Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu bờ biển dài hơn 3.260 km với nguồn tài nguyên thủy sản phong phú, bao gồm hơn 110 loài cá kinh tế và trữ lượng cá biển khoảng 4,2 triệu tấn, trong đó sản lượng khai thác tối đa bền vững đạt khoảng 1,7 triệu tấn/năm. Ngành khai thác thủy sản đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế biển và khẳng định chủ quyền quốc gia trên Biển Đông. Tuy nhiên, trong quá trình khai thác xa bờ, đặc biệt là trên các tàu cá vỏ gỗ truyền thống, tình trạng ngộ độc khí độc trong hầm bảo quản thủy sản đã gây ra nhiều vụ tai nạn nghiêm trọng, với số người tử vong và bị thương tăng qua các năm. Ví dụ, từ năm 2013 đến 2017, đã có ít nhất 11 người chết và nhiều người bị ngộ độc do khí độc trong hầm cá tại các địa phương như Kiên Giang, Vũng Tàu, Bến Tre.

Nguyên nhân chính của các tai nạn này là do khí độc như H₂S, CO₂, SO₂, NO₂, NH₃ sinh ra trong quá trình phân hủy yếm khí thủy sản trong hầm cá, kết hợp với thiếu oxy gây ngạt thở. Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế một thiết bị đo và cảnh báo khí độc trong hầm bảo quản thủy sản trên tàu cá, nhằm giảm thiểu tai nạn và nâng cao an toàn lao động cho ngư dân. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào môi trường hầm cá trên tàu cá khai thác xa bờ tại Việt Nam, với thời gian khảo sát và thử nghiệm thiết bị trong giai đoạn 2016-2018. Việc phát triển thiết bị cảnh báo khí độc có ý nghĩa thiết thực trong việc bảo vệ sức khỏe người lao động, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản, đồng thời góp phần hiện đại hóa ngành khai thác thủy sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ trong hầm cá: Phân hủy yếm khí diễn ra qua bốn giai đoạn chính, từ thủy phân chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất đơn giản, lên men tạo khí sinh học như H₂S, NH₃, CH₄, CO₂, đến giai đoạn cuối cùng là tạo khí metan. Các khí này có thể gây độc và thiếu oxy trong hầm cá.

  • Ảnh hưởng sinh lý của các khí độc đối với con người: Nồng độ khí như H₂S ≥ 400 ppm, O₂ ≤ 12%, CO₂ ≥ 4% đều có thể gây kích thích hô hấp, ngạt thở hoặc tử vong nhanh chóng. Bảng thống kê chi tiết tác hại của từng loại khí được sử dụng để xác định ngưỡng cảnh báo.

  • Cảm biến điện hóa và cảm biến quang học: Cảm biến điện hóa được lựa chọn do độ chính xác cao, độ bền tốt và khả năng chọn lọc khí tốt. Cảm biến quang học cũng được xem xét như một giải pháp thay thế với ưu điểm về độ nhạy và khả năng tự động hóa.

  • Mô hình thiết kế thiết bị cảnh báo khí độc: Bao gồm thiết bị cầm tay với đầu dò thả xuống hầm cá và thiết bị cố định gắn trong hầm, truyền tín hiệu đến bộ phận hiển thị và cảnh báo trên tàu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thống kê về số lượng tàu cá, tai nạn ngộ độc khí trong hầm cá từ các báo cáo ngành thủy sản và an toàn lao động; khảo sát thực tế môi trường hầm cá trên tàu cá vỏ gỗ tại các vùng biển Việt Nam.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích hóa học khí độc sinh ra trong hầm cá dựa trên các phản ứng phân hủy yếm khí; đánh giá ảnh hưởng sinh lý của khí độc dựa trên tài liệu y sinh; lựa chọn cảm biến phù hợp dựa trên đặc tính kỹ thuật và môi trường làm việc.

  • Thiết kế và thử nghiệm: Thiết kế phần cứng và phần mềm cho thiết bị đo khí O₂ và H₂S, xây dựng thuật toán cảnh báo; thực nghiệm đo kiểm độ chính xác cảm biến trong phòng thí nghiệm và mô hình hầm cá thử nghiệm; hiệu chỉnh và bổ sung tính năng thiết bị.

  • Timeline nghiên cứu: Khảo sát và thu thập dữ liệu (6 tháng), thiết kế và chế tạo thiết bị (8 tháng), thử nghiệm và hiệu chỉnh (4 tháng), hoàn thiện báo cáo luận văn (2 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tình trạng ngộ độc khí trong hầm cá: Qua thống kê, số vụ tai nạn ngộ độc khí trong hầm cá tăng dần từ năm 2013 đến 2017, với ít nhất 11 người tử vong và nhiều người bị thương. Nồng độ khí H₂S trong hầm cá có thể lên tới 500-1000 ppm, vượt xa ngưỡng an toàn 400 ppm.

  2. Quá trình sinh khí độc trong hầm cá: Phân hủy yếm khí thủy sản trong hầm cá tạo ra các khí độc như H₂S, NH₃, CO₂, CH₄. Nồng độ oxy trong hầm thường giảm xuống dưới 12%, gây thiếu oxy nghiêm trọng cho người làm việc trong hầm.

  3. Lựa chọn cảm biến: Cảm biến điện hóa đo O₂ và H₂S được lựa chọn với dải đo 0-25% cho O₂ và 0-1000 ppm cho H₂S, đáp ứng yêu cầu cảnh báo an toàn. Thử nghiệm cho thấy thiết bị có sai số đo O₂ dưới 5% và H₂S dưới 7%, thời gian phản hồi nhanh dưới 30 giây.

  4. Thiết kế thiết bị cầm tay: Thiết bị cầm tay với đầu dò dài có thể đo nhanh nồng độ khí trong hầm cá, hiển thị kết quả trên màn hình LCD và cảnh báo bằng âm thanh, đèn LED khi vượt ngưỡng nguy hiểm. Thiết bị chịu được môi trường ẩm, nhiệt độ thấp và ăn mòn muối biển.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy thiết bị đo cảnh báo khí độc trong hầm cá có thể giảm thiểu đáng kể nguy cơ ngộ độc khí cho ngư dân. So với các thiết bị cảnh báo khí hiện có trên thị trường, thiết bị này có dải đo phù hợp với môi trường hầm cá và khả năng cảnh báo kịp thời khi nồng độ khí vượt ngưỡng an toàn. Việc sử dụng cảm biến điện hóa giúp đảm bảo độ chính xác và độ bền trong điều kiện khắc nghiệt.

Dữ liệu đo được có thể được trình bày qua biểu đồ nồng độ khí theo thời gian trong hầm cá, giúp đánh giá mức độ nguy hiểm và thời điểm cần cảnh báo. So sánh với các nghiên cứu về khí độc trong môi trường công nghiệp, thiết bị này được tối ưu hóa cho môi trường hầm cá với yêu cầu linh hoạt và dễ sử dụng.

Tuy nhiên, thiết bị cầm tay có hạn chế về khả năng đo liên tục và mở rộng kết nối với hệ thống điều khiển tự động. Do đó, trong tương lai có thể phát triển thêm thiết bị cố định để giám sát liên tục và điều khiển các thiết bị thông gió tự động nhằm nâng cao an toàn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai sử dụng thiết bị đo cảnh báo khí độc cầm tay trên tàu cá: Đào tạo ngư dân sử dụng thiết bị trước mỗi chuyến đi biển, nhằm phát hiện sớm khí độc trong hầm cá, giảm thiểu tai nạn ngộ độc. Thời gian thực hiện: trong 6 tháng tới. Chủ thể thực hiện: các cơ quan quản lý thủy sản và tổ chức đào tạo nghề.

  2. Phát triển thiết bị cảnh báo khí độc cố định: Nghiên cứu và lắp đặt hệ thống cảm biến cố định trong hầm cá, kết nối với bộ điều khiển trung tâm để giám sát liên tục và tự động kích hoạt quạt thông gió khi phát hiện khí độc hoặc thiếu oxy. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

  3. Tăng cường công tác tuyên truyền và đào tạo an toàn lao động trên tàu cá: Cung cấp kiến thức về nguy cơ khí độc và cách phòng tránh, sử dụng thiết bị cảnh báo khí cho thuyền viên. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể thực hiện: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, các tổ chức nghề cá.

  4. Hoàn thiện và chuẩn hóa thiết bị: Tiếp tục thu thập phản hồi từ thực tế sử dụng để cải tiến thiết bị về độ bền, độ chính xác và tính năng cảnh báo, đồng thời xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật cho thiết bị đo khí độc trong hầm cá. Thời gian thực hiện: 1 năm. Chủ thể thực hiện: nhóm nghiên cứu và các cơ quan quản lý kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Ngư dân và thuyền trưởng tàu cá: Nắm bắt kiến thức về nguy cơ khí độc trong hầm cá và sử dụng thiết bị cảnh báo để bảo vệ an toàn lao động.

  2. Các cơ quan quản lý thủy sản và an toàn lao động: Áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy định về an toàn lao động trên tàu cá, đồng thời triển khai chương trình đào tạo và trang bị thiết bị.

  3. Doanh nghiệp công nghệ và sản xuất thiết bị đo khí: Tham khảo thiết kế và phương pháp nghiên cứu để phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường khai thác thủy sản xa bờ.

  4. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu phát triển cảm biến khí và ứng dụng trong môi trường biển.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chỉ chọn đo khí O₂ và H₂S trong thiết bị cảnh báo?
    Các khí như SO₂, NO₂, NH₃ có nồng độ thấp hoặc ít nguy hiểm trong hầm cá, trong khi H₂S và thiếu oxy (O₂ ≤ 12%) là nguyên nhân chính gây ngộ độc cấp tính. Do đó, đo hai khí này đủ để cảnh báo nguy hiểm chính xác.

  2. Thiết bị có thể sử dụng trong môi trường ẩm và ăn mòn muối biển không?
    Thiết bị được thiết kế với vỏ bảo vệ chống ăn mòn và linh kiện chịu ẩm, đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường hầm cá có độ ẩm cao và muối biển.

  3. Thời gian phản hồi của thiết bị là bao lâu?
    Thiết bị có thời gian phản hồi nhanh, dưới 30 giây, giúp phát hiện kịp thời sự thay đổi nồng độ khí độc trong hầm cá.

  4. Thiết bị có thể mở rộng để đo các loại khí khác không?
    Hiện tại thiết bị tập trung đo O₂ và H₂S để tối ưu chi phí và hiệu quả. Tuy nhiên, thiết kế phần cứng và phần mềm có thể được nâng cấp để tích hợp thêm cảm biến khí khác trong tương lai.

  5. Làm thế nào để bảo trì và hiệu chuẩn thiết bị?
    Thiết bị được thiết kế dễ dàng hiệu chuẩn bằng các chuẩn khí mẫu, đồng thời cần bảo trì định kỳ kiểm tra cảm biến và pin để đảm bảo độ chính xác và hoạt động liên tục.

Kết luận

  • Thiết bị đo và cảnh báo khí độc trong hầm bảo quản thủy sản trên tàu cá là giải pháp thiết thực nhằm giảm thiểu tai nạn ngộ độc khí cho ngư dân.
  • Nồng độ khí H₂S và mức oxy trong hầm cá là chỉ số quan trọng nhất để đánh giá nguy cơ ngộ độc.
  • Cảm biến điện hóa đo O₂ và H₂S được lựa chọn với dải đo phù hợp, độ chính xác cao và khả năng chịu môi trường khắc nghiệt.
  • Thiết bị cầm tay với đầu dò dài cho phép đo nhanh, linh hoạt và cảnh báo kịp thời trong thực tế khai thác.
  • Tiếp tục hoàn thiện thiết bị, phát triển hệ thống cố định và tăng cường đào tạo an toàn lao động là các bước tiếp theo cần thực hiện để nâng cao hiệu quả ứng dụng.

Mời các cơ quan, doanh nghiệp và cá nhân quan tâm phối hợp triển khai nghiên cứu và ứng dụng thiết bị nhằm bảo vệ sức khỏe và an toàn cho ngư dân trong ngành khai thác thủy sản xa bờ.