ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ NHIỄM KHUẨN KHÔNG KHÍ TRONG PHÒNG MỔ CỦA MỘT SỐ BỆNH VIỆN VÀ THỬ NGHIỆM CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÔNG KHÍ BẰNG XÚC TÁC QUANG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ NHIỄM KHUẨN KHÔNG KHÍ
TRONG PHÒNG MỔ CỦA MỘT SỐ BỆNH VIỆN VÀ
THỬ NGHIỆM CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÔNG KHÍ
BẰNG XÚC TÁC QUANG

Họ và tên sinh viên
: Trịnh Đức Anh
Lớp
: DH2QM5
Giảng viên hướng dẫn : TS. Lê Thanh Huyền
TS. Lê Thanh Sơn
Cơ quan công tác
: Khoa Môi Trường
Trường TN&MT Hà Nội

HÀ NỘI – 2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ NHIỄM KHUẨN KHÔNG KHÍ
TRONG PHÒNG MỔ CỦA MỘT SỐ BỆNH VIỆN VÀ
THỬ NGHIỆM CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÔNG KHÍ

BẰNG XÚC TÁC QUANG

Họ và tên sinh viên
: Trịnh Đức Anh
Lớp
: DH2QM5
Giảng viên hướng dẫn : TS. Lê Thanh Huyền
TS. Lê Thanh Sơn
Cơ quan công tác
: Khoa Môi Trường
Trường TN&MT Hà Nội

HÀ NỘI – 2016


Đồ án tốt nghiệp

Trịnh Đức Anh

Khoa Môi Trường

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường
LỜI CẢM ƠN

Để có kiến thức và kết quả thực tế ngày hôm nay, trước hết tôi gửi lời cảm

ơn chân thành tới các thầy, cô giáo trong khoa Môi Trường – Đại học Tài Nguyên
và Môi trường Hà Nội đã giảng dạy và trang bị những kiến thức cơ bản giúp tôi có
thể có những thời gian học tập tại phòng Công nghệ Hóa lý môi trường – Viện
Công nghệ Môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đồng
thời, tôi cũng gửi lời cảm ơn đến TS. Lê Thanh Huyền – Khoa Môi trường đã
hướng dẫn và chỉ bảo tận tình cho tôi trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp.
Trong thời gian làm tại Viện, tôi đã rút ra được rất nhiều kinh nghiệm thực tế không
những về kiến thức ngành mà còn về tinh thần trách nhiệm cao trong công việc.
Và với sự biết ơn sâu sắc, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới TS. Lê Thanh Sơn
– Phòng Công nghệ Hóa lý môi trường và các cán bộ trong phòng đã quan tâm và
tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành báo
cáo. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo Viện Công nghệ môi trường đã
tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt đợt làm đồ án tốt nghiệp này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè đồng khóa
đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Khoa Môi
trường – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm
2015
Sinh viên

Trịnh Đức Anh

Trịnh Đức Anh

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường
MỤC LỤC

Trịnh Đức Anh

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

DANH MỤC HÌNH

Trịnh Đức Anh

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường
DANH MỤC BẢNG

Trịnh Đức Anh

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

CÁC TỪ VIẾT TẮT
Box TN – Box thí nghiệm
CVĐLH – Các vấn đề Vật lý trong Hóa học
HLKH – Hàn lâm khoa học
HEPA – Lọc hiệu suất cao
KHCN – Khoa học công nghệ
LSKK – Làm sạch không khí
ONKK – Ô nhiễm không khí
VOC – Các hợp chất hữu cơ bay hơi
VSV – Vi sinh vật
XLKK – Xử lý không khí
XTQ – Xúc tác quang
XTQH – Xúc tác quang hóa
NKBV – Nhiễm khuẩn bệnh viện

Trịnh Đức Anh

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường
MỞ ĐẦU

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường không khí trong các phòng chuyên môn
của bệnh viện ngày càng trở nên cấp thiết ở Việt Nam cũng như trên thế giới, gây nên

tình trạng nhiễm khuẩn bệnh viện (NKBV) tràn lan. NKBV là một trong những thách
thức và mối quan tâm hàng đầu, vì các vi sinh vật (VSV) trong không khí sẽ đe dọa
trực tiếp đến sức khỏe của nhân viên y tế và người bệnh, làm tăng tỉ lệ tử vong, kéo
dài thời gian nằm viện, tăng việc sử dụng kháng sinh, tăng đề kháng kháng sinh và
chi phí điều trị.
Tại các bệnh viện ở nước ta, tình trạng không khí bị nhiễm khuẩn gây bệnh
hiểm nghèo trong các buồng khám chữa bệnh, các buồng lưu bệnh nhân đã được
cảnh báo từ lâu, nhưng cho đến nay vấn đề này vẫn còn hết sức nghiêm trọng, đang
gây ra những hậu quả nặng nề về mặt lâm sàng, làm xuất hiện những chủng vi
khuẩn đa kháng. Tuy nhiên, hiện nhiều bệnh viện vẫn chưa quan tâm và vẫn trong
tình trạng báo động đỏ. Theo ước tính hằng năm vẫn có gần 700 nghìn bệnh nhân
nhiễm trùng vết mổ do NKBV gây ra.
Các công nghệ xử lý đang được áp dụng hiện nay như hấp phụ, phân chia
(công nghệ màng lọc, thổi không khí) và công nghệ phá hủy (ôzôn hóa, clo hóa,
phương pháp sinh hóa) đều có những điểm yếu, các chất ô nhiễm thực tế chỉ chuyển
từ chỗ này sang chỗ khác mà không được xử lý một cách triệt để, hoặc khi sử dụng
các chất sát trùng hóa học thì tiềm ẩn nguy cơ hình thành các sản phẩm phụ độc hại
đối với sức khỏe con người.
Các kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy phương pháp xử lý ô nhiễm không
khí (ONKK) dưới tác dụng của ánh sáng là một giải pháp mang tính đột phá, trong
đó phương pháp xúc tác quang (XTQ) cho hiệu quả xử lý cao nhất, không đòi hỏi
phải đưa thêm các tác nhân ôxy hóa đặc biệt nào vào, mà chỉ cần sự có mặt của ôxy
không khí. Vật liệu XTQ chủ yếu là từ các nguyên tố chuyển tiếp như TiO 2, ZnO,
Fe2O3, WO3, CdSe. v.v..., trong đó TiO2 có hoạt tính XTQ cao nhất và là vật liệu dễ
kiếm, rẻ tiền, trơ hóa học và không độc hại đối với sức khỏe con người.
Do đó, chúng tôi chọn đề tài “Đánh giá mức độ nhiễm khuẩn không khí
trong phòng mổ của 1 số bệnh viện và thử nghiệm công nghệ làm sạch không
khí bằng xúc tác quang” làm nội dung nghiên cứu.

Trịnh Đức Anh

9

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nhiễm khuẩn bệnh viện
1.1.1. Nguồn gốc của nhiễm khuẩn bệnh viện
NKBV có thể do rất nhiều nguyên nhân như: dụng cụ, thiết bị y tế khử trùng
không sạch, khâu rửa tay của các nhân viên y tế chưa đảm bảo vệ sinh, tình trạng
sức khỏe bệnh nhân kém, người lớn tuổi,… trong đó không loại trừ khả năng nhiễm
bệnh từ không khí. Nếu khâu khử trùng sạch sẽ giảm được tỷ lệ bệnh cũng như tỷ lệ
tử vong gây ra do Staphylococcus aureus [3,9]. Chống NKBV ở Việt Nam có từ lâu
nhưng chưa được hệ thống hóa. Trong khi đó, ở hầu hết các bệnh viện, việc kiểm
soát chất lượng không khí và mức độ ONKK trong bệnh viện hầu như chưa được
đặt ra. Trước tình hình trên, chúng tôi nhận thấy rằng sự ô nhiễm VSV trong không
khí ở các Khoa/Phòng chuyên môn trong bệnh viện là mối nguy hại có thể ảnh
hưởng đến người bệnh trong quá trình điều trị và hồi phục. Các VSV có trong
không khí môi trường bệnh viện còn đe dọa trực tiếp đến sức khỏe của nhân viên y
tế và người bệnh.
Một điều quan trọng, Việt Nam cho đến nay vẫn chưa có một tiêu chuẩn nào
quy định về mức độ giới hạn ô nhiễm các VSV trong không khí phòng mổ, phòng
hồi sức (phòng hậu phẫu, phòng hồi sức cấp cứu) tại các bệnh viện.
1.1.2. Mối tương quan giữa mật độ VSV và nhiễm khuẩn bệnh viện
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh có sự liên quan giữa việc ô nhiễm môi

trường bệnh viện và nhiễm khuẩn mắc phải trong bệnh viện. Một nghiên cứu tại
đơn vị hồi sức sơ sinh cho thấy có mối tương quan rõ giữa kết quả cấy môi trường
dương tính với coagulase negative Staphylococcus and Klebsiella pneumoniae và
dịch nhiễm khuẩn huyết [4]. Những nghiên cứu dịch tễ phân tử cũng xác định rõ sự
tương quan giữa vi khuẩn, vi nấm trong môi trường không khí và nhiễm khuẩn,
nhiễm nấm trên bệnh nhân [2, 13]. Chất lượng môi trường không khí phụ thuộc vào
nhiều yếu tố như thông khí, số luồng trao đổi khí mỗi giờ, nhiệt độ, độ ẩm, mật độ
người trong phòng. Lấy mẫu không khí là biện pháp dễ thực hiện để đánh giá chất
lượng không khí cũng như đánh giá hiệu quả của các yếu tố can thiệp trong môi
trường như hệ thống lọc không khí, hạn chế số người ra vào [4]. Tại Việt nam, đã

Trịnh Đức Anh

10

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

có một số nghiên cứu nêu ra các vấn đề về chất lượng môi trường không khí chưa
đạt yêu cầu tại một số khoa phòng cần chất lượng không khí tốt như phòng mổ,
phòng săn sóc đặc biệt. Một nghiên cứu của Viện Vệ sinh y tế công cộng [14] cho
thấy số lượng VSV trong không khí phòng mổ, phòng hồi sức của 13 bệnh viện tại
TPHCM biến thiên từ 64,2-1247,8 CFU/m 3. Số phòng mổ và phòng hồi sức đạt tiêu
chuẩn không khí sạch cấp D (<200 CFU/m 3) là 7/33 phòng (chiếm 21,2%). Một
nghiên cứu bệnh chứng tại bệnh viện Chợ Rẫy cho thấy không khí phòng mổ nhiễm
Acinetobacter baumannii có liên quan đến việc nhiễm khuẩn vết mổ do

Acinetobacter baumannii. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào phân tích những
nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng không khí trong phòng.
1.1.3. Hậu quả của nhiễm khuẩn bệnh viện
Nhiều nghiên cứu cho thấy NKBV làm tăng tỉ lệ tử vong, kéo dài thời gian
nằm viện, tăng việc sử dụng kháng sinh, tăng đề kháng kháng sinh và chi phí điều trị.
Theo số liệu thống kê của Mỹ cho thấy chi phí của một ca NKBV thường gấp 2 đến 4
lần so với những trường hợp không NKBV. Trong đó chi phí phát sinh do nhiễm
khuẩn huyết có liên quan đến dụng cụ đặt trong phòng mạch là từ 34.508 USD đến
56.000 USD và do viêm phổi trên người bệnh có thông khí hỗ trợ là từ 5.800 USD
đến 40.000USD. Tại Mỹ hàng năm ước tính có 2 triệu bệnh nhân bị NKBV, làm
90.000 người tử vong, làm tốn thêm 4,5 tỉ USD viện phí.
Theo Viện Vệ sinh y tế công cộng TPHCM, tại Việt Nam mỗi năm có
khoảng 600.000/7,5 triệu bệnh nhân (tương đương 8%) nhập viện là nạn nhân của
NKBV. Tình hình NKBV tại Việt nam chưa được xác định đầy đủ. Có ít tài liệu và
giám sát về NKBV được công bố. Những tốn kém về nhân lực và tài lực do NKBV
trong toàn quốc cũng chưa được xác định. Có ba điều tra cắt ngang (point
prevalence) quốc gia đã được thực hiện. Điều tra năm 1998 trên 901 bệnh nhân
trong 12 bệnh viện toàn quốc cho thấy tỉ lệ NKBV là 11,5%, trong đó nhiễm khuẩn
vết mổ chiếm 51% trong tổng số các ca NKBV. Năm 2001 tỉ lệ NKBV là 6,8%
trong 11 bệnh viện và viêm phổi bệnh viện là nguyên nhân thường gặp nhất
(41,8%). Điều tra năm 2005 tỉ lệ NKBV trong 19 bệnh viện toàn quốc cho thấy là
5,7% và viêm phổi bệnh viện cũng là nguyên nhân thường gặp nhất (55,4%). Các

Trịnh Đức Anh

11

Lớp DH2QM5

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

bệnh nguyên gây NKBV có mức độ đa kháng thuốc kháng sinh cao hơn các bệnh
nguyên gây nhiễm khuẩn trong cộng đồng. Bệnh nguyên NKBV đa số là là vi
khuẩn Gram âm (78%), 19% Gram dương và 3% là Candida sp. Theo báo Thanh
niên Online-chủ nhật, 25/7/2010, một cuộc khảo sát tại Khoa phẫu thuật gây mê hồi
sức của Bệnh viện Nhân dân Gia Định cho thấy tỷ lệ viêm phổi do thở máy chiếm
gần 60%, trong đó tỷ lệ viêm phổi do vi khuẩn Klebsiella pneumoniae khoảng 50%
và viêm phổi sau mổ do vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa 20%. Có hơn 93% mẫu
đờm của bệnh nhân nằm viện có chứa vi khuẩn đa kháng thuốc. Tại bệnh viện Chợ
Rẫy, tình trạng NKBV cũng rất đáng ngại, trong đó số bệnh nhân viêm phổi chiếm
45%, tiếp theo là nhiễm khuẩn vết mổ 21%, nhiễm trùng đường tiết niệu 13%,
nhiễm trùng da 11% và nhiễm trùng đường huyết 10%. Theo nghiên cứu của Bệnh
viện Trung ương Huế và Bệnh viện Chợ Rẫy đưa ra tại Hội nghị truyền nhiễm Quốc
gia được tổ chức tại Hà Nội ngày 27/3/2012 cho thấy, tình trạng nhiễm khuẩn xảy
ra ở hầu hết các khoa, nhiều nhất là khoa chăm sóc đặc biệt (52%), khoa ngoại
(28%), khoa nội (19%). Nhóm nghiên cứu tại Bệnh viện Trung ương Huế đã thực
hiện trên 178 bệnh nhân có NKBV do các vi khuẩn đa kháng được phân lập dương
tính tại bệnh viện này từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2011 cho thấy, trong tổng số 178
ca nhiễm vi khuẩn đa kháng, nam là 123 chiếm tỷ lệ gần 70%, cao hơn nữ. Tình
trạng nhiễm khuẩn tại khoa chăm sóc đặc biệt này chủ yếu gặp ở người bệnh thở
máy chiếm 34%, mủ vết thương 34%, nhiễm khuẩn máu 11%. Viện Vệ sinh y tế
cộng đồng TPHCM cảnh báo trong 33 mẫu không khí thu được tại các bệnh viện
trong 2 năm 2009 và 2010 có đến 26 mẫu chứa lượng vi sinh cao hơn mức quy định
6 lần. Khảo sát mật độ vi khuẩn trong không khí của 33 phòng mổ, phòng hồi sức
tại 13 bệnh viện ở TPHCM, tỷ lệ không đạt tiêu chuẩn là 78,8%.
Hiện nay, chưa có những nghiên cứu quốc gia đánh giá cụ thể chi phí của
NKBV. Tại bệnh viện Chợ Rẫy nghiên cứu sơ bộ cho thấy 1 ca NKBV làm kéo dài

thời gian nằm viện 15 ngày, viện phí trung bình mỗi ngày là 192.000 VND, có thể
ước tính chi phí phát sinh do NKBV là vào khoảng 2.880.000 VND.

Trịnh Đức Anh

12

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

1.1.4. Tiêu chuẩn phòng sạch bệnh viện
Thực tế hiện nay ở Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn quốc gia về quy định
phòng sạch trong bệnh viện hoặc nói chung là tiêu chuẩn về mức độ sạch của các
phòng chuyên môn của bệnh viện. Tuy nhiên, để đánh giá tình trạng ô nhiễm môi
trường không khí của bệnh viện cũng như hiệu quả xử lý không khí của thiết bị
LSKK, chúng tôi giới thiệu một số tiêu chuẩn về mức độ sạch trong các phòng
chuyên môn bệnh viện trên thế giới để tham khảo và quy chiếu.
a. Tiêu chuẩn Liên bang 209 của My
Tiêu chuẩn liên bang 209 (Federal Standard 209 –FS 209) là tiêu chuẩn dễ
hiểu và được áp dụng phổ biến nhất, lần đầu xuất bản năm 1963 tại Mỹ với tiêu đề
“Phòng sạch và yêu cầu nơi làm việc, kiểm soát môi trường’. Nó đã được sửa đổi
nhiều lần vào các năm 1966 (209A), 1973 (209B), 1987 (209C), 1988 (209D) và
1992 (209E).
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn FS 209E về phân loại cấp độ sạch theo kích thước hạt bụi
và hàm lượng bụi trong không khí
Ký hiệu cấp độ

M1
M 1.5
M2
M 2.5
M3
M 3.5
M4
M 4.5
M5
M 5.5
M6
M 6.5
M7

Giới hạn mật độ (hạt/m3) cho các loại hạt có kích thước khác nhau
≥ 0,1µm
≥ 0,2 µm
≥ 0,3 µm
≥ 0,5 µm
≥ 5 µm
350
75.7
30.9
10.0
-1 240
265
106
35.3
-3 500
757

309
100
-12 400
2 650
1 060
353
-35 000
7 570
3 090
1 000
--26 500
10 600
3 530
--75 700
30 900
10 000
----35 300
247
---100 000
618
---353 000
2 470
---1 000 000
6 180
---3 350 000
24 700
---10 000 000
61 800

Tiêu chuẩn FS 209 chủ yếu cung cấp thông tin về giới hạn các hạt trong

không khí được yêu cầu để xác định chất lượng không khí của phòng sạch và đưa ra
phương pháp sử dụng để kiểm tra nồng độ các hạt có mặt trong không khí.

Trịnh Đức Anh

13

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

b.Tiêu chuẩn ISO 14644-1
Một bộ tiêu chuẩn cũng khá phổ biến khác là tiêu chuẩn ISO 14644-1 của tổ
chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa (International Organization for StandardizationISO). Bộ tiêu chuẩn này gồm nhiều phần dưới tiêu đề chung ‘’Phòng sạch và kết
hợp kiểm soát môi trường’’ trong đó phần 1, ISO 14644-1 là tiêu chuẩn giới thiệu
về phân loại cấp độ sạch không khí (bảng 1.2).
Bảng 2 được xây dựa trên công thức sau :
,
Trong đó : D: là kích thước hạt (mm);
N là số kí hiệu cấp độ của bộ tiêu chuẩn;
Cn là nồng độ tối đa cho phép các hạt có kích thước lớn hơn hoặc bằng D
(hạt/m3 không khí);
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn ISO 14644-1 về phân loại cấp độ sạch theo kích thước hạt
bụi, hàm lượng bụi và mật độ vi sinh vật trong không khí
Kí hiệu

Giới hạn nồng độ (hạt/m3 không khí) đối với các loại hạt có kích Giới hạn vi

thước khác nhau

cấp độ

sinh vật
(cfu/m3)

≥ 0,1µm ≥ 0,2 µm ≥ 0,3µm
ISO 1
ISO 2
ISO 3
ISO 4
ISO 5

≥ 0,5 µm

≥ 1 µm

10

2

100

24

10

4

1 000

237

102

35

8

10 000

2 370

1 020

352

83

100 000

23 700

10 200

3 520

832

Trịnh Đức Anh

14

≥ 5,0 µm

29

1

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

ISO 6

1 000 000 237 000

Khoa Môi Trường

102 000

ISO 7
ISO 8
ISO 9

35 200

8 320

293

7

352 000

83 200

2 930

10

3 520 000

832 000

29 300

100

35 200 000 8 320 000 293 000

200

c. Tiêu chuẩn châu Âu EU GMP
Bộ tiêu chuẩn này thường áp dụng cho các phòng phẫu thuật bệnh viện hoặc
các phòng sạch trong sản xuất dược phẩm.
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn châu Âu GMP về phân loại cấp độ phòng sạch theo kích
thước hạt bụi, hàm lượng bụi và mật độ vi sinh vật trong không khí

Kí hiệu cấp độ
Nồng độ tối đa các hạt kích thước < 0,5 μm
(hạt/ m3 không khí)
Nồng độ tối đa các hạt kích thước > 0,5 μm

A

B

C

3500 350000 3500000

(hạt/ m3 không khí)
Số vi khuẩn tối đa cho phép (cfu/m3 không khí)

0

2000

2000

<1

10

100

D
Không xác

định
Không xác
định
200

d. Tiêu chuẩn WHO 902 (2002)
Bộ tiêu chuẩn này thường áp dụng cho các phòng sạch của bệnh viện, cơ bản
gần giống như bộ tiêu chuẩn EU GMP.
Bảng 1.4. Tiêu chuẩn WHO 902 (2002) quy định về mật độ vi sinh vật trong
không khí cho từng cấp độ phòng sạch bệnh viện
Kí hiệu cấp độ
Số vi khuẩn tối đa cho phép (ufc/m3 không khí)

Trịnh Đức Anh

15

A
<3

B
10

C
100

D
200

Lớp DH2QM5

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

1.2. Thiết bị LSKK 500 m3/h bằng phương pháp xúc tác quang
1.2.1. Phương pháp xúc tác quang
Phương pháp xử lý ô nhiễm dựa trên cơ sở XTQ là phương pháp phá hủy
không đòi hỏi phải đưa thêm các tác nhân ôxy hóa đặc biệt nào vào, mà chỉ cần sự có
mặt của ôxy không khí nhưng vẫn cho hiệu quả xử lý cao. Vật liệu XTQ chủ yếu là từ
các nguyên tố chuyển tiếp như TiO2, ZnO, WO3, CdSe. v.v..., trong đó TiO2 có hoạt
tính XTQ cao nhất và là vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền, trơ về mặt hóa học và không độc hại
đối với sức khỏe con người. Cơ chế phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất
phản ứng XTQ bằng nano TiO2 sẽ lần lượt được trình bày sau đây.
1. Cơ chế xúc tác quang của TiO2
Chất XTQ là chất làm tăng tốc độ phản ứng quang hoá. Khi được chiếu ánh
sáng với cường độ thích hợp, chất XTQ sẽ đẩy nhanh tốc độ phản ứng quang hoá
bằng cách tương tác với chất nền ở trạng thái ổn định hay ở trạng thái bị kích thích
hoặc với các sản phẩm của phản ứng quang hoá tuỳ thuộc vào cơ chế của phản ứng.
Mô tả trên cũng bao gồm cả sự nhạy quang, được định nghĩa như là kết quả của sự
hấp thụ photon của các phân tử XTQ dẫn đến sự thay đổi quang hoá hay quang lý
trong các phân tử khác. Chất XTQ khi được chiếu bằng ánh sáng thích hợp có thể tạo
ra một loạt quy trình giống như phản ứng oxy hoá - khử và các phân tử ở dạng
chuyển tiếp có khả năng oxy hoá - khử mạnh [6].
Dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại (UV), các điện tử từ vùng hóa trị (hình
1.1) chuyển lên vùng dẫn thành các điện tử tự do (e-) và để lại các lỗ trống (h+)ở
vùng hóa trị. Điện tử và lỗ trống khuếch tán ra bề mặt và phản ứng với H 2O và O2
hấp thụ trên bề mặt màng và tạo ra các gốc có khả năng ôxy hóa khử chất ô nhiễm
hữu cơ.

Trịnh Đức Anh

16

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

Hình 1.1. Phản ứng quang xúc tác của TiO2
Trên giản đồ thế (hình 2), thế ôxy hóa của lỗ trống ở vùng hóa trị là +2,53 V,
dương hơn thế ôxy hóa của gốc hydroxyl là +2,27 V nên lỗ trống có thể ôxy hóa
H2O để tạo gốc hydroxyl OH:
H2O + h+OH + H+

(1.1)

Thế khử của điện tử ở vùng dẫn là –0.52V, âm hơn thế khử của gốc
superoxyt O là –0,28V nên điện tử có thể khử O2 để tạo gốc superoxyt:
O2 + e-

O2-

(1.2)

Từ (1.1) và (1.2) cho thấy, sản phẩm là gốc hydroxyl OH có tính ôxy hóa rất
mạnh và gốc superoxyt O2- có tính khử, nên chúng sẽ ôxy hóa khử các chất hữu cơ

(bất chấp ở hình thái nào) trên bề mặt để tạo ra các sản phẩm phân hủy (CO2 và H2O).

Hình 1.2. Các mức thế oxy hóa – khử của TiO2
- Cơ chế diệt khuẩn bằng phương pháp XTQ:
Chất hữu cơ trong tế bào vi khuẩn chủ yếu cấu tạo bởi các nguyên tố C, H,
O, N, P, S ... Riêng 4 nguyên tố C, H, O, N đã chiếm tới 90 - 97% toàn bộ chất khô
của tế bào. Đó là các nguyên tố chủ chốt để cấu tạo nên protein, axit nucleic, lipit,
hidrat cacbon trong tế bào. Trong tế bào vi khuẩn các hợp chất đại phân tử thường
chiếm 96% khối lượng khô, các chất đơn phân tử chiếm 3,5% và các ion vô cơ
chiếm 1%.

Trịnh Đức Anh

17

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

Khi phản ứng XTQ tạo ra các gốc ôxy hóa-khử rất mạnh, các gốc này sẽ ôxy
hóa-khử các thành phần như protein, lipit,.. (thường là lớp màng tế bào) của vi
khuẩn khiến cho lớp màng tế bào vi khuẩn bị phân hủy, đồng thời làm giảm 77 đến
93% khả năng hô hấp của tế bào khiến cho tế bào suy yếu dần và cuối cùng là bị
tiêu diệt. [8].
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình XTQ
Bên cạnh sự phụ thuộc vào đặc trưng của vật liệu xúc tác (kích thước hạt và
độ tinh thể hóa) thì hiệu suất quá trình XTQ còn phụ thuộc vào một số yếu tố sau:

a) Ảnh hưởng của hiệu ứng tái hợp điện tử – lỗ trống
Tốc độ tái hợp của điện tử và lỗ trống phải nhỏ trong phản ứng XTQ vì khi
chúng tái hợp sẽ không tham gia phản ứng hóa học với các chất hấp thụ trên bề mặt
nữa. Hiện nay, phổ laser siêu nhanh có thể giúp chúng ta xác định tốc độ tái hợp xảy
ra trong một khoảng thời gian vài chục pico giây trong phản ứng XTQ của TiO 2
[10].

Trịnh Đức Anh

18

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

b) Ảnh hưởng của các chất “bẫy electron”, “bẫy gốc hydroxyl” [7]
Khi hệ phản ứng có các chất O2, O3, H2O hoặc S2O82– thu nhận e–cb trên vùng
hóa trị làm kéo dài thời gian sống của các lỗ trống h +vb, thì hoạt tính XTQ sẽ tăng,
thêm vào đó các chất này còn tạo ra gốc hydroxyl tự do:
O2 + e–cb O2–
2O2– + 2H2O  H2O2 + 2OH– + O2
H2O2 + e–cbOH + OH–
Hoạt tính XTQ của TiO2 sẽ giảm đi khi trong dung dịch có mặt các ion như
Cl–, CO32–, SO42–,… do các ion này bẫy OH– và làm giảm nồng độ OH:


OH + Cl–Cl + OH–



OH + CO32–CO3– + OH–



OH + HCO3–CO3– + H2O

c) Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác
Tốc độ đầu của phản ứng tỉ lệ với hàm lượng xúc tác cho vào. Tuy nhiên, khi
hàm lượng TiO2 vượt một giá trị giới hạn nào đó thì sự tăng tốc độ phản ứng chậm
lại và trở nên không phụ thuộc vào hàm lượng TiO 2. Điều này được giải thích là do
khi hàm lượng xúc tác lớn hơn giá trị tới hạn, các hạt xúc tác dư ra sẽ che chắn một
phần bề mặt nhạy sáng của xúc tác. Vì vậy cần xác định hàm lượng xúc tác tối ưu
để tránh lãng phí xúc tác, đồng thời để đảm bảo hấp thu tối đa lượng photon ánh
sáng [1].
d) Ảnh hưởng của nhiệt độ
Đa số các phản ứng XTQ không nhạy với nhiệt độ hoặc thay đổi rất ít theo
nhiệt độ. Về mặt nguyên tắc, năng lượng hoạt hóa của quá trình quang hóa xúc tác
bằng 0, tuy nhiên việc tăng nhiệt độ có thể làm giảm tốc độ tái hợp giữa e- và h+ [10].
e) Ảnh hưởng của bước sóng và cường độ bức xạ
Sự phụ thuộc tốc độ quá trình XTQH vào bước sóng của bức xạ cùng dạng
với phổ hấp thu của xúc tác và có giá trị ngưỡng tương ứng với năng lượng vùng
cấm của xúc tác. Xúc tác TiO 2 - anatase có năng lượng vùng cấm E g = 3,2eV, tương
ứng với khả năng hấp thụ bức xạ có bước sóng λ ≤ 387,5nm. Tốc độ quá trình
quang hóa tăng một cách tuyến tính cùng với cường độ bức xạ UV-A trong khoảng
0–20 mW/cm2. Khi cường độ bức xạ vượt qua một giá trị nhất định (khoảng 25
mW/cm2), tốc độ quá trình XTQ tỷ lệ với căn bậc 2 của cường độ bức xạ. Vì vậy,

Trịnh Đức Anh

19

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

công suất nguồn UV tối ưu cần được chọn tương ứng với vùng có cường độ bức xạ
tỉ lệ tuyến tính với tốc độ quá trình quang hóa [11].
g) Ảnh hưởng của nồng độ oxy
Tốc độ và hiệu quả của quá trình XTQH phân hủy các chất hữu cơ được tăng
cường nhờ sự tham gia của oxy. Với vai trò làm tâm bẫy điện tử vùng dẫn, phân tử
oxy đã ngăn chặn một phần sự tái hợp của cặp e –/h+ cùng với việc tạo thành một tác
nhân oxy hóa hiệu quả là anion peroxit [12].
1.2.2. Thiết bị LSKK
a. Sơ đồ công nghệ của thiết bị LSKK do Viện CNMT chế tạo
Dòng thiết bị LSKK TIOKRAFT của LB Nga có công suất từ 100 m3/h trở
lên có cấu tạo hoàn chỉnh gồm các bộ phận kế tiếp nhau như sau: lọc thô, lọc tinh
HEPA (High efficiency particulate air), lọc tĩnh điện, xúc tác quang (XTQ), hấp
phụ khí độc bằng bộ lọc hạt mang điện và than hoạt tính. Ba tầng lọc đầu tiên có
chức năng loại khỏi dòng khí các hạt sol khí có kích thước đến 0,01 μm, kể cả khói
thuốc và bồ hóng. Chúng bảo vệ cho phần tử XTQ không bị bao phủ bởi bụi, dẫn
tới làm giảm hiệu quả hoạt động của nó. Bộ lọc XTQ là bộ phận quan trọng nhất,
nơi xảy ra các phản ứng quang hóa nhờ có lớp xúc tác TiO 2 dưới tác dụng của tia
cực tím làm phân hủy các hợp chất hữu cơ bay hơi VOC và tiêu diệt vi sinh nguy
hại có trong môi trường không khí.Một số chất tạo thành trong bộ lọc tĩnh điện và

dưới tác dụng của tia cực tím như ozon, nitrogen dioxide, carbon monoxide…có hại
cần được loại ra bởi bộ lọc hạt mang điện và than hoạt tính ở khâu cuối cùng.
Trên cơ sở mô hình thiết bị TIOKRAF của Nga chúng tôi lựa chọn sơ đồ
công nghệ xử lý không khí cho thiết bị LSKK bằng XTQ như sau:
Không khí vào

Bộ lọc bụi màng cơ học

Không khí ra

Trịnh Đức Anh

Bộ lọc bụi tĩnh điện

Quạt gió

20

Bộ lọc xúc tác quang

Bộ lọc các phần tử siêu oxy hóa

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

Giải thích sơ đồ công nghệ:

Dòng khí cần lọc đi vào thiết bị nhờ có áp suất âm bên trong do quạt gió tạo
nên. Đầu tiên qua bộ lọc cơ học gồm có 2 lớp màng thô và tinh. Lớp màng thô giữ
lại các hạt bụi có kích thước trên 0,5 µm chủ yếu trên 1 µm. Màng lọc tinh giữ lại
các hạt bụi chủ yếu cỡ 0,3 µm .Qua bộ lọc tĩnh điện các hạt bụi nhỏ hơn tới cỡ 0,1
µm sẽ tiếp tục bị giữ lại. Không khí đã rất sạch bụi đi vào trong lòng ống thủy tinh
thạch anh có phủ xúc tác quang hóa và chiếu tia cực tím , vi khuẩn và các hợp chất
VOC sẽ bị phân hủy. Khi ra qua thành ống thủy tinh không khí đã được xử lý có thể
chứa các hạt mang điện tích và các phân tử O 3 sinh ra do quá trình làm việc của các
bộ phận sẽ được trung hòa hoặc hấp phụ vào lớp lọc PP và các-bon hoạt tính ở phía
sau. Quạt gió sẽ tạo lực hút không khí đã xử lý ra khỏi thiết bị.
b. Cấu tạo của các thiết bị LSKK bằng XTQ

Hình 1.3. Thiêt bị LSKK 250 m3/h

Trịnh Đức Anh

21

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

Hình 1.4. Thiêt bị LSKK 500 m3/h
1.3. Thiết bị LSKK bằng XTQ của Liên bang Nga
Kết quả của nhiệm vụ hợp tác quốc tế theo Nghị định thư với LB Nga [5], bên
cạnh việc nắm được công nghệ xử lý ONKK bằng XTQ, nhóm nghiên cứu của Viện
CNMT còn nắm bắt được nguyên lý cấu tạo và hoạt động của các thiết bị LSKK bằng

XTQ (TIOKRAFT) của LB Nga. Đây là nội dung kế thừa của đề tài và giúp Ban chủ
nhiệm tính toán, thiết kế và chế tạo các thiết bị LSKK bằng XTQ ứng dụng trong các
bệnh viện ở Việt Nam nói chung, hai bệnh viện của Hưng Yên nói riêng. Do đó,
trong phần này, chúng tôi đi sâu giới thiệu về thiết bị TIOKRAFT của LB Nga.
Một tập thể các nhà khoa học thuộc Viện CVĐLH trong năm 2000 đã đăng
ký và được cấp bằng sáng chế số RF 2151632 “Phần tử xúc tác quang và phương
pháp chế tạo nó”. Phần tử XTQ này là yếu tố quan trọng tạo nên hiệu quả xử lý
ONKK vượt trội của thiết bị do họ sản xuất với nhãn hiệu TIOKRAFT so với các
thiết bị cùng chức năng được sản xuất trên thế giới. Ngoài ra, qua quá trình nghiên
cứu, thử nghiệm và áp dụng trên thực tế các thiết bị TIOKRAFT đã không ngừng
được hoàn thiện và đã đạt được sự tín nhiệm cao nhất ở nước Nga về thiết bị xử lý ô
nhiễm không khí. TIOKRAFT đã được thương mại hóa và được xuất khẩu sang
nhiều nước ở châu Âu như Đức, Hy Lạp… từ nhiều năm nay.
Tham khảo thiết bị TIOKRAFT có công suất từ 250 m3/h trở lên, chúng tôi
nhận thấy rằng các thiết bị có cấu tạo hoàn chỉnh gồm nhiều tầng lọc, mỗi tầng lọc
đều có chức năng riêng như: lọc thô, lọc HEPA, lọc tĩnh điện, lọc XTQ, hấp phụ các
chất siêu oxit và mùi bằng than hoạt tính (hình 1.5). Ba tầng lọc đầu tiên có chức
năng loại khỏi dòng khí các hạt sol khí có kích thước đến 0,1 μm, kể cả khói thuốc
và bồ hóng. Chúng bảo vệ cho phần tử XTQ không bị bao phủ bởi bụi, dẫn tới làm
giảm hiệu quả hoạt động của nó. Một số chất có hại tạo thành trong bộ lọc tĩnh điện

Trịnh Đức Anh

22

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

và dưới tác dụng của tia cực tím như ozon, đioxit nitơ, cacbon oxit.. cần được loại
ra bởi bộ lọc hạt mang điện và than hoạt tính ở khâu cuối cùng. Chính nhờ bao gồm
nhiều tầng lọc như trên nên TIOKRAFT có hiệu quả XLKK rất cao và có độ bền
đáng tin cậy.

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị TIOKRAFT
Cấu tạo thiết bị gồm các bộ phận chính sau:

1-

Bộ tiền lọc: bao gồm 2 tầng lọc:
a) Lớp lọc thô: thường làm bằng vải tấm không dệt từ bông PE dày 1-3 mm,
có tác dụng loại bỏ các hạt bụi có kích thước trên 3 µm.
b) Lớp lọc HEPA: đây là bộ lọc không khí hiệu suất cao, thường làm từ các
sợi thủy tinh có đường kính từ 0,5- 2 µm, với các tấm lọc H11-H13 theo tiêu chuẩn
EN1822 có tác dụng loại bỏ các hạt bụi tới 0,3 µm.

2-

Bộ lọc tĩnh điện: là các điện cực ống trụ rỗng D = 75 mm, lọc tăng cường các
phần tử bụi nhỏ còn lại.

3-

Phần tử XTQ: là các ống thủy tinh thạch anh xốp, đường kính 80 mm, có phủ
lớp XTQ TiO2, bên trong có đèn tử ngoại. Dưới tác dụng của tia cực tím UV, lớp
XTQ có tác dụng phân hủy các chất độc hại thành nước và khí cacbonic, đồng thời

Trịnh Đức Anh

23

Lớp DH2QM5


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

diệt vi khuẩn và diệt nấm. Dòng không khí thường được bố trí đi xuyên qua thành
ống.

4-

Bộ lọc hạt mang điện làm bằng vải không dệt PP kết hợp lưới kim loại tiếp
đất có tác dụng giữ lại các hạt mang điện và truyền điện tích xuống đất. Sau khi qua
bộ lọc này, không khí được tiếp tục xử lý bằng than hoạt tính. Bộ lọc này có thể đặt
trước hoặc sau bộ lọc quang hóa.

5-

Than hoạt tính: giữ lại các siêu oxit và mùi .

6-

Quạt gió áp suất cao: đảm bảo lưu lượng không khí lưu thông cần thiết đi
qua thiết bị.
Quy trình XLKK của thiết bị TIOKRAFT như sau: không khí lần lượt đi qua

các bộ lọc bụi thô, lọc HEPA, lọc tĩnh điện đảm bảo giảm nồng độ bụi thấp tối thiểu.
Sau đó nó đi tiếp qua bộ lọc XTQ, đây là bộ phận quan trọng nhất, nơi xảy ra các
phản ứng quang hóa nhờ có lớp xúc tác TiO 2 dưới tác dụng của tia cực tím làm phân
hủy các hợp chất VOC và tiêu diệt VSV nguy hại có trong môi trường không khí.
Trong thiết bị LSKK bằng phương pháp XTQ, phần tử XTQ có vai trò quan
trọng nhất. Hiệu quả hoạt động của nó quyết định năng suất hoạt động của thiết bị
trong việc xử lý nhiều loại hóa chất và VSV có trong không khí. Các phần tử XTQ
không được rao bán trên thị trường như các vật liệu và chi tiết của các máy lọc khí,
lọc nước. Nhà sản xuất thiết bị LSKK bằng XTQ phải tự chế tạo bộ phận này. Phần
tử XTQ trong các thiết bị TIOKRAFT được sản xuất theo sáng chế số RF 2151632
của Liên bang Nga mà cơ sở đăng ký là Viện CVĐLH. Phần tử này có hình dạng
ống xốp hình trụ (đường kính ngoài 80 mm, dày 5-10 mm, chiều dài >200 mm), hở
hai đầu. Nó được chế tạo từ những hạt thạch anh có đường kính chủ yếu nằm trong
khoảng 0,6-0,8 mm bằng cách thiêu kết. Độ xốp của thành ống lớn, dễ dàng cho
không khí đi qua (hình 1.6, ống bên phải).

Hình 1.6. Bộ lọc hạt mang điện và

Trịnh Đức phần
Anh tử XTQ.

Hình 1.7. Sắp xếp phần tử XTQ và
trongDH2QM5
thiết bị.
24 bộ lọc hạt mang điệnLớp


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Môi Trường

Đặc tính nổi trội của các thiết bị LSKK bằng XTQ là các thành phần ô nhiễm
không tích tụ lại trong thiết bị được phân hủy hoàn toàn thành khí vô hại mà không
phải thêm bất kỳ hóa chất nào, khả năng xử lý đa năng (khói thuốc, vi khuẩn, mùi
hôi, NH3, H2S ....). Ngoài ra, các bộ lọc có tuổi thọ cao, trong điều kiện máy hoạt
động liên tục bộ lọc tinh 4 tháng mới phải thay, bộ phân hủy siêu ôxit là trên 1 năm.
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu : nấm men,nấm mốc,vi khuẩn hiếu
khí,Ecoli,Coliform.
- Phạm vi nghiên cứu : phòng mổ bệnh viện đa khoa Phố Nối và bệnh viện
đa khoa tỉnh Hưng Yên.
2.2. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị
2.2.1. Dụng cụ và hóa chất
Dụng cụ
- Pipet 5 ml.
- Đĩa peptri đường kính 10 cm.
- Găng tay, khẩu trang y tế.
- Túi và thùng đựng mẫu.
- Đèn cồn, bông thấm.

Hóa chất
- Cồn 70 độ (merck).
- Aceton (merck).
- Môi trường PCA (Plate Count Agar) - Môi
trường đặc trưng để phân lập tổng Vi khuẩn hiếu
khí và Nấm ;
- Môi trường Chromocult : môi trường đặc trưng
để phân lập E.coli và Coliform.

2.2.2. Thiết bị

a.Thiết bị lấy mẫu không khí Flora - 100

Trịnh Đức Anh

b. Thiết bị đo bụi Kanomax

25

Lớp DH2QM5