THUYẾT MINH ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG ... - CSDL Khoa học

(1)

1

THUYẾT MINH ĐỀ TÀI

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

CẤP ĐẠI HỌC HUẾ

1. TÊN ĐỀ TÀI

Nghiên cứu khả năng khử trùng nước bằng tia cực tím với sự hỗ trợ của thiết bị tạo màng chất lỏng

2. MÃ SỐ

3. LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

Tự nhiên X Xã hội Nông nghiệp

Kỹ thuật &

Công nghệ Nhân văn Y dược

4. LOẠI HÌNH NGHIÊN CỨU

Cơ bản

Ứng dụng

Triển khai

X

5. THỜI GIAN THỰC HIỆN: 24 tháng

Từ tháng 1 năm 2019 đến tháng 12 năm 2020

6. CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI

Tên cơ quan: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

Họ tên thủ trưởng CQ chủ trì đề tài: PGS. TS. Hoàng Văn Hiển Địa chỉ: 77 Nguyễn Huệ, Thành phố Huế

Điện thoại: 0234 3823290 Fax: 0234 3824901 E-mail:

7. CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Họ và tên: Đặng Thị Thanh Lộc

Năm sinh: Chức danh, học vị: TSKH- GV Địa chỉ: 3/10 Hải Triều, An Cựu, Huế

Điện thoại: 0914050514 E-mail: [email protected]

8. NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI

TT Họ và tên Đơn vị công tác, lĩnh vực chuyên môn

Nội dung nghiên cứu

được giao Chữ ký

1 TS. Lê Văn Tuấn Khoa Môi trường, Trường

Đại học Khoa học.-Khoa học và kỹ thuật môi trường

- Tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài. - Đề xuất các giải pháp phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả khử trùng kết hợp cung cấp oxy cho nước ao nuôi.

2 TS. Đường Văn Hiếu Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học.-Khoa học và kỹ thuật môi trường

- Lấy mẫu, phân tích mẫu, theo dõi mô hình thí nghiệm. - Phân tích, xử lý số liệu thực nghiệm và viết báo cáo.

3 ThS. Dương Thành Chung Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học.-Khoa

- Lấy mẫu nước - Phân tích mẫu - Lắp đặt hệ thống thí nghiệm.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ

(2)

2

học và kỹ thuật môi trường

9. ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

Tên đơn vị trong và ngoài nước Nội dung nghiên cứu phối hợp Họ và tên người đại diện

10. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

10.1. Trên thế giới (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài trên thế giới, liệt kê các tài liệu đã được trích dẫn khi tổng quan)

10.1.1. Tổng quan về các phương pháp khử trùng nước truyền thống

• Khử trùng nước bằng clo

Khử trùng nước và nước thải bằng clo và hợp chất của clo (ClO2, hypochlorites, chloramines…) là một phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong nhiều thập kỷ. Clo bất hoạt vi sinh vật bằng cách gây tổn thương màng tế bào của sinh vật. Ngay khi màng tế bào bị tổn thương, clo có thể xâm nhập vào tế bào và phá hủy hô hấp tế bào cũng như hoạt động của chuỗi DNA (Virto và cs. 2005). Phương pháp khử trùng bằng clo được sử dụng rộng rãi vì có chi phí thấp và dễ thực hiện (Xu và cs. 2002). Tuy nhiên, phương pháp này không thể bất hoạt tất cả các loại vi sinh vật. Một vài loại sinh vật đơn bào và ký sinh trùng có khả năng chịu đựng tác động của clo (Hijnen và cs. 2006). Ngoài ra, nếu trong môi trường nước có chứa hàm lượng các chất vô cơ, hữu cơ cao, sự phản ứng của clo với các thành phần này có thể tạo ra các sản phẩm phụ có khả năng gây ung thư (HAAs, THMs, bromate) (Liu và cs. 2011). Hơn nữa, sau khi xử lý dư lượng clo vẫn tồn tại trong nước và gây mùi hôi đối với nước cấp sinh hoạt.

• Khử trùng nước bằng ozone

Ozone được xem như là phương pháp ít ảnh hưởng đến sức khỏe con người để thay thế clo trong xử lý nước và nước thải (Liberti và Notarnicola, 1999). Ozone có hiệu quả xử lý cao hơn clo vì khả năng oxy hóa của ozone gấp 1,52 lần và thời gian xử lý ngắn hơn 3 lần so với clo (Blanken, 1985; Bocci, 2002). Ngoài khả năng diệt khuẩn mạnh, ozone còn có thể loại bỏ cyanide từ nước thải công nghiệp, phân rã các hợp chất hữu cơ trong nước thải ngành công nghiệp dệt, phân hủy phenol và các hydrocacbon trong nước thải của công nghiệp lọc dầu và giảm hàm lượng COD từ nước rỉ bãi rác hoặc nước thải từ công nghiệp hóa chất (Rice, 1997).

Ozone oxy hóa sắt, mangan, lưu huỳnh trong nước và kết quả là tạo thành các oxít kim loại và lưu huỳnh nguyên tố không tan trong nước. Các thành phần không tan này được loại bỏ sau khi lọc. Khi so sánh với phương pháp xử lý nước bằng clo và tia UV, ozone có khả năng diệt virút hiệu quả hơn với thời gian xử lý ngắn hơn (Tyrrell và cs. 1995). Mặc dầu có nhiều ưu điểm, phương pháp xử lý nước bằng ozone vẫn tồn tại một số nhược điểm như sau. Quá trình sản sinh ra ozone còn tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn như NOx và HNO3 khi không khí bị ẩm. Nếu trong nguồn nước có chứa bromide (ví dụ nước lợ, nước mặn) thì ozon hóa có thể tạo ra sản phẩm phụ bromate (Von Gunten 2003). Chi phí cho việc sử dụng Ozone đắt hơn dùng clo. Ngoài ra, ozone phải được sản xuất tại nơi tiêu thụ và sử dụng ngay lập tức bởi vì ozone dễ phân rã và rất nguy hiểm khi vận chuyển đi xa.

• Khử trùng nước bằng tia cực tím

Từ lâu tia cực tím (UV) đã được nghiên cứu nhiều cho việc khử trùng các mầm bệnh trong ngành bảo quản thực phẩm, trong xử lý nước và nước thải và đã đạt được những hiệu quả đáng kể. Hiện có hơn 7.000 thành phố lắp đặt thiết bị khử trùng UV trên thế giới (Muller, 2011) và các hệ thống khử trùng UV gia dụng nhỏ cũng có sẵn (Brownell và cs., 2008). Ước tính rằng thị trường toàn cầu cho thiết bị khử trùng UV có tiềm năng đạt tới 2,8 tỷ USD vào năm 2020 (Allied Analytics LLP, 2014).

Hệ thống khử trùng bằng tia UV truyền năng lượng điện từ được phát ra từ đèn phóng điện thủy ngân đến DNA và RNA của vi khuẩn và virút. Khi tia UV xâm nhập vào màng tế bào, nó

(3)

3

sẽ phá hủy liên kết giữa các axit nucleic đơn phân kề nhau trong DNA của vi sinh vật, phá hủy khả năng tái tạo của tế bào (USEPA, 1999).

Phương pháp khử trùng nước bằng tia UV không những có hiệu quả cao mà còn rất thân thiện với môi trường. Phương pháp khử trùng này không sinh ra sản phẩm phụ cũng như không làm thay đổi độ pH, mùi và vị của nước. Ngoài khả năng diệt khuẩn, tia UV còn có khả năng làm giảm hàm lượng cacbon hữu cơ (TOC), phân hủy ozone và khử clo (Hijnen và cs. 2006;

Summerfelt, 2003; Choi và Choi, 2010). Tuy nhiên, một số vi sinh vật có khả năng sống ẩn và có sự đề kháng mạnh với tia UV, để bất hoạt một số loại vi khuẩn hoặc vi sinh vật đòi hỏi liều UV cao (Summerfelt, 2003; USEPA, 1999). Ngoài ra, UV chỉ phát huy hiệu quả diệt khuẩn khi nước cần xử lý không có màu, không đục và không chứa các chất hữu cơ hòa tan, và hàm lượng tia UV phát ra từ đèn thủy ngân sẽ giảm theo thời gian nên hiệu quả xử lý nước cũng giảm theo.

Nguồn UV chính cho các hệ thống khử trùng tia cực tím hiện tại là đèn thủy ngân áp suất thấp hoặc trung bình (Chevremont và cs., 2013a). Mặc dù các loại đèn này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước, vẫn còn nhiều vấn đề với chúng. Mối quan tâm chính là bóng đèn UV dễ vỡ và chứa thủy ngân độc hại, nguy hiểm đối với môi trường và yêu cầu xử lý thích hợp (Chevremont và cs., 2013b; Close và cs., 2006). Hơn nữa, các loại đèn này đòi hỏi một lượng năng lượng đáng kể để hoạt động do hiệu quả của ổ căm điện thấp khoảng 15-35% và có tuổi thọ tương đối ngắn khoảng 10.000 giờ (Autin và cs., 2013; Chatterley và Linden, 2010).

Trong vài năm qua, với sự phát triển nhanh chóng và cải tiến của ngành công nghiệp bán dẫn, các đi-ốt phát quang UV (đèn LED UV) đã được phát triển như một nguồn mới để tạo ra bức xạ tia cực tím. Một đèn LED là một thiết bị bán dẫn sử dụng vật liệu bán dẫn để tạo ra một tiếp giáp p-n (lỗ và electron). Các electron và lỗ tái tổ hợp tại đường giao nhau để phát ra bức xạ, và bước sóng của bức xạ phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn. Dự kiến đèn LED UV sẽ rất khả thi về mặt kinh tế trong những năm tới (Harris và cộng sự, 2013).

Đèn LED UV ở các bước sóng khác nhau có thể được sản xuất bằng các vật liệu bán dẫn khác nhau. Các vật liệu được sử dụng thường xuyên nhất là III-nitrit, bao gồm gallium nitride (GaN), nhôm gallium nitride (AlGaN), và nitrua nhôm (AlN) (Khan và cs., 2005). Bước sóng của đèn LED UV dựa trên GaN có thể ngắn tới 365 nm, nằm trong vùng UV gần (Taniyasu và cs., 2006b). Tuy nhiên, đèn LED UV của AIN được báo cáo phát ra bức xạ UV ở bước sóng 210 nm (tia cực tím), là bước sóng ngắn nhất trong số các chất bán dẫn (Taniyasu và cs., 2006a).

Một bước sóng từ 210 đến 365 nm (bao phủ từ vùng sâu UV đến gần vùng UV) có sẵn từ sự phát xạ của AlGaN, bao gồm AIN và GaN theo tỷ lệ thích hợp (Taniyasu và Kasu, 2010). Bởi vì bước sóng là yếu tố thiết yếu cho hiệu quả khử trùng nước (Vilhunen và cs., 2009), khả năng của đèn LED UV cung cấp nhiều bước sóng phù hợp với nhu cầu khử trùng hiệu quả, khiến nó trở thành một lựa chọn tiềm năng.

Ngoài sự đa dạng về bước sóng, đèn LED UV có một số ưu điểm độc đáo như thân thiện với môi trường (không có thủy ngân), nhỏ gọn và mạnh mẽ (bền hơn), thời gian khởi động nhanh hơn (không có thời gian khởi động), tiêu thụ năng lượng ít hơn và khả năng bật và tắt với tần số cao (Wurtele và cs., 2011). Dự đoán đến năm 2020, đèn LED UV sẽ hoạt động ở hiệu suất 75% với tuổi thọ dài hơn 100.000 giờ, so với các thông số vận hành của đèn LED hiện tại (Autin và cs., 2013; Ibrahim và cs., 2014). Tất cả những yếu tố này làm cho đèn LED UV trở thành một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho đèn thủy ngân UV thông thường để khử trùng nước. Tuy nhiên, do sự khác biệt đáng kể giữa đèn thủy ngân truyền thống và đèn LED UV thế hệ mới, nhiều kết quả nghiên cứu và phương pháp luận về khử trùng nước bằng đèn thủy ngân, như quy trình thử nghiệm, thiết kế bể phản ứng và động học bất hoạt, có thể không áp dụng trực tiếp cho đèn LED UV. Hiện vẫn còn khá ít nghiên cứu về việc sử dụng đèn LED UV trong khử trùng nước.

10.1.2. Tổng quan về kỹ thuật tạo màng chất lỏng

Sục khí là một yếu tố quan trọng trong hệ thống nuôi trồng thủy sản bởi vì đó là điều kiện sống còn cho tất cả các thủy sinh vật hô hấp. Sục khí bằng máy đập nước bề mặt đã được sử dụng

(4)

4

khá phổ biến trên thế giới để tăng mức oxy hòa tan trong nước (DO) với ưu điểm cho xáo trộn ngang nước ao nuôi trồng thủy sản với diện tích bề mặt lớn. Tuy nhiên, hệ thống này vẫn còn một số nhược điểm, chủ yếu là hiệu suất truyền oxy thấp (OTE) và tiêu thụ nhiều năng lượng (Hongprasith và cs. 2016). Do đó, nghiên cứu về cải thiện hệ thống sục khí là điều cần thiết nhằm không chỉ cung cấp đủ oxy mà còn liên quan đến việc tiết kiệm năng lượng.

Thiết bị tạo màng chất lỏng (LFFA) là một thiết bị đơn giản và không tiêu thụ nhiều điện năng (Imai và cs., 2008). Việc sử dụng thiết bị tạo màng chất lỏng sẽ cho phép chuyển tất cả chất lỏng trở thành vô số bong bóng và màng chất lỏng, điều này sẽ cho phép gia tăng đáng kể diện tích tiếp xúc khí – nước, từ đó thúc đẩy quá trình hòa tan của khí vào nước. LFFA có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: cung cấp oxy cho các thủy vực, tăng cường cấp khí cho bể aeroten trong xử lý nước thải, nước nuôi trồng thủy sản, hệ thống khí thủy canh,… Hệ thống LFFA có nhiều ưu điểm như tiêu thụ điện năng cực thấp, hoạt động bằng đường khí vào với tổn thất áp suất thấp, hiệu suất truyền khí cao, không bị tắc nghẽn và bảo trì thấp, dễ xây dựng mới hoặc trang bị thêm, cấu hình thiết bị đa dạng, thiết kế linh hoạt, và có khả năng mở rộng quy mô.

Hongprasith và cs. (2016) đã nghiên cứu áp dụng máy sục khí khuếch tán kết hợp với LFFA để thay thế cho phương pháp sục khí truyền thống trong các ao nuôi tôm ở Thái Lan. Kết quả nghiên cứu đã xác định được ảnh hưởng của tốc độ dòng khí, kiểu loại và các cách lắp đặt thiết bị sục khí cho ao nuôi trồng thủy sản (10 m × 10 m x 1,5 m). Kết quả nghiên cứu cho thấy LFFA đã cho phép gia tăng đáng kể hiệu quả sục khí với hiệu suất năng lượng cao (1,2 kg /kWh).

Jamnongwong và cs. (2017) đã thực hiện nghiên cứu trong một bể sục khí dung tích 190 L và cho thấy các loại khuếch tán không khí khác nhau được lắp đặt với thiết bị sục khí ở đáy bể như các hệ thống sục khí khuếch tán thông thường đã cung cấp các kiểu bong bóng khác nhau.

Đáng chú ý, hệ số truyền khối lượng thể tích của hệ thống sục khí với LFFA cao hơn hệ thống thông thường. Cụ thể, hệ thống LFFA được vận hành với đường kính bong bóng nhỏ (<3 mm) có thể tăng từ 11% đến 37% tùy thuộc vào kích thước bong bóng được tạo ra (Jamnongwong và cs. 2017).

10.1.3. Sự cần thiết kết hợp tia UV và LFFD

Tia UV là một trong những phương pháp vật lý hứa hẹn cho khử trùng nước và nước thải do phương pháp đơn giản và hiệu quả đối với hầu hết các loại vi sinh vật, đặc biệt là không phát sinh sản phẩm phụ hay dư lượng hóa chất và chi phí thiết bị thấp so với một số phương pháp khử trùng thông thường khác (Guerrero-Beltr & Barbosa-C, 2004). Tuy nhiên, khả năng thâm nhập thấp là một trong những thiếu hụt lớn nhất hạn chế áp dụng tia UV (Chen et al. 2017).

Hiệu quả và độ tin cậy của việc khử trùng của tia UV phụ thuộc nhiều vào chất lượng nước và đặt ra những yêu cầu lớn về các quy trình xử lý nước trước đó. Do vậy, tia UV nên được kết hợp với các công nghệ khác để tăng hiệu quả khử trùng.

Gần đây, kết hợp tia UV với quá trình oxi hóa nâng cao (AOPs) cho khử trùng nước thải đã được một số tác giả nghiên cứu. AOPs dựa trên việc áp dụng các chất oxi hóa thứ cấp, chẳng hạn như gốc tự do hydroxyl (dOH), thường được tạo ra bởi sự chiếu xạ tia UV với chất khử trùng hóa học có khả năng giải phóng các gốc tự do. Các gốc tự do hydroxyl có tính oxi hóa mạnh trong nước và được sử dụng cho quá trình oxy hóa các chất vô cơ, hữu cơ hoặc cho các mục đích khử trùng. Rajala-Mustonen et al. (1997) quan sát sự bất hoạt Coliphage trong nước thải tăng lên khi kết hợp xử lý của axit peracetic (PAA)/UV. Lubello et al. (2002) và Caretti và Lubello (2003) đã báo cáo hiệu quả khử trùng nước thải tăng và hiệu quả hiệp đồng của việc xử lý kết hợp bằng PAA/UV, trong khi đó phương pháp xử lý bằng hydrogen peroxide (H2O2)/UV chỉ cho thấy những lợi ích hiệp đồng nhẹ. Lợi ích hiệp đồng có nghĩa là hiệu quả của phương pháp khử trùng kết hợp lớn hơn hiệu quả đạt được khi tính tổng hiệu quả của các phương pháp khử trùng riêng lẻ. Koivunen et al. (2005) đã nghiên cứu hiệu quả khử trùng của PAA, H2O2 và sodium hypochlorite (NaOCl) đối với E. coli, Enterococcus faecalis, Salmonella enteritidis và virus MS2 coliphage và cho rằng nếu chiếu xạ UV đồng thời có thể

(5)

5

làm tăng hiệu quả của PAA hoặc H2O2 thông qua sự hình thành gốc tự do. Kết quả cho thấy phương pháp xử lý kết hợp của PAA /UV cho hiệu quả bất hoạt các vi khuẩn đường ruột đáng kể, trong khi phương pháp này cho hiệu quả thấp đối với MS2 coliphage. Hiệu quả khử trùng của phương pháp kết hợp H2O2 /UV không cải thiện mấy so với UV thông thường (Koivunen et al. 2005). Như vậy, việc kết hợp của UV với AOPs có thể gia tăng hiệu quả khử trùng và khắc phục nguy cơ tái nhiễm khuẩn, tuy nhiên việc kết hợp này sẽ dẫn đến nguy cơ tạo sản phẩm phụ hay hóa chất tồn dư.

Công nghệ khử trùng nước không tạo ra các sản phẩm phụ độc hại ngày càng thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu, do đó phương pháp khử trùng dựa trên tác nhân vật lý trở nên phổ biến trong những nghiên cứu trong những năm gần đây. Nghiên cứu này được tiến hành nhằm đánh giá liệu việc kết hợp UV và LFFA có cải thiện được hiệu quả khử trùng hay không. Thiết bị tạo màng chất lỏng hoàn toàn không có tác dụng khử trùng. Việc sử dụng LFFA cho phép chuyển tất cả chất lỏng trở thành vô số bong bóng và màng chất lỏng nhằm gia tăng diện tích tiếp xúc nước– khí, điều này đồng thời có thể thúc đẩy độ truyền quang của tia UV trong nước cũng như khả năng thâm nhập của UV màng tế bào vi khuẩn. Hiện tại, chưa có nghiên cứu nào tiến hành đánh giá việc áp dụng tia UV kết hợp LFFA để khử trùng nước. Do đó, một nghiên cứu toàn diện về việc kết hợp LFFA và UV để khử trùng nước là điều cần thiết để hiểu rõ hơn về tính khả thi và các ứng dụng trong tương lai của công nghệ này.

Tài liệu tham khảo:

1. Allied Analytics LLP, 2014. Global UV disinfection equipment market - size, share, global trends, company profiles, analysis, segmentation and forecast, 2013 - 2020. Research and Markets. http://www.researchandmarkets.com/reports/3066124/

2. Autin, O., Romelot, C., Rust, L., Hart, J., Jarvis, P., MacAdam, J., Parsons, S.A., Jefferson, B., 2013. Evaluation of a UV-light emitting diodes unit for the removal of micropollutants in water for low energy advanced oxidation processes. Chemosphere. 92(6), 745-751.

3. Blanken, J.G. D., 1985. Comparative disinfection of treated sewage with chlorine and ozone.

Water Research, 19, 1129-1140.

4. Bocci, V., 2002. Oxygen-ozone therapy: a critical evaluation. Springer. 440 pp.

5. Bowker, C., Sain, A., Shatalov, M., Ducoste, J., 2011. Microbial UV fluence-response assessment using a novel UV-LED collimated beam system. Water Res. 484 45, 2011–2019.

6. Caretti, C., Lubello, C., 2003. Wastewater disinfection with PAA and UV combined treatment:

a pilot plant study. Water Research 37, 2365–2371.

7. Chatterley, C., Linden, K., 2010. Demonstration and evaluation of germicidal UV-LEDs for point-of-use water disinfection. J. Water Health. 8(3), 479-486.

8. Choi, Y., và Choi, Y.J., 2010. The effects of UV disinfection on drinking water quality in distribution systems. Water Research. 44, 115-122.

9. Chevremont, A.C., Boudenne, J.L., Coulomb, B., Farnet, A.M., 2013a. Fate of carbamazepine and anthracene in soils watered with UV-LED treated wastewaters. Water Research, 47(17), 6574-6584.

10. Chevremont, A.C., Boudenne, J.L., Coulomb, B., Farnet, A.M., 2013b. Impact of watering with UV-LED-treated wastewater on microbial and physico-chemical parameters of soil. Water Research, 47(6), 1971-1982.

11. Chen, A.J., Wei, L., Yun-Bo, L., Ben-Zhong, Z., 2017. Combined treatment of ultraviolet-C and L. plantarum on Salmonella enteritidis and quality control of fresh-cut apple. J. of Food Processing and Preservation. DOI: 10.1111/jfpp.13349.

12. Close, J., Ip, J., Lam, K.H., 2006. Water recycling with PV-powered UV-LED disinfection.

Renew. Energy. 31(11), 1657-1664.

13. Guerrero-Beltr, J., Barbosa-C, G., 2004. Advantages and limitations on processing foods by UV light. Food Science and Technology International, 10(3), 137–147.

14. Harris, T.R., Pagan, J., Batoni, P., 2013. Optical and fluidic co-design of a UV-LED water disinfection chamber. ECS Transactions. 45(17), 11-18.

(6)

6

15. Hijnen, W.A.M, Beerendonk, E.F., Medema, G.J. 2006. Inactivation credit of UV radiation for viruses, bacteria and protozoan (oo)cysts in water: A review. Water Research, 40, 3-22.

16. Hongprasith, N., Imai, T., Painmanakul, P. 2016. Study of the liquid-film-forming apparatus as an alternative aeration system: design criteria and operating condition. Environmental Technology. DOI: 10.1080/09593330.2016.1236841

17. Ibrahim, M.A.S., MacAdam, J., Autin, O., Jefferson, B., 2014. Evaluating the impact of LED bulb development on the economic viability of ultraviolet technology for disinfection. Environ.

Technol. 35(4), 400-406.

18. Imai, T., Watanapokasin, R., Reungsang, A., Sekine, M., Higuchi, T., 2008. Water environment conservation in a closed water body by high concentrated oxygen water. Water Science and Technology 58, 2313–2318.

19. Jamnongwong, M., Charoenpittaya, T., Hongprasith, N., Imai, T., Painmanakul, P. 2017. Study of Liquid Film Forming Apparatus (LFFA) Mechanisms in Terms of Oxygen Transfer and Bubble Hydrodynamic Parameters. Engineering Journal, Vol. 20 (3), DOI:10.4186/ej.2016.20.3.77

20. Khan, M.A., Shatalov, M., Maruska, H.P., Wang, H.M., Kuokstis, E., 2005. III-nitride UV devices. Jap. J. Appl. Phys. 44(10), 7191-7206.

21. Koivunen, J., Heinonen-Tanski, H., 2005. Inactivation of enteric microorganisms with chemical disinfectants, UV irradiation and combined chemical/UV treatments. Water Research 39, 1519-1526.

22. Liu, W. B., Zhao, Y. M., Chow, C.W.K., Wang, D.S., 2011. Formation of disinfection byproducts in typical Chinese drinking water. Journal of Environmental Sciences, 23(6): 897–

903.

23. Liberti, L., Notarnicola, M., 1999. Advanced treatment and disinfection for municipal wastewater reuse in agriculture. Water Science Technology, 40, 235-245.

24. Lubello, C., Caretti, C., Gori, R., 2002. Comparison between PAA/UV and H2O2/UV disinfection for wastewater reuse. Water Science and Technology: Water Supply 2 (1), 205–

212.

25. Muller, J., 2011. Seeing the light: the benefits of UV water treatment. Water Online.

http://www.wateronline.com/doc/seeing-the-light-the-benefits-of-uv-0001.

26. Rajala-Mustonen, R.L., Toivola, P.S., Heinonen-Tanski, H., 1997. Effects of peracetic acid and UV irradiation on the inactivation of coliphages in wastewater. Water Science and Technology 35 (11–12), 237–241.

27. Rice, R.G., 1997. Applications and current status of ozone for municipal and industrial wastewater treatment: a literature review. Imperial college centre for environmental control &

waste management, the role of ozone in wastewater treatment. London, UK, pp 55-96.

28. Summerfelt, S.T., 2003. Ozonation and UVirradiation - an introduction and examples of current applications. Aquacultural Engineering. 28: 21-36.

29. Tyrrell, S.A., Ryppey, S.R., Watkins, W.D., 1995. Inactivation of bacterial and viral indicators in secondary sewage effluents, using chlorine and ozone. Water Research. 29: 2483-2490.

30. Taniyasu, Y., Kasu, M., Makimoto, T., 2006a. An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres. Nature. 441(7091), 325-328.

31. Taniyasu, Y., Kasu, M., Makimoto, T., 2006b. Aluminum nitride deep-ultraviolet light- emitting diodes. NTT Technical Review. 4(12), 54-58.

32. Taniyasu, Y., Kasu, M., 2010. Improved emission efficiency of 210-nm deep-ultraviolet aluminum nitride light-emitting diode. NTT Technical Review. 8(8), 1-5.

33. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), 1999. Wastewater technology fact sheet- Ultraviolet Disinfectionl. EPA 832-F-99-064, Office of Water.

34. Virto, R., và cs., 2005. Membrane damage and microbial inactivation by clorine in the absence and presence of a chlorinedemanding substrate. Applied and Environmental Microbiology. 71:

5022-5028.

(7)

7

35. Vilhunen, S., Sarkka, H., Sillanpaa, M., 2009. Ultraviolet light-emitting diodes in water disinfection. Environ. Sci. Pollut. Res. 16(4), 439-442.

36. Von Gunten, U., 2003. Ozonation of drinking water: part II. Disinfection and byproduct formation in presence of bromide, iodide or chlorine. Water Res. 37, 1469-1487.

37. Wurtele M.A., Kolbe, T., Lipsz, M., Ku¨lberg, A., Weyers, M., Kneissl, M. Jekel, M.. 2011.

Application of GaN-based ultraviolet-C light emitting diodes e UV LEDs e for water disinfection. Water Research, 45, 1481-1489.

38. Xu, P., và cs., 2002. Wastewater disinfection by ozone: main parameters for process design.

Water Research 36, 1043-1055.

10.2. Trong nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài trong nước, liệt kê các tài liệu đã được trích dẫn khi tổng quan)

Hiện nay, clo (clo khí hoặc clo lỏng) đang là chất khử trùng chính được sử dụng trong nước sinh hoạt, tuy có khả năng khử khuẩn cao nhưng lại tiềm ẩn nguy cơ đối với sức khỏe con người. Trước thực trạng tại đó, Vũ Thế Đảng (2010) đã thực hiện nghiên cứu và chế tạo thiết bị khử vi khuẩn sử dụng Led cực tím. Nghiên cứu này đã tiến hành đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của đèn LED bước sóng cực tím 365 nm cho ứng dụng diệt vi khuẩn E. coli và Coliform, phương pháp điều khiển công suất bức xạ tối ưu cho UV LED, phương pháp bố trí UVLED để đạt được hiệu quả diệt khuẩn tốt nhất và thiết kế một thiết bị khử vi khuẩn cho nước sinh hoạt.

Nguyễn Đình Thạch và cs. (2016) đã thực hiện đề tài nghiên cứu tính chọn và mô phỏng lò UV trong hệ thống xử lý nước ballast. Trên cơ sở phương pháp tổng nguồn đa điểm, nghiên cứu này đã thực hiện mô hình hoá cường độ bức xạ tia UV trong lò UV. Từ đó đã xây dựng chương trình mô phỏng sự phân bố cường độ bức xạ tia UV trong lò UV. Việc mô phỏng lò UV giúp cho chúng ta một cái nhìn trực quan về sự phân bố cường độ tia UV trong lò từ đó đưa ra được các kết luận tính toán, lựa chọn phù hợp. Các kết quả mô phỏng trong các trường hợp khác nhau nhằm đưa ra cơ sở để tính toán, thiết kế lò UV một cách tồi ưu.

Nguyễn Văn Hiếu và cs. (2018) đã nghiên cứu chế tạo thử nghiệm LED tử ngoại với mục đích chính là nắm vững công nghệ lắng đọng hơi kim loại - hữu cơ (MOVC) và chế tạo thử nghiệm một số cấu trúc LED tử ngoại dùng trong khử trùng nước. Nghiên cứu này đã thành công trong việc thử nghiệm khả năng diệt 2 loại vi khuẩn E. coli và Coliform trong nước sinh hoạt với tỷ lệ lên đến 80% bằng cách sử dụng đèn UV LED có cường độ chiếu xạ ở mức 0,6–1 mW/1 LED, vùng phát xạ là 355 nm và 365 nm. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng đã chế tạo được bộ sản phẩm UV LED dùng cho phòng thí nghiệm bao gồm bộ mặt nạ chuẩn cho UV LED, chip UVLED trên wafer, chip cắt và đóng gói. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng kiến nghị rằng thiết bị cần được hoàn thiện thêm về kỹ thuật và kiểu dáng công nghiệp.

Hiện vẫn chưa có nghiên cứu nào đánh giá liệu việc kết hợp giữa LFFA với đèn UV hoặc đèn UV LED có thể cải thiện hiệu quả khử trùng nước của tia cực tím hay không. Do đó, nghiên cứu về việc kết hợp LFFA và UV để khử trùng nước là hết sức cần thiết để hiểu rõ hơn về tính khả thi và các ứng dụng trong tương lai của công nghệ này.

Tài liệu tham khảo:

1. Vũ Thế Đảng. 2010. Nghiên cứu và chế tạo thiết bị khử vi khuẩn sử dụng LED cực tím. Luận văn Thạc sĩ ngành Kỹ thuật Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

2. Nguyễn Đình Thạch và Nguyễn Ngọc Sơn (2016). Nghiên cứu tính chọn và mô phỏng lò UV trong hệ thống xử lý nước ballast. Đề tài NCKH cấp Trường, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.

(8)

8

3. http://cesti.gov.vn/chi-tiet/8656/khcn-trong-nuoc/che-tao-thu-nghiem-led-tu-ngoai-huong-toi- ung-dung-khu-trung-nuoc (Thời gian truy cập: 14h00, 20/9/2018)

10.3. Danh mục các công trình đã công bố thuộc lĩnh vực của đề tài của chủ nhiệm và các thành viên tham gia đề tài (định dạng kiểu APA: “Họ tên tác giả (năm). Tên công trình. Thông tin xuất bản)

1. Tsuyoshi Imai, Thanh-Loc Thi Dang. (2017). Escherichia coli Inactivation Using Pressurized Carbon Dioxide as an Innovative Method for Water Disinfection. Amidou Samie. Escherichia coli - Recent Advances on Physiology, Pathogenesis and Biotechnological Applications, ISBN 978-953-51-3329-2. InTech, Croatia.

2. M.K.D. Nguyen, Tsuyoshi Imai, W. Yoshida, L.T.T. Dang, T. Higuchi, A. Kanno, K.

Yamamoto, M. Sekine. (2017). Performance of a Carbon Dioxide Removal Process Using a Water Scrubber with the Aid of a Water-Film-Forming Apparatus. Journal Waste and Biomass Valorization. Vol. DOI: 10.1007/s12649-017-9951-8

3. Diem-Mai Kim Nguyen, Tsuyoshi Imai, Thanh-Loc Thi Dang, Ariyo Kanno, Takaya Higuchi, Koichi Yamamoto, Masahiko Sekine. (2017). Response surface method for modeling the removal of carbon dioxide from a simulated gas using water absorption enhanced with a liquid- film-forming device. Journal of Environmental Sciences, Vol. DOI: 10.1016/j.jes.2017.03.026 4. Thanh-Loc T Dang, Tsuyoshi Imai, Tuan V Le, Diem-Mai K Nguyen, Takaya Higuchi, Ariyo Kanno, Koichi Yamamoto, Masahiko Sekine. (2016). Synergistic effect of pressurized carbon dioxide and sodium hypochlorite on the inactivation of Enterococcus sp. in seawater. Water Research, Vol. 106, 204-213.

5. Loc T.T. Dang, Tsuyoshi Imai, Tuan V. Le, Satoshi Nishihara, Takaya Higuchi, Mai K.D.

Nguyen, Ariyo Kanno, Koichi Yamamoto, and Masahiko Sekine. (2016). Effects of pressure and pressure cycling on disinfection of Enterococcus sp. in seawater using pressurized carbon dioxide with different content rates. Journal of Environmental Science and Health, Part A (Toxic/Hazardous Substance & Environmental Engineering), Vol. 51 (11), 930-937.

6. Thanh-Loc Thi Dang, Tsuyoshi Imai, Tuan Van Le, Huy Thanh Vo, Takaya Higuchi, Koichi Yamamoto, Ariyo Kanno, Masahiko Sekine. (2016). Disinfection effect of pressurized carbon dioxide on Escherichia coli and Enterococcus sp. in seawater. Water Science Technology:

Water Supply, Vol. 16(6), 1735-1744. DOI: 10.2166/ws.2016.086

7. Dang-Thi Thanh-Loc, Tsuyoshi Imai, Takaya Higuchi, Le-Van Tuan, Vo-Thanh Huy.

(2015). Disinfection of Escherichia coli in seawater using pressurized carbon dioxide. Journal of Science and Technology – Vietnam Academy of Science and Technology (ISSN 0866-708x), 53(3A) 91-96.

8. Huy Thanh Vo, Tsuyoshi Imai, Truc Thanh Ho, Thanh-Loc Thi Dang, Son Anh Hoang.

(2015). Potential application of high pressure carbon dioxide in treated wastewater and water disinfection: Recent overview and further trends. Journal of Environmental Sciences, Vol. 36, 38-47.

9. Tuan Van Le, Tsuyoshi Imai, Takaya Higuchi, Daisuke Ayukawa, Hiroaki Fujinaga, Huy Thanh Vo, Tung Quy Truong, Thanh-Loc Thi Dang, Yatnanta Padma Devia. (2014).

Application of microbubbles ozonation enhanced by coarse bubbles in treatment of oil-in-water emulsions and humic acid mixture. Journal of Science and Technology – Vietnam Academy of Science and Technology, Vol. 52(3A), 96-103.

10. Huy Thanh Vo, Tsuyoshi Imai, Hidenori Yamamoto, Tuan Van Le (2013). Disinfection using pressurized carbon dioxide microbubbles to inactivate Escherichia coli, bacteriophage MS2 and T4, Journal of Water and Environment Technology (Japan). 11(6), 497 – 505.

11. Huy Thanh Vo, Tsuyoshi Imai, Jantima Teeka, Masahiko Sekine, Ariyo Kanno, Tuan Van Le, Takaya Higuchi, Kanthima Phummala, Koichi Yamamoto (2013). Comparison of disinfection effect of pressured gases of CO2, N2O, and N2 on Escherichia coli. Water Research, 47 (13), 4286–4293.

(9)

9

11. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, phát triển công nghệ khử trùng nước có hiệu quả diệt khuẩn cao và không tạo ra các sản phẩm phụ độc hại đã và đang thu hút nhiều đầu tư nghiên cứu trên thế giới. Các phương pháp khử trùng thông thường như sử dụng các chất oxi hóa mạnh (clo, ozon,…), khử trùng bằng tác nhân vật lý (sóng siêu âm, nhiệt, áp lực cao,…) phần nào bộc lộ những nhược điểm nhất định. Khử trùng nước và nước thải bằng clo là một phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong nhiều thập kỷ qua do sự hiệu quả về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của phương pháp này là nguy cơ tạo ra các sản phẩm phụ có khả năng gây ung thư (HAAs, THMs, bromate) nếu trong môi trường nước có chứa hàm lượng các chất vô cơ, hữu cơ cao (Liu và cs. 2011). Ozon hóa nước là một biện pháp khử trùng thay thế khá hiệu quả, tuy nhiên hạn chế của phương pháp này là chi phí cao, yêu cầu vận hành phức tạp, và nếu trong nguồn nước có chứa bromide thì ozon hóa có thể tạo ra sản phẩm phụ bromate (Von Gunten 2003). Ngoài ra, một số phương pháp khử trùng như sóng siêu âm, nhiệt, và áp lực cao đã và đang được đầu tư nghiên cứu nhiều nhằm thay thế cho các chất khử trùng truyền thống, tuy nhiên việc ứng dụng cũng chưa rõ ràng. Chính vì vậy, cần thiết phải phát triển phương pháp khử trùng nước vừa có thể phát huy được ưu điểm của các công nghệ hiện hành, đồng thời có thể khắc phục được những nhược điểm của các phương pháp khử trùng truyền thống.

Nghiên cứu này tiến hành đánh giá hiệu quả khử trùng của tia cực tím (UV) kết hợp kỹ thuật tạo màng nước mỏng. Khử trùng bằng tia UV được cân nhắc là một biện pháp hiệu quả trong việc ức chế nhiều loại mầm bệnh khác nhau và không tạo ra các sản phẩm phụ gây ung thư (Hijnen và cs., 2006). Tuy nhiên, hiệu quả của tia UV lại phụ thuộc vào thành phần và tính chất nguồn nước (độ đục, độ cứng, loại vi sinh vật gây bệnh…) cũng như cường độ bước sóng xử lí. Giả thiết rằng khi diện tích tiếp xúc bề mặt của nước tăng lên, độ truyền quang của tia UV trong nước sẽ gia tăng và hiệu quả khử trùng nước sẽ cải thiện. Do vậy, nghiên cứu này sẽ đánh giá liệu việc kết hợp tia UV và kỹ thuật tạo màng nước mỏng có thể cải thiện được hiệu quả khử trùng nước. Kỹ thuật tạo màng nước mỏng là một kỹ thuật mới cho phép vận chuyển khí vào trong chất lỏng, làm gia tăng rất đáng kể diện tích tiếp xúc bề mặt giữa khí và nước, thúc đẩy hiệu quả hòa tan khí vào trong nước (Imai và cs. 2008). Nghiên cứu này sẽ tập trung khảo sát điều kiện vận hành tối ưu và đánh giá tiềm năng áp dụng của phương pháp khử trùng nước. Nghiên cứu này nếu thành công sẽ hứa hẹn một khả năng áp dụng phương pháp khử trùng không phát sinh các sản phẩm phụ nguy hại để ức chế các mầm bệnh trong các nguồn nước cấp cho các mục đích như sinh hoạt, nuôi trồng thủy sản, và tưới tiêu nông nghiệp.

12. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

12.1. Mục tiêu tổng thể

Nâng cao hiệu quả khử trùng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt bằng tia cực tím với sự hỗ trợ của thiết bị tạo màng chất lỏng.

12.2. Các mục tiêu cụ thể

• Tạo ra thiết bị khử trùng nước bằng đèn UV kết hợp thiết bị tạo màng chất lỏng.

• Đánh giá được hiệu quả khử trùng nước bằng tia UV thông thường.

• Xác định được các điều kiện kỹ thuật kết hợp tia cực tím với thiết bị tạo màng chất lỏng để khử trùng hiệu quả các vi sinh vật trong nước.

• So sánh được hiệu quả khử trùng nước của phương pháp sử dụng tia UV có sự hỗ trợ của thiết bị tạo màng chất lỏng với phương pháp sử dụng tia UV thông thường.

• Đánh giá được hiệu quả khử trùng cũng như những lợi ích của phương pháp này trong xử lý một số nguồn nước bị ô nhiễm vi sinh.

13. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

(10)

10 13.1. Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống khử trùng bằng UV và LFFA để bất hoạt các vi sinh vật (Coliforms tổng số, Escherichia coli) trong nước cấp cho mục đích sinh hoạt.

13.2. Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nguồn nước cần xử lý: nghiên cứu này tập trung xử lý ô nhiễm vi khuẩn trong các mẫu thử được tổng hợp ở phòng thí nghiệm

14. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Thiết kế hệ thống khử trùng bằng tia cực tím tích hợp với công đoạn cấp oxy bằng thiết bị tạo màng chất lỏng

- Đánh giá hiệu quả khử trùng bằng tia cực tím thông thường. Xác định các điều kiện vận hành tối ưu (ảnh hưởng SS, liều bức xạ,…)

- Đánh giá hiệu quả tạo màng chất lỏng (kiểu đầu phun, lưu lượng sục khí,…)

- Đánh giá hiệu quả khử trùng bằng tia cực tím kết hợp với kỹ thuật màng nước mỏng để khử trùng hiệu quả Escherichia coli và coliforms trong nước. Xác định các điều kiện vận hành tối ưu (độ truyền quang, ảnh hưởng SS, liều bức xạ,…).

15. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

15.1. Cách tiếp cận (nếu có)

15.2. Phương pháp nghiên cứu

15.2.1. Phương pháp chuẩn bị mẫu vi khuẩn

Vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) và coliforms từ nước thải sinh hoạt của thành phố Huế được phân lập trên môi trường thạch chọn lọc Chromoculf (Merk). Sau đó, các khuẩn lạc E.

coli và coliforms được nhân giống trong môi trường Luria-Bertani (LB) và nuôi cấy ở 37⁰C với tốc độ lắc 150 vòng/phút trong vòng 24 giờ. Mẫu vi khuẩn gốc được bảo quản trong glycerol 30% và bảo quản lạnh ở -80⁰C.

Đối với mỗi thí nghiệm khử trùng, mẫu vi khuẩn E. coli hoặc coliforms đã được chuẩn bị trước đó bằng cách nhân giống 100 µL vi khuẩn gốc vào 100 mL dung dịch LB, lắc với tốc độ 150 vòng/phút ở 37⁰C trong vòng 20 h. Mẫu vi khuẩn sau khi nuôi cấy xong sẽ được sử dụng ngay cho thí nghiệm khử trùng.

15.2.2. Phương pháp đếm khuẩn lạc E. coli và coliforms

Mật độ vi khuẩn E. coli và coliforms trong mẫu trước và sau khử trùng được xác định bằng kỹ thuật cấy trãi trên đĩa thạch. Mẫu được pha loãng bằng dung dịch đệm phosphat (pH = 7) đến các mức nồng độ 10^-1 đến 10^-3. Hút 100 µL mẫu không pha loãng và mẫu đã pha loãng, cấy trải trên môi trường thạch Chromoculf (Merck). Sau đó đưa vào tủ ấm ủ ở nhiệt độ 37⁰C trong 24 giờ. Các đĩa có số khuẩn lạc từ 25 đến 300 khuẩn lạc được lựa chọn để đếm và tính mật độ vi khuẩn. Mỗi mẫu tiến hành phân tích lặp lại 3 lần.

15.2.3. Phương pháp chuẩn bị mẫu nước

Mẫu nước ô nhiễm vi sinh vật được chuẩn bị tại phòng thí nghiệm như sau: Chuẩn bị 150 L nước máy đã loại bỏ clo dư bằng 3 mL dung dịch natrithiosunphat (Na2S2O3·5H2O) 0,1M. Clo dư trong nước được xác định bằng phương pháp đo quang sử dụng N,N-diethyl-p- phenylenediamine (DPD) với máy đo (H1701, HANNA, Romania).

(11)

11

Thêm 15 mL dung dịch nuôi cấy vi khuẩn E. coli hoặc coliforms đã chuẩn bị trước đó vào nước để đạt đến giá trị nồng độ ban đầu của vi khuẩn là 10⁵ cfu/mL. Khuấy trộn đều trong 30 phút để vi khuẩn thích nghi với môi trường trước khi tiến hành thí nghiệm khử trùng. Đối với mỗi thí nghiệm, 150 L mẫu được chuẩn bị, trong đó 30-40 L được dùng để khởi động lại hệ thống.

15.2.4. Phương pháp bố trí hệ thống khử trùng bằng tia UV và thiết bị tạo màng nước mỏng Thiết bị khử trùng là bể nhựa trong PVC với tổng thể tích 120 L. Thiết bị này được thiết kế bao gồm một thiết bị tạo màng nước mỏng (LFFA; FBT 50, Nhật Bản) bên trong bể. Khí được đưa vào hệ thống thông qua LFFA để tạo màng nước mỏng và tạo sự khuấy trộn lưu chuyển nước trong hệ thống. Các đèn UV (nguồn UV thủy ngân áp lực thấp, bóng dài 0,6 m, công suất 20W, bước sóng 254 nm, cường độ chiếu sáng 65 μW/cm²) được lắp đặt phía bên trên bể và cách lớp nước bề mặt khoảng 5 cm.

15.2.5 Phương pháp vận hành hệ thống khử trùng

Các thí nghiệm khử trùng được tiến hành dạng mẻ. Trước khi thí nghiệm, bể được làm sạch bằng cách rửa sạch nhiều lần bằng nước máy, lau bằng cồn 70⁰ và bật đèn UV trong 5 phút, sau đó rửa lại bằng 30-40 L mẫu.

105 L mẫu nước đã được chuẩn bị trước đó được bơm vào hệ thống. Mở hệ thống đèn UV và tiến hành thí nghiệm khử trùng nước trong vòng 75 phút.

Đối với thí nghiệm khử trùng bằng tia UV kết hợp kỹ thuật màng nước mỏng, quy trình thí nghiệm hoàn toàn giống như với khử trùng bằng tia UV đã mô tả ở trên, nhưng đồng thời khởi động thiết bị tạo màng chất lỏng. Cụ thể, khởi động bơm khí (Ouguan RB-750A, Trung Quốc) với lưu lượng cấp khí 2,4 - 2,6 m³/phút. Đèn UV và hệ thống LFFA được khởi động. Thí nghiệm khử trùng nước được tiến hành trong vòng 75 phút.

Sự nhạy cảm của vi khuẩn với sự khử trùng bằng UV hoặc UV/LFFA được xác định tại các điều kiện khác nhau của liều UV, tỷ lệ cấp khí, các kiểu đầu phun tạo màng nước mỏng. Tiến hành lấy mẫu theo thời gian sau các khoảng thời gian 0, 15, 30, 45, 60 và 75 phút khử trùng.

Mẫu nước phân tích là mẫu tổ hợp của 6 mẫu được lấy tại 6 vị trí van lấy mẫu phân bố theo độ sâu dọc hai bên thành bể (Xem hình 1). Mẫu được phân tích ngay sau thí nghiệm khử trùng.

Mỗi thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần.

Hình 1. Sơ đồ hệ thống khử trùng 15.2.5 Phương pháp xử lý số liệu

Đánh giá hiệu quả khử trùng E. coli và coliforms thông qua số log10 của tỷ lệ vi khuẩn giảm được từ số lượng khuẩn lạc trước và sau xử lý.

Log bất hoạt = Log (N0/Nt)

Trong đó: N0 là số khuẩn lạc vi khuẩn E. coli hoặc coliforms trong mẫu nước ban đầu; Nt là số khuẩn lạc E. coli hoặc coliforms trong mẫu nước sau xử lý.

Hiệu quả khử trùng được so sánh với quy chuẩn về chất lượng nước ăn uống (QCVN 01:2009/BYT) và quy chuẩn về chất lượng nước sinh hoạt (QCVN 02:2009/BYT).

Sự nhạy cảm của các vi khuẩn với tia UV có thể được đánh giá bởi hằng số tốc độ bất hoạt k (cm²/mJ) từ đường thẳng tuyến tính của mối quan hệ giữa log bất hoạt và liều UV (Hijnen và cs. 2006):

Log bất hoạt = k * liều UV

Số liệu được phân tích thống kê bằng môi trường máy tính R (phiên bản 3.4.1, tại http://cran.R-project.org).

(12)

12

16. TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

TT Nội dung, công việc thực hiện Sản phẩm Thời gian

(bắt đầu – kết thúc) Người thực hiện 1 Hệ thống hóa các công trình nghiên

cứu trước đó có liên quan đến đề tài

Báo cáo tổng quan về nghiên cứu khử trùng nước ở Việt Nam và trên thế giới

1/2019 - 4/2019 1. Đặng Thị Thanh Lộc 2. Lê Văn Tuấn

2 Thiết kế hệ thống khử trùng bằng tia cực tím tích hợp với công đoạn cấp oxy bằng thiết bị tạo màng chất lỏng

Thiết bị khử trùng được dùng làm mô hình phục vụ nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Huế.

3/2019 - 5/2019 1. Đặng Thị Thanh Lộc 2. Lê Văn Tuấn 3. Dương Thành Chung 4. Đường Văn Hiếu

3 Đánh giá hiệu quả khử trùng bằng tia cực tím thông thường.

Xác định được các điều kiện vận hành tối ưu (ảnh hưởng SS, liều bức xạ,…)

6/2019 - 7/2019 1. Đặng Thị Thanh Lộc 2. Lê Văn Tuấn 3. Dương Thành Chung 4. Đường Văn Hiếu 4 Đánh giá hiệu quả tạo màng chất

lỏng (kiểu đầu phun, lưu lượng sục khí,…)

Xác định được điều kiện vận hành tối ưu (lưu lượng sục khí, tốc độ bão hòa khí)

8/2019 - 9/2019 1. Đặng Thị Thanh Lộc 2. Lê Văn Tuấn 3. Dương Thành Chung 4. Đường Văn Hiếu 5 Xác định các điều kiện kỹ thuật kết

hợp tia cực tím với thiết bị tạo màng chất lỏng để khử trùng hiệu quả các vi sinh vật trong nước.

Xác định các điều kiện vận hành tối ưu (độ truyền quang, ảnh hưởng SS, liều bức xạ,…).

10/2019 - 5/2020 1. Đặng Thị Thanh Lộc 2. Lê Văn Tuấn 3. Dương Thành Chung 4. Đường Văn Hiếu 6 So sánh hiệu quả khử trùng nước

của phương pháp sử dụng tia UV có sự hỗ trợ của thiết bị tạo màng chất lỏng với phương pháp sử dụng tia UV thông thường. Đánh giá những lợi ích của phương pháp UV/LFFD trong xử lý một số nguồn nước bị ô nhiễm vi sinh.

Báo cáo chuyên đề 6/2020 - 7/2020 1. Đặng Thị Thanh Lộc 2. Lê Văn Tuấn

7 Viết báo cáo tổng kết Báo cáo tổng kết đề tài với đầy đủ nội dung trong thuyết minh

8/2020 - 10/2020 1. Đặng Thị Thanh Lộc 2. Lê Văn Tuấn 3. Dương Thành Chung 4. Đường Văn Hiếu

8 Đánh giá, nghiệm thu cấp cơ sở 10/2020 - 11/2020 Hội đồng Khoa học

của Khoa Môi trường 9 Đánh giá, nghiệm thu cấp Đại học

Huế

11/2020 - 12/2020 Hội đồng Khoa học của Đại học Huế

(13)

13

17. SẢN PHẨM DỰ KIẾN CỦA ĐỀ TÀI (Các mục có dấu * là sản phẩm bắt buộc)

STT Tên sản phẩm Số lượng Yêu cầu về chất lượng

17.1. Sản phẩm khoa học (bài báo, sách…)

1 Bài báo trong nước* 02 01 bài báo đăng trên Tạp chí Khoa học

Đại học Huế và 01 bài báo đăng trên tạp chí khoa học có điểm tối đa 1,0 thuộc

danh mục tính điểm quy đổi của HĐGSNN hoặc đăng trên tạp chí khoa học

quốc tế có chỉ số ISSN có phản biện.

2 Bài báo quốc tế 0

17.2. Sản phẩm đào tạo

1 Khóa luận/đồ án tốt nghiệp đại học* 0

2 Luận văn thạc sĩ* 1 Có nội dung nằm trong đề tài và được

đánh giá đạt yêu cầu

3 Luận án tiến sĩ 0

17.3. Sản phẩm ứng dụng

1 Thiết bị khử trùng nước 1 Quy mô Phòng thí nghiệm, phục vụ

nghiên cứu và giảng dạy tại PTN cơ sở của Khoa Môi trường.

17.4. Sản phẩm khác

18. PHƯƠNG THỨC CHUYỂN GIAO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐỊA CHỈ ỨNG DỤNG

Các kết quả trong nghiên cứu này có thể sử dụng cho tỉnh Thừa Thiên Huế để cải thiện chất lượng nước cấp, đặc biệt là cho mục đích ăn uống, sinh hoạt. Thiết bị khử trùng được dùng làm mô hình phục vụ nghiên cứu và giảng dạy tại phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Huế. Các phương pháp nghiên cứu đã sử dụng trong đề tài này có thể áp dụng cho các nghiên cứu tương tự ở các thành phố khác ở Việt Nam.

Các kết quả số liệu của nghiên cứu này hữu ích cho việc phát triển hệ thống khử trùng bằng tia cực tím kết hợp kỹ thuật màng nước mỏng trong xử lý nhiều loại nước cấp. Đặc biệt trong bối cảnh ở Việt Nam, có nhiều nguồn nước cấp (ví dụ nước sinh hoạt, nuôi trồng thủy sản, tưới tiêu nông nghiệp,...) chứa nhiều loại vi sinh vật còn chưa được kiểm soát tốt. Nghiên cứu này nếu thành công sẽ hứa hẹn khả năng áp dụng phương pháp khử trùng không phát sinh các sản phẩm phụ nguy hại, đồng thời tăng cường cung cấp oxy cho nguồn nước.

19. KINH PHÍ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ NGUỒN KINH PHÍ

Tổng kinh phí: 80 triệu đồng, trong đó:

Ngân sách Nhà nước: 80 triệu đồng Nguồn kinh phí khác: 0 triệu đồng Nhu cầu kinh phí từng năm:

Năm 1: 40 triệu đồng, Năm 2: 40 triệu đồng

Dự trù kinh phí theo các mục chi (phù hợp với nội dung nghiên cứu): Đơn vị tính: nghìn đồng

Bảng tổng hợp dự toán kinh phí đề tài

(14)

14

T

T Khoản chi

Tổng kinh phí

(nghìn đồng)

Tỷ lệ (%)

Nguồn kinh phí (nghìn đồng)

NSNN Khác

1 Chi tiền công lao động trực tiếp 39949 49.94 39949

2 Chi mua vật tư, nguyên, nhiên, vật liệu 24000 30.00 24000

3 Chi sửa chữa, mua sắm tài sản cố định

4 Chi hội thảo khoa học, công tác phí phục vụ hoạt động nghiên cứu

5 Chi trả dịch vụ thuê ngoài phục vụ hoạt động nghiên cứu 1200 1.50 1200 6 Chi điều tra, khảo sát thu thập số liệu

7 Chi văn phòng phẩm, thông tin liên lạc, in ấn phuc vụ hoạt

động nghiên cứu 1000 1.25 1000

8 Chi họp hội đồng đánh giá cấp cơ sở 2000 2.50 2000

9 Chi quản lý chung (5%) 4000 5.00 4000

10 Chi khác 7851 9.81 7851

0 Tổng cộng = 80000 100.00 80000

Ngày…tháng…năm……

Cơ quan chủ trì

(ký, họ và tên, đóng dấu)

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên)

Cơ quan chủ quản duyệt GIÁM ĐỐC ĐẠI HỌC HUẾ

(15)

15 Khoản 1. Chi tiền công lao động trực tiếp

TT Nội dung chi

Số người

thực hiện

Hệ số tiền công

Số ngày công

Lương cơ sở (nghìn

đồng)

Tổng kinh phí

(nghìn đồng)

Nguồn kinh phí (nghìn đồng) NSNN Khấc

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1.1. Dự toán theo nội dung công việc

1

Nghiên cứu tổng quan (xây dựng thuyết minh, báo cáo tổng quan vấn đề nghiên cứu)

1529 1529

Chủ nhiệm đề tài 1 0.42 2 1390 1168 1168

Thành viên thực hiện chính, thư ký

khoa học 1 0.26 1 1390 361 361

Thành viên đề tài 0.17 1390

Kỹ thuật viên, nhân viên hỗ trợ 0.10 1390

2 Đánh giá thực trạng vấn đề

nghiên cứu 3419 3419

Chủ nhiệm đề tài 1 0.42 4 1390 2335 2335

khoa học 1 0.26 3 1390 1084 1084

3

Thu thập thông tin, tài liệu, dữ liệu; xử lý số liệu, phân tích thông tin, tài liệu, dữ liệu

1529 1529

Chủ nhiệm đề tài 1 0.42 2 1390 1168 1168

khoa học 1 0.26 1 1390 361 361

4 Nội dung nghiên cứu chuyên

môn 5310 5310

Chủ nhiệm đề tài 1 0.42 5 1390 2919 2919

khoa học 1 0.26 4 1390 1446 1446

Thành viên đề tài 1 0.17 4 1390 945 945

5

Tiến hành thí nghiệm, thử nghiệm, thực nghiệm, khảo nghiệm, chế tạo, sản xuất;

nghiên cứu, hoàn thiện quy trình công nghệ

22629 22630 -1

Chủ nhiệm đề tài 1 0.42 17 1390 9925 9925

khoa học 1 0.26 17 1390 6144 6144

Thành viên đề tài 2 0.17 8 1390 3781 3781

Kỹ thuật viên, nhân viên hỗ trợ 2 0.10 10 1390 2780 2780

6

Đề xuất giải pháp, kiến nghị, sáng chế, giải pháp hữu ích, sản phẩm, chế phẩm, mô hình, ấn phẩm khoa học và đề xuất khác

1529 1529

Chủ nhiệm đề tài 1 0.42 2 1390 1168 1168

(16)

16

khoa học 1 0.26 1 1390 361 361

7

Tổng kết, đánh giá(Báo cáo thống kê, báo cáo tóm tắt và báo cáo tổng hợp)

4003 4003

Chủ nhiệm đề tài 1 0.42 5 1390 2919 2919

khoa học 1 0.26 3 1390 1084 1084

Tổng (1)= 39949 39949

1.2. Dự toán theo thành viên đề tài

1 Chủ nhiệm đề tài 0.42 37 1390 21601 21602 -1

2 Thành viên thực hiện chính, thư

ký khoa học 0.26 30 1390 10842 10841 1

3 Thành viên đề tài 0.17 12 1390 4726 4726

4 Kỹ thuật viên, nhân viên hỗ trợ 0.10 10 1390 2780 2780

Tổng (1)= 39949 39949

Khoản 2. Chi mua vật tư, nguyên, nhiên, vật liệu

T

T Khoản chi Đơn vị

tính

Số lượng

Đơn giá (nghìn

đồng)

Thành tiền (nghìn

đồng)

Nguồn kinh phí (nghìn đồng) NSNN Khác

1

Chi mua các thiết bị, phụ kiện lắp ráp mô hình thiết bị khử trùng tại PTN (Đầu phun tạo LTF, nhựa mika dày, van…)

Đợt 1 7645

7645 7645

2 Đèn UV (dài 0.6 m, 20W) cái 5 150 750 750

3 Thạch Chrommocult (Merck, 500g) hộp 1 10580 10580 10580

4 Thuốc thử DPD hộp 1 250 250 250

5 Môi trường LB (Difco, 500 g) hộp 1 4280 4280 4280

6 Glycerol (100 mL) chai 1 260 260 260

7 Sodium thiosulfate (500 g) hộp 1 235 235 235

Tổng (2) = 24000 24000

Khoản 3. Chi sửa chữa, mua sắm tài sản cố định

T

T Khoản chi Đơn vị

tính

Số lượng

Đơn giá (nghìn

đồng)

Nguồn kinh phí (nghìn đồng) NSNN Khác Tổng (3) =

Khoản 4. Chi hội thảo khoa học, công tác phí phục vụ hoạt động nghiên cứu

4.1. Chi hội thảo khoa học

T

T Nội dung chi Số

buổi

Định mức chi (nghìn

đồng)

Nguồn kinh phí (nghìn đồng) NSNN Khác 1 Chủ trì

2 Thư ký