THIẾT kế và CHẾ tạo hệ THỐNG xử lý nước UỐNG ĐÓNG CHAI CÔNG SUẤT 7 m3 NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ lọc TRAO đổi ION và PLASMA

M CL C LÝ L CH KHOA H C i L I CAM ĐOAN ii L I C M N iii TÓM T T iv ABSTRACT v M C L C vi CH NG T NG QUAN .1 1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên c u, k t qu nghiên c u n c đƣ công b :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 1.1.1 T ng quan: .1 1.1.2 Các k t qu n c vƠ ngoƠi n c đƣ công b : 1.1.2.1 Các ng d ng c a công ngh Plasma th gi i: 1.1.2.2 Các ng d ng c a công ngh Plasma n 1.1.2.3 Khái ni m v n c: c u ng đóng chai vƠ tiêu chuẩn v n c u ng đóng chai :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.7 1.1.2.4 Th c tr ng ngu n n c Vi t Nam vƠ ph ng pháp x lý hi n nay: 12 1.1.2.5 Nghiên c u công ngh plasma c a đ i h c Zhejiang: 14 1.1.2.6 Nghiên c u công ngh Plasma: .20 1.1.2.7 Nghiên c u công ngh plasma c a ĐHSPKT TPHCM: .21 1.2 M c tiêu, khách thể vƠ đ i t ng nghiên c u: 23 1.2.1 M c tiêu nghiên c u: 23 1.2.2 Khách thể vƠ đ i t ng nghiên c u: 23 1.3 Nhi m v c a đ tài ph m vi nghiên c u: .24 1.4 Ph ng pháp nghiên c u: 24 vi 1.4.1 C s ph 1.4.2 Các ph CH ng pháp lu n: .24 ng pháp nghiên c u c thể: 24 NG C S Lụ THUY T 26 2.1 Ion hoá: .26 2.1.1 Đ nh nghĩa: .26 2.1.2 Năng l ng ion hoá: 26 2.1.3 B c Ion hóa: 26 2.2 S t ng tác gi a h t plasma: 29 2.2.1 Ti t di n hi u d ng: .29 2.2.2 Kho ng đ ng t trung bình: 29 2.2.3 T n s va ch m: 29 2.2.4 Va ch m đƠn h i: 30 2.2.5 Va ch m không đƠn h i: 30 2.2.5.1 Va ch m không đƠn h i lo i 1: 30 2.2.5.2 Va ch m không đƠn h i lo i 2: 30 2.3 Quá trình t o ch t oxi hoá: 31 2.3.1 T o ozone: 31 2.3.2 T o H2O2 (Hiđrô perôxít): 31 2.3.3 T o g c *OH có m c oxi hoá m nh: 32 2.4 Quá trình Oxy hóa: .33 2.4.1 Oxy hóa vòng benzene b ng OH*: .33 2.4.2 Oxy hóa vòng benzene b ng Ozon: .33 2.5 H th ng l c than ho t tính vƠ trao đ i ion: 34 2.5.1 L c than ho t tính :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ34 2.5.2 Quá trình làm m m n CH NG PH NG H c vƠ trao đ i ion :ầầầầầầầầầầầầầ.34 NG VÀ GI I PHÁP 36 3.1 Yêu c u đ tài thông s thi t k : 36 vii 3.1.1 Yêu c u đ tài 36 3.1.2 Ph ng án b trí n c c gi i pháp th c hi n : 36 3.1.2.1 Ph ng án 1: 36 3.1.2.2 Ph ng án : 37 3.1.2.3 Ph ng án 3: 37 3.1.2.4 Ph ng án 4: 38 3.1.2.5 Ph ng án : 38 3.1.2.6 Ph ng án 6: 39 3.1.2.7 Ph ng án 7: 39 3.1.3 Phân tích l a ch n ph ng án: .40 3.2 Thông s thi t k : 40 3.2.1 Quy trình x lý : 40 3.2.2 Thông s thi t k bu ng Plasma : 42 3.2.3 Nguyên lý làm vi c bu ng Plasma : 43 3.3 Ph ng h ng thi t k bu ng Plasma : .44 3.3.1 Ph ng án :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.44 3.3.2 Ph ng án :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.46 3.3.3 Ph ng án :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.48 3.4 Trình t công vi c tiên hành: .50 CH NG TÍNH TOÁN VÀ THI T K .51 4.1 Ch n v t li u cho h th ng :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.51 viii 4.2 Tính toán cho h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 51 4.2.1 T ng quan h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầ51 4.2.2 Ph n khung c a h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầ52 4.2.2.1 Yêu c u c a khung:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.52 4.2.2.2 B n v chi ti t ph n khung bu ng Plasma :ầầầầầầầầầầầ53 4.2.2.3 Tính toán đ b n khung:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 53 4.2.3 L u l ng n c qua h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 59 4.2.4 Tính công su t b m n c:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.60 4.2.5 Kho ng cách gi a hai n c c:ầầầầầầầầầầầầầầầầầ60 4.2.6 B ngu n Plasma:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 61 4.2.6.1 M ch u ch đ r ng xung:ầầầầầầầầầầầầầầầầ 61 4.2.6.2 M ch u ch nh t n s vƠ n áp:ầầầầầầầầầầầầầầ 63 4.3 Thi t b thí nghi m:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 63 4.3.1 S nh h ng c a n áp đ u đ n k t qu x lý nh b ng 1.2 :ầầầ66 4.3.2 S nh h ng c a dòng n đ n k t qu x lý : ầầầầầầầầầầ 67 4.3.3 nh h CH ng c a th i gian x lý đ n k t qu x lý : ầầầầầầầầầầ68 NG 5: CH T O, TH NGHI M VÀ ĐÁNH GIÁ :ầầầầầầầầầ 70 5.1 Ch t o, th nghi m:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầầ.70 5.1.1 Toàn b h th ng th c t :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 70 ix 5.1.2 B ngu n h th ng:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 71 5.1.3 Bu ng plasma:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.72 5.2 Đánh giá:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.73 5.2.1 Ch quan:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.73 5.2.2 Khách quan:ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 75 CH NG K T LU N VÀ KI N NGH :ầầầầầầầ.ầầầầầầầầ 81 6.1 K t lu n :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 81 6.2 Ki n ngh :ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ầ 81 TÀI LI U THAM KH Oầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 82 x DANH M C T VI T T T TCVN Tiêu Chuẩn Vi t Nam QCVN Quy Chuẩn Vi t Nam UV Ultraviolet radiation (Tia c c tím) BKHCNMT B Khoa H c Công Ngh Môi Tr BYT B YT AOAC Association of Official Analytical Chemists ( Hi p h i nhà hoá ng phân tích th ng ) HPLC High Performance Liquid Chromatography (Ph l ng hi u cao ) PVC Polyvinylchloride (nh a t ng h p) xi ng pháp s c ký DANH M C S Đ , HÌNH VẼ Hình 1.1: K t qu x lý b mặt kim lo i b ng plasma .6 Hình 1.2: Tr c x lý b mặt kim lo i Hình 1.3: Sau x lý b mặt kim lo i Hình 1.4: Tình tr ng ô nhi m ngu n n c hi n 12 Hình 1.5: Mô hình th c nghi mầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ14 Hình 1.6: (a) n c c b ng dung d ch n phơn, (b) n c c b ng đ ng 16 S đ 1.1: nh h ng c a v t li u lƠm n c c d S đ 1.2: nh h ng c a n S đ 1.3: Tr ng t i t c đ t o ozoneầ 15 c oxi giƠ thêm vƠo n c th i ầầầầ 17 ng h p ch có uv vƠ uv + h2o2 18 S đ 1.4: nh h ng c a công su t phóng n t i s phơn h y ch t ô nhi m18 S đ 1.5: nh h ng c a ph t i s phân h y ch t ô nhi m .19 S đ 1.6: nh h ng c a n ng đ dung d ch n phân t i t c đ s n sinh ozone công su t phóng n : .19 Hình 1.7: Quá trình ion hóa .20 Hình 1.8: K t c u mô hình th c nghi m 22 Hình 2.1: Oxy hóa vòng benzene b ng OH* 33 Hình 2.2: Oxy hóa vòng benzene b ng Ozon 33 Hình 3.1: Hai n c c đặt bên ngoƠi, gi a lƠ l p n môi (n c) .36 Hình 3.2: Hai n c c đặt đ u, l p n môi đặt bên .37 Hình 3.3: Hai n c c đặt đ u, l p n môi đặt gi a .37 Hình 3.4: Hai n c c đặt bên ngoƠi , gi a lƠ l p n môi (n c) 38 Hình 3.5: Hai n c c đặt đ u, l p n môi đặt bên 38 Hình 3.6: Hai n c c đặt đ u, l p n môi đặt bên 39 Hình 3.7: Hai n c c đặt tr c ti p n xii c .39 Hình 3.8: Quy trình x lý n c u ng đóng chai b ng công ngh plasma 41 Hình 3.9: Nguyên lý lƠm vi c c a bu ng plasma .44 Hình 3.10: Ph ng án 45 Hình 3.11: Ph ng án 47 Hình 3.12: Ph ng án 48 Hình 4.1: T ng quan toàn b h th ng 52 Hình 4.2: Thi t k ph n khung 53 Hình 4.3: Biểu đ l c c t momen .57 Hình 4.4: K t qu mô ph ng l c c t, chuyển v vƠ ng su t 57 Hình 4.5: Chuyển v d m 58 Hình 4.6: ng su t d m .59 Hình 4.7: M ch u ch nh đ r ng xung 62 Hình 4.8: Chu kỳ m t xung .62 Hình 4.9: M ch hi u ch nh t n s vƠ n áp 63 Hình 4.10: M ch t o dòng plasma 63 Hình 4.11: Bi n áp vô c p 64 Hình 4.12: Bi n áp cao áp flyback 64 Hình 4.13: Mô hình thí nghi m 65 Hình 4.14: nh h ng c a n áp đ u đ n k t qu x lý 67 Hình 4.15: nh h ng c a dòng n đ n k t qu x lý 68 Hình 4.16: nh h ng c a th i gian x lý đ n k t qu x lý 69 Hình 5.1: H th ng x lý th c t .70 Hình 5.2: Khâu chi t rót 71 Hình 5.3: M ch t o dòng plasma th c t 72 Hình 5.4: Bu ng plasma th c t 72 Hình 5.5: So sánh gi a h th ng plasma v i h th ng ph bi n ro nano b c 73 Hình 5.6: K t qu xét nghi m hóa lý t i trung tâm 75 xiii Hình 5.7: K t qu xét nghi m vi sinh t i trung tâm .76 Hình 5.8: K t qu xét nghi m vi sinh sau tháng t i trung tâm y t d phòng .77 Hình 5.9: K t qu xét nghi m hóa lý sau tháng t i trung tâm y t d phòng 78 Hình 5.10: K t qu xét nghi m hóa lý t i vi n Pasteur 79 Hình 5.11 K t qu xét nghi m vi sinh t i vi n Pasteur .80 xiv DANH M C B NG BI U B ng 1.1 : Ch tiêu hóa h c c a n c u ng đóng chai .8 B ng 1.2 Ch tiêu vi sinh v t c a n c u ng đóng chai 10 B ng 3.1 Thông s c a h th ng x lý n c u ng đóng chai 42 B ng 4.1 So sánh k t qu tính toán vƠ mô ph ng .59 B ng 4.2 Đi u ki n để t o tia l a n 61 B ng 5.1 Thông s b ngu n 71 xv CH CH T O, TH NG NGHI M & ĐÁNH GIÁ 5.1 Ch t o, th nghi m: 5.1.1 Toàn b h th ng th c t : Hình 5.1 : H th ng x lý th c t 70 Hình 5.2 : Khâu chi t rót 5.1.2 B ngu n h th ng: B ng 5.1 Thông s b ngu n Đi n áp (v) Tần s (hz) Ngõ vào 220 50 Ngõ 0-40000 6600-62500 71 Đ r ng ung Đi u ch nh Hình 5.3: M ch t o dòng Plasma thực t 5.1.3 Bu ng plasma: ả nh 5.4: Buồng plasma thực t 72 5.2 Đánh giá: 5.2.1 Ch quan: ả nh 5.5 : So sánh hệ thống Plasma với hệ thống phổ bi n RO Nano B c H th ng x lý n sau đ c u ng đóng chai b ng công ngh l c trao đ i ion vƠ Plasma c ch t o vƠ v n hƠnh đƣ đ t đ  Năng l cm ts ng:  Đi n áp s d ng 220 V  Nhi t đ th p (30 ậ 400C) 73 u điểm sau:  Kinh t :  Chi phí v n hành th p (ch t n ti n n)  Hi u qu x lý cao  Xƣ h i:  Thơn thi n môi tr ng  Không dùng hóa ch t nên ch t th i  Khoa h c:  Dùng công ngh xanh s ch ậ Plasma  Thi t k d ng modul nên thay đ i, nơng c p l u l  B o hƠnh, b o trì t t  Đ m b o đ t chuẩn theo QCVN 6-1:2010/BYT 74 ng d dàng 5.2.2 Khách quan: Hình 5.6 : K t qu xét nghiệm hóa lý t i trung tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng 75 Hình 5.7 : K t qu xét nghiệm vi sinh t i trung tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng 76 Hình 5.8 : t qu xỨt nghiệm vi sinh sau tháng t i trung tâm Y T Dự Phòng tỉnh Đồng Nai 77 Hình 5.9 : t qu xỨt nghiệm hóa lý sau tháng t i trung tâm Y T Dự Phòng tỉnh Đồng Nai 78 ả nh 5.10 : t qu xỨt nghiệm hóa lý t i viện Pasteur 79 ả nh 5.11 : t qu xỨt nghiệm vi sinh t i viện Pasteur 80 CH NG K T LU N & KI N NGH 6.1 K t lu n: Tác gi đƣ thi t k , ch t o vƠ kiểm tra h th ng x lý n c u ng đóng chai công su t 7m3/ngƠy b ng công ngh l c trao đ i ion k t h p Plasma V i công ngh Plasma, h th ng x lý nh g n, không s d ng hóa ch t, chi phí v n hƠnh th p vƠ đặc bi t lƠ hi u su t cao Đ i v i nghiên c u nƠy, ngu n plasma n 2A vƠ th i gian x lý 0.14s n c sau x n áp 20KV, dòng lý đ t tiêu chẩn theo QCVN 6- 1:2010/BYT 6.2 Ki n ngh : - Nghiên c u t i u hóa l ng cho vi c s d ng l ng th p nh t hi u su t x lý cao nh t - Nâng cao công su t x lý c a h th ng để đáp ng nhu c u x lý c a c s s n xu t quy mô l n, công ty - Nghiên c u x lý n c th i công nghi p, n 81 c nuôi tr ng th y s n, TĨI LI U THAM KH O Ti ng vi t Các ch tiêu hóa h c vi sinh c a n c u ng đóng chai liên quan đ n an toàn th c phẩm [QCVN 6-1:2010/BYT] Gs Ts L u Th Trình, Giáo trình C h c k t c u 2, NXB KHKT Hà N i ậ 2001 Quy t đ nh 1626/1997/QĐ-BKHCNMT v Quy đ nh t m th i v qu n lý ch t l ng n c khoáng thiên nhiên đóng chai vƠ n h c Công ngh vƠ Môi tr c u ng đóng chai c a B Khoa ng Lu n văn t t nghi p ắ Thi t k ch t o h th ng x lý n c th i y t công su t 05m3/ngày b ng công ngh Plasma - Nguy n Đ c Long Ti ng anh M M Kuraica, B M Obradović, D Manojlović, D R Ostojić and J Purić, application of coaxial dielectric barrier discharge for potable and waste water treatment, Faculty of Physics, PO Box 368, 11001 Belgrade, Serbia and Montenegro, Center for Science and Techn Development, 11001 Belgrade, Serbia and Montenegro, Faculty of Chemistry, PO Box 158, 11001 Belgrade, Serbia and Montenegro Vijay Nehra1, Ashok Kumar2 and H K Dwivedi3 , Atmospheric Non-Thermal Plasma Sources, 1Deptt of Electronics & Communication Guru Jambheshwar University of Science & Technology Hisar-125001, India; 2YMCA Institute of Engineering & Technology Faridabad-121006, India; 3R & D Head (PDP) Samtel Color Limited Ghaziabad-201001, UP, India 82 Jin-Oh JO, Y S MOK, In-situ production of ozone and ultraviolet light using a barrier discharge reactor for wastewater treatment, Department of Chemical and Biological Engineering, Jeju National University, Jeju 690-756, Korea Paraselli Bheema Sankar, measurement of air breakdown voltage and electric field using standad sphere gap method, Department of Electrical Engineering National Institute of Technology, Rourkela Rourkela-769008, India, Master of Technology Dr Philip D Rack, Plasma Physics, Department of Microelectronic Engineering, Rochester Institute of Technology, United State Ngu n khác 10 http://www.fotech.org/forum/index.php?showtopic=1742 11 http://vemaybay.mang.vn/ban-can-biet/852-ung-dung-cua-plasma-trong-cong- nghe-hang-khong 83 [...]... nghiên c u: Công vi c chính c a lu n văn nƠy lƠ nghiên c u th c tr ng ngu n n đóng chai c u ng các c s s n xu t trên đ a bàn Tp H Chí Minh và t nh Đ ng Nai và gi i thi u t ng quan v m t s công ngh x lý n đó phơn tích các u nh c điểm c a các ph c u ng đóng chai hi n nay, trên c s ng pháp x lý này sau đó đ xu t công ngh x lý m i ậ công ngh l c trao đ i ion và Plasma Nghiên c u lý thuy t v công ngh plasma, ... 974 . 27 15 Mangan, mg/l 0,4 16 Th y ngơn, mg/l 0,006 17 Molybden, mg/l 0, 07 18 Nickel, mg/l 0, 07 19 Nitrat , tính theo ion nitrat, mg/l 50 TCVN 6002:1995 (ISO 6333:1986); A ISO 11885:20 07; ISO 15586:2003 TCVN 78 77: 2008 (ISO 5666:1999); A AOAC 977 .22 TCVN 79 29:2008 (EN 14083:2003); A ISO 11885:20 07; ISO 15586:2003 TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986); A ISO 11885:20 07; ISO 15586:2003 TCVN 6180:1996 (ISO 78 90-3:1998);... ng n i h ng s ng c a con ng c, nâng cao ch t l i, h n ng cu c s ng và b o v ng d n và h c viên đƣ quy t đ nh ch n đ tài: c u ng đóng chai công su t 07 m3/ ngày “Thi t k và ch t o h th ng x lý n b ng công ngh l c trao đ i ion và Plasma 1.1.2 Các k t qu trong n ng pháp l c n 1.1.2.1 Các ph  Ph N ng pháp l c n c trên th gi i: c theo công ngh Nano : c do ngu n n c mƠ c trên cao t o ra lƠ đƣ có thể ho... k vƠ ch t o ắThi t k và ch t o h th ng x lý n ngh l c trao đ i ion và Plasma trong giai đo n th tr c u ng đóng chai b ng công ng n c u ng đóng chai đang khá ph c t p nh hi n nay có m t ý nghĩa h t s c to l n Đơy lƠ ph 2 c nghiên c u ng pháp x lý n c u ng m i, xanh s ch Nó kh c ph c đ c nh ng h n ch c a các ph ng pháp truy n th ng V i mong mu n đóng góp vƠo vi c b o v môi tr ch và gi m thiểu ô nhi m... 8288:1986); ISO 11885:20 07; ISO 15586:2003; 6 Cadmi, mg/l ISO 11885:20 07; AOAC 920.201 A TCVN 6635:2000 (ISO 9390:1990); A ISO 11885:20 07 AOAC 974 . 27; AOAC 986.15 7 Clor, mg/l 5 8 Clorat, mg/l 0 ,7 9 Clorit, mg/l 0 ,7 10 Crom, mg/l 0,05 ISO 73 93-1:1985, ISO 73 93-2:1985, A ISO 73 93-3:1990 TCVN 6494-4:2000 (ISO 10304- A 4:19 97) TCVN 6494-4:2000 (ISO 10304- A 4:19 97) TCVN 6222:2008 (ISO 9 174 :1998); 8 A Tên ch... t sau khi x lý s ch vƠ có đ h p th r t cao Plasma x y ra tr c ti p trên b mặt chi ti t nên quá trình x lý nhanh vƠ hi u qu Tóm l i, v i công ngh plasma, quy trình ph b mặt chi ti t đ t hi u qu cao, kinh t , b n vƠ thơn thi n v i môi tr ng Hình 1.2: Bề mặt kim lo i trước khi xử lý plasma 6 Hình 1.3: Bề mặt kim lo i sau khi xử lý plasma 1.1.2.3 Khái ni m v n  Khái ni m v n c u ng đóng chai vƠ các tiêu... đ nh t m th i v qu n lý ch t l ng n c khoáng thiên nhiên đóng chai vƠ n h c Công ngh vƠ Môi tr n c dùng để u ng đ ng thì ắ n c u ng đóng chai c a B Khoa c u ng đóng chai (Bottled drinking water) là c đóng chai không ph i lƠ n c khoáng thiên nhiên vƠ có các đặc điểm sau :  L y t các gi ng khoan c a các m ch n th vƠ qua x lý b ng các ph  Đóng chai t i ngu n n đ m các yêu c u v ch t l  Các tiêu chuẩn... c u: ng nghiên c u c a đ tƠi lƠ th c tr ng ngu n n đóng chai hi n nay đang s d ng các công ngh cũ để x lý n n c u ng c d n đ n tình tr ng c u ng sau x lý không đ t yêu c u theo QCVN 6-1:2010/BYT, đi u này gây nguy h i đ n s c kh e con ng i vƠ c ng đ ng Nghiên c u công ngh l c trao đ i ion, công ngh plasma, vƠ s k t h p hai công ngh đ n hi u su t x lý các ch t theo QCVN 6-1:2010/BYT có trong n 23 c... t h n 1.1.2.2 Các ng d ng c a công ngh Plasma trong n  H th ng x lý n N c: c th i y t b ng công ngh Plasma : c th i y t ch a m t l ng l n các vi sinh v t, kim lo i nặng, hóa ch t đ c h i, đ ng v phóng x v.v Các h th ng x lý hi n có h u h t đ u s d ng công ngh cũ, chi phí đ u t th p nh ng không đ m b o ch t l đ b n c a h th ng Công ngh x lý n nay ậ công ngh plasma ậ công ngh đ thí nghi m năng l đ... c plasma, quá trình ion hóa và oxy hóa và phân h y các t p ch t vô c , h u c có trong n và b o v môi tr c th y c c, ch t o bu ng plasma, ti t ki m năng l ng Xây d ng mô hình th c nghi m, l y m u n hành x lý Trên c s k t qu x lý, đánh giá s nh h ng c th y c c và ti n ng c a đi n áp, dòng đi n, th i gian x lý, tính toán các thông s c b n để thi t k và ch t o h th ng, tính kinh t cho h th ng đƣ ch n và