Hoạt hóa điện hóa (HHĐH) là tổng các tác động điện hóa và điện lí lên nước tại lớp điện kép trên bề mặt điện cực trong một buồng điện phân có màng ngăn trong điều kiện điện tích được vận chuyển không cân bằng qua ranh giới “điện cực - chất điện ly” trong khi các sản phẩm điện phân được khuấy trộn mãnh liệt. Kết quả là nước được đưa lên trạng thái kích thích giả bền (hoạt hóa), thể hiện khả năng phản ứng cao và các tính chất lí-hóa dị thường kéo dài hàng chục giờ. Hiện tượng HHĐH được phát hiện năm 1975 bởi KS người Nga V. M. Bakhir và năm 1984 được Viện HLKH Liên Xô chính thức công nhận như một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực điện hóa ứng dụng.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 50 (6) (2012) 923-941 NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HOẠT HĨA ĐIỆN HĨA Ở VIỆT NAM Nguyễn Hồi Châu*, Ngô Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà Viện Công nghệ môi trường, Viện KHCNVN, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội * Email: nhchau.iet@gmail.com Đến Tòa soạn: 17/12/2012; Chấp nhận đăng: 24/12/2012 TĨM TẮT Hoạt hóa điện hóa (HHĐH) tổng tác động điện hóa điện lí lên nước lớp điện kép bề mặt điện cực buồng điện phân có màng ngăn điều kiện điện tích vận chuyển khơng cân qua ranh giới “điện cực - chất điện ly” sản phẩm điện phân khuấy trộn mãnh liệt Kết nước đưa lên trạng thái kích thích giả bền (hoạt hóa), thể khả phản ứng cao tính chất lí-hóa dị thường kéo dài hàng chục Hiện tượng HHĐH phát năm 1975 KS người Nga V M Bakhir năm 1984 Viện HLKH Liên Xơ thức cơng nhận hướng nghiên cứu lĩnh vực điện hóa ứng dụng Trong số tất loại dung dịch sát trùng có hoạt tính cao với độc tính thấp biết từ trước đến nay, dung dịch anolit trung tính sản xuất thiết bị hoạt hóa điện hóa có nhiều ưu điểm đặc biệt hoạt tính khử trùng trì mức độ cao, có nồng độ chất ơxy hóa dung dịch thấp thành phần chúng biến đổi theo thời gian nên vi khuẩn khơng có khả thích nghi chống lại Hợp tác với Viện Các Hệ thống Điện hóa Công nghệ VS Bakhir thuộc VHLYH Nga, năm qua Viện CNMT thuộc VKHCNVN sở mô đun HHĐH khác nhập từ LB Nga thiết kế chế tạo thành công số chủng loại thiết bị HHĐH, đồng thời cải tiến sơ đồ dòng chảy số thiết bị HHĐH kiểu STEL phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam Các thiết bị Viện CNMT chế tạo đưa vào ứng dụng có hiệu nhiều sở y tế, sản xuất khắp đất nước, góp phần thiết thực vào việc giảm thiểu nhiễm môi trường nâng cao sức khỏe người lao động Từ khóa: hoạt hóa điện hóa, anolit, catolit, hoạt tính khử trùng CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH HOẠT HĨA ĐIỆN HĨA Trong số tất loại dung dịch sát trùng có hoạt tính cao với độc tính thấp biết từ trước đến nay, dung dịch anolit trung tính sản xuất thiết bị hoạt hóa điện hóa (HHĐH) có nhiều ưu điểm bật [1 - 3] Điều khiến nhà y học đặc biệt quan tâm dung dịch khử trùng chỗ chúng không cho phép vi khuẩn thích nghi chống lại tác Nguyễn Hồi Châu, Ngô Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà dụng chúng Thực vậy, kinh nghiệm hai chục năm sử dụng dung dịch anolit STELANK nhằm thay chất khử trùng truyền thống tất bệnh viện thành phố Maxcơva (Nga) khẳng định không chủng vi khuẩn kháng thuốc tìm thấy sau [3] Đã có nhiều cơng trình cơng bố nước oxy hóa điện hóa (electrolyzed oxidating water) [4 - 13], yếu tố diệt khuẩn chủ yếu dựa vào axit hypoclorơ HOCl tạo trình điện phân dung dịch muối NaCl buồng điện phân có màng ngăn với điện cực dạng phẳng nằm cách xa nhau, khơng thể hiệu ứng hoạt hóa khơng có khả loại bỏ nguy nhờn thuốc vi sinh vật gây bệnh Quan sát sơ đồ điển hình thiết bị chuyên sản xuất nước oxy hóa điện hóa [4] dẫn hình thấy thiết bị bình điện phân bình thường có màng ngăn, ngồi axit HOCl oxygen khơng tìm thấy chất oxy hóa khác Hiện tượng hoạt hóa điện hóa (HHĐH) kĩ sư người Nga Bakhir V M phát năm 1975 trình nghiên cứu khả điều chỉnh tính Tại khoang anốt: chất dung dịch khoan phương 2NaCl → Cl2 + 2e- + 2Na+ 2H2O → H+ + O2 + 4epháp điện hóa [14] Hoạt hóa điện hóa Cl2 + H2O → HOCl + HCl tổng tác động điện hóa điện lí lên Tại khoang catốt: nước lớp điện kép bề mặt điện cực 2NaCl + 2OH- → 2NaOH + Cltrong buồng điện phân có màng ngăn 2H2O + 2e- → 2OH- + H2 điều kiện điện tích vận chuyển không cân qua ranh giới “điện cực Hình Sơ đồ thiết bị sản xuất nước oxy hóa điện chất điện li” sản phẩm điện hóa từ dung dịch muối ăn [4] phân khuấy trộn mãnh liệt Kết nước đưa lên trạng thái kích thích giả bền (hoạt hóa), thể khả phản ứng cao tính chất lí - hóa dị thường Địên hóa hoạt hóa kéo dài hàng chục Nước hoạt WP hóa vùng anốt đặc trưng hoạt Điện hóa bình thường tính thiếu điện tử, thể tính chất ơxy hóa, gọi anolit Tương tự vậy, •d nước hoạt hóa vùng catốt cho hoạt tính dư điện tử, thể tính chất •c khử, gọi catolit b• Quá trình điện phân khảo sát Khoảng cách điện tử-hạt nhân, r3 r1 r2 chi tiết khoảng gần kỉ kể từ • a phát minh Thế nay, tính tốn cân lượng Hình Đường cong chất tiêu hao cho trình điện phân, người ta q trình điện hóa: (1) đường điện hóa bình khơng có kết tương ứng với thường; (2) đường điện hóa hoạt hóa catốt; lí thuyết: phần lượng (3) đường điện hóa hoạt hóa anốt 924 Nghiên cứu phát triển ứng dụng cơng nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam đưa vào bị mà không rõ nguyên nhân Để hiểu cân lượng đó, trước hết xét q trình điện phân cổ điển, dòng điện chiều cho chạy qua hai điện cực dung dịch điện ly khơng có màng ngăn Kết thành phần hóa học dung dịch thay đổi: vùng catốt điện tử liên kết với ion phân tử tạo sản phẩm khử, vùng anốt ion phân tử bị điện tử, nghĩa chất tan bị ôxy hóa Trong nước chất lỏng trung tính mặt hóa học, chất điện ly yếu ln có chất hòa tan Trong q trình điện phân khu vực gần catốt thể tính chất kiềm rõ ràng, vùng anốt – tính chất axit Hiện tượng khơng có khác thường nên bị nhà điện hóa bỏ qua, lẽ quan tâm chủ yếu họ sản phẩm cụ thể nhận sau trình điện phân [15] Tuy nhiên, nhà khoa học điện hóa thống với điểm chung lượng cấp cho trình điện phân chủ yếu sử dụng cho việc thực phản ứng hóa học tăng cường động nguyên tử, phân tử ion thể dạng phát tán nhiệt Tác giả phát minh tượng HHĐH đề xuất giả thuyết cho phần lượng tiêu hao nhằm làm tăng nội thành phần có mặt dung dịch điện ly nhiệt độ áp suất hệ phản ứng không thay đổi [16] Sự gia tăng khơng liên quan đến q trình chuyển mức lượng điện tử, mà tăng giảm bán kính quỹ đạo điện tử mức lượng chúng (hình 2) Cụ thể là, vùng catốt bán kính quỹ đạo điện tử giãn ra, vùng anốt bị co lại (các đường cong tương ứng) Dễ dàng nhận thấy hai trường hợp nội chất tăng bán kính quỹ đạo điện tử dịch khỏi vị trí cân Như vậy, lượng dư nguyên tử làm cho chúng tồn trạng thái kích thích giả bền, thể khả phản ứng cao trình phục hồi từ trạng thái kích thích trạng thái cân Hiển nhiên lượng dư nội chuyển động (dưới dạng nhiệt năng) hoạt tính nước giảm dần giá trị không Trong bể điện phân bình thường tượng hoạt hóa nhanh trình khuấy trộn khuếch tán Nhưng nước xử lí điện trường đơn cực nhờ loại bỏ khuấy trộn phần dung dịch điện ly khu vực anốt catốt, tượng hoạt hóa trì lâu thời gian thể hoạt tính cao nước sau điện phân dài so với thời gian sống điện tử hydrat hóa gốc tự hình thành trình tác động điện hóa Sự ngang nhiệt độ chất trước sau hoạt hóa chứng tỏ động khơng thay đổi Khi thay đổi tính chất hóa-lí chất có mặt hệ khả phản ứng chúng sau hoạt hóa thay đổi nội năng, mà thước đo theo định nghĩa vật lí cổ điển khoảng cách trung bình hạt chất, nói cách khác, mật độ chất Đồng thời, sau dừng tác dụng hoạt hóa thời gian định, mật độ chất trở giá trị ban đầu Như vậy, chất gọi hoạt hóa dự trữ nội tác dụng yếu tố bên ngồi tạm thời không tương ứng với giá trị cân nhiệt động học nhiệt độ áp suất Tương tự vậy, tác động xem hoạt hóa làm cho nội chất tạm thời xê dịch khỏi giá trị cân nhiệt động học Thuật ngữ “năng lượng tác động hoạt hóa” cần hiểu phần lượng tương tác không cân lưu lại chất dạng phát tán dần để chuyển thành nhiệt Nói chung q trình hoạt hóa tồn hai trình phục hồi theo động (nhiệt năng) theo thường khác đáng kể thời gian, trình thứ diễn nhanh nhiều so với trình thứ hai mà kết khẳng định nhiều số liệu thực nghiệm [17] 925 Nguyễn Hồi Châu, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà MƠ ĐUN PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA – HIỆN THỰC ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ Để thực q trình HHĐH, nhiều hệ thống điện hóa kĩ thuật đặc biệt thiết kế chế tạo, phận quan trọng buồng điện hóa dòng chảy có màng ngăn gọi PEM (проточный электрохимический модульный, tiếng Anh FEM – flow-through electrolytic module) Trong thiết kế đa dạng mơ đun điện hóa dòng chảy, PEM-3 mẫu có kết cấu hồn thiện gọn nhẹ (hình 3a), sử dụng rộng rãi q trình cơng nghệ điện hóa Khác biệt mô đun PEM so với loại buồng điện hóa khác kết hợp độc đáo đặc trưng kết cấu, kích thước hình học, tham số vật lí điện hóa [18]: • Các tế bào PEM chế tạo dạng mơ đun, có kích thước trọng lượng nhỏ (hình 3a), với suất hiệu kinh tế cao, cho phép sử dụng quy trình công nghệ quy mô công nghiệp hệ điện hóa quy mơ gia đình Catốt Anốt Màng ngăn a b Hình Buồng điện hóa dòng chảy PEM-3 (a) mặt cắt mô tả chuyển động xoắn ốc dòng anolit catolit q trình HHĐH (b) • Điện cực làm từ Titan tinh khiết nhãn hiệu BT1- (BT1- 00) Bề mặt điện cực anốt phủ lớp ôxit TiO2 (với thành phần ôxy ôxit nhỏ tỷ lượng (TiO2-x) nhằm tăng thêm độ dẫn điện cực) sau phủ thêm ôxit kim loại quý bạch kim (PTA), hỗn hợp Ir-Ru-Sb, Ir-Ru-Ti Ru (ORTA) nhằm mục đích tăng tuổi thọ anốt qúa phân cực (3000 mV) • Màng ngăn chế tạo từ vật liệu gốm sở ôxit nhôm với ơxit ytri zirconi có độ bền cực cao Màng ngăn thiết kế cách bề mặt điện cực khoảng 1,5 mm tuyệt đối song song với chúng Tỉ lệ khoảng cách màng ngăn điện cực theo chiều cao tính tốn thiết kế đặc biệt xác nhằm đảm bảo cho tốc độ chuyển động vi thể tích nước khơng thay đổi theo chiều dài điện cực; có tính lọc yếu nhờ loại trừ hoàn toàn xáo trộn vật lí anolit với catolit đảm bảo màng giữ nguyên kích thước điều kiện áp suất xun màng thay đổi (tới kg/cm2); có tính lưỡng cực có khả hấp phụ hạt điện tích dương mặt hướng anốt, mặt hướng catốt – hấp phụ điện tích âm, nhờ giảm điện trở dung dịch điện ly có độ khống hóa thấp, đồng nghĩa với việc giảm chi phí điện q trình hoạt hóa điện hóa; tạo điều kiện thuận lợi để dung dịch điện phân chyển động khoang anốt catốt theo đường xoắn ốc nhờ vi thể tích nước tiếp xúc tối đa với lớp điện kép bề mặt điện cực (hình 3b) Ngồi ra, cách lựa chọn tối ưu mật độ dòng điện hiệu áp hai khoang điện phân sử dụng màng ngăn màng chọn lọc ion 926 Nghiên cứu phát triển ứng dụng cơng nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam • Trong hệ thống điện hóa xử lí nước tế bào PEM kết nối song song nối tiếp thành mơ đun dòng chảy thống liên hồn mà hệ điện phân truyền thống khác có • Mạch điện mơ đun PEM nối song song, nối tiếp nối đồng thời song song-nối tiếp, cho phép giữ nguyên cấu hình dòng chảy dễ dàng chuyển mạch từ sơ đồ điện phân với điện trường lưỡng cực, nghĩa PEM điện áp (sơ đồ mạch điện nối tiếp), sang sơ đồ điện phân với điện trường đơn cực (monopolar), nghĩa điện áp dùng cho tất PEM (sơ đồ mạch điện nối song song) sơ đồ điện phân kết hợp điện trường đơn cực điện trường lưỡng cực (sơ đồ mạch hỗn hợp song song nối tiếp) Ứng dụng hiệu ứng HHĐH vào thực tiễn nhằm hoạt hóa hệ thống nước mang giá trị định hướng bảo vệ thiên nhiên, góp phần khơng nhỏ vào việc giải vấn đề sinh thái nhiều lĩnh vực khác cách giảm thiểu chi phí nước, hóa chất độc hại, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng công nghệ không chất thải Mặc dù vậy, cơng nghệ có sử dụng hiệu ứng hoạt hóa cho hệ thống nước chưa nhận ủng hộ rộng rãi Nguyên nhân tính phức tạp chất lí - hóa thiếu vắng phương pháp phân tích đáng tin cậy để kiểm sốt thay đổi diễn hệ dung dịch nước tác dụng hiệu ứng HHĐH Trên sở buồng điện hóa PEM-3 nhà khoa học Nga Viện Nghiên cứu Thử Nghiệm Công nghệ y học thuộc Bộ Y tế LB Nga (nay Viện Các hệ thống Cơng nghệ điện hóa V Bakhir) chế tạo đưa vào sản xuất hàng loạt thiết bị HHĐH có tên gọi chung STEL, cho phép sản xuất từ dung dịch muối ăn dung dịch anolit có hoạt tính khử trùng đặc biệt cao nhờ có chứa chất ơxy hóa hoạt động HOCl, ClO2, H2O2, ozon, ơxy nguyên tử, ôxy phân tử đơn 1O2, gốc tự HO•, HO2•, ClO v.v… Các chất ơxy hóa sau thực công việc khử trùng chủ yếu trở dạng chất không gây độc hại cho môi trường Điều đáng lưu ý chất ôxy hóa giả bền sinh thể sống trình thực bào Các tế bào động vật cao cấp vòng đời mình, thí dụ phản ứng cytochrom P-450 trình thực bào làm tê liệt tế bào vi khuẩn, sản sinh sử dụng hàng loạt chất ơxy hóa hoạt tính cao O2-, O•, 1O2, H2O2, HO2•, HO•, ClO- v.v Hình Thiết bị STEL-10N-120-01 hãng Monsanto (USA) chế tạo, cơng suất kW suất 1000 lít/giờ 927 Nguyễn Hồi Châu, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà Khoa học ngày xác định tác nhân oxy hóa hoạt tính cao tạo chủ yếu từ hydrogen peroxit axit hypoclorơ (HClO) có tế bào thực bào [19] Trong nhịp thở có tới 28 % tổng số khối lượng ôxy bạch cầu trung tính tiêu thụ sử dụng để tạo HClO Axit hypoclorơ tiểu thực bào tạo từ hydrogen peroxit ion clorua Phản ứng xúc tác men myeloperoxidaza (MPO): H2O2 + Cl→ [Cat(MPO)] → HOCl + OHĐồng thời, phân hủy tự nhiên H2O2 môi trường nước ln tạo chất có hoạt tính kháng khuẩn cao như: HO2- - anion hydroperoxit (H2O2 + OH- → HO2- + H2O); O22- peroxit-anion (OH- + HO2- → O22- + H2O); O2- - superoxit-anion (O22- + H2O2 → O2- + OH- + OH•); HO2• - gốc hydrogen peroxit (HO• + H2O2 → HO2• + H2O); HO2 - hydrogen superoxit (O2- + H2O → HO2 + OH-) Ngoài ra, hình thành phân tử ơxy đơn hoạt động 1O2: (ClO- + H2O2 → 1O2 + H2O + Cl-) Vì thể động vật máu nóng phải sở hữu hệ thống chống ôxy hóa mạnh để ngăn chặn tác dụng độc hại thành phần oxy hóa nói cấu trúc tế bào quan trọng thể sống Màng tế bào động vật máu nóng bảo vệ lớp lipoprotein với nhiều liên kết đi-en có khả cho điện tử nên vơ hiệu hóa tác nhân oxy hóa này, tế bào vi sinh vật khơng có lớp bảo vệ nói nên chúng dễ dàng bị tiêu diệt tác dụng chất oxy hóa nói [18] Có thể thấy chất oxy hóa hoạt tính cao dung dịch anolit ANK điều chế thiết bị HHĐH kiểu STEL có thành phần tương tự chất oxy hóa tạo tế bào thực bào động vật cấp cao Các tác nhân oxy hóa tồn trạng thái giả bền, nên thành phần chúng thay đổi theo thời gian, khơng lồi vi khuẩn thích nghi chống lại tác dụng chúng [18] Nhờ có tính chất đặc biệt mà thiết bị HHĐH kiểu STEL chuyên sản xuất dung dịch anolit ANK sử dụng rộng rãi nhiều nước phát triển giới Anh, Pháp, Ý, Tây Ban Nha, Phần Lan, Mỹ, Brazil, Nam Phi v.v Hình trình bày thiết bị STEL 10N-120-01 hãng Monsanto (USA) chế tạo theo quyền Tổ hợp KH-SX “EKRAN” Liên bang Nga (Viện Các Hệ thống điện hóa Cơng nghệ VS Bakhir thành viên Tổ hợp này), cơng suất 1000 lít/giờ, sử dụng xí nghiệp chăn ni gia cầm trại lính qn đội Mỹ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HHĐH Ở VIỆT NAM Những năm gần Viện Công nghệ môi PEM-3 trường sở mô đun PEM-3 nhập từ Nga chế tạo thành công thiết bị HHĐH kiểu STEL tên gọi ECAWA, cho phép điều chế dung dịch anolit trung tính (gọi tắt ANK) với công suất từ 20 - 500 lit/giờ, ôxy hóa khử ORP 800 - 900 mV nồng độ clo hoạt tính 300-350 mg/lít Sơ đồ nguyên lí hoạt động Nước muối thiết bị ECAWA thu nhận dung dịch anolit trung ≤ 5g/L tính dẫn hình 5, dung dịch muối NaCl lỗng trước tiên dẫn vào khoang catốt để tạo sản phẩm có pH 10 - 11 Hình Sơ đồ nguyên lí hoạt động thiết bị chứa vi bọt khí hydro Sau tách ECAWA sản xuất anolít ANK phần khí thải khoảng 20 – 25 % lưu lượng dạng catolit, dung dịch dẫn vào 928 Nghiên cứu phát triển ứng dụng cơng nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam buồng anốt để thu nhận dung dịch anolit trung tính ANK (pH 6,5 – 7,5) Hình trình bày hệ thiết bị ECAWA-60 Viện CNMT thiết kế chế tạo sở mô đun PEM-3 nhập từ Nga Ngày thiết bị ECAWA với công suất khác Viện CNMT chế tạo đưa vào áp dụng nhiều sở y tế, chăn nuôi chế biến thủy sản nước Các thiết bị ECAWA hoạt động có hiệu nhiều sở y tế từ cấp huyện trở lên tồn quốc Các thơng số kĩ thuật thiết bị hoạt hóa điện hóa ECAWA-60 cơng suất 60lít/giờ Viện CNMT thiết kế chế tạo thể bảng Số liệu dẫn cho thấy việc sản xuất chỗ dung dịch anolit đơn giản kinh tế, cần 300g muối ăn 0,4 kWh điện sau sản xuất 60 lít dung dịch anolit trung tính với ORP đạt 800 - 900 mV nồng độ clo hoạt tính 300 - 350 mg/lít, để khử trùng mặt sản xuất, dụng cụ lao động sản phẩm chế biến thủy sản người ta thường sử dụng nồng độ anolít khoảng 50 - 100 ppm Trong vài thập kỉ qua Viện Các Hệ Hình Hệ thiết bị ECAWA-60 Viện CNMT thống Điện hóa Cơng nghệ thiết kế chế tạo (CHTĐH&CN) thuộc Viện HLYH Nga tiếp tục nghiên cứu phát triển cải tiến loại thiết bị HHĐH, đặc biệt thiết bị kiểu STEL nhằm tới mục tiêu tạo phương tiện khử trùng ngày mang tính thân mơi trường hơn, hoạt tính khử trùng cao với trạng thái giả bền kéo dài Để đạt mục tiêu nhà nghiên cứu Viện CHTĐH&CN thiết kế chế tạo số kiểu PEM với kết cấu thành phần lớp phủ điện cực cải tiến, cho phép thu nhận dung dịch ANK hoạt tính cao sử dụng nồng độ muối ngày thấp, với TDS không lớn TDS nước máy, đồng thời thiết kế sơ đồ dòng chảycủa thiết bị STEL, cho phép không sử dụng chất điện li chứa clo, đáp ứng đầy đủ nhiệm vụ đề Bảng Các thông số kĩ thuật thiết bị ECAWA-60 Viện CNMT thiết kế chế tạo Thông số kĩ thuật - Nồng độ muối đầu vào - Dòng điện - Điện áp - Lưu lượng Anơlít - pH - Thế ơxy hóa khử (ORP) - Nồng độ chất ơxy hóa* - Chi phí điện năng: - Số lượng mô đun PEM-3 Đơn vị tính g/lít A V lít/giờ đv mV mg/lít kWh Giá trị đo 4-6 6-8 38,0 – 42,0 60 ± 2,0 6,5 - 7,5 800 ± 900 300 - 350 0,4 *Nồng độ chất ơxy hóa có mặt dung dịch anolít quy nồng độ clo hoạt tính xác định cách chuẩn độ lượng iốt tạo thành với dung dịch thiosunphat 929 Nguyễn Hồi Châu, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà Kết nghiên cứu thu cho phép nhà khoa học Viện CHTĐH&CN chế tạo thiết bị STEL kiểu kèm theo sơ đồ dòng chảyđộc đáo, cho phép hoạt hóa dung dịch điện li có nồng độ muối thấp khơng chứa clo, muối sunfat, phosphat, cacbonat, acetat , dung dịch ANK thu giữ hoạt tính giả bền cao Kết nghiên cứu có ý nghĩa xét theo quan điểm an toàn sinh thái hiệu qủa tác dụng sản phẩm Bởi dung dịch anolit chứa lượng muối dư cao, khả ăn mòn cao, làm cho protein tế bào sinh vật co rút lại làm cho tiếp cận chất oxy hóa với tế bào vi khuẩn bị cản trở dẫn đến hiệu sát trùng anolit bị suy giảm [20] Ngoài ra, nguồn nước cần xử lí có chất hữu cơ, chất oxy hóa chứa clo có nguy tạo chất halogen metan có khả gây ung cho người sử dụng Hình mơ tả biến thiên hàm lượng muối dùng để tổng hợp dung dịch anolit ANK có tổng nồng độ chất oxy hóa theo giai đoạn phát triển thiết bị HHĐH thể Giai đoạn thuộc hệ thiết bị sản xuất anolit có pH thấp, đòi hỏi lượng muối tiêu hao lớn g/lít có tính ăn mòn cao hiệu chuyển hóa muối khơng cao Giai đoạn – hệ thiết bị STEL-ANK (STEL-ANK-120-10N) có mức độ tiêu hao muối ăn g/lít tạm gán cho chúng tên ANK “kinh điển” thiết bị hệ sử dụng rộng rãi nhiều quốc gia giới Giai đoạn hệ thiết bị STEL nhất, mà đại diện điển hình chủng loại thiết bị STEL-ANK-M STEL-ANK-PRO Trên hình 7b thấy thiết bị HHĐH thuộc hệ có số tiêu hao muối đạt tới mức độ gần lí tưởng – 1g/lít, tương đương nồng độ TDS nước máy a) Chi phí muối, g/lít s ăn mòn cao b) Nước máy, ≤ 1g/lít Nồng độ tổng chất oxy hóa, mg/l Hình Chi phí muối cho việc tổng hợp dung dịch ANK có nồng độ tổng chất oxy hóa biến thiên theo giai đoạn phát triển thiết bị HHĐH (a), so sánh với TDS nước máy (b) Hình Thiết bị HHĐH hệ II ECAWA-D-500, cơng suất 500 lít/giờ, viện CNMT thiết kế chế tạo 930 Nghiên cứu phát triển ứng dụng cơng nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam Cùng với việc triển khai đưa vào áp dụng nước ta loại thiết bị HHĐH khác mà viện Các Hệ thống Điện hóa Cơng nghệ liên tục đưa vào cải tiến ngày tiên tiến hơn, VCNMT tiến hành nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị HHĐH chủ yếu nhằm mục đích tìm khác biệt sơ đồ lắp đặt thiết bị, tính chất giả bền dung dịch HHĐH đặc trưng khử trùng chúng điều kiện cụ thể Việt Nam để nâng cao hiệu ứng dụng công nghệ HHĐH nước ta Trên sở sử dụng mô đun PEM-3 nhập từ LB Nga Viện CNMT chế tạo thành công thiết bị HHĐH kiểu STEL-ANK “kinh điển” với cơng suất từ 20 - 500 lít/giờ Các thiết bị hoạt động khắp miền đất nước Hình trình bày thiết bị HHĐH hệ II ECAWA D500 Viện CNMT chế tạo cho phép thu nhận 500 lít/giờ anolit ANK với nồng độ clo hoạt tính 300 - 350 mg/lít ORP = 800 - 900 mV Tính loại thiết bị STEL thuộc hệ phía đối tác Nga chuyển giao [21] nghiên cứu đánh giá Khác với dạng thiết bị HHĐH khác, sơ đồ dòng chảy thiết bị kiểu STEL phần catolit cho hòa trộn với dòng anolit đầu để thu nhận dung dịch anolit trung tính ANK Hình 9, 10, 11 dẫn thiết bị STEL thuộc hệ 3, thiết bị hệ sử dụng buồng điện hóa PEM-3 (STEL-120-10N-01), hai thiết bị thuộc hệ sử dụng mơ đun MB-11 MB-26 Hình ảnh mơ đun MB-11 MB-26 thể hình 12 cho thấy MB-11 có kích thước tương tự mơ đun PEM-3 (xem hình 3), MB-26 có kích thước lớn đáng kể Hình cho thấy thiết bị hệ STEL120-10N dung dịch ANK “kinh điển” điều chế cách trước tiên cho dịch muối chạy qua khoang catốt mô đun FEM-3 sau hướng vào buồng anốt Anolit trung tính thu có nồng độ clo hoạt tính 300 - 350 mg/l với TDS ~ 5000 mg/lít Catholyte Anolit Anolyte PEMPEM-3 MB-26 MB-11 c + ° - ° ° Anolit Catolit + - ° Catolit Nu ? c Nước PA > PC Hình STEL-120-10N-01 Độ khống hóa ≥ 5000 mg/L; [Ox] = 300 - 350 mg/L; Công suất = 15-20L/giờ Mô đun PEM-3 NaCl Hình 10 STEL-ANK-M Độ khống hóa: ≤ 1000 mg/L; [Ox] = 500 - 800 mg/L; Công suất = 15-20L/giờ; Mô đun MB-11 Hình 11 STEL-ANK-PRO Độ khống hóa: ≤ 1000 mg/L; [Ox] = 500 - 800 mg/L; Công suất = 100L/giờ; Mơ đun MB-26, Hình 10 thể ngun lí hoạt động thiết bị STEL-ANK-M: Dòng nước máy trước làm trao đổi ion dẫn vào điều hòa catolit, phần nước vào khoang catốt để tham gia vào chu trình chuyển động quay vòng catolit nhờ lực đẩy lên vi bọt khí hydro hình thành bề mặt catốt trình điện phân (xem hướng mũi tên hình vẽ) Đồng thời dung dịch muối nồng độ 50 - 60 g/l bơm định lượng vào khoang anốt mơ đun điện hóa MB-11 với lưu lượng nhỏ 50 lần lưu lượng nước đầu vào, 931 Nguyễn Hồi Châu, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà cho sau pha trộn với dòng catolit thu nhận dung dịch anolit trung tính với TDS khơng vượt q g/l, nghĩa xấp xỉ hàm lượng TDS nước sinh hoạt Điều quan trọng, độ khống hóa nhỏ thời gian sống chất ơxy hóa giả bền kéo dài nhờ có lớp vỏ hydrat vững bao quanh [20] Dung dịch ANK “M” thu với lưu lượng 15 l/giờ có nồng độ chất oxy hóa 480 - 500 mg/l tính theo clo hoạt tính TDS ≤ 1000 mg/l MB-11 MB-26 Hình 12 Mơ đun MB-11 MB-26 Hình 11 trình bày sơ đồ dòng chảycủa thiết bị STEL-ANK-PRO sản xuất dung dịch anolit trung tính ANK-PRO cơng suất 100 lít/giờ Thiết bị gồm mơ đun MB-26, dung dịch muối đầu vào (nồng độ 100 - 150 g/l) xử lí anốt với màng ngăn chọn lọc ion cho phép thu nhận dung dịch catolit nồng độ cao, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết tủa loại bỏ hydroxit kim loại nặng dung dịch muối Trong thiết bị dòng catolit quay vòng tạo hoàn toàn lượng nước thấm từ khoang anốt sang Nước máy đưa vào trao đổi nhiệt có nhiệm vụ làm mát dòng catolit chuyển động chu trình kín bão hòa hydro, đồng thời pha lỗng catolit trước vào buồng tuyển (3) sau lên ngăn buồng (4) nhập với dòng anolit từ khoang anốt đến để thu nhận dung dịch anolit trung tính ANK-PRO Dung dịch ANK-PRO thu có nồng độ clo hoạt tính khoảng 500 mg/l TDS khơng vượt q 1000 mg/l Hình ảnh MB-11 MB-26 dẫn hình 12 cho thấy khác biệt kích thước hình học chúng: MB-11 có kích thước tương tự PEM-3 khác biệt thành phân lớp phủ anốt, MB-26 có kích lớn đáng kể Bảng Đặc trưng lí-hóa dung dịch anolit ANK sản xuất thiết bị STEL cải tiến so sánh với dung dịch hypoclorit natri [21] Tên dung dịch điện hóa Anolit ANK “kinh điển” Anolit ANK “M” Anolit ANK-PRO Nước Javen Thiết bị điều chế, đặc trưng STEL-120-10N-01, công suất 60l/giờ STEL-ANK “M”, mô đun MB-11, công suất 15l/giờ STEL-ANK-PRO, mô đun MB-26, công suất 100l/giờ Bình điện phân khơng màng ngăn Đặc trưng lí hóa dung dịch anolit ANK [Cl] , ORP, TDS, act pH (mV) (mg/l) (mg/l) a b a b a b a b 355 348 860 845 5200 5200 7,40 7,40 497 480 840 800 1150 1145 7,12 7,08 515 502 910 876 900 897 6,75 6,80 710 712 750 740 12500 12500 9,3 9,2 a) Đo ngày điều chế; b) Đo sau tuần bảo quản 932 Nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam Bảng trình bày đặc trưng lí hóa dung dịch anolit ANK sản xuất thiết bị HHĐH kiểu STEL xác định sau điều chế sau tuần bảo quản Thế ơxy hóa khử ORP số quan trọng để đánh giá mức độ giả bền dung dịch điện hóa, so sánh với dung dịch hypoclorit natri (nước Javen) Có thể thấy dung dịch anolit ANK thể hoạt tính giả bền cao so với dung dịch hypoclorit natri, nồng độ clo hoạt tính chúng thấp đáng kể so với dung dịch nước Javen ORP cao a) b) c) d) Nước Javel Anolit ANK Anolit ANK “M” Anolit Hình 13 Phổ hấp thụ UV-VIS dung dịch anolit ANK so sánh với phổ nước Javel, đo sau điều chế (hàng trên) sau tuần bảo quản (hàng dưới) [21] Tính giả bền dung dịch anolit ANK so sánh với nước Javen thể rõ phổ hấp thụ UV-VIS chúng đo sau điều chế sau tuần bảo quản Phổ hấp thụ dung dịch điện hóa khử trùng dẫn hình 13 cho thấy tất dung dịch anolit ANK thu nhận từ thiết bị HHĐH kiểu STEL có hoạt tính giả bền thể qua tỷ số chiều cao đỉnh vùng ≤ 210 nm vùng 290 nm Riêng phổ ANK-PRO thấy có đỉnh 235 nm với cường độ lớn đỉnh 290 nm (hình 13d) Sự xuất đỉnh dung dịch anolit ANK-PRO chưa làm sáng tỏ Ngoài ra, mức độ hoạt hóa anolit ANK-PRO cao đáng kể so với dung dịch ANK “M” sơ đồ dòng chảy chúng gần giống Đó tính chất đặc biệt lớp phủ anốt khác biệt sơ đồ dòng chảycủa STEL-ANK-PRO cho phép loại bỏ hydroxit kim loại nặng triệt để so với thiết bị STEL-ANK “M” (hình 13c) So sánh phổ hấp thụ dung dịch anolit ANK “kinh điển”, ANK “M” ANK-PRO đo ngày điều chế sau tuần bảo quản cho thấy đỉnh hấp thụ 235 290 nm ANK-PRO giảm mạnh nhất, 60 %, giảm nhiều so với anolit ANK “kinh điển”, dung dịch anolit đầu khơng hòa trộn với catolit Kết phân tích phổ hấp thụ cho thấy mức độ giả bền dung dịch anolit ANK “M” khơng cao, với đỉnh hấp thụ có dạng gần giống với phổ nước Javel Điều chứng tỏ hoạt tính giả bền dung dịch ANKPRO cao số dung dịch khảo sát Những điều trình bày củng cố thêm kết xác định hoạt tính khử trùng dung dịch khảo sát (hình 14) Với nồng độ clo hoạt tính mg/l thời gian phơi nhiễm phút, mật độ E coli giảm nước Javel, chúng bị diệt hoàn toàn dung dịch anolit ANK-PRO, dung dịch ANK ANK “M” số E.coli sống sót tương ứng 17 cfu/ml 933 Nguyễn Hồi Châu, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà Nước Javel Anolit ANK ANK ”M” ANK-PRO Hình 14 Kết xác định hoạt tính khử trùng (E.coli) dung dịch anolit ANK nước Javel [21]: Hàng trên: hoạt tính kháng khuẩn dung dịch xác định sau điều chế; [Cl]ht = ppm ; mật độ vi khuẩn 104 cfu/ml; thời gian tiếp xúc phút, Hàng dưới: hoạt tính kháng khuẩn dung dịch xác định sau tuần điều chế; [Cl]ht = ppm; mật độ vi khuẩn 106 cfu/ml; thời gian tiếp xúc phút Kết xác định hoạt lực khử trùng dung dịch ANK sau tuần bảo quản cho thấy hoạt tính khử trùng anolit ANK-PRO bị suy giảm nhất, đĩa Petri số vi khuẩn sống sót đếm được, đĩa chứa anolit ANK anolit ANK “M” mật độ E coli giảm đáng kể so với mẫu nước Javel khơng thể đếm q nhiều Từ kết nghiên cứu khảo sát tính thiết bị STELANKcải tiến Viện CHTĐH&CN cung cấp Viện CNMT triển khai nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thiết bị STEL-ANK-M tên gọi “SUPOWA” sở nhập mô đun MB-11 cải tiến cho phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam Để khắc phục tượng đóng cặn hình thành muối khó tan kim loại nặng khoang catốt tăng nhiệt độ cao buồng phản ứng điện hóa vận hành điều 934 Hình 15 Sơ đồ thủy lực thiết bị HHĐH kiểu STEL-ANK-M “SUPOWA” Nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam kiện khí hậu nước ta, sơ đồ dòng chảy cải tiến chúng tơi đường catolit khơng quay vòng sơ đồ hình 10 mà xả thải trực tiếp (hình 15) 1600 48 1400 46 1200 44 1000 42 Nhiệt độ (C) Nồng độ (mg/l) Ở thiết bị ECAWA chế tạo theo sơ đồ thiết bị STEL hệ (hình 9), dung dịch muối 0,5 % bơm với lưu lượng lớn khoảng 18 - 20 lít/h vào buồng catốt nên nhiệt độ buồng phản ứng thường không cao Quan sát sơ đồ hình 15 dễ dàng nhận lưu lượng catolit lớn nồng độ chất ơxy hóa, tổng nồng độ khống (TDS) supowa nhiệt độ buồng phản ứng giảm Hình 16 cho thấy phụ thuộc nồng độ chất oxy hóa độ khống hóa dung dịch ANK vào lưu lượng dòng catolit Như vậy, tăng lưu lượng dòng catolit ta dễ dàng giảm nhiệt độ buồng phản ứng nồng độ khoáng anolit giảm theo (dưới g/l).Tuy nhiên, tiếp tục tăng lưu lượng catolit làm giảm nồng độ chất xy hóa supowa xuống 500 mg/l Vì vậy, lưu lượng catolit nên chọn từ 2,0 đến 2,5 /h 800 600 400 40 38 36 34 200 32 0 0.5 1.5 2.5 30 Lưu lượng Catolit (l/h) Nồng độ chất ô xy hóa (mg/l) Nồng độ khống 1.5 2.5 Lưu lượng catolit (l/h) Hình 16 Sự phụ thuộc nồng độ chất oxy hóa độ khống hóa dung dịch ANK vào lưu lượng dòng catolit Như vậy, sơ đồ dòng chảy thiết bị SUPOWA cho phép kiểm soát nhiệt độ buồng điện phân nồng độ chất oxy hóa độ khống hóa sản phẩm ANK kiểm sốt dễ dàng cách thay đổi tốc độ dòng catốt Thiết bị vận hành với độ ổn định cao, thể bảng số liệu thực nghiệm (bảng 3) Bảng Mức độ ổn định các`thông số SUPOWA Thời gian lấy mẫu pH ORP( mV) TDS( mg/L) [Cl]( mg/l) T0 C 10 h 11 h 12 h 14 h 6,75 6,88 7,01 6,92 906 902 890 912 943 912 915 958 510 515 500 495 37 38 37 37 15 h 16 h 697 7.12 912 922 940 956 505 515 37 38 Trung bình 6,95 ± 0,13 907± 10,8 937 ± 19,7 506 ± 8,2 ANOLIT-PEROX – SẢN PHẨM NGHIÊN CỨU MỚI Một thành tựu bật năm gần Viện CHTĐH&CN thiết bị STEL-PEROX - phương tiện diệt khuẩn hữu hiệu thân thiện mơi trường bậc 935 Nguyễn Hồi Châu, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà nhờ khả tạo dung dịch peroxicacbonat với hoạt tính kháng khuẩn đặc biệt cao không chứa hợp chất clo độc hại Điểm trội quy trình tổng hợp dung dịch pecacbonat thiết bị STEL-PEROX dung dịch cacbonat đầu vào có nồng độ thấp (0,4 - 1,0g/l), tương đương độ khống hóa nước ăn uống STEL-PEROX thiết bị HHĐH chờ đón nhà sản xuất thuộc lĩnh vực khác nhau, đặc biệt ngành chế biến Bởi ngày việc sử dụng chất sát trùng có chứa clo bị kiểm soát ngày nghiêm ngặt Tháng 5-2008 Mỹ, Tổ chức LươngNông Liên hiệp quốc (UN FAO) tổ chức hội thảo quốc tế chất khử trùng chứa clo nhằm đánh giá lại đặc tính khử trùng chúng [23] Tại nhà khoa học cho thấy chất sát trùng chứa clo để lại dư lượng sản phẩm chế biến, có khả hình thành sản phẩm phụ halogen hữu độc hại bề mặt thịt cá, mà trước không phát độ nhạy hạn chế phương pháp phân tích Người ta đưa khuyến cáo chế tạo chất sát trùng không chứa clo [24] Trong nước ta hầu hết sở CBTS sử dụng canxi hypoclorit Ca(OCl)2 dạng rắn, có hàm lượng clo hoạt tính 70 % để khử trùng nước, dụng cụ, sản phẩm nhà xưởng Tuy nhiên, canxi hypoclorit độ hòa tan nên thường để lại cặn sản phẩm, đồng thời q trình pha chế thành dung dịch khí clo mạnh, gây nhiễm mơi trường, làm ảnh hưởng đến sức khỏe cơng nhân Trong tình vậy, việc nghiên cứu chế tạo đưa vào áp dụng thiết bị STELPEROX nước ta thiết thực Catolit PEROX FEM-3 Na2CO3 (Dung dịch loãng) Đường nước °°+ Anolit PEROX Hình 17 Sơ đồ mạch điện dòng chảycủa thiết bị STEL-PEROX thu nhận dung dịch anolit-PEROX từ dung dịch cacbonat kiềm loãng [22] Trên sở mô đun FEM-3 nhập từ LB Nga sơ đồ công nghệ VCHTĐH&CNVB cung cấp, Viện Công nghệ môi trường thiết kế chế tạo thành công thiết bị STEL-PEROX cho phép thu nhận dung dịch peroxocacbonic (còn gọi anolit - PEROX) có hoạt tính khử trùng cao, thân mơi trường tác dụng kéo dài Hình 17 trình bày sơ đồ mạch điện hệ thống dòng chảycủa thiết bị STEL-PEROX Dung dịch Na2CO3 loãng cho chạy qua khoang anốt nước chạy qua khoang catốt đầu ta thu anolit perox dạng percacbonic monopercacbonic axit НОС(О)ООС(О)ОН НОС(О)ООН Các thông số kĩ thuật thiết bị STEL-PEROX số lí-hóa dung dịch anolit catolit thu thiết bị trình bày bảng 4, thấy độ khống hóa dung dịch anolit PEROX thấp, tương đương độ khống hóa nước ăn uống 936 Nghiên cứu phát triển ứng dụng cơng nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam Bảng Các thơng số kĩ thuật thiết bị STEL-PEROX số lí - hóa sản phẩm hoạt hóa [22] Dung dịch [Na2CO3], HHĐH g/l Anolit Catolit 12 H2O Dòng điện (A) 20-21 Điện áp (V) 38 - 40 Công suất (l/h) 20 - 22 58 - 60 TDS (mg/l) pH 620-750 - 6.6-6.7 -10 Thế ơxy hóa khử ORP (mV) +700 - +800 +250 - +350 [Chất ơxy hóa] (mg/l) 60 - 65 - Biến thiên số lí-hóa dung dịch anolit-PEROX thời gian bảo quản ngày bình đậy nắp kín bảng Có thể thấy nồng độ chất ơxy hóa ơxy hóa khử dung dịch anolít PEROX suy giảm khơng nhiều sau ngày bảo quản (ORP giảm 10 %, nồng độ chất ơxy hóa giảm 25 %) Bảng Biến thiên số lí - hóa dung dịch anolit-PEROX phụ thuộc vào thời gian bảo quản (trong can đậy nắp kín) [22] Thời gian bảo quản (ngày) Thế ơxy hóa khử (mV) 786 770 771 754 748 726 710 pH 6.68 6,87 6,90 6,95 6,95 7,00 6,74 [Chất ơxy hóa] (mg/l) 67,4 61,8 57,5 57,5 56,8 51,5 49,7 Dung dịch anolit-PEROX nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn số vi khuẩn gây bệnh thường gặp chế biến thủy sản Hoạt tính kháng khuẩn in vitro anolit-PEROX E.coli Salmonella spp trình bày bảng Bảng Hoạt tính kháng khuẩn in vitro dung dịch anolit-PEROX ([các chất ơxy hóa] = 50 mg/l) E coli Salmonella mức độ pha lỗng khác [25] Mẫu thí nghiệm Mẫu đối chứng (khơng có anolit) Phơi nhiễm phút Phơi nhiễm 10 phút Phơi nhiễm 15phút Mẫu đối chứng (không có anolit) Phơi nhiễm phút Phơi nhiễm 10 phút Phơi nhiễm 15phút Mức độ pha loãng 101 102 103 104 Nồng độ chất ơxy hóa = 50mg/l E.coli (cfu/ml) * * * >> >> 0 0 0 0 0 0 0 Salmonella * * * >> 284 >> >> >> ~ 1700 0 0 100 105 102 28 * Không đếm 937 Nguyễn Hồi Châu, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà Kết cho thấy sau phút tiếp xúc với dung dịch anolit-PEROX nồng độ 50 mg/l E.coli bị tiêu diệt hoàn tồn mẫu huyền phù có độ pha lỗng khác nhau, Salmonella bị vơ hiệu hóa hồn toàn sau 10 phút phơi nhiễm Bảng thể khả diệt khuẩn anolit-PEROX sản phẩm mực Việt Nam Số liệu thực nghiệm dẫn cho thấy mật độ vi khuẩn sản phẩm mực giảm đáng kể sau mực ngâm vào dung dịch anolitPEROX nồng độ 50 mg/l 30 phút Cụ thể thành phần TPC giảm lần, E.coli Coliform – lần Salmonella bị loại trừ hồn tồn (theo kết phân tích định tính) So sánh hoạt tính khử trùng anolit-PEROX với anolit ANK có nồng độ dẫn hình 10 thấy hoạt tính chúng tương đương Kết thu chủng vi khuẩn khảo sát (TTK, Coliform Salmonella) hoạt lực diệt khuẩn dung dịch anolit-PEROX trường hợp tương đương so với dung dịch anolit ANK Bảng Hiệu khử trùng dung dịch Anolit-PEROX sản phẩm mực so sánh với dung dịch anolit ANK có nồng độ clo hoạt tính 50 mg/l [25] Mẫu Đối chứng (rửa nước thường) Ngâm A -Perox sau 15 phút Error! Not a valid link.hút TPC cfu/g 1,9 × 104 3,2 x 103 5,2 x 103 E.coli cfu/g < 10 < 10 < 10 Coliform cfu/g 27 < 10 10 Salmonella /25g + - Kết nghiên cứu cho thấy thiết bị STEL-PEROX có khả tạo dung dịch không độc hại không tạo chất chứa clo, có hoạt tính kháng khuẩn cao, cho phép tiêu diệt loài vi khuẩn gây bệnh thường gặp CBTS E.coli, Coliform, Salmonella Với mật độ 108 cfu/ml E.coli bị tiêu diệt hoàn toàn sau phút tiếp xúc với dung dịch anolit-PEROX nồng độ 50 mg/l Salmonella – sau 10 phút tiếp xúc Dung dịch anolit-PEROX sản xuất thiết bị STEL-PEROX, có giá thành cao anolit-ANK, hứa hẹn giải pháp hữu hiệu để khử trùng sản phẩm chế biến thủy sản có yêu cầu cao dư lượng chất khử trùng lại sản phẩm sau xử lí KẾT LUẬN Với hợp tác 15 năm với viện CHTĐH&CN thuộc Viện HLYH LG Nga, sở sử dụng loại mô đun HHĐH nhập từ nước Nga, Phòng Cơng nghệ điện hóa mơi trường thuộc Viện CNMT chế tạo thành công nhiều chủng loại thiết bị HHĐH kiểu STEL đưa vào ứng dụng có hiệu nhiều sở y tế, sản xuất khắp đất nước, góp phần thiết thực vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường nâng cao sức khỏe người lao động TÀI LIỆU THAM KHẢO 938 Федорова Л С (2003) - Научно-методические основы совершенствования и оптимизации выбора дезинфицирующих средств, Матер Вс начн Конф, «Задачи современной дезинфектологии и пути их решения», М., 136-139 Nghiên cứu phát triển ứng dụng cơng nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam Бахир В М., Леонов Б И., Паничева С А., Прилуцкий В И., Шомовская Н Ю Электрохимическая активация Дезинфекция: проблемы и решения, Вестник новых медицинских технологий (2003)14-18 www.bakhir.ru Электрохимические системы и технологии В Вахира: Установки СТЭЛ – история и новые горизонты Hoang Yu.-R., Hung Ye.-C., Hsu Sh.-Y, Huang Y.-W., Hwang D.-F.- Application of electrolyzed water in the food industry, Food Control 19 (2008) 329-345, Review Shimizu E., Hurusawa T - Antiviral, antibacterial, and antifungal actions of electrolyzed oxidizing water through electrolysis, Dental Journal 37 (1992) 105501062 Mori Y., Komatsu S., Hata Y -Toxicity of electrolyzed strong acid aqueous solution – subacute toxicity test and effect on oral tissue in rats, Odontology 84 (1997) 619-626 Oomory T., Oka T., Inuta T., Arata Y -The efficiency of disinfection of acidic electrolyzed water in the presence of organic materials, Analytical Science 16 (2000) 365369 Sakurai Y., Ogoshi K., Kaku M., Kobayashi I - Strongly acidic electrolyzed water: Valuable disinfectant of endoscopes, Digestive Endoscopy 14 (2002) 61-66 Park H., Hung Y., Chung D - Effects of chlorine and pH on efficacy of electrolyzed water for inactivating E.coli 0157:H7 and Listeria monocytogenes, Intern J Food Microbiology 91 (2004) 13-18 10 10.Vorobjeva N V., Vorobjeva L I., Khodjaev E Y - The bactericidal effects of electrolyzed oxidizing water on bacterial strains involved in hospital infections, Artificial Organs 28 (2003) 590-592 11 Len S V., Hung Y C., Erickson M., Kim C - UV spectrophotometric characterization and bactericidal properties of electrolyzed oxidizing water as influenced by amperage and pH, J Food Protection, 63 (2000) 1534-1537 12 Liao L B., Chen W M., Xiao X M - The generation and inactivation mechanism of REDOX potential of electrolyzed oxidizing water, J Food Eng 78 (2007) 1326-1332 13 Fabrizio K A., Cutter C N - Comparision of electrolyzed oxidizing water with other anti microbial interventions to reduce pathogens on fresh pork, Meat Science 68 (2004) 463468 14 Bakhir V.M., Atajanov A.R., Mamajanov U.D et al - Activated substances Some theoretical and practical issues, Proceedings of Uzbek Republic Academy of Sciences.Technical Sciences Series, N 5, 68-72, 1981 15 Bakhir V.M., Kirpichnikov P.A., Liakumovich A.G et al -The mechanism of altering reactivity of activated substances, Proceedings of Uzbek Academy of Sciences Techn Sciences Series, N 4, 70-74, 1982 16 Bakhir V.M., Spektor L.Ye , Mamajanov U.D.- Physical nature of substance activation phenomena, Proceedings of Uzbek Academy of Sciences Techn Sciences Series, N1, 60-64, 1983 17 Bakhir V.M., Kirpichnikov P.A.,Liakumovich A.G et al., On the nature of electrochemical activation of media Report of the USSR Academy of Sciences 286 (3) (1986) 663-666 18 Bakhir V.M.- Electrochemical activation M., Scientific Research Institute of Medical 939 Nguyễn Hồi Châu, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà Engineering, 1992 parts 657pp 19 Леонов Б.И., Прилуцкий В.И., Бахир В.М.- Физикохимические аспекты биологического действия электрохимически активированной воды, М.: ВНИИИМТ, 1999, 244cтр 20 Электрохимическая активация: универсальный инструмент зеленой химии Под ред проф В.М Бахира М., Институт Электрохимических Систем и Технологий Витольда Бахира, 2005, 176 с 21 N Q Bưu, N H Châu, Đ T Hiền, Phượng N T.- Phân tích đặc trưng số thiết bị hoạt hóa điện hóa kiểu STEL thơng qua việc đánh giá mức độ giả bền hoạt tính khử trùng dung dịch anolit thu từ đó, Tạp chí Hóa học 48 (4A) (2010) 730 – 735 22 Bakhir V M., N.Yu.Shomovskaya, Nguyen Hoai Chau, Nguyen Van Ha, Ngo Quoc Buu Electrochemical synthesis of neutral peroxocarbonate solution used for disinfection, Tạp chí Hố học 47 (5A) (2009) 242-246 23 Arbor Ann -Benefits and Risks of the Use of Chlorine-containing Disinfectants in Food Processing Consultations and Workshops: Report of a Joint FAO/WHO Expert Meeting MI, USA, 27-30 May 2008 FAO/WHO 24 А И Арчаков, И И Карузина Окисление чужеродных соединений и проблемы токсикологии Вестник АМН СССР, 1988, №1, – с 14 – 28 25 Lê Anh Bằng, Ngô Quốc Bưu, Nguyễn Hoài Châu, Nguyễn Văn Hà Nghiên cứu tổng hợp dung dịch sát trùng peroxocacbonat không bền triển vọng ứng dụng chế biến thủy sản, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 48 (2) (2010) 47-56 ABSTRACT DEVELOPMENT RESEARCH AND APPLICATION OF ELECTROCHEMICAL ACTIVATION TECHNOLOGY IN VIETNAM Nguyen Hoai Chau*, Ngo Quoc Buu, Nguyen Van Ha Institute of Environmental Technology, VAST, 18 Hoang Quoc Viet, Cau Giay, Hanoi, Vietnam * Email: nhchau.iet@gmail.com Solutions which possess the highest biocidal activity among all known liquid chemical germicides at low toxicity for warm-blooded organisms are those electrochemically activated (ECA) solutions to which bacteria can not adapt Invented in Russia by engineer V M Bakhir since 1975 the electrochemical activation processes were registered as a new scientific trend in applied electrochemistry by the former USSR Academy of Science in 1984 Electrochemical activation is a combination of electrochemical and electrophysical actions on water solution with a low mineralization in the area of spatial charge near the electrode surface during nonequilibribrium transfer of charge by electrons through the border "electrode - electrolyte", and, as a result, water becomes metastable for dozens hours, demonstrating an increased reactivity in various physical and chemical processes The ECA devices are produced essentially under the name STEL, which differ from the other types of ECA solution generators by using a part of the catholyte for producing the anolyte 940 Nghiên cứu phát triển ứng dụng cơng nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam product The STEL type ECA devices such as STEL-ANK and STEL-ANK “M” have been manufactured in Vietnam on the basis of using imported flow-through electrolytical modules FEM-3 and MB-11, while STEL-ANK-PRO using electrolyticalchamber MB-26 was imported completely from Russia The metastability level and bactericidal activity of the neutral anolyte solutions obtained from these devices have been studied in comparison with hypoclorite solution produced in a non-diaphragm electrolytical chamber The experimental data obtained showed that all the anolyte ANK solutions demonstrate a high bactericidal activity with a prolongated metastability that after weeks preservation their ORP decreased only – % Among the investigated neutral anolyte solutions anolyte ANK-PRO exhibits highest disinfection activity and metastability due to its low mineralization as well as its hydraulical specificness of the STEL-ANK-PRO device that allows to remove more completely heavy metal ions hydroxides from the solution In cooperation with Institute of Electrochemical Systems and Technologie of RAMS Institute of Environmental technology of VAST using electrolytical modules imported from Russia have manufactred STEL type ECA devices and successfully applied them for disinfection purposes Keywords: electrochemical activation, anolyte, catolyte, bactericidal activity 941 ... thường; (2) đường điện hóa hoạt hóa catốt; lí thuyết: phần lượng (3) đường điện hóa hoạt hóa anốt 924 Nghiên cứu phát triển ứng dụng cơng nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam đưa vào bị mà không rõ nguyên... cứu phát triển ứng dụng cơng nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam Cùng với việc triển khai đưa vào áp dụng nước ta loại thiết bị HHĐH khác mà viện Các Hệ thống Điện hóa Công nghệ liên tục đưa vào... dòng điện hiệu áp hai khoang điện phân sử dụng màng ngăn màng chọn lọc ion 926 Nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ hoạt hóa điện hóa Việt Nam • Trong hệ thống điện hóa xử lí nước tế bào PEM