Đề tài nghiên cứu thiết kế máy khử trùng bằng khí ozone

i

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế và dịch vụ, với mục tiêu
phát triển nền công nghiệp hiện đại dẫn đến nhu cầu ứng dụng các loại máy móc
trong sản xuất nhằm nâng cao năng suất lao động cũng như cung cấp những sản
phẩm chất lượng cao đến tay người tiêu dùng ngày càng lớn. Trong đó có xử lý tiệt
trùng với các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như xử lý thực phẩm xử
lý nước.... ngoài ra còn có xử lý bùn phục vụ cho nhu cầu tắm bùn của du khách
trong các khu nghỉ dưỡng và spa. Phát triển công nghệ tiệt trùng bằng ozone có trị
thiết thực và ngày càng phổ biến trong công nghiệp xử lý nước ở nhiều nơi trên thế
giới, khả năng diệt khuẩn của ozone là rất cao phạm vi ứng dụng rộng vì vậy việc
phát triển nghiên cứu chế tạo máy ozone là cần thiết và và có tính ứng dụng cao cho
cuộc sống con người. Nội dung đề tài được trình bày sau đây cũng là nghiên cứu
thiết kế máy ozone năng suất 100g/h phục vụ tiệt trùng bùn khoáng.
Nghiên cứu về việc sản xuất ozone đã được thực hiện từ khá sớm ở các nước
công nghiệp phát triển, nhưng nhìn chung đây là lĩnh vực khá mới mẻ ở Việt Nam
vì vậy tài liệu về công nghệ ozone còn hạn chế. Trong thời gian thực hiện đề tài
thiết kế máy vượt qua nhiều khó khăn tôi xin chân thành cám ơm sự hướng dẫn của
thầy Trần An Xuân đã nhiệt tình hướng dẫn cũng như cho tôi được khảo sát thực tế
về máy giúp đỡ tôi tháo gỡ không ít khó khăn. Đồng thời không thể không nhắc tới
sự giúp đỡ vô cùng chu đáo, nhiệt tình của bác Nguyễn Chất đã hướng dẫn tỉ mỹ về
cấu tạo hoạt động và thông số quan trọng của máy ozone thưc tế giúp tôi hoàn thành
đồ án tốt đẹp. Trong quá trình thiết kế đồ án không tránh khỏi những sai sót tôi xin
gi nhận và tiếp thu mọi ý kiến đóng góp xây dựng để đề tài được tốt hơn thiết thực
hơn có thể phục vụ hiệu quả cho sản xuất và đời sống. Xin chân thành cảm ơn.


ii

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1..........................................................................................................
TỔNG QUAN VỀ BÙN KHOÁNG VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ BÙN KHOÁNG.....
1.1. Bùn khoáng.................................................................................................................................... 1
1.1.1. Khái niệm.......................................................................................................................... 1
1.1.2. Thành phần hóa học........................................................................................................... 1
1.1.3. Công dụng......................................................................................................................... 2
1.2. Tổng quan về thiết bị xử lý bùn khoáng.......................................................................................... 3
1.2.2.Thiết bị sàng bùn................................................................................................................ 7
1.2.3.Thiết bị lọc bùn khoáng...................................................................................................... 8
1.2.4. Xử lý nhiệt bùn khoáng...................................................................................................... 9
1.2. 5.Tiệt trùng........................................................................................................................... 9
1.3. Tổng quan về công nghệ sản xuất ozone....................................................................................... 12
1.3.1. Phương pháp phóng tia lửa điện....................................................................................... 13
1.3.2. Bức xạ cực tím................................................................................................................. 14
1.3.3. Điện phân........................................................................................................................ 16
1.3.4. Chiếu tia phóng xạ........................................................................................................... 17
1.3.6. Hòa trộn khí ozone........................................................................................................... 18
1.3.7. Một số máy sản xuất ozone trên thị trường hiện nay.........................................................23

CHƯƠNG 2........................................................................................................
THIẾT KẾ MÁY TIỆT TRÙNG BÙN KHOÁNG BẰNG OZONE CÔNG
SUẤT 100 g/h.....................................................................................................
2.1. Mục tiêu phẩm chất ozone đầu ra của máy.................................................................................... 25
2.2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.......................................................................................... 27

2.3. Ống ozone....................................................................................................
2.4. Hệ thống cấp khí.......................................................................................................................... 38
2.4.1. Tính lưu lượng không khí................................................................................................. 38

iii

2.4.2. Sơ đồ đường ống.............................................................................................................. 40
2.4.3. Lựa chọn tốc độ không khí đi trong ống...........................................................................40
2.4.5. Xác định tiết diện ống nhánh............................................................................................ 42
2.5. Tính chọn bơm............................................................................................................................. 43
2.5.1.Tổn thất ma sát dường ống................................................................................................ 43
2.5.2.Tổn thất áp suất cục bộ..................................................................................................... 44
2.5.3. Cột áp của bơm................................................................................................................ 45
2.6. Tính toán hệ thống thông gió làm mát.......................................................................................... 48
2.6.1. Xác định lưu lượng thông gió........................................................................................... 48
2.6.2. Xác định nhiệt lượng thừa QT.......................................................................................... 48
2.6.3. Chọn quạt thông gió......................................................................................................... 53
2.7. Tính chọn bánh xe chân đế:.......................................................................................................... 53

CHƯƠNG 3........................................................................................................
CHẾ TẠO THIẾT BỊ..........................................................................................
3.1. Chế tạo thiết bị............................................................................................................................. 59
3.2. Quy trình lắp ráp.......................................................................................................................... 64

CHƯƠNG 4........................................................................................................
HẠCH TOÁN GIÁ THÀNH SẢN PHẨM..........................................................
4.2. Bảng hạch toán sơ bộ giá thành.................................................................................................... 66

CHƯƠNG 5........................................................................................................
KHẢO NGHIỆM VÀ HOÀN CHỈNH................................................................
5.1. Chuẩn bị....................................................................................................................................... 68
Địa điểm tiến hành khảo nghiệm: xưởng cơ khí Tấn Phát, Hòn Rớ, Nha Trang....................................68
5.2. Các bước tiến hành:...................................................................................................................... 68
5.3. Đánh giá chất lượng máy.............................................................................................................. 68

5.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm...................................................................................................... 68

CHƯƠNG 6........................................................................................................
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN..................................................................
6.1. Kết luận........................................................................................................................................ 69


iv

6.2. Đề xuất......................................................................................................................................... 69


1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÙN KHOÁNG VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ
BÙN KHOÁNG
Ngay từ thời Hy Lạp cổ đại, con người đã biết sử dụng bùn khoáng, nước
khoáng để ngâm tắm nhằm thư giãn, phục hồi sức khỏe. Sang đến thế kỷ XIX,
phương pháp này được sử dụng rộng rãi sang các nước Châu Âu. Và hiện nay bùn
khoáng chữa bệnh phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Vậy bùn
khoáng là gì?
1.1. Bùn khoáng
1.1.1. Khái niệm
Bùn khoáng là loại bùn thiên nhiên được hình thành do những biến đổi địa
chất, là sản phẩm tự nhiên của môi trường trái đất do sự thoái hóa sinh học của các
chất hữu cơ (thảo mộc, cây cỏ, hoa, đất) thông qua quá trình hóa sinh với gần
40.000 năm tuổi. Bùn khoáng màu đen huyền, đa số có mùi thơm, có tính acid, có
thể hút nước.Bùn được phân bố ở khắp mọi nơi trên trái đất, tác dụng chữa bệnh của
bùn có được nhờ tính chất lý học, hóa học của bùn. Trong đó có tính giữ nhiệt, giữ

nước, độ dẻo, quánh, phân tán…
1.1.2. Thành phần hóa học
Về đặc tính hóa học và vi lượng, do bùn có nguồn gốc vô cơ, thành phần chủ
yếu là si-lic (silic) có thể kết tủa từ nước khoáng (SiO2 = 76,85%) có hòa tan thành
phần của đá trầm tích giàu A-lu-mô-si-li-cát (Alumosilicat); thành phần hữu cơ ít
(1,75%). Ðộ pH trong bùn thuộc loại trung tính (từ 6,9 - 7,0 độ pH), không chứa các
yếu tố độc hại và vi khuẩn gây bệnh. Ngược lại, bùn khoáng có chứa một số nguyên
tố vi lượng quan trọng nằm dưới giới hạn tối đa cho phép như: Zn, Cu, Co, Mo, Ni,
V, F, Se, rất cần thiết cho con người.


2

1.1.3. Công dụng
Tác dụng của bùn khoáng là tạo nên kích thích tận cùng thần kinh ở da rồi
thông qua các trung khu dưới não và vỏ não tạo nên sự thay đổi phản ứng có tính
chất toàn thân. Do có tính chất hấp thu, độ bám dính cao cùng tác dụng của các loại
khoáng chất trong bùn, nên sau khi đắp bùn các nguyên tố vi lượng được hấp thụ
vào bên trong cơ thể.
+ Vì có những nguyên tố hóa học như trên nó sẽ bổ sung, giúp cho cơ thể
tăng khả năng sinh học để chống lại những hệ quả xấu do thiếu chúng gây ra như:
thiếu máu, tăng trưởng chậm, sâu răng, xốp xương... thông qua liệu pháp tắm bùn.
+ Chữa về các bệnh cơ xương khớp, thấp khớp dạng thấp...
Ngoài ra còn có những công dụng về chăm sóc sắc đẹp như:
+ Loại bỏ những tế bào chết, nhằm cải thiện độ tươi sáng và tinh khiết trên
làn da, tăng khả năng giữ ẩm, cải tạo màu da từ màu tối sang màu sáng hồng tự
nhiên, da khỏe, mịn hơn..
+ Làm sạch tế bào chết, se khít lỗ chân lông, hạn chế việc bắt bụi gây mụn.
+ Chống lão hóa da, săn chắc da từ bên trong, làm da hồng hào, giảm các nếp
nhăn, nuôi dưỡng da rất hiệu quả.

+ Do chứa các vi tố lượng khoáng chất nên có tác dụng làm mềm mượt mái
tóc, săn chắc chân tóc, do chứa nhiều silicon nên giữ độ ẩm cho tóc, tăng độ bóng
sáng, bảo vệ tóc dưới ánh sáng mặt trời.
+ Khoa học đã nghiên cứu và chứng minh tắm bùn khoáng, sữa bùn khoáng,
sữa tắm bùn, đắp bùn khoáng có công dụng nâng cao sức khỏe, hỗ trợ điều trị một
số bệnh mãn tính, các bệnh về da, giảm mệt mỏi, căng thẳng, thư giãn hiệu quả, hỗ
trợ một số bệnh như thống phong, khớp mãn tính ...
+ Bùn thiên nhiên kết hợpvới thảo dược chiết xuất từ thiên nhên, cùng với
Alovera Extra ( Nha đam ), Vitamin E, Vitamin C, Tinh dầu nước hoa... công dụng
làm đẹp sẽ nâng cao.


3

1.1.4.Tình hình sử dụng bùn khoáng trong nước và thế giới
• Thế giới:
Như ta đã biết từ thời cổ Hy Lạp con người đã biết sử dụng bùn khoáng,
nước khoáng để ngâm tắm nhằm thư giãn, phục hồi sức khỏe. Sang đến thế kỷ XIX,
phương pháp này được sử dụng rộng rãi sang các nước Châu Âu. Và hiện nay bùn
khoáng chữa bệnh phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới. Trên thế giới bùn khoáng
được ứng dụng rất nhiều ngành như: Mỹ phẩm, y tế… Bùn được dùng dưới nhiều
hình thức khác nhau như: ngâm tắm, ủ tóc, làm mỹ phẩm… tấc cả các sản phẩm
nhằm mục đích phục vụ trong chữa bệnh, làm đẹp.
• Trong nước.
Ở nước ta, những khu vực có địa chất thuận lợi cho việc khai thác và sử
dụng bùn khoáng, nước khoáng để chữa bệnh như: Tuyên Quang, Nha Trang –
Khánh Hòa, Bình Châu – Vũng Tàu, Mũi Né – Bình Thuận… Gần đây nhất phát
hiện 5 ổ bùn đột nhiên trào trên đất ruộng ở thôn Suối Đá, xã Lợi Hải, huyện Thuận
Bắc (Ninh Thuận), Trưởng phòng Quản lý công nghệ chuyên ngành Sở Khoa học và
Công nghệ tỉnh Ninh Thuận Phạm Châu Hoành cho biết: 'Ước tính, trữ lượng tài

nguyên bùn khoáng tại đây khoảng 30 nghìn đến 409 tấn, đủ điều kiện cho tỉnh
thành lập một trung tâm du lịch điều dưỡng có sử dụng dịch vụ tắm, ngâm bằng
nước khoáng, bùn khoáng trong thời gian 13 năm với công suất khai thác khoảng
600 tấn bùn tinh lọc mỗi năm.
Việc khai thác chế biến bùn khoáng cũng tập trung chủ yếu tại các địa điểm
trên. Tuy nhiên bùn khoáng được ví như “ thần dược chăm sóc sắc đẹp” lại có tác
dụng chữa bệnh nên việc sử dụng bùn khoáng hầu như tại tấc cả các Spa, Resort,
các trung tâm nguyên cứu cũng như một số bệnh viện ở Việt Nam.
1.2. Tổng quan về thiết bị xử lý bùn khoáng
Công Nghệ Xử lý Bùn Khoáng.


4

Như ta đã biết bùn khoáng khai thác trực tiếp từ thiên nhiên không chỉ chứa
các nguyên tố có lợi cho cơ thể mà trong đó có thể chứa nhiều tạp chất khác, mặt
khác bùn khoáng chưa qua xử lý còn chứa vi khuẩn, rác thải, chất rắn… Chính vì
thế ta không thể mang sử dụng ngay mà phải xử lý chúng trước khi mang ra sử
dụng.
Quy trình công nghệ xử lý chung:

Bùn khoáng (chưa xử lý)

Sử dụng (tắm bùn
hoặc chế biến các
sản phẩm…)

Khuấy, trộn

Tiệt trùng

Sàng

ổn định
nhiệt

Lọc

Xử lý
nhiệt

Sơ đồ1.1: Quy trình xử lý bùn khoáng
Việc xử lý bùn khoáng theo sơ đồ trên nói lên rằng, đầu tiên bùn khoáng lấy
trực tiếp từ thiên nhiên có chứa các tạp chất, vi khuẩn… ta đem khuấy trộn để đánh
tan các cục bùn rắn, tách rác thải, chất rắn ra khỏi bùn. Sau đó bùn được chuyển
sang hệ thống sàng để sàng tách các chất rắn, cục bùn to để bùn mịn hơn ( đây là
giai đoạn sàng thô) và cuối cùng để tạo bùn mịn gần như thể lỏng ta chuyển sang
lọc (hay là sàng tinh). Sau đó bùn được đưa qua hệ thống ổn định nhiệt để tạo nhiệt
độ cần thiết cũng như là diệt khuẩn một phần, và cuối cùng ta chuyển qua hệ thống
tiệt trùng loại bỏ vi khuẩn gần như hoàn toàn để mang ra sử dụng.
Tổng Quan Về Thiết Bị Xử Lý Bùn Khoáng.
1.2.1.Thiết bị khuấy trộn
Khuấy trộn là một công đoạn đầu tiên trong công nghệ xử lý bùn khoáng. Nó
có tác dụng khuấy đều, đánh nhỏ, tách các rác thải cũng như các thành phần như
đá, kim loại…có trong bùn khoáng. Các thiết bị khuấy trộn công nghiệp nói chung


5

cũng hiện nay khá phát triển do kinh tế đang phát triển mạnh. Tuy nhiên máy khuấy

trộn bùn khoáng nói riêng chưa được sản xuất phổ biến vì công nghệ bùn hiện nay
chỉ phát triển một số địa điểm như spa Spa, Resort, các trung tâm nguyên cứu...
Các hãng sản xuất máy khuấy trộn lớn hiện nay như: Hanwa (trung quốc),
Ekato (Đức), TONSON (Taiwan), Rubi (Spain)…. Các máy của các hãng trên sử
dụng công nghiệp, có thể khuấy trộn nhiều loại nguyên liệu khác nhau từ hóa chất,
nước, thực phẩm, bùn… với nhiều mẫu mã, kích cỡ.


Máy khuấy trộn được phân thành các loại chính sau:
+ Máy khuấy từ
+ Loại sử dụng truyền động bằng khí nén.
+ Loại sử dụng truyền động bằng động cơ.
- Máy khuấy từ: Dựa theo nguyên lý hoạt động của từ trường. Máy sẽ tạo ra

lực từ xoay tròn, nhờ đó khi cho một thanh nam châm vào trong dung dịch, dung
dịch sẽ được trộn đều. Cách tạo từ trường quay: Có thể áp dụng các cách của động
cơ 1 pha, 3 pha không đồng bộ, có thể dùng nguyên lý động cơ bước. Một số máy
khuấy từ còn được trang bị hệ thống gia nhiệt nhờ đó quá trình hòa tan các chất sẽ
nhanh hơn. Có điều khiển của chương trình số để kiểm soát tốc độ từ trường cũng
như nhiệt độ.
Sử dụng trong các nghành công nghiệp hóa chất, thực phẩm…
+ Ưu: Hiện đại, có thể kiểm soát bắng máy tính. Dùng cho môi trường độc
hại thay thế con người.
+ Nhược: Đắt tiền, đặc biệt khi chế tạo máy với công suất lớn.


6

Hình 1.1: Máy khuấy từ
- Máy khuấy sử dụng truyền động bằng khí nén: Nguyên lý hoạt động chính

là sử dụng bộ truyền động khí tryuền động có trục cánh khuấy hoặc cánh khuấy làm
cánh khuấy quay.
+ Ưu: Kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, rẻ tiền.
+ Nhược: Công suất nhỏ, không phù hợp với tải lớn, khó điều chỉnh tốc độ…

Hình 1.2: Một số hình ảnh về máy khuấy khí nén của TONSON
- Loại sử dụng truyền động bằng động cơ: Dùng động cơ để truyền động
quay cho trục khuấy qua dẫn động bằng đai, buly…


7

+ Ưu: Đơn giản, dễ chế tao, có thể chịu được tải rất lớn với những động cơ
với công suất rất lớn. Điều chỉnh được tốc độ bằng cách thiết kế hộp số cho thiết bị.
+ Nhược: kết cấu công kềnh hơn so với máy sử dụng khí, điều chỉnh sai số
lớn hơn so với máy khuấy từ…

Hình1.3: Máy khuấy công nghiệp của hãng EKATO
Bùn khoáng có đặc tính đặc, sánh nên để có thể khuấy được đòi hỏi cần phải
có công suất đủ lớn. Chính vì thế để chế tạo dễ dàng, giá thành rẽ đa số các máy
khuấy bùn chủ yếu dùng loại truyền động bằng động cơ.
Ở nước ta đa số các nhà máy cơ khí không sản xuất hàng loạt máy khuấy bùn
khoáng mà sản xuất khi có đơn đặt hàng. Vì việt sử dụng bùn khoáng chỉ tập trung
một số địa điểm nhỏ lẻ không quy mô toàn quốc gia.
1.2.2.Thiết bị sàng bùn
a. Ứng dụng
- Sàng là một công đoạn tiếp theo trong công nghệ xử lý bùn khoáng.Nó có
tác dụng táchra khỏi hỗn hợp vật liệu các cục vật liệu có kích thước bé
hơn kích thước yêu cầu, tách hỗn hợp vật liệu thành các thành phần có độ
lớn khác nhauvà loại bỏ tạp chất có trong bùn khoáng

b. Phân loại
- Căn cứ vào cấu tạo của bộ phận truyền động có thể chia thành 2 nhóm:
+ Sàng rung theo quỹ đạo tròn:


8

-

+ Sàng rung theo quỹ đạo thẳng:
Căn cứ vào tính chất vật liệu sàng, yêu cầu và điều kiện làm việc ta chọn

sàng rung theo quỷ đạo tròn cho thiết bị sàng bùn khoáng
c. Nguyên lý làm việc:
- Thiết bị sàng được tạo bởi khung cứng, sàng lưới, trục lệch, động cơ điện,
bộ ghép nối, vv. Dưới tác động của động cơ thông qua bộ truyền động đai
tạo ra độ rung lắc. Bùn đạt chất lượng sẽ theo lỗ sàng đi xuống dưới và
được dẩn qua các công đoạn xử lý tiếp theo. Bùn chưa đạt tiêu chuẩn kích
-

thước được phân loại đi ra ngoài.
Cấu trúc nhiều tầng của thiết bị sàng giúp nó có thể phân loại bùn với các

yêu cầu kích thước khác nhau và đạt hiệu quả sàng cao.
d. Tính năng nổi bật:
- Sàng rung có cấu tạo đơn giản, vận hành và bảo dưỡng dễ dàng và có độ
-

bền cao.
Sàng có biên độ rung ổn định, hiệu suất cao và tiếng ồn thấp.

Do sàng rung mạnh nên có thể loại trừ hiện tượng tắc lỗ sàng làm cho

-

sàng có năng suất cao, hiệu suất cao.
Không có truyền động của các tấm sàng.
Cấu tạo đơn giản, ít tốn kim loại.
Cấu tạo khung thép cứng và chịu rung.
Tiêu thụ điên năng ít.

1.2.3.Thiết bị lọc bùn khoáng
a. Khái niệm
-

Lọc là quá trình phân riêng hỗn hợp hai pha rắn - lỏng hoặc lỏng-lỏng thành

các cấu tử riêng biệt. Đối với bùn khoáng chúng ta lọc nhằm mục đích phân riêng
hỗn hợp hai pha rắn - lỏng.
b. Máy lọc ly tâm
-

Máylọc ly tâm dùng để phân riêng huyền phù có kích thước pha rắn tương

đối lớn. Trên thành rôto của máy lọc ly tâm khoan nhiều lỗ hoặc làm bằng lưới.
Ðường kính lỗ trên thành rôto thường trong giới hạn 3-8 mm. Bên trong thành rôto
có lưới có kích thước nhỏ để lọc được hạt các huyền phù.


9

-

Có nhiều cách để lọc bùn khoáng, tuy nhiên lọc bằng phương pháp sử dụng

lục ly tâm để tách các hạt rắn ra khỏi hỗn hợp dung dịch lỏng đạt năng xuất cao
nhất.
c. Các loại máy lọc ly tâm thường được sử dụng hiện nay
-

Máy ly tâm ba chân

-

Máy ly tâm kiểu treo

-

Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao

1.2.4. Xử lý nhiệt bùn khoáng
-

Định nghĩa: xử lý nhiệt bùn khoáng là một phương pháp tác động nhiệt độ

lên bùn khoáng, nhằm thay đổi tính chất vật lý của bùn khoáng.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất vật lý và thành phần hóa học của bùn
khoáng: ở nhiệt độ thích hợp bùn khoáng trở nên dẻo và độ bám dính tăng do độ
khuếch tán của các chất có trong bùn khoáng tăng. Chính điều này ảnh hưởng đến
chất lượng của liệu pháp tắm bùn. Ngoài ra ở nhiệt độ thấp thì tính chất hóa học
trong bùn khoáng không thay đổi gì nhiều.

- Một số thiết bị xử lý nhiệt thường dùng: có hai loại chủ yếu và thường dùng
là dùng hơi nước và dùng hơi nóng của không khí.
+ Dùng hơi nước thì có lò hơi và nồi hơi là thông dụng.
+ Dùng hơi nóng của không khí thì có: ló sấy, lò vi sóng.
+ Ngoài ra còn có thể đốt nóng trực tiếp lên bùn khoáng, nhưng phương
pháp này hạn chế và hầu như không được dùng trong phương pháp xử lý
nhiệt cho bùn khoáng.
1.2. 5.Tiệt trùng
-

Mục đích khử trùng:
+ Phá hủy, triệt bỏ các loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm, chưa được hoặc
không thể khử bỏ trong quá trình xử lí trước.


10

+ Đảm bảo bùn sau khi được xử lý vào nguồn tiếp nhận không còn vi trùng
gây bệnh và truyền bệnh.
+ Khử màu, khử mùi và giảm nhu cầu oxy sinh hóa của nguồn tiếp nhận.
-

Các phương pháp khử trùng:
Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả:
+ Khử trùng bằng các chất oxi hoá mạnh: Cl2, các hợp chất Clo, O3, KMnO4.
+ Khử trùng bằng các tia vật lý: tia cực tím.
+ Khử trùng bằng siêu âm.
+ Khử trùng bằng phương pháp nhiệt.
+ Khử trùng bằng các ion kim loại nặng.
Cách lựa chọn phương pháp phụ thuộc:

+ Các yếu tố ảnh hưởng.
+ Hiệu quả của phương pháp.

-

Khử trùng bằng ozone:
Ozone là một chất khí có màu tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với

con người. Ở trong nước, ôzôn phân hủy rất nhanh thành ôxi phân tử và nguyên tử.
Ôzôn có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nên diệt trùng mạnh hơn.
Khả năng tiệt trùng của Ozon:
Ozone có khả năng sát trùng cao:
+ Sát trùng gấp 3000 lần so với Clo.
+ Diệt khuẩn gấp 160 lần so với sulfur dioxide.
+ Diệt khuẩn gấp 37 lần formaldehyde.
+ Diệt khuẩn gấp 1,7 lần so với hydrocyanic acid.


11

+ Độ hòa tan của Ozone gấp 13 lần của oxy. Khi vừa cho vào trong nước
khả năng tiệt trùng là rất ít, khi Ozone đã hòa tan đủ liều lượng, ứng với
hàm lượng đủ oxy hoá hữu cơ và vi khuẩn trong nước, lúc đó tác dụng
khử trùng mạnh nhanh gấp 3100 lần so với Clo, thời gian tiệt trùng xảy ra
trong khoảng 3 – 8 giây.
+ Liều lượng cần thiết cho nước ngầm là 0.75 – 1mg/l; 1.0 – 3.0 mg/l nước
mặt; sau bể lắng 2 trong xử lý nước thải từ 5 – 15mg/l.
Ưu điểm tiệt trùng bằng Ozone:
+ Khử được mùi.
+ Làm giảm nhu cầu oxi của nước, giảm chất hữu cơ,..

+ Khử màu, phênol, xianua.
+ Tăng DO.
+ Không có sản phẩm phụ gây độc hại.
+ Tăng vận tốc lắng của hạt lơ lửng.
Nhược điểm:
+ Vốn đầu tư cao.
+ Tiêu tốn năng lượng.
ứng dụng:
Ozone đã được ứng dụng ở rất nhiều nước tiên tiến trên thế giới như Đức,
Mỹ, Canada, Australia, Nhật, Hàn Quốc..... ozone phân hủy các thành phần độc hại
có trong thuốc trừ sâu, chất bảo quản thành carbon dioxide và nước hoàn toàn vô
hại với con người và môi trường. Nó còn tăng cường một lượng oxy cho các vật
tiếp xúc và không khí trong quá trình bán rã của mình, không để lại dư lượng chất
độc hại, không gây ô nhiễm thứ cấp, ozone đặc biệt thân thiện với môi trường và
con người nếu sử dụng trong nồng độ an toàn.


12

Nhờ những khả năng trên ozone được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
sản xuất và đời sống như:
+ Xử lý nước tinh khiết, nước giải khát, nước sinh hoạt.
+ Xử lý hóa chất, thuốc trừ sâu trên rau quả và, thực phẩm.
+ Xử lý thủy hải sản đông lạnh xuất khẩu.
+ Xử lý nước trong hồ nuôi tôm, nuôi thủy sản.
+ Xử lý chuồng trại trong chăn nuôi gia súc gia cầm.
+ Xử lý trong phòng bảo quản trứng, phòng ấp trứng.
+ Khử mùi diệt khuẩn nhà xưởng, nhà máy đóng gói.
+ Khử mùi kho chứa hàng, kho đông lạnh, kho hóa chất.
+ Sử dụng trong công nghiệp tẩy trắng, khử màu.

1.3. Tổng quan về công nghệ sản xuất ozone
Với yêu cầu cần được đưa vào sản xuất trong thương mại, đã có nhiều
nghiên cứu và phát triển các phương pháp sản xuất ozone.
Ngày nay có bốn phương pháp sản xuất ozone được công nhận:
1. Phương pháp phóng điện.
2. Bức xạ cực tím.
3. Điện phân.
4. Chiếu tia phóng xạ.
Tất cả các phương pháp sản xuất ozone đều dựa trên ứng dụng năng lượng để
phá vỡ các liên kết nguyên tử của oxy phân tử, phân tử oxi bị tách thành hai nguyên
tử oxi tự do, sau đó các nguyên tử ô xi tự do lại kết hợp với nhau tạo ra ozone.


13

1.3.1. Phương pháp phóng tia lửa điện
Nguyên lý của phương pháp này được mô phỏng hiện tượng sét đánh trong
tự nhiên. Người ta phóng một dòng điện cao áp qua 1 khe hở không khí, điện áp này
chuyển năng lượng cao để phá vỡ các phân tử O2 dẫn đến sự hình thành của một
phân tử oxy 3 nguyên tử đó chính là ozone. Phương pháp này ngày nay được sử
dụng rộng rãi nhất cho sản xuất ozone thương mại.
Nguyên lý:

Hình 1.5. Nguyên lý hoạt động của phương pháp phóng tia lửa điện.

• Máy phát tia lửa điện gồm2 điện cực kimloại đặt cách nhau một khoảng cho
không khí chảy qua.
• Đặt dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ quang điện, đồng
thời với việc thổi luồng không khí đi qua khe hở giữa các điện cực để chuyển
oxi thành ozone.

• Phải lắp đặt hệ thống làm lạnh điện cực ở máy sản xuất ozone.


14

• Nồng độ ozon trong hỗn hợp khí ra khỏi máy phát từ 1 ÷ 3 % tính theo trọng
lượng được đưa thẳng tới bể hòa trộn và tiếp xúc với nước cần được khử
trùng.
Ưu điểm:
• Máy tạo ozone nhỏ gọn do đó có thể bố trí dễ dạng tại các vị trí không gian
khác nhau.
• Độ bền của mô đun xả hồ quang cao có thể vượt quá 10 năm.
• Có thể tạo ra ozone với số lượng cao (lên đến 100-pao/ngày).
• Hiệu quả kinh tế cao hơn so với thế hệ UV-ozone.
1.3.2. Bức xạ cực tím

Hình 1.6
Sự hình thành của ozone từ oxy là quá trình thu nhiệt, vì vậy nó cần một
năng lượng nhất định. Khi tiếp xúc với ánh sáng một phân tử oxy trong một trạng
thái cơ bản sẽ hấp thụ năng lượng ánh sáng và phân tách ra đến một mức độ phụ
thuộc vào năng lượng và bước sóng cụ thể của ánh sáng bị hấp thụ. Sau đó, các
nguyên tử oxy phản ứng với các phân tử oxy khác để tạo thành ozone.
3O 2 + photon (bức xạ <200 nm) → 2 O3


15

Mỗi bước sóng ánh sáng kích thích mức phản ứng khác nhau và điều đó ảnh
hưởng đến năng suất của quá trình. Sự phân hủy phân tử oxy có năng suất cao ở các
bước sóng nhỏ hơn 200nm. Sự phân tách hoặc quang phân ozone có năng suất lớn

nhất giữa 200 và 308nm. Đồ thị hình 1.7 dưới đây cho thấy rằng các bước sóng của
ánh sáng tia cực tím được sử dụng để khử trùng (cụ thể 254nm) trong phạm vi bước
sóng gây ra sự tiêu hủy mạnh mẽ ozone .

Hình 1.7
Để sản xuất ozone hiệu quả, cần thiết phải sử dụng một bước sóng ngắn ~
185nm. Về lý thuyết, năng suất tạo ra O3 từ ánh sáng UV 185nm là 130g/kWh ánh
sáng. như vậy hiệu quả rất thấp, ~ 1%.
Phương pháp này đem lại những ưu điểm như thiết kế đơn giản, không cần
chuẩn bị không khí và là lý tưởng cho các ứng dụng nhỏ như ao cá nhỏ, làm việc
trong phòng thí nghiệm, và loại bỏ mùi.
Nhược điểm:
• Năng suất Sản xuất ozone thấp tỷ lệ tối đa là 2gam / giờ cho mỗi bóng đèn
UV tùy thuộc vào kích thước.
• Nồng độ của ozone có thể được sản xuất bằng đèn UV 185-nm là 0,1- 0,2%
tính theo trọng lượng, xấp xỉ 10% nồng độ ozone trong phương pháp xả hồ
quang.


16

• Tuổi bền của đèn UV thấp đòi hỏi phải thay thế định kỳ.
• Năng lượng điện sử dụng để sản xuất ra cùng một đơn vị ozone cao hơn so
với sử dụng phương pháp phóng tia lửa điện.
1.3.3. Điện phân
Trong phương pháp sản xuất ozone này có thể được sử dụng dung dịch điện
phân là nước hoặc H2SO4.

Hình 1.8. sơ đồ nguyên lý phương pháp điện phân.
Nồng độ ozone sản xuất được xác định bởi mật độ dòng điện. Vì vậy có thể

cải thiện hiệu quả sản xuất và giảm thiểu các phản ứng ăn mòn trên bề mặt anode
với việc thay đổi mật độ dòng điện và sử dụng các vật liệu anode khác nhau.
Với phương pháp điện phân nồng độ Ozone có thể đạt được ít nhất 10%.
Việc sử dụng điện phân để sản xuất ôzôn hiện nay được giới hạn cho các đơn vị nhỏ
và cho các ứng dụng đòi hỏi phải có nồng độ ozone cao. Việc sử dụng phương pháp
điện phân sẽ giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất ozone so với sử dụng phương pháp
tia lửa điện nhưng chi phí để vận hành lại lớn hơn. Vì vậy để có thể đưa vào sản
xuất thương mại cần tiếp tục phát triển nghiên cứu nhằm tăng sản lượng sản xuất và
giảm chi phí vận hành.
Ưu điểm chính của sản xuất ozone với một hệ thống điện phân là:


17

-

Không gây ra ô nhiễm ion bởi vì nước cấp được phân ly bằng cách sử dụng

một màng rắn ngậm nước giúp trao đổi ion.
-

Không có chất ô nhiễm bên ngoài được đưa vào hệ thống khi nó hoạt động.

-

Ozone hòa tan vào nước ngay sau khi nó được hình thành, điều này giúp

giảm thiểu tối đa hiện tượng phá hủy thiết bị do ozone.
-

Có thể sản xuất được ozone nồng độ tương đối cao.

1.3.4. Chiếu tia phóng xạ
Chiếu các tia phóng xạ năng lượng cao vào oxy có thể thúc đẩy sự hình
thành của ozone. Phương pháp này có thể đạt được năng suất cao, trong thực tế sản
xuất đã đạt được năng suất ~ 3-4 mg/m3. Tuy nhiên quá trình chiếu tia phóng xạ
gây khó khăn rất lớn trong việc lọc các đồng vị phóng xạ có hại và nó được xem là
không có tiềm năng sử dụng trong các ứng dụng thương mại.
Lựa chọn phương án thiết kế:
 Qua phân tích ta thấy sản xuất ozone bằng phương pháp phóng tia lửa
điện có nhiều ưu điểm và có thể đáp ứng tốt nhất cho nhu cầu sản xuất thương mại
cũng như đảm bảo năng suất an toàn và tính kinh tế cao vì vậy ta chọn phương
pháp này.


18

1.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng khi khử trùng bằng ozone
-

Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào chất lượng nước, cường độ khấy trộn và

thời gian tiếp xúc. Dựa vào thời gian tiếp xúc cần thiết từ 4 ÷ 8 phút.
-

quá trình sản xuất ozone bằng phương pháp xả hồ quang sẽ giải phóng nhiệt

lượng lớn do đó phải lắp thiết bị làm lạnh ở máy sản xuất Ozone. Có 2 phương pháp
làm lạnh điện cực:
-

Làm lạnh bằng không khí.

-

Làm lạnh bằng nước.

1.3.6. Hòa trộn khí ozone

Khi khí ozone được hòa trộn vào bùn nó sẽ phản ứng với các chất hữu cơ và
vô cơ là các tác nhân gây bệnh. Ozone còn sót lại do không hòa tan được vào bùn sẽ
được xả trực tiếp vào khí quyển. Để khử trùng bùn được hiệu quả yêu cầu hiệu suất
hòa trộn là trên 80 %.
Có ba phương pháp hòa trộn ozone như sau:


19

• Khuếch tán bọt khí ozone.
• Phun chân không.
• Trộn ozone bằng máy trộn tuốc bin.
Khuếch tán bọt khí ozone.

Hình 1.9 sơ đồ hệ thống khuếch tán ozone.
Phương pháp này đem lại những lợi thế sau: không cần tiêu tốn năng lượng
cho quá trình hòa trộn, tốc độ hòa trộn ozone cao hiệu quả và linh hoạt, hoạt động
đơn giản và không có bộ phận chuyển động. Hình minh họa bên dưới cho thấy dòng
chất lỏng được chảy qua một bể nhiều ngăn được sắp xếp xen kẽ số lượng các ngăn
có thể khác nhau tùy mục đích sử dụng, thường khi được dùng để khử trùng là 2-6
ngăn, phần lớn các nhà máy sử dụng loại bể có hai hoặc ba ngăn.

Tuy nhiên phương pháp khuếch tán ozone cũng có một số nhược điểm như:
thường xảy ra hiện tượng tắc nghẽn lỗ khuếch tán tại miệng phun dẫn đến phải bảo
trì các miệng phun và đường ống, bể trộn sâu.


20

Hình 1.10 các phương pháp bố trí dòng chảy của bùn với cấu hình bể khác nhau.
Miệng phun bọt khí thường được đặt ở độ sâu 5,5 m- 6,5 m để đạt được 85
đến 95 phần trăm hiệu quả hòa trộn ozone. Vì ozone không được hòa tan hoàn toàn
vào bùn vì vậy mỗi bể cần có lỗ thoát khí cho ozone dư thừa thoát ra.


21

Miệng khuếch tán ozone được làm từ gốm hoặc thép không gỉ cấu hình dạng
đĩa có thể tạo bọt khí.
Phun chân không.
Phương pháp này được sử dụng phổ biến ở châu Âu, Canada và Hoa Kỳ.
Ozone được bơm vào một dòng nước dưới áp lực âm. Tại miệng phun do áp suất
âm sẽ hút khí ozone vào trong dòng nước. Sau khi ozone được bơm vào dòng chảy
của chất lỏng cần xử lý ozone nhanh chóng được hòa trộn với phần còn lại của dòng
chất lỏng nhờ nhiễu loạn của dòng chảy.

Hình 1.11 hệ thống hòa trộn ozone băng phương pháp phun chân không.
Phương pháp này đòi hỏi khí ozone phải có nồng độ cao, lớn hơn 6 phần
trăm theo trọng lượng . Khí ozone nồng độ cao có thể được tạo ra bằng cách sử
dụng máy phát điện trung tần / hoặc oxy lỏng là nguồn cấp khí.
-

Ưu điểm:

+ Không có bộ phận chuyển động do đó không tốn năng lượng cho quá trình
hòa trộn.
+ Hòa trộn ozone hiệu quả.
+ Độ sâu cần thiết cho quá trình hòa trộn thấp.