Đồ án Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy xử lý nước uống cho cộng đồng bằng công nghệ plasma (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy xử lý nước uống cho cộng đồng bằng công nghệ plasma (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƯỚC UỐNG CHO CỘNG ĐỒNG BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA GVHD: TS. TRẦN NGỌC ĐẢM SVTH: VÕ NGUYỄN ĐĂNG TRINH MSSV: 10111085 S K L 0 0 4 3 3 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƯỚC UỐNG CHO CỘNG ĐỒNG BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA ” Giảng viên hướng dẫn: TS. TRẦN NGỌC ĐẢM Sinh viên thực hiện: VÕ NGUYỄN ĐĂNG TRINH MSSV: 10111085 Lớp: 101112B Khoá: 2010-2014 Tp. Hồ Chí Minh, tháng tháng 1 /2016
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS. TRẦN NGỌC ĐẢM Sinh viên thực hiện: VÕ NGUYỄN ĐĂNG TRINH MSSV: 10111085 1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƯỚC UỐNG CHO CỘNG ĐỒNG BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Công nghệ plasma hiện nay đang được áp dụng rất nhiều vào các lĩnh vực của đời sống. Nhờ đó việc tạo ra thái thứ tư của vật chất rất dễ dàng, vì vậy chỉ nắm vững nguyên lý áp dụng vào xử lý nước, chúng ta có thể mở ra một chương mới trong công nghiệp nước uống đóng chai. Hiện nay, để xử lý thô nước uống có rất nhiều phương pháp khác nhau nên chúng ta rất dễ dàng xem xét để tìm phương pháp thích hợp để cùng với công nghệ Plasma tạo thành một hệ thống xử lý nước hoàn chỉnh và tối ưu nhất. Công nghệ RFID rất phổ biến, hầu như lĩnh vực nào cũng sử dụng. Để kiểm soát lượng nước uống sử dụng trong ngày nhằm thông báo cho người dùng biết thì RFID rất cần thiết. 3. Nội dung chính của đồ án: Nhận thấy được các hạn chế của các hệ thống xử lý hiện nay như: tốn kém, chi phí cao, nước sau khi xử lý không đạt chuẩn. Vì vậy, em mới đưa ra một giải pháp công nghệ mới nhằm khắc phục các vấn đề trên. Đó là tạo ra một máy xử lý nước uống đáp ứng được các yêu cầu sau: - Thiết kế tính toán tìm ra mô hình tối ưu cho thiết bị có thể sử dụng trong văn phòng và cạch tranh với các thiết bị khác trên thị trường. - Thiết bị phải được thiết kế logic để thuận tiện trong việc tháo lắp và bảo trì thiết bị khi gặp sự cố. i
4. - Phải đảm bảo an toàn tuyệt đối không gặp bất kỳ trở ngạy nào trong lúc sử dụng. - Chế tạo mô hình với kích thước xử lý là 01 lít/lần/10 giây. - Kiểm tra và tìm ra các thông số tối ưu của thiết bị về điện áp, tần số - Đánh giá được các ưu, khuyết điểm của hệ thống, đồng thời tìm ra các giải pháp để khác phục các khuyết điểm đó - Tìm gải pháp đầu ra cho thiết bị. 4. Các sản phẩm dự kiến: - Đầu tiên, chế tạo ra một hệ thống xử lý nước với công suất 1000 lit/h. Sau khi hoàn thành đánh giá các kết quả đạt được. Đồng thới tìm ra các phải pháp tối ưu cho thiết bị cũng như khắc phục các hạn chế trong quá trình thi công và sử dụng thiết bị. - Tiếp theo, từ các cơ sở trên mới bắt đầu nguyên cứu và chế tạo ra các hệ thống khác nhau với công suất khác để có thể đáp ứng được các nhu cầu của thị trường. - Từ những kinh nghiệm đạt được mới bắt đầu nguyên cứu và thiết kế ra một thiết bị nhỏ gọn, đẹp mắt có thể sử dụng cho gia đình và các công ty. Đây cũng là mục tiêu quan trọng nhất mà em mong muốn đạt được. Đó là có thể phổ biến rộng rãi công nghệ Plasma để mọi người hiểu được thế nào nước sạch, uống được và có lợi cho sức khỏe. 5. Ngày giao đồ án: 1/9/2015 6. Ngày nộp đồ án: 14/1/2016 TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ ii
5. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo trụ nước uống tự động nơi công cộng bằng công nghệ Plasma” - Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Ngọc Đảm - Họ và tên sinh viên: Võ Nguyễn Đăng Trinh - MSSV:10111085 Lớp:10203B - Địa chỉ sinh viên: Tân Trụ, Long An - Số điện thoại liên lạc: 0972178384 - Email: kstrinh92@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 8/ 1 / 2016 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp, Hồ Chí Minh, Ngày 8 Tháng 1 Năm 2016 (Ký, ghi rõ họ tên) iii
6. LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp đối với sinh viên năm cuối là rất quan trọng, nhằm tổng hợp lại những kiến thức về chuyên ngành cơ khí chế tạo máy và các môn học khác mà chúng em đã được học trong khoảng thời gian chúng em ngồi trên giảng đường đại học, cũng như những kinh nghiệm từ thực tế. Đồ án tốt nghiệp này đã giúp chúng em đi từ lý thuyết vào thực tế nghiên cứu và chế tạo mô hình thực tế. Qua đó chúng em đã củng cố vững hơn về kiến thức chuyên ngành và kỹ năng làm việc thực tế cũng như làm vệc nhóm sao cho hiệu quả hơn, là một kỹ năng rất cần thiết cho kỹ sư sau khi ra trường. Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đầu tiên xin gửi đến gia đình vì sự động viên không mệt mỏi và sự kề cận, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khóa học của mình một cách tốt nhất. Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em thực hiện đề tài này. Đặc biệt là TS. Trần Ngọc Đảm, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt Đồ Án. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng trong một khoảng thời gian cho phép, cũng như hạn chế về mặt kiến thức của bản thân, đồ án này không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Chính vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo, cô giáo cũng như của bạn bè và những người có quan tâm đến lĩnh vực mà đồ án này đã được trình bày. Cuối cùng em xin kính chúc T.S Trần Ngọc Đảm cùng quý thầy, cô trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, công tác tốt. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 1 năm 2016 iv
7. TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƯỚC UỐNG CHO CỘNG ĐỒNG BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA Công nghệ Plasma đã có lâu đời nhưng hầu hết được thì chỉ được ứng dụng trong phòng thí nghiệm với áp suất thấp. Về việc ứng dụng công nghệ Plasma để xử lý nước thải hoặc xử lý nước uống thì đã từng được đưa vào ứng dụng thử nghiệm trong và ngoài nước. Hướng nghiên cứu xử lý nước uống bằng công nghệ Plasma bắt đầu có sáng chế đầu tiên vào thập niên 90, hiện nay đã trở thành mối quan tâm trên toàn cầu và hứa hẹn đây là lĩnh vực còn nhiều đột phá trong tương lai. Theo các nhà khoa học khẳng định: Nguồn nước máy của Việt Nam hiện đang bị nhiễm khuẩn trầm trọng, không thể sử dụng trực tiếp vì nguy cơ nhiễm khuẩn cao. Do đó, cần thiết phải được xử lý bằng công nghệ trước khi đến được tay người sử dụng. Ngoài thì trường hiện nay đang dùng các loại nước uống tinh khiết đóng chai, bình hay qua thiết bị lọc nước thường dùng (ứng dụng công nghệ thẩm thấu ngược – RO, công nghệ lọc nước sạch theo nguyên lý hấp phụ) có chi phí khá cao và đang được cảnh báo là thiếu các vi chất, khoáng chất, mất cân bằng điện giải. Để giải quyết những hạn chế trên, các nhà khoa học đã nghĩ đến công nghệ Plasma. Công nghệ Plasma tạo ra gốc tự do có lực oxy hóa rất mạnh, đồng thời tạo ra hiện tượng sóng xung kích (shockwaves), tia cực tím (UV) và hiện tượng phá vỡ lên kết hóa học (vòng benzen) bởi các va chạm mạnh của các hạt mang điện (electron và ion). Nhờ đó có thể phá vỡ các thành phần hóa học độc hại và diệt virus trong nước uống. Các tạp chất bị đốt trực tiếp trong môi trường Plasma nên nước sau khi xử lý không bị chuyển màu theo thời gian. Hệ thống mô hình gồm có: Nguồn điện cấp vào (0-220v), buồng Plasma và hai điện cực để tạo ra dòng tia plasma trong đó cực dương được bọc cách điện, cực âm là thanh inox 304. Khi cung cấp điện áp vào 220v vào buồng Plasma nơi mà điện áp được khuếch đại lên rất nhiều lần từ (0-220v) lên đến (20-40kv)m. Với điện áp cao giữa hai cực âm và dương tạo ra sóng xung kích, tia cực tím, và hiện tượng phá vỡ liên kết hóa học của dòng nước đi ngan qua vùng xử lý. Sau khi đã được xử lý, nước được cung cấp trực tiếp đến người sử dụng thông qua trụ nước. v
8. Không chỉ dừng lại ở việc chế tạo ra một hệ thống xử lý nước bằng công nghệ Plasma trong nước uống đóng chai hay các cột lấy nước, mà em còn muốn phát triển hơn thế nửa đó là tạo ta một thiết bị nhỏ gọn, tiện dụng và giá rẻ có thể đặt ở bất kỳ đâu, bất cứ chỗ nào mà không cần quan tâm đến diện tích lắp đặt và chi phí. Nghiên cứu được thực hiện gồm sáu giai đoạn là: - Giai đoạn 1: Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ Plasma, động lực học plasma, nghiên cứu khả năng bắn điện bằng công nghệ Plasma và ứng dụng tia Plasma vào xử lý nước. - Giai đoạn 2 : Đưa ra nhiều phương án thiết kế chế tạo mô hình xử lý thực nghiệm, phân tích ưu nhược điểm của từng phương án, và cuối cùng chọn phương án tối ưu dựa trên tiêu chí hiệu suất xử lý, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, - Giai đoạn 3 : Tiến hành thí nghiệm với các điều kiện khác nhau: công suất tiêu hao (dòng điện, điện áp, tần số), kích thước hình dáng buồng Plasma. - Giai đoạn 4 : Nguyên cứu, thiết kế và chế tạo một hệ thống xử lý nước uống bằng công nghệ plasma với công suất của một cơ sở sản xuất nước uống. Đồng thời cũng chế tạo hệ thống lấy nước tự động bằng thẻ RFID. - Giai đoạn 5 : Nguyên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nước ướng bằng công nghệ Plasma với công suất nhỏ hơn nhưng có độ thẩm mỹ cao để có thể lắp tại cái xí nghiệp và trường học. - Giai đoạn 6 : Nguyên cứu, thiết kế, thu gọn và chế tạo máy xử lý nước uống bằng công nghệ Plasma để sử dụng cho gia đình nhưng đòi hỏi phải đáp ứng đủ tính thẩm mỹ, tiện nghi và an toàn cho người xử dụng. vi
9. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v MỤC LỤC vii MỤC LỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: 1 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: 2 1.2.1. Ý nghĩa khoa học: 2 1.2.2. Ý nghiã thực tiễn 2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: 3 1.3.1. Mục tiêu chung: 3 1.3.2. Mục tiêu cụ thể: 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU: 4 1.4.1. Đối tượng nguyên cứu: 4 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu: 4 PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU: 4 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận: 4 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể: 4 KẾT CẤU ĐỒ ÁN: 5 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGUYÊN CỨU ĐỀ TÀI 6 ĐỊNH NGHĨA VỀ NƯỚC: 6 VAI TRÒ CỦA XỬ LÝ NƯỚC UỐNG: 7 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC UỐNG: 8 2.3.1. Phương pháp lọc thô: 9 vii
10. 2.3.2. Phương pháp lọc tinh: 11 2.3.3. Tiệt trùng: 12 GIỚI THIỆU VỀ PLASMA: 18 2.4.1. Giới thiệu: 18 CHỈ TIÊU NƯỚC UỐNG: 20 HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC BẰNG RO : 25 2.6.1. Giới thiệu : 25 2.6.2. Quy trình xử lý nước : 25 MÁY LỌC NƯỚC GIA ĐÌNH: 26 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28 CÁC ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN: 28 3.1.1. Ion hóa: 28 3.1.2. Năng lươṇ g ion hoá: 28 3.1.3. Bậc ion hóa: 28 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC HẠT TRONG PLASMA: 31 3.2.1. Tiết diện hiệu dụng 31 3.2.2. Khoảng đường tự do trung bình. 31 3.2.3. Tần số va chạm: 31 3.2.4. Va chạm đàn hồi: 32 3.2.5. Va chạm không đàn hồi: 32 QUÁ TRÌNH TẠO CHẤT OXI HÓA: 33 3.3.1. Taọ ozone: 33 3.3.2. Tạo thành H2O2 : 33 3.3.3. Taọ gốc *OH có mứ c oxi hoá maṇ h: 34 CHƯƠNG 4 PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP 35 YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI VÀ CÁC GẢI PHÁP: 35 4.1.1. Yêu cầu của đề tài: 35 4.1.2. Thông số thiết kế: 35 4.1.3. Sơ đồ khối thiết bị: 35 viii
11. 4.1.4. Phương hướng và giải pháp thực hiện: 37 4.1.5. Khi tiến hành thực hiện thì phải chú ý tới các vấn đề sau: 37 THIẾT KẾ MÁY XỬ LÝ NƯỚC UỐNG: 38 4.2.1. Thiết kế thân máy: 38 4.2.2. Thiết kế buồng plasma: 42 4.2.3. Phương án sử dụng vật liệu làm điện cực âm: 47 THIẾT BỊ HOÀN CHỈNH: 51 4.3.1. Kích thước thân máy: 51 4.3.2. Các bộ phận: 52 TRÌNH TỰ CÔNG VIỆC: 52 CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 53 TÍNH TOÁN TẠO RA PLASMA: 53 5.1.1. Lưu lượng nước qua hệ thống: 53 5.1.2. Tính toán kích thước ống phóng: 53 5.1.3. Tính kích thước đường ống cơ bản ( đường ống dẫn chính) 58 5.1.4. Tính toán hệ số tổn thât cục bộ: 59 5.1.5. Tính toán chọn bơm: 60 5.1.6. Nhiệt độ tại buồng Plasma: 61 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN: 62 5.2.1. Sơ đồ khối điều khiển: 62 5.2.2. Nguyên lý vận hành: 62 5.2.3. Code điều khiển: 63 CHƯƠNG 6 CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM 65 CHẾ TẠO CƠ KHÍ: 65 6.1.1. Vỏ máy xử lý: 65 6.1.2. Bộ lọc thô: 65 6.1.3. Bồn điều áp: 66 6.1.4. Bồn chứa nước sạch: 66 6.1.5. Vòi rót nước: 67 ix
12. 6.1.6. Máng chứa nước thừa: 67 6.1.7. Trụ xử lý plasma: 68 6.1.8. Hộp đựng thẻ RFID: 68 CHẾ TẠO ĐIỀU KHIỂN: 69 6.2.1. Mạch tạo Plasma: 69 6.2.2. Điều khiển xử lý nước: 69 6.2.3. Điều khiển rót nước: 70 THỬ NGHIỆM: 70 KẾT LUẬN 71 ĐỀ NGHỊ 72 x
13. MỤC LỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 2:1 Tia Plasma 18 Hình 2:2 Sự chuyển biến vật chất theo nhiệt độ 18 Hình 2:3 Sự ion hóa của Plasma 19 Hình 2:4 Hệ thống lọc RO 26 Hình 2:5 Máy xử lý nước dung cho gia đình 27 Hình 4:1 Quy trình xử lý 35 Hình 4:2 Thân máy – phương án 1 38 Hình 4:3 Thân máy – phương án 2: 39 Hình 4:4 Thân máy – phương án 3 40 Hình 4:5 Buồn plasma – phương án 1 42 Hình 4:6 Buồn plasma – phương án 2 43 Hình 4:7 Buồn plasma – phương án 3 44 Hình 4:8 Buồn plasma – phương án 4 45 Hình 4:9 Thanh điện cực đồng Ø8 dài 250mm 47 Hình 4:10 Thanh điện cực inox Ø8 dài 250mm 48 Hình 4:11 Thanh điện cực vônfram 49 Hình 4:12 Thanh điện cực nhôm 50 Hình 4:13 Kích thước thân máy 51 Hình 4:14 Các bộ phận của máy xử lý nước 52 Hình 5:1 Biểu đồ đường Paschen 53 Hình 5:2 Kích thước sơ bộ ống thủy tinh và ống thạch anh 54 Hình 5:3 Tia phun thẳng đứng 55 Hình 5:4 Sơ đồ khối điều khiển 62 Hình 6:1 Mô hình hoàn chỉnh 65 Hình 6:2 Bộ lọc thô 65 Hình 6:3 Bồn điều áp 66 Hình 6:4 Bồn chứa nước sạch 66 Hình 6:5 Vòi rót nước 67 Hình 6:6 Máng chứa nước thừa 67 Hình 6:7 Trụ xử lý Plasma 68 Hình 6:8 Hộp đựng thẻ RFID 68 Hình 6:9 Mạch Plasma 69 Hình 6:10 Điều khiển xử lý Plasma 69 Hình 6:11 Điều khiển rót nước 70 xi
14. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT - PE Poly Etylene - PP Poly Propylene - PET Poly Ester - PVC Poly Vinyl Clorua - PA Poly Amide - EVOH Ethylene Vinyl Alco Hol - OPP Oriented Poly Propylene - RO Reverse Osmosis - RFID Radio Frequency IDentification xii
15. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Không giống với Japan, Singapore, Đức nước máy ở hầu hết các nước trong khu vực như Indonesia, Malaysia, Philipine và Việt Nam đều không thể uống trực tiếp vì nguy cơ nhiễm khuẩn ColiForm, Ecoli và các loại tạp chất là rất cao (có thể do công nghệ xử lý, nguồn nước và hệ thống đường ống cũ kỹ). Để đảm bảo an toàn, chúng ta thường phải bỏ ra một lượng chi phí rất cao để mua nước uống tinh khiết trong những bình 19 lít với giá trung bình từ 40.000 đến 100.000 đồng, hoặc mua những chai 500ml với giá 5.000 đến 10.000 đồng. Một số người khá giả hơn thì tự mua thiết bị lọc nước với giá đắt đỏ nhưng lưu lượng xử lý thấp phù hợp với gia đình nhỏ. Ngoài ra nước uống tinh khiết đang được cảnh báo do thiếu các vi chất, chỉ cần sử dụng trong thời gian ngắn chúng ta chắc chắn mắc bệnh thiếu vi chất, thiếu khoáng chất, mất cân bằng điện giải Đặc biệt đối với trẻ em, việc lạm dụng nước lọc tinh khiết sẽ làm các em thiếu vi chất, gây các bệnh lý nguy hiểm rất khó xác định. Sự thiếu hụt ezim quan trọng nào đó do thiếu vi chất sẽ ảnh hưởng tới quá trình phát triển trẻ em. Hơn thế nữa, nước uống tinh khiết đóng chai làm tốn kém năng lượng, hóa chất để xử lý, chi phí cho quá trình vận chuyển và ô nhiễm môi trường do chai lọ. Đối với các em nhỏ, việc mang nước uống đến trường làm tăng thêm là gánh nặng trong cặp táp ảnh hưởng rất lớn đến đến sự phát triển thể chất. Với các lý do nước uống tinh khiết không tốt cho sức khỏe và đắt đỏ nên hiện nay nguồn nhân lực hiện tại và tương lai của đất nước tập trung ở các khu công ngiệp, thương mại và trường học từ mẫu giáo đến đại học đang bị ảnh hưởng nặng nề về nguồn nước uống. Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma xử lý nước máy tạo ra nước sạch, chi phí thấp và thân thiện với môi trường là rất cấp bách và cần thiết. Theo nhiều nghiên cứu chỉ ra, nước cung cấp khoảng 50% vi chất cho cơ thế (50% còn lại qua đường thức ăn). “Nếu quá lạm dụng việc dùng nước tinh khiết (hay nước đóng chai) thì về lâu về dài chắc chắn sẽ sinh bệnh”. Nước sạch không phải là nước tinh khiết. Nước tinh khiết là nước gần như loại bỏ hoàn toàn các khoáng chất có trong nước. Nước sạch là nước tự nhiên mà ta đã loại bỏ các thành phần có hại cho sức khỏe nhưng vẫn có đầy đủ các khoáng chất, vi chất cần thiết cho cơ thể. 1
16. Từ quan điểm này thì nước tinh khiết hay nước ô nhiễm đều không tốt cho sức khỏe con người. Để tránh thiếu hụt các khoáng chất, cách tốt nhất là sử dụng nguồn nước sạch của thành phố cấp vì đã qua xử lý loại bỏ tương đối an toàn các chất độc hại. Tuy nhiên với thực trang hiện nay, nguồn nước sạch của thành phố đang bị nhiễm lượng Flo tăng cao đặc biệt là nhiễm khuẩn khoản 5 con Ecoli/100ml nước. Việc đun sôi nước chỉ có tác dụng diệt một phần các loại vi khuẩn có hạị còn với các kim loại nặng và chất độc hại có trong nước như clo hữu cơ, các hợp chất nitơ, flo, thì hầu như không có tác dụng. Ngoài ra do chất tiết Chlor (hóa chất dùng để tiệt trùng) được chứng minh là chất dẫn xuất gây một số chứng bệnh ung thư như Chloroform (một loại Trihalométhane) và mùi hôi của Chlo không những khó uống mà còn làm da bị khô, gây ngứa ngáy Ứng dụng công nghệ plasma để tạo ra gốc tự do có lực oxy hóa rất mạnh để xử lý các tạp chất hữu cơ và vô cơ trong nước. Plasma xẩy ra trong nước nên peroxide), Hầu hết các chất này là những chất oxy hóa mạnh, và nó đóng một vai trò quan trọng trong quá trình oxy hóa chất hữu cơ hữu cơ thành CO2 và nước. Ngoài ra các tạp chất bị đốt trực tiếp trong môi trường plasma nên nước sau khi xử lý không bị chuyển màu theo thời gian. Plasma ;được tạo ra trực tiếp trong môi trường nước nên quá trình xử lý nhanh và hiệu quả Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: 1.2.1. Ý nghĩa khoa học: Đánh giá hiệu quả của mô hình plasma trong xử lý nước uống sạch, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý. Cải tiến công nghệ để nâng cao hiệu quả xử lý. 1.2.2. Ý nghiã thực tiễn Đây là phương pháp xử lý mới,phương pháp mà trên thế giới hiện nay được giới khoa học rất quan tâm nghiên cứu. Đây là chủ trương mà cần các nhà nghiên cứu khoa học thực hiện, dám nghĩ dám làm Sự thành công của đề tài sẽ hoàn thiện thêm một phương pháp xử lý nước uống sạch đạt hiệu quả cao, không gây nguy hiểm và ô nhiễm đến môi trường, xử lý nước uống sạch bằng phương pháp mới vừa làm sáng tỏ lý thuyết vừa có thể áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước uống bằng chính công nghệ trong nước,công nghệ Việt. 2
17. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: 1.3.1. Mục tiêu chung: Từ kết quả nghiên cứu hệ thống xử lý nước uống bằng công nghệ plasma tại Phòng Nghiên cứu Năng lượng và Môi trường, và đã được công nhận của sở y tế Biên Hòa và Viện Pastuer thành phố HCM, với mục tiêu là thiết kế và chế tạo một hệ thống xử lý mới để thay thế được RO để đem lại nguồn nước sạch, tinh khiết cho cộng nhưng phải tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và đảm bảo sức khỏe. 1.3.2. Mục tiêu cụ thể: - Về chất lượng: nước sau khi xử lý sẽ đạt được các tiêu chuẩn để cho người dân xử dụng - Về thiết kế: hệ thống được thiết kế và bố trí hợp lý để làm sao đem lại cho người sử dụng thuận tiện và thoải mái. - Về thẩm mỹ: sản phẩm phải đẹp mắt, tinh tế. - Về cấu trúc: hệ thống được sắp xếp một cách logic để dễ dàng sữa chữa và lắp đặt - Giá trị kinh tế: bước đầu giúp cải thiện nguồn nước uống, sau đó dân thay thế các nguồn nước hiện có, nhàm hạn chế chi phí nước sử dụng - Lợi ích mà đề tài đem lại: + Về mặt phát triển cộng đồng: Sẽ giúp cho xã hội có nguồn nước sạch ít tốn chi phí. + Về mặt bảo vệ môi trường: Hệ thống không dùng chai lọ như nước đóng chai, sử dụng tiện lợi nên giảm ô nhiễm môi trường do chai lo đồng thời giảm chi phí năng lượng tiêu tốn trong quá trình xử lý, vận hành, bảo dưỡng. + Về mặt xây dựng bền vững: Bảo trì, vận hành đơn giản. Vật liệu sử dụng bằng inox 304 nên bền, khó hư hại. Do đó hệ thống sẽ tồn tại lâu dài với thời gian 3
18. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU: 1.4.1. Đối tượng nguyên cứu: Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu cách chế tạo môi trường plasma ở nhiệt độ thấp trong môi trường áp suất thường; Xử lý nước sạch trước khi đưa vào sử dụng 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một mô hình xử lý nước uống sạch bằng công nghệ Plasma ở nhiệt độ thấp trong môi trường áp suất thường với năng suất 01 lít/lần/15 giây. Sau khi thành công sẽ ứng dụng rộng rãi đáp ứng nhu cầu của cơ sở doanh nghiệp cũng như các công ty lớn. PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU: 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận: - Phương pháp phân tích tài liệu: Tham khảo từ sách báo, giáo trình, các tạp chí, tài liệu và thiết kế mô phỏng tài liệu về quy trình xử lý nước từ giáo viên hướng dẫn (Ts. Trần Ngọc Đảm ) - Điều tra thực tế: Thực hiện các thí nghiệm về xử lý nước sạch từ đó rút ra các nhận xét đánh giá. Tham khảo một số máy xử lý nước sạch bằng công nghệ Plasma có cấu trúc tương tự và giá thành của chúng trên thị trường. 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể: - Tham khảo tài liệu về thiết kế máy xử lý nước sạch bằng công nghệ Plasma; - Phương pháp tổng hợp: Từ các nguồn thông tin tổng hợp từ 2 phương pháp trên, tiến hành xử lý, đề xuất phương án, nguyên lý hoạt động, thiết bị phụ trợ, thực hiện thiết kế mô hình; - Tiến hành làm thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm để đạt kết quả mong muốn. 4
19. KẾT CẤU ĐỒ ÁN: Kết cấu của đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương: Chương 1: Giới thiệu. Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài. Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Chương 4: Phương hướng và các giải pháp. Chương 5: Đề xuất công nghệ / Tính toán, thiết kế. Chương 6: Chế tạo thử nghiệm / Thực nghiệm - đánh giá. Kết luận và kiến nghị 5
20. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGUYÊN CỨU ĐỀ TÀI ĐỊNH NGHĨA VỀ NƯỚC: Nước cần thiết cho cơ thể: 60 - 70% cơ thể là nước, do đó nước rất thiết yếu cho cuộc sống vì nước dẫn truyền chất dinh dưỡng đi khắp cơ thể, tạo sự mềm mại cho da, điều hòa nhiệt độ, bôi trơn các khớp xương và quan trọng nhất là nuôi sống bộ não của bạn. Nước: Nước là một hợp chất hóa học của ôxy và hiđrô, có công thức hóa học là H2O. Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống. 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống. Nước uống: Nước uống hay nước sạch là các loại nước đủ độ tinh khiết tối thiểu để con người hoặc các loài động vật, thực vật có thể uống, tiêu thụ, hấp thu hoặc sử dụng mà ít gặp nguy cơ tác hại trước mắt hoặc về lâu dài. Trong hầu hết các nước phát triển, nước uống được cung cấp cho các hộ gia đình, các hoạt động thương mại và công nghiệp là tất cả các nước uống phải đạt tiêu chuẩn về vệ sinh (thường là nước máy, nước ngọt, nước lọc) mặc dù chỉ có một tỷ lệ rất nhỏ được thực tế tiêu thụ hoặc được sử dụng trong chế biến thực phẩm hay việc tắm rửa hoặc tưới tiêu, rửa xe Nước sạch là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá về chất lượng cuộc sống. Ngoài ra còn có nước đóng chai và nước đung sôi. Phân biệt nước sạch, nước tinh khiết và nước khoáng: - Nước sạch: Nước uống sạch là nước không có màu, mùi vị khác thường gây khó chịu cho người uống, không có các chất tan và không tan độc hại cho con người, không có các vi khuẩn gây bệnh và không gây tác động xấu cho sức khoẻ người sử dụng trước mắt cũng như lâu dài. - Nước tinh khiết: được lấy từ các nguồn nước ngầm, nước máy qua các công đoạn xử lý, tinh lọc, tiệt trùng được đóng vào chai. Tuy nhiên, vì quá tinh khiết nên trong nước hầu như không còn chút khoáng chất, nguyên tố vi lượng mà cơ thể con người rất cần được bổ sung hàng ngày. 6
21. - Nước khoáng: được khai thác từ các nguồn khoáng sâu trong các tầng địa chất. Nước khoáng có chứa các nguyên tố vi lượng và các khoáng chất cơ bản có ích như: Potassium, Sodium, Magnesium, Calcium với những khoáng chất từ tự nhiên nên cơ thể dễ dàng hấp thu và bù đắp kịp thời phần nào lượng muối khoáng mất đi do vận động, giúp tăng cường sức khỏe và cải thiện làn da. VAI TRÒ CỦA XỬ LÝ NƯỚC UỐNG: Các phương pháp xử lý nước được nghiên cứu và áp dụng trong nhiều thế kỷ nay nhằm mục đích bảo vệ sức khỏe cộng đồng khỏi các vi khuẩn gây bệnh cũng như hóa chất độc hại có thể có trong nước nguồn. Tùy thuộc vào chất lượng nước nguồn, các kỹ thuật xử lý phù hợp sẽ được lựa chọn sử dụng. Trong nước sông, hồ, khoan và nước thủy cục thường có nhiều chất lơ lửng, một số chất khoáng hoà tan, mùi và các vi sinh vật gây bệnh cho con người như: - Chất rắn lơ lững: trong nước như axit sunphat đồng, oxi đồng, những chất độc thuộc clor, chất hữu cơ photpho, oxit nhôm, oxit sắt Những chất này sẽ gây ra tổn thương cho các bộ phận trong cơ thể: tổn thương trong khu thần kinh gây ung thư làm ảnh hưởng đến gan, thận, CACO gây hiện tượng vôi cột sống - Trong nước có mùi là do các vi khuẫn cũng như tạp chất hữu cơ bị phân hủy gây ra mùi hôi, mùi tanh Những tạp chất trong nước này sẽ gây khó chịu cho cơ thể khi sử dụng làm ảnh hưởng đến hệ hô hấp, hệ tiêu hóa - Các kim loại nặng và chất hữu cơ trong nước như: thủy ngân và chì, các chất hữu cơ. Những kim loại nặng này cơ thể con người không tiêu hóa được nên nó sẽ tích tụ trong cơ thể thời gian lâu ngày có thể gây tử vong. - Trong nước có chất khoáng thường không ổn định làm thiếu những chất khoáng trong cơ thể gây mất cân bằng và làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người. - Khuẩn là vi rút gây bệnh cho mắt: trong nước luôn có những vi khuẩn và vi rút, chúng là tác nhân lây nhiễm các bệnh nguy hiểm. 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4