Nghiên cứu cải tiến quy trình điều chế dung dịch siêu oxy hóa và ứng dụng trong khử trùng nước thải bệnh viện tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

NGUYỄN THỊ THANH HẢI

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH
SIÊU OXY HÓA VÀ ỨNG DỤNG TRONG KHỬ TRÙNG NƢỚC
THẢI BỆNH VIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 62 52 03 20

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG

Hà Nội – 2018

1


Công trình đƣợc hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Nguyễn Hoài Châu
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: PGS. TSKH. Ngô Quốc Bƣu

Phản biện 1: …
Phản biện 2: …
Phản biện 3: ….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học
viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam

2


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Hiện tượng hoạt hóa điện hóa (HHĐH) được nhóm các nhà khoa học
Nga đứng đầu là Bakhir V.M. phát hiện năm 1975, sau đó liên tục được
nghiên cứu phát triển tại Nga và nhiều nước khác, nay đã trở thành một ngành
công nghệ nổi bật trong lĩnh vực điện hóa được ứng dụng rất rộng rãi trong
các ngành sản xuất và đời sống trên thế giới.
Ở Việt Nam, các nhà khoa học của viện CNMT cũng đã tiếp cận được
với thiết bị sản xuất dung dịch HHĐH siêu oxy hóa sử dụng MB-11 từ năm
2011. Tuy nhiên, sau khi thử nghiệm vận hành trong điều kiện thực tế Việt
Nam, thiết bị này đã bộc lộ một số nhược điểm không phù hợp: nhiệt độ
buồng điện hóa tăng cao, nhanh đóng cặn buồng điện hóa,…dẫn đến thiết bị
làm việc không ổn định, gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và
tuổi thọ thiết bị.
Nhu cầu hoàn thiện công nghệ sản xuất dung dịch HHĐH dùng MB-11

trở thành cấp bách từ năm 2011 và nhóm nhà khoa học của Viện CNMT trong
đó tác giả của Luận án này đóng vai trò chính đã tìm ra hướng giải quyết là
thay đổi sơ đồ thủy lực của thiết bị được nhập từ Nga. Việc thiết kế và chế tạo
thiết bị thử nghiệm sử dụng môđun MB-11 thành công sẽ mở ra khả năng mới
giải quyết được các khó khăn trong khử trùng nước thải bệnh viện là đối
tượng nghiên cứu của Viện CNMT từ 15 năm nay.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ điều chế dung dịch siêu oxy
hóa, từ đó chế tạo thiết bị cho phù hợp với điều kiện Việt Nam và ứng dụng
dung dịch này khử trùng nước thải bệnh viện.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Hoàn thiện công nghệ điều chế dung dịch siêu oxy hóa cho phù hợp hơn
với điều kiên thực tế ở Việt Nam;
- Ứng dụng dung dịch siêu oxy hóa để khử trùng nước thải bệnh viện.
4. Những đóng góp mới của luận án
Luận án đã nghiên cứu và thiết lập thành công sơ đồ thủy lực mới của hệ
thiết bị sản xuất dung dịch siêu oxy hóa supowa công suất 500 ± 5 g chất oxy
hóa/ngày tại Việt Nam trên cơ sở áp dụng chế độ không quay vòng catolit
thông qua việc xác lập mối liên hệ giữa số vòng quay catolit và các yếu tố ảnh
hưởng đến chất lượng dung dịch và tuổi thọ thiết bị. Nhờ vậy đã giảm được
nhiệt độ của catot trong quá trình vận hành xuống dưới 39oC, góp phần làm
tăng tuổi thọ và khả năng hoạt động ổn định của thiết bị trong điều kiện khí hậu
nhiệt đới, đáp ứng được yêu cầu của các trạm xử lý nước thải bệnh viện quy
3


mô nhỏ (hoặc Trung tâm y tế) công suất 150 giường bệnh. Ngoài ra, kết quả
của luận án đã chứng minh cho khả năng có thể nội địa hóa thiết bị sản xuất
dung dịch siêu oxy hóa ngoại trừ việc nhập khẩu mô đun hoạt hóa điện hóa.
Các kết quả của luận án đã mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng

công nghệ cao để khử trùng nước ăn uống và nước thải theo hướng an toàn
cho con người, thân thiện với môi trường và giảm thiểu rõ rệt nguy cơ bị
nhiễm độc khí clo cho công nhân trực tiếp vận hành. Các nhiệm vụ cụ thể hơn
đã được đặt ra nhằm đưa dung dịch siêu oxy hóa vào ứng dụng với giá thành
hạ, mức độ tiện dụng cao, an toàn khi sử dụng, phục vụ tốt cho công tác khử
trùng nước thải bệnh viện, góp phần hạn chế sự phát tán mầm bệnh từ các cơ
sở y tế.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Dung dịch siêu oxy hóa và đặc tính của nó
1.1.1. Giới thiệu về dung dịch siêu oxy hóa
1.1.1.1. Dung dịch hoạt hóa điện hóa (HHĐH)
HHĐH là tổ hợp các tác động điện hóa lên dung dịch nước chứa các ion
và phân tử của các chất tan tại vùng không gian sát bề mặt điện cực (anốt
hoặc catốt) trong một buồng phản ứng điện hóa dòng chảy có màng ngăn,
trong điều kiện chuyển điện tích không cân bằng qua giới hạn “điện cực dung dịch” với kết quả là các thành phần của dung dịch được đưa lên trạng
thái kích thích giả bền để sau khi ngừng kích thích sẽ tắt dần về trạng thái cân
bằng nhiệt động học [19].
Dung dịch siêu oxy hóa (supowa) là dung dịch HHĐH có hoạt tính oxy
hóa cao trong khi độ khoáng hóa cực thấp [22].
Đặc trưng của dung dịch siêu oxy hóa so sánh với dung dịch HHĐH thông
thường (dung dịch oxy hóa) được thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Đặc trưng của dung dịch HHĐH thông thường (dung dịch oxy hóa)
và dung dịch siêu oxy hóa
STT
Các thông số kỹ thuật
DD HHĐH
1 Nồng độ khoáng (tổng lượng chất ~4500 ÷ 5000
tan- mg/L)
2 Nồng độ chất oxy hóa tối ưu, mg/L

~300
3 Thế oxy hóa khử (mV)
> 800
4 pH
6,5 ÷ 7,5

DD siêu oxy hóa
~ 1000 ÷ 1500
~500
> 800
6,5 ÷ 7,5

Dung dịch siêu oxy hóa nghiên cứu
trong các nội dung tiếp sau đây được
tạo ra trên cơ sở sử dụng mô đun MB11 (một mô đun cải tiến của công nghệ
4

Hình 1.4. Mô đun buồng điện hóa
MB-11


HHĐH có kết cấu và đặc tính kỹ thuật khác biệt ít nhiều so với mô đun kiểu cũ,
cụ thể là có lớp phủ anốt bền vững hơn, điện áp phân cực cao hơn ( 3V), cho
phép hoạt hóa các dung dịch với độ khoáng hóa thấp hơn nhiều).
Thành phần của supowa sẽ bao gồm hàng loạt các chất oxy hóa hoạt tính
cao như: HClO, ClO-, Cl, HO, HO2, H2O2, O3, 1O2, O, Cl2, HCl, ClO2,
O3...[21]. Tất cả những chất này đều có thể hiện diện trong môi trường bên
trong cơ thể sống của động vật bậc cao, do vậy supowa có phổ tác động rộng
đối với vi sinh vật, bao gồm vi khuẩn, virut, nấm, nhưng không làm tổn hại
đến các tế bào mô của người và các động vật bậc cao khác. Sự khác biệt đó là

do cấu trúc của các loại tế bào khác nhau [25].
Ngoài các nhà khoa học người Nga, trên thế giới đã có nhiều nhà khoa học
nghiên cứu về dung dịch siêu oxy hóa, thực chất là các dung dịch HHĐH có
các tên thương mại khác nhau như Sterilox®, Sterisol®, Medilox®,
Dermacyn®, Microcyn®, Varul®, Esterilife® và Estericide® QX,… Mỗi loại
đều có các thành phần khác nhau [30]. Đa số các ý kiến đều cho rằng nước
siêu oxy hóa có tiềm năng rất lớn trong việc khử trùng trong mọi lĩnh vực
của đời sống, tuy nhiên cần phải có các nghiên cứu chuyên sâu về các ứng
dụng trong từng lĩnh vực.
1.1.2. Một số phương pháp điều chế dung dịchHHĐH
1.1.2.1. Nguyên lý của công nghệ điều chế anolit

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của FEM3 điều chế dung dịch HHĐH anolit
ANK[Error! Reference source not
found.]

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý hoạt
động của MB-11 điều chế dung
dịch supowa theo công nghệ hấp
thụ hỗn hợp khí ướt [21].

Khi sử dụng công nghệ hấp thụ hỗn hợp các chất oxy hóa dưới dạng khí
(sau đây được gọi tắt là hỗn hợp khí ướt, hình 1.6) dùng mô-đun MB-11,
nước sạch được cấp vào ngăn catốt đồng thời với việc đưa dung dịch NaCl
vào ngăn anốt. Trong điều kiện áp suất xuyên màng PA (khoang anốt) lớn hơn
áp suất xuyên màng PC (khoang catốt) các ion Na+ cùng với một số phân tử
H2O sẽ đi từ khoang anốt sang khoang catốt để tạo catolit. Sau khi dung dịch
catolit đi qua khoang tách khí để xả khí H2 và các hydroxit kim loại nặng, nó
được dẫn ra để hấp thụ hỗn hợp khí ướt bao gồm Cl2, HOCl, HCl, ClO2, O3...
và cuốn theo cả các hạt nước trong ngăn anốt [19].

5


1.1.2.2. Một số sơ đồ công nghệ điều chế supowa đã được ứng dụng
Hình 1.8. Sơ đồ quy trình
công nghệ cải tiến cho
phép điều chế anolit ANK
có hàm lượng các chất
oxy hóa cao trên thiết bị
cải tiến STEL-30-ECO-C

NaCl
10-20 g/L

Hình 1.9. Một số sơ đồ điều chế anolit của Nga [62]
1.1.3. Tình hình nghiên cứu nước siêu oxy hóa trong nước
Tại Việt Nam, từ năm 2000, ở Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công
nghệ Quốc gia (nay là viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã
hình thành nhóm nghiên cứu chế tạo thiết bị sản xuất anolit theo sơ đồ công
nghệ của STEL-10H-120-01, trên cơ sở sử dụng mô-đun PEM-3 nhập từ Nga.
Các nhà khoa học ở viện Công nghệ môi trường (viện CNMT)đã tiến hành
các nghiên cứu và thiết kế chế tạo các thiết bị HHĐH chủ yếu nhằm mục đích
tìm ra những sự khác biệt về sơ đồ lắp đặt thiết bị, về các tính chất giả bền
của các dung dịch HHĐH cũng như các đặc trưng khử trùng của chúng trong
điều kiện cụ thể tại Việt Nam để nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ
HHĐH tại nước ta. Trên cơ sở sử dụng các môđun FEM-3 nhập khẩu từ LB
Nga,viện CNMT đã chế tạo thành công các thiết bị HHĐH kiểu STEL-ANK
“kinh điển” với tên gọi là ECAWA có công suất từ 20 ÷ 500 L/h, thế oxy hóa
khử ORP 800 ÷900 mV và nồng độ chất oxy hóa 300 ÷350 mg/L.

6


Từ năm 2002 đến nay, ECAWA đã được sử dụng ở nhiều địa phương trên
khắp đất nước để khử trùng trong y tế [23,40], xử lý ô nhiễm nước và môi
trường [23, 100], sản xuất tôm giống [101], chế biến thuỷ sản [100,102], chăn
nuôi [103] và giết mổ gia cầm [104].
Từ năm 2011, viện CNMT đã tiếp nhận cácthiết bị STEL thế hệ 2 và 3 do
phía đối tác Nga chuyển giao [23] để nghiên cứu và đánh giá. Sau một thời
gian thử nghiệm tại thực tiễn Việt Nam, các thiết bị này đã bộc lộ những
nhược điểm cần phải khắc phục: hoạt động không ổn định, thường xuyên có
hiện tượng bít tắc màng, đóng cặn trên điện cực, nhiệt độ buồng điện hóa tăng
cao,… gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và tuổi thọ thiết bị.
1.2. Nƣớc thải bệnh viện và đặc trƣng ô nhiễm
Nước thải bệnh viện ngoài các thành phần ô nhiễm thông thường còn
chứa những tác nhân gây bệnh như: vi khuẩn, vi rút, động vật nguyên sinh
gây bệnh, trứng giun…, đặc biệt là nước thải của các bệnh viện truyền nhiễm,
lao và các cơ sở lây nhiễm khác. Những loại vi khuẩn đặc thù để đánh giá
chất lượng nước thải bệnh viện là: Vibrio cholerae, coliforms, Salmonella,
Shigella..., trong đó coliforms được coi là một chỉ điểm vệ sinh. Các chủng
này thường kháng với nhiều loại kháng sinh.
1.3. Các phƣơng pháp khử trùng nƣớc thải bệnh viện
Các phương pháp khử trùng nước thải bệnh viện được sử dụng hiện nay
chủ yếu là khử trùng bằng các hợp chất chứa clo, bằng ozon và bằng tia cực
tím. Trong đó, phổ biến là sử dụng các hợp chất chứa clo. Các phương pháp
này có nhược điểm hoặc là có tính ăn mòn cao, tạo ra sản phẩm phụ độc hại,
hiệu quả khử trùng kém, hoặc là không an toàn đối với người sản xuất và
người sử dụng.
Phương pháp khử trùng nước thải bằng dung dịch hoạt hóa điện hóa, một
giải pháp nâng cao hiệu quả tác dụng của phương tiện khử trùng có chứa clo,

tuy đã có những nghiên cứu ban đầu khẳng định về hoạt lực khử trùng mạnh
mẽ và tính an toàn, thân thiện môi trường, nhưng chưa có nghiên cứu cụ thể
và toàn diện về khử trùng nước thải y tế nhằm đưa ra giải pháp hoặc quy trình
chung áp dụng cho một trạm xử lý nước thải y tế.
Tóm lại, trên cơ sở kết quả cải tiến các sơ đồ công nghệ điều chế dung
dịch siêu oxy hóa cho phù hợp hơn với điều kiện sản xuất tại Việt Nam, luận
án này đề xuất ứng dụng dung dịch siêu oxy hóa để khử trùng nước thải y tế
nhằm giải quyết các tồn tại của các phương pháp khử trùng nước thải truyền
thống và mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ cao để khử
trùng nước nói chung và nước thải nói riêng theo hướng an toàn cho con
người, thân thiện với môi trường.

7


CHƢƠNG 2. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
+ Dung dịch siêu oxy hóa có nồng độ khoáng thấp, bao gồm cải tiến
quy trình công nghệ điều chế dung dịch, chế tạo và hoàn thiện thiết bị điều
chế nước siêu oxy hóa có nồng độ khoáng thấp;
+ Nước thải bệnh viện của bệnh viện Hữu Nghị và bệnh viện Quân Y
354.
2.2. Phƣơng pháp hoàn thiện công nghệ điều chế dung dịch siêu oxy hóa
2.2.1. Phương pháp khảo sát các tính năng chủ yếu của công nghệ hấp thụ
hỗn hợp khí ướt để điều chế dung dịch siêu oxy hóa
2.2.1.1. Xây dựng sơ đồ thử nghiệm điều chế dung dịch siêu oxy hóa
2.2.1.2. Các điều kiện vận hành
2.2.1.3. Các thông số cần đạt khi vận hành
2.2.2. Nghiên cứu khả năng lưu trữ và sự hao tổn chất oxy hóa trong quá
trình lưu trữ của nước siêu oxy hóa

2.2.3. Chế tạo thiết bị sản xuất dung dịch siêu oxy hóa
2.2.3.1. Yêu cầu của thiết bị
2.2.3.2. Lựa chọn sơ đồ công nghệ của thiết bị và các chi tiết liên quan
2.2.3.3. Thiết kế, chế tạo và vận hành thử nghiệm
2.2.3.4. Hoàn thiện thiết bị, thiết lập qui trình vận hành để đạt được các
thông số cơ bản của dung dịch supowa
2.2.4. Các phương pháp xác định thông số của dung dịch siêu oxy hóa
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ứng dụng dung dịch siêu oxy hóa để khử
trùng nƣớc thải bệnh viện
2.3.1. Phương pháp đánh giá hiệu lực khử trùng của dung dịch siêu oxy hóa
2.3.2. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của giá trị pH, amoni, COD và
BOD5 trong nước thải đến hiệu lực khử trùng của dung dịch siêu oxy hóa
2.3.3. So sánh sự tạo thành THMs khi dùng supowa với các chất khử trùng
khác
2.3.4. Nghiên cứu ứng dụng nước siêu oxy hóa để khử trùng nước thải
bệnh viện
2.4. Vật liệu sử dụng
- Các chất khử trùng;
- Các chủng vi khuẩn quốc tế;
- Vật tư, hóa chất khác.
2.5. Kỹ thuật sử dụng: Tất cả các phép đo, kỹ thuật nhân giống, phương
pháp xác định các chỉ tiêu, chuẩn bị các dung dịch thí nghiệm, lấy mẫu,… đều
tuân theo các tài liệu hướng dẫn chuẩn quốc tế và TCVN hiện hành
8


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Điều chế dung dịch siêu oxy hóa
3.1.1. Điều chế dung dịch siêu oxy hóa có độ khoáng hóa thấp sử dụng
phương pháp quay vòng catolit

3.1.1.1. Thiết lập sơ đồ và quy trình điều chế
Sản phẩm nước siêu oxy hoá
supowa thu được với lưu lượng
15 L/h có nồng độ các chất oxy
hóa xấp xỉ 500 mg/L,
ORP~905mV, pH trung tính và
TDS xấp xỉ 1000 mg/L, chất
lượng tương đương với sản phẩm
thu được từ thiết bị STEL-ANKPRO-01 của công ty Delphin Hình 3.1. Sơ đồ điều chế dung dịch siêu
(Nga).
oxy hóa với dòng catolit quay vòng
3.1.1.2. Sự phụ thuộc của thông số supowa vào lưu lượng dòng catolit
Lưu lượng catolit càng lớn thì nồng độ các chất oxy hóa, tổng nồng độ
khoáng (TDS) của supowa và nhiệt độ của buồng phản ứng càng giảm.

Hình 3.2. Ảnh hưởng của lưu lượng
dòng catolit quay vòng đối với nồng
độ các chất oxy hóa và độ khoáng hóa
trong dung dịch siêu oxy hóa

Hình 3.3. Ảnh hưởng của lưu
lượng dòng catolit quay vòng đối
với nhiệt độ buồng điện hóa hoạt
hóa

Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng lưu lượng catolit sẽ làm giảm nồng độ các
chất oxy hóa của supowa xuống dưới 500 mg/L. Vì vậy, lưu lượng catolit nên
được chọn là từ 20 L/h đến 25 L/h.

9

3.1.1.3.
Sự phụ thuộc của thông số supowa vào điện thế cấp cho mô đun
điện hóa MB-11

(a)

(b)

Hình 3.4. Sự phụ thuộc của nồng độ chất oxy hóa (OXH) (a) và năng suất
sản xuất chất oxy hóa (b) vào điện thế điện phân
Việc tăng điện thế cho buồng điện hóa đã tạo thuận lợi để đạt mục tiêu
tăng hoạt chất oxy hóa và giảm nồng độ khoáng do làm tăng hệ số chuyển hóa
muối. Tuy nhiên năng suất supowa (hình 3.4b) chỉ tăng tuyến tính đến khoảng
6,6 V ÷ 6,8 V, còn sau đó mức độ tăng chậm lại do sự cạnh tranh của phản
ứng điện phân nước, làm tăng chi phí điện năng. Đồng thời điện áp tăng cũng
làm cho nhiệt độ buồng điện hóa tăng theo dẫn đến giảm tuổi thọ điện cực. Vì
vậy giá trị điện thế hợp lý được chọn nằm trong khoảng từ 6,6 đến 6,8 V. Giá
trị này nằm trong khoảng hướng dẫn của nhà sản xuất (6 ÷ 8 V) ở ngưỡng
thấp. Điều này rất có giá trị vì để đạt được các thông số sản phẩm như nhau
thì sử dụng điện áp càng thấp sẽ càng tiết kiệm được chi phí điện năng.
3.1.1.4. Sự phụ thuộc của thông số supowa vào chế độ cấp dung dịch muối
Lượng muối tiêu hao có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm. Lượng
muối tiêu hao cao cho phép tăng nồng độ chất oxy hóa, nhưng hàm lượng
TDS trong sản phẩm cũng tăng theo, dẫn đến làm suy giảm tính chất siêu oxy
hóa của dung dịch anolit. Các kết quả cho thấy liều lượng muối cấp phù hợp
nằm trong khoảng từ 18 ÷ 24 g/h.

Hình 3.5. Ảnh hưởng của chế độ cấp Hình 3.6. Ảnh hưởng của chế độ

muối lên chất lượng dung dịch siêu cấp muối lên năng suất sản xuất
oxy hóa
chất oxy hóa
10


3.1.1.5. Vận hành ở chế độ tối ưu: thể hiện trên bảng 3.1
Bảng 3. 1. Chế độ vận hành tối ưu của sơ đồ quay vòng catolit
Thông số
Hàm lượng chất oxy hóa trong sản phẩm

Đơn vị Giá trị đạt đƣợc
mg/L
 500

Năng suất chất oxy hóa
g/h
pH sản phẩm
Điện áp sử dụng UDC
V
Lưu lượng dòng catolit
L/h
Liều lượng muối cấp vào buồng điện hóa
g/h
Lượng điện năng tiêu hao để sản xuất ra 1 W.h/g
đơn vị chất oxy hóa trong sản phẩm
Lượng muối tiêu hao để sản xuất ra 1 đơn vị
g/g
chất oxy hóa trong sản phẩm
O

Nhiệt độ buồng catốt

C

≤ 7,5
6,5÷7,5
6,6÷6,8
20÷25
18÷24
7,0 ÷ 7,2
2,26 ÷ 2,91
39 - 40

Có thể thấy phương pháp điều chế dung dịch siêu oxy hóa có độ khoáng
hóa thấp bằng sơ đồ không quay vòng catolit có thể sử dụng điện áp thấp
(6,7÷6,8V) đã có thể cho ra sản phẩm có chất lượng như yêu cầu. Điều kiện
vận hành và các thông số sản phẩm đạt được tương đương với các thiết bị
cùng loại do Nga sản xuất. Tuy nhiên, nhiệt độ buồng điện hóa (đo phía ngoài
buồng) tăng nhanh lên mức cao (39o÷40oC) trong thời gian ngắn.
Trong vòng 72 giờ vận hành đã phát hiện thấy sự sụt giảm hàm lượng
chất oxy hóa trong sản phẩm do sự đóng cặn các kết tủa hydroxit kim loại làm
bít tắc màng. Thực tiễn vận hành thiết bị đã cho thấy chế độ quay vòng catolit
làm tăng nhiệt độ, pH và độ dẫn của catolit. Ba đại lượng này phụ thuộc vào
một số yếu tố có thể mô tả như sau: toC, EC, pH = f(n)
trong đó
toC – nhiệt độ buồng điện phân (trên bề mặt ca tốt);
EC – độ dẫn điện của dung dịch catolit
pH – độ pH của dung dịch catolit
n – số vòng quay catolit

Tuy nhiên, sự phụ thuộc vào số vòng quay catolit được thể hiện rõ ràng
nhất là độ dẫn điện của dung dịch catolit. Hàm liên hệ giữa độ dẫn điện của
dung dịch catolit và số chu kỳ quay vòng catolit là:
y = 0,4773x + 350,79
(3.1)
2
(với R = 0,7603).
Số vòng quay catolit càng lớn, độ dẫn điện (hay TDS) của dung dịch
catolit càng lớn, hàm lượng khoáng trong catolit càng cao, khả năng tạo cặn
bám trên điện cực và màng ngăn càng nhiều. Nói cách khác, để giảm được
những hiệu ứng tiêu cực này thì cần phải giảm tối đa số vòng quay catolit.
11


Một cải tiến quy trình điều chế đã được thực hiện, trong đó catolit
không quay vòng mà được đưa vào buồng tách khí, trích một phần đưa vào
đường ra supowa để điều chỉnh pH, phần còn lại được xả thẳng ra ngoài. Sơ
đồ này được kỳ vọng sẽ tránh được hiện tượng đóng cặn do hình thành các
cặn cacbonat và muối khó tan của các kim loại trong khoang catốt và sự tăng
nhiệt độ quá cao của buồng phản ứng điện hóa khi vận hành.
3.1.2. Điều chế dung dịch siêu oxy hóa theo phương pháp không quay vòng
catolit
3.1.2.1. Thiết lập sơ đồ và quy trình điều chế
Nước siêu oxy hoá supowa thu được
với lưu lượng 16 L/h có nồng độ các
chất oxy hóa xấp xỉ 500 mg/L,
ORP~910mV, pH trung tính và
TDS ~ 950 mg/L. Các thông số của
sản phẩm supowa được điều chế
bằng sơ đồ không quay vòng catolit

tương đương với sản phẩm supowa
được điều chế bằng sơ đồ quay
vòng catolit và cũng tương đương
với sản phẩm điều chế bằng sơ đồ Hình 3.9. Sơ đồ điều chế dung dịch
do nhà sản xuất (công ty Delphin - siêu oxy hóa với dòng catolit không
Nga) cung cấp.
quay vòng
3.1.2.2. Sự phụ thuộc của thông số supowa vào lưu lượng dòng catolit

Hình 3.11. Sự phụ thuộc của nhiệt
Hình 3.10. Sự phụ thuộc của thông số
độ buồng phản ứng vào lưu lượng
supowa vào lưu lượng dòng catolit
catolit không quay vòng
không quay vòng
Lưu lượng dòng catolit càng lớn, nồng độ các chất oxy hóa, độ khoáng
hóa của supowa và nhiệt độ của buồng phản ứng càng giảm. Lưu lượng catolit
phù hợp được chọn là khoảng 2,0 L/h, nhỏ hơn rất nhiều so với lưu lượng
catolit trong sơ đồ điều chế theo phương pháp quay vòng catolit (hình 3.1).
12


3.1.2.3. Sự phụ thuộc của thông số supowa vào điện thế điện phân
Giá trị điện thế phù hợp được chọn trong khoảng từ 7,5 đến 8 V, cao
hơn nhiều so với điện thế sử dụng trong sơ đồ điều chế quay vòng catolit. Giá
trị này nằm trong khoảng hướng dẫn của nhà sản xuất (6 ÷ 8 V), nhưng ở mức
cao. Điều này dẫn đến việc tăng chi phí điện năng khi sản xuất dung dịch
supowa so với thiết bị của Nga.

(b)

(a)

Hình 3.12. Sự phụ thuộc của thông số supowa vào điện thế điện phân
3.1.2.4.
Sự phụ thuộc của thông số supowa vào chế độ cấp dung dịch
muối NaCl

Hình 3.13. Sự phụ thuộc của thông số supowa vào liều lượng cấp NaCl
Liều lượng muối NaCl cấp được chọn trong khoảng 18 - 24 g/h, tương
đương với lượng muối NaCl cấp trong sơ đồ điều chế supowa với dòng catolit
quay vòng.
3.1.2.5. Điều chỉnh pH của supowa

13


Để thu được supowa trung tính cần
phải phối trộn hỗn hợp khí ướt với
một phần catolit có pH thường từ 10
đến 11. Tỷ lệ trộn tối ưu catolit với
hỗn hợp oxy hóa để thu được
supowa trung tính (có pH từ 6,5 đến
7,5) được chọn trong khoảng 3÷4%.

Hình 3.14. Sự thay đổi pH của
supowa theo tỷ lệ trộn hỗn hợp
oxy hóa với catolit

3.1.2.1. Vận hành hệ thống thiết bị SUPOWA ở chế độ tối ưu:

Kết quả thể hiên trên bảng 3.3 cho thấy: phương pháp này sử dụng điện
áp cao hơn phương pháp quay vòng catolit, bởi vì điện trở của catolit không
quay vòng cao hơn so với catolit quay vòng. Tuy nhiên, nhiệt độ làm việc của
buồng điện hóa lại thấp hơn, chế độ chạy ổn định hơn, tần suất phải rửa điện
cực thấp hơn do ít có hiện tượng bít tắc màng bởi các kết tủa muối cacbonat
và hydroxit kim loại. Sản phẩm supowa có các thông số kỹ thuật tương đương
với sản phầm supowa thu được từ phương pháp điều chế có quay vòng catolit,
và cũng tương đương với sản phẩm supowa được điều chế bằng phương pháp
điều chế có quay vòng catolit từ thiết bị của Nga.
Bảng 3.3. Chế độ vận hành tối ưu của sơ đồ không quay vòng catolit
Thông số
Hàm lượng chất oxy hóa trong sản phẩm
Năng suất chất oxy hóa
pH sản phẩm
Điện áp sử dụng UDC
Lưu lượng dòng catolit
Liều lượng muối cấp vào buồng điện hóa
Điện năng tiêu hao để sản xuất ra 1 g chất
oxy hóa
Lượng muối tiêu hao để sản xuất ra 1 đơn
vị chất oxy hóa trong sản phẩm
Tỷ lệ trộn catolit vào sản phẩm

Đơn vị Giá trị đạt đƣợc
mg/L
500
g/h
>7,5
6,5 ÷ 7,5
V

7,5 ÷ 8,0
L/h
2,0 ÷ 2,5
g/h
18÷24
W.h/g
9,0 ÷ 9,6
g/g

2,3 ÷ 2,91

%

3÷4

3.1.3. Nghiên cứu khả năng lưu trữ và sự thay đổi chất lượng dung dịch
siêu oxy hóa trong quá trình lưu trữ
Trong nghiên cứu này, dung dịch supowa có các thông số ban đầu là:
pH 6,59; ORP 900 mV; TDS 1100 mg/L; nồng độ chất oxy hóa 528 mg/L,
được lưu giữ trong 96 giờ (4 ngày) trong 2 vật đựng bằng nhựa B1 và B2 có
nắp đậy, ở nhiệt độ phòng 25 oC. B1 có diện tích mặt thoáng 1256 cm2, B2 có
14


diện tích mặt thoáng 50 cm2. Các thông số của dung dịch supowa thay đổi
theo thời gian và cách lưu trữ được trình bày trên bảng 3.5.
Số liệu thực nghiệm cho thấy, đối với cả hai trường hợp bảo quản dung
dịch HHĐH trong B1 cũng như trong B2 có nắp đậy, các thông số của
supowa (pH, TDS, thế oxy hóa khử, nồng độ chất oxy hóa,..) đều giảm ít
nhiều theo thời gian. Đó là do các thành phần giả bền trong dung dịch luôn tự

phát tán theo quy luật tăng entropy để trở về trạng thái cân bằng nhiệt động
học.Tuy nhiên độ suy giảm trong B2 đậy nắp có phần chậm hơn so với dung
dịch đựng trong B1 đậy nắp nhờ nắp kín đã hạn chế đáng kể chất oxy hóa bay
hơi.
Bảng 3.5. Sự thay đổi các thông số của dung dịch supowa theo thời gian và
cách lưu trữ
Cách
lưu
trữ
Bình
B1

Bình
B2

Thông số
Thời gian
(giờ)
pH
ORP(mV)
TDS(mg/L)
Chất oxy hóa
(mg/ L)
pH
ORP(mV)
TDS(mg/L)
Chất oxy hóa
(mg/ L)

TN 1

TN 2 TN 3 TN 4 TN 5

TN 6

TN 7

TN 8

0
6,59
900
1100

2
6,66
899
1100

4
8
6,55 6,69
902 898
1090 1075

24
6,58
898
1060

48
6,55
887
1047

72
6,55
884
1028

96
6,53
885
1000

528
6,59
900
1100

528
6,62
901
1100

523 496
6,64 6,58
898 898
1100 1095

493
6,51
896
1086

469
6,36
897
1080

455
6,34
893
1065

440
6,33
891
1045

528

528

520

499

486

482

469

510

Có thể thấy, để thời gian bảo quản dung dịch siêu oxy hóa được kéo dài
mà vẫn đảm bảo được hoạt tính khử trùng cao, thì cần thiết phải lưu giữ dung
dịch trong bình chứa đậy nắp kín.
3.1.4. Nhận xét chung
Có thể tổng kết và so sánh hai phương pháp điều chế dung dịch siêu
oxy hóa trên một số ưu nhược điểm nổi bật trong bảng 3.6.
Có thể thấy, mỗi phương pháp điều chế dung dịch siêu oxy hóa đều có
những ưu và nhược điểm riêng, khó có thể khẳng định được sơ đồ nào tốt hơn
sơ đồ nào. Tùy từng điều kiện vận hành và lợi ích cụ thể mà lựa chọn sơ đồ
điều chế dung dịch siêu oxy hóa cho phù hợp.

15


Bảng 3. 6. So sánh ưu nhược điểm 2 phương pháp
Phƣơng pháp điều chế dung dịch siêu Phƣơng pháp điều chế dung dịch siêu
oxy hóa theo sơ đồ quay vòng catolit
oxy hóa theo sơ đồ không quay vòng
catolit
Sử dụng điện áp thấp hơn, đồng nghĩa Sử dụng điện áp cao hơn, đồng nghĩa với
với việc tiêt kiệm điện hơn (khoảng 9 việc tiêu tốn điện hơn (khoảng 10 W/g
W/g clo)
clo)
Thường xuyên phải rửa điện cực do Thời gian phải rửa điện cực kéo dài (2

đóng cặn buồng catốt (hàng ngày, tối đa tháng rửa 1 lần, tối đa 3 tháng) do ít đóng
7 ngày), đồng nghĩa với việc mất nhiều cặn buồng catốt, đồng nghĩa với việc tiết
thời gian hơn và tiêu tốn hóa chất hơn kiệm thời gian và ít tiêu tốn hóa chất hơn
(mất ít nhất 160 phút và 8 lít hóa chất (mất khoảng 20 phút và 1 lít hóa chất rửa
rửa điện cực trong 2 tháng)
điện cực trong 2 tháng)
Chế độ vận hành sẽ kém ổn định nếu tần Chế độ vận hành ổn định hơn
suất rửa điện cực thấp
Khi chế tạo thiết bị, các chi tiết sẽ phức Tiết kiệm chi phí sản xuất thiết bị do đơn
tạp hơn, đồng nghĩa với chi phí sản xuất giản hóa các chi tiết
thiết bị cao hơn

3.2. Nghiên cứu cải tiến thiết bị điều chế dung dịch siêu oxy hóa
3.2.1. Thiết kế công nghệ
3.2.1.1. Sơ đồ điều chế: thể hiện trong hình 3.8
3.2.1.2. Công suất thiết bị:
Thiết bị được thiết kế sử dụng 04 buồng điện hóa MB-11, có công suất tính
theo lượng chất oxy hóa là 30 g/h (tương đương 60 lít dung dịch)
3.2.1.3. Sơ đồ dòng chảy của các buồng điện hóa: hình 3.19
Ra catolit
Ra anolit
siêu oxy hóa

Hình 3.19. Sơ đồ
ghép nối dòng chảy 4
buồng điện hóa

Dung dich nước và NaCl
Nước vào

3.2.1.4. Sơ đồ cấp điện cho 4 buồng điện hóa: thể hiện trên hình 3.20
Hình 3.20. Sơ đồ
cấp điện cho 4
buồng điện hóa

16


3.2.1.4. Sơ đồ công nghệ thiết bị điều chế supowa: hình 3.21
(1) Buồng điện hóa Electrolytic Cell MB- (7)Thùng chứa nước muối Salt tank
11
(2) Nguồn điện một chiều DC power
(8) Bơm nước muối Salt solution
pump
(3) Tủ điện điều khiển Control cabinet
(9) Thùng chứa nước đã làm mềm
softened water tank
(4) Bộ lọc 5 µm Filter
(10) Thùng chứa dung dịch sản phẩm
(5) Supowa tank Hệ thống rửa điện cực (11) Lưu lượng kế Flow meter
bằng axit HCl System for washing
electrode with acid HCl
(6) Cột trao đổi ion làm mềm nước Ion (12) Bơm nước mềm softened water
exchange (column soften the water)
pump

Hình 3.21. Sơ đồ công nghệ điều chế dung dịch siêu oxy hóa
dùng 4 mô đun MB-11
3.2.2. Chế tạo thiết bị

Hình 3.22. Thiết bị Supowa

Hình 3.23. Cụm buồng điện
hóa bao gồm 4 mô đun MB – 11

3.2.3. Thử nghiệm thiết bị
Số liệu thực nghiệm cho thấy thiết bị supowa chạy khá ổn định trong
suốt thời gian thử nghiệm 30 giờ liên tục. Năng suất chất oxy hóa có thể đạt
được: 0,5233 g/L × 59,1 L/h × 16 h/ngày = 494,8 g/ngày.
17


So sánh với thiết bị tương đương do Công ty Delphin (Nga) sản xuất thì
sản phẩm đầu ra của 2 thiết bị có các đặc tính tương đương nhau. Thiết bị
supowa khi vận hành tiêu tốn điện năng hơn so với thiết bị của Nga do điện
áp sử dụng cao hơn (8 V so với 6,6 V), nhưng thiết bị supowa lại vận hành ổn
định hơn do ít bị đóng cặn ở điện cực, hơn nữa nhiệt độ buồng điện hóa cũng
ổn định hơn nên chất lượng sản phẩm cũng không bị ảnh hưởng nhiều.
3.2.4. Nhận xét chung
- Đã cải tiến thành công sơ đồ thủy lực của hệ thiết bị sản xuất dung dich siêu
oxy hóa bằng cách sử dụng chế độ không quay vòng catolit thay thế chế độ
quay vòng, nhờ vậy đã giảm được nhiệt độ catốt trong quá trình vận hành và
thiết bị hoạt động ổn định hơn trong điều kiện khí hậu nhiệt đới của nước ta.
- Có thể nội địa hóa thiết bị sản xuất nước siêu oxy hóa ngoại trừ việc nhập
khẩu mô đun HHĐH.
- Thiết bị sản xuất nước siêu oxy hóa supowa đã chế tạo đạt được tất cả các
yêu cầu đặt ra: chất lượng sản phẩm nước siêu oxy hóa, độ bền thiết bị, mức
độ đơn giản và linh hoạt khi lắp đặt, sử dụng, bảo dưỡng, thay thế;
- Hệ thống thiết bị Supowa sản xuất dung dịch siêu oxy hóa hoạt động ổn
định, đáp ứng được yêu cầu vận hành liên tục của các trạm xử lý nước thải

của các bệnh viện nhỏ (hoặc Trung tâm y tế) công suất 150 giường bệnh.
3.3. Nghiên cứu ứng dụng dung dịch siêu oxy hóa khử trùng nước thải
bệnh viện
3.3.1. Hiệu lực khử trùng của dung dịch siêu oxy hóa trên một số chủng vi
sinh gây bệnh thường có trong nước thải bệnh viện
3.3.1.1.
Sự phụ thuộc của hiệu lực khử trùng của dung dịch siêu oxy hóa
vào nồng độ các chất oxy hóa và thời gian tiếp xúc

Hình 3.24. Sự phụ thuộc hiệu lực khử Hình 3.25. Sự phụ thuộc của hiệu
trùng của dung dịch supowa vào nồng lực khử trùng của dung dịch siêu
độ các chất oxy hóa
oxy hóa và natri hypochlorit có
cùng nồng độ vào thời gian tiếp xúc
18


Đối tượng vi khuẩn được khảo sát ở đây là coliform 104 CFU/ml, cho
tiếp xúc với dung dịch siêu oxy hóa ở các nồng độ 0; 0,1; 0,25; 0,5;1mg/L
trong thời gian 5 phút. Kết quả cho thấy nồng độ tối thiểu của nước siêu oxy
hóa dùng để khử trùng dung dịch có mật độ coliform 10 4 CFU/mL là 0,5
mg/L với thời gian tiếp xúc 5 phút.
Các thí nghiệm tương tự cũng được thực hiện với dung dịch natri hypochlorit
và kết quả được thể hiện trên hình 3.25. Các kết quả cho thấy nước siêu oxy
hóa có hiệu quả khử trùng cao hơn đáng kể so với natri hypochlorit. Điều này
chứng tỏ trong dung dịch siêu oxy hóa ngoài tác nhân khử trùng là ion
hypoclorơ ClO- (thành phần chính trong natri hypochlorit còn có thể có mặt
các chất oxy hóa hoạt tính cao khác như HClO, ClO-, H2O2, O3, 1O2, HO,
HO2 …[67, 70]. Đây là lý do chính tạo nên sự khác biệt về hiệu quả khử
trùng của nước siêu oxy hóa so với natri hypochlorit nói riêng và các hóa chất

khử trùng chứa clo khác nói chung.
3.3.1.2.
Sự phụ thuộc của hiệu lực khử trùng của nước siêu oxy hóa vào
pH dung dịch:
Coliform 106 CFU/100 mL cho tiếp xúc với nước siêu oxy hóa có nồng
độ chất oxy hóa 0,5 mg/L trong thời gian 30 giây. pH của hỗn hợp nghiên cứu
được điều chỉnh từ 6,0 đến 8,0.

Hình 3.26. Sự phụ thuộc của hiệu lực khử trùng của dung dịch
supowa vào pH dung dịch
Một số nghiên cứu cũng khẳng định hoạt tính kháng khuẩn của dung
dịch oxy hóa điện hóa ở pH thấp cao hơn so với khi nó ở pH cao, nhưng pH
cao sẽ giảm nguy cơ ăn mòn [83] và tăng cường sự ổn định [40], đồng thời
cung cấp khả năng diệt vi trùng thích hợp [84].

19


3.3.1.3. Sự phụ thuộc của hiệu lực khử trùng của nước siêu oxy hóa vào hàm
lượng amoni có trong hỗn hợp cần khử trùng
Đối tượng vi khuẩn được nghiên cứu ở đây là coliform 106 CFU/100
mL trong hỗn hợp chứa amoni ở nồng độ 1, 3, 10, 20, 30 mg/L; cho tiếp xúc

Hình 3.27. Sự phụ thuộc của hiệu lực
khử trùng của dung dịch siêu oxy hóa
vào nồng độ NH4+ có trong dung dịch

Nồng độ NH4+ càng cao, hiệu lực
khử trùng của supowa càng giảm.
Như vậy, sự có mặt của amoni

trong dung dịch cần khử trùng có
ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả
khử trùng của dung dịch supowa.
Nguyên nhân có thể là do các ion
amoni đã phản ứng với HOCl
trong dung dịch HHĐH để tạo ra
cloramin có hoạt tính khử trùng
kém hơn so với axit hypoclorơ.

với nước siêu oxy hóa trong thời gian 30 giây, 5 phút, 30 phút.
3.3.1.4.
Sự phụ thuộc của hiệu lực khử trùng của nước siêu oxy hóa vào
giá trị BOD5 có trong hỗn hợp cần khử trùng
Đối tượng vi khuẩn được khảo sát là coliform 106 MPN/100mL trong
các dung dịch có thành phần như sau: BOD5 = 9 mg/L, COD = 29 mg/L;
BOD5 = 28,6 mg/L, COD = 61mg/L; BOD5 = 43,2 mg/L, COD = 89 mg/L;
BOD5 = 89,6 mg/L, COD =168 mg/L;BOD5 = 173 mg/L; COD =327 mg/L;
được cho tiếp xúc với nước siêu oxy hóa và natri hypochlorit (để so sánh)
nồng độ 1 mg/L trong thời gian 5 phút, 15 phút, 30 phút.
Kết quả trên hình 3.28 cho thấy hiệu
lực khử trùng của dung dịch supowa
giảm dần theo mức độ tăng của giá
trị BOD. Đó là do các chất oxy hóa
trong dung dịch supowa khi tiếp xúc
với dung dịch chứa vi khuẩn và các
chất hữu cơ đã oxy hóa BOD tạo
thành các hợp chất không có tính
khử trùng hoặc có hoạt tính khử Hình 3.28. Sự phụ thuộc của hiệu
lực khử trùng của dung dịch supowa
trùng yếu [96].

vào hàm lượng BOD5 trong dung
dịch, so sánh với natri hypochlorite

20


Ngoài ra, các thành phần giả bền trong dung dịch siêu oxy hóa như O 3, O,
1
O2, H2O2, HO2, HO,.... cũng có thể dễ dàng bị khử về trạng thái bền hoặc
với khả năng oxy hóa thấp hơn bởi các thành phần hữu cơ có mặt, vì vậy hoạt
lực khử trùng của dung dịch cũng yếu đi. So sánh với natri hypochlorite, có
thể thấy cả trong trường hợp hàm lượng chất hữu cơ trong dung dịch cần khử
trùng tương đối cao thì supowa vẫn thể hiện hiệu lực khử trùng cao hơn hẳn
so với natri hypochlorite. Tuy nhiên, ở thời gian tiếp xúc lớn, khoảng cách về
hiệu lực khử trùng đã bị thu hẹp.
Như vậy, với giá trị BOD5 trong nước thải khoảng 50 mg/L, hiệu suất
khử trùng của dung dịch siêu oxy hóa có thể đạt 100% khi nồng độ chất khử
trùng là 1 mg/L và thời gian khử trùng 15 phút. Trong trường hợp nồng độ
BOD5 trong nước thải tăng cao, cần tăng nồng độ chất khử trùng hoặc tăng
thời gian tiếp xúc. Kết quả dẫn ra ở trên dẫn đến suy nghĩ rằng có thể sử dụng
dung dịch HHĐH siêu oxy hóa đồng thời cho hai mục đích là giảm thiểu hàm
lượng BOD5 trong nước thải và khử trùng nước thải, tuy nhiên đòi hỏi phải sử
dụng đến những liều lượng các chất oxy hóa lớn hơn.
3.3.1.5. Thử nghiệm trên mẫu hỗn hợp
Hỗn dịch cần nghiên cứu là nước thải y tế giả định chứa: coliform 106
MPN/100ml, NH4+ = 10,6 mg/L, BOD5= 52,3 mg/L, COD = 101,4 mg/L; pH
=7,1. Cho hỗn dịch tiếp xúc với supowa nồng độ 1; 1,5; 2; 2,5; 3 mg/L ở thời
gian 15 phút. Kết quả cho thấy: với thời gian tiếp xúc 15 phút, trong môi
trường có mặt chất hữu cơ, toàn bộ vi khuẩn coliform đã bị tiêu diệt chỉ với
supowa có nồng độ chất oxy hóa 1mg/L (Bảng 3.9).

Làm thí nghiệm tương tự với hỗn hợp 4 loại vi khuẩn đặc trưng trong nước
thải y tế. Lần này hỗn dịch cần nghiên cứu là nước thải y tế giả định chứa: coliform
106 MPN/100mL, Salmonella 106 vi khuẩn/100mL, Shigella 106 vi khuẩn/100mL
và Vibrio cholera 106 vi khuẩn/100mL; NH4+ = 10,6 mg/L, BOD5/COD =
52,3/101,4 mg/L; có pH =7,05. Nồng độ supowa cho tiếp xúc là 1 và 1,5 mg/L;
thời gian tiếp xúc: 15 phút. Kết quả thể hiện trên bảng 3.10.
Bảng 3.10. Kết quả xác định lượng vi khuẩn còn sống sau khử trùng nước
thải bằng supowa ở các nồng độ khác nhau
STT

Nồng độ
supowa
(mg/L)

Lượng
Coliform
sống sót

Lượng
Salmonella
sống sót

Lượng
Shigella
sống sót
2.5 x 106

Lượng
Vibrio
cholera

sống sót
KPH

Lượng
Vibrioparahaem
olity-cus sống
sót
2.8 x 106

01

2.4 x 107

7.0 x 106

02

0 (Đối
chứng)
1,0

9,3 x 101

1,2 x 101

8

KPH

1,4 x 101

03

1,5

KPH

KPH

KPH

KPH

KPH

21


Kết quả cho thấy: supowa có nồng độ chất oxy hóa 1,0 mg/L với thời
gian tiếp xúc 15 phút là không đủ để tiêu diệt hoàn toàn cùng lúc 4 loại vi
khuẩn Coliform, Salmonella, Shigella và Vibrio cholera mật độ 106 MPN (vi
khuẩn)/100mL, nhưng đã giảm được hơn 5log10 cả 4 loại, hiệu quả khử
trùng đạt tới 99,99%, vẫn chứng tỏ được hoạt lực khử trùng mạnh mẽ của
dung dịch supowa.
Điều đó được chứng minh rõ ràng hơn với supowa có hàm lượng chất
oxy hóa ở nồng độ thí nghiệm 1,5 mg/L: cả bốn loại vi khuẩn tồn tại trong
nước thải bệnh viện với mật độ 106 vi khuẩn/100mL đã bị tiêu diệt hoàn toàn.
Mật độ vi khuẩn giảm >6 log10 sau khử trùng. Như vậy, nồng độ này thích
hợp cho khử trùng nước thải bệnh viện với sự có mặt đồng thời 4 loại vi
khuẩn đặc trưng của bệnh viện ở mật độ 106 vi khuẩn/100mL, trong môi

trường nước thải có mặt NH4+ nồng độ khoảng 10mg/L và BOD5 nồng độ
khoảng 50mg/L (đây là giới hạn tiêu chuẩn của nước thải bệnh viện sau xử lý
phải đạt được về mặt lý hóa, trước khi khử trùng).
So sánh với quy định về liều lượng clo hoạt tính để khử trùng nước thải
sau khi xử lý sinh học hoàn toàn là 3g/m3 trong thời gian tiếp xúc tối thiểu là
30 phút [10] thì supowa đã tiết kiệm được 50% cả về chi phí chất khử trùng
lẫn thời gian tiếp xúc.
3.3.2. Ứng dụng supowa để khử trùng nước thải bệnh viện
3.3.2.1. Nghiên cứu khả năng tạo thành trihalomethane của dung dịch
supowa trong quá trình khử trùng nước
Các mẫu nước thí nghiệm được khử trùng bằng các chất khác nhau: clo khí,
NaOCl và supowa với liều lượng là 5 mg/L còn ozone là nồng độ 1 mg/L.
Kết quả phân tích THMs các mẫu nước được nêu trên hình 3.30.

Hình 3.30. Khả năng tạo THMs của Hình 3.31. Nồng độ tổng THMs
tăng theo liều lượng chất khử trùng
các chất khử trùng khác nhau
22


Các kết quả thu được cho thấy có sự tăng hàm lượng tổng THMs gần
như tỷ lệ thuận với liều lượng các chất khử trùng được đưa vào môi trường
nước (Hình 3.31). Trong 4 loại chất khử trùng sử dụng, supowa là chất khử
trùng chứa clo tạo ra sản phẩm phụ thấp nhất (chỉ sau ozon). Các kết quả quả
này tương tự như kết quả của Fenner và Reynolds [11] của Trường đại học
West of England khi nghiên cứu sự hình thành THMs trong nước chứa các
chất hữu cơ tự nhiên và đã tìm ra rằng nồng độ chloroform tạo thành giảm
tới 50% khi sử dụng nước hoạt hóa điện hóa (ECAW) làm chất khử trùng
thay cho sử dụng hypochlorite đối với nước chứa tảo và hợp chất humic.
Điều này có thể được lý giải là do ClO - là tác nhân rất hoạt động để hình

thành THMs [12].
Ngoài ra, khi nghiên cứu ảnh hưởng của pH và nhiệt độ nước cần khử
trùng tới sự hình thành THMs khi khử trùng bằng supowa, các số liệu thu
được cho thấy sự phụ thuộc của nồng độ THMs vào pH không tuân theo tỷ lệ
tuyến tính mà có xu hướng tăng chậm dần ở pH cao. Khi tăng pH từ 5,3 đến
9,2 , nồng độ tổng THMs đã tăng lên tới gần 60%. Một số nghiên cứu đã cho
thấy có hiện tượng tương tự khi sử dụng clo khí làm chất khử trùng [12,132].
Các tác giả cho rằng trong môi trường pH cao, clo hoạt tính chuyển hết sang
dạng ClO- rất dễ tương tác với các chất hữu cơ ở dạng axit (như axit Humic)
để tạo thành THMs. Hàm lượng tổng THMs hình thành khi khử trùng ở 38 oC
cao hơn trên hai lần khi thực hiện khử trùng ở 15oC. Điều này đã được phát
hiện trong một số công trình khảo sát nồng độ THM ở các nhà máy xử lý
nước khi thu mẫu vào mùa đông và mùa hè. Điều này có thể giải thích do các
phản ứng hình thành THMs là các phản ứng thu nhiệt nên sẽ thuận lợi hơn ở
điều kiện nhiệt độ cao.
Vì vậy, trong các trường hợp có quy định ngặt nghèo về hàm lượng THMs
trong nước sau xử lý, qui trình khử trùng vẫn phải quan tâm đến các yếu tố ảnh
hưởng đến sự tạo thành THMs như liều lượng hoạt chất, nhiệt độ, pH…Trong
trường hợp bình thường, việc sử dụng supowa có thể giảm thiểu sự tạo thành
THMs từ 40% đến 50% so với trường hợp clo khí hoặc NaOCl.
3.3.2.2. Thử nghiệm trực tiếp trên mẫu nước thải của Bệnh viện
Đối tượng thử nghiệm: nước thải của bệnh viện Hữu nghị.
Kết quả phân tích nước thải trước và sau khử trùng bằng dung dịch
supowa nồng độ 1,5 mg/L trong 15 phút (chỉ tiêu phân tích theo QCVN
28:2010/BTNMT) chỉ ra rằng: thực tế nước thải sau xử lý hóa lý của bệnh
viện Hữu nghị là không đạt chuẩn (hàm lượng amoni cao gấp hơn 4 lần so với
23


quy định). Tuy nhiên, về mặt vi sinh thì chỉ thấy xuất hiện coliform, còn 3

loại còn lại không phát hiện thấy. Với trường hợp này, nồng độ 1,5mg/L chất
khử trùng supowa vẫn đảm bảo diệt khuẩn hoàn toàn, ngoài ra còn giúp làm
giảm đáng kể hàm lượng amoni và BOD5 thông qua việc hỗ trợ quá trình oxy
hóa các thành phần ô nhiễm này.
Một thí nghiệm khác cũng được tiến hành trên đối tượng nước thải của
bệnh viện Hữu Nghị, nhưng có bổ sung thêm Coliform 106 MPN/100mL,
Salmonella 106 vi khuẩn/100mL, Shigella 106 vi khuẩn/100mL và Vibrio
cholera 106 vi khuẩn/100mL. Hỗn hợp này được khử trùng bằng supowa nồng
độ 1,5 mg/L và 2 mg/L trong 15 phút và được đem đi xác định lại lượng vi
khuẩn sống sót sau khử trùng. Kết quả cho thấy, supowa nồng độ 1,5 mg/L có
thể làm giảm 4÷5log10 mật độ vi khuẩn trong nước thải, với nồng độ 2 mg/L
(2 g/m3) là có thể khử trùng hoàn toàn được nước thải y tế với mật độ vi
khuẩn khoảng 106 MPN(vi khuẩn)/100mL trong điều kiện các chỉ tiêu hóa lý
khác có giá trị đạt tiêu chuẩn theo QCVN 28:2010/BTNMT.
3.3.2.3. Thử nghiệm trực tiếp tại trạm xử lý nước thải của Bệnh viện
Đối tượng được nghiên cứu ở đây là hệ thống xử lý nước thải của bệnh
viện Hữu nghị và bệnh viện Quân y 354. Chất khử trùng hiện đang dùng là
cloramine B nồng độ 2g/m3. Chất khử trùng thay thế là supowa nồng độ
2g/m3. Mẫu nước kiểm tra được lấy tại vòi thăm sau xử lý của hệ thống. Các
thí nghiệm này được tiến hành đồng thời bởi viện Công nghệ môi trường và
phòng Hóa sinh của cả hai bệnh viện.
Kết quả cho thấy rõ hoạt lực khử trùng vượt trội của supowa, đặc biệt
so sánh với cloramine B. Với cùng nồng độ chất khử trùng, supowa tiêu diệt
hoàn toàn coliform mật độ 106 - 108 MPN/10mL, trong khi cloramine B chỉ
giảm được 3÷4 bậc.
3.3.2.4.
Xây dựng quy trình công nghệ khử trùng nước thải bệnh viện sử
dụng nước siêu oxy hóa
Phương pháp sử dụng chất khử trùng mới sẽ được xây dựng dựa trên qui
trình xử lý hiện có và chỉ thay đổi phương thức khử trùng (nồng độ chất khử

trùng, thời gian khử trùng, phương pháp trộn chất khử trùng ...) cho phù hợp.
Nước siêu oxy hóa sản xuất ra được chứa vào thùng chứa và được cấp vào
hệ thống xử lý qua bơm định lượng. Bơm này được đấu nối điện và đặt chế độ
hoạt động đồng thời với bơm cấp nước thải chưa xử lý (hình 3.35).

24


Bơm cấp nước
thải chưa xử lý

Cụm xử lý nước thải tiêu
chuẩn trước khử trùng (tùy
theo từng đối tượng cụ thể)

Bơm định
lượng hóa chất

Nước thải sau xử lý

Dung dịch siêu
oxy hóa supowa
(anolit)

Hình 3.35. Vị trí cấp dung dịch khử trùng

KẾT LUẬN CHUNG
1. Luận án đã nghiên cứu, xác lập được cơ sở khoa học của việc áp
dụng chế độ không quay vòng catolit để chế tạo thiết bị sản xuất dung dịch
siêu oxy hóa supowa tại Việt Nam, nhờ vậy đã giảm được nhiệt độ hoạt động

của mô đun xuống dưới 39oC, góp phần làm tăng tuổi thọ và khả năng hoạt
động ổn định của thiết bị, đáp ứng được yêu cầu của các trạm xử lý nước thải
bệnh viện quy mô nhỏ (hoặc Trung tâm y tế) công suất 150 giường bệnh.
2. Dung dịch HHĐH siêu oxy hóa thu được trên thiết bị supowa có các
đặc trưng sau: ORP trong khoảng 900 mV, pH trung tính, TDS ~ 950 mg/L,
nồng độ chất oxy hóa xấp xỉ 510 mg/L. Dung dịch có thể được sử dụng để
khử trùng nước thải bệnh viện đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường theo QCVN
28:2010/BTNMT (cột A) đối với các chỉ tiêu vi sinh. Hoạt lực khử trùng của
dung dịch supowa mạnh hơn so với các hóa chất khử trùng có chứa clo khác
(như natri hypoclorit, cloramine B,…).
3. Việc sử dụng dung dịch supowa để khử trùng các nguồn nước có thể
giảm thiểu sự tạo thành THMs từ 40% đến 50% so với trường hợp sử dụng
clo khí hoặc NaOCl.
4. Lượng dùng của dung dịch siêu oxy hóa supowa đối với nước thải
bệnh viện sau xử lý (có hàm lượng NH4+ ~ 10 mg/L, chỉ số BOD ~ 50 mg/L,
COD ~ 100 mg/L, mật độ vi khuẩn coliform 106 MPN/100mL, Salmonella
106 vi khuẩn/100mL, Shigella 106 vi khuẩn/100mL và Vibrio cholera 106 vi
khuẩn/100mL), thời gian tiếp xúc 15 phút, nằm trong khoảng từ 1,5 ÷2 g/m3
(3 ÷4 L/m3).
25