Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng amoni trong nước đến hiệu lực khử trùng nước của dung dịch oxy hóa

ÐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ÐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN THỊ NGUYỆT

Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG AMONI
TRONG NƯỚC ĐẾN HIỆU LỰC KHỬ TRÙNG NƯỚC
CỦA DUNG DỊCH OXY HÓA”

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Liên thông chính quy

Chuyên ngành : Khoa học môi trường
Khoa

: Môi trường

Lớp

: K9 - KHMT

Khóa học

: 2013 - 2015

Giảng viên hướng dẫn: TS. Hà Xuân Linh

THÁI NGUYÊN - 2014


LỜI CẢM ƠN
Qua 2 năm học tập và rèn luyện tại trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên,
tôi được thầy cô giáo dạy dỗ và chỉ bảo tận tình, đặc biệt là các thầy cô trong
khoa Môi Trường đã giúp tôi tích lũy được nhiều kiến thức cơ bản trong nghề
nghiệp cũng như đạo đức, tư cách của cán bộ kĩ thuật môi trường. Đến giờ tôi
đang dần hoàn thành khóa luận tốt nghiệp trong kỳ học cuối, nhân dịp này tôi
muốn bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong trường và trong viện
Công nghệ môi trường.
Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Môi trường – Đại Học
Nông Lâm Thái Nguyên, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn TS. Hà Xuân Linh
và thầy giáo chủ nhiệm Th.S Hà Đình Nghiêm đã tận tình dìu dắt tôi trong
suốt các năm học qua.
Chân thành cảm ơn tới PGS.TS. Nguyễn Hoài Châu – Viện trưởng Viện
Công nghệ môi trường – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam
đã tiếp nhận tôi vào thực tập trong viện. Cảm ơn Th.S Nguyễn Thị Thanh Hải
– Phó trưởng phòng - phòng Công nghệ hóa lý môi trường - Viện Công nghệ
Môi Trường đã tận tình hướng dẫn tôi trong thời gian thực tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bác, các cô chú và các anh chị trong
phòng Công nghệ hóa lý môi trường - Viện Công nghệ môi trường đã luôn
động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã luôn
bên cạnh động viên, chia sẻ những khó khăn trong học tập và trong cuộc sống
để tôi hoàn thiện bản thân mình và hoàn thành tốt đợt thực tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 26 tháng 8 năm 2014
Sinh viên

Nguyễn Thị Nguyệt


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng của Anolit ................. 12
Bảng 2.2: Một số các phản ứng hóa học của quá trình hoạt hóa điện hóa...... 13
Bảng 3.1 Chế độ vận hành hệ điều chế Anolit ................................................ 26
Bảng 4.1: Số lượng vi khuẩn còn sống trung bình (5 mẫu) trong mẫu nước có
chứa NH4+ sau khi khử trùng bằng dung dịch Anolit có nồng độ 0,5
ppm, phụ thuộc vào nồng độ và thời gian tiếp xúc. ........................ 29
Bảng 4.2: Số lượng vi khuẩn còn sống trung bình (5 mẫu )trong mẫu nước có
chứa NH4+ sau khi khử trùng bằng dung dịch Javen có nồng độ 0,5
ppm, phụ thuộc vào nồng độ và thời gian tiếp xúc. ........................ 31


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ điều chế các dung dịch điện hoạt hóa ................................... 11
Hình 2.2: Cấu tạo của buồng phản ứng điện hoá ............................................ 12
Hình 2.3. Thiết bị STEL-PRO điều chế 100g clo hoạt tính/h ......................... 18
Hình 2.4 Sơ đồ khối thiết bị điện hoạt hóa .................................................... 19
Hình 2.5: Thiết bị điện hoạt hóa mang tên ECAWA được lắp đặt tại hiện trường 20
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thí nghiệm điều chế dung dịch siêu ô xy hóa dùng 8 modul
MB-11 ............................................................................................. 25
Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ vi khuẩn còn sống sót E.coli và
Coliform sau 10s khử trùng bằng Anolit và Javen vào hàm lượng Amoni ...33
Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ vi khuẩn còn sống sót
E.coli và Coliform sau 5 phút khử trùng bằng Anolit và Javen vào
hàm lượng Amoni ........................................................................... 34
Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ vi khuẩn còn sống sót

E.coli và Coliform sau 30 phút khử trùng bằng Anolit và Javen vào
hàm lượng Amoni ........................................................................... 35


DANH MỤC CÁC TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT

ATCC

Air Traffic Control Center

DNA

DeoxyriboNucleic Acid

E.coli

Escherichia coli

ECAWA

Electro Chemically Activated Water

ELOU

електрообессоливающая установка

FEM

flow-through electrolytic module

HHĐH

Hoạt hóa điện hóa

KH-SX

Khoa học sản xuất

STEL

Ghép bằng 2 từ sterility và electrochemistry

THM

Trihalogenmetan

WHO

World Health Organization


MỤC LỤC
PHẦN 1. MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................. 2
1.3. Mục đích nghiên cứu ............................................................................... 2
1.4. Yêu cầu của đề tài……………………………………………………...2
1.5. Ý nghĩa của đề tài.................................................................................... 3
1.5.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học ................................ 3
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................... 3

PHẦN 2. TỔNG QUAN .................................................................................. 4
2.1. Các cơ sở nghiên cứu của đề tài .............................................................. 4
2.1.1. Cơ sở pháp lý .................................................................................... 4
2.1.2. Cơ sở lí luận ...................................................................................... 4
2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước. ................................. 15
2.2.1. Tình hình ngiên cứu trên thế giới. ................................................... 15
2.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước..................................................... 18
PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 22
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................... 22
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................... 22
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm................................ 22
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ......................................................... 22
3.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 22
3.4. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 23
3.4.1. Phương pháp phân tích, kỹ thuật sử dụng ....................................... 23
3.4.2. Chuẩn bị thí nghiệm ........................................................................ 24
3.4.3. Quy trình thí nghiệm ....................................................................... 27


PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................... 29
4.1. Kết quả khử trùng nước bằng dung dịch Anolit nồng độ 0,5ppm phụ
thuộc vào thời gian tiếp xúc và hàm lượng NH4+. ....................................... 29
4.2. Kết quả khử trùng nước bằng Javen nồng độ 0,5ppm phụ thuộc vào thời
gian tiếp xúc và hàm lượng NH4+. ............................................................... 31
4.4. So sánh mức độ khử trùng bằng dd Anolit và Javen trên E.coli và Coliform ở mức
thời gian tiếp xúc sau 5 phút phụ thuộc vào hàm lượng amoni. .............................. 34
4.5. So sánh mức độ khử trùng bằng dd Anolit và Javen trên E.coli và
Coliform ở mức thời gian tiếp xúc sau 30 phút phụ thuộc vào hàm lượng
amoni. .......................................................................................................... 35

PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 37
5.1. Kết luận ................................................................................................. 37
5.2. Kiến nghị ............................................................................................... 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 39


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Vi sinh vật ngoài những nhóm tham gia vào các chu trình chuyển hoá vật
chất có lợi cho môi trường sinh thái còn có những nhóm gây bệnh cho con
người, động vật, thực vật. Kết quả nghiên cứu của TS. R. Tardiff đã chỉ ra
rằng nguy cơ mắc bệnh do nước bị nhiễm vi sinh vật lớn hơn khoảng 100.000
lần so với nước bị ô nhiễm bởi các hợp chất hóa học có nguồn gốc khác nhau.
Hiện nay, để xử lý khử trùng các nguồn nước cấp có công suất lớn, tại
các nước tiên tiến người ta vẫn sử dụng phương pháp clo hóa là chính yếu,
bởi vì các phương pháp khác như ozon hóa và bức xạ tia cực tím đều không
có tác dụng khử trùng kéo dài. Tuy nhiên, phương pháp clo hóa bằng khí clo
hóa lỏng có nguy cơ tạo ra các sản phẩm halogenmetan độc hại. Sản phẩm
phụ của quá trình ozon hóa nước uống còn độc hại hơn nhiều so với các sản
phẩm clo hóa.
Qua nghiên cứu các phương pháp đã được biết, công nghệ khử trùng
nước bằng dung dịch Anolit sản xuất trên thiết bị hoạt hóa điện hóa (HHĐH)
có nhiều ưu điểm hơn cả. Trong các thiết bị HHĐH lần đầu tiên đã tận dụng
đồng thời các tính năng ưu việt của các chất ôxy hóa là clo, điôxit clo và ozon
đã loại trừ được các điểm yếu của mỗi chất riêng biệt, cho phép hạn chế tối đa
khả năng hình thành các sản phẩm phụ độc hại trong quá trình clo hóa nước.
Từ năm 2002 đến nay Viện Công nghệ môi trường đã kết hợp với các

nhà khoa học Nga nghiên cứu chế tạo các thiết bị sản xuất dung dịch hoạt hoá
điện hoá (hay còn được gọi là dung dịch Anolit) từ nước muối hàm lượng 5%
và các quy trình ứng dụng Anolit để khử trùng trong y tế, sản xuất tôm giống,
chế biến thuỷ sản, chăn nuôi và giết mổ gia cầm.


2

Trong xu thế hướng tới các biện pháp xử lý an toàn, thân thiện với môi
trường như hiện nay, cùng với những ưu điểm của phương pháp khử trùng bằng
dung dịch Anolit, việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ để ứng dụng rộng rãi
vào thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực khử trùng nước cấp là rất có ý nghĩa.
Nguồn nước khai thác phục vụ cho nhu cầu cấp nước sinh hoạt ở nước ta
hiện nay phần lớn là nước ngầm. Một trong các thành phần có trong nước
ngầm gây khó khăn cho quá trình xử lý nói chung và khử trùng nói riêng là
hàm lượng amoni cao. Chính vì vậy chúng tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài
“Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng amoni trong nước đến hiệu lực
khử trùng nước của dung dịch oxy hóa” góp phần hoàn thiện các thông số
kỹ thuật công nghệ của phương pháp khử trùng nước cấp bằng dung dịch điện
hoạt hóa.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Đánh giá hiệu lực khử trùng nước bằng dung dịch hoạt hóa điện hóa.
Đánh giá sự ảnh hưởng của hàm lượng amoni trong nước đến hiệu lực
khử trùng của dung dịch hoạt hóa điện hóa.
1.3. Mục đích nghiên cứu
Nâng cao chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, góp phần bảo vệ sức
khỏe con người.
Giảm nguy cơ mắc các bệnh do nước bị nhiễm vi sinh vật.
Đưa ra các giải pháp, kiến nghị, xử lý thực tế có tính khả nghi và có khả
năng ứng dụng vào thực tế.

1.4. Yêu cầu của đề tài
- Thông tin và số liệu thu được phải chính xác, trung thực, khách quan.
- Đưa ra được các ảnh hưởng của amoni tới hiệu lực khử trùng của dung
dịch oxy hóa.
- Các kết quả cần được tổng hợp và phân tích.


3

1.5. Ý nghĩa của đề tài
1.5.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
Giúp sinh viên vận dụng kiến thức đã học và làm quen với thực tế.
Củng cố kiến thức cơ sở cũng như kiến thức chuyên nghành.
Nâng cao kĩ năng, kiến thức và tích lũy kinh nghiệm thực tế phục vụ cho
công tác sau này.
Khi hoàn thành được đề tài này tôi sẽ rút ra được một số bài học, kinh
nghiệm về nghiên cứu khoa học nhất là trong lĩnh vực khử trùng nước.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đánh giá được ảnh hưởng của hàm lượng amoni trong nước đến hiệu lực
khử trùng của dung dịch hoạt hóa điện hóa đối với các vi khuẩn gây bệnh
thường có trong nguồn nước và là tiền đề để đưa ra các giải pháp khắc phục,
xử lý, khử trùng nguồn nước đảm bảo cho nguồn nước cấp. Đặc biệt là góp
phần bảo vệ sức khỏe con người.


4

PHẦN 2
TỔNG QUAN
2.1. Các cơ sở nghiên cứu của đề tài

2.1.1. Cơ sở pháp lý
-

Căn cứ Luật Bảo vệ môi trường năm 2005 được Quốc hội nước Cộng

hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày
29/11/2005 và có hiệu lực thi hành từ ngày 01/07/2006.
- Luật Tài nguyên Nước năm 2012 được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội
chủ nghĩa Việt Nam khoá XIII, kỳ họp thứ 3 thông qua ngày 21/06/ 2012 và
có hiệu lực thi hành từ ngày 01/01/2013.
- Nghị định số 21/2008/NĐ-CP Sửa đổi bổ sung nghị định 80/2006/NĐCP về việc quy định chi tiết hướng dẫn thi hành một số điều của luật Bảo vệ
môi trường.
- Quyết định số 22/2006/QĐ-BTNMT về việc áp dụng tiêu chuẩn Việt
Nam về môi trường.
- Quyết định số 16/2008/QĐ- BTNMT ngày 31/12/2008 của Bộ Tài Nguyên
Môi Trường về việc ban hành Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về môi trường;
- QCVN 02: 2009/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng
nước sinh hoạt.
2.1.2. Cơ sở lí luận
2.1.2.1. Tầm quan trọng của nước đối với đời sống và con người
Nước là yếu tố thứ hai quyết định sự sống chỉ sau không khí, vì vậy con
người không thể sống thiếu nước. Nước chiếm khoảng 58-67% trọng lượng
cơ thể người lớn và đối với trẻ em lên tới 70-75%, đồng thời nước quyết định
tới toàn bộ quá trình sinh hóa diễn ra trong cơ thể con người. Nước còn là bộ
phận quan trọng của hệ thống bài tiết, giúp cơ thể thải loại những chất độc


5

tích tụ hàng ngày qua hệ dinh dưỡng và hô hấp. Việc cung cấp nước đầy đủ sẽ

giúp tránh được các bệnh nguy hiểm như sỏi thận, viêm bàng quang, viêm cơ
khớp, ung thư và các bệnh khác do độc tố tích lũy lâu ngày sinh ra [14].
Trong đời sống, nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt, nâng cao đời
sống tinh thần cho con người. Nước cũng đóng vai trò cực kỳ quan trọng
trong sản xuất công nghiệp. Tham gia vào rất nhiều các công đoạn sản xuất,
vào các hệ thống xử lý, vào các quá trình làm nguội máy… Đồng thời nước
còn có vai trò điều tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng, chất sinh dưỡng, vi sinh vật,
độ thoáng khí …
Lượng nước con người sử dụng trong một năm khoảng 35.000 km3,
trong đó 8% cho sinh hoạt, 23% cho công nghiệp, 63% cho hoạt động nông
nghiệp và 6% còn lại dùng cho các hoạt động khác. Tóm lại nước có vai trò
rất quan trọng đối với đời sống và con người.
Nhưng thực sự, nguồn nước sạch hiện nay không phải dồi dào như chúng
ta vẫn nghĩ. Trên thực tế có tới 97,2% nguồn nước trên trái đất là nước mặn,
còn lại 2,15% là băng vĩnh cửu và chỉ có 0,65% là nguồn nước dành cho con
người khai thác. Khi đời sống xã hội tăng cao cùng với sự phát triển mạnh mẽ
của công nghiệp thì nguồn nước này vốn đã khan hiếm nay lại ngày càng thiếu
trầm trọng hơn, con người đang thực sự đối mặt với nguy cơ thiếu nước trong
tương lai không xa và cần có biện pháp hữu hiệu để giải quyết hiệu quả. [14].
Nguồn nước nhiễm bẩn là một nguy cơ khác cũng vô cùng nguy hiểm:
chất thải, chất hữu cơ khó hòa tan cùng với sự ô nhiễm đã khiến nguồn nước
sạch ngày càng trở nên quý hiếm và khó sản xuất. Nước mang lại cho bạn các
khoáng chất cần thiết, nhưng nó cũng ẩn chứa trong đó những tạp chất và kim
loại nặng độc hại (Nitrat, Nitrit, Asen, Chì, Thủy ngân, Benzen, Xynua…)
cùng với vô vàn những vi khuẩn/virus nguy hiểm (E-coli, Streptococci,
Clostridia, Adenovirus, Rheovirus…). Nếu không có các biện pháp xử lý


6

nguồn nước tích cực, con người sẽ phải liên tục đối mặt với dịch bệnh, độc tố
và tuổi thọ sẽ không thể kéo dài. Trẻ em nếu bị nhiễm độc hoặc dịch bệnh sẽ
khiến tương lai của thế giới không thể bền vững. Chính vì vậy chúng ta cần có
biện pháp sử lý nước hợp lý. [15]
2.1.2.2. Nước cấp và một số phương pháp khử trùng nước
a. Nước cấp
Việt Nam là một nước nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, thuộc phía
Đông của bán đảo Đông Dương, do chịu ảnh hưởng của nhiệt đới gió mùa
nên Việt Nam có lượng mưa khá cao. Lượng mưa này, ngoài phần bốc hơi sẽ
là nguồn cung cấp cho nước ngầm và hình thành dòng chảy bề mặt của các
sông, suối…. Hiện nay nước cấp ở Việt Nam chủ yếu là từ nguồn nước mặt và
nước ngầm
* Nước mặt
- Nước mặt dung để chỉ các loại nước lưu thông hoặc chứa trên bề mặt
lục địa, mặt nước tiếp xúc với không khí: nước sông, nước suối, ao,
hồ,…Chất lượng nước mặt thường xuyên thay đổi đáng kể theo thời gian và
không gian.
- Thành phần và tính chất của nước mặt
Trong nước thường xuyên có các chất hòa tan, chủ yếu là oxy. Oxy hòa
tan trong nước có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống của các thủy sinh vật.
Nước mặt thường có hàm lượng chất rắn lơ lửng đáng kể với các kích thước
khác nhau, có nhiều chất hữu cơ do sinh vật phân hủy, có nhiều rong tảo, thực
vật nổi, động vật nổi, chất lượng nước thay đổi theo mùa. Bị ảnh hưởng mạnh
mẽ bởi hoạt động hai bên bờ của con người ( công nghiệp, nông nghiệp,…)
* Nước ngầm
- Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng
và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt


7

của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích hoặc do thẩm thấu, thấm
của nguồn nước mặt, nước mưa,… nước ngầm có thể tồn tại cách mặt vài
trăm mét.
Đối với hệ thống nước cấp cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn luôn là
nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và
lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước
ngầm ít bị chịu ảnh hưởng bởi các tác động của môi trường và con người.
Chất lượng nước ngầm tốt hơn nhiều so với nước mặt. Trong nước ngầm hầu
như không có các hạt keo hay hạt lơ lửng, vi sinh và vi trùng gây bệnh thấp.
- Thành phần và tính chất của nước ngầm
Nước tầng nông có trữ lượng thấp, không áp, dễ bị nhiễm bẩn và ngược
lại với tầng sâu trữ lượng cao, có áp và khả năng bị nhiễm bẩn thấp hơn.
Nước ngầm thường không có oxy hòa tan, nhưng có nhiều CO2 và các
chất hòa tan ( sắt, mangan, asen,…), pH nước ngầm khá thấp, thường dao
động từ 3-6. Sự có mặt của một số thành phần ô nhiễm của nguồn nước ngầm
như hàm lượng photpho, nitơ, sắt, ….
b. Một số phương pháp khử trùng nước
Khử trùng là khâu đặc biệt quan trọng trong xử lý nước. Khử trùng nước
là quá trình làm sạch nước về mặt sinh học, loại bỏ hoặc tiêu diệt các loại vi
khuẩn trong đó có các loại vi khuẩn gây bệnh ra khỏi nước.
Ngày nay, trên thế giới có rất nhiều phương pháp kỹ thuật đã được
nghiên cứu và ứng dụng để xử lý nước trên cơ sở các tác nhân hóa học và vật
lý như clo và các dẫn xuất của nó, bức xạ UV, bức xạ siêu âm tần số thấp,
thẩm thấu ngược, đun sôi, chưng cất, keo tụ lắng tủa, các loại màng lọc, điện
hóa, ozon hóa v.v...
Một số phương pháp vật lý
• Phương pháp nhiệt:

8

Khi đun sôi nước ở 1000C đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt. Còn một số ít khi
nhiệt độ tăng lên cao liền chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc.
Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn năng lượng nên thường chỉ
được áp dụng ở quy mô nhỏ.
• Khử trùng bằng tia cực tím
Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400nm
(nanometer). Độ dài sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết
của mắt thường. Dùng tia cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất
hóa học và lý học của nước.
Tia cực tim tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím
có độ dài bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất. [16]
• Phương pháp siêu âm
Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng
thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước.
• Phương pháp lọc
Đại bộ phận vi sinh vật có trong nước (trừ siêu vi trùng) có kích thước 1
– 2 µm. Nếu đem lọc nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng nhỏ hơn 1 µm
có thể loại trừ được đa số vi khuẩn. Lớp lọc thường dùng là các tấm sành, tấm
sứ có khe rỗng cực nhỏ. Với phương pháp này, nước đem lọc phải có hàm
lượng cặn nhỏ hơn 2mg/l.
Khử trùng bằng các phương pháp vật lý, có ưu điểm cơ bản là không làm
thay đổi tính chất lý hóa của nước, không gây nên tác dụng phụ. Tuy nhiên do
hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy mô nhỏ với các điều kiện kinh tế
kỹ thuật cho phép. [16]
Một số phương pháp hóa học
Cơ sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để
oxy hóa men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng

9

là: Clo, brom, iod, clo dioxit, axit hypoclorit và muối của nó, ozon, kali
permanganate, hydro peroxit.
• Khử trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó
Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp
chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl có tác
dụng khử trùng rất mạnh.
Quá trình diệt vi sinh vật xảy ra qua 2 giai đoạn. Đầu tiên chất khử trùng
khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế
bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào.
Tốc độ của quá trình khử trùng được xác định bằng động học của quá
trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào và động học của quá trình phân
hủy men tế bào.Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử
trùng và nhiệt độ nước tăng, đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của
chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá
trình phân ly. Tốc độ khử trùng bị châm đi rất nhiều khi trong nước có các
chất hữu cơ, cặn lơ lững và các chất khử khác.
Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit
clohydric
Cl2 + H2O ⇔ HOCl + HCl
Hoặc ở dạng phương trình phân ly:
Cl2 + H2O ⇔ 2H+ + OCl- + ClKhi sử dụng clorua vôi làm chất khử trùng, phản ứng sẽ là:
Ca(OCl)2 + H2O ⇔ CaO + 2HOCl
2HOCl ⇔ 2H+ + 2OCl• Khử trùng bằng ozon
Ozon được sản xuất bằng cách cho oxy hoặc không khí đi qua thiết bị
phóng tia lửa điện. Để cấp đủ lượng ozon khử trùng cho nhà máy xử lý nước,
dùng máy phát tia lửa điện gồm hai điện cục kim loại đặt cách nhau một

10

khoảng cho không khí chạy qua. Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực
để tạo ra tia hồ quang, đồng thời với việc thổi luồng không khí sạch đi qua
khe hở giữa các điện cực để chuyển một phần oxy thành ozon. [16]
Do hiệu suất cao nên ngày nay khử trùng bằng hóa chất đang được áp
dụng rộng rãi ở mọi quy mô. Nhưng nhược điểm của các phương pháp này là
để lại dư lượng hóa chất khử trùng, có thể gây hư hỏng vật liệu khi khử trùng
vật tư, dụng cụ; hoặc phản ứng với các thành phần sẵn có trong nước tạo
thành các chất độc hại khi dùng cho mục đích khử trùng nguồn nước uống.
Dư lượng hóa chất khử trùng và các chất độc thứ cấp này khi đi vào cơ thể và
môi trường sẽ đe dọa tới sức khỏe con người, động thực vật, cũng như toàn bộ
hệ sinh thái. Chẳng hạn, khi khử trùng nguồn nước có chứa các chất hữu cơ
bằng phương pháp Clo hóa sẽ hình thành các sản phẩm phụ là hợp chất hữu
cơ chứa halogen, chủ yếu là các hợp chất Trihalogenmetan (THM): clorofoc,
diclorbrommetan, dibromclormetan, bromofoc. Các hợp chất này làm tăng
nguy cơ chết non ở trẻ sơ sinh. Quá trình hình thành THM kéo dài theo thời
gian tới hành chục giờ và số lượng của chúng càng lớn khi pH của nước càng
cao. Sản phẩm phụ của quá trình ozon hóa nước còn độc hại hơn nhiều so với
các sản phẩm clo hóa.
Ngày nay, để xử lý khử trùng các nguồn nước cấp có công suất lớn, tại
các nước tiên tiến người ta vẫn sử dụng phương pháp clo hóa là chính yếu. Lý
do là clo hóa hiện tại vẫn là phương pháp khử trùng hiệu quả nhất và kinh tế
nhất so với bất kỳ phương pháp được biết nào. Tuy nhiên, như đã nói tới ở
trên, phương pháp clo hóa bằng khí clo hóa lỏng có nguy cơ tạo ra các sản
phẩm halogenmetan độc hại. Trong trường hợp sử dụng hypoclorit natri thay
thể clo hóa lỏng, khả năng ăn mòn của hệ thống đường ống sẽ tăng lên đáng
kể do độ dẫn tăng. Thế năng ôxy hóa của ion hypoclorit thấp hơn clo, điôxit
clo và ozon, đồng thời quá trình hình thành trihalometan phụ thuộc tỷ lệ thuận

11

vào pH, vì vậy so với clo, điôxit clo và ozon, hypoclorit natri hoặc hypoclorit
caxi đều làm tăng xác suất hình thành halogenmetan.
c. Khử trùng bằng dung dịch hoạt hóa điện hóa (dung dịch Anolit)
Phương pháp sản suất dung dịch Anolit được Viện sĩ người Nga Bakhir
V.M. tạo ra lần đầu tiên trong năm 1972 và cho đến nay ngày càng được
nghiên cứu phát triển và được sử dụng rộng rãi, phổ biến trên khắp thế giới
nhý ở Mỹ, Nhật, Anh, Ðức, Hàn Quốc... trong nhiều lĩnh vực nhý: y tế, nông
nghiệp, chế biến thực phẩm, dịch vụ sinh hoạt, môi trýờng, xử lý nước...
(Nguyễn Hoài Châu và cs, 2011)[2].
Dung dịch HHDH được điều chế từ nguyên liệu là muối loãng NaCl
(hàm lượng muối không quá 0,5%) trong buồng phản ứng điện hóa có màng
ngăn. Từ nước muối ở đầu vào sau quá trình hoạt hóa bằng điện trường ở hai
ngăn catot và anot của buồng phản ứng điện hóa người ta nhận được hai dung
dịch sản phẩm ở Catot gọi là Catolit và ở bên Anot gọi là Anolit.

Hình 2.1: Sơ đồ điều chế các dung dịch điện hoạt hóa


12

Bảng 2.1 Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng của Anolit
Các chỉ tiêu đặc trưng

Đơn vị

Anolit

Catolit

pH

-

6,5- 7,5

8.5 - 13

Thế oxy hóa khử ORP

mV

> + 800

< - 350

Nồng độ Clo hoạt tính

mg/ L

300 –500

0

Hình 2.2: Cấu tạo của buồng phản ứng điện hoá
Thành phần hóa học của dung dịch Anolit chính là thành phần hóa học
của dung dịch muối ban đầu: gồm có nước và clorua natri. Trong suốt quá

trình điện phân xảy ra các phản ứng tạo thành hàng loạt chất oxy hóa có tính
diệt vi sinh vật cao nằm ở trạng thái giả bền như HO*, HO2*, O*, Cl*, H2O2,
O3, ClO2-, ClO3-, HClO, HClO3, HClO4, ClO2, O2, H2… (Nguyễn Hoài Châu


13

và cs, 2011)[2]. Các thành phần này có trong Anolit làm cho dung dịch có
tính sát khuẩn nhanh và mạnh mặc dù có ít nồng độ Clo hoạt tính hơn so với
nước Javen (Hypochlorit natri), Anolit với cùng khả năng sát khuẩn có lượng
clo hoạt tính nhỏ hơn 5-10 lần.
Bảng 2.2: Một số các phản ứng hóa học của quá trình hoạt hóa điện hóa
Các phản ứng anốt
2H2O - 2e- → 2H+ + H2O2
OH- - e-

→

O3 + H2 O

e-

→

HO• + H+

H2 O2 - e-

→

HO2• +

H2 O -

H+

2e- → Cl2

Cl- + H2O - 2e-

→

H2 + 2OH-

O2 + H2O + 2e- → HO2- + OHHO2- + H2O + e- → HO• + 2OH-

3OH- - 2e- → HO2- + H2O
2Cl- -

2H2O + 2e-

O2 + e- → O2 -

HO•

O2 - 2e- + 2OH- →

Các phản ứng catốt

→ HOCl + H+

O2 + 2H+ + 2e-

→ H2 O2

e-catốt + H2O → e-aq
H+ + e-aq

→ H•

H2O + e-aq → H• + OH-

Cl- + 2H2O - 4e- → HClO2 + 3H+
HCl + 2H2O - 5e- → ClO2 + 5H+
Cl- + 4OH- - 4e- → ClO3- + 2H2O

Điều khác biệt cơ bản của phương pháp khử trùng nước bằng dung dịch
Anolit sản xuất trên thiết bị hoạt hóa điện hóa lần đầu tiên kết hợp được tính
năng ưu việt so với các hoá chất tẩy, rửa, khử trùng truyền thống như: clo,
điôxit clo, ozon... là ở chỗ:
- Được sản xuất tại chỗ, giảm các chi phí và nguy cơ liên quan đến xử
lý, sự vận chuyển và lưu trữ clo.
- Thân thiện môi trường.


14

- Trở lại trạng thái bình thường trong thời gian ngắn sau khi sử dụng và
không giải phóng khí độc như clo.
- Một số các nhà nghiên cứu cho rằng vi sinh vật không có khả năng đề

kháng với dung dịch anolit.
- Ở nồng độ loãng, nó có thể được sử dụng để rửa trái cây, rau, thịt, gia
cầm để loại trừ hoặc giảm vi khuẩn mà vẫn đảm bảo an toàn.
- Chi phí cho hoạt động diệt khuẩn của dung dịch anlit là tối thiểu.
- Dung dịch anolit không làm thay đổi thuộc tính cảm quan của thực phẩm.
2.1.2.3. Ảnh hưởng của amoni đến hiệu lực khử trùng của dung dịch Anolit.
Trong dung dịch Anolit, HOCl là chất có vai trò chính trong quá trình
khử trùng. Khi có mặt ion amoni (NH4+) trong nước, thì ion hypoclrit (OCl-)
sẽ tham gia phản ứng với các ion amoni tạo thành các hợp chất cloramin. Các
hợp chất cloramin chủ yếu là monocloramin và dicloramin, tricloramin hầu
như không tạo thành, chỉ xuất hiện với nồng độ rất nhỏ so với monocloramin
và dicloramin.
HOCl + NH4+

NH2Cl + H3O+

HOCl + NH2Cl

NHCl2 + H2O

HOCl + NHCl2

NCl3 + H2O

Khả năng diệt trùng của monocloramin thấp hơn dicloramin từ 3 đến 5
lần, và khả năng diệt trùng của dicloramin thấp hơn HOCl từ 20 đến 25 lần.
Theo WHO, khả năng diệt trùng của monocloramin có thể kém hơn từ 2.000 –
10.000 lần so với HOCl (đối với từng loại vi khuẩn khác nhau). Do đó sự có
mặt của amoni trong nước sẽ có thể ảnh hưởng tới khả năng diệt trùng của
dung dịch anolit và thời gian cần thiết để khử trùng.

Monocloramin là chất khử trùng yếu hơn rất nhiều so với HOCl và thời
gian khử trùng cũng kéo dài.


15

2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước.
2.2.1. Tình hình ngiên cứu trên thế giới.
Sau khi hiện tượng HHĐH trong dung dịch nước được phát minh và các
thiết bị công nghệ HHĐH được 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 như C. A. Aliôkhin (1979-1980 tổ chức sản xuất dây chuyền các thiết
bị hoạt hóa điện hóa nước UEV- 4 và các dung dịch cho giàn khoan UOBR-1,
1988 - tổ chức sản xuất dây chuyền các loại thiết bị khác trên cơ sở thiết bị
UEV-1 và các thiết bị điều chế các dung dịch HHĐH cho điều trị bệnh); N. A.
Mariampolsky (1979 - 1984 xây dựng và đưa vào áp dụng công nghiệp các
quy tắc điều chỉnh điện hóa các tham số của dung dịch khoan trên các thiết bị
UEB-4 và UOBR-1); A. Kh. Kasymov và V. V. Vakhidov (1978-1985 nghiên
cứu khả năng ứng dụng HHĐH trong y học); A. G. Liakumovich và P. A.
Kirpichnikov (1980-1990 tổ chức và tiến hành các nghiên cứu khả năng ứng
dụng HHĐH trong công nghệ hóa học và trong nông nghiệp); K. A. Lunhianz,
N. G. Zikoridze và A. A. Kochetkova (1980 – tổ chức và triển khai các nghiên
cứu về khả năng ứng dụng HHĐH trong công nghệ thực phẩm); V. I.
Filonenko và V. V. Fisinin (1980 - 1995 tổ chức và triển khai các nghiên cứu
về khả năng ứng dụng HHĐH trong chăn nuôi gia cầm); Yu. V. Latyshev và I.
L. Gherlovin (1980-1987 tổ chức và tiến hành các nghiên cứu về khả năng
ứng dụng HHĐH trong lĩnh vực công nghệ quốc phòng) v.v... Năm 1985
HHĐH đã được Uỷ ban tối cao về cấp văn bằng (VAK) của Liên Xô chính
thức đưa vào nhóm các hiện tượng hóa-lý mới (Baxир В.М và cs, 2001)[12].
Nhờ vào những kết quả nghiên cứu thu được trong giai đoạn 1987-1990

dưới 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


16

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 được Viện Hàn lâm khoa học Liên bang Nga chính thức công nhận là
một hướng khoa học-kỹ thuật mới. Cho tới nay các thế hệ buồng phản ứng
điện hóa đã được hoàn thiện, đáp ứng việc chế tạo nhiều loại thiết bị HHĐH
sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau
Trong giai đoạn 1991-1998 phân xưởng sản xuất thử nghiệm N019 của
tổ hợp KH-SX “EKRAN” đã sản xuất ra hơn 20 000 thiết bị STEL có công
suất từ 40 đến 1000 lít/giờ. Cho đến năm 1999 đã có trên 6000 cơ sở y tế tại
Nga, Kazacstan, Uzbekistan, Belorusia, Ukraina được trang bị máy STEL.
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, xưởng giặt, hiệu cắt tóc, nhà trẻ, nhà nghỉ, nhà
an dưỡng ...). Vào thời điểm đó với số thiết bị này mỗi ngày đã sản xuất được
trên 6000 tấn dung dịch HHĐH (Шомовская Н.Ю, 2010) [11].
Các nghiên cứu về HHĐH đã nhận được sự ủng hộ mạnh mẽ từ phía
Chính phủ LB Nga, trong đó Thủ tướng đã chỉ thị các bộ, ngành và địa
phương đưa HHĐH vào các chương trình xây dựng các kế hoạch liên quan
đến vấn đề môi trường sinh thái và bảo vệ sức khỏe con người. Bộ Y tế LB
Nga được giao nhiệm vụ kiểm định chất lượng của nước và các dung dịch
nước được HHĐH trên các thiết bị STEL và EMERALD phục vụ cho các nhu

cầu sử dụng trong các bệnh viện.
Theo số liệu về sử dụng các chất khử trùng khác nhau tại bệnh viện lâm


17

sàng thành phố N015 của Moskva từ năm 1992 đến 1997 các dung dịch
HHĐH anolyte ngày càng thay thế dần các chất khử trùng khác. Số lượng
anolyte và tỷ lệ sử dụng nó so với các chất khử trùng khác (cloramin, clorua
vôi, Chlorsept, Precept, Glutaraldehyde, Perhydrol, Gigacept, Sidex, Lisotol,
Perform...) trong giai đoạn đó đã tăng lên rất nhanh: 1992 – 2300 lít - 30%;
1993 – 26500 lít - 85,4%; 1994 – 97000 lít - 92,2%; 1995 – 110000 lít 95,1%; 1997 – 529204 lít - 99,2% tổng khối lượng các chất khử trùng sử tại
bệnh viện N015.
Trong nhiều trường hợp áp dụng công nghệ HHĐH đã mang lại hiệu
quả kinh tế cao bất ngờ. Thí dụ, trong quy trình nhiệt phân dầu hỏa có công
suất 400 nghìn tấn etylen/năm bằng cách sử dụng hơi ngưng tụ được HHĐH
đã đưa lại hiệu quả kinh tế 12 triệu đôla mỗi năm do hiệu suất thu hồi etylen
và propylen được nâng cao; hoặc dùng nước HHĐH thay cho nước thường để
pha vào dầu mỏ trước khi xử lý trên thiết bị ELOU đã giảm được 70 - 75%
lượng lưu huỳnh và 80-90% lượng muối có trong dầu.
Việc chế tạo thiết bị công suất lớn bằng môđun sử dụng nhiều buồng
điện hóa FEM 3 bộc lộ nhiều nhược điểm, trong đó có mức độ tin cậy khi vận
hành không cao. Chính vì vậy, gần đây Tổ hợp KH-SX “EKRAN” đã nghiên
cứu chế tạo các thiết bị sử dụng các buồng điện hóa có kích thước và công
suất lớn hơn: FEM 9, MB 26... (В.М. Бахир. 2010) [13]. Trên hình 2.3 là
thiết bị điều chế dung dịch điện hoạt hóa có công suất 100g clo hoạt tính/h.


18

Hình 2.3. Thiết bị STEL-PRO điều chế 100g clo hoạt tính/h
2.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Nhóm nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện hoạt hóa của Viện khoa học
vật liệu được hình thành từ năm 2000 trên cơ sở hợp tác khoa học theo Nghị
đinh thư giữa Việt Nam và Liên bang Nga. Những thiết bị điện hoạt hóa đầu
tiên được nhập nguyên chiếc từ Liên bang Nga đã được ứng dụng thử nghiệm
tại bệnh viện, cơ sở chế biến thủy sản, trạm cấp nước... theo như hướng dẫn của
các nhà khoa học LB Nga. Tuy nhiên, 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:
- Nguồn điện không phù hợp với khí hậu nhiệt đới nên vận hành không ổn