THIẾT kế và CHẾ tạo hệ THỐNG xử lý nước UỐNG ĐÓNG CHAI CÔNG SUẤT 7 m3 NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ lọc TRAO đổi ION và PLASMA

M CL C
LÝ L CH KHOA H C ............................................................................................... i
L I CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
L I C M N ........................................................................................................... iii
TÓM T T ................................................................................................................. iv
ABSTRACT ................................................................................................................v
M C L C ................................................................................................................. vi
CH

NG 1. T NG QUAN .......................................................................................1

1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên c u, các k t qu nghiên c u trong và ngoài
n

c đƣ công b :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ..1
1.1.1 T ng quan: .....................................................................................................1
1.1.2 Các k t qu trong n

c vƠ ngoƠi n

c đƣ công b : ......................................3

1.1.2.1 Các ng d ng c a công ngh Plasma trên th gi i: ................................3
1.1.2.2 Các ng d ng c a công ngh Plasma trong n
1.1.2.3 Khái ni m v n

c: ..................................4

c u ng đóng chai vƠ các tiêu chuẩn v n

c u ng

đóng chai :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.7
1.1.2.4 Th c tr ng ngu n n

c

Vi t Nam vƠ các ph

ng pháp x lý hi n nay:

............................................................................................................................12
1.1.2.5 Nghiên c u công ngh plasma c a đ i h c Zhejiang: ...........................14
1.1.2.6 Nghiên c u công ngh Plasma: .............................................................20
1.1.2.7 Nghiên c u công ngh plasma c a ĐHSPKT TPHCM: .......................21
1.2 M c tiêu, khách thể vƠ đ i t

ng nghiên c u:...................................................23

1.2.1 M c tiêu nghiên c u: ...................................................................................23
1.2.2 Khách thể vƠ đ i t

ng nghiên c u: ............................................................23

1.3 Nhi m v c a đ tài và ph m vi nghiên c u: .....................................................24
1.4 Ph

ng pháp nghiên c u:...................................................................................24

vi

1.4.1 C s ph
1.4.2 Các ph
CH

ng pháp lu n: .............................................................................24
ng pháp nghiên c u c thể: ..........................................................24

NG 2. C S Lụ THUY T .........................................................................26

2.1 Ion hoá:...............................................................................................................26
2.1.1 Đ nh nghĩa: ...............................................................................................26
2.1.2 Năng l

ng ion hoá: .................................................................................26

2.1.3 B c Ion hóa: ..............................................................................................26
2.2 S t

ng tác gi a các h t trong plasma: ............................................................29

2.2.1 Ti t di n hi u d ng: .....................................................................................29
2.2.2 Kho ng đ

ng t do trung bình: .................................................................29

2.2.3 T n s va ch m: ...........................................................................................29
2.2.4 Va ch m đƠn h i: .........................................................................................30
2.2.5 Va ch m không đƠn h i: ..............................................................................30
2.2.5.1 Va ch m không đƠn h i lo i 1: ..............................................................30

2.2.5.2 Va ch m không đƠn h i lo i 2:..............................................................30
2.3 Quá trình t o ch t oxi hoá: .................................................................................31
2.3.1 T o ozone:....................................................................................................31
2.3.2 T o H2O2 (Hiđrô perôxít): ...........................................................................31
2.3.3 T o g c *OH có m c oxi hoá m nh: ...........................................................32
2.4 Quá trình Oxy hóa: .............................................................................................33
2.4.1 Oxy hóa vòng benzene b ng OH*:...............................................................33
2.4.2 Oxy hóa vòng benzene b ng Ozon: .............................................................33
2.5 H th ng l c than ho t tính vƠ trao đ i ion: ...................................................34
2.5.1 L c than ho t tính :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ34
2.5.2 Quá trình làm m m n
CH

NG 3. PH

NG H

c vƠ trao đ i ion :ầầầầầầầầầầầầầ.34
NG VÀ GI I PHÁP ................................................36

3.1 Yêu c u đ tài và thông s thi t k : ...................................................................36

vii


3.1.1 Yêu c u đ tài ..............................................................................................36
3.1.2 Ph

ng án b trí đi n c c và gi i pháp th c hi n : ....................................36

3.1.2.1 Ph

ng án 1: ..........................................................................................36

3.1.2.2 Ph

ng án 2 : .........................................................................................37

3.1.2.3 Ph

ng án 3: ..........................................................................................37

3.1.2.4 Ph

ng án 4: ..........................................................................................38

3.1.2.5 Ph

ng án 5 : .........................................................................................38

3.1.2.6 Ph

ng án 6: ..........................................................................................39

3.1.2.7 Ph

ng án 7: ..........................................................................................39

3.1.3 Phân tích và l a ch n ph

ng án:...............................................................40

3.2 Thông s thi t k : ..............................................................................................40
3.2.1 Quy trình x lý :...........................................................................................40
3.2.2 Thông s thi t k bu ng Plasma : ................................................................42
3.2.3 Nguyên lý làm vi c bu ng Plasma : ............................................................43
3.3 Ph

ng h

ng thi t k bu ng Plasma : .............................................................44

3.3.1 Ph

ng án 1 :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.44

3.3.2 Ph

ng án 2 :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.46

3.3.3 Ph

ng án 3 :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.48

3.4 Trình t công vi c tiên hành: .............................................................................50
CH

NG 4. TÍNH TOÁN VÀ THI T K .............................................................51

4.1 Ch n v t li u cho h th ng :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.51

viii


4.2 Tính toán cho h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ...51
4.2.1 T ng quan h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầ51
4.2.2 Ph n khung c a h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầ52
4.2.2.1 Yêu c u c a khung:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.52
4.2.2.2 B n v chi ti t ph n khung bu ng Plasma :ầầầầầầầầầầầ53
4.2.2.3 Tính toán đ b n khung:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầ..53
4.2.3 L u l

ng n

c qua h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầ..59

4.2.4 Tính công su t b m n

c:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.60

4.2.5 Kho ng cách gi a hai đi n c c:ầầầầầầầầầầầầầầầầầ60
4.2.6 B ngu n Plasma:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ..61
4.2.6.1 M ch đi u ch đ r ng xung:ầầầầầầầầầầầầầầầầ...61
4.2.6.2 M ch đi u ch nh t n s vƠ đi n áp:ầầầầầầầầầầầầầầ..63
4.3 Thi t b thí nghi m:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ...63
4.3.1 S

nh h

ng c a đi n áp đ u ra đ n k t qu x lý nh b ng 1.2 :ầầầ66

4.3.2 S

nh h

ng c a dòng đi n đ n k t qu x lý : ầầầầầầầầầầ...67

4.3.3 nh h
CH

ng c a th i gian x lý đ n k t qu x lý : ầầầầầầầầầầ68

NG 5: CH T O, TH

NGHI M VÀ ĐÁNH GIÁ :ầầầầầầầầầ..70

5.1 Ch t o, th nghi m:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầầ.70
5.1.1 Toàn b h th ng th c t :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ..70

ix


5.1.2 B ngu n h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ. 71
5.1.3 Bu ng plasma:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.72
5.2 Đánh giá:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.73
5.2.1 Ch quan:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.73
5.2.2 Khách quan:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.....75
CH

NG 6. K T LU N VÀ KI N NGH :ầầầầầầầ.ầầầầầầầầ..81

6.1 K t lu n :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ....... 81
6.2 Ki n ngh :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ...ầ

81

TÀI LI U THAM KH Oầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.....82

x


DANH M C T

VI T T T

TCVN

Tiêu Chuẩn Vi t Nam

QCVN

Quy Chuẩn Vi t Nam

UV

Ultraviolet radiation (Tia c c tím)

BKHCNMT

B Khoa H c Công Ngh Môi Tr

BYT

B YT

AOAC

Association of Official Analytical Chemists ( Hi p h i các nhà hoá

ng

phân tích chính th ng )
HPLC

High Performance Liquid Chromatography (Ph
l ng hi u năng cao )

PVC

Polyvinylchloride (nh a t ng h p)

xi

ng pháp s c ký


DANH M C S

Đ , HÌNH VẼ

Hình 1.1: K t qu x lý b mặt kim lo i b ng plasma ...............................................6
Hình 1.2: Tr

c khi x lý b mặt kim lo i ................................................................6

Hình 1.3: Sau khi x lý b mặt kim lo i ....................................................................7
Hình 1.4: Tình tr ng ô nhi m ngu n n

c hi n nay .................................................12

Hình 1.5: Mô hình th c nghi mầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ14
Hình 1.6: (a) đi n c c b ng dung d ch đi n phơn, (b) đi n c c b ng đ ng ............16
S đ 1.1: nh h

ng c a v t li u lƠm đi n c c d

S đ 1.2: nh h

ng c a n

S đ 1.3: Tr

ng t i t c đ t o ra ozoneầ..15

c oxi giƠ khi thêm vƠo trong n

c th i ầầầầ....17

ng h p ch có uv vƠ uv + h2o2 ..........................................................18

S đ 1.4: nh h

ng c a công su t phóng đi n t i s phơn h y các ch t ô nhi m18

S đ 1.5: nh h

ng c a ph t i s phân h y các ch t ô nhi m .............................19

S đ 1.6: nh h

ng c a n ng đ dung d ch đi n phân t i t c đ s n sinh ozone

và công su t phóng đi n : .......................................................................19
Hình 1.7: Quá trình ion hóa .....................................................................................20
Hình 1.8: K t c u mô hình th c nghi m .................................................................22
Hình 2.1: Oxy hóa vòng benzene b ng OH* ..........................................................33
Hình 2.2: Oxy hóa vòng benzene b ng Ozon .........................................................33
Hình 3.1: Hai đi n c c đặt bên ngoƠi, chính gi a lƠ l p đi n môi (n

c) ...............36

Hình 3.2: Hai đi n c c đặt 2 đ u, l p đi n môi đặt 1 bên .......................................37
Hình 3.3: Hai đi n c c đặt 2 đ u, l p đi n môi đặt chính gi a ...............................37
Hình 3.4: Hai đi n c c đặt bên ngoƠi , chính gi a lƠ l p đi n môi (n

c) ..............38

Hình 3.5: Hai đi n c c đặt 2 đ u, l p đi n môi đặt 1 bên ........................................38
Hình 3.6: Hai đi n c c đặt 2 đ u, l p đi n môi đặt 1 bên ........................................39
Hình 3.7: Hai đi n c c đặt tr c ti p trong n

xii

c .......................................................39


Hình 3.8: Quy trình x lý n

c u ng đóng chai b ng công ngh plasma ................41

Hình 3.9: Nguyên lý lƠm vi c c a bu ng plasma .....................................................44
Hình 3.10: Ph

ng án 1 ............................................................................................45

Hình 3.11: Ph

ng án 2 ............................................................................................47

Hình 3.12: Ph

ng án 3 ............................................................................................48

Hình 4.1: T ng quan toàn b h th ng......................................................................52
Hình 4.2: Thi t k ph n khung ..................................................................................53
Hình 4.3: Biểu đ l c c t và momen.........................................................................57
Hình 4.4: K t qu mô ph ng l c c t, chuyển v vƠ ng su t ....................................57
Hình 4.5: Chuyển v trên d m ...................................................................................58
Hình 4.6:

ng su t trên d m .....................................................................................59

Hình 4.7: M ch đi u ch nh đ r ng xung .................................................................62
Hình 4.8: Chu kỳ m t xung .......................................................................................62
Hình 4.9: M ch hi u ch nh t n s vƠ đi n áp ............................................................63
Hình 4.10: M ch t o dòng plasma ............................................................................63
Hình 4.11: Bi n áp vô c p .........................................................................................64
Hình 4.12: Bi n áp cao áp flyback ............................................................................64
Hình 4.13: Mô hình thí nghi m .................................................................................65
Hình 4.14: nh h

ng c a đi n áp đ u ra đ n k t qu x lý ...................................67

Hình 4.15: nh h

ng c a dòng đi n đ n k t qu x lý ..........................................68

Hình 4.16: nh h

ng c a th i gian x lý đ n k t qu x lý...................................69

Hình 5.1: H th ng x lý th c t ...............................................................................70
Hình 5.2: Khâu chi t rót ............................................................................................71
Hình 5.3: M ch t o dòng plasma th c t ..................................................................72
Hình 5.4: Bu ng plasma th c t ................................................................................72
Hình 5.5: So sánh gi a h th ng plasma v i 2 h th ng ph bi n ro và nano b c ...73
Hình 5.6: K t qu xét nghi m hóa lý t i trung tâm 3 ................................................75

xiii

Hình 5.7: K t qu xét nghi m vi sinh t i trung tâm 3 ...............................................76
Hình 5.8: K t qu xét nghi m vi sinh sau 6 tháng t i trung tâm y t d phòng .......77
Hình 5.9: K t qu xét nghi m hóa lý sau 6 tháng t i trung tâm y t d phòng ........78
Hình 5.10: K t qu xét nghi m hóa lý t i vi n Pasteur.............................................79
Hình 5.11 K t qu xét nghi m vi sinh t i vi n Pasteur .............................................80

xiv


DANH M C B NG BI U
B ng 1.1 : Ch tiêu hóa h c c a n

c u ng đóng chai ...............................................8

B ng 1.2 Ch tiêu vi sinh v t c a n

c u ng đóng chai ...........................................10

B ng 3.1 Thông s c a h th ng x lý n

c u ng đóng chai ...................................42

B ng 4.1 So sánh k t qu tính toán vƠ mô ph ng .....................................................59
B ng 4.2 Đi u ki n để t o ra tia l a đi n ..................................................................61
B ng 5.1 Thông s b ngu n ....................................................................................71

xv

CH

NG 1

T NG QUAN
1.1 T ng quan chung v lƿnh vực nghiên c u, các k t qu nghiên c u trong và
ngoƠi n

c đƣ công b :

1.1.1 T ng quan:
Ngày nay, v i s phát triển m nh m c a n n công nghi p m t mặt đem l i l i
ích kinh t cho đ t n

c, góp ph n gi i quy t vi c lƠm cho ng

l i sinh ra các ch t ô nhi m làm nh h
môi tr
n

ng x u đ n môi tr

ng t nhiên, đặc bi t lƠ môi tr

ng n

i dơn nh ng mặt khác

ng s ng c a con ng

i và

c. V n đ x lý ô nhi m môi tr

ng

c do các khu công nghi p, nhà máy, xí nghi p, các c s y t , các c m dơn c ầ

th i ra hi n nay đƣ không còn lƠ v n đ nh vƠ tr

c m t n a mƠ đƣ tr thành m t bài

toán khó cho chính ph nói riêng và cho toàn xã h i nói chung.
Theo s li u th ng kê c a Liên Hi p Qu c, năm 2013 có h n 2,6 tri u ng
trên toƠn c u không đ
không đ

c dùng n

c ti p xúc v i đi u ki n v sinh c b n vƠ g n m t tỷ ng

c a Ngơn hƠng Th gi i

ng

c s ch vƠ đi u ki n v sinh phù h p. M t báo cáo g n đơy
c tính, t i năm 2030, nhu c u v ngu n n

c c a con ng

i

tl

ng cung t i 40%.

N

c chi m Ự trái đ t vƠ lƠ ngu n tƠi nguyên quí giá đ i v i s s ng c a con

i. Trái đ t đ

c bao ph b i n

ng t, trong khi 97,5% lƠ đ i d
các sông, h ; 30% lƠ n
l

i

c s ch. C 20 giơy l i có m t trẻ em t vong vì các b nh liên

quan đ n tình tr ng thi u n
s v

i

ng n

c nh ng ch có 2,5% n

ng. Trong đó, 0,3% n

c trên th gi i lƠ n

c

c ng t c a th gi i n m trong

c ng m, ph n còn l i n m trên các sông băng, núi băng. 70%

c trên th gi i đ

c s d ng cho nông nghi p, 22% cho công nghi p vƠ 8%

ph c v sinh ho t.
Theo

c tính, trung bình m t ng

lít/ngƠy so v i 60 - 150 lít/ng

i/ngƠy

i

các n

các n

1

c phát triển s d ng 500 - 800

c đang phát triển vƠ trung bình m t


ng

i tr

ng thƠnh u ng t 1,5 - 2 lít/ngƠy. Hi n nay, Trên th gi i nói chung và

Vi t Nam nói riêng hi n có r t nhi u ph
b ng v t lý hay c h c, ph
ph
n

ng pháp x lý n

ng pháp l c

ng pháp l c vƠ ti t trùng b ng quang h c vƠ Ozone,

ng pháp tinh l c b ng thẩm th u ng
c Nanoầ Tuy nhiên các ph

b o, vƠ đ

c nh ph

c (Reverse Osmosis - RO), công ngh l c

ng pháp x lý n

c nƠy hi u su t th p, không đ m

c cho lƠ thi u khoáng ch t c n thi t cho c thểầ do đó vi c nghiên c u vƠ

áp d ng vi c k t h p gi a 2 công ngh l c trao đ i ion vƠ plasma lƠ h t s c c n thi t.
Đơy lƠ ph

ng pháp x lý n

c u ng m i, khi đi vƠo ho t đ ng s mang l i hi u qu

kinh t cao vì có chi phí xây d ng h th ng th p, đặc bi t là chi phí v n hành r t th p.
Thi t b l c d a trên công ngh l c h p ph trao đ i Ion. H t l c không h p th toƠn b
các vi ch t trong n

c mƠ x lý m t cách m m dẻo giúp lo i b t p ch t, kim lo i

nặng vƠ kh mùi Clo có trong ngu n n
trên nguyên lý oxy hóa b c cao đ

c th y c c. X lý b ng công ngh Plasma d a

c sinh ra b i các g c oxy hoá r t m nh nh

HO*,

O* , H*, O3, H2O2 và tia UV làm phá vỡ các liên k t ion, liên k t c ng hóa tr c a ch t
h u c , vô c vƠ tiêu di t các vi khuẩn có trong n
UV nƠy đ

c sinh ra khi n

75 KHz, c

ng đ dòng đi n I = 02

c máy [9]. Các g c oxy hóa và tia

c qua vùng plasma (hi u đi n th U = 0

40 KV, f = 20

04 A), các electron chuyển đ ng v i v n t c r t

l n s va đ p vào các phân t cung c p cho các phân t m t năng l

ng lƠm phá vỡ

các liên k t.
Thi t k , ch t o h th ng x lý v i chi phí th p mà v n đ m b o n

c u ng đ t

tiêu chuẩn cho phép.
Tóm l i: Công ngh plasma đƣ có lơu đ i nh ng h u h t đ

c dùng trong ph m

vi phòng thí nghi m v i hi u su t th p. V vi c ng d ng công ngh l c trao đ i ion vƠ
Plasma để x lý n

c u ng thì ch a có t ch c, trung tơm nƠo trong n

thi t k vƠ ch t o. ắThi t k và ch t o h th ng x lý n
ngh l c trao đ i ion và PlasmaẰ trong giai đo n th tr

c u ng đóng chai b ng công
ng n

c u ng đóng chai đang

khá ph c t p nh hi n nay có m t ý nghĩa h t s c to l n. Đơy lƠ ph

2

c nghiên c u

ng pháp x lý


n

c u ng m i, xanh s ch. Nó kh c ph c đ

c nh ng h n ch c a các ph

ng pháp

truy n th ng.
V i mong mu n đóng góp vƠo vi c b o v môi tr
ch và gi m thiểu ô nhi m môi tr
s c kh e cho c ng đ ng, ng

ng n

i h

ng s ng c a con ng

c, nâng cao ch t l

i, h n

ng cu c s ng và b o v

ng d n và h c viên đƣ quy t đ nh ch n đ tài:
c u ng đóng chai công su t 07 m3/ngày

“Thi t k và ch t o h th ng x lý n

b ng công ngh l c trao đ i ion và PlasmaẰ.
1.1.2 Các k t qu trong n

ng pháp l c n

1.1.2.1 Các ph
 Ph
N

ng pháp l c n

c trên th gi i:

c theo công ngh Nano :

c do ngu n n

c mƠ

c trên cao t o ra lƠ đƣ có thể ho t đ ng. Do đó

ng pháp nƠy v a ti t ki m năng l

b o v môi tr
th

c đƣ công b :

c l c theo công ngh Nano không c n s d ng đi n vƠ máy b m n

ch c n áp l c n
ph

c vƠ ngoƠi n

ng đi n v a không có ti ng n đ ng c v a

ng. M t trong nh ng ng d ng sáng t o để s d ng t i các vùng

ng xuyên b lũ l t không có đi n n

c để sinh ho t.

Công ngh Nano s d ng các m t l c kích cỡ nanomet hình ng để lo i b các
thành ph n hóa h c khác có kích cỡ l n h n n
ch t đ c h i có trong n

ct id

c. Quá trình l c s ch lo i b nh ng

i ng ỡng cho phép. K t qu thu đ

s ch, h u h t các ch t khoáng vƠ ch t vi l

ng có l i đ u đ

c s lƠ n

c

c gi l i.

 Kh mu i b ng mƠng ti p xúc tr c ti p
N u có thể khai thác đ i d

Nh ng để đ

ng bao la, t t c m i ng

i s có th a n

c u ng.

c v y c n ph i kh mu i, các công ngh hi n có th c hi n vi c nƠy

không hi u qu vƠ t n kém. Đó lƠ lý do t i sao ph

ng pháp m i do giáo s Kamalesh

Sirkar t i Vi n Công ngh kỹ thu t hóa h c New Jersey phát triển l i h p d n. Trong
h th ng ch ng c t dùng mƠng ti p xúc tr c ti p (DCMD) c a Sirkar, n
đun nóng ch y qua m t mƠng nh a có m t lo t các ng ch a n

3

c biển đ

c

c c t l nh. Các ng


nƠy có nh ng l nh xíu đ
mu i l i. H i n

cđ

thể s n xu t 80 lít n

c thi t k để cho phép h i n

c ng ng t l i thƠnh n
c u ng t 100 lít n

c th m qua nh ng ngăn

c. Theo giáo s Sirkar, h th ng nƠy có

c biển, g p đôi công su t c a các công ngh

kh mu i hi n nay.
 L cg m
B l c g m (đ t sét) lƠm vi c theo cách th c t
đ

c gi i thi u

các phơn t n

trên. V c b n, n

ng t công ngh kh mu i

c ch y qua đ t sét có r t nhi u l c c nh , cho

c đi qua nh ng ngăn l i vi khuẩn, b i bẩn vƠ các ch t li u có h i khác.

B l c lo i nƠy đ u tiên đ

c m t th g m ng

triển kho ng năm 1800. Sau đó nhi u c i ti n đƣ đ

i Anh, Henry Doulton, phát

c th c hi n d a trên ý t

ng nƠy,

chẳng h n nh thêm l p ph b c để di t khuẩn, nên các b l c g m ngƠy nay lo i b
các tác nhơn gơy b nh t t h n.
1.1.2.2 Các ng d ng c a công ngh Plasma trong n
 H th ng x lý n
N

c:

c th i y t b ng công ngh Plasma :

c th i y t ch a m t l

ng l n các vi sinh v t, kim lo i nặng, hóa ch t đ c

h i, đ ng v phóng x v.v... Các h th ng x lý hi n có h u h t đ u s d ng công ngh
cũ, chi phí đ u t th p nh ng không đ m b o ch t l

đ b n c a h th ng. Công ngh x lý n
nay ậ công ngh plasma ậ công ngh đ
thí nghi m năng l
đ

c các k t qu

ch t l

ng vƠ môi tr

ng n

c sau khi x lý cũng nh

c th i tiên ti n b c nh t trên th gi i hi n
c nghiên c u phát triển trong n

c t i phòng

ng Đ i h c S Ph m Kỹ Thu t H Chi Minh đƣ đ t

u vi t. Hi u qu x lí cao, đáp ng t t c các ch tiêu qu c gia v

ng n

c th i y t . Chi phí v n hƠnh b o d ỡng th p, h th ng vô cùng nh g n,

d l p đặt, đ

c thi t k theo module nên công su t phù h p v i t ng c s , d dƠng

nơng c p hay có nhu c u m r ng qui mô ho t đ ng. H th ng t đ ng hóa hoƠn toƠn
t khi ti p nh n cho đ n khi n
đ nh cao. N

c th i đ

cđ

c th i ra môi tr

c x lí trong môi tr

4

ng nên d dƠng s d ng, tính n

ng kín nên không gơy ra mùi hôi nh


h

ng đ n môi tr

ng xung quanh. Thi t k nh g n, đ p m t s không gơy m t c nh

quan cho nh ng c s y t nh khi ph i l p đặt thi t b trong không gian lƠm vi c.
Không x d ng hóa ch t nên chi phí v n thƠnh th p, v n hƠnh đ n gi n, không ph i x
lí mùn. N

c th i sau x lý có thể tái s d ng.

 H th ng x lý b mặt b ng công ngh Plasma :
B mặt chi ti t máy tr
ch t bôi tr nầ r t c n đ

c khi ph m t l p b o v , ví d nh xi m , nhu m, s n,

c làm s ch và tăng đ h p th . V i ph

ng pháp truy n

th ng, chi phí để tẩy r a b mặt chi ti t là r t cao, hi u su t th p đ ng th i nh h
r t l n đ n môi tr

ng

ng do s d ng m t s hóa ch t đ c h i. Ngoài ra, s n phẩm sau khi

ph l p b o v , đ bám dính không cao do l c liên k t gi a chi ti t và ch t ph th p.
Để kh c ph c nh ng nh

c điểm trên, gi i pháp b n plasma lên b mặt chi ti t

đ và áp su t khí quyển đ

c ng d ng. V i ph

nhi t

ng pháp này, b mặt chi ti t đ

c

làm s ch và đ ng th i tăng đ h p thu nên ít t n nguyên li u ph , s n phẩm đ p, b n
và ch u đ

c đi u ki n làm vi c kh c nghi t.Tóm l i, muc tiêu quan tr ng c a d án là

x lý b mặt chi ti t, t c làm s ch và tăng kh năng h p th ch t ph làm cho s n phẩm
đ p, ch u l c t t, b n v i đi u ki n s d ng thay đ i, gi m th i gian s n xu t, gi m chi
phí s n xu t.

5


Hình 1.1: K t qu x lý b mặt kim lo i b ng Plasma, nh ng gi t n
b mặt ch a x lý, vũng n

c bên trái lƠ n i

c bên ph i lƠ n i b mặt đƣ x lý (t m t gi t n

c gi ng

bên trái t đ ng loang ra do đ h p th b mặt sau x lý)
ng d ng công ngh plasma v i ph n ng plasma trong môi tr

ng khí tr

ra các ph n t electron, ion vƠ phơn t oxy hóa b c cao. Trong môi tr
d

i tác đ ng c a đi n tr

t o

ng plasma,

ng các ph n t nƠy s chuyển đ ng v i m t đ ng năng r t

l n. ThƠnh ph n b i vƠ ch t bẩn (h u c vƠ vô c ) bám trên b mặt chi ti t đ

c lƠm

s ch b i s va đ p các h t vƠo b mặt vƠ các vi khuẩn, n m b tẩy b i quá trình oxy
hóa b c cao. H n th n a, khi các h t nƠy va ch m v i b mặt chi ti t nó s truy n cho
b mặt chi ti t m t năng l

ng t đó kích thích các ph n t trên b mặt ho t đ ng

m nh d n đ n k t qu b mặt c n bám dính c a chi ti t có kh năng ắănẰ ch t ph r t
t t. Do đó b mặt chi ti t sau khi x lý s ch vƠ có đ h p th r t cao. Plasma x y ra
tr c ti p trên b mặt chi ti t nên quá trình x lý nhanh vƠ hi u qu . Tóm l i, v i công
ngh plasma, quy trình ph b mặt chi ti t đ t hi u qu cao, kinh t , b n vƠ thơn thi n
v i môi tr

ng.

Hình 1.2: Bề mặt kim lo i trước khi xử lý plasma

6


Hình 1.3: Bề mặt kim lo i sau khi xử lý plasma
1.1.2.3 Khái ni m v n
 Khái ni m v n

c u ng đóng chai vƠ các tiêu chuẩn v n

c u ng đóng chai:

c u ng đóng chai :

Theo QCVN 6-1:2010/BYT thì ắS n phẩm n

c đóng chai đ

c s d ng để

u ng tr c ti p, có thể có ch a khoáng ch t vƠ carbon dioxide (CO2) t nhiên hoặc b
sung nh ng không ph i lƠ n

c khoáng thiên nhiên đóng chai vƠ không ch a đ

các ch t t o ng t, các ch t t o h

ng,

ng hoặc b t kỳ ch t nƠo khácẰ.

Theo Quy t đ nh 1626/1997/QĐ-BKHCNMT v Quy đ nh t m th i v qu n lý
ch t l

ng n

c khoáng thiên nhiên đóng chai vƠ n

h c Công ngh vƠ Môi tr
n

c dùng để u ng đ

ng thì ắ n

c u ng đóng chai c a B Khoa

c u ng đóng chai (Bottled drinking water) là

c đóng chai không ph i lƠ n

c khoáng thiên nhiên vƠ có các

đặc điểm sau :
 L y t các gi ng khoan c a các m ch n
th vƠ qua x lý b ng các ph
 Đóng chai t i ngu n n
đ m các yêu c u v ch t l
 Các tiêu chuẩn v n

c ng m hoặc t ngu n n

c c p đô

ng pháp phù h p

cn uđ

c s n xu t t ngu n n

ng v sinh [3].

c u ng đóng chai :

7

c ng m vƠ b o


 Tiêu chuẩn Vi t Nam QCVN 6-1:2010/BYT:
B ng 1.1: Ch tiêu hoá h c c a n

c u ng đóng chai liên quan đ n an toàn th c phẩm

[1].
Tên ch tiêu
1. Stibi, mg/l

2. Arsen, mg/l

Gi i h n

Ph

t i đa
0,02

0,01

ng pháp th

ISO 11885:2007; ISO 15586:2003;

Phơn lo i
ch tiêu
A

AOAC 964.16
TCVN 6626:2000 (ISO 11969:1996);
ISO 11885:2007; ISO 15586:2003;

A

AOAC 986.15
3. Bari, mg/l

0,7

4. Bor, mg/l

0,5

5. Bromat, mg/l

0,01

ISO 15061:2001

A
A

0,003

TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986);
ISO 11885:2007; ISO 15586:2003;

6. Cadmi, mg/l

ISO 11885:2007; AOAC 920.201

A

TCVN 6635:2000 (ISO 9390:1990);

A

ISO 11885:2007

AOAC 974.27; AOAC 986.15

7. Clor, mg/l

5

8. Clorat, mg/l

0,7

9. Clorit, mg/l

0,7

10. Crom, mg/l

0,05

ISO 7393-1:1985, ISO 7393-2:1985,

A

ISO 7393-3:1990
TCVN 6494-4:2000 (ISO 10304-

A

4:1997)
TCVN 6494-4:2000 (ISO 10304-

A

4:1997)
TCVN 6222:2008 (ISO 9174:1998);

8

A


Tên ch tiêu

Gi i h n

Ph

t i đa

ng pháp th

Phơn lo i
ch tiêu

ISO 11885:2007; ISO 15586:2003
11. Đ ng, mg/l

TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986);
2

A

ISO 11885:2007; ISO 15586:2003;

AOAC 960.40

12. Cyanid, mg/l

13. Fluorid, mg/l

0,07

TCVN 6181:1996 (ISO 6703-1:1984);
TCVN 7723:2007 (ISO 14403:2002)
TCVN 6195:1996 (ISO 10359-1:1992);

1,5

A

A

TCVN 6490:1999 (ISO 10359-2:1994);
ISO 10304-1:2007

14. Chì, mg/l

0,01

TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986);
ISO 11885:2007; ISO 15586:2003;

A

AOAC 974.27
15. Mangan, mg/l

0,4

16. Th y ngơn, mg/l

0,006

17. Molybden, mg/l

0,07

18. Nickel, mg/l

0,07

19. Nitrat , tính theo ion
nitrat, mg/l

50

TCVN 6002:1995 (ISO 6333:1986);

A

ISO 11885:2007; ISO 15586:2003
TCVN 7877:2008 (ISO 5666:1999);

A

AOAC 977.22
TCVN 7929:2008 (EN 14083:2003);

A

ISO 11885:2007; ISO 15586:2003
TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986);

A

ISO 11885:2007; ISO 15586:2003
TCVN 6180:1996 (ISO 7890-3:1998);
ISO 10304-1:2007

9

A


Gi i h n

Tên ch tiêu

Ph

t i đa

20. Nitrit , tính theo ion

3

nitrit, mg/l
21. Selen, mg/l

0,01

ng pháp th

TCVN 6178: 1996 (ISO 6777:1984);

Phơn lo i
ch tiêu
A

ISO 10304-1:2007
TCVN 6183:1996 (ISO 9965:1993);
ISO 11885:2007; ISO 15586:2003;

A

AOAC 986.15
22. M c nhi m x

B

ậ Ho t đ phóng x , Bq/l

0,5

ậ Ho t đ phóng x , Bq/l

1

ISO 9696:2007
ISO 9697:2008

Ch tiêu lo i A: b t bu c ph i th nghi m để đánh giá h p quy. Ch tiêu lo i B: không b t
bu c ph i th nghi m để đánh giá h p quy nh ng t ch c, cá nhơn s n xu t, nh p khẩu các
s n phẩm n

c u ng đóng chai ph i đáp ng các quy đ nh đ i v i ch tiêu lo i B.

Tỷ l n ng đ c a m i ch t so v i gi i h n t i đa: Cnitrat/GHTĐnitrat + Cnitrit/GHTĐnitrit  1.
B ng 1.2: Ch tiêu vi sinh v t c a n

c u ng đóng chai [1].

I. Ki m tra lần đầu
Ch tiêu

L ng
m u

Yêu cầu

Ph

ng pháp th

Phân lo i
ch tiêu

1. E. coli hoặc
coliform ch u nhi t

1 x 250 ml Không phát hi n TCVN 6187-1:2009
đ c trong b t kỳ (ISO 9308-1:2000,
m u nào
With Cor 1:2007)

A

2. Coliform t ng s

1 x 250 ml N u s vi khuẩn TCVN 6187-1:2009
(bào t ) ≥1 vƠ ≤2 (ISO 9308-1:2000,
thì ti n hành kiểm With Cor 1:2007)

A

10


3. Streptococci feacal

1 x 250 ml tra l n th hai

4. Pseudomonas
aeruginosa

1 x 250 ml

5. Bào t vi khuẩn k
khí kh sulfit

1 x 50 ml

ISO 7899-2:2000

A

N u s vi khuẩn
ISO 16266:2006
(bào t ) > 2 thì lo i
b

A

TCVN 6191-2:1996
(ISO 6461-2:1986)

A

II. Ki m tra lần th hai
Gi i h n t i đa cho phép
(Trong 1 ml s n phẩm)

Tên ch tiêu
n

c

m

Ph

ng pháp th

Phơn lo i
ch tiêu

M

1. Coliform t ng s
4

1

0

2

TCVN 6187-1:2009
(ISO 9308-1:2000,
With Cor 1:2007)

A

2. Streptococci feacal

4

1

0

2

ISO 7899-2:2000

A

3. Pseudomonas
aeruginosa

4

1

0

2

ISO 16266:2006

A

4. BƠo t vi khuẩn k
khí kh sulfit

4

1

0

2

TCVN 6191-2:1996
(ISO 6461-2:1986)

A

Ch tiêu lo i A: b t bu c ph i th nghi m để đánh giá h p quy.
n: s đ n v m u đ

c l y t lô hƠng c n kiểm tra.

c: s đ n v m u t i đa có k t qu n m gi a m vƠ M, t ng s m u có k t qu n m gi a
m vƠ M v

t quá c lƠ không đ t.

m: lƠ m c gi i h n mƠ các k t qu không v

t quá m c nƠy lƠ đ t, n u các k t qu v

quá m c nƠy thì có thể đ t hoặc không đ t.
M: lƠ m c gi i h n t i đa mƠ không m u nƠo đ

11

c phép v

t quá.

t


1.1.2.4 Th c tr ng ngu n n
 Th c tr ng ngu n n
Hi n nay

c
c

Vi t Nam vƠ các ph
Vi t Nam:

Vi t Nam, mặc dù các c p, các ngƠnh đƣ có nhi u c g ng trong vi c

th c hi n chính sách vƠ pháp lu t v b o v môi tr
n

ng pháp x lý hi n nay:

ng, nh ng tình tr ng ô nhi m

c lƠ v n đ r t đáng lo ng i.

T c đ công nghi p hoá vƠ đô th hoá khá nhanh vƠ s gia tăng dơn s gơy áp

l c ngƠy cƠng nặng n đ i v i tƠi nguyên n

c. Môi tr

công nghi p vƠ lƠng ngh ngƠy cƠng b ô nhi m b i n

ng n

c

nhi u đô th , khu

c th i, khí th i vƠ ch t th i r n.

các thƠnh ph l n, hƠng trăm c s s n xu t công nghi p đang gơy ô nhi m môi
tr

ng n

c do không có công trình vƠ thi t b x lý ch t th i.

V tình tr ng ô nhi m n

c

nông thôn vƠ khu v c s n xu t nông nghi p, hi n

nay Vi t Nam có g n 76% dơn s đang sinh s ng

l c h u, ph n l n các ch t th i c a con ng

nông thôn lƠ n i c s h t ng còn

i vƠ gia súc không đ

xu ng đ t hoặc b r a trôi, lƠm cho tình tr ng ô nhi m ngu n n

c x lý nên th m

c v mặt h u c vƠ vi

sinh v t ngƠy cƠng cao. Trong s n xu t nông nghi p, do l m d ng các lo i thu c b o v
th c v t, các ngu n n
tr

ng n

c

sông, h , kênh, m

c vƠ s c khoẻ con ng

ng b ô nhi m, nh h

ng l n đ n môi

i.

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

12


 Th c tr ng ngu n n

c u ng đóng chai

Vi t Nam :

T i Vi t Nam, trong nh ng năm g n đơy, do nh h
khí h u vƠ quá trình công nghi p hóa, d n đ n ngu n n

ng c a quá trình bi n đ i

c s ch

nhi u khu dơn c , đô

th , khu công nghi p, lƠng ngh ầ b c n ki t vƠ ô nhi m, nh h

ng nghiêm tr ng đ n

sinh ho t vƠ s c kh e c a ng

i dơn. T đó n

c u ng đóng chai ra đ i, đ

c ng

i

tiêu dùng a chu ng vì tính ti n l i vƠ an toƠn trong s d ng c a s n phẩm nƠy.
Nh ng năm qua để đáp ng nhu c u c a ng
máy, c s s n xu t n
phẩm n

i tiêu dùng, hƠng lo t các nhƠ

c u ng đóng chai ra đ i cung c p cho th tr

ng nhi u s n

c u ng đóng chai đa d ng v ch ng lo i, phong phú v m u mƣ. Tuy nhiên,

m t s s s s n xu t vì ch y theo l i nhu n đƣ không tuơn th quy trình, các công
đo n đ m b o an toƠn th c phẩm cho nên tình tr ng ô nhi m vi sinh v t trong n

c

u ng đóng chai còn khá cao.
 Ph

ng pháp x lý n

thẩm th u ng

c u ng đóng chai ph bi n hi n nay là ph

c (Reverse Osmosis - RO):

ng d ng nguyên lý v n đ ng c a n
dung d ch loƣng) sang vùng n
khá cao. Màng thẩm th u nƠy đ
hay n

ng pháp tinh l c

c, thẩm th u t vùng n

c loƣng (hay

c đ m đặc qua m t màng thẩm th u d
c đặt

c mặn. V n đ ng qua l i c a n

gi a vùng n

c s ch vƠ vùng n

i m t áp l c
c nhi m bẩn

c t bẩn sang s ch b ng áp l c máy b m đ

lặp đi lặp l i nh chênh l ch áp su t, t o ra ngu n ch y ng

c, vì n

water) di chuyển t vùng đ m đặc (mu i hay nhi m bẩn) sang vùng n

c s ch (pure
c loãng và s ch

d n (tinh khi t d n d n) theo chu kỳ qua l i c a thẩm th u (xuôi vƠ ng
nguyên lý nƠy, n

c l c t h th ng RO đ

c xem lƠ n

c

c). V i

c siêu l c vì t t c hóa ch t,

vi sinh đ u b ngăn chặn.
Tuy nhiên ph ng pháp nƠy cũng t n t i nh ng nh c điểm sau :
Ph ng pháp l c n c RO lƠ m t ph ng pháp hi n đ i nh ng giá thƠnh m t lít
n

c x lý b ng RO g p 5 - 10 l n các ph

ng pháp khác, đ ng th i l

r t th p, không có hi u qu kinh t .

13

ng n

c x lý


Quá trình l c n
(khoáng ch t) t n

c RO nƠy hi u qu đ n m c mƠ t t c các mu i hòa tan

c u ng đ u b l c ra bao g m c nh ng khoáng ch t thi t y u c n

thi t cho c thể c a chúng ta. N

c tinh khi t ch qua công ngh l c RO đ

c ch ng

c t có v đ ng ( vì không có khoáng ch t thi t y u ) vƠ có giá tr pH < 7 mƠ lƠm cho nó
có tính axit nh .
Công ngh l c n

c RO s d ng m t mƠng r t m n, có kích th

micro. Quá trình nƠy đòi h i n

c thô b ép

áp su t r t cao để n

c l 0.001

c có thể thông qua

các l nh c a mƠng t bƠo, nó ngăn chặn các vi khuẩn, vi trùng vƠ hóa ch t hòa tan
khác đi qua . Tuy nhiên do s thay đ i trong ngƠy vƠ đêm v nhi t đ vƠ áp su t t c đ
cao, m t s các l c a mƠng l c RO m r ng sau vƠi tháng s d ng liên t c, cho phép
vi sinh v t có h i d dƠng đi qua nó, do đó lƠm cho quá trình nƠy không hi u qu trong
th i gian dƠi.
1.1.2.5 Nghiên c u công ngh plasma c a đ i h c Zhejiang:
 Mô hình th c nghi m:

Hình 1.5: Mô hình thực nghiệm [6]

14


 Thuy t minh s đ mô hình:
C u t o mô hình g m có hai ng th ch anh đặt đ ng tr c. Toàn b hai ng đặt
trong m t bình ch a n
phơn vƠ đ

c th i.

ng th ch anh nh đ

c n i v i ngu n d

ng c a ngu n. N

c l p đ y b ng dung d ch đi n
c th i n i v i ngu n âm. Trong

dung d ch đi n phân có sodium chloride (Natri Clorua) n ng đ thay đ i t i 50 g/L.
Trong m t thí nghi m khác thì ch t đi n phân trong ng th ch anh nh đ

c thay b ng

m t thanh đ ng để so sánh đặc tính phóng đi n.
Không khí khô v i l u l

ng 6 L/phút đ

c th i qua kho ng không gian gi a

ng to và ng nh n i mƠ có s phóng đi n x y ra. S phóng đi n này s n sinh ra các
s n phẩm ch y u lƠ ozone vƠ tia UV. Ozone đ

c phát tán vƠo n

c th i qua b

khu ch tán c u t o g m nhi u l nh li ti.
Đi u ki n thí nghi m

nhi t đ phòng, đi n áp thay đ i, n ng đ 3.2 < pH < 10.

Để tăng kh năng phát x UV, n

c th i đƣ đ

N ng đ c a hydrogen peroxide đ
lý, NO2 trong không khí có thể nh h
 K t qu đ t đ


nh h

c thêm vƠo hydrogen peroxide ( H2O2 ).

c thay đ i t i 23 mmol/L. Trong su t quá trình x
ng đ n n ng đ pH trong n

c th i.

c:

ng c a v t li u lƠm đi n c c d

ng t i t c đ t o ra ozone:

Sơ đồ 1.1: nh hưởng c a vật liệu làm điện cực dương tới tốc độ t o ra ozone [7]

15