Nghiên cứu sơ đồ công nghệ của thiết bị sản xuất dung dịch siêu oxy hóa để khử trùng dụng cụ và môi trường trong cơ sở chế biến thực phẩm

Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN THỊ MẬN

NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA THIẾT BỊ
SẢN XUẤT DUNG DỊCH SIÊU ÔXY HÓA ĐỂ KHỬ TRÙNG
DỤNG CỤ VÀ MÔI TRƢỜNG TRONG CƠ SỞ
CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. NGUYỄN HOÀI CHÂU

Hà Nội – Năm 2013

Lớp KTMT 2012B

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.

Học viên

Nguyễn Thị Mận

Lớp KTMT 2012B

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

Lời Cảm Ơn!
Trƣớc hết tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đối với thầy
PGS.TS Nguyễn Hoài Châu, Viện trƣởng Viện Công nghệ Môi trƣờng – Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiếp nhận, tận tình hƣớng dẫn, góp ý và
động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn KSC. Nguyễn Văn Hà, TS. Lê Thanh Sơn cùng
các anh chị phòng Công nghệ Điện hóa - Viện Công Nghệ Môi trƣờng đã đóng góp
nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn; các thầy cô
trong Viện Khoa học Công nghệ và Môi trƣờng – trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội
đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi đƣợc học tập và nghiên cứu.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các bác, các anh chị làm việc tại nhà máy chế
biến thủy sản xuất khẩu 1 (F34)- Công ty BASEAFOOD, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu đã
tiếp nhận và giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình tiến hành thử nghiệm đề tài này.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, ngƣời thân và bạn bè đã
nhiệt tình giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 12 năm 2013
Học viên

Nguyễn Thị Mận

Lớp KTMT 2012B

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ đầy đủ

ANK

Dung dịch Anolit trung tính

CHTĐH&CN

Các hệ thống điện hóa và công nghệ

CNMT

Công nghệ Môi trƣờng

FEM

Môđun điện hóa theo dòng chảy

HHĐH

Hoạt hóa điện hóa

ORP

Thế ôxy hóa khử

STD

Độ lệch chuẩn

STEL

Sterility electrochemistry

TDS

Tổng chất rắn hòa tan

TVKHK

Tổng vi khuẩn hiếu khí

VHLKHCNVN

Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam

VHLYH

Viện Hàn lâm Y học

Lớp KTMT 2012B

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Lịch sử phát minh các buồng phản ứng điện hóa của V.M.Bakhir .......... 6
Bảng 3.1. Mức ổn định các thông số của Anolit ...................................................... 36
Bảng 3.2. Sự thay đổi mật độ E.coli và Coliforms theo nồng độ Anolit.................. 37
Bảng 3.3. Sự thay đổi mật độ E.coli và Coliforms theo thời gian ở nồng độ chất khử
trùng là 0,5 mg/l........................................................................................................ 39
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát thực trạng nhiễm khuẩn dụng cụ chế biến thủy sản ..... 40
Bảng 3.5. Kết quả khử trùng rổ nhựa (thƣờng quy) ................................................. 42
Bảng 3.6. Mật độ tổng vi khuẩn hiếu khí trên bề mặt rổ trƣớc và sau khử trùng
thƣờng qui (n=20 mẫu) ............................................................................................. 43
Bảng 3.7. Kết quả khử trùng rổ nhựa (bằng dung dịch Anolit)................................ 44

Bảng 3.8. Mật độ tổng vi khuẩn hiếu khí trên bề mặt rổ trƣớc và sau khử trùng bằng
dung dịch Anolit (n=20 mẫu) ................................................................................... 45
Bảng 3.9. Kết quả khử trùng thớt nhựa (thƣờng quy) ............................................. 47
Bảng 3.10. Mật độ vi khuẩn hiếu khí trên bề mặt thớt nhựa trƣớc và sau khử trùng
thƣờng qui (n=20 mẫu) ............................................................................................. 48
Bảng 3.11. Kết quả khử trùng thớt nhựa (bằng dung dịch Anolit).......................... 49
Bảng 3.12. Mật độ tổng vi khuẩn hiếu khí trên bề mặt thớt nhựa trƣớc và sau khử
trùng bằng dung dịch Anolit (n=20 mẫu) ................................................................. 50
Bảng 3.13. Kết quả khử trùng thƣờng quy chậu nhựa.............................................. 52
Bảng 3.14. Mật độ tổng vi khuẩn hiếu khí trên bề mặt chậu nhựa trƣớc và sau khử
trùng thƣờng qui (n=20 mẫu) ................................................................................... 53
Bảng 3.15. Kết quả khử trùng chậu nhựa bằng dung dịch Anolit ........................... 54
Bảng 3.16. Mật độ vi khuẩn hiếu khí trên bề mặt chậu nhựa trƣớc và sau khử trùng
bằng dung dịch Anolit (n=20 mẫu) .......................................................................... 55
Bảng 3.17. Kết quả khử trùng thƣờng quy bề mặt găng tay cao su ......................... 57
Bảng 3.18. Mật độ trung bình vi khuẩn trên bề mặt găng tay cao su trƣớc và sau khử
trùng thƣờng qui (n=20 mẫu) ................................................................................... 58
Bảng 3.19. Kết quả khử trùng găng tay cao su bằng dung dịch Anolit .................... 59
Bảng 3.20. Mật độ trung bình vi khuẩn trên bề mặt găng tay cao su trƣớc và sau khử
trùng bằng dung dịch Anolit (n=20 mẫu) ................................................................. 60
Bảng 3.21. Kết quả khử trùng thƣờng quy bề mặt bàn inox .................................... 63
Bảng 3.22. Mật độ tổng vi khuẩn hiếu khí trên bề mặt bàn inox trƣớc và sau khử
trùng thƣờng qui (n=20 mẫu) ................................................................................... 64
Bảng 3.23. Kết quả khử trùng bề mặt bàn inox bằng dung dịch Anolit ................... 65
Bảng 3.24. Mật độ tổng vi khuẩn hiếu khí trên bề mặt bàn inox trƣớc và sau khử
trùng bằng dung dịch Anolit (n=20 mẫu) ................................................................. 67
Bảng 3.25. Kết quả phân tích mẫu bề mặt gạch ceramic khử trùng thƣờng quy ..... 69
Bảng 3.26. Kết quả phân tích mẫu gạch ceramic khử trùng bằng dung dịch Anolit 70

Lớp KTMT 2012B

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu tạo của buồng điện hóa MB- 11 .......................................................... 7
Hình 1.2. Hình dáng thực của buồng điện hóa MB- 11 và MB-26 ............................ 7
Hình 1.3. Mặt cắt mô tả chuyển động xoắn ốc của các dòng Anolit và Catolit trong
quá trình HHĐH ......................................................................................................... 8
Hình 1.4. Sơ đồ thiết bị sản xuất nƣớc ôxy hóa điện hóa từ dung dịch muối ăn tại
khoang anốt: ............................................................................................................... 9
Hình 1.5. Đƣờng cong thế năng của một chất trong quá trình điện hóa .................. 10
Hình 1.6. Sơ đồ hệ thí nghiệm điều chế dung dịch Anolit dùng 8 môđun MB-11 .. 21
Hình 1.7. Sơ đồ cấp điện cho 8 buồng điện hóa ....................................................... 22
Hình 1.8. Nguồn điện một chiều dùng cho thí nghiệm ............................................ 23
Hình 1.9. Hệ thí nghiệm bao gồm cả thiết bị làm mềm nƣớc đang vận hành .......... 23
Hình 1.10. Cụm buồng điện hóa bao gồm 8 môđun MB-11 trong hệ thí nghiệm ... 24
Hình 3.1. Mật độ vi khuẩn E.coli trên các đĩa petri sau khi cho tiếp xúc với Anolit ở
các nồng độ lần lƣợt là 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1 mg/l, trong thời gian 5 phút .................. 36
Hình 3.2. Mật độ vi khuẩn Coliforms trên các đĩa petri sau khi cho tiếp xúc với
Anolit các nồng độ lần lƣợt là 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1 mg/l, trong thời gian 5 phút....... 36
Hình 3.3. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với
TVKHK trên rổ nhựa ................................................................................................ 46
Hình 3.4. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với
Coliforms trên rổ nhựa ............................................................................................. 46
Hình 3.5. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với

TVKHK trên bề mặt thớt nhựa ................................................................................. 51
Hình 3.6. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với
Coliforms trên bề mặt thớt nhựa ............................................................................... 51
Hình 3.7. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với
TVKHK trên bề mặt chậu nhựa ................................................................................ 56
Hình 3.8. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với
TVKHK trên bề mặt găng tay cao su ....................................................................... 61
Hình 3.9. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với vi
khuẩn Coliforms trên bề mặt găng tay cao su .......................................................... 62
Hình 3.10. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với vi
khuẩn Staphylococcus trên bề mặt găng tay cao su .................................................. 62
Hình 3.11. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với
TVKHK trên bề mặt thép inox ................................................................................. 68
Hình 3.12. Biểu đồ so sánh hiệu quả khử khuẩn giữa Anolit và Clorin đối với
TVKHK trên bề mặt gạch ceramic ........................................................................... 71

Lớp KTMT 2012B

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... 4
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................... 6
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 3

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................... 5
1.1. Giới thiệu chung về hoạt hóa điện hóa .............................................................5
1.1.1. Lịch sử phát triển ........................................................................................ 5
1.1.2. Cơ sở khoa học của quá trình hoạt hóa điện hóa........................................ 9
1.1.3. Một số đặc điểm của công nghệ HHĐH .................................................. 11
1.1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng và các tính chất đặc biệt của dung dịch HHĐH ... 12
1.1.5. Sự khác biệt giữa quá trình hoạt hóa điện hóa với các quá trình công nghệ
hóa học và điện hóa truyền thống....................................................................... 14
1.2. Các phƣơng pháp khử trùng thƣờng dùng hiện nay .......................................14
1.2.1. Khử trùng bằng nhiệt ................................................................................ 15
1.2.2. Khử trùng bằng hóa chất .......................................................................... 15
1.3. Hiệu quả khử trùng của Anolit để khử trùng dụng cụ và môi trƣờng trong chế
biến thực phẩm.......................................................................................................18
1.3.1. Thành phần và tính chất dung dịch hoạt hóa điện hóa Anolit .................. 18
1.3.2. Khả năng khử trùng của dung dịch HHĐH .............................................. 19
1.3.3. Các ƣu thế nổi trội của Anolit .................................................................. 20
1.4. Điều chế dung dịch Anolit trên thiết bị HHĐH sử dụng 8 buồng phản ứng
điện hóa môđun MB – 11 ......................................................................................21
CHƢƠNG II: CÁC PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 26
2.1. Các phƣơng tiện dùng cho thử nghiệm ...........................................................26
2.1.1. Thiết bị HHĐH sử dụng 8 buồng phản ứng điện hóa môđun MB – 11 ... 26
2.1.2. Các phƣơng pháp kiểm tra chất lƣợng dung dịch Anolit ......................... 26
2.1.3. Các hóa chất dùng trong thử nghiệm ....................................................... 27
2.1.4. Lựa chọn các đối tƣợng khử trùng và các vi khuẩn xét nghiệm .............. 28

Lớp KTMT 2012B

1

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường

Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................28
2.2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu .............................................................. 28
2.2.2. Phƣơng pháp thực hiện thử nghiệm trong phòng thí nghiệm................... 28
2.2.3. Phƣơng pháp thực hiện các thử nghiệm tại hiện trƣờng .......................... 29
2.2.4. Phƣơng pháp lấy mẫu xét nghiệm vi sinh ................................................ 33
2.2.5. Phƣơng pháp phân tích vi sinh ................................................................. 34
2.2.6. Xử lý số liệu ............................................................................................. 35
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................... 36
3.1. Độ ổn định chất lƣợng dung dịch Anolit theo thời gian .................................36
3.2. Xác định khả năng khử khuẩn của Anolit trong phòng thí nghiệm ................36
3.2.1. Thí nghiệm 1: Xác định nồng độ tối ƣu của chất khử trùng .................... 36
3.2.2. Thí nghiệm 2: Xác định thời gian của chất khử trùng.............................. 39
3.3. Khảo sát thực trạng nhiễm khuẩn môi trƣờng chế biến thực phẩm ................40
3.4. Kết quả thử nghiệm hiệu quả khử trùng của Anolit .......................................41
3.4.1. Khử trùng rổ nhựa .................................................................................... 41
3.4.2. Khử trùng thớt nhựa ................................................................................. 47
3.4.3. Khử trùng chậu nhựa ................................................................................ 52
3.4.4. Khử trùng găng tay cao su ........................................................................ 57
3.4.5. Khử trùng bề mặt thép inox ...................................................................... 63
3.4.6. Khử trùng bề mặt gạch ceramic ............................................................... 68
CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 75
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 77

Lớp KTMT 2012B

2

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

MỞ ĐẦU

Thực phẩm là nguồn cung cấp chất dinh dƣỡng cho sự phát triển của cơ thể,
đảm bảo sức khỏe con ngƣời nhƣng đồng thời cũng là nguồn có thể gây bệnh nếu
không đảm bảo vệ sinh. Thực phẩm có thể gây bệnh ở nhiều khâu từ sản xuất đến
vận chuyển, bảo quản, chế biến, nấu ăn và cách ăn. Không có thực phẩm nào đƣợc
coi là có giá trị dinh dƣỡng nếu nó không đảm bảo vệ sinh.
Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm luôn đƣợc đặt lên hàng đầu trong những
chƣơng trình phát triển của các quốc gia. Trong những năm gần đây, tình hình ngộ
độc thực phẩm có xu hƣớng gia tăng cả về số lƣợng lẫn qui mô tác hại ở nhiều
nƣớc. Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), mỗi năm Việt Nam có 8
triệu ngƣời (chiếm xấp xỉ 1/10 tổng dân số) bị ngộ độc thực phẩm hoặc ngộ độc do
liên quan đến thực phẩm. Ngộ độc thực phẩm do nhiều nguyên nhân khác nhau gây
ra, nhƣng trong số đó có đến 50% các vụ ngộ độc thực phẩm là do tác nhân vi sinh
vật [15].
Hiện nay, xuất khẩu thực phẩm đang chiếm tỷ trọng quan trọng trong nền
kinh tế nƣớc ta. Sự hội nhập kinh tế theo xu hƣớng toàn cầu hóa có tác động rất lớn
đến các tiêu chuẩn về chất lƣợng an toàn vệ sinh thực phẩm. Việc đẩy mạnh xây
dựng qui trình, cải tiến các trang thiết bị trong chế biến thực phẩm đóng vai trò

quyết định giúp nâng cao năng lực kiểm soát vệ sinh an toàn thực phẩm. Trong đó,
khử trùng nƣớc, dụng cụ và nhà xƣởng sản xuất là những khâu thiết yếu của quá
trình bảo đảm vệ sinh sản xuất.
Trong số tất cả các loại dung dịch sát trùng có hoạt tính cao nhƣng với độc
tính thấp đƣợc biết từ trƣớc đến nay, dung dịch Anolit trung tính sản xuất trên các
thiết bị HHĐH có nhiều ƣu điểm nhƣ: hoạt tính khử trùng vẫn đƣợc duy trì ở mức
độ cao, trong khi nồng độ các chất ôxy hóa trong dung dịch rất thấp và thành phần
của chúng luôn biến đổi theo thời gian nên vi khuẩn không có khả năng thích nghi
chống lại.
Dung dịch Anolit đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ Nga, Mỹ, Nhật,
Đức… nghiên cứu và thử nghiệm ứng dụng làm tác nhân khử trùng trong nhiều lĩnh

Lớp KTMT 2012B

3

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

vực sản xuất và đời sống. Hợp tác với Viện Các Hệ thống Điện hóa và Công nghệ
của VS.Bakhir thuộc VHLYH Nga, trong những năm qua Viện CNMT thuộc
VHLKHCNVN trên cơ sở các môđun HHĐH khác nhau nhập từ LB Nga đã thiết
kế chế tạo thành công một số chủng loại thiết bị HHĐH kiểu STEL phù hợp với
điều kiện khí hậu nhiệt đới của Việt Nam. Để có thể ứng dụng rộng rãi Anolit
trong chế biến thực phẩm, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu sơ
đồ công nghệ của thiết bị sản xuất dung dịch siêu ôxy hóa để khử trùng dụng cụ

và môi trường trong cơ sở chế biến thực phẩm’’.

Lớp KTMT 2012B

4

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu chung về hoạt hóa điện hóa
1.1.1. Lịch sử phát triển
Vào năm 1975 kỹ sƣ V.M.Bakhir lần đầu tiên đã phát hiện ra rằng các dung
dịch thu nhận đƣợc từ dung dịch nƣớc có độ khoáng hóa thấp trong buồng điện hoá
có màng ngăn có hoạt tính phản ứng với các tham số hóa lý khác thƣờng. Khác xa
so với các mẫu tƣơng tự đƣợc điều chế bằng cách pha chế các hóa chất tƣơng ứng
vào nƣớc [1-3]. Các khảo sát tiếp theo đã chỉ ra rằng sự khác biệt về tính chất giữa
các dung dịch đƣợc điều chế điện hóa từ dung dịch muối loãng và các dung dịch
tƣơng tự đƣợc điều chế hóa học không phải là một đại lƣợng bất biến. Sau một thời
gian nào đó các thông số hóa lý của chúng tự thay đổi và trở thành ngang bằng các
thông số tƣơng ứng của dung dịch mẫu, nghĩa là khi đó các định luật điện phân cổ
điển đƣợc bảo toàn. Khoảng thời gian phục hồi này có thể kéo dài từ hàng chục phút
đến hàng chục giờ thậm chí hàng trăm giờ [4-5].
Các tham số hóa lý khác biệt đáng kể này chính là cơ sở để V. M. Bakhir gọi
các dung dịch trong giai đoạn phục hồi về trạng thái cân bằng nhiệt động học là các

dung dịch HHĐH và phát biểu các nguyên tắc cơ bản của công nghệ hoạt hóa điện
hoá. Việc nghiên cứu khai thác các hiệu ứng HHĐH đã tạo cơ sở cho việc phát triển
các công nghệ HHĐH khác nhau mà bản chất của chúng bao gồm việc ứng dụng
nƣớc và các dung dịch ở trạng thái giả bền vào các quá trình công nghệ khác nhau,
nghĩa là sử dụng chúng trong thời gian chúng thể hiện hoạt tính lý-hóa cao nhất.
Các chất lỏng ở trạng thái giả bền thu đƣợc bằng cách xử lý điện hóa dung dịch
trong một điện trƣờng đơn cực đƣợc V. M. Bakhir gọi là dung dịch HHĐH, còn
công nghệ điều chế và ứng dụng chúng đƣợc gọi là công nghệ HHĐH.
Công nghệ HHĐH cho phép không cần sử dụng đến hóa chất mà vẫn có thể
thay đổi một cách có định hƣớng trong khoảng giá trị rộng các tính chất axit-bazơ
cũng nhƣ các tính chất ôxy hóa khử và xúc tác của các dung dịch muối loãng (kể cả
nƣớc thƣờng) để sử dụng chúng cho các quá trình công nghệ khác nhau nhằm mục
đích bảo vệ môi trƣờng, và tiết kiệm năng lƣợng, nguyên liệu và chi phí lao động.

Lớp KTMT 2012B

5

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

Sau khi hiện tƣợng HHĐH trong dung dịch nƣớc đƣợc phát minh và các thiết
bị công nghệ HHĐH đƣợc thử nghiệm thành công, nhiều các nhà khoa học Nga
khác đã có những đóng góp to lớn cho sự phát triển của công nghệ HHĐH. Năm
1985 HHĐH đã đƣợc Uỷ ban tối cao về cấp văn bằng (VAK) của Liên Xô chính
thức đƣa vào nhóm các hiện tƣợng hóa-lý mới.

Nhờ vào những kết quả nghiên cứu thu đƣợc trong giai đoạn 1987-1990 dƣới
sự chỉ đạo của V. M. Bakhir, Yu. G. Zadorozhny và B. I. Leonov tại Tổ hợp Khoa
học – Sản xuất “EKRAN” thuộc Viện Nghiên cứu Thử nghiệm Kỹ thuật Y học toàn
Nga - nơi mà từ năm 1991 đã bắt đầu sản xuất theo dây chuyền các thiết bị HHĐH
kiểu STEL có khả năng điều chế các dung dịch khử trùng, tiệt trùng và tẩy rửa với
hiệu quả cao - công nghệ hoạt hóa điện hóa đã đƣợc Viện HLKH LB Nga chính
thức công nhận là một hƣớng Khoa học - Kỹ thuật mới. Các thiết bị này không chỉ
hoạt động tại các cơ sở y tế mà còn hiện diện trong các xí nghiệp chế biến thực
phẩm ( khử trùng thiết bị, dụng cụ, đồ chứa, nguyên liệu, sản phẩm chế biến), trong
công nghiệp dầu khí, trong chăn nuôi gia súc, gia cầm, thú y, trong xí nghiệp nuôi
ong và chế biến thủy sản, trong các cơ sở công cộng (nhà tắm, xƣởng giặt, hiệu cắt
tóc, nhà trẻ, nhà nghỉ, nhà an dƣỡng ...).
Cho tới nay các hệ thống buồng phản ứng điện hóa đã đƣợc hoàn thiện, đáp
ứng việc chế tạo nhiều loại thiết bị HHĐH sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau
(bảng 1.1).
Bảng 1.1: Lịch sử phát minh các buồng phản ứng điện hóa của V.M.Bakhir [17]

Kí hiệu

Năm hoàn thành

Patent

Các đặc tính

FEM- 1

1989

GB 2 253 860

Các buồng phản ứng điện hóa

FEM- 2

1992

RF No 2042639

đơn giản kiểu môđun để hoạt

FEM- 3

1994

RF No 2078738

hóa điện hóa các dung dịch

FEM- 4

1998

RF No 2145940

điện li loãng và nƣớc.

FEM- 7

2000

RF No 2106989

Các buồng phản ứng điện hóa

Lớp KTMT 2012B

6

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

đơn giản kiểu môđun để hoạt
FEM- 9

2004

RF No 2270885

hóa điện hóa dung dịch điện
ly đặc.

MB- 11

2009

RF No 2350692

Các buồng phản ứng điện hóa
đơn giản kiểu môđun để

MB- 26

2009

RF No 2350692

HHĐH nhiều loại dung dịch.

Hiện tại, có hai loại buồng điện hóa FEM MB-11, MB- 26 (hình 1.2) đƣợc
chế tạo và cải tiến để cung cấp cho các đối tác chế tạo thiết bị. Nó có những ƣu
điểm hơn hẳn các sản phẩm trƣớc đó nhƣ tăng năng suất điện phân, giảm đƣợc các
chi phí về muối, điện năng tiêu hao và tăng năng suất điều chế Clo hoạt tính.
Đƣờng ra
Anolit
Đƣờng ra
Catolit

Đƣờng
nƣớc vào
Đƣờng
muối vào

Hình 1.1. Cấu tạo của buồng

Hình 1.2. Hình dáng thực của buồng điện hóa

điện hóa MB- 11

MB- 11 và MB-26

Khác biệt cơ bản của buồng điện hóa dòng chảy có màng ngăn (FEM) so với
bất kỳ loại buồng điện hóa nào khác là ở sự kết hợp độc đáo các đặc trƣng kết cấu,
kích thƣớc hình học, các tham số vật lý và điện hóa [11].

Lớp KTMT 2012B

7

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

+ Các tế bào FEM đƣợc chế tạo dƣới dạng môđun, có kích thƣớc và trọng
lƣợng nhỏ, với năng suất và hiệu quả kinh tế cao, cho phép sử dụng trong các quy
trình công nghệ quy mô công nghiệp cũng nhƣ trong các hệ điện hóa quy mô gia
đình.
+ Điện cực đƣợc làm từ Titan tinh khiết nhãn hiệu BT1- 0. Bề mặt điện cực
Anốt đƣợc phủ lớp oxit TiO2 nhằm tăng thêm độ dẫn của điện cực và sau đó phủ
thêm các oxit kim loại quý hiếm nhƣ bạch kim, hỗn hợp Ir-Ru-Sb, Ir-Ru-Ti hoặc Ru
nhằm mục đích tăng tuổi thọ Anốt.
+ Màng ngăn đƣợc chế tạo từ vật liệu gốm trên cơ sở các oxit nhôm và
ziriconi có độ bền cực cao. Màng ngăn đƣợc thiết kế cách bề mặt điện cực khoảng

1,5 mm và tuyệt đối song song với chúng. Tỷ lệ khoảng cách giữa màng ngăn và
điện cực theo chiều cao đƣợc tính toán và thiết kế đặc biệt chính xác nhằm đảm bảo
sao cho tốc độ chuyển động của các vi thể tích nƣớc không thay đổi theo chiều dài
điện cực; có tính năng lọc yếu nhờ vậy loại trừ hoàn toàn sự xáo trộn vật lý giữa
Anolit với Catolit và đảm bảo màng giữ nguyên kích thƣớc trong điều kiện áp suất
xuyên màng thay đổi (tới 1kg/cm2).
+ Màng ngăn có tính lƣỡng cực có khả năng
hấp phụ các hạt điện tích dƣơng trên mặt hƣớng về
Anốt, còn mặt hƣớng về Catốt – hấp phụ điện tích
âm, nhờ vậy giảm đƣợc điện trở đối với các dung
dịch điện ly có độ khoáng hóa thấp, đồng nghĩa với
việc giảm chi phí điện năng của quá trình hoạt hóa
điện hóa; tạo điều kiện thuận lợi để dung dịch điện
phân chuyển động trong các khoang Anốt và Catốt
theo đƣờng xoắn ốc (hình 1.3), nhờ vậy các vi thể
tích nƣớc đƣợc tiếp xúc tối đa với lớp điện kép trên
bề mặt điện cực. Ngoài ra, bằng cách lựa chọn tối
ƣu mật độ dòng điện và hiệu áp giữa hai khoang
điện phân có thể sử dụng màng ngăn nhƣ một màng

Lớp KTMT 2012B

8

Hình 1.3. Mặt cắt mô tả
chuyển động xoắn ốc của các
dòng Anolit và Catolit trong
quá trình HHĐH

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường

Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

chọn lọc ion.
+ Trong các hệ thống điện hóa xử lý nƣớc các tế bào FEM có thể đƣợc kết
nối song song hoặc nối tiếp thành một môđun thủy lực thống nhất và liên hoàn mà
các hệ điện phân truyền thống khác không thể có đƣợc.
1.1.2. Cơ sở khoa học của quá trình hoạt hóa điện hóa
Hoạt hóa điện hóa là một quá
trình điện hóa trong đó dung dịch nƣớc
có độ khoáng hóa thấp [6], dƣới tác dụng
của một điện trƣờng đơn cực trong
buồng điện hóa dòng chảy có màng ngăn
lƣỡng cực, đƣợc đƣa lên trạng thái kích
thích giả bền với các tính chất hóa lý dị
thƣờng, thay đổi theo thời gian, và tự

Hình 1.4. Sơ đồ thiết bị sản xuất nƣớc

phục hồi về trạng thái cân bằng với thời

ôxy hóa điện hóa từ dung dịch muối ăn

gian kéo dài nhiều giờ [1]. Dung dịch
thu đƣợc tại vùng Anốt đƣợc đặc trƣng
bởi hoạt tính thiếu điện tử, thể hiện tính
chất ôxy hóa, gọi là Anolit. Dung dịch

thu đƣợc tại vùng Catốt cho hoạt tính dƣ
điện tử, thể hiện tính chất khử, đƣợc gọi
là Catolit.
Quá trình điện phân đã đƣợc khảo

Tại khoang anốt:
2NaCl → Cl2 + 2e- + 2Na+
2H2O → H+ + O2 + 4eCl2 + H2O → HOCl + HCl
OH- - e → HO*
H2O - e → HO* +H+
3OH- - 2e → HO2- + H2O
2H2O – 2e → 2H+ + H2O2
O2 + H2O - 2e → O3 + 2H+

sát chi tiết trong khoảng gần 2 thế kỷ kể

O2 + 2OH- - 2e → O3 + H2O

từ khi nó đƣợc phát minh. Thế nhƣng

Cl- + 2OH- - 2e → ClO- + H2O

cho đến nay, khi tính toán cân bằng năng

Cl- + 2H2O - 5e → ClO2 + 4H+

lƣợng tiêu hao cho quá trình điện phân,
ngƣời ta vẫn không có đƣợc kết quả

Tại khoang Catốt:

2NaCl + 2OH-  2NaOH + Cl2H2O + 2e-  2OH- + H2

tƣơng ứng với lý thuyết: một phần nào

đó của năng lƣợng đƣa vào đã bị mất đi mà không rõ nguyên nhân.

Lớp KTMT 2012B

9

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

Để có thể hiểu đƣợc sự mất cân bằng năng lƣợng đó, trƣớc hết chúng ta hãy
xét một quá trình điện phân cổ điển, trong đó dòng điện một chiều đƣợc cho chạy
qua hai điện cực trong một dung dịch điện ly không có màng ngăn. Kết quả là thành
phần hóa học trong dung dịch thay đổi: tại vùng Catốt các điện tử liên kết với các
ion và phân tử tạo ra sản phẩm khử, còn tại vùng Anốt các ion và phân tử bị mất
điện tử, nghĩa là các chất tan bị ôxy hóa. Năng lƣợng cấp cho quá trình điện phân
chủ yếu đƣợc sử dụng vào việc thực hiện các phản ứng hóa học và tăng cƣờng động
năng của các nguyên tử, phân tử và ion đƣợc thể hiện dƣới dạng phát tán nhiệt.
Tác giả phát minh hiện tƣợng HHĐH đã đề xuất giả thuyết cho rằng một
phần năng lƣợng đó đƣợc tiêu hao nhằm làm tăng nội thế năng của các thành phần
có mặt trong dung dịch điện ly trong khi nhiệt độ và áp suất của hệ phản ứng không
thay đổi [7]. Sự gia tăng thế năng đó không liên quan đến quá trình chuyển mức
năng lƣợng của các điện tử, mà chỉ là sự tăng giảm bán kính của các quỹ đạo điện tử

trong mức năng lƣợng của chúng (hình 1.5). Nhƣ vậy, chính lƣợng dƣ thế năng
trong các nguyên tử đã làm cho chúng tồn tại trong trạng thái kích thích giả bền, thể
hiện khả năng phản ứng cao trong quá trình phục hồi từ trạng thái kích thích về
trạng thái cân bằng. Hiển nhiên là lƣợng dƣ nội thế năng dần dần sẽ chuyển về động
năng (dƣới dạng nhiệt năng) và hoạt tính của nƣớc sẽ giảm dần về giá trị không.
Địên hóa hoạt hóa

WP

Hình 1.5. Đƣờng cong thế năng của
3

1

Điện hóa bình thƣờng

2

•d

(1) đƣờng điện hóa bình thƣờng

d
c

•
b
r3 r1 r 2
a

một chất trong quá trình điện hóa:

(2) đƣờng điện hóa hoạt hóa Catốt

Khoảng cách điện tử-hạt nhân, r

(3) đƣờng điện hóa hoạt hóa Anốt

•

Quan sát đƣờng cong (2) ta thấy sau khi dung dịch đƣợc hoạt hóa đƣa lên
trạng thái kích thích giả bền (điểm d), để về trạng thái bền vững ban đầu (điểm a)
quá trình phục hồi của chất đã đƣợc hoạt hóa trong dung dịch trƣớc tiên phải đi qua
điểm thế năng cực tiểu của đƣờng cong (2), sau đó qua điểm cắt với đƣờng cong thế
Lớp KTMT 2012B

10 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

năng của dung dịch điện hóa bình thƣờng và cuối cùng mới đạt tới giá trị thế năng
cực tiểu của dung dịch ban đầu (điểm a). Chính vì lẽ đó, các tham số lý-hóa giả bền
của dung dịch sau khi ngừng tác động hoạt hóa có thời gian phục hồi kéo dài hàng
chục giờ. Trong khi đó, nếu dung dịch đƣợc điện phân bình thƣờng, thì quá trình
phục hồi từ điểm c về điểm a diễn ra rất nhanh (đƣờng cong 1).
Sự ngang bằng nhiệt độ của chất trƣớc và sau khi hoạt hóa chứng tỏ động
năng của nó là không thay đổi. Khi đó, sự thay đổi các tính chất hóa-lý của các chất

có mặt trong hệ cũng nhƣ khả năng phản ứng của chúng sau hoạt hóa chỉ có thể là
do sự thay đổi của nội thế năng; mà thƣớc đo của nó theo định nghĩa vật lý cổ điển
là khoảng cách trung bình giữa các hạt của chất, hoặc nói cách khác, là mật độ của
chất. Đồng thời, sau khi dừng tác dụng hoạt hóa một thời gian nhất định, mật độ của
các chất trở về giá trị ban đầu.
Nhƣ vậy, một chất đƣợc gọi là hoạt hóa là khi dự trữ nội thế năng của nó
dƣới tác dụng của các yếu tố bên ngoài nào đó tạm thời không tƣơng ứng với các
giá trị cân bằng nhiệt động học của nhiệt độ và áp suất. Tƣơng tự nhƣ vậy, một tác
động đƣợc xem là hoạt hóa khi nó làm cho nội năng của một chất tạm thời xê dịch
khỏi giá trị cân bằng nhiệt động học. Thuật ngữ “năng lƣợng tác động hoạt hóa” cần
đƣợc hiểu là phần năng lƣợng của một tƣơng tác không cân bằng đƣợc lƣu lại trong
chất dƣới dạng thế năng rồi phát tán dần để chuyển thành nhiệt năng.
Nói chung các quá trình hoạt hóa tồn tại đƣợc chỉ là do hai quá trình phục
hồi theo động năng (nhiệt năng) và theo thế năng thƣờng khác nhau đáng kể về thời
gian, trong đó quá trình thứ nhất diễn ra nhanh hơn nhiều so với quá trình thứ hai
mà kết quả đã đƣợc khẳng định bằng nhiều số liệu thực nghiệm [8].
1.1.3. Một số đặc điểm của công nghệ HHĐH
Công nghệ HHĐH và công nghệ có sử dụng HHĐH có các đặc điểm chính
sau:
Việc xử lí nƣớc bằng quá trình điện hóa Anốt và Catốt đƣợc tiến hành trong
bình phản ứng điện hóa có màng ngăn kiểu dòng chảy trong điều kiện loại trừ hoàn
toàn sự trộn lẫn các sản phẩm Anốt và Catốt của phản ứng điện hóa vào nhau.

Lớp KTMT 2012B

11 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

Tạo điều kiện cho số lƣợng lớn các vi thể tích nƣớc tiếp xúc với phần khuếch
tán của lớp điện kép đƣợc xác lập trên ranh giới của hai pha “điệc cực – chất điện
li” trong thời gian tác động điện hóa cực ngắn nhằm làm giảm mục đích tiêu hao
năng lƣợng do giải phóng nhiệt.
Trong đa số các công nghệ truyền thống, trong đó có cả công nghệ hóa học
và điện hóa, ngƣời ta sử dụng nƣớc và các dung dịch có các thông số không phụ
thuộc vào thời gian. Trong công nghệ HHĐH ngƣời ta điều chế nƣớc và dung dịch
ở trạng thái giả bền. Do đó cũng với các khái niệm truyền thống nhƣ nhiệt độ, nồng
độ, thành phần hóa học và các thông số hóa lý khác nhau còn cần phải biết rõ thời
gian quá trình hoạt hóa đã trôi qua, độ lệch của các thông số lý - hóa khỏi trạng thái
cân bằng. Ngoài ra còn cần chú ý đến điều kiện sử dụng nƣớc HHĐH trong quá
trình cụ thể [5].
Nƣớc và dung dịch hoạt hóa điện hóa đƣợc sử dụng trong các quá trình công
nghệ khác, có khả năng ngay ở giai đoạn đầu của quá trình hồi phục. Điều đó tạo
điều kiện trao đổi nội thế năng đã đƣợc dự trữ làm cho các phản ứng xảy ra trong
thời gian tƣơng tác có hiệu quả hơn. Trong trƣờng hợp sự hoạt hóa điện hóa nƣớc
và dung dịch đƣợc gắn với một công nghệ khác nào đó, ví dụ nhƣ công nghệ làm
sạch nƣớc, và bao gồm một hoặc một vài giai đoạn kế tiếp tác động điện hóa lên
nƣớc, thì sau mỗi giai đoạn xử lý điện hóa cần phải xử lý nƣớc trong một bình phản
ứng đặc biệt tƣơng ứng nhằm sử dụng có mục đích nội thế năng dƣ của nƣớc đã tích
lũy trong quá trình tƣơng tác điện hóa trƣớc đó.
Các sản phẩm đƣợc điều chế trong các quy trình công nghệ có sử dụng nƣớc
và các dung dịch hoạt hóa điện hóa có các thông số và đặc tính lí – hóa bền theo
thời gian.
1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng và các tính chất đặc biệt của dung dịch HHĐH
Có ba yếu tố cơ bản ảnh hƣởng trực tiếp đến hoạt tính của các dung dịch
Anolit và Catolit. Yếu tố thứ nhất là sự hình thành các dung dịch kiềm và axit bền
vững và một số chất bền mà các hóa chất truyền thống có thể thay thế, bởi vậy nó

không thể hiện tính chất hoạt hóa của dung dịch điện hóa. Yếu tố thứ hai là sự hình

Lớp KTMT 2012B

12 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

thành các sản phẩm giả bền với hoạt tính cao khác thƣờng, trong đó có các gốc tự
do với thời gian sinh sống đƣợc tính bằng đơn vị hàng giờ, các sản phẩm giả bền
này có khả năng làm tăng đáng kể các chỉ số kiềm, axit và thế ôxy hóa khử ORP
của Anolit và Catolit, mà với chỉ bằng cách pha hóa chất tƣơng ứng vào nƣớc sẽ
không thể nào có đƣợc . Yếu tố thứ ba là sự xuất hiện và tồn tại trong một thời gian
tƣơng đối dài của các cấu trúc phân tán (đƣợc hình thành tại vùng điện tích không
gian cận kề bề mặt điện cực) là các ion, các phân tử, các nguyên tử dƣới dạng gốc
tự do hoặc hydrat hóa, mà nhờ chúng các dung dịch Anolit và Catolit có thể trở
thành chất xúc tác cho rất nhiều các loại phản ứng hóa học và hóa sinh khác nhau
nhờ vào khả năng làm giảm ngƣỡng năng lƣợng hoạt hóa của các thành phần tham
gia phản ứng.
ORP phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố thứ hai – nghĩa là phụ thuộc vào sự hình
thành các hợp chất siêu hoạt tính với thế ôxy hóa trong Anolit cao khác thƣờng với
thế ôxy hóa khử âm trong Catolit. Về bản chất chỉ số ORP không ổn định, đặc biệt
là đối với Catolit, và phụ thuộc nhiều vào các điều kiện bên ngoài (vật liệu bình
chứa, nhiệt độ, bề mặt tiếp xúc với không khí, ánh sáng mặt trời...). Mặc dù ở chừng
mực nào đó các tham số đặc trƣng cho yếu tố thứ ba cho đến nay vẫn chƣa đƣợc xác
lập rõ ràng nhƣng những biến đổi của cấu trúc nƣớc trong điện trƣờng đơn cực gần
bề mặt điện cực với cƣờng độ vài triệu von/cm có thể là nguyên nhân làm cho bản

thân nƣớc và các phần tử vật chất trong đó đƣợc kích thích lên trạng thái giả bền.
Sau khi ngừng tác động điện hóa, các phần tử trong dung dịch nƣớc đƣợc
đƣa lên trạng thái kích thích giả bền đƣợc đặc trƣng bởi các tham số hóa lí dị
thƣờng. Trạng thái giả bền của một chất đã đƣợc hoạt hóa có thể đƣợc duy trì trong
thời gian vô định với điều kiện không có sự trao đổi năng lƣợng với môi trƣờng
xung quanh. Sự tắt dần của trạng thái kích thích giả bền là một quá trình không
thuận nghịch xảy ra và bằng cách phát tán năng lƣợng vào môi trƣờng dƣới dạng
bức xạ nhiệt hoặc sóng siêu cao tần.

Lớp KTMT 2012B

13 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

1.1.5. Sự khác biệt giữa quá trình hoạt hóa điện hóa với các quá trình công nghệ
hóa học và điện hóa truyền thống.
Công nghệ hoạt hóa điện hóa đặt nền móng cho việc điều chế các dung dịch
giả bền có hoạt tính xúc tác lý – hóa dị thƣờng trong các hệ kỹ thuật điện hóa đặc
biệt với mục đích sử dụng nó trong các quy trình công nghệ khác nhau thay cho các
dung dịch hóa chất chuyên dụng truyền thống.
Dung dịch natri clorua nồng độ không vƣợt quá 5g/l hoặc nƣớc có tổng
lƣợng khoáng nhỏ hơn 1g/l thƣờng đƣợc làm nguyên liệu cho quá trình ban đầu
trong quá trình hoạt hóa điện hóa (ECA).
Một loạt các thông số và đặc điểm sau đây chứng tỏ sự khác biệt giữa HHĐH
với các quá trình điện hóa hóa học đã biết:
 Nƣớc chịu các biến đổi điện hóa có nồng độ khoáng nhỏ (từ 0,5 - 5g/l)

 Thời gian tác động điện hóa ngắn (từ 0,03 – 10 giây)
 Mật độ dòng điện lớn (khoảng 3000 A/m2)
 Thế điện cực lớn (xấp xỉ 3000 mV)
 Tiêu hao năng lƣợng nhỏ (từ 0,05 đến 5 Wh/l)
 Thế ôxy hóa khử của nƣớc HHĐH thay đổi trong khoảng rộng (từ +860 đến
+1200 mV )
 Khoảng thay đổi pH của nƣớc HHĐH cực lớn (từ 1,9 đến 12,5)
1.2. Các phƣơng pháp khử trùng thƣờng dùng hiện nay
Theo truyền thống, các thuật ngữ “khử trùng” đƣợc dùng để mô tả các qui
trình và các chất sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm nhằm đảm bảo các
chỉ tiêu vi sinh đáp ứng đƣợc các yêu cầu an toàn vệ sinh thực phẩm.
Có thể tiến hành khử trùng có hiệu quả bằng các biện pháp xử lý vật lý nhƣ
dùng nhiệt, tia cực tím hoặc bằng các chất hóa học. Việc dùng nhiệt ở dạng hơi
nƣớc hoặc nƣớc nóng là phƣơng pháp khử trùng rất an toàn và đƣợc sử dụng rộng
rãi. Dƣới đây chỉ mô tả 2 cách khử trùng thông dụng nhất là khử trùng bằng nhiệt và
khử trùng bằng hóa chất.

Lớp KTMT 2012B

14 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

1.2.1. Khử trùng bằng nhiệt
Dùng nhiệt độ cao thích hợp và trong thời gian vừa phải là phƣơng pháp an
toàn nhất để diệt vi sinh vật. Trong quá trình diệt khuẩn bằng nhiệt, tốc độ tiêu diệt
vi khuẩn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, loại vi sinh vật và môi trƣờng chứa vi sinh

vật. Nếu vi sinh vật lẫn vào cặn cáu hoặc các chất khác, chúng sẽ đƣợc bảo vệ; do
đó sử dụng nhiệt để khử trùng sẽ kém hiệu quả.
Một số biện pháp khử trùng bằng nhiệt:
 Đốt cháy: Dùng lửa đèn cồn hoặc gas đốt cháy các dụng cụ kim loại nhƣ que
cấy, kẹp, kéo dao. Tác dụng phá huỷ tế bào vi sinh vật.
 Nhiệt khô: dùng để diệt trùng các dụng cụ kim loại hay thuỷ tinh trong lò
Pasteur.
 Đun sôi: Thông thƣờng xử lý ở 100°C trong 30 phút. Tác dụng giết chết đa
số tế bào vi sinh vật, ngoại trừ một số loài vi sinh vật có bào tử. Nếu cần phải
diệt bào tử thì cần thực hiện đun sôi với thời gian kéo dài hoặc xử lý bằng
cách đun sôi gián đoạn (shock nhiệt).
 Hơi nước bão hoà dưới áp suất cao: Dụng cụ để khử trùng thông dụng là nồi
hấp khử trùng. Áp suất hơi nƣớc ở mức 1,1 kg/cm2 tƣơng ứng với nhiệt độ
121°C, thời gian hấp thích hợp nhất là khoảng 10-15 phút tính từ khi nhiệt độ
bắt đầu ở 121oC. Có thể tiêu diệt các nội bào tử kháng nhiệt.
1.2.2. Khử trùng bằng hóa chất
Trong trƣờng hợp dùng hóa chất khử trùng, tỉ lệ vi sinh vật chết phụ thuộc
vào hiệu lực của nó đối với từng loài, nồng độ, nhiệt độ, pH cũng nhƣ mức độ tiếp
xúc giữa chất khử trùng và vi sinh vật và các đặc tính khác. Tƣơng tự nhƣ khử trùng
bằng nhiệt, những vi sinh vật khác nhau có khả năng đề kháng khác nhau đối với
hóa chất khử trùng. Ngoài ra, những tạp chất vô cơ hoặc hữu cơ trong môi trƣờng
cũng làm giảm đáng kể tỉ lệ chết của vi sinh vật. Vì vậy, việc khử trùng hiệu quả
nhất khi làm vệ sinh tốt.
Chất khử trùng lý tƣởng cho các cơ sở chế biến thực phẩm cần có những đặc
tính sau:

Lớp KTMT 2012B

15 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường

Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

 Phổ kháng khuẩn rộng, tác dụng nhanh.
 Dễ dàng tráng rửa sạch khỏi mặt bằng nhà xƣởng sau khi khử trùng và không
để sót lại các chất có thể gây hại cho sản phẩm.
 Không làm hƣ hại đến trang thiết bị trong nhà máy.
 Không gây nguy hiểm cho ngƣời sử dụng.
 Phù hợp với qui trình khử trùng đang sử dụng của xí nghiệp.
 Dễ kiểm tra nồng độ, ổn định khi bảo quản lâu.
 Rẻ tiền.
Một số chất khử trùng thông dụng nhƣ:
 Clo và các hợp chất chứa Clo hoạt tính
Clo và các hợp chất sản xuất từ Clo là các tác nhân khử trùng chiếm số lƣợng
lớn và phổ biến trong các nhà máy thực phẩm. Khử trùng bằng Clo có hiệu quả tốt
với nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc. Chúng hoạt động tốt trong nƣớc có nhiệt độ
thấp và chịu đựng đƣợc nƣớc cứng. Chúng là chất khử trùng rẻ tiền.
Hiệu lực khử trùng của Clo tỉ lệ thuận với tỉ lệ phần trăm của axit hypoclorơ
trong dung dịch: dạng hóa học hoạt động nhất của Clo. Clo thƣờng đƣợc áp dụng ở
pH kiềm hoặc trung tính (ở pH dƣới 4,0 Clo dễ bay hơi và khí Clo đƣợc hình thành,
rất độc hại và có tính ăn mòn).
Khử trùng bằng Clo có nhƣợc điểm là chúng ăn mòn thiết bị và có thể tạo
thành các sản phẩm hữu cơ trong nƣớc.
Tính chất của dioxit Clo khác biệt so với các loại chất khử trùng chứa Clo:
Nó không tạo thành axit hypoclorơ nhƣng khi tan trong nƣớc tạo thành dung dịch có
tính ôxy hóa mạnh. Nó có thể hiệu quả hơn so với Clo trong khả năng tiêu diệt hoặc
làm giảm vi khuẩn, và nó vẫn giữ đƣợc một phần chức năng kháng khuẩn khi có
mặt chất thải hữu cơ. Vì thế, nó đặc biệt có tác dụng tiêu diệt đối với vi sinh vật

trong màng sinh học. Nó cũng ít ăn mòn thép và ít chịu ảnh hƣởng của pH hơn Clo.
Tuy nhiên, dioxit Clo là chất không bền, nó có khả năng gây nổ và rất độc hại nếu
không sử dụng đúng cách, vì vậy cần kiểm soát cẩn thận khi lựa chọn nó làm chất
khử trùng.
Lớp KTMT 2012B

16 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

 Các hợp chất chứa Iốt
Iodophor là chất có tính sát khuẩn phổ rộng nhƣ Clorin. Hoạt tính diệt khuẩn
của iodophor đƣợc thực hiện nhờ giải phóng các phân tử iốt dạng tự do. Thƣờng
đƣợc kết hợp với các hợp chất khác để tăng hiệu quả khử trùng.
Chúng tiêu diệt đƣợc nhiều loại vi khuẩn, bao gồm nấm men và nấm mốc,
ngay khi ở nồng độ thấp. Chúng chịu đựng đƣợc khi có mặt lƣợng chất hữu cơ vừa
phải, ít ăn mòn và kém nhạy cảm với pH hơn so với Clo và chúng ổn định hơn trong
quá trình lƣu trữ và sử dụng. Chúng cũng ít ảnh hƣởng đến da ngƣời hơn so với Clo
và thƣờng đƣợc lựa chọn để ngâm tay.
Iodophor thƣơng mại ở dạng axit nên có thể hòa tan các cặn gỉ. Không nên
dùng chúng ở nhiệt độ trên 45oC bởi Iốt tự do có thể bay thoát.
 Paracetic acid và hydrogen peroxit
Paracetic acid (hay axit perôxyaxetic) và hydrogen peroxit là những hợp chất
có tác dụng diệt khuẩn nhanh bằng cách ôxy hóa, với phổ diệt khuẩn rộng. Có thể
dùng riêng hoặc kết hợp dƣới các dạng dung dịch pha loãng để khử trùng bề mặt.
Hoạt tính của chúng sẽ bị giảm bởi các tạp chất hữu cơ và cũng giảm nhanh theo
thời gian.

 Các hợp chất amoni bậc bốn
Các hợp chất amoni bậc bốn, đôi khi đƣợc gọi là quats hoặc QAC đã dần
quay trở lại đây sau một thời gian bị quên lãng với các nhà vi trùng học. Chúng yêu
cầu thời gian tiếp xúc dài mới diệt đƣợc vi khuẩn. Do sức căng bề mặt của hợp chất
amoni bậc bốn thấp nên chúng có đặc tính rất dễ thâm nhập và vì vậy nên khó tráng
rửa sạch. Mặt khác, chúng rất ổn định và tiếp tục tiêu diệt vi khuẩn sau khi hầu hết
các chất khử trùng khác đã mất hiệu quả do đó nó có thể xâm nhập vào sản phẩm
của nhà máy.

Lớp KTMT 2012B

17 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

1.3. Hiệu quả khử trùng của Anolit để khử trùng dụng cụ và môi trƣờng trong
chế biến thực phẩm
1.3.1. Thành phần và tính chất dung dịch hoạt hóa điện hóa Anolit
Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng 8 buồng phản ứng điện hóa môđun MB11 để sản xuất dung dịch HHĐH, sử dụng nguồn điện một chiều vạn năng cho phép
thay đổi điện áp cấp cho cụm buồng điện hóa từ 24 – 30V, lƣu lƣợng dung dịch siêu
ôxy hóa đạt 120 l/h.
a. Thành phần
Anolit là sản phẩm đƣợc tạo thành trong ngăn Anốt của buồng phản ứng điện
hoá có màng ngăn từ quá trình điện phân dung dịch muối loãng. Do những tác động
lý hoá xảy ra trong lớp tiếp xúc giữa điện cực và dung dịch, nhiều chất có hoạt tính
khử trùng cao đƣợc hình thành trong Anolit nhƣ HClO, ClO-, ClO2, Cl-… là các
chất Clo hoạt tính và các perôxyt vô cơ H2O2, HO*, HO2-… tất cả các chất này đều

không bền chúng sẽ tự phân giải và tái lập lại với nhau để trở thành nƣớc bình
thƣờng từ vài chục giờ đến năm ngày.
b. Tính chất
Đó là các chất ôxy hóa đƣợc tổng hợp bằng điện hóa, mà một số thành phần
trong đó sẽ phải chịu hàng loạt biến đổi về cấu trúc năng lƣợng và hóa học trong lúc
bảo quản. Sau thời gian hồi phục Anolit chuyển từ trạng thái kích thích điện hóa
sang trạng thái không bị kích thích, nó không còn hoạt tính xúc tác nên chỉ sử dụng
đƣợc cho mục đích chống nhiễm khuẩn chứ không dùng để tiệt trùng các dụng cụ y
tế.
Anolit là chất lỏng trong suốt không màu. Khi nồng độ NaCl trong dung dịch
lớn hơn 4 g/l Anolit có mùi Clo nhẹ giống nhƣ nƣớc trong các bể bơi. Nếu nồng độ
NaCl trong dung dịch từ 3 – 4 g/l, Anolit có mùi Clo nhƣ nƣớc sinh hoạt đƣợc Clo
hóa. Với hàm lƣợng NaCl trong dung dịch nhỏ hơn 2 g/l Anolit hầu nhƣ không có
mùi.
Thời gian lƣu giữ Anolit có hoạt tính cao với hàm lƣợng NaCl trong dung
dịch lớn hơn 3 g/l thƣờng là 5 ngày, với Anolit có hàm lƣợng NaCl trong dung dịch

Lớp KTMT 2012B

18 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Thị Mận

2-3 g/l không quá 3 ngày và hàm lƣợng NaCl trong dung dịch nhỏ hơn 2 g/l không
quá 24 giờ kể từ lúc điều chế.
Nƣớc hoạt hoá điện cũng nhƣ những dung dịch muối loãng đƣợc HHĐH
không những chỉ là những chất ôxy hoá khử mạnh hoặc là tác nhân axit và kiềm, mà

còn là chất xúc tác mạnh cho các phản ứng hoá học và sinh hoá.
Anolit là chất diệt khuẩn đa năng, nó có tác dụng hủy diệt đối với tất cả các
nhóm vi sinh lớn (vi trùng, siêu vi trùng kể cả siêu vi trùng lao, nấm, bào tử...) mà
không gây tác dụng gì cho tổ chức tế bào của ngƣời và các vi sinh vật cấp cao khác,
tức là các tế bào sống trong các hệ đa bào. Khi có mặt các chất bẩn có bản chất hữu
cơ (máu… ) khả năng diệt khuẩn của Anolit bị giảm.
1.3.2. Khả năng khử trùng của dung dịch HHĐH
Thành phần của Anolit trung tính gồm hoạt chất ôxy hoá. Các tế bào của cơ
thể ngƣời ngay trong quá trình hoạt động sống cũng tham gia vào quá trình ôxy hoá
khử, chúng sản sinh ra và sử dụng có mục đích các chất ôxy hoá hoạt tính cao nhƣ:
HO*, HO2-, O3, HClO, ClO-… Các tế bào này có hệ thống cấu tạo bảo vệ chống ôxy
hóa, ngăn ngừa tác dụng độc hại của các chất tƣơng tự đến cấu trúc tế bào sống nhờ
sự có mặt của các cặp lipoproteit 3 lớp có chứa cấu trúc nối đôi (- C = C -) có khả
năng nhận electron. Các vi khuẩn, virus thì không có hệ thống bảo vệ để chống ôxy
hoá nên dung dịch ANK là chất cực độc đối với chúng. Thêm nữa, mức độ khoáng
hoá thấp của Anolit và khả năng hydrat hoá cao làm tăng mức độ thẩm thấu của
màng tế bào vi khuẩn đối với các chất ôxy hoá. Các vi bọt khí mang điện đƣợc tạo
ra trong vùng tiếp xúc với polyme sinh học cũng góp phần làm chuyển dịch mạnh
mẽ các chất ôxy hoá vào trong tế bào vi khuẩn. Vì thế, Anolit có tác dụng diệt
khuẩn mạnh nhƣng lại ít gây hại tế bào cơ thể ngƣời.
Nhiều công trình nghiên cứu đã xác định dung dịch Anolit có tính chất sát
khuẩn rất mạnh đối với các loại vi khuẩn sau:
 Nhóm vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriaceae: Escherichia Coli (có nhiều
trong phân ngƣời), Klebsiella, Enterobacter…
 Các chủng vi khuẩn: Citrobacter, Eriberobacter, Citrobacter freundic…

Lớp KTMT 2012B

19 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường