điện hóa môđun MB – 11
Sơ đồ tổng thể của hệ thí nghiệm điều chế dung dịch siêu ôxy hóa dùng 8 môđun MB-11 đƣợc trình bày trên hình 1.6
Hình 1.6. Sơ đồ hệ thí nghiệm điều chế dung dịch Anolit dùng 8 môđun MB-11
Hệ thí nghiệm bao gồm các linh kiện sau:
1. Van điều áp đƣờng nƣớc vào có Pmax = 2 at 2. Đồng hồ chỉ thị áp suất nƣớc P = 0 - 1,5 at
3. Lƣu lƣợng kế có van điều chỉnh khoảng 0 – 240 l/h 4. Lƣu lƣợng kế có van điều chỉnh khoảng 0 – 60 l/h 5. Bơm định lƣợng 0 – 10 l/h
6. Buồng trộn Catolit
7. Buồng trộn dung dịch siêu ôxy hóa
8. Van điều chỉnh pH dung dịch siêu ôxy hóa 9, 10,11. Van xả
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 22
Vận hành: Nƣớc đã đƣợc làm mềm và lọc cặn có áp suất lớn hơn 1 at đƣợc đƣa qua van giảm áp (1) để giảm xuống 0,5 at đƣợc chỉ thị bằng đồng hồ đo áp suất (2). Sau đó, đƣờng nƣớc đƣợc chia thành 2 đƣờng nhánh.
Đƣờng nƣớc thứ nhất đi qua lƣu tốc kế có van điều chỉnh (4) vào buồng Catốt của các môđun phản ứng điện hóa. Dòng chất lỏng sau khi ra khỏi Catốt, ra ngoài và vào buồng trộn; đồng thời tạo áp lực đẩy dòng Catolit ra ngoài và hồi lƣu trở lại. Ở đây một phần Catolit ra ngoài trộn với Anolit đầu ra để thu nhận dung dịch ANK.
Đƣờng nƣớc thứ 2 đƣợc điều chỉnh bằng lƣu tốc kế (3) đi trực tiếp vào buồng trộn Anolit (7).
Mặt khác, dung dịch muối có nồng độ 50 g/l cũng đƣợc bơm định lƣợng (5) đƣa vào buồng Anốt của môđun phản ứng điện hóa MB-11. Nƣớc trong buồng Catốt sẽ đƣợc xử lý bằng dòng điện và đƣa qua bộ tách khí (6) để ra ngoài. Tại buồng Anốt của môđun phản ứng điện hóa, do phản ứng điện phân xảy ra mãnh liệt nên một hỗn hợp sol khí đƣợc tạo thành và đƣợc trộn với đƣờng nƣớc thứ 2 thành hỗn hợp dung dịch siêu ôxy hóa rồi qua buồng trộn (7) trƣớc khi đi ra ngoài.
Sơ đồ cấp điện cho các buồng điện hóa:
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 23
Trong sơ đồ này 8 buồng điện hóa đƣợc chia là hai dãy, mỗi dãy gồm 4 buồng mắc nối tiếp nhau. Hai dãy này lại đƣợc mắc song song để tạo thuận lợi cho việc thiết kế nguồn cấp điện: khoảng điện áp và cƣờng độ dòng điện không quá cao.
Nguồn điện một chiều dùng để cấp cho các buồng điện hóa là nguồn vạn năng BK PRECISION Model VSP 4030 (Mỹ) có điện áp cấp max là 40 V, dòng max là 30 A.
Hình 1.8. Nguồn điện một chiều dùng cho thí nghiệm
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 24
Hình 1.10. Cụm buồng điện hóa bao gồm 8 môđun MB-11 trong hệ thí nghiệm Các thông số của hệ thí nghiệm đƣợc khảo sát
- Chế độ điện cung cấp cho cụm buồng điện hóa: Cụm 8 buồng điện hóa đƣợc cung cấp điện theo sơ đồ tại hình 1.7. Nguồn điện một chiều vạn năng cho phép thay đổi điện áp cấp cho cụm buồng điện hóa từ 24 đến 30 V. Khi đó dòng điện cũng thay đổi theo và nồng độ Clo hoạt tính trong dung dịch siêu ôxy hóa sẽ thay đổi. Trên cơ sở phân tích các thông số pH, nồng độ Clo hoạt tính và lƣu lƣợng Anolit ta có thể chọn đƣợc chế độ điện áp thích hợp cho hệ thí nghiệm.
- Chế độ bơm muối: Lƣợng dung dịch muối đƣa vào buồng Anốt của các môđun phản ứng điện hóa đƣợc điều chỉnh nhờ bơm định lƣợng (5). Việc điều chỉnh cho phép thay đổi lƣu lƣợng bơm dung dịch muối từ 1,5 đến 8,6 lit/h. Trên cơ sở phân tích các thông số pH, nồng độ Clo hoạt tính và lƣu lƣợng Anolit ta có thể chọn đƣợc chế độ bơm dung dịch muối thích hợp: Không quá thừa vì sẽ làm tăng nồng độ khoáng trong sản phẩm Anolit. Nếu thiếu sẽ dẫn đến nồng độ Clo hoạt tính trong Anolit thấp so với mục tiêu cần đạt là ~ 500mg/l.
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 25
- Thay đổi lưu lượng Catolit: Việc thay đổi lƣu lƣợng Catolit hay thay đổi lƣu lƣợng nƣớc đƣa vào buồng Catốt của các môđun phản ứng điện hóa sẽ làm thay đổi chế độ phản ứng điện hóa. Lƣu lƣợng nƣớc đƣa vào buồng Catốt ảnh hƣởng tới nhiệt độ của các môđun phản ứng điện hóa, mật độ các phần tử dẫn điện trong buồng Catốt nên ảnh hƣởng tới chế độ điện và làm thay đổi nồng độ Clo hoạt tính của dung dịch siêu ôxy hóa.
- Điều chỉnh pH: Việc điều chỉnh pH của Anolit đƣợc thực hiện nhờ van điều chỉnh (8). Thông thƣờng, khi van (8) đóng, pH của Anolit có giá trị hơi axit (từ 5- 6). Để nâng giá trị pH xấp xỉ trung tính (~7) cần trộn thêm Catolit có pH ~ 11 vào đƣờng nƣớc trộn Anolit. Liều lƣợng trộn đƣợc xác định bằng thực nghiệm.
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 26
CHƢƠNG II: CÁC PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Các phƣơng tiện dùng cho thử nghiệm
2.1.1. Thiết bị HHĐH sử dụng 8 buồng phản ứng điện hóa môđun MB – 11
Thiết bị hoạt hóa điện hóa dùng để sản xuất Anolit trong các thí nghiệm đƣợc thiết kế và chế tạo tại trung tâm phát triển công nghệ cao, thuộc Viện CNMT, VHLKHCNVN. Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm với dung dịch siêu ôxy hóa thu đƣợc đạt đƣợc các chỉ tiêu chất lƣợng sau:
- Nồng độ Clo hoạt tính ~ 500 mg/l - Năng suất Clo hoạt tính ~ 50 g/h (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nồng độ khoáng trong dung dịch ~ 1,1 – 1,2 g/l - pH dung dịch ~ 7,0
Ứng dụng vào khử trùng dụng cụ và môi trƣờng tại xí nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu 1 (F34) – Công ty BASEAFOOD, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu.
2.1.2. Các phương pháp kiểm tra chất lượng dung dịch Anolit
Các thông số chính của dung dịch Anolit là pH, độ muối, thế ôxy hóa khử và nồng độ Clo hoạt tính đã đƣợc kiểm tra trƣớc khi thực hiện các thử nghiệm khử trùng các công đoạn sản xuất. Các thông số trên đƣợc kiểm tra nhƣ sau:
- Đo pH và thế ôxy hóa khử ORP: Giá trị pH và thế ôxy hóa khử của dung
dịch siêu ôxy hóa đƣợc đo bằng máy đo HANNA dùng điện cực tổ hợp đo đồng thời hai thông số trên.
- Nồng độ khoáng chất (TDS): Nồng độ khoáng chất đƣợc đo bằng máy đo
TDS chuyên dụng của HACH (Mỹ) với khoảng đo từ 0-1999 mg/l với độ chính xác 1 mg/l.
- Xác định nồng độ Clo hoạt tính: Nồng độ Clo hoạt tính của dung dịch siêu
ôxy hóa đƣợc xác định bằng phƣơng pháp chuẩn độ iot theo hƣớng dẫn trong TCVN 6225-3:1996.
Qui trình: Lấy 5 ml dung dịch Anolit vào bình tam giác dung tích 100 ml. Cho tiếp 5 ml H2SO4 0,1 M, thêm 1g Kali Iodua (KI) và để yên trong tối từ 3-5 phút. Chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,1 N cho đến khi dung dịch có màu
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 27
vàng rơm. Sau đó, thêm 1ml hồ tinh bột. Lắc đều và tiếp tục chuẩn độ bằng Na2S2O3 cho đến khi dung dịch mất màu xanh. Ghi thể tích dung dịch natri thiosunfat tiêu tốn.
Tính toán nồng độ Clo hoạt tính ra đơn vị mg/l:
Nồng độ Clo tổng số c (Cl2), tính bằng milimol trên lít, theo công thức:
c (Cl2) = 0 5 1 2V V C (mmol/l) Trong đó:
C1 là nồng độ của dung dịch chuẩn thiosunfat: c (Na2S2O3.5H2O) = 10 mmol/l
V0 là thể tích của phần mẫu thử (ml)
V5 là thể tích của dung dịch chuẩn natri thiosunfat tiêu tốn trong chuẩn độ (ml)
Có thể tính chuyển thành nồng độ miligam trên lít, theo công thức: p (Cl2) = M. c (Cl2)
Trong đó:
M là khối lƣợng phân tử của Clo (M = 70,91 g/mol).
2.1.3. Các hóa chất dùng trong thử nghiệm
Muối dùng để pha dung dịch đầu vào để sản xuất Anolit là muối có hàm lƣợng NaCl 99,8%.
Chất khử trùng đối chứng: Chất khử trùng đối chứng đƣợc chọn để so sánh với dung dịch Anolit là Clorin có công thức hóa học là Ca(ClO)2. Clorin hạt đƣợc pha vào nƣớc với liều lƣợng 1,6 g/l. Nồng độ Clo hoạt tính xác định bằng phƣơng pháp chuẩn độ iot với thuốc thử là Na2S2O3 0,1 N và chỉ thị hồ tinh bột.
Chất khử trùng thử nghiệm: Dung dịch Anolit đƣợc điều chế từ thiết bị HHĐH ở trạng thái làm việc bình thƣờng.
Thiết bị so màu bằng mắt chuyên dụng với thuốc thử DPD của hãng HACH (Mỹ) để kiểm tra khả năng xác định nồng độ Clo hoạt tính trong nƣớc từ 0,1 đến 3,0 mg/l với độ chính xác 0,1 mg/l.
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 28
2.1.4. Lựa chọn các đối tượng khử trùng và các vi khuẩn xét nghiệm
Đối tƣợng dùng cho thử nghiệm là mặt bàn, gạch ceramic, rổ, thớt là các dụng cụ sản xuất của xí nghiệp đƣợc lấy ngẫu nhiên sau ca sản xuất. Găng tay công nhân đƣợc chọn ngẫu nhiên trong số các công nhân đang trong quá trình sản xuất. Các thùng chậu để ngâm dụng cụ đối tƣợng khử trùng đƣợc lấy ngẫu nhiên tại các xí nghiệp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vi khuẩn đƣợc lựa chọn để xét nghiệm: Coliforms, E.coli, tổng vi khuẩn hiếu khí và Staphylococcus.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến điện phân, công nghệ hoạt hóa điện hóa, công nghệ vi sinh.
Nghiên cứu tài liệu liên quan đến tình hình nhiễm khuẩn trong thực phẩm và các hóa chất khử trùng trong thực phẩm.
2.2.2. Phương pháp thực hiện thử nghiệm trong phòng thí nghiệm
2.2.2.1. Xác định độ ổn định của dung dịch Anolit theo thời gian.
Chất lƣợng của dung dịch Anolit đƣợc kiểm soát qua các thông số lí – hóa cơ bản nhƣ: pH, thế ôxy hóa khử ORP, nồng độ Clo hoạt tính, tổng chất rắn hòa tan TDS. Hệ thống vận hành liên tục từ 7 giờ sáng đến 16 giờ cùng ngày. Lấy mẫu phân tích Anolit đƣợc thực hiện 1 giờ, 2 giờ, 3, 4, 7 và 8 giờ sau khi chạy máy.
2.2.2.2. Xác định khả năng diệt khuẩn của Anolit
Bố trí thí nghiệm:
Chuẩn bị dung dịch Anolit (dung dịch A) theo các thông số cơ bản sau: pH = 6,5; Thế ôxy hóa khử (ORP) = 800 mV; Nồng độ chất ôxy hóa (tính theo Clo hoạt tính) lần lƣợt là 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1 mg/l.
Chuẩn bị dịch hỗn hợp E.coli mật độ 104 CFU/ml và Coliforms mật độ 105 CFU/ml (dịch B).
a. Xác định nồng độ tối ƣu chất khử trùng
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 29
- Bổ sung 1ml dịch gốc, lắc đều, rồi để trong thời gian 5 phút.
- Bổ sung 0,2 ml Na2S2O3 0,1N, lắc đều trong 30 giây để khử Clo dƣ.
- Xác định mật độ E.coli và Coliforms còn lại trong dung dịch. b. Xác định thời gian diệt khuẩn của Anolit
- Cho 9 ml dung dịch A nồng độ 0,5 mg/l tiếp xúc với 1 ml dịch B với thời gian tiếp xúc lần lƣợt là 10 giây; 30 giây; 1 phút; 5 phút.
- Sau đó khử Clo dƣ bằng Na2S2O3 0,1 N rồi xác định mật độ E.coli và Coliforms còn lại trong dung dịch.
Mỗi thí nghiệm đều đƣợc lặp lại 10 lần (kí hiệu là mẫu 1, mẫu 2, …, mẫu 10)
2.2.3. Phương pháp thực hiện các thử nghiệm tại hiện trường
Các thử nghiệm đƣợc thực hiện ngay tại nơi đang sản xuất của nhà máy. Các qui trình thực hiện thử nghiệm đều đƣợc thực hiện theo qui trình thông thƣờng của nhà máy.
2.2.3.1. Khảo sát thực trạng nhiễm khuẩn môi trường trong cơ sở chế biến thủy sản
Sau ca sản xuất, lấy ngẫu nhiên 2 găng tay cao su, 2 rổ nhựa, 2 thớt nhựa, 2 chậu nhựa, 1 bàn inox và chọn 2 viên gạch ceramic có vị trí cách xa nhau. Các dụng cụ và bề mặt môi trƣờng trên đã đƣợc vệ sinh qua bằng nƣớc rửa bát cho sạch các chất hữu cơ. Tiến hành lấy mẫu bề mặt bằng tăm bông trên diện tích 50 cm2 (riêng găng tay cao su lấy mẫu trên diện tích 25 cm2
). Bàn inox lấy ở 2 vị trí: 1 ở đầu bàn, 1 ở giữa bàn.
2.2.3.2. Ngâm khử trùng các dụng cụ nhỏ
Phân tích vi sinh mỗi dụng cụ 80 mẫu bao gồm các chỉ tiêu vi khuẩn: tổng VKHK, Coliforms, E.coli và Staphylococcus.
Các mẫu gồm có: 20 mẫu trƣớc khử trùng, 20 mẫu sau khử trùng bề mặt dụng cụ đƣợc vệ sinh khử trùng theo phƣơng pháp khử trùng thƣờng qui; 20 mẫu trƣớc khử trùng, 20 mẫu sau khử trùng bề mặt dụng cụ đƣợc vệ sinh khử trùng theo phƣơng pháp mới sử dụng Anolit (và đƣợc chia đều thành 2 đợt thí nghiệm).
2.2.3.2.1. Khử trùng và lấy mẫu trên rổ nhựa
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 30 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lấy mẫu trƣớc khử trùng: Sau ca sản xuất, chọn 10 rổ đã đƣợc sử dụng và đánh số từ 1 đến 10. Lấy mẫu bề mặt trên diện tích 50 cm2
rổ nhựa sau khi đƣợc vệ sinh qua thiết bị chà rửa bằng tia nƣớc áp lực cao. Dùng tăm bông đã tiệt trùng quệt đều trên diện tích lấy mẫu và đƣa vào ống nghiệm đựng 10 ml nƣớc muối sinh lý đã tiệt trùng. Đặt ống nghiệm vào thùng lạnh và chuyển về phòng thí nghiệm để bảo quản và phân tích trong ngày.
Lấy mẫu sau khử trùng: Sau khi lấy mẫu trƣớc khử trùng, rổ sẽ đƣợc ngâm vào thùng chứa dung dịch Clorin nồng độ 100 mg/l (Clo hoạt tính) trong thời gian 5 phút. Sau đó tráng rửa rổ nhựa dƣới vòi nƣớc chảy mạnh trong thời gian 1 phút rồi tiến hành lấy mẫu sau khử trùng nhƣ đã trình bày ở trên.
b. Lấy mẫu vi sinh kiểm tra vệ sinh khử trùng bằng dung dịch siêu ôxy hóa (Anolit)
Lấy mẫu trƣớc khử trùng: Tƣơng tự nhƣ đã trình bày ở mục a.
Lấy mẫu sau khử trùng: Sau khi lấy mẫu trƣớc vệ sinh, các rổ nhựa đƣợc chà rửa bằng bàn chải nhựa trong dung dịch Anolit (100 mg/l Clo hoạt tính) có thêm chất tẩy rửa (nƣớc rửa bát (1%)) trong thời gian 1 phút. Sau đó ngâm các rổ nhựa vào dung dịch Anolit (100 mg/l) trong thời gian 5 phút. Sau khi tráng rửa các rổ nhựa dƣới vòi nƣớc chảy mạnh cho sạch, tiến hành lấy mẫu sau khử trùng tƣơng tự nhƣ đã trình bày ở phần trên.
Mỗi thí nghiệm đều đƣợc lặp lại 2 lần vào các thời điểm khác nhau.
2.2.3.2.2. Khử trùng và lấy mẫu trên thớt nhựa
a. Lấy mẫu vi sinh kiểm tra vệ sinh khử trùng thường qui
Lấy mẫu trƣớc khử trùng: Lấy 10 thớt nhựa từ các công nhân vừa làm sản phẩm sau ca sản xuất và đánh số thứ tự từ 1 đến 10. Làm vệ sinh các thớt đã chọn bằng cách chà sát trong nƣớc xà phòng trong thời gian 5 phút. Tráng rửa lại các thớt dƣới vòi nƣớc chảy mạnh. Lấy mẫu trƣớc khử trùng các bề mặt mỗi thớt tƣơng tự nhƣ lấy mẫu rổ nhựa với diện tích lấy mẫu 50cm2.
Lấy mẫu sau khử trùng: Sau khi lấy mẫu trƣớc khử trùng, các thớt nhựa đã chọn đƣợc ngâm vào thùng nƣớc thứ nhất có pha Clorin nồng độ 100 mg/l Clo hoạt tính (có pha thêm 1% nƣớc rửa bát), sau đó chà rửa bằng bàn chải
Lớp KTMT 2012B Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 31
cho sạch các chất hữu cơ. Sau khi chà rửa, thớt đƣợc mang đi tráng rửa lại dƣới vòi nƣớc chảy mạnh cho sạch xà phòng. Sau đó, ngâm các thớt vào thùng nƣớc thứ 2 có pha Clorin nồng độ 100 mg/l Clo hoạt tính, trong thời gian 5 phút. Sau khi lấy thớt ra khỏi thùng nƣớc khử trùng, tráng rửa lại dƣới vòi nƣớc chảy mạnh, tiến hành lấy mẫu sau khử trùng các bề mặt mỗi thớt theo phƣơng pháp đã mô tả ở mục trên.
b. Lấy mẫu vi sinh kiểm tra vệ sinh khử trùng bằng dung dịch Anolit