(Đồ án hcmute) chế tạo máy lọc nước giữ khoáng

Tuy nhiên, việc xử lý nước uống đóng chai bằng các công nghệ truyền thống như phương pháp sử dụng hóa chất clo, phương pháp tinh lọc bằng thẩm thấu ngược RO, công nghệ lọc nước Nano, côn

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

GVHD: PGS.TS TRẦN NGỌC ĐẢM SVTH: PHẠM VĂN ĐĂNG

NGUYỄN NGỌC TRÍ KHÔI NGUYỄN QUANG HUY

S K L 0 1 0 3 7 5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CHẾ TẠO MÁY LỌC NƯỚC GIỮ KHOÁNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Năm học: HK1 (2022-2023) Khoa: Cơ khí chế tạo máy

TRƯỜNG

CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

GVHD: PGS.TS TRẦN NGỌC ĐẢM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ I / năm học 2022 - 2023

Giảng viên hướng dẫn: PSG.TS Trần Ngọc Đảm

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Huy MSSV: 18146310 Điện thoại: 0369268475

Nguyễn Ngọc Trí Khôi MSSV: 18146321 Điện thoại: 0868954056 Phạm Văn Đăng MSSV: 16143210 Điện thoại: 0822503467

1.Mã số đề tài: 221DT47

- Tên đề tài: CHẾ TẠO MÁY LỌC NƯỚC GIỮ KHOÁNG

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

• Quy chuẩn nguồn nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt: QCVN 01-1:2018/BYT

• Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia đối với nước khoáng thiên nhiên và nước uống đóng chai: QCVN 6-1:2010/BYT

• Kích thước yêu cầu: 380 x 400 x 450 (mm)

• Hình dáng: máy có hình dáng và kích thước nhỏ phù hợp đặt trên bếp hoặc để bàn

• Công suất: 10 lít/h

• Các nguồn tham khảo về công nghệ plasma lạnh: https://www.cesplasma.vn/

3 Nội dung chính của đồ án:

• Xác định mục tiêu chế tạo máy lọc nước dữ khoáng

• Nguyên lý lọc nước giữ khoáng của máy

• Tính toán, thiết kế:

- Công suất lọc: 10 lít/h

• Chế tạo máy lọc nước

• Tính toán chi phí sản xuất hàng loạt, giá thành tiêu thụ

4 Các sản phẩm dự kiến

• Nguyên lý hoạt động

• Tập bản vẽ

• Máy lọc nước công nghệ plasma – CDI công suất 10 lít/h

• Hướng dẫn sử dụng máy lọc nước

• Tập báo cáo

5 Ngày giao đồ án: 1/10/2022

6 Ngày nộp đồ án:

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt

MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên Nguyễn Quang Huy MSSV: 18146310 Hội đồng: 2

Họ và tên sinh viên Phạm Văn Đăng MSSV: 16143210 Hội đồng: 2

Họ và tên sinh viên Nguyễn Ngọc Trí

Tên đề tài: CHẾ TẠO MÁY LỌC NƯỚC GIỮ KHOÁNG

Khoa đào tạo: Cơ khí chế tạo máy

Họ và tên GV hướng dẫn: PGS TS Trần Ngọc Đảm

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN (không đánh máy) 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3 Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

tối đa

Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30

1 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

2

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc

quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

LỜI CẢM ƠN

Cảm ơn trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh! Thời gian học tập tại trường, có lẽ chẳng là gì so với cuộc đời, nhưng lại là cả tuổi thanh xuân của chúng em khi học tập tại đây và chắc chắn rằng, đây sẽ là kỷ niệm không bao giờ có thể quên với mỗi thành viên chúng em

Thật vinh dự và tự hào khi được là thành viên của Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

và chúng em có được như ngày hôm nay đó là sự tâm huyết dạy bảo, truyền đạt không chỉ về những kiến thức chuyên môn mà còn là những kinh nghiệm sống quý báu từ các quý Thầy, Cô trong suốt 4 năm qua Chúng em thật sự biết ơn và trân trọng

Vì vậy, đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô đang công tác trong trường nói chung và đặc biệt nói riêng với các Thầy, Cô trong khoa Cơ khí Chế tạo máy Chúng em xin chân thành cảm ơn Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Khoa Cơ khí chế tạo máy đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để cho chúng em học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp này

Đặc biệt, nhóm chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và tôn trọng đến Thầy

thời gian nghiên cứu, thực hiện để có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài một cách tốt nhất nhưng vẫn không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy, chúng em kính mong Thầy, Cô góp ý, chỉ bảo để hoàn thiện máy hơn trong tương lai

Cuối cùng, chúng em xin chúc Thầy, Cô nhiều sức khoẻ, hạnh phúc và thành công trên con đường giảng dạy

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, tháng 2 năm 2023 Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Quang Huy Phạm Văn Đăng Nguyễn Ngọc Trí Khôi

TÓM TẮT

Hiện nay, do nhu cầu tiện lợi nên việc sử dụng nước uống đóng chai ngày càng phổ biến Tuy nhiên, việc xử lý nước uống đóng chai bằng các công nghệ truyền thống như phương pháp sử dụng hóa chất (clo), phương pháp tinh lọc bằng thẩm thấu ngược

RO, công nghệ lọc nước Nano, công nghệ lọc nước UF… thường có nhược điểm là hệ thống phức tạp, chiếm nhiều diện tích, hiệu suất thấp, không đảm bảo sức khỏe (vì lấy

đi hàm lượng khoáng cần thiết cho cơ thể)… Trong đồ án này, hệ thống xử lý nước uống trực tiếp bằng công nghệ lọc, trao đổi ion kết hợp Plasma ở nhiệt độ thấp, áp suất khí quyển kết hợp cùng công nghệ CDI được thiết kế và chế tạo nhằm giải quyết các nhược điểm trên Nước thủy cục sau khi được xử lý với các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh được xét nghiệm tại Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng 3 (Quatest 3), Viện Pasteur Tp.HCM và Trung Tâm Y Tế dự Phòng tỉnh Đồng Nai cho kết quả đạt tiêu chuẩn QCVN 6-1:2010/BYT Sự ảnh hưởng của điện áp, dòng điện và thời gian xử lý đến hiệu suất xử lý được khảo sát và đánh giá Với lưu lượng 0.7l/phút/module, điện áp

20 kV, dòng 2A thì vi khuẩn bị tiêu diệt hoàn toàn Các chỉ tiêu có trong nước uống sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 6-1:2010/BYT

Từ khoá: công nghệ Plasma, công nghệ CDI, nước uống đóng chai, phương pháp RO, công nghệ Nano, công nghệ UF

ABTRACT

Nowadays, because of the convenience, bottled drinking water is becoming very popular However, there have been a lot of disadvantages in dealing with bottled drinking water by using traditional technology such as using chemical (chlorine) treatment, the reverse osmosis technology (RO), nanofiltration technology or UF technology… that are system complexity, occupying a large area, low efficiency, no health insurance (filtered out needed mineral for the body),… In this project, the bottled drinking water treatment system using carbon filtering, ion exchange and plasma technology at low temperature and at atmostpheric pressure combined with CDI technology was designed and developed to solve the above disadvantages The physical, chemical, and microbial indicators in treated tap water were tested in Quality Assurance and Testing Center 3 (QUATEST 3), Pasteur Institute of Ho Chi Minh City and Dong Nai province’s Preventive Medicine Center all satisfied QCVN 6-1:2010/BYT standard The effects of voltage, current and time to processing performance were examined and evaluated With input flow rate 0.7l/min/module, voltage 20 kV, current 2A, the bacteria were killed completely

Keywords: Plasma technology, CDI technology, bottled drinking water, the reverse osmosis technology (RO), nanofiltration technology, UF technology

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CDI Capactive deionization (Khử Ion hoá)

UF Ultra Filtration (Màng siêu lọc)

RO Reverse Osmosis (Thẩm thấu ngược)

TDS Total Dissolved Solids (Chất rắn hoà tan trong nước)

Mục Lục

LỜI CẢM ƠN 8

TÓM TẮT 9

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 11

Chương 1: TỔNG QUAN 16

1.1 Tổng quan chung về đồ án, các loại máy lọc nước có trên thị trường 16

1.1.2 Tổng quan chung 16

1.3 Mục tiêu cụ thể 19

1.4 Phạm vi nghiên cứu đề tài 20

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21

2.1 Trạng thái Plasma là gì 21

2.2 Ứng dụng plasma lạnh trong lọc nước 21

2.3 Công nghệ lọc nước CDI 23

2.4 Kết hợp công nghệ plasma và CDI 25

Chương 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY LỌC NƯỚC GIỮ KHOÁNG 31 3.1 Yêu cầu của đề tài 31

3.1.1 Yêu cầu 31

3.1.2 Thông số 31

3.4 Nguyên lý hoạt động của máy lọc nước giữ khoáng 36

3.5 Nguyên lý hoạt động của bộ xử lý plasma: 38

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY LỌC NƯỚC 41

4.1 Tính toán chọn bơm nước 41

4.1.1 Yêu cầu 41 4.2 Tính toán và thiết kế lõi lọc CDI 42

4.2.1 Yêu cầu 42

4.2.3 Hình dạng và kích thước 42

4.2.4 Các thông số làm việc của lõi lọc CDI 100GPD 43

4.3 Thiết kế phần khung vỏ máy lọc nước 44

4.3.1 Yêu cầu 44

Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU 49

KHIỂN 49

5.1 Yêu cầu thiết kế 49

5.2 Các linh kiện phần cứng 49

5.2.1 Nguồn cấp 49

5.2.2 Mạch vi điều khiển Kit Atemega 8V1 50

5.2.4 Modun relay 5V 55

5.3 Lưu đồ giải thuật hệ thống điều khiển lọc xả tự động 56

Chương 6: CHẾ TẠO CHẠY THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 59

6.1 Các thành phần chính của máy lọc nước 59

Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62

7.1 Kết luận 62

7.2 Hướng kết luận 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 3 1 Giá trị các thông số nước đầu vào thực hiện theo quy chuẩn quốc gia:

QCVN 01-1:2018/BYT 25

Bảng 3 2 Giá trị nước lọc sau khi xử lý theo quy chuẩn quốc gia QCVN 6-1:2010/BYT 29

Bảng 3 3 So sánh các phương án thiết kế máy lọc nước 36

Bảng 4 1 Các loại máy bơm và thông số trên thị trường 41

Bảng 4 2 Các loại lõi lọc CDI và thông số 42

Bảng 6 1 Các thông số cơ bản của máy lọc nước 59

Bảng 6 2 Kết qủa đo mẫu nước 1 61

Bảng 6 3 Kết quả đo mẫu nước 2 61

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 Khả năng phá hủy liên kết vòng benzen của tia plasma 22

Hình 2 2Nguyên lý hoạt động của công nghệ lọc CDI 23

Hình 2 3 Cấu tạo lõi CDI 23

Hình 4 1 Lõi CDI 43

Hình 4 2 Thiết kế phần khung máy lọc nước 44

Hình 4 3 Thiết kế vỏ máy lọc nước 45

Hình 4 4 Mô phỏng gia công 46

Hình 4 5 Mô phỏng phần mạch đáy của vỏ máy sau khi gia công 47

Hình 4 6 Mô phỏng lắp đặt cái linh kiện vào máy 47

Hình 4 7 Mô phỏng hàn khung và các tấm vỏ máy 48

Hình 4 8 Mô phỏng buồng plasma sau khi dán các tấp kính, mica và được siết chặt bằng bulong 48

Hình 5 1 Nguồn tổ ong 24VDC 39

Hình 5 2 Kit Antemega 8V1 40

Hình 5 3 Phần mềm Progisp 52

Hình 5 4 Phần mềm viết code Code versionavr 53

Hình 5 5 Sơ đồ mạch điều khiển 42

Hình 5 6 Mạch hạ áp cho CDI 43

Hình 5 7 Modun relay 5V 44

Hình 6 1 Hình ảnh bên trong mô hình thực tế 46

Hình 6 2 Hình ảnh mô hình thực tế 46

Hình 6.3 Bản vẽ phân rã của máy 47

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về đồ án, các loại máy lọc nước có trên thị trường

1.1.2 Tổng quan chung

Hiện nay vấn đề ô nhiễm nguồn nước và thực trạng nguồn nước uống ở Việt Nam

đã và đang trong tình trạng báo động Với việc lựa chọn một phương pháp xử lý nước uống phù hợp còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: đặc điểm, thành phần của nguồn nước thủy cục, công suất, diện tích, chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành, bảo dưỡng…

Nước chiếm ¾ trái đất và là nguồn tài nguyên quí giá đối với sự sống của con người Trái đất được bao phủ bởi nước nhưng chỉ có 2,5% nước trên thế giới là nước ngọt, trong khi 97,5% là đại dương Trong đó, 0,3% nước ngọt của thế giới nằm trong các sông, hồ; 30% là nước ngầm, phần còn lại nằm trên các sông băng, núi băng 70% lượng nước trên thế giới được sử dụng cho nông nghiệp, 22% cho công nghiệp và 8% phục vụ sinh hoạt Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng hiện có rất nhiều phương pháp

xử lý nước như phương pháp lọc bằng vật lý hay cơ học, phương pháp lọc và tiệt trùng bằng quang học và Ozone, phương pháp tinh lọc bằng thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO), công nghệ lọc nước Nano… Tuy nhiên các phương pháp xử lý nước này hiệu suất thấp, không đảm bảo, và được cho là thiếu khoáng chất cần thiết cho cơ

thể… Thiết bị lọc dựa trên công nghệ lọc hấp phụ trao đổi Ion Bộ lọc không hấp

thụ toàn bộ các vi chất trong nước mà xử lý giúp loại bỏ tạp chất, kim loại nặng

và khử mùi Clo có trong nguồn nước thủy cục theo tiêu chuẩn QCVN6-1:2010/BYT 1.1.2 Các máy lọc nước có trên thị trường:

a Máy lọc nước sử dụng ông nghệ lọc nước RO

Ưu điểm:

- Máy lọc nước RO sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược (gọi tắt lọc nước RO) lọc ra nước tinh khiết, từ bất kì nguồn nước nào (nước giếng khoan, nước sông, nước cứng, nước nhiễm lợ, nước máy) khi lọc qua máy lọc RO đều ra nước tinh khiết Máy lọc nước

RO cũng có thể dùng để lọc nước mặn thành nước ngọt (sử dụng màng RO dành cho nước mặn)

Hình 1 1 Máy lọc nước Ao Smith áp dụng công nghệ lọc RO [1]

Nhược điểm:

- Nước tinh khiết thường không giữ được vi lượng khoáng chất tự nhiện tốt cho cơ thể

- Nước thải nhiều (10 lít nước cấp vào, lấy được 2-3 lít nước tinh khiết, nước thải bỏ

- Nước sau qua máy lọc nước Nano uống ngay, nước ngọt, mềm

- Không dùng điện, không nước thải, giữ vi lượng khoáng chất tự nhiên tốt cho cơ thể Nguồn nước lọc từ máy lọc nước Nano thích hợp cho người già và trẻ em

- Máy gọn nhẹ, lắp mọi vị trí (treo tường, dưới bồn rửa bát, lắp trong tủ Inox)

Hình 1 2 Máy lọc nước Geyser áp dụng công nghệ lọc Nano [1]

Hình 1 3 Máy lọc nước Karofi Livotec LBQ-U05 [2]

Nhược điểm:

- Màng lọc UF không loại bỏ chất rắn hòa tan gây ra độ cứng của nước, do đó không phù hợp với nước cứng Màng lọc UF có thể được sử dụng để lọc nước giếng khoan Có thể sử dụng máy lọc nước màng lọc UF với nguồn nước đã qua xử lý như nước máy có nguồn gốc từ nước mặt như hồ, sông

1.2 Mục tiêu chung

Với mong muốn đóng góp vào việc bảo vệ môi trường sống của con người, hạn chế

và giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước, nâng cao chất lượng cuộc sống và bảo vệ sức

khỏe cho cộng đồng người Việt Nhóm nghiên cứu quyết định chọn đề tài: “Chế tạo

máy lọc nước giữ khoáng” với công suất 10l/h bằng công nghệ lọc trao đổi ion CDI

kết hợp công nghệ Plasma

1.3 Mục tiêu cụ thể

- Tìm hiểu về công nghệ lọc nước ứng dụng công nghệ plasma và CDI

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ thống: kết cấu tổng quan hệ thống, cơ

cấu, nguyên lý lọc nước

- Nghiên cứu nguyên lý hệ thống

1.4 Phạm vi nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu nguyên lý hệ thống máy lọc nước

- Thiết kế, chế tạo hệ thống máy

- Thiết kế, chế tạo buồng xử lý plasma

- Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu: tìm hiểu tham khảo từ các sách báo, tạp chí khoa học trong và ngoài nước, tài liệu về thiết kế tính toán các quy trình chế tạo máy lọc nước cũng như nguyên lý hoạt động của từng bộ phận, từ giảng viên hướng dẫn

Từ tài liệu sách báo tham khảo nhóm đồ án tiếp tục khảo sát thực tế thị trường: Tham quan các sản phẩm máy lọc nước hiện có trên thị trường Tiến hành chế tạo, chạy thử và vận hành bảo đảm an toàn Tham khảo các nguyên lý, thiết kế của các sản phẩm hiện có trên thị trường và đánh giá so sánh

Từ đó vận dụng các kiến thức hình hoạ vẽ ký thuật, dung sai kỹ thuật đo, sức bền vật liệu, vi điều khiển…

Tiến hành thử nghiệm, phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm để điều chỉnh các thông số kỹ thuật

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Trạng thái Plasma

Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất, ngoài rắn, lỏng và khí Thuật ngữ "plasma" được Irving Langmuir đưa ra như một mô tả về khí ion hóa vào năm 1928, nó là một chất khí gồm các ion - các nguyên tử mất một số electron trên quỹ đạo - và các electron tự do.[3]

Để tạo thành plasma, người ta tăng nhiệt độ lên đến khoảng 25 000 độ C, các nguyên

tử va chạm mạnh với nhau khiến các hạt electron bị đánh bật ra khỏi nguyên tử và di chuyển độc lập liên tục Thể khí lúc này bị ion hóa và chuyển thành trạng thái plasma.[3]

Tuy nhiên để tạo được plasma bằng các tăng nhiệt độ rất khó để ứng dụng trong thực tế Vì thế, hiện nay các nhà khoa học đã tạo ra được plasma bằng các đặt một điện áp cao giữa 2 đầu điện cực trong 1 ống khí trơ ở 1 áp xuất nhất định Khi đó sẽ xảy ra sự phóng điện giữa hai đầu điện cực, các hạt electron rời khỏi điện cực âm với tốc độ lớn Chúng va đập mạnh vào các nguyên tử khí khiến các electron bị bật ra ngoài Chất khí khi đó bị ion hóa và ta thu được trạng thái plasma và còn được biết đến với tên gọi là plasma lạnh.[15, 16]

2.2 Ứng dụng plasma lạnh trong lọc nước

các hóa chất, nước thải y tế, thuốc bảo vệ thực vật (phần lớn là các hợp chất có chứa vòng benzen có liên kiết rất bền)… Nếu sử dụng để uống trong thời gian dài gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người sử dụng

Plasma lạnh khi hình thành trong nước, ghi nhận được sự tồn tại của ozone, tia cực tím và các phần tử oxi hóa mạnh khác bao gồm cả gốc hydroxyl tự do (*OH).[7]

Quá trình hình thành các thành phần oxy hóa rất mạnh này (O, O! và *OH) được trình bày qua các phương trình bên dưới.[12, 13]

O" + hf ® O + O

O + O ® O

O! + OH# ® O!∗# + ∗OH

O!∗# ® O∗# + O"

O∗# + H"O ® OH∗ + OH#Quá trình hình thành hydroxyl tự do khi các điện tử năng lượng va đập vào phân tử hơi nước:

e# + H"O ® OH∗ + H∗ + e#Quá trình hình thành hydroxyl tự do khi các oxy nguyên tử phản ứng với phân tử nước:

O + H"O ® OH∗ + ∗OH

Do khả năng tạo ra các gốc oxi hóa cực mạnh mà công nghệ plasma có khả năng tiêu diệt gần như toàn bộ các vi khuẩn, vi sinh vật gây hại Nguyên lý diệt khuẩn của plasma lạnh là tổng hợp của nguyên lý diệt khuẩn bằng UV và nguyên lý diệt khuẩn bằng chất oxy hóa bậc cao như (O, O3, •OH ) Đặc biệt một số loại vi khuẩn chỉ có thể

bị tiêu diệt khi chịu tác động đồng thời của UV và các chất oxy hóa bậc cao.[14]

Hình 2 1

Hình 2 1 Khả năng phá hủy liên kết vòng benzen của tia plasma[7]

2.3 Công nghệ lọc nước CDI

Công nghệ lọc CDI là công nghệ khử ion hòa tan trong nước bằng cách áp dụng một điện áp trên hai điện cực cấu tại từ vật liệu carbon có độ xốp cao Nói cách khác, công nghệ CDI là một phương pháp điện hấp thụ sử dụng sự kết hợp của môi trường hấp thụ và điện trường để tách các ion và các hạt mang điện Các anion (ion âm) được tách khỏi nước và được lưu trữ trong điện cực dương Tương tự như vậy, các cation (ion dương) được lưu trữ trong điện cực âm Khi các ion bị phân tách và loại bỏ khỏi nước, nguồn nước sạch được thu thập Để loại bỏ các ion, các điện cực được đảo chiều để các ion bị đẩy trở lại dòng nước Lúc này, dòng nước sẽ ở trong chu kỳ xả thải

Hình 2 2Nguyên lý hoạt động của công nghệ lọc CDI [4]

Một lõi lọc CDI được cấu tạo gồm nhiều cặp điện cực xếp chồng lên nhau Các cặp điện cực được cấp một hiệu điện thế (2V) với cường độ dòng điện lớn (lên đến 20A) tạo một điện trường đủ lớn để tác động lên các ion trong nước Khi được cấp điện, giữa

2 tấm điện cực xuất hiện một điện trường đều, điện trường này tác dụng lực lên các ion theo công thức:

F&⃗ = qE&&⃗ (1) F&⃗: lực của điện trường tác dụng lên điện tích

E&&⃗: cường độ điện trường

bị đào thải ở chu kỳ xả thải của lõi lọc Từ đó giữ được các khoáng chất cho nước lọc

Ưu điểm của công nghệ CDI:

• Lọc được đa dạng nguồn nước như: nước phèn, nước cứng, nước lợ, nước giếng khoan, nước nhiễm vôi…

• Giữ khoáng tự nhiên có lợi cho cơ thể như Natri, Kali, Magie,

Canxi,…

• Tỉ lệ nước thải ra thấp chỉ từ 5% đến 20%

• Thân thiện với môi trường do không sử dụng hóa chất độc hại

2.4 Kết hợp công nghệ plasma và CDI

Công nghệ CDI được biết đến và công nghệ có khả năng khử các kim loại và clo dư trong nước cực mạnh, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của CDI là không thể lọc được các chất hữu cơ độc hại trong nước (kháng sinh, thuốc bảo vệ thực vật, hóa chất, các vi sinh vật ) Vì thế, để khắc phục được nhược điểm này, nhóm đã nghĩ ra ý tưởng kết hợp công nghệ Plasma và CDI để tạo ra 1 hệ thống lọc nước toàn điện hơn, có khả năng sử lý được các kim loại đọc hại và các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước

2.5 Các tiêu chuẩn về nguồn nước

2.5.1 Tiêu chuẩn nguồn nước đầu vào

Bảng 3 1Giá trị các thông số nước máy theo quy chuẩn quốc gia: QCVN

2 E.Coli hoặc Coliform chịu nhiệt CFU/100 mL <1

Thông số cảm quan và vô cơ

TT Tên thông số Đơn vị tính Ngưỡng giới hạn cho phép

TT Tên thông số Đơn vị tính Ngưỡng giới hạn cho phép

Thông số hữu cơ

a Nhóm Alkan clo hóa

TT Tên thông số Đơn vị tính Ngưỡng giới hạn cho phép

TT Tên thông số Đơn vị tính Ngưỡng giới hạn cho phép

2.5.2 Tiêu chuẩn nước uống trực tiếp:

Bảng 3 2 Giá trị nước lọc sau khi xử lý theo quy chuẩn quốc gia QCVN

Tên chỉ tiêu Giới hạn tối đa

Chương 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY

LỌC NƯỚC GIỮ KHOÁNG

3.1 Yêu cầu của đề tài

3.1.1 Yêu cầu

- Thiết kế máy lọc nước có hình dáng và kích thước nhỏ phù hợp đặt trên bếp hoặc để bàn sử dụng cho hộ gia đình

- Lọc nước với công suất: 10l/h

- Các cơ cấu lõi lọc dễ dàng bảo trì và thay thế

- Máy lọc nước được thiết kế gọn gàng phù hợp với không gian và tiết kiệm diện tích

- Thông tin của máy và hướng dẫn người sử dụng

- Điện áp đầu vào: 220VAC

- Dòng điện tối đa: 60A

3.2 Nguyên lý hoạt động chung của máy lọc nước giữ khoáng

v Sơ đồ khối quy trình lọc nước:

Hình 3 1 Sơ đồ khối quy trình lọc nước

Nước ban đầu vào hệ thống sẽ được xử lý qua bộ lọc thô để loại bỏ cặn bẩn các chất lơ lửng có trong nước Sau đó nước sẽ qua bộ xử lý CDI để loại bỏ các kim loại nặng Sau cùng nước được đưa tới vùng xử lý plasma để loại bỏ các chất hữu cơ vòng benzen và vi khuẩn

3.3 Lựa chọn phương án thiết kế máy lọc nước giữ khoáng

v Phương án 1:

- Phương án 1 sử dụng 3 phần xử lý chính bao gồm:

+ Xử lý thô bằng các lõi lọc thông dụng: khử màu, mùi và các chất lơ lửng có kích thước lớn

+ Xử lý CDI: loại bỏ các kim loại nặng và clo dư trong nước

+ Xử lý tia UV: diệt các vi khuẩn và vi sinh vật gây hại trong nước