Ph ng pháp nghiê nc u:

1.4.1 C s ph ng pháp lu n:

C s c a vi c nghiên c u đ tƠi lƠ d a trên nh ng thƠnh công t vi c dùng công ngh plasma đ x lỦ n c th i. Plasma xẩy ra trong n c t o ra nh ng ch t oxy hóa r t m nh nh HO^*, O^*, H^*, O3, H2O2 đ ng th i t o ra hi n t ng sóng xung

kích (shockware), tia c c tím (UV) vƠ hi n t ng phá vỡ lên k t hóa h c (vòng benzen) b i các va ch m m nh c a các h t mang đi n (electron vƠ ion). T t c các thƠnh ph n trên, ch t oxy hóa m nh, hi n t ng v t lỦ vƠ đ ng l c h c c a các h t

mang đi n làm phá vỡ các thành ph n hóa h c đ c h i và di t virus trong n c th i. 1.4.2 Các ph ng pháp nghiên c u c th :

Ph ng pháp thu th p s li u, tƠi li u. Ph ng pháp phơn tích đánh giá. Ph ng pháp th nghi m nhi u l n.

Ph ng pháp tham kh o Ủ ki n chuyên gia.

 Tóm t t: K t c u c a lu n văn bao g m 6 ch ng: CH NG 1: T NG QUAN CH NG 2: C S LÝ THUY T CH NG 3: PH NG H NG VÀ CỄC GI I PHỄP V CÔNG NGH CH NG 4: TệNH TOỄN, THI T K H TH NG X Lụ N C TH I Y T B NG CÔNG NGH PLASMA CH NG 5: CH T O VÀ TH NGHI M CH NG 6: K T LU N

CH NG 2

C S Lụ THUY T

2.1 Ion hoá:

2.1.1 Đ nh nghĩa:

Ion lƠ m t nguyên t hay nhóm nguyên t b m t hay thu nh n thêm đ c

m t hay nhi u electron. M t ion mang đi n tích ơm, khi nó thu đ c m t hay nhi u

electron, đ c g i lƠ anion hay đi n tích ơm, vƠ m t ion mang đi n tích d ng khi nó m t m t hay nhi u electron, đ c g i lƠ cation hay đi n tích d ng. Quá trình

t o ra các ion g i lƠ ion hóa. 2.1.2 Năng l ng ion hoá:

Năng l ng ion hóa c a m t nguyên t hay m t phơn t lƠ năng l ng c n

thi t đ tách m t đi n t t nguyên t hay phơn t đó tr ng thái c b n. M t cách t ng quát h n, năng l ng ion hóa th n lƠ năng l ng c n thi t đ tách đi n t th n sau khi đƣ tách (n-1) đi n t đ u tiên. Tr ng thái c b nchính lƠ tr ng thái mƠ t i đó, nguyên t không ch u nh h ng c a b t kỳ m t t tr ng ngoƠi nƠo c . T c lƠ 1 nguyên t kim lo i tr ng thái c b n s có d ng khí, vƠ c u hình electron c a nó cũng lƠ c u hình c b n: tuân theo nguyên lí Pauli, nguyên lí v ng b n vƠ qui t c

Hund.

2.1.3 B c Ion hóa:

B c ion hóa lƠ t s gi a n ng đ các h t mang đi n v i n ng đ các h t khí trong môi tr ng [23]. 0 ,

n

n





n0: n ng đ các h t khí trong môitr ng.

 Đ plasma có tính ion hóa m nh thì:

ei eo





 

 Đ plasma có tính ion hóa y u thì:

ei eo





 

ei: Ti t di n hi u d ng, đặc tr ng cho quá trình t ng tác gi a đi n t v i

ion.

eo: Ti t di n hi u d ng, đặc tr ng cho quá trình t ng tác gi a đi n t v i h t trung hòa.

 Theo quan đi m nhi t đ ng h c có hai lo i lƠ plasma cơn b ng vƠ plasma

không cơn b ng:

Plasma cơn b ng (hoặc plasma đẳng nhi t) lƠ trong đó các h t có cùng nhi t đ , trung hòa v đi n vì các h t mang đi n m t đi luôn đ c bù l i do quá trình ion hóa, nó t n t i mƠ không c n l y năng l ng t bên ngoƠi.

Plasma không cơn b ng (hoặc plasma b t đẳng nhi t): không trung hòa v đi n, nh ng s phá vỡ trung hòa đó không ph i lƠ l n, nó t n t i c n có năng l ng t bên ngoƠi, n u không nh n đ c năng l ng t bên ngoƠi thì plasma s t m t đi.

V y đi u ki n g n trung hòa lƠ m t trong nh ng đi u ki n c b n c a plasma ta có th đ nh nghĩa ắplasma lƠ m t t p h p các ion, đi n t vƠ các h t trung hòa t ng tác v i nhau vƠ v i tr ng b c x Ằ.  N u b qua l c t ng tác phơn t ta có:

kT

r

e

Z



)

(

3 1 1 N r  N: n ng đ c a plasma. N = ne+ ni

 Xét m t h t b t kỳ: M t l p đi n tích hình c u sinh ra xung quanh h t, đ

dày c a l p nƠy ph thu c vƠo nhi t vƠ n ng đ h t. Đ dƠy c a l p ti p xúc ph i giúp nó ch a đ s h t khác d u, có kh năng lƠm mƠn ch n tr ng cho h t. Bán kính c a hình c u đó đ c g i lƠ bán kính Debye. Th Coulomb: r e Z_ie  0  Th Debye:        D r r e Z_ie exp  D: là bán kính Debye. Khi r = D Thì e  ₀

V y tr ng c a l p đi n tích bao quanh h t đƣ lƠm mƠn ch n tr ng c a h t đó trên kho ng cách xác đ nh.

 Trong tr ng h p t ng quát thì bán kính Debye đ c tính b ng công th c:

 



Die là bán kính Debye c a các thƠnh ph n c u t o Plasma.

 N ng đ h t: 3 3 4 1 D N  

Công th c nƠy cho th y r ng đ t n t i mƠn ch n thì s h t trái d u trong hình c u bán kính Debye ph i đ l n. Nh ng n u bán kính Debye quá l n đ n

không còn kh năng lƠm mƠn ch n thì lúc nƠy nó không còn g i lƠ plasma. V y plasma ph i th a mƣn đi u ki n sau:

Th a mƣn đi u ki n g n trung hòa.

Bán kính Debye ph i nh h n nhi u l n so v i kích th c c a mi n ch a t p h p đó D<<L

2.2 Sự t ng tác giữa các h t trong plasma:

2.2.1 Ti t di n hi u d ng:

Ti t di n hi u d ng đặc tr ng cho quá trình va ch m gi a các h t v i nhau. S va ch m gi a hai h t khi gặp nhau s x y ra n u kho ng cách gi a hai tơm nh h n hoặc b ng m t kho ng cách c c ti u nƠo đó. Kho ng cách c c ti u nƠy lƠ bán kính hi u d ng c a s va ch m. N u các h t có d ng nh qu c u đƠn h i có bán

kính là r1, r2, s va ch m s x y ra khi các h t cách nhau m t kho ng nh h n r1+r2

Khi đó:  = (r1+r2)2

2.2.2 Kho ng đ ng t do trung bình:

Kho ng đ ng t do trung bình c a h t đ c xác đ nh nh t ng s kho ng cách c a h t gi a hai va ch m chia cho t t c s h t đó.

2.2.3 T n s va ch m:

T n s va ch m lƠ s va ch m trong m t đ n v th i gian.

2.2.4 Va ch m đƠn h i:

LƠ va ch m không lƠm thay đ i tính ch t c a h t, lƠ va ch m mƠ trong đó các h t t ng tác ch l ch đi m t góc nh , đóng m t vai trò đặc bi t.

Chúng ta dùng khái ni m c đi n đ nghiên c u va ch m đƠn h i, vì lỦ





N

1









d ng lý thuy t c đi n khi:

















mv

h

V y lỦ thuy t c đi n đúng ch v i năng l ng c a h t va ch m l n vƠ ti t di n hi u d ng bi n đ i ch m h n v-2

2.2.5 Va ch m không đƠn h i:

2.2.5.1 Va ch mkhông đƠn h i lo i 1:

LƠ va ch m lƠm thay đ i tính ch t c a m t hay nhi u h t. Nh vƠo s va ch m không đƠn h i mƠ các quá trình nh : s ion hóa, s kích thích, s phơn li, s hóa h pầ có th x y ra.

Trong va ch m không đƠn h i lo i 1 khi kích thích hoặc ion hóa thì m t ph n đ ng năng c a h t s chuy n vƠo th năng c a h t kia.

2.2.5.2 Va ch m không đƠn h i lo i 2:

Khi va ch m th năng c a h t kích thích chuy n qua h t khác d i d ng th năng hay đ ng năng, sau khi va ch m h t kích thích s tr v tr ng thái c b n.

N u h t kích thích va ch m v i đi n t s cung c p đ ng năng cho đi n t . N u va ch m v i nguyên t hoặc ion thì chúng s b kích thích hoặc ion hóa.Va ch m không đƠn h i lo i 2 lƠms n sinh thêm h t nhanh trong Plasma.

2.3 Quá tr nh t o ch t o i hoá:

2.3.1 T o ozone:

Ozone lƠ m t phơn t bao g m ba nguyên t oxy mang đi n tích ơm. Các phơn t Ozone r t không n đ nh do đó d tr l i d ng ban đ u c a nó sau m t th i gian, theo c ch ph n ng sau đơy: 2O3 3O2

V c b n , m t phơn t Ozone ch lƠ m t phơn t Oxy k t h p v i m t nguyên t Oxy khác d i đi u ki n đi n áp cao.

đơy ngu n năng l ng c a tia Plasma s lƠm phơn tách các phơn t Oxy trong n c t o thƠnh các nguyên t Oxy g c t do, nh ng g c Oxy nƠy s k t h p v i các phơn t Oxy t o thƠnh Ozone (O3 ).

O2 O + O O + O2 O3

Ozone lƠ m t trong nh ng ch t oxy hóa m nh nh t đ c bi t đ n, nó có th đ c s d ng đ thiêu h y các h p ch t hòa tan. Không nh ng c hai ch t h u c vƠ vô c có th b oxy hóa b i OzonemƠ các vi sinh v t nh vi rút, vi khuẩn vƠ n m cũng b tiêu di t (quá trình kh trùng).

V i nh ng đ c p trên, Ozone đ c ng d ng trong nhi u m c đích khác

nhau. Ozone đ c áp d ng ch y u trong x lỦ n c th i vƠ l c n c u ng (đ kh

trùng).

2.3.2 T o H2O2 (Hiđrô perôxít):

Hiđrô perôxít (H2O2) đ c s d ng nh lƠ ch t kh vi trùng, vi khuẩn có trong n c vƠ đặc bi t còn kh đ c mùi n c th i.

Quá trình t o O3 d i tác d ng c a tia Plasma s t o ra H2O2 : O3 + H2O nlc H2O2 + O2

Sau đó t H2O2 l i b phơn tách ti p t c t o thƠnh g c *OH :

H2O2 nlc 2*OH

G c *OH sau khi hình thƠnh s tham gia vƠo ph n ng oxi hóa các h p ch t h u c có trong n c c n x lý.

2.3.3 T o g c *OH có m c oxi hoá m nh:

Các g c hiđrôxyl *OH thông th ng đ c coi lƠ ch t tẩy r a do nó ph n

ng v i nhi u ch t gơy ô nhi m vƠ th ng đóng vai trò c a b c đ u tiên trong vi c lo i b các ch t nƠy.

Quá trình phơn huỷ oxy hoá d a vƠo g c t do ho t đ ng hydroxyl *OH đ c t o ra ngay trong quá trình x lỦ.

G c hydroxyl *OH lƠ m t tác nhơn oxy hóa m nh nh t trong s các tác nhơn

oxy hóa đ c bi t t tr c đ n nay. Th oxy hóa c a g c hydroxyl *OH lƠ 2,8V,

cao nh t trong s các tác nhơn oxy hóa th ng gặp.

truy n th ng (các h p ch t c a Clo) nên ngoƠi kh năng tiêu di t các vi khuẩn thông th ng, chúng còn có th tiêu di t các t bƠo vi khuẩn vƠ virus gơy b nh mƠ Clo không th di t n i. T o *OH t Ozone: + O3 + HO2 + O3 + O2 + *OH + O2 T o *OH t H2O: H2O nlc *OH + *H T o *OH t H2O2: H2O2 nlc 2*OH

2.4 Quá trình Oxy hóa:

2.4.1 Oxy hóa vòng benzene b ng OH*:

2.4.2 Oxy hóa vòng benzene b ng Ozon:

CH NG 3

PH NG H NG & GI I PHÁP

3.1 Yêu cầu đ tƠi, ph ng pháp ác đ nhvƠ thông s thi t k :

3.1.1 Yêu c u đ tƠi vƠ ph ng pháp xác đ nh:

3.1.1.1 Yêu c u đ tƠi:

Xác đ nh đ c m i quan h c a đi n áp, dòng đi n vƠ th i gian x lỦ đ n hi u su t x lỦ các t p ch t có trong n c th i.

N c th i y t ph i đ c x lỦ vƠ kh trùng tr c khi th i ra môi tr ng. Sau

khi x lỦ n c th i đ t tiêu chuẩn c t B có th th i tr c ti p vào c ng th i chung c a khu dơn c . Các giá tr gi i h n cho phép x th i đ c cho trong b ng 3.1:

B ng 3.1Giá tr gi i h n các thông s vƠ n ng đ các ch t ô nhi m

trong n c th iy t theo QCVN 28:2010/BTNMT [7] TT THỌNG S Đ N V ^{GIỄ TR C} A B 1 pH - 6,5 ậ 8,5 6,5 ậ 8,5 2 BOD5 (20^oC) mg/l ³⁰ 50 3 COD mg/l ⁵⁰ 100 4 T ng ch t r n l l ng (TSS) mg/l ⁵⁰ 100 5 Sunfua (tính theo H2S) mg/l ^1,0 4,0 6 Amoni (tính theo N) mg/l ⁵ 10 7 Nitrat (tính theo N) mg/l ³⁰ 50 8 Phosphat (tính theo P) mg/l ⁶ 10 9 D u mỡ đ ng th c v t mg/l ¹⁰ 20 10 T ng ho t đ phóng x α Bq/l ^0,1 0,1 11 T ng ho t đ phóng x β Bq/l ^1,0 1,0 12 Tổng o iforms MPN/100ml ³⁰⁰⁰ 5000

13 Salmonella Vi khuẩn/100 ml ^KPH KPH

14 Shigella Vi khuẩn/100ml ^KPH KPH

15 Vibrio cholerae Vi khuẩn/100ml KPH _KPH

 Ghi chú:

KPH: Không phát hi n.

Thông s T ng ho t đ phóng x α vƠ β ch áp d ng đ i v i các c s khám, ch a b nh có s d ng ngu n phóng x .

Trong đó:

C là giá tr c a các thông s vƠ các ch t gơy ô nhi m.

C t A quy đ nh giá tr C c a các thông s vƠ các ch t gơy ô nhi m lƠm c s tính toán giá tr t i đa cho phép trong n c th i y t khi th i vƠo các ngu n n c đ c dùng cho m c đích c p n c sinh ho t.

C t B quy đ nh giá tr C c a các thông s vƠ các ch t gơy ô nhi m lƠm c s tính toán giá tr t i đa cho phép trong n c th i y t khi th i vƠo c ng th i chung c a khu dơn c .

3.1.1.2 Ph ng pháp xác đ nh:

Giá tr các thông s ô nhi m trong n c th i y t th c hi n theo các tiêu chuẩn qu c gia sau đơy:

- TCVN 6492:1999 (ISO 10523:1994) Ch t l ng n c - Xác đ nh pH;

- TCVN 6001 - 1:2008 Ch t l ng n c - Xác đ nh nhu c u oxy hoá sau n

ngày (BODn) ậ Ph n 1: Ph ng pháp pha loƣng vƠ c y có b sung

allylthiourea;

- TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989) Ch t l ng n c - Xác đ nh nhu c u oxy hóa h c (COD);

- TCVN 6625:2000 (ISO 11923:1997) Ch t l ng n c - Xác đ nh ch t r n l

- TCVN 6637:2000 (ISO 10530:1992) Ch t l ng n c - Xác đ nh sunfua hòa tan - Ph ng pháp đo quang dùng metylen xanh;

- TCVN 5988:1995 (ISO 5664:1984) Ch t l ng n c - Xác đ nh amoni

Ph ng pháp ch ng c t vƠ chuẩn đ ;

- TCVN 6180:1996 (ISO 7890 ậ 3:1988) - Ch t l ng n c - Xác đ nh nitrat ậ Ph ng pháp tr c ph dùng axit sunfosalixylic;

- TCVN 6494:1999 - Ch t l ng n c - Xác đ nh các ion Florua, Clorua, Nitrit, Orthophotphat, Bromua, Nitrat vƠ Sunfat hòa tan b ng s c kỦ l ng

ion;

- Ph ng pháp xác đ nh t ng d u mỡ đ ng th c v t th c hi n theo US EPA

Method 1664 Extraction and gravimetry (Oil and grease and total petroleum hydrocarbons);

- TCVN 6053:1995 Ch t l ng n c - Đo t ng ho t đ phóng x anpha trong

n c không mặn. Ph ng pháp ngu n dƠy;

- TCVN 6219:1995 Ch t l ng n c - Đo t ng ho t đ phóng x beta trong