Luận văn Thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nước thải y tế công suất 05 m/ngày bằng công nghệ Plasma (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nước thải y tế công suất 05 m/ngày bằng công nghệ Plasma (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC LONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Y TẾ CÔNG SUẤT 05 M /NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 4 1 6 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC LONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI Y TẾ CÔNG SUẤT 05 M3/NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hƣớng dẫn khoa học: TS. TRẦN NGỌC ĐẢM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN ĐỨC LONG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/6/1985 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Hà Nội Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 8A, tổ 29, kp5, Phƣờng Trảng Dài, Biên Hòa, Đồng Nai Điện thoại cơ quan: 061.382.4684 Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: ndlong196@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2004 đến 05/2009 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM Ngành học: Kỹ thuật công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế phần mềm dạy học môn động cơ đốt trong Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Ngƣời hƣớng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Long Giang III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 9/2009 đến nay Đại Học Đồng Nai Quản lý kỹ thuật i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 Nguyễn Đức Long ii
5. LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Trần Ngọc Đảm, ngƣời đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS. TS Nguyễn Ngọc Phƣơng, trƣởng Khoa Cơ Khí máy và thầy Nguyễn Văn Sức, trƣởng Khoa Công nghệ Thực phẩm và Môi trƣờng, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã hỗ trợ em trong suốt thời gian hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô trong Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo sau Đại học, khoa Cơ khí chế tạo máy, khoa Môi trƣờng – trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô trong Ban Giám hiệu, phòng Quản trị Thiết bị – trƣờng Đại học Đồng Nai đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa học thạc sĩ này. Xin chân thành cảm ơn tất cả các thành viên trong phòng nghiên cứu năng lƣợng và môi trƣờng – trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những ngƣời luôn ủng hộ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong học tập cũng nhƣ trong cuộc sống. TP. Hồ Chí Minh tháng 10/2013 Nguyễn Đức Long iii
6. TÓM TẮT THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI Y TẾ CÔNG SUẤT 05 M3/NGÀY BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA Hiện nay, nƣớc thải y tế là một mối nguy hại lớn cho xã hội. Tuy nhiên việc xử lý nƣớc thải y tế có một số nhƣợc điểm là hệ thống phức tạp, chiếm nhiều diện tích, hiệu suất thấp do dùng phƣơng pháp vi sinh, kết hợp hóa lý, hóa sinh, hay oxy hóa bậc cao Trong luận văn này, hệ thống xử lý nƣớc thải y tế bằng công nghệ plasma ở nhiệt độ thấp, áp suất khí quyển đƣợc thiết kế và chế tạo nhằm giải quyết những nhƣợc điểm trên. Nƣớc thải y tế từ các phòng khám đa khoa Long Bình, Y Đức, Sài Gòn Lab đƣợc lấy mẫu thí nghiệm và các chỉ tiêu BOD5, COD, nitrat, phosphat, coliforms đƣợc đo đạt tại Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Nông Lâm TPHCM và Trung tâm Kỹ thuật và Công nghệ Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TPHCM. Độ ảnh hƣởng của điện áp, dòng điện và thời gian xử lý đến hiệu suất xử lý đƣợc khảo sát và đáng giá. Kết quả chỉ ra rằng hiệu suất xử lý BOD5 là 54%, COD là 51%, nitrat là 50%, phosphat là 60%, coliforms là 99,9%. Mức độ ô nhiễm của các chất có trong nƣớc thải giảm hơn 35% ngay khi xử lý chỉ 0.12 giây với điện áp 30 KV, dòng 4 A với lƣu lƣợng 500 ml/phút. Các chỉ tiêu có trong nƣớc thải sau xử lý bằng hệ thống đạt tiêu chuẩn loại B QCVN 28:2010 ở thời gian 0.7s. Quá trình thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nƣớc thải y tế công suất 05 m3/ngày bằng công nghệ plasma đƣợc thực hiện gồm bốn giai đoạn: (1) nghiên cứu lý thuyết về công nghệ plasma, động lực học plasma, quá trình ion hóa, oxy hóa và phân hủy các tạp chất vô cơ, hữu cơ có trong nƣớc thải; (2) đƣa ra nhiều phƣơng án thiết kế chế tạo hệ thống xử lý nƣớc thải y tế bằng công nghệ plasma, phân tích ƣu nhƣợc điểm của từng phƣơng án, và cuối cùng chọn phƣơng án tối ƣu dựa trên tiêu chí hiệu suất xử lý, tiết kiệm năng lƣợng và bảo vệ môi trƣờng; (3) tiến hành thí nghiệm với các điều kiện khác nhau: công suất tiêu hao (điện áp, tần số, dòng), thời iv
7. gian xử lý; (4) phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm và kết luận. v
8. ABSTRACT DESIGNING AND MANUFACTURING MEDICAL WASTE WATER TREATMENT SYSTEM 05 M3/DAY BY PLASMA TECHNOLOGY The waste water from clinic center has been strongly negative affected to human life in large area. The disadvantages of the currently treatment system are low treatment efficiency, costly and unstable due to using microbiological, biochemistrial, combining physical chemistry method, or advanced oxidation process. In this study, the novel hospital waste water treatment system using plasma at low temperature and at atmostpheric pressure was designed and developed to solve the above disadvantages. Waste water from the three clinic centers Long Binh, Y Đuc, and Sai Gon Lab were used and the density of BOD5, COD, Nitrat, Phosphat, Coliforms were tested in Research Institute of Biotechnology and Environment and Center of Environmental Engineering and Teachnology. Input voltage, current and treatment time were used for analytic the treatment efficiency. The results show that treatment efficiency of COD5, COD, phosphat, nitrat and coliforms are 54%, 51%, 50%, 60%, and 99,9%, respectivity. When input voltage, current and treatment time are 30KV, 4A, and 0.12s, respectivity, the treatment efficiency is about 35% and reaches to B - QCVN 28:2010 standard at 0.7s. The process of designing and manufacturing the system is made of four stages: (1) studies theoretical of plasma technology, plasma dynamics, ionization process, oxidation and decomposition of inorganic and organic contaminants in wastewater, (2) offer many design options built system, analyzes the advantages and disadvantages of each alternative, and finally choose the best option that based on processor efficient, energy saving and environmental protection, (3) conduct experiments with different conditions: power consumption (voltage, frequency, current), time treatment, (4) analysis and evaluation of test results and conclusions. vi
9. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT vi MỤC LỤC vii CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và 1 ngoài nƣớc đã công bố: 1 1.1.1 Tổng quan: 1 1.1.2 Các kết quả trong nƣớc và ngoài nƣớc đã công bố: 4 1.1.2.1 Các ứng dụng của công nghệ Plasma trên thế giới: 4 1.1.2.2 Một số khái niệm về chất thải y tế và các thông số có trong nƣớc thải: . 5 1.1.2.3 Nghiên cứu công nghệ xử lý nƣớc thải y tế Biofast-M: 12 1.1.2.4 Nghiên cứu công nghệ plasma của đại học Zhejiang: 15 1.1.2.5 Nghiên cứu công nghệ plasma: 20 1.1.2.6 Nghiên cứu công nghệ plasma của ĐHSPKT TPHCM: 21 1.2 Mục tiêu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu: 23 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu: 23 1.2.2 Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu: 23 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu: 24 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu: 24 1.4.1 Cơ sở phƣơng pháp luận: 24 1.4.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể: 25 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 2.1 Ion hoá: 26 2.1.1 Định nghĩa: 26 vii
10. 2.1.2 Năng lƣợng ion hoá: 26 2.1.3 Bậc Ion hóa: 26 2.2 Sự tƣơng tác giữa các hạt trong plasma: 29 2.2.1 Tiết diện hiệu dụng: 29 2.2.2 Khoảng đƣờng tự do trung bình: 29 2.2.3 Tần số va chạm: 29 2.2.4 Va chạm đàn hồi: 29 2.2.5 Va chạm không đàn hồi: 30 2.2.5.1 Va chạm không đàn hồi loại 1: 30 2.2.5.2 Va chạm không đàn hồi loại 2: 30 2.3 Quá trình tạo chất oxi hoá: 30 2.3.1 Tạo ozone: 30 2.3.2 Tạo H2O2 (Hiđrô perôxít): 31 2.3.3 Tạo gốc *OH có mức oxi hoá mạnh: 31 2.4 Quá trình Oxy hóa: 32 2.4.1 Oxy hóa vòng benzene bằng OH*: 32 2.4.2 Oxy hóa vòng benzene bằng Ozon: 33 CHƢƠNG 3. PHƢƠNG HƢỚNG VÀ GIẢI PHÁP 34 3.1 Yêu cầu đề tài, phƣơng pháp xác định và thông số thiết kế: 34 3.1.1 Yêu cầu đề tài và phƣơng pháp xác định: 34 3.1.1.1 Yêu cầu đề tài: 34 3.1.1.2 Phƣơng pháp xác định: 35 3.1.2 Thông số thiết kế: 37 3.1.2.1 Quy trình xử lý: 37 3.1.2.2 Thông số thiết kế của buồng plasma: 38 3.1.2.3 Nguyên lý làm việc của buồng plasma: 39 3.2 Phƣơng hƣớng và giải pháp thực hiện: 40 3.2.1 Phƣơng án 1: 40 3.2.2 Phƣơng án 2: 42 viii
11. 3.2.3 Phƣơng án 3: 44 3.3 Phân tích và lựa chọn phƣơng án: 46 3.4 Trình tự công việc tiên hành: 46 CHƢƠNG 4. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 47 4.1 Chọn vật liệu cho hệ thống: 47 4.2 Tính toán cho hệ thống: 48 4.2.1 Tổng quan hệ thống: 48 4.2.2 Phần khung của hệ thống: 48 4.2.2.1 Yêu cầu của khung: 48 4.2.2.2 Kích thƣớc: 49 4.2.2.3 Tính toán độ bền khung: 50 4.2.3 Lƣu lƣợng nƣớc qua hệ thống: 60 4.2.4 Tính công suất bơm nƣớc: 60 4.2.5 Khoảng cách giữa hai điện cực: 60 4.2.6 Nhiệt độ tại buồng Plasma: 62 4.2.7 Bộ nguồn Plasma: 62 4.2.7.1 Mạch điều chế độ rộng xung: 62 4.2.7.2 Mạch điều chỉnh tần số và điện áp: 63 4.2.7.3 Bộ biến áp: 64 4.2.8 Lập trình PLC cho hệ thống: 65 4.3 Thí nghiệm: 65 4.3.1 Nguyên liệu: 65 4.3.2 Thiết bị thí nghiệm: 66 4.3.3 Tiến hành thí nghiệm: 67 4.3.3.2 Ảnh hƣởng của điện áp nguồn plasma đến kết quả xử lý nồng độ các chất BOD5, COD, Nitrat, Phosphat và Coliforms: 72 4.3.3.3 Ảnh hƣởng của dòng điện nguồn plasma đến kết quả xử lý nồng độ các chất BOD5, COD, Nitrat, Phosphat và Coliforms: 73 ix
12. 4.3.3.4 Ảnh hƣởng của thời gian xử lý đến kết quả xử lý nồng độ các chất BOD5, COD, Nitrat, Phosphat và Coliforms: 74 CHƢƠNG 5. CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 76 5.1 Chế tạo, thử nghiệm: 76 5.1.1 Phần khung: 76 5.1.2 Bộ nguồn hệ thống: 76 5.1.2.1 Bộ nguồn phát Plasma: 76 5.1.2.2 Bộ PLC S7 300 và biến áp vô cấp đầu vào: 77 5.1.3 Buồng plasma: 78 5.1.5 Chạy thử nghiệm: 79 5.2 Đánh giá: 79 5.2.1 Chủ quan: 79 5.2.2 Khách quan: 81 5.2.3 Một số kết quả đạt đƣợc sau thử nghiệm: 82 6.1 Kết luận: 86 6.2 Kiến nghị: 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 90 x
13. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD5 Biochemical oxygen demand 5 (nhu cầu oxy sinh học đo ở điều kiện 200C trong thời gian 5 ngày) COD Chemical Oxygen Demand (nhu cầu ôxy hóa hóa học) DO Dissolved oxygen (nồng độ oxi hòa tan) PVC Polyvinylchloride (nhựa tổng hợp) QCVN Quy chuẩn Việt Nam RmS Remote Mutual SCADA SS suspended solid (chất rắn lơ lửng) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TS Total solid (tổng chất rắn lơ lửng) UV Ultraviolet radiation (tia cực tím) xi
14. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1.1: Nƣớc thải y tế chƣa qua xử lý [nguồn internet] 2 Sơ đồ 1.1: Sơ đồ hỗn hợp nƣớc thải y tế xả ra cống chung thành phố [8] 8 Sơ đồ 1.2: Sơ đồ xử lý nƣớc thải y tế theo Biofast-M [9] 12 Hình 1.2: Hệ thống điều khiển tự động RmS [9] 14 Hình 1.3: Mô hình thực nghiệm [16] 14 Sơ đồ 1.3: Ảnh hƣởng của vật liệu làm điện cực dƣơng tới tốc độ tạo ra ozone [17] 16 Hình 1.4: (a) Điện cực bằng dung dịch điện phân, (b) Điện cực bằng đồng [17] 17 Sơ đồ 1.4: Ảnh hƣởng của nƣớc oxi già khi thêm vào trong nƣớc thải [18] 17 Sơ đồ 1.5: Trƣờng hợp chỉ có UV và UV + H2O2 [18] 18 Sơ đồ 1.6: Ảnh hƣởng của công suất phóng điện tới sự phân hủy các chất ô nhiễm [18] 18 Sơ đồ 1.7: Ảnh hƣởng của ph tới sự phân hủy các chất ô nhiễm [18] 19 Sơ đồ 1.8: Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch điện phân tới tốc độ sản sinh ozone và công suất phóng điện [18] 19 Hình 1.5: Quá trình ion hóa [21] 20 Hình 1.6: Kết cấu mô hình thực nghiệm [8] 20 Hình 2.1: oxy hóa vòng benzene bằng OH* [10] 20 Hình 2.2: oxy hóa vòng benzene bằng Ozon [10] 20 Hình 3.1: Quy trình xử lý nƣớc thải bằng công nghệ plasma 37 Hình 3.2: Nguyên lý làm việc của buồng plasma 37 Hình 3.3a,b: Phƣơng án 1 40 Hình 3.4a,b: Phƣơng án 2 42 Hình 3.5a,b: Phƣơng án 3 43 Hình 4.1: Tổng quan toàn bộ hệ thống 48 Hình 4.2: Thiết kế phần khung của hệ thống 49 Hình 4.3: Biểu đồ lực cắt và moment 54 xii
15. Hình 4.4: Biểu đồ lực cắt trên dầm 57 Hình 4.5: Biểu đồ moment trên dầm 58 Hình 4.6: Chuyển vị trên dầm 58 Hình 4.7: Moment trên dầm 57 Hình 4.8: Ứng suất pháp lớn nhất 58 Hình 4.9: Tính toán mạch điều chỉnh độ rộng xung 61 Hình 4.10: Chu kỳ một xung 63 Hình 4.11: Tính toán mạch hiệu chỉnh tần số và điện áp 62 Hình 4.12: Tính toán giá trị tần số [10] 63 Hình 4.13: Bộ biến áp vô cấp 0-220VAC 63 Hình 4.14: Bộ biến đổi điện áp cao 64 Hình 4.15: Thiết bị đo độ pH MP120 65 Hình 4.16: Thiết bị thí nghiệm 66 Hình 4.17: Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian với lƣu lƣợng 0,6 ÷ 1 l/ph để pH = 7 67 Hình 4.18: Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian với lƣu lƣợng 1,1 ÷ 1,5 l/ph để pH = 7 68 Hình 4.19: Tổng kết giá trị lƣu lƣợng và điện áp tối ƣu 70 Hình 4.20: Ảnh hƣởng của điện áp nguồn plasma đến kết quả xử lý 72 Hình 4.21: Ảnh hƣởng của dòng điện nguồn plasma đến quá trình xử lý 73 Hình 4.22: Ảnh hƣởng của thời gian đến kết quả xử lý 74 Hình 5.1: Khung của hệ thống thực tế 75 Hình 5.2: Bộ nguồn phát tia plasma thực tế 76 Hình 5.3: Bộ PLC S7 300 và biến áp vô cấp đầu vào thực tế 76 Hình 5.4: Buồng plasma thực tế 77 Hình 5.5: Toàn bộ hệ thống thực tế 77 Hình 5.6: Chạy thử nghiệm 78 Hình 5.7: Giấy chứng nhận sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của Phòng Y tế Tp. Biên Hòa 80 xiii
16. Hình 5.8: Kết quả kiểm tra nƣớc thải phòng khám Y Đức sau khi xử lý 81 Hình 5.9: Kết quả kiểm tra nƣớc thải phòng khám Long Bình sau khi xử lý 82 Hình 5.10: Kết quả kiểm tra nƣớc thải phòng khám Saigon Lab lúc ô nhiễm nhất 83 Hình 5.11: Kết quả kiểm tra nƣớc thải phòng khám Saigon Lab trƣớc và sau khi xử lý 84 xiv
17. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số đặc trƣng nƣớc thải bệnh viện trƣớc khi xử lý [32] 8 Bảng 3.1 Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải y tế theo QCVN 28:2010/BTNMT [7] 34 Bảng 3.2 Thông số của hệ thống xử lý nƣớc thải y tế 38 Bảng 4.1 Kết quả tính toán trên phần mềm Autodesk Inventor 52 Bảng 4.2 So sánh kết quả tính toán và mô phỏng 59 Bảng 4.3 Điều kiện để tạo ra tia lửa điện [33] 60 Bảng 4.4 Bảng nhiệt độ một số loại plasma [16] 62 Bảng 4.5 Một số chỉ tiêu có trong nƣớc thải y tế của các phòng khám đa khoa 65 Bảng 4.6 Tổng kết giá trị lƣu lƣợng và điện áp 70 Bảng 5.1 Thông số bộ nguồn 76 Bảng 1 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 0.6 l/ph 90 Bảng 2 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 0.7 l/ph 90 Bảng 3 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 0.8 l/ph 91 Bảng 4 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 0.9 l/ph 92 Bảng 5 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 1 l/ph 93 Bảng 6 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 1.1 l/ph 94 Bảng 7 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 1.2 l/ph 95 Bảng 8 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 1.3 l/ph 96 Bảng 9 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 1.4 l/ph 96 Bảng 10 Mối quan hệ giữa điện áp và thời gian ứng với lƣu lƣợng 1.5 l/ph 97 xv
18. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố: 1.1.1 Tổng quan: Trong thời đại ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp kinh tế thị trƣờng một mặt đem lại lợi ích kinh tế to lớn cho đất nƣớc, góp phần giải quyết công ăn việc làm cho ngƣời dân nhƣng mặt khác lại phát thải ra các chất ô nhiễm làm ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng sống của con ngƣời và môi trƣờng tự nhiên, đặc biệt là môi trƣờng nƣớc. Vấn đề xử lý ô nhiễm môi trƣờng nƣớc do các khu công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, các cơ sở y tế, các cụm dân cƣ thải ra hiện nay đã không còn là vấn đề nhỏ và trƣớc mắt nữa mà đã trở thành một bài toán khó cho chính phủ nói riêng và cho toàn xã hội nói chung. Cùng với sự gia tăng dân số, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và chất lƣợng cuộc sống đƣợc nâng cao thì đòi hỏi việc quan tâm chăm sóc sức khoẻ con ngƣời ngày càng cao, mạng lƣới y tế và bệnh viện ngày càng phát triển. Hơn một thế kỷ qua, khoa học y học đã đạt đƣợc nhiều thành tựu to lớn và bệnh viện đã bƣớc vào kỷ nguyên hiện đại hoá, đƣa những tiến bộ khoa học kỹ thuật và y học vào thực tiễn nhằm mục đích chữa trị, chăm sóc sức khoẻ cộng đồng một cách có hiệu quả hơn. Tuy nhiên, các hoạt động chăm sóc sức khoẻ không tránh khỏi việc phát sinh chất thải, trong đó có những chất thải nguy hiểm đối với sức khoẻ cộng đồng và môi trƣờng. Nƣớc thải y tế có thể chứa vi sinh vật, kim loại nặng, hóa chất độc, đồng vị phóng xạ Theo số liệu thống kê của Bộ Y tế năm 2012, tổng lƣợng nƣớc thải y tế phát sinh tại các cơ sở khám, chữa bệnh cần xử lý khoảng 150.000 m3/ngày chƣa kể lƣợng nƣớc thải của các cơ sở y tế thuộc hệ dự phòng, các cơ sở đào tạo y dƣợc, sản xuất thuốc và cơ sở y tế Bộ, ngành và con số này sẽ là 300.000 m3/ngày vào năm 2015 [33]. 1
19. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Tổ chức Y tế Thế Giới (WHO) đã nhấn mạnh cần phải xây dựng các chính sách quốc gia, các khung pháp lý, đào tạo nhân viên, đồng thời kêu gọi nâng cao nhận thức cộng đồng. H nh 1.1: N thải y tế h qu nguồn int rn t Việc phát triển đất nƣớc theo hƣớng công nghiệp hóa, hiện đại hóa phải đi đôi với phát triển bền vững. Trên tinh thần đó ngày 25/6/1998 bộ chính trị Đảng cộng sản Việt Nam đã ra chỉ thị số 36/CT-TW về công tác bảo vệ và giữ gìn môi trƣờng sống của chúng ta. Năm 2010, Bộ Y tế đã thành lập Cục quản lý môi trƣờng y tế chuyên trách về vấn đề này. Thủ tƣớng Chính phủ Nguyễn Tấn Dũng cũng đã phê duyệt đề án xử lý chất thải y tế giai đoạn 2010 - 2015 và định hƣớng tới 2020 với phƣơng châm dùng công nghệ mới, hiện đại và thân thiện với môi trƣờng. Riêng tại địa bàn 2 tỉnh thành phố Hồ Chí Minh và Đồng Nai, để tăng cƣờng bảo vệ môi trƣờng nƣớc, Ủy ban nhân dân Tp. Hồ Chí Minh và Sở Y tế tỉnh Đồng Nai đã ra Chỉ thị số 21/2010/CT-UBND, Công văn số 1882/UBND-VX , Công văn số 3000/SYT-KHTC, và Công văn số 3005/KH-SYT về việc tăng cƣờng bảo vệ môi trƣờng nƣớc lƣu vực hệ thống sông Đồng Nai trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2011 – 2015 và khắc phục những tồn tại, hạn chế trong việc xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý chất thải y tế vào môi trƣờng nƣớc, khảo sát lập dự án 2
20. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN đầu tƣ xây dựng hệ thống xử lý chất thải y tế cho các trung tâm y tế, phòng khám đa khoa khu vực và các trạm y tế xã, phƣờng, thị trấn trên địa bàn tỉnh giai đoạn 2012 - 2015, kiên quyết xử lý cả các cơ sở y tế, các bệnh viện, phòng khám không có hệ thống xử lý nƣớc thải y tế đạt chuẩn theo quy định. Do đó đòi hỏi các cơ sở y tế, các bệnh viện, phòng khám phải có hệ thống xử lý nƣớc thải nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trƣờng sống. Để giảm thiểu sự ô nhiễm này trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng hiện có rất nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải nhƣ phƣơng pháp hóa lý, phƣơng pháp oxy hóa bậc cao, phƣơng pháp sinh học, hóa sinh, vi sinh Tuy nhiên các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải này thƣờng có chi phí đầu tƣ lớn, hệ thống phức tạp chiếm nhiều diện tích xây dựng, tốn nhiều hóa chất, chi phí duy trì cao do đó việc nghiên cứu và áp dụng phƣơng pháp xử lý xanh sạch và hiệu quả nhƣ công nghệ plasma là hết sức cần thiết. Đây là phƣơng pháp xử lý nƣớc thải mới, khi đi vào hoạt động sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao vì có chi phí xây dựng hệ thống thấp, đặc biệt là chi phí vận hành rất thấp. Xử lý nƣớc thải y tế bằng công nghệ Plasma dựa trên nguyên lý oxy hóa bậc cao đƣợc sinh ra bởi các gốc oxy hoá rất mạnh nhƣ HO*, O* , H*, O3, H2O2 và tia UV làm phá vỡ các liên kết ion, liên kết cộng hóa trị của chất hữu cơ, vô cơ và tiêu diệt các vi khuẩn, nấm mốc có trong nƣớc thải [24]. Các gốc oxy hóa và tia UV này đƣợc sinh ra khi nƣớc thải qua vùng plasma (hiệu điện thế U = 0 ÷ 40 KV, f = 20 ÷ 75 KHz, cƣờng độ dòng điện I = 02 ÷ 04 A), các electron chuyển động với vận tốc rất lớn sẽ va đập vào các phân tử cung cấp cho các phân tử một năng lƣợng làm phá vỡ các liên kết. Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý với chi phí thấp mà vẫn đảm bảo nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép ra nguồn tiếp nhận. Ý nghĩa của luận văn không nằm ngoài mục tiêu nhằm góp một phần vào việc hạn chế và giảm thiểu mức độ ô nhiễm môi trƣờng sống của chúng ta. Tóm lại: Công nghệ plasma đã có lâu đời nhƣng hầu hết đƣợc dùng trong phòng thí nghiệm với hiệu suất thấp. Về việc ứng dụng công nghệ plasma để xử lý nƣớc thải thì chƣa có tổ chức, trung tâm nào trong nƣớc nghiên cứu thiết kế và chế 3
21. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN tạo. “Thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nƣớc thải y tế bằng công nghệ plasma” trong giai đoạn môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm trầm trọng nhƣ hiện nay có một ý nghĩa hết sức to lớn. Đây là phƣơng pháp xử lý nƣớc thải mới, xanh sạch. Nó khắc phục đƣợc những hạn chế của các phƣơng pháp truyền thống. Thiết kế hệ thống xử lý với chi phí thấp mà vẫn đảm bảo nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép ra nguồn tiếp nhận. Với mong muốn đóng góp vào việc bảo vệ môi trƣờng sống của con ngƣời, hạn chế và giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, nâng cao chất lƣợng cuộc sống và bảo vệ sức khỏe cho cộng đồng, ngƣời hƣớng dẫn và học viên đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nƣớc thải y tế công suất 05 m3/ngày bằng công nghệ plasma”. 1.1.2 Các kết quả trong nƣớc và ngoài nƣớc đã công bố: 1.1.2.1 Các ứng dụng của công nghệ Plasma trên thế giới: Thuật ngữ Plasma lần đầu tiên đƣợc sử dụng để mô tả khí ion hóa bởi nhà hóa học ngƣời Mỹ Irving Langmuir khi ông giành giải thƣởng Nobel hóa học vào năm 1927. Nhƣng công nghệ plasma thật sự bắt đầu phát triển từ giữa những năm cuối của thế kỉ XX và bùng nổ vào những năm đầu của thế kỉ XXI khi công nghệ Plasma đã và đang có mặt trong hầu hết các ứng dụng công nghệ cao (high- technology). Một ví dụ điển hình là nhiệt phân rác thải thành điện năng bằng công nghệ plasma nhiệt độ cao (high-temperature plasma) của NASA, đƣợc các công ty công nghệ cao nổi tiếng của Mỹ nhƣ General Electric, Westinghouse, Alter NRG ứng dụng, chế tạo thiết bị. Ứng dụng công nghệ plasma là thực hiện một quá trình sử dụng điện để tạo ra cung hồ quang ở nhiệt độ cực cao (7.0000 C - 9.0000 C) nhằm biến các loại chất thải thành khí phân tử, nguyên tố (gọi là khí tổng hợp), hơi nƣớc và chất xỉ bằng các thiết bị đặc biệt, gọi là thiết bị chuyển đổi plasma. Còn plasma nhiệt độ thấp (low-temperature plasma) đƣợc sử dụng trong quá trình chế tạo vật liệu bao gồm cả việc cấy (etching) các mô hình phức tạp dùng cho các các linh kiện vi điện tử và vi quang, dùng trong các công nghệ lắng đọng trong các lĩnh vực tạo ma sát, từ, quang, chất dẫn điện, chất cách điện, chất polyme, các màng mỏng xúc tác [24]. 4
22. S K C 0 0 4 1 6 0