrifilm mẫu vi khuẩn chiếu với thời gian 180 phút với mật độ
pha loãng khác nhau (a) Mẫu ban đầu chưa chiếu (b) mẫu sau chiếu xạ
với độ pha loãng 1/5 ban đầu; (c) Mẫu sau chiếu xạ với độ pha loãng
1/10 ban đầu. 58
Hình 4. 8: Đĩa Petrifilm trước sau chiếu xạ với mật độ vi khuẩn ban đầu khác
nhau. (a) Mẫu ban dầu không chiếu UV; (b) Mẫu chiếu UV với độ
pha loãng 1/10 ban đầu (c) Mẫu chiếu UV với độ pha loãng 1/100 ban
đầu; (d) Mẫu chiếu UV với độ pha loãng 1/1000 ban đầu 58
Hình 4. 9. So sánh tỉ lệ diệt khuẩn coliform với mật độ vi khuẫn với công suất
chiếu 0.8w và thời gian chiếu là 180phút mẫu nước từ nguồn nước tù
đọng sau mưa. 59
Hình 4. 10: Đĩa Petrifilm trước sau chiếu xạ với mật độ vi khuẩn ban đầu khác
nhau. (a) Mẫu ban dầu không chiếu UV; (b) Mẫu chiếu UV với độ
pha loãng 1/10 ban đầu; (c) Mẫu chiếu UV với độ pha loãng 1/100
ban đầu; (d) Mẫu chiếu UV với độ pha loãng 1/1000 ban đầu. 60
-xi-
Hình 4. 11: So sánh tỉ lệ diệt khuẩn coliform và E.Coli với mật độ vi khuẩn với
công suất chiếu 0.8w và thời gian chiếu là 180 phút mẫu nước từ
nguồn nước thải sinh hoạt, nước chứa phân động vật. 60
Hình 4. 12: Đĩa Petrifilm trước sau chiếu xạ với mật độ vi khuẩn ban đầu khác
nhau. (a) Mẫu ban dầu không chiếu UV; (b) Mẫu chiếu UV với độ
pha loãng 1/100 ban đầu. 61
Hình 4. 13: Đĩa Petrifilm trước sau chiếu xạ với mật độ vi khuẩn ban đầu khác
nhau. (a) Mẫu ban dầu không chiếu UV; (b) Mẫu chiếu UV với độ
pha loãng 1/10 ban đầu (c) Mẫu chiếu UV với độ pha loãng 1/100 ban

đầu. 62
Hình 4. 14: So sánh tỉ lệ diệt khuẩn coliform và E.Coli với mật độ vi khuẩn với
công suất chiếu 0.72w và thời gian chiếu là 180 phút mẫu nước từ
nguồn nước thải sinh hoạt, nước chức phân động vật. 62
Hình 4. 15: Đĩa Petrifilm trước sau chiếu xạ với mật độ pha loãng khác nhau công
suất chiếu là 0.64W. 63
Hình 4. 16: So sánh tỉ lệ diệt khuẩn coliform và E.Coli với mật độ vi khuẩn với
công suất chiếu 0.64w và thời gian chiếu là 180 phút mẫu nước từ
nguồn nước thải sinh hoạt, nước chức phân động vật. 64
Hình 4. 17. Quan hệ tỉ lệ diệt khuẩn và công suất chiếu với mật độ vi khuẩn hàng
chục ngàn CFU/ml. 64
Hình 4. 18: Quan hệ tỉ lệ diệt khuẩn và công suất chiếu với mật độ vi khuẩn hàng
ngàn CFU/ml 65
Hình 4. 19: Quan hệ tỉ lệ diệt khuẩn và công suất chiếu với mật độ vi khuẩn hàng
trăm CFU/ml. 65
Hình 4. 20. So sánh sự khác biệt về khả năng diệt khuẩn giữa các nguồn nước
khác nhau. 66

-xii-
MỤC LỤC BẢNG
Chương 1.
Bảng 1. 1: So sánh các phương pháp diệt khuẩn khác nhau. 7
Bảng 1. 2: So sánh UVLED và đèn thuỷ ngân áp suất thấp. 8
Chương 2
Bảng 2. 1: Phân loại tia cực tím theo tiêu chuẩn ISO-DIS-21348 294H[36] .17
Bảng 2. 2: Phần trăm năng lượng khử trùng của tia UV bị hấp thụ với những độ
sâu khác nhau 303H[13]. 26
Chương 3.
Bảng 3. 1: Tham số quang và điện của UVLED SB1100UV-365 305H[15]. 32
Bảng 3. 2: Các tham số nhiệt độ của UVLED khi hoạt động ứng với dòng cực đại

cho phép 306H[15]. 32
Chương 4.
Bảng 4. 1: Kết quả xét nghiệm mẫu nước sinh hoạt ký hiệu N1 và N2 được liệt kê
các nội dung chính. 55
Bảng 4. 2: Bảng thống kê kết quả các mẫu thể hiện quan hệ lượng vi khuẩn trước
sau chiếu với mật độ vi khuẩn khác nhau thực hiện ngày 2/10/2010
công suất chiếu 0,8W. 57
Bảng 4. 3: Bảng thống kê kết quả các mẫu thể hiện quan hệ lượng vi khuẩn trước
sau chiếu với mật độ vi khuẩn khác nhau thực hiện ngày 6/10/2010
công suất chiếu 0,8W. 58
Bảng 4. 4. Tổng hợp tỉ lệ diệt khuẩn các kết quả chiếu xạ với mật độ ban đầu khác
nhau: 59
Bảng 4. 5: Bảng thống kê kết quả các mẫu thể hiện quan hệ lượng vi khuẩn trước
sau chiếu với mật độ vi khuẩn khác nhau thực hiện ngày 11/10/2010
công suất chiếu 0,8W. 59
Bảng 4. 6: Tổng hợp tỉ lệ diệt khuẩn các kết quả chiếu xạ với mật độ ban đầu khác
nhau: 60
-xiii-
Bảng 4. 7: Bảng thống kê kết quả các mẫu thể hiện quan hệ lượng vi khuẩn trước
sau chiếu với mật độ vi khuẩn khác nhau thực hiện ngày 6/10/2010
công suất chiếu 0,72W. 61
Bảng 4. 8: Bảng thống kê kết quả các mẫu thể hiện quan hệ lượng vi khuẩn trước
sau chiếu với mật độ vi khuẩn khác nhau thực hiện ngày 7/10/2010
công suất chiếu 0,72W. 61
Bảng 4. 9: Tổng hợp tỉ lệ diệt khuẩn các kết quả chiếu xạ với mật độ ban đầu khác
nhau: 62
Bảng 4. 10: Thống kê kết quả chiếu xạ với công suất chiếu 0.64W thời gian chiếu
180 phút. 63
Bảng 4. 11: Thời gian diệt vi khuẩn tương quan với số lượng UVLED của thiết bị.
Với mẫu nước dùng trong sinh hoạt, nước ngầm. Có mật độ vi khuẩn

thấp và tạp chất ít; Khoảng cách đèn với mẫu chiếu 1cm (công suất
trên 1 đơn vị diện tích 2,584mW/cm
2
) 66

-xiv-
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADN Acid phosphoric, Deoxybose, Nitrogennous base
CFU
Colony-Forming Unit

EUV Extreme Ultraviolet
FUV Far Ultraviolet
MCU Micro Control Unit
MQW Multi Quantum Well
MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
MUV Middle Ultraviolet
NUV Near Ultraviolet
PWM Pulse Width Modulation
LCD Liquid Crystal Display
LED Light Emitting Diode
UV Ultraviolet
UV LED Ultraviolet Light Emitting Diode
VUV Vacuum UltraViolet
-xv-
MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH viii

MỤC LỤC BẢNG xii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiv

MỤC LỤC xv

Chương 1. TỔNG QUAN 1
1.1. Các nghiên cứu về LED/UVLED hiện nay: 1

1.2. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 6

1.3. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài: 8

1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài: 8
1.3.2. Giới hạn đề tài: 9
1.4. Phương pháp nghiên cứu: 9

1.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: 9
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: 9
1.4.3. Phương pháp thống kê toán học đơn giản: 10
1.5. Dự kiến kết quả đạt được 10

1.6. Kế hoạch đã thực hiện đề tài 11

Chương 2. GIỚI THIỆU VỀ UVLED VÀ KHỬ TRÙNG 12
2.1. Cơ sở lý thuyết về cấu trúc LED 12

2.1.1. Cơ chế phát xạ 12
2.1.2. Đặc tuyến I-Vcủa diode 13
2.1.3. Diode phát xạ cực tím 14
2.1.4. Hiệu suất phát xạ 15

2.2. Phân loại và ứng dụng bức xạ tử ngoại ( UV) 16

2.2.1. Phân loại 16
2.2.2. Nguồn phát tia tử ngoại 18
2.2.3. Cơ chế diệt khuẩn của tia tử ngoại 19
2.3. Nước sinh hoạt và vi sinh vật 20

-xvi-
2.3.1. Các vi khuẩn, vi rút trong nước 20

2.3.2. Thuộc tính của vi khuẩn E.Coli 21

2.3.3. Sinh trưởng của vi sinh vật 23

2.4. Qui trình xét nghiệm và khảo sát 24

2.4.1. Qui trình xét nghiệm 24

2.4.2. Khảo sát các tính chất và môi trường 26

Độ hấp thụ tia tử ngoại của các môi trường khác nhau 26

Cường độ chiếu xạ 27

Tỉ lệ diệt khuẩn 27

2.4.3. Dụng cụ thiết bị và hóa chất 29

2.4.4. An toàn trong xét nghiệm vi sinh 30

Chương 3. THIẾT KẾ THIẾT BỊ KHỬ VI KHUẨN SỬ DỤNG
UVLED 32

3.1. Thông số kỹ thuật của UVLED SB1100UV-365nm 32

3.1.1. Tính chất quang 32
3.1.2. Các thông số cực đại khi hoạt động 32
3.1.3. Các biểu đồ thuộc tính của UVLED 33
3.1.4. Phổ bước sóng phát xạ UV của LED 34
3.2. Phương pháp điều khiển công suất chiếu xạ 35

3.2.1. Điều khiển dòng bằng thay đổi áp trên U
AK
35
3.2.2. Điều khiển dòng bằng thay đổi độ rộng xung (PWM) 36
3.3. Bố trí UVLED cho bức xạ cực đại 37

3.3.1. Thực nghiêm với LED ánh sáng trắng 37
3.3.2. Cơ sở quang học bố trí UVLED 39
3.4. Thiết kế mạch điều khiển 40

3.4.1. Sơ đồ khối hệ thống 40
3.4.2. Mô tả chức năng và thiết kế các khối 40
3.5. Chương trình điều khiển 44

3.5.1. Điều khiển qua phím chức năng 45
3.5.2. Giao tiếp và điều khiển qua PC 46
-xvii-
Chương 4. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KHỬ VI KHUẨN CỦA THIẾT
BỊ CHẾ TẠO 51

4.1. Khử vi khuẩn trong nước sinh hoạt bằng thiết bị chế tạo: 51

4.1.1. Qui trình 51
4.1.2. Các kết quả ban đầu khảo sát 53
4.2. Nhận xét và đánh giá 67

4.2.1. Qui trình chiếu 67
4.2.2. Thời gian chiếu, hiệu suất chiếu, tỉ lệ diệt 2 loại vi khuẩn 68
4.2.3. Thiết bị, số LED 69
4.2.4. Giá thành, khả năng ứng dụng thực tế 70
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72

5.1. Kết quả đề tài đã thực hiện: 72

5.1.1. Phần mạch 72
5.1.2. Phần điều khiển 73
5.1.3. Quy trình xét nghiệm 73
5.1.4. Kết quả xét nghiệm 75
5.2. Khả năng triển khai thực tế 76

5.2.1. Nguồn linh kiện, yêu cầu kỹ thuật lắp ráp 76
5.2.2. Giá thành 77
5.2.3. Thị trường tiêu thụ 77
5.2.4. Đề xuất qui trình xử lý nước uống đóng chai, bình. 77
5.3. Những tồn đọng và định hướng phát triển 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

TIẾNG VIỆT 81

TIẾNG NƯỚC NGOÀI 81

CÁC WEBSITE 84

PHỤ LỤC 86

-1-
CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN

1.1. Các nghiên cứu về LED/UVLED hiện nay:
Diode phát quang (Light Emitting Diode, LED) là loại diode có khả năng
phát ra ánh sáng. LED được cấu tạo từ 2 loại bán dẫn loại p và loại n được phát
hiện vào năm 1907 bởi H. J. Round (người Anh). Hoạt động của LED giống như
nhiều loại diode bán dẫn dựa vào cơ chế chuyển dời các điện tử sang lỗ trống để
hình thành nguyên tử trung hòa tại vùng tiếp giáp P-N. Quá trình này giải phóng
năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ với bước sóng ánh sáng xác định.
Năm 1962, đèn LED thực tế đầu tiên được phát minh bởi Nick Holonyak, Jr
tại công ty General Electric. Đầu tiên đèn LED màu đỏ được đưa ra trị trường và
được sử dụng phổ biến ở nhiều nơi cho việc hiển thị thông tin ở dạng là 7 đoạn.
Các LED này cũng được lắp vào thiết bị trong các phòng thí nghiệm hiện đại.
Sau đó, chúng được dùng cho tivi, radio, điện thoại, máy tính và các thiết bị
chiếu sáng khác. Tuy nhiên, các đèn LED đỏ chỉ đủ sáng cho người dùng hay
phạm vi hẹp. Sau đó, công nghệ chế tạo LED đã phát triển nhanh đáp ứng nhu
cầu về nhiều loại màu sắc khác nhau trong hiển thị, quảng cáo, chiếu sáng,
trong vùng khả kiến. Các LED phát ra các bước sóng hồng ngoại, X-ray, mới
được phát hiện gần đây mà đặc biệt là bước sóng tử ngoại (Ultraviolet, UV)
cũng có tiềm năng trong lĩnh vực y sinh.

-2-
Gallium Nitride cho LED màu xanh

Hình 1. 1: Cuộc cách mạng của hợp chất Nitride với lợi điểm của khe năng
lượng rộng.
Năm 1971, Nhà khoa học Jacques Pankove tại PTN RCA
271H
[18]
đã thành
công trong việc nghiên cứu và thử nghiệm chế tạo Gallium Nitride LED là diode
phát quang màu xanh. Tuy nhiên, chúng vẫn chưa được ứng dụng một cách rộng
rãi và hiệu quả. Bước vào những năm 1980, các nhà khoa học Nhật bản (Isamu
Akasaki, Hiroshi Amano, )
272H
[19]
,
273H
[20]
đã tạo ra một cuộc cách mạng về LED
xanh, linh kiện quang điện tử khi sử dụng phương pháp tạo mầm GaN cho bán
dẫn loại p. Các lớp màng mỏng InGaN xen kẽ GaN tạo nên giếng lượng tử đa lớp
(Multi Quantum Wells: MQW) nguồn gốc của sự phát quang từ vùng tím đến
vùng đỏ.
AlGaN và AlN thường được sử dụng để tạo ra các lớp giếng lượng tử cho
LED cực tím, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa hoàn tất nghiên cứu để nâng hiệu
suất. Tuy nhiên, họ cũng phát hiện cấu trúc InGaN-GaN sẽ phát xạ màu xanh
dương hay xanh lá. Nếu sự kích hoạt của lớp giếng lượng tử là GaN, như xen kẽ
lớp InGaN hoặc AlGaN sẽ phát ra ánh sáng gần như tia cực tím với bước sóng từ
350-370 nm. LED xanh lá được phát xạ từ cấu trúc InGaN-GaN có hiệu xuất phát
xạ cao và cường độ chiếu sáng mạnh hơn loại LED màu xanh lá được chế tạo từ

vật liệu không có nitric.
-3-
Hãng Siemens AG HLOS (Đức)
274H
[21]
sử dụng vật liệu GaN/InGaN để chế
tạo các loại LED màu xanh trên đế SiC. So với sapphire thì SiC mắc hơn nhưng
ngược lại họ có thể điều khiển được quá trình tạo các lớp InGaN và khảo sát một
số tính chất của cấu trúc trở nên dễ hơn. Hãng này muốn nghiên cứu và đưa ra thị
trường các ứng dụng khác của LED cho xe hơi, tín hiệu và chiếu sáng. Khoảng 10
năm gần đây, LED được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực hiển thị tín hiệu
giao thông, đèn quảng cáo và trang trí nội thất cao cấp, màn hình hiển thị lớn và
chiếu sáng diện rộng. Công nghệ LED hiệu suất phát quang cao được đưa vào sản
xuất đại trà tại Mỹ, Đức, Pháp, Trung quốc, Nhật bản, Hàn quốc, Đài Loan, tuy
nhiên, giá thành các đèn trang trí còn cao do phải đầu tư công nghệ chế tạo tốn
kém.
LED tử ngoại (UVLED)
Các nhà khoa học đã thành công trong việc tạo ra các lớp màng mỏng cấu
trúc AlGaN và AlGaInN và phát hiện bước sóng phát xạ ngắn trong dải cực tím.
Các LED cực tím này đang được thị trường ứng dụng chờ đợi với các ứng dụng
đa dạng trong lĩnh vực y-sinh, công nghệ sinh học, khử trùng, truyền dẫn
quang, Nếu các LED phát sáng bước sóng gần cực tím như 375-395 nm thì khả
năng chế tạo dễ hơn và giá thành thấp hơn. Nếu muốn đạt bước sóng ngắn hơn,
dưới 247 nm, thì đòi hỏi công nghệ và kinh phí đầu tư cao nhưng các ứng dụng
lại hiệu quả hơn các LED có bước sóng trên 370nm. Thí dụ, bước sóng 260nm
rất nhạy cảm cho các gen di truyền kháng lại sức hút quang phổ của ADN. Sử
dụng đèn UVLED với bước sóng từ 250 đến 270 nm có tác dụng diệt được các vi
khuẩn, vi trùng do năng lượng cao và hàng loạt các thiết bị tẩy uế sẽ ra đời trong
thời gian sắp tới.
Một số công bố của các nhóm nghiên cứu Nhật bản về cấu trúc khác nhau

của LED để cho được phát quang cực tím sẽ được trình bày dưới đây cho thấy
cuộc chạy đua không ngừng trên lĩnh vực UVLED.
Nhóm tác giả Hideki Hirayama (RIKEN, Nhật bản)
275H
[22]
đã công bố thành
công trong việc chế tạo cấu trúc UVLED cho phát xạ 231–261 nm sử dụng
-4-
AlGaN với vùng đệm đa lớp trên đế sapphire. Các thông số của UVLED với cấu
trúc: thành phần x của Al trong giếng Al
x
Ga
1−x
N vùng đệm (buffer), lớp cản
(barrier) và lớp khóa điện tử (electron-blocking layers EBLs) như sau:

Hình 1. 2: Cấu trúc của UVLED với giếng đa lượng tử của AlGaN-MQW cho
phát quang 231-261 nm
276H
[22].
. 1.7 nm vùng đệm Si-doped AlGaN.
. 3 lớp MQW gồm 2 nm giếng AlGaN.
. 4 nm AlGaN lớp cản.
. 7 nm lớp cản undoped AlGaN
. 15 nm lớp Mg-doped AlGaN EBL
. 10 nm lớp Mg-doped AlGaN,
. Gần 10 nm lớp tiếp xúc Mg-doped GaN trên đa lớp ML-AlN.

Nhóm Hideki Hirayama
277H

[22]
cho thấy rằng, công suất tối đa (output power)
là 1.65 mW và hiệu suất lượng tử (external quantum efficiency: EQE) là 0.23%
cho LED 261 nm. Công nghệ chế tạo UVLED này là kỹ thuật tạo AlN đa lớp sử
dụng khí NH
3
đối với MOCVD. Một số cấu trúc khác cho bước sóng phát xạ cao
hơn cũng được nghiên cứu:
Nhóm Y. Aoyagi (Ritsumeikan Univ.)
278H
[44]
,
279H
[45]
cũng thành công trong việc
tạo mầm lớp AlN trên mặt của đế sapphire sử dụng phương pháp FM-MOCVD
và sử dụng kỹ thuật SIMS để phát hiện oxy và carbon kết hợp thành nhiều lớp.
Qua đó, họ nâng cao chất lượng lớp AlN trên đế sapphire.
-5-
Trong khu vực đông nam Á thì Đài Loan và Singapore đã đầu tư và phát
triển mạnh công nghệ vi điện tử sản xuất chip, LED và các ứng dụng điện tử khác
từ hơn 20 năm qua. Họ đã có sự gắn kết chặt chẽ giữa nghiên cứu cơ bản trong
các trường đại học và công nghệ chế tạo từ các công ty điện tử. VioLED
International Inc tại Đài Loan sử dụng InGaN trên đế Si cho sản phẩm UVLED
có cường độ dòng từ 20-100mA và công suất 80mW nhưng bước sóng tử ngoại là
370nm.
Ý thức được vai trò của nguồn năng lượng chiếu sáng, Nhật bản, Singapore
và một số nước khác đã có một chiến lược nghiên cứu tăng hiệu xuất các thiết bị
chiếu sáng như sử dụng LED với vật liệu GaN và đầu tư nhiều thiết bị hiện đại
cho R&D

280H
[45]
,
281H
[46]
,
282H
[47]
,
283H
[48]
,
284H
[49]
.
Cuối những năm 1977-1979, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học Việt
Nam đã chế tạo thành công LED công suất khoảng 0.1 W và có dòng điện cực đại
30mA. Tuy nhiên, hiệu quả kinh tế không cao nên kết quả nghiên cứu không
được đầu tư và phát triển tiếp. Trong những năm qua, LED từ thị trường nước
ngoài đã có mặt tại Việt Nam bằng nhiều hình thức khác nhau và đáp ứng nhu cầu
ngày càng tăng về quảng cáo điện tử từ phạm vi hẹp đến rộng. Tất cả các sản
phẩm đều là các đèn chiếu sáng sử dụng LED do ưu điểm tiết kiệm điện.
Hiện tại ở Việt Nam chưa có một đơn vị hay công ty nào đầu tư hoàn thiện
qui trình từ nghiên cứu, chế tạo LED đến lắp ráp đèn. Năm 2004, TS. Nguyễn
Văn Khải
285H
[50]
thuộc trung tâm tiết kiệm điện tại Hà Nội đã sản xuất thử nghiệm
các loại đèn sử dụng LED từ nước ngoài và thử nghiệm sử dụng tại các vùng mà
lưới điện quốc gia chưa phủ hết. Một số loại đèn sử dụng LED có kiểu dáng đẹp,

kết hợp tạo khí Ozone, tiết kiệm điện và giá cả hợp lý đã và đang được đưa vào
thị trường.
Một số nghiên cứu từ vật liệu, cấu trúc và linh kiện về LED được thực hiện
tại Việt Nam trong những năm gần đây có sự gia tăng thể hiện sự quan tâm của
các nhà Khoa học mà chủ yếu tại 2 trung tâm lớn của cả nước là Hà nội và
-6-
Tp.HCM về lĩnh vực chiếu sáng. Tác giả xin liệt kê tổng quan các nghiên cứu,
tiếp cận và định hướng phối hợp.
Nhóm tác giả Đ.N.Chung
286H
[23]
ĐHQG Hà Nội đã sử dụng diode phát ánh
sáng xanh dương nhờ chip InGaN được phủ bởi các màng hữu cơ MEH-PPV để
tạo ra ánh sáng trắng. Ưu điểm của MEH-PPV là dễ hòa tan trong các dung môi
hữu cơ. MEH-PPV có phổ phát xạ màu vàng tại đỉnh 590 nm khi bị kích thích
bởi ánh sáng xanh dương 450 nm. Nhóm giáo sư Nguyễn Đức Chiến (Viện Kỹ
thuật, ĐHBK Hà nội)
287H
[04]
đã nghiên cứu cấu trúc, tính chất quang và các ứng
dụng của LED từ tinh thể Si trong màng SiO
2
cho ánh sáng khả kiến.
Tại ĐHQG Tp.Hồ Chi Minh, một đề tài cấp Nhà nước
288H
[24]
,
289H
[25]
về LED

chiếu sáng do PGS.TS. Đặng Mậu Chiến chủ nhiệm đã được thực hiện từ năm
2006 tại PTN Nano. LED được chế tạo theo phương pháp MOCVD trên đế
sapphire nhưng nghiên cứu nhiều loại lớp bán dẫn khác nhau cho phát sáng và có
sự hợp tác với các đồng nghiệp nước ngoài. Nhóm tác giả đã tiếp tục thành công
với LED màu xanh
290H
[26]
,
291H
[27]
nghiên cứu các kết quả của LED phát sáng, chúng
tôi có thêm cơ sở khoa học đề xuất hướng nghiên cứu và mô phỏng chế tạo LED
trong vùng tử ngoại.
Tại Trung tâm R&D, khu công nghệ cao Tp.HCM (Saigon Hi-Tech Park,
Quận 9) [20] thuộc UBND Tp.HCM, hệ chế tạo màng kim loại hữu cơ lắng đọng
hơi hóa (MOCVD) có tên là AIX 2400G3 HT (CHLB Đức) đã được đầu tư và
đang từng bước hoàn chỉnh lắp đặt. Hệ thống này có thể chế tạo cấu trúc MQW
dầy vài chục đến trăm nm với các lớp AlGaInN cho LED. Với kích thước tối đa
của tấm wafer 6x2 inch
2
, AIX 2400G3 HT có thể phục vụ cho các nghiên cứu và
phát triển ban đầu về các linh kiện phát quang dựa trên GaN và các sản phẩm
khác. Đây là thiết bị MOCVD hiện đại và duy nhất tại Việt nam.
1.2. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Gần đây, xuất hiện nhiều vụ việc liên quan đến ngộ độc thực phẩm do thức
ăn bị nhiễm khuẩn, những đợt dịch tiêu chảy cấp lan rộng ra cả nước do rau xanh,
mắm tôm nhiễm E.coli và phẩy khuẩn tả. Một trong những nguyên nhân làm cho
-7-
dịch tiêu chảy cấp lan rộng là do người dân có ý thức kém trong việc xử lý bệnh
phẩm và thải trực tiếp bệnh phẩm ra môi trường bên ngoài.

Bảng 1. 1: So sánh các phương pháp diệt khuẩn khác nhau.
Các tiêu chí so sánh Tia cực tím Chlorine Ozone
Phương pháp Vật lý Hóa học Hóa học
Vốn đầu tư Thấp Trung bình Cao
Chi phí vận hành Thấp Trung bình Cao
Chi phí bảo trì, thay thế Thấp Trung bình Cao
Tần xuất bảo trì Thấp Trung bình Cao
Hiệu quả diệt khuẩn Rất tốt Tốt
không có kiể
m
chứng
Thời gian tiếp xúc 1 - 3 giây 15 - 45 phút

10 - 15 phút
Nguy cơ đối với người dùng ít Lớn Lớn
Độc hại không Có Có
Tính hóa học của nước thay đổi Không Có Có
Có để lại mùi Không Có Có
Mới đây, các nhà khoa học đã phát hiện 60% tiền giấy có nhiễm E.Coli đã
làm xôn xao dư luận và có thể coi đây là một nguồn lây bệnh nguy hiểm.
Sự phát triển của nền kinh tế thị trường đã đẩy các doanh nghiệp phải đặt
mục tiêu lợi nhuận lên tối đa. Vì vậy, thay vì đầu tư những hệ thống xử lý nước
thải đắt tiền thì họ thải trực tiếp chất thải chứa các chất hoá học và vi khuẩn nguy
hiểm ra ngoài môi trường ảnh hưởng to lớn đến sức khoẻ người dân.
Việc nghiên cứu những thiết bị nhằm khử trùng trong thực phẩm, nước
uống, xử lý bệnh phẩm và xử lý nước thải công nghiệp đã được nhiều nhà khoa
học nghiên cứu với các phương pháp khác nhau như: Ozon, Clo, nhiệt và tia cực
tím. Trong đó phương pháp dùng tia cực tím nổi bật với ưu thế không làm thay
đổi tính chất của vật chiếu xạ, không để lại mùi vị, giá thành rẻ.
Nhưng khi dùng UV với nguồn phát dùng đèn thủy ngân áp suất thấp ta lại

gặp một số vấn đề như: tuổi thọ bóng đèn thấp, tiêu thụ công suất lớn, đèn có
chứa thuỷ ngân, kích thước lớn vv. Để khắc phục vấn đề này tác giả đã tìm hiểu
và nghiên cứu ứng dụng UVLED để làm thiết bị khử trùng, Với những đặc điểm
-8-
nổi trội như: Tiêu thụ công suất thấp, tuổi thọ cao, không chứa thuỷ ngân, kích
thước nhỏ, độ tương thích với nhiều môi trường cao, xử lý được các nguồn nước
đục màu,…
Bảng 1. 2: So sánh UVLED và đèn thuỷ ngân áp suất thấp.

1.3. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài:
1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài:

Trong nội dung nghiên cứu của đề tài tác giả sẽ nghiên cứu tổng quan về
tính chất quang, điện và bức xạ cực tím của UVLED bước sóng 365nm, khả năng
diệt, thuộc tính của 2 loại vi khuẩn cơ bản là E.Coli và Coliform. Từ đó, thiết kế
và chế tạo thiết bị điều khiển cường độ phát xạ, thời gian chiếu, lịch trình, điều
khiển PC,… cho thiết bị diệt khuẩn.
Để thu được hiệu quả diệt khuẩn tối ưu, tác giả sẽ nghiên cứu phương pháp
điều khiển công suất bức xạ cho UVLED, phương pháp bố trí UVLED trong thiết
bị để có cường độ chiếu xạ cao nhất.
Để kiểm nghiệm những tính toán đã thực hiện, tác giả sẽ kiểm nghiệm khả
năng diệt khuẩn của thiết bị thông qua thực nghiệm với các trường hợp như: thay
-9-
đổi thời gian chiếu; thay đổi cường độ chiếu; khả năng diệt khuẩn ứng với các
loại vi khuẩn khác nhau.
1.3.2. Giới hạn đề tài:
Trong giới hạn của đề tài, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu và chế tại thiết bị
khử vi khuẩn dùng UVLED cho nước sinh hoạt thông thường với những nội
dung chính như:
1. Nghiên cứu các đặc tính cơ bản của vi khuẩn E.Coli và Coliform, cơ chế

dệt khuẩn của tia UV.
2. Nghiên cứu phương pháp điều khiển công suất bức xạ tối ưu cho UVLED.
3. Nghiên cứu phương pháp bố trí UVLED để đạt được hiệu quả diệt khuẩn
tốt nhất.
4. Thiết kế một thiết bị khử vi khuẩn cho nước sinh hoạt.
5. Kiểm nghiệm khả năng diệt vi khuẩn bằng các thí nghiệm thực tế.
1.4. Phương pháp nghiên cứu:
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
Tìm hiểu tổng quan về tia UV như: bước sóng, tính chất các tia UV, các
thiết bị có thể phát ra tia UV.
Nghiên cứu cơ chế diệt khuẩn của tia UV.
Tìm hiểu tổng quan về LED và các ứng dụng của LED, những đặc điểm cơ
bản của tia UVLED.
Tìm hiểu các loại vi sinh vật trong nước và một số tiêu chuẩn nước sạch trên
thế giới, Việt Nam.
Nghiên các cứu phương pháp điều khiển công suất phát xạ UV và chọn
phương pháp điều khiển tối ưu cho UVLED.
Nghiên cứu phương pháp bố trí UVLED tối ưu để cường độ bức xạ trên bề
mặt phơi nhiễm là đồng đều dựa trên cơ sở lý thuyết quang học và thực nghiệm.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
Nghiên cứu cấu trúc phần cứng của vi điều khiển AVR từ đó xây dựng các
modul liên quan.
-10-
Xây dựng cấu trúc phần cứng cho thiết bị diệt khuẩn và nghiên cứu các giải
thuật về giao diện người dùng, phương pháp điều khiển bức xạ UV cho thiết bị.
Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của thiết bị bằng cách chiếu xạ thử vào
mẫu nước và so sánh trước, sau khi chiếu xạ.
1.4.3. Phương pháp thống kê toán học đơn giản: dựa vào kết quả diệt khuẩn sau
nhiều lần chiếu xạ với những cường độ chiếu xạ, thời gian chiếu xạ và các loại vi
khuẩn khác nhau, ta thiết lập các biểu đồ so sánh tìm ra thời gian, cường độ chiếu

xạ tối ưu với các loại vi khuẩn khác nhau.
1.5. Dự kiến kết quả đạt được
Sau khi hoàn tất đề tài tác giả muốn đạt được những kết quả sau đây:
. Đề xuất được phương pháp bố trí UVLED tối ưu để hiệu suất diệt khuẩn
cao.
. Nghiên cứu và đưa ra phương pháp điều khiển công suất đơn giản, hiệu
quả nhất trong chiếu xạ khử vi khuẩn và tiết kiệm năng lượng.
. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng diệt khuẩn của tia tử ngoại
nói chung và UVLED nói riêng để có phương án xử lý nước trước khi đưa vào
khử vi khuẩn trong các thiết bị lọc nước.
. Đề xuất cường độ, thời gian chiếu xạ tối ưu và công suất UVLED tương
ứng với mật độ vi khuẩn khác nhau (ứng với các loại nước: nước sinh hoạt; nước
thải vv)
. Sản phẩm của đề tài sẽ là một thiết bị diệt khuẩn E.coli và coliform trong
nước sinh hoạt sử dụng UVLED 365nm
. Dự kiến kết quả của đề tài sẽ được công bố tại các hội nghị khoa học.