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. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2013 Nguyễn Đức Long ii 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. Hồ Chí Minh tháng 10/2013 Nguyễn Đức Long iii 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. 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 gian xử lý; (4) phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm và kết luận.
v 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.
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 MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN. ii LỜI CẢM ƠN.
vi MỤC LỤC. vii CHƢƠNG 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và .1 ngoài nƣớc đã công bố: .2 Các kết quả trong nƣớc và ngoài nƣớc đã công bố: .1 Các ứng dụng của công nghệ Plasma trên thế giới: .2 Một số khái niệm về chất thải y tế và các thông số có trong nƣớc thải: .3 Nghiên cứu công nghệ xử lý nƣớc thải y tế Biofast-M: .4 Nghiên cứu công nghệ plasma của đại học Zhejiang: .5 Nghiên cứu công nghệ plasma: .6 Nghiên cứu công nghệ plasma của ĐHSPKT TPHCM: .2 Mục tiêu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu:.1 Mục tiêu nghiên cứu: .2 Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu: .3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu: .4 Phƣơng pháp nghiên cứu:.1 Cơ sở phƣơng pháp luận: .2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể: .2 Năng lƣợng ion hoá: .2 Sự tƣơng tác giữa các hạt trong plasma: .1 Tiết diện hiệu dụng: .2 Khoảng đƣờng tự do trung bình: .3 Tần số va chạm: .4 Va chạm đàn hồi: .5 Va chạm không đàn hồi: .1 Va chạm không đàn hồi loại 1: .2 Va chạm không đàn hồi loại 2: .3 Quá trình tạo chất oxi hoá: .3 Tạo gốc *OH có mức oxi hoá mạnh: .4 Quá trình Oxy hóa: .1 Oxy hóa vòng benzene bằng OH*:.2 Oxy hóa vòng benzene bằng Ozon:. PHƢƠNG HƢỚNG VÀ GIẢI PHÁP .1 Yêu cầu đề tài, phƣơng pháp xác định và thông số thiết kế: .1 Yêu cầu đề tài và phƣơng pháp xác định:.1 Yêu cầu đề tài: .2 Phƣơng pháp xác định: .2 Thông số thiết kế: .1 Quy trình xử lý: .2 Thông số thiết kế của buồng plasma: .3 Nguyên lý làm việc của buồng plasma: .2 Phƣơng hƣớng và giải pháp thực hiện: .3 Phân tích và lựa chọn phƣơng án: .4 Trình tự công việc tiên hành:. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .1 Chọn vật liệu cho hệ thống: .2 Tính toán cho hệ thống:.1 Tổng quan hệ thống: .2 Phần khung của hệ thống: .1 Yêu cầu của khung: .2 Kích thƣớc: .3 Tính toán độ bền khung: .3 Lƣu lƣợng nƣớc qua hệ thống: .4 Tính công suất bơm nƣớc: .5 Khoảng cách giữa hai điện cực: .6 Nhiệt độ tại buồng Plasma: .7 Bộ nguồn Plasma: .1 Mạch điều chế độ rộng xung: .2 Mạch điều chỉnh tần số và điện áp: .8 Lập trình PLC cho hệ thống: .2 Thiết bị thí nghiệm: .3 Tiến hành thí nghiệm: .2 Ảnh hƣởng của điện áp nguồn plasma đến kết quả xử lý nồng độ các chất BOD5, COD, Nitrat, Phosphat và Coliforms: .3 Ảnh hƣởng của dòng điện nguồn plasma đến kết quả xử lý nồng độ các chất BOD5, COD, Nitrat, Phosphat và Coliforms: .4 Ảnh hƣởng của thời gian xử lý đến kết quả xử lý nồng độ các chất BOD5, COD, Nitrat, Phosphat và Coliforms:.
CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .1 Chế tạo, thử nghiệm: .2 Bộ nguồn hệ thống: .1 Bộ nguồn phát Plasma: .2 Bộ PLC S7 300 và biến áp vô cấp đầu vào: .5 Chạy thử nghiệm:.2 Khách quan: .3 Một số kết quả đạt đƣợc sau thử nghiệm: .86 TÀI LIỆU THAM KHẢO .90 x 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 DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1.1: Nƣớc thải y tế chƣa qua xử lý [nguồn internet] .1: Sơ đồ hỗn hợp nƣớc thải y tế xả ra cống chung thành phố [8] .2: Sơ đồ xử lý nƣớc thải y tế theo Biofast-M [9].2: Hệ thống điều khiển tự động RmS [9] .3: Mô hình thực nghiệm [16] .3: Ảnh hƣởng của vật liệu làm điện cực dƣơng tới tốc độ tạo ra ozone [17] .4: Ảnh hƣởng của nƣớc oxi già khi thêm vào trong nƣớc thải [18] .5: Trƣờng hợp chỉ có UV và UV + H2O2 [18] .6: Ảnh hƣởng của công suất phóng điện tới sự phân hủy các chất ô nhiễm [18] .7: Ảnh hƣởng của ph tới sự phân hủy các chất ô nhiễm [18] .8: Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch điện phân tới tốc độ sản sinh ozone và công suất phóng điện [18] .5: Quá trình ion hóa [21] .6: Kết cấu mô hình thực nghiệm [8] .1: oxy hóa vòng benzene bằng OH* [10] .2: oxy hóa vòng benzene bằng Ozon [10].1: Quy trình xử lý nƣớc thải bằng công nghệ plasma .2: Nguyên lý làm việc của buồng plasma .1: Tổng quan toàn bộ hệ thống .2: Thiết kế phần khung của hệ thống .3: Biểu đồ lực cắt và moment .4: Biểu đồ lực cắt trên dầm .5: Biểu đồ moment trên dầm .6: Chuyển vị trên dầm .7: Moment trên dầm .8: Ứng suất pháp lớn nhất .9: Tính toán mạch điều chỉnh độ rộng xung .10: Chu kỳ một xung .