Tải bản đầy đủ (.pdf) (5 trang)

Nghiên cứu chế tạo thiết bị ô nhiễm không khí trên cơ sở xúc tác quang hoá

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (640.01 KB, 5 trang )

K t qu nghiên c u KHCN

NGHIÊN C U CH T O
THI T B X LÝ Ơ NHI M KHƠNG KHÍ
TRÊN C S XÚC TÁC QUANG HĨA
PGS.TS. Nguy n Hồi Châu, TS. Lê Thanh Sn, Nghiêm Th Mây
Vi n Cơng ngh Mơi tr ng, Vi n Hàn Lâm Khoa h c và Cơng ngh Vi t Nam.
I. Mở đầu
 nhiễm không khí
(ONKK) từ lâu đã và
đang là vấn đề bức
xúc không chỉ ở các nước đang
phát triển như Việt Nam mà
ngay cả ở một số nước phát
triển, trong khi đó các công
nghệ xử lý ONKK đang được áp
dụng hiện nay như hấp phụ,
phân chia (công nghệ màng lọc,
thổi không khí) và công nghệ
phá hủy (ôzôn hóa, clo hóa,
phương pháp sinh hóa) đều có
những điểm yếu: chất bẩn chỉ
chuyển từ chỗ này sang chỗ
khác mà không được giải quyết
một cách triệt để hoặc trong quá
trình xử lý, hình thành các sản
phẩm phụ độc hại đối với sức
khỏe con người. Phương pháp
xử lý ONKK bằng xúc tác quang
hóa (XTQH) là một giải pháp
mang tính đột phá, do không


cần phải đưa thêm các tác nhân
ôxy hóa đặc biệt nào vào, chỉ
cần sự có mặt của ôxy không
khí, nhưng lại cho hiệu quả xử lý
cao nhất [1-4]. Hiện nay, trên
thế giới đã xuất hiện những thiết
bò làm sạch không khí (LSKK)
bằng XTQH do Nhật, Nga, Mỹ,
Hàn Quốc, Châu Âu... sản xuất.
Trên thò trường Việt Nam, cho
tới nay mới chỉ xuất hiện một vài

O

18

thiết bò của Nhật, Hàn Quốc, mà chưa có thiết bò do chính chúng ta
sản xuất. Tuy nhiên giá thành của các thiết bò nhập khẩu này còn
cao và các thiết bò thường có năng suất làm sạch thấp. Trên cơ sở
nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bò LSKK
bằng XTQH của nước ngoài, nhất là các thiết bò LSKK Tiokraft của
Nga, Viện Công nghệ môi trường chúng tôi đã nghiên cứu và chế
tạo được thiết bò LSKK trên cơ sở XTQH có công suất 25 m3/h và
100 m3/h có thể ứng dụng để xử lý hiệu quả các phòng làm việc,
phòng vip, nhà hàng, quán ăn...
II. Nội dung nghiên cứu
2.1. Cơ chế xử lý ô nhiễm bằng XTQH
Phương pháp xử lý ô nhiễm dựa trên cơ sở XTQH là phương
pháp phá hủy không đòi hỏi phải đưa thêm các tác nhân ôxy hóa
đặc biệt mà chỉ cần sự có mặt của ôxy không khí. Vật liệu XTQH

có nhiều loại như TiO2, ZnO, WO3, CdSe. v.v..., trong đó TiO2 có
hoạt tính XTQH cao nhất và là vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền, trơ về mặt
hóa học, thân thiện với môi trường, đặc biệt không độc hại đối với
sức khỏe con người.
Dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại (UV), các điện tử từ
vùng hóa trò chuyển lên vùng dẫn thành các điện tử tự do (e-)
và để lại các lỗ trống (h+) ở vùng hóa trò. Điện tử và lỗ trống
khuếch tán ra bề mặt và phản ứng với H2O và O2 hấp thụ trên
bề mặt vật liệu và tạo ra các gốc có khả năng ôxy hóa khử mạnh
(hình 1) [5].

Hình 1. Cơ chế phản ứng xúc tác quang của TiO2

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013


K t qu nghiên c u KHCN

2.2. Phương pháp luận
Thiết bò sau khi chế tạo được kiểm tra đánh giá về khả năng
xử lý VOC và tính năng khử trùng. Khả năng xử lý VOC thiết bò
được đánh giá thông qua các thí nghiệm với aceton được tiến
hành trong box thí nghiệm (TN) 10 m3. Cụ thể nhóm nghiên
cứu tiến hành bơm 1 lượng nhỏ hóa chất aceton vào trong box
TN, đợi khoảng 5 phút cho hóa chất phân bố đều trong box rồi
bật máy và tiến hành đo nồng độ VOC tại các thời điểm khác
nhau trong quá trình chạy thiết bò.
Tính năng khử trùng của các thiết bò được đánh giá bằng các
thí nghiệm sử dụng phương pháp đặt đóa thạch hút không khí
đập vào mặt thạch để xác đònh mật độ vi khuẩn CFU (Colonyforming unit) có trong 1 m3 không khí. Các kết quả đánh giá do

Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng cung cấp.
2.3. Nghiên cứu chế tạo thiết bò LSKK công suất 100 m3/h
Trên cơ sở khảo sát các dòng máy LSKK bằng XTQH của các
nước trên thế giới và dựa trên yêu cầu thực tế ở Việt Nam, chúng
tôi lựa chọn chế tạo thiết bò có công suất trung bình 100 m3/h.
a) Thiết kế thiết bò
Trên hình 2 là ảnh chụp bên ngoài và cấu tạo bên trong của
thiết bò LSKK bằng XTQH có công suất 100 m3/h. Máy được chế
tạo theo dạng hình hộp, vỏ bằng tôn, có thể treo trực tiếp lên tường
hoặc treo lên giá riêng của máy. Kích thước ngoài của thiết bò
(mm): 530 x 195 x 995. Thiết bò gồm có bộ tiền lọc (gồm 2 cấp
lọc: lọc thô – loại bỏ các hạt bụi và hạt lơ lửng có kích thước trên
3 μm và lọc tinh – loại bỏ các hạt bụi có kích thước trên 0,5 μm)
bố trí ở cửa vào của không khí (phía bên dưới thiết bò). Tiếp đến là
bộ lọc cao áp tónh điện, điện áp 10kV. Bộ lọc XTQH gồm hai ống
thủy tinh xốp (kích thước Φ = 74 mm, L = 418 mm) phủ bột nano
TiO2 và hai đèn UV, công suất mỗi đèn 36W, bố trí ở tâm ống. Sau

Hình 2. Thiết bò LSKK bằng XTQH 100 m3/h
do viện Công nghệ Môi trường chế tạo

bộ lọc XTQH là quạt gió công
suất 100W. Ngay trước cửa ra
của thiết bò là lớp lọc than hoạt
tính. Ngoài ra có một sensor
điều khiển đèn Led để báo hiệu
đèn UV đang hoạt động.
Cấu tạo phần điện và hệ
thống điều khiển:
Thiết bò sử dụng điện lưới

220 V, trên hình 3 là sơ đồ
nguyên lý phần điện của thiết
bò, qua công tắc điện được cấp
cho hai đèn UV 36W, nuôi
nguồn điện cao áp của bộ lọc
tónh điện (10kV) và quạt gió.
Có một sensor điều khiển đèn
Led để báo hiệu đèn UV đang
hoạt động (hình 3).
Nguyên lý làm sạch không
khí của máy (hình 4):
Không khí được quạt hút đi
vào trong thiết bò, trước tiên đi
qua bộ lọc thô và bộ lọc tinh,
các hạt bụi và hạt lơ lửng có
kích thước trên 0,5 μm bò giữ
lại. Không khí sau đó tiếp tục
đi qua bộ lọc tónh điện, các
hạt bụi có kích thước nhỏ hơn
(đến 0,1 μm) bò giữ lại, rồi đi
qua bộ lọc XTQH, các hóa
chất VOC và vi khuẩn bò loại
bỏ. Cuối cùng không khí đi
qua lớp lọc than hoạt tính, các
chất gây mùi khó chòu và một
số hợp chất siêu ôxit sẽ bò giữ
lại. Không khí sạch đi ra ngoài
ở cửa trước của thiết bò. Tốc
độ trung bình của dòng khí
bên trong thiết bò là 0,26 m/s.

b) Đánh giá khả năng xử lý
VOC của thiết bò
Thiết bò sau khi chế tạo,
được vận hành chạy thử để đo
đạc các thông số kỹ thuật và
tiến hành đánh giá khả năng
LSKK. Trước hết là đánh giá
khả năng xử lý aceton, một

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013

19


K t qu nghiên c u KHCN

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý của
thiết bò LSKK 100 m3/h

Hình 3. Sơ đồ điện của thiết bò LSKK 100 m3/h
loại hóa chất hữu cơ dễ bay hơi điển hình. Kết quả xử lý aceton trong box TN 10m3 được thể hiện trên bảng 1. Kết quả cho
thấy thiết bò LSKK 100 m3/h sau 5 giờ làm việc có tốc độ xử lý
VOC là 5 mg/phút.
c) Đánh giá tính năng khử trùng của thiết bò
Tiến hành lấy mẫu không khí trong box TN 10m3 để phân
tích ở các thời điểm: trước khi bật máy, sau 60 phút và sau 120
phút bật máy. Kết quả được thể hiện trong bảng 2.
Kết quả cho thấy sau 120 phút, thiết bò xử lý được gần như hoàn
toàn tổng nấm và tổng vi khuẩn hiếu khí có mặt trong không khí
của box TN 10 m3.

Bảng 1. Kết quả xử lý aceton của máy LSKK bằng XTQH
công suất 100 m3/h
Thời điểm
Trước bật máy
5 giờ

Nồng độ aceton
(mg/m3)
221
71

Tốc độ XL (mg/phút)
5

Bảng 2. Kết quả xử lý vi sinh của máy LSKK bằng XTQH
công suất 100 m3/h
Nấm
STT Thời điểm
(CFU/m3)

VKHK
(CFU/m3)

Mật độ vi
sinh
(CFU/m3)

HSXL
(%)


1

Trước bật
máy

358

922

1280

0,00

2

Sau 60 phút

10

12

22

98,28

3

Sau 120
phút


4

6

10

99,22

20

Trên bảng 3 là các thông
số kỹ thuật cơ bản của thiết bò
LSKK công suất 100 m3/h do
Viện CNMT chế tạo
Với các thông số kỹ thuật
nêu trên, thiết bò LSKK công
suất 100 m3/h có thể sử dụng
cho các phòng kín có thể tích
lên đến 150 m3, như nhà
hàng, quán ăn, các buồng ấp
trứng gia cầm,... đảm bảo
không khí trong phòng đạt
yêu cầu sạch (theo TCVN
86641-1:2011). Thời gian
chạy máy tùy thuộc vào điều
kiện ô nhiễm ban đầu của
phòng. Tuy thiết bò có độ ồn
46 dB, nhưng vẫn nằm trong
giới hạn cho phép về độ ồn
theo QCVN 26:2010/BTNMT.

2.4. Nghiên cứu chế tạo thiết
bò 25 m3/h
Đây là dòng thiết bò công
suất nhỏ, dùng cho các phòng
nhỏ và trung bình không quá
nhiều bụi bẩn, như phòng làm
việc của lãnh đạo, phòng ngủ
hoặc phòng khách gia đình...

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013


K t qu nghiên c u KHCN

Bảng 3. Thông số kỹ thuật của thiết bò LSKK 100 m3/h

Năng suất làm sạch không khí (m3/h)

100

Tốc độ làm sạch VOC (C2-C6) (mg/phút)

~ 5,0

Khả năng diệt khuẩn

diệt 99,2% sau 120 phút

Dải nhiệt độ làm việc (0C)


10 – 50

Tiếng ồn (dB)

46

Nguồn AC 50 Hz (V)

220V ± 10%

Công suất tiêu thụ (W)

140

Kích thước (mm)

530 x 195 x 995

Bảng 4. Kết quả xử lý aceton của máy LSKK bằng XTQH công
suất 25 m3/h

Thời điểm

Nồng độ aceton (mg/m3)

Trước bật máy

234

5 giờ


135

Tốc độ XL (mg/phút)
3,3

Bảng 5. Kết quả xử lý vi sinh của máy LSKK bằng XTQH công suất
25 m3/h

VKHK
Nấm
3
(CFU/m ) (CFU/m3)

Mật độ vi
sinh
(CFU/m3)

HSXL
(%)

STT

Thời điểm

1

Trước bật máy

316


442

758

0,00

2

Sau 60 phút

84

86

170

77,57

3

Sau 120 phút

44

36

80

Bảng 6. Thông số kỹ thuật của thiết bò LSKK 25


Năng suất làm sạch không khí (m3/h)
Tốc độ làm sạch VOC (C2-C6) (mg/phút)
Khả năng diệt khuẩn
Dải nhiệt độ làm việc (0C)
Tiếng ồn (dB)

89,45

m3/h

25
~ 3,3
diệt 89,5% sau 120 phút
10 – 50
25

Nguồn AC 50 Hz (V)

220V ± 10%

Công suất tiêu thụ (W)

75

Kích thước (mm)

270 x 136 x 620

a) Thiết kế thiết bò

Trên hình 5 là ảnh chụp
bên ngoài và cấu tạo bên
trong của thiết bò LSKK bằng
XTQH có công suất 25 m3/h.
Máy được chế tạo theo dạng
hình hộp, vỏ bằng tôn, mặt
phía sau có lỗ để treo lên
tường. Kích thước ngoài của
thiết bò (mm): 270 x 136 x
620.
Do đối tượng xử lý không
phải là không gian lớn, không
quá nhiều bụi bẩn nên các quy
trình lọc khí sẽ chỉ là: lọc thôlọc tinh-lọc XTQH có đèn UVquạt hút và cuối cùng là lớp
than hoạt tính. Bộ lọc XTQH
gồm một ống thủy tinh xốp
(kích thước Φ = 74 mm, L =
418 mm) phủ bột nano TiO2 và
một đèn UV, công suất 36W,
bố trí ở tâm ống. Sau bộ lọc
XTQH là quạt gió công suất
30W. Thiết bò sử dụng nguồn
điện AC 220V. Ngoài ra máy
được bố trí bộ điều khiển từ xa
giúp máy có thể làm việc ở cả
chế độ điều khiển bằng tay và
điều khiển từ xa.
Nguyên lý làm sạch không
khí của máy:
Không khí được quạt hút đi

vào trong thiết bò, trước tiên đi
qua bộ lọc thô và bộ lọc tinh,
các hạt bụi và hạt lơ lửng có
kích thước trên 0,5 μm bò giữ
lại. Không khí sau đó tiếp tục
đi qua bộ lọc XTQH, các hóa
chất VOC và vi khuẩn bò loại
bỏ. Cuối cùng không khí đi
qua lớp lọc than hoạt tính, các
chất gây mùi khó chòu và một
số hợp chất siêu ôxit sẽ bò giữ
lại. Tốc độ trung bình của
dòng khí bên trong thiết bò là
0,2 m/s.

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013

21


K t qu nghiên c u KHCN

Hình 5. Thiết bò LSKK bằng XTQH 25 m3/h
do Viện Công nghệ Môi trường chế tạo

b) Đánh giá khả năng xử lý VOC
Thiết bò sau khi chế tạo, được vận hành chạy thử để đo đạc
các thông số kỹ thuật và tiến hành đánh giá khả năng LSKK.
Trước hết là đánh giá khả năng xử lý aceton, một loại hóa chất
hữu cơ dễ bay hơi điển hình. Kết quả xử lý aceton trong box TN

10 m3 được thể hiện trên bảng 4[6].
Kết quả trên bảng 4 cho thấy thiết bò LSKK 25 m3/h sau 5 giờ
làm việc có tốc độ xử lý VOC là 3,3 mg/phút.
c) Đánh giá tính năng khử trùng
Tiến hành lấy mẫu không khí trong box TN 10 m3 để phân
tích ở các thời điểm: trước khi bật máy, sau 60 phút và sau 120
phút bật máy, kết quả được thể hiện trong bảng 5 [6].
Kết quả cho thấy sau 120 phút, thiết bò xử lý được gần 90%
lượng vi sinh (tổng nấm và tổng vi khuẩn hiếu khí) có mặt trong
không khí của box TN 10 m3.
So sánh khả năng xử lý VOC và khử trùng của thiết bò LSKK
25m3/h với thiết bò LSKK 100m3/h ở trên, xét đến tương quan
giữa vận tốc dòng khí bên trong thiết bò và diện tích bề mặt
XTQH của 2 thiết bò này thì tốc độ xử lý VOC và khử trùng của
thiết bò 25m3/h là chấp nhận được.
Trên bảng 6 là các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bò
LSKK công suất 25m3/h.
Với các thông số kỹ thuật nêu trên, thiết bò LSKK công suất
25 m3/h có độ ồn thấp, có thể sử dụng cho các phòng kín có
thể tích lên đến 40m3, như phòng làm việc, phòng ngủ, phòng
khách,... đảm bảo không khí trong phòng đạt yêu cầu sạch
(TCVN 86641-1: 2011). Thời gian chạy máy tùy thuộc vào điều
kiện ô nhiễm ban đầu của phòng.
III. Kết luận
Thiết bò LSKK bằng XTQH loại có công suất 25m3/h và
100m3/h do Viện Công nghệ Môi trường chế tạo, cấu tạo bằng

22

nhiều tầng lọc khác nhau,

trong đó bộ phận chính là các
ống lọc XTQH bằng TiO2. Các
thiết bò có khả năng loại bỏ
bụi, xử lý vi sinh và VOC khá
tốt, thích hợp sử dụng cho
nhiều đối tượng khác nhau
như phòng ngủ, phòng khách
gia đình, phòng làm việc,
phòng sạch cao cấp, phòng
bệnh yêu cầu độ sạch
cao...Thiết bò có cấu tạo nhỏ
gọn, di động, dễ bố trí trong
phòng, thao tác vận hành đơn
giản. Không đưa vào bất kỳ
hóa chất nào, năng lượng
điện tiêu thụ thấp cũng là
những ưu điểm của dòng thiết
bò này. Ngoài ra, về tuổi thọ
của các bộ lọc, bộ lọc XTQH
có tuổi thọ khá cao, sau 18 –
24 tháng mới phải thay hoặc
phủ lại lớp lọc XTQH lên bề
mặt ống, tùy theo điều kiện
làm việc. Các bộ tiền lọc và
lọc than hoạt tính sau 9 – 12
tháng mới phải thay mới.
Tài liệu tham khảo
[1]. K. G. McGuigan, T. M.
Joyce and R.M. Conroy. Solar
disinfection: use of sunlight to

decontaminate drinking water
in developing countries. J.
Med. Microbiol, 48,785-787
(1999).
[2]. A. Martin-Dominguez, M.
T. Alarson-Herrera, I. R.
Martin-Dominguez et al.
Efficiency in the disinfection of
water for human consumption
in rural communities using
solar
radiation.
Solar
Energy,78,31-40 (2005).
[3]. J.-M. Herrmann, C.
Guillard, J. Disdier et al. New
industrial titania
photocata-

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2013



×