Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu sơ đồ công nghệ của thiết bị sản xuất dung dịch siêu ôxy hóa để khử trùng dụng cụ và môi trường trong cơ sở chế biến thực phẩm

Thực phẩm là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho sự phát triển của cơ thể, đảm bảo sức khỏe con người nhưng đồng thời cũng có thể là nguồn gây bệnh nếu không được đảm bảo vệ sinh. Nguồn gây bệnh từ thực phẩm có thể xuất hiện ở nhiều khâu từ sản xuất đến vận chuyển, bảo quản, chế biến, nấu ăn và cách ăn. Không có thực phẩm nào được coi là có giá trị dinh dưỡng nếu nó không đảm bảo vệ sinh. Do đó, vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm luôn được đặt lên hàng đầu trong những chương trình phát triển của các quốc gia. Trong những năm gần đây, tình hình ngộ độc thực phẩm có xu hướng gia tăng cả về số lượng lẫn qui mô tác hại ở nhiều nước. Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), mỗi năm Việt Nam có 8 triệu người (chiếm xấp xỉ 1/10 tổng dân số) bị ngộ độc thực phẩm hoặc ngộ độc do liên quan đến thực phẩm. Ngộ độc thực phẩm do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra, nhưng trong số đó có đến 50% các vụ ngộ độc thực phẩm là do tác nhân vi sinh vật [16]. Hiện nay, xuất khẩu thực phẩm đang chiếm tỷ trọng quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Sự hội nhập kinh tế theo xu hướng toàn cầu hóa có tác động rất lớn đến các tiêu chuẩn về chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm. Việc đẩy mạnh xây dựng qui trình, cải tiến các trang thiết bị trong chế biến thực phẩm đóng vai trò quyết định giúp nâng cao năng lực kiểm soát vệ sinh an toàn thực phẩm. Trong đó, khử trùng nước, dụng cụ và nhà xưởng sản xuất là những khâu thiết yếu của quá trình bảo đảm vệ sinh sản xuất. Trong số tất cả các loại dung dịch sát trùng có hoạt tính cao nhưng với độc tính thấp được biết từ trước đến nay, dung dịch Anolit trung tính sản xuất trên các thiết bị hoạt hóa điện hóa (HHĐH) có nhiều ưu điểm như: hoạt tính khử trùng vẫn được duy trì ở mức độ cao, trong khi nồng độ các chất ôxy hóa trong dung dịch rất thấp và thành phần của chúng luôn biến đổi theo thời gian nên vi khuẩn không có khả năng thích nghi chống lại.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quảnêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ côngtrình nào khác

Học viên

Nguyễn Thị Mận

LỜI CẢM ƠN!

Trước hết tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đối với thầyPGS.TS Nguyễn Hoài Châu, Viện trưởng Viện Công nghệ môi trường – Viện Hànlâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiếp nhận tôi vào thực tập tại viện, tậntình hướng dẫn, góp ý và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốtnghiệp này

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới KSC Nguyễn Văn Hà và TS Lê ThanhSơn, cán bộ Viện Công nghệ môi trường đã giúp đỡ tôi tận tình trong quá trình thựctập và xây dựng báo cáo

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tập thể các anh chị phòng Công nghệ Điệnhóa - Viện Công Nghệ Môi trường đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuậnlợi cho tôi hoàn thành luận văn; các thầy cô trong Viện Khoa học Công nghệ vàMôi trường – trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuậnlợi cho tôi được học tập và nghiên cứu

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các cán bộ, công nhân viên nhà máy chế biếnthủy sản xuất khẩu 1 (F34)- Công ty BASEAFOOD, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu đã tiếpnhận và giúp đỡ tôi tận tình trong suốt quá trình tiến hành thí nghiệm tại nhà máy

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đãnhiệt tình giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 12 năm 2013

Học viên

Nguyễn Thị Mận

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CFU Số đơn vị hình thành khuẩn lạc

CHTĐH&CN Các hệ thống điện hóa và công nghệ

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Các phương pháp khử trùng thường dùng hiện nay 3

1.1.1 Khử trùng bằng nhiệt[22] 3

1.1.2 Khử trùng bằng tia cực tím[22] 4

1.1.3 Khử trùng bằng hóa chất[15] 4

1.2 Giới thiệu chung về hoạt hóa điện hóa 6

1.2.1 Lịch sử phát triển 6

1.2.2 Khái niệm dung dịch siêu ôxy hóa 10

1.2.3 Cơ sở khoa học của quá trình hoạt hóa điện hóa 11

1.2.4 Một số đặc điểm của công nghệ HHĐH 13

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng và các tính chất đặc biệt của dung dịch HHĐH 14

1.2.6 Sự khác biệt giữa quá trình hoạt hóa điện hóa với các quá trình công nghệ hóa học và điện hóa truyền thống 15

1.3 Hiệu quả khử trùng của Anolit 16

1.3.1 Thành phần và tính chất dung dịch hoạt hóa điện hóa anolit 16

1.3.2 Khả năng khử trùng của dung dịch HHĐH 18

1.3.3 Các ưu thế nổi trội của anolit 19

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Các phương tiện dùng cho thử nghiệm 20

2.1.1 Thiết bị HHĐH sử dụng 8 buồng phản ứng điện hóa môđun MB – 11 20

2.1.2 Các phương pháp kiểm tra chất lượng dung dịch anolit 20

2.1.3 Các hóa chất dùng trong thử nghiệm 21

2.1.4 Lựa chọn các đối tượng khử trùng và các vi khuẩn xét nghiệm 22

2.2 Phương pháp nghiên cứu 22

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 22

2.2.2 Phương pháp thực hiện thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 22

2.2.3 Phương pháp thực hiện các thử nghiệm tại hiện trường 24

2.2.4 Phương pháp lấy mẫu xét nghiệm vi sinh 26

2.2.5 Phương pháp phân tích vi sinh 27

2.2.6 Xử lý số liệu 27

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 29

3.1 Nghiên cứu sơ đồ công nghệ điều chế dung dịch siêu ôxy hóa từ nước muối sử dụng nhiều buồng điện hóa 29

3.1.1 Sơ đồ cấp điện cho các buồng điện hóa 29

3.1.2 Nghiên cứu cấu tạo cơ khí và các môđun liên quan của thiết bị 30

3.1.3 Sơ đồ điều chế dung dịch siêu ôxy hóa của hệ thí nghiệm 32

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến chất lượng Anolit 34

3.2.1 Chế độ điện áp 34

3.2.2 Chế độ bơm muối 35

3.2.3 Ảnh hưởng của lưu lượng anolit 37

3.3 Độ ổn định chất lượng dung dịch anolit theo thời gian 37

3.4 Xác định khả năng khử khuẩn của anolit trong phòng thí nghiệm 38

3.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu lực khử trùng 38

3.4.2 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu lực khử trùng 40

3.5 Đánh giá hiệu quả khử trùng của dung dịch anolit trong môi trường chế biến thủy sản 41

3.5.1 Khảo sát thực trạng nhiễm khuẩn môi trường chế biến thực phẩm 41

3.5.2 Hiệu quả khử trùng của anolit trên một số dụng cụ và bề mặt sản xuất 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Lịch sử phát minh các buồng phản ứng điện hóa của V.M.Bakhir 8

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của điện áp đặt giữa 2 điện cực lên các thông số của dung dịch 34

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm thay đổi lượng muối cấp cho buồng điện hóa 36

Bảng 3.3 Mức ổn định các thông số của Anolit 38

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát thực trạng nhiễm khuẩn dụng cụ chế biến thủy sản 41

Bảng 3.5 Mật độ vi sinh trung bình trên bề mặt rổ trước và sau khử trùng 42

Bảng 3.6 Mật độ vi sinh trung bình trên bề mặt thớt trước và sau khử trùng 44

Bảng 3.7 Mật độ vi sinh trung bình trên bề mặt chậu trước và sau khử trùng 45

Bảng 3.8 Mật độ vi sinh trung bình trên bề mặt găng tay trước và sau khử trùng 46

Bảng 3.9 Mật độ trung bình VKHK trên bề mặt bàn inox trước và sau khử trùng 47

Bảng 3.10 Mật độ VKHK trên bề mặt gạch ceramic trước và sau khử trùng 48

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu tạo của buồng điện hóa MB- 11 9

Hình 1.2 Hình dáng thực của buồng điện hóa MB- 11 và MB-26 9

Hình 1.3 Mặt cắt mô tả chuyển động xoắn ốc của các dòng Anolit và Catolit trong quá trình HHĐH 10

Hình 1.4 Sơ đồ sản xuất nước ôxy hóa điện hóa từ dung dịch muối ăn 11

Hình 1.5 Đường cong thế năng của một chất trong quá trình điện hóa: 12

Hình 3.1 Sơ đồ cấp điện cho 8 buồng điện hóa 29

Hình 3.2 Nguồn điện một chiều dùng cho thí nghiệm 30

Hình 3.3 Cụm buồng điện hóa bao gồm 8 môđun MB-11 31

Hình 3.4 Nguồn một chiều và tủ điều khiển 31

Hình 3.5 Mặt tủ điện của thiết bị 31

Hình 3.6 Sơ đồ điều chế dung dịch Anolit dùng 8 môđun MB-11 32

Hình 3.7 Sự phụ thuộc nồng độ clo hoạt tính và TDS của Anolit vào điện áp 35

Hình 3.8 Sự phụ thuộc các thông số đặc trưng Anolit vào lượng muối bơm vào 36

Hình 3.9 Sự phụ thuộc nồng độ clo hoạt tính và TDS vào lưu lượng của Anolit 37

Hình 3.10 Mật độ vi khuẩn E.coli trên các đĩa petri sau khi cho tiếp xúc với Anolit ở các nồng độ lần lượt là 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1 mg/l, trong thời gian 5 phút 39

Hình 3.11 Mật độ vi khuẩn Coliforms trên các đĩa petri sau khi cho tiếp xúc với Anolit các nồng độ lần lượt là 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1 mg/l, trong thời gian 5 phút 39

Hình 3.12 Mật độ vi khuẩn Coliforms tại các nồng độ dung dịch anolit thí nghiệm .40

Hình 3.13 Mật độ vi khuẩn E.coli tại các nồng độ dung dịch anolit thí nghiệm 40

Hình 3.14 Biểu đồ so sánh hiệu quả khử trùng rổ nhựa giữa canxi hypoclorit và anolit 43

Hình 3.15 Biểu đồ so sánh hiệu quả khử trùng thớt nhựa giữa canxi hypoclorit và anolit 44

Hình 3.16 Biểu đồ so sánh hiệu quả khử trùng găng tay giữa canxi hypoclorit và anolit 47

MỞ ĐẦU

Thực phẩm là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho sự phát triển của cơ thể,đảm bảo sức khỏe con người nhưng đồng thời cũng có thể là nguồn gây bệnh nếukhông được đảm bảo vệ sinh Nguồn gây bệnh từ thực phẩm có thể xuất hiện ởnhiều khâu từ sản xuất đến vận chuyển, bảo quản, chế biến, nấu ăn và cách ăn.Không có thực phẩm nào được coi là có giá trị dinh dưỡng nếu nó không đảm bảo

vệ sinh

Do đó, vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm luôn được đặt lên hàng đầu trongnhững chương trình phát triển của các quốc gia Trong những năm gần đây, tìnhhình ngộ độc thực phẩm có xu hướng gia tăng cả về số lượng lẫn qui mô tác hại ởnhiều nước Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), mỗi năm Việt Nam

có 8 triệu người (chiếm xấp xỉ 1/10 tổng dân số) bị ngộ độc thực phẩm hoặc ngộđộc do liên quan đến thực phẩm Ngộ độc thực phẩm do nhiều nguyên nhân khácnhau gây ra, nhưng trong số đó có đến 50% các vụ ngộ độc thực phẩm là do tácnhân vi sinh vật [16]

Hiện nay, xuất khẩu thực phẩm đang chiếm tỷ trọng quan trọng trong nềnkinh tế nước ta Sự hội nhập kinh tế theo xu hướng toàn cầu hóa có tác động rất lớnđến các tiêu chuẩn về chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm Việc đẩy mạnh xâydựng qui trình, cải tiến các trang thiết bị trong chế biến thực phẩm đóng vai tròquyết định giúp nâng cao năng lực kiểm soát vệ sinh an toàn thực phẩm Trong đó,khử trùng nước, dụng cụ và nhà xưởng sản xuất là những khâu thiết yếu của quátrình bảo đảm vệ sinh sản xuất

Trong số tất cả các loại dung dịch sát trùng có hoạt tính cao nhưng với độctính thấp được biết từ trước đến nay, dung dịch Anolit trung tính sản xuất trên cácthiết bị hoạt hóa điện hóa (HHĐH) có nhiều ưu điểm như: hoạt tính khử trùng vẫnđược duy trì ở mức độ cao, trong khi nồng độ các chất ôxy hóa trong dung dịchrất thấp và thành phần của chúng luôn biến đổi theo thời gian nên vi khuẩnkhông có khả năng thích nghi chống lại

Dung dịch anolit đã được nhiều nước trên thế giới như Nga, Mỹ, Nhật,Đức… nghiên cứu và thử nghiệm ứng dụng làm tác nhân khử trùng trong nhiều lĩnhvực sản xuất và đời sống Hợp tác với Viện Các Hệ thống Điện hóa và Công nghệcủa VS.Bakhir thuộc Viện Hàn lâm Y học Nga, trong những năm qua Viện Côngnghệ môi trường thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trên cơ sởcác môđun HHĐH khác nhau nhập từ LB Nga đã thiết kế chế tạo thành công một

số chủng loại thiết bị HHĐH kiểu STEL phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đớicủa Việt Nam Để có thể ứng dụng rộng rãi Anolit trong chế biến thực phẩm, chúngtôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu sơ đồ công nghệ của thiết bị sản

xuất dung dịch siêu ôxy hóa để khử trùng dụng cụ và môi trường trong cơ sở chế biến thực phẩm’’ với các nội dung chính như sau:

Nghiên cứu sơ đồ công nghệ sản xuất anolit, khảo sát các thông số lí – hóa

cơ bản của thiết bị và đánh giá khả năng khử khuẩn anolit trong phòng thí nghiệm

Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến chất lượng Anolit

Khảo sát thực trạng nhiễm khuẩn dụng cụ và môi trường trong cơ sở chế biếnthực phẩm để lựa chọn đối tượng thử nghiệm

Đánh giá hiệu quả khử trùng của anolit đối với các dụng cụ nhỏ và bề mặt tại

cơ sở chế biến thủy sản và so sánh với phương pháp thường dùng của nhà máy

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Các phương pháp khử trùng thường dùng hiện nay

Theo truyền thống, các thuật ngữ “khử trùng” được dùng để mô tả các quitrình và các chất sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm nhằm đảm bảo cácchỉ tiêu vi sinh đáp ứng được các yêu cầu an toàn vệ sinh thực phẩm

Hiện nay, một số biện pháp khử trùng có hiệu quả được sử dụng phổ biến làkhử trùng bằng nhiệt, tia cực tím hoặc sử dụng hóa chất Việc dùng nhiệt ở dạng hơinước hoặc nước nóng là phương pháp khử trùng rất an toàn và được sử dụng rộngrãi

1.1.1 Khử trùng bằng nhiệt[22]

Khử trùng bằng nhiệt là phương pháp dùng nhiệt độ cao thích hợp và trongthời gian vừa phải để diệt vi sinh vật Trong quá trình diệt khuẩn bằng nhiệt, tốc độtiêu diệt vi khuẩn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, loại vi sinh vật và môi trườngchứa vi sinh vật Nếu vi sinh vật lẫn vào cặn cáu hoặc các chất khác, chúng sẽ đượcbảo vệ; do đó sử dụng nhiệt để khử trùng sẽ kém hiệu quả

Một số biện pháp khử trùng bằng nhiệt:

 Đốt cháy: Dùng lửa đèn cồn hoặc gas đốt cháy các dụng cụ kim loại như que

cấy, kẹp, kéo dao Tác dụng phá huỷ tế bào vi sinh vật

 Nhiệt khô: dùng để diệt trùng các dụng cụ kim loại hay thuỷ tinh trong lò

Pasteur

 Đun sôi: Thông thường xử lý ở 100°C trong 30 phút Tác dụng giết chết đa

số tế bào vi sinh vật, ngoại trừ một số loài vi sinh vật có bào tử Nếu cần phảidiệt bào tử thì cần thực hiện đun sôi với thời gian kéo dài hoặc xử lý bằngcách đun sôi gián đoạn (shock nhiệt)

 Hơi nước bão hoà dưới áp suất cao: Dụng cụ để khử trùng thông dụng là nồi

hấp khử trùng Áp suất hơi nước ở mức 1,1 kg/cm2 tương ứng với nhiệt độ121°C, thời gian hấp thích hợp nhất là khoảng 10-15 phút tính từ khi nhiệt độbắt đầu ở 121oC Có thể tiêu diệt các nội bào tử kháng nhiệt

Bên cạnh đó, phương pháp này cũng có những nhược điểm như: Có thể hìnhthành các lớp màng lớn trên trang thiết bị, dễ gây bỏng, không phù hợp với vệ sinhchung.

1.1.2 Khử trùng bằng tia cực tím[22]

Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400nm(nanometer) Độ dài sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết củamắt thường Dùng tia cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và

lý học của nước

Tia cực tim tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có

độ dài bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất Tuy nhiên, phương phápnày không thích hợp cho khử trùng vệ sinh chung

1.1.3 Khử trùng bằng hóa chất[15]

Trong trường hợp dùng hóa chất khử trùng, tỉ lệ vi sinh vật chết phụ thuộcvào hiệu lực của nó đối với từng loài, nồng độ, nhiệt độ, pH cũng như mức độ tiếpxúc giữa chất khử trùng và vi sinh vật và các đặc tính khác Tương tự như khử trùngbằng nhiệt, những vi sinh vật khác nhau có khả năng đề kháng khác nhau đối vớihóa chất khử trùng Ngoài ra, những tạp chất vô cơ hoặc hữu cơ trong môi trườngcũng làm giảm đáng kể tỉ lệ chết của vi sinh vật Vì vậy, việc khử trùng hiệu quảnhất khi làm vệ sinh tốt

Chất khử trùng lý tưởng cho các cơ sở chế biến thực phẩm cần có những đặctính sau:

 Phổ kháng khuẩn rộng, tác dụng nhanh

 Dễ dàng tráng rửa sạch khỏi mặt bằng nhà xưởng sau khi khử trùng và không

để sót lại các chất có thể gây hại cho sản phẩm

 Không làm hư hại đến trang thiết bị trong nhà máy

 Không gây nguy hiểm cho người sử dụng

 Phù hợp với qui trình khử trùng đang sử dụng của xí nghiệp

 Dễ kiểm tra nồng độ, ổn định khi bảo quản lâu

 Rẻ tiền

Một số chất khử trùng thông dụng như:

• Clo và các hợp chất chứa clo hoạt tính

Clo và các hợp chất sản xuất từ clo là các tác nhân khử trùng chiếm số lượnglớn và phổ biến trong các nhà máy thực phẩm Khử trùng bằng clo có hiệu quả tốtvới nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc Chúng hoạt động tốt trong nước có nhiệt độthấp, chịu đựng được nước cứng và là chất khử trùng rẻ tiền

Hiệu lực khử trùng của clo tỉ lệ thuận với tỉ lệ phần trăm của axit hypoclorơtrong dung dịch: dạng hóa học hoạt động nhất của clo Clo thường được áp dụng ở

pH kiềm hoặc trung tính (ở pH dưới 4,0 clo dễ bay hơi và khí clo được hình thành,rất độc hại và có tính ăn mòn)

Khử trùng bằng clo có nhược điểm là chúng ăn mòn thiết bị và có thể tạothành các sản phẩm hữu cơ trong nước

Tính chất của dioxit clo khác biệt so với các loại chất khử trùng chứa clo: Nókhông tạo thành axit hypoclorơ nhưng khi tan trong nước tạo thành dung dịch cótính ôxy hóa mạnh Nó có thể hiệu quả hơn so với clo trong khả năng tiêu diệt hoặclàm giảm vi khuẩn, và nó vẫn giữ được một phần chức năng kháng khuẩn khi cómặt chất thải hữu cơ Vì thế, nó đặc biệt có tác dụng tiêu diệt đối với vi sinh vậttrong màng sinh học Nó cũng ít ăn mòn thép và ít chịu ảnh hưởng của pH hơn clo.Tuy nhiên, chi phí cho thiết bị ban đầu tốn kém; dioxit clo là chất không bền, nó cókhả năng gây nổ và rất độc hại nếu không sử dụng đúng cách Vì vậy, cần kiểm soátcẩn thận khi lựa chọn nó làm chất khử trùng

 Ozon

Ozon là một chất không bền, yêu cầu phải được sản xuất tại chỗ, chi phí cao Làmột chất khử trùng mạnh hơn so với clo nhưng yêu cầu việc theo dõi cẩn thận để tránhphát sinh các khí độc hại Hoạt tính của nó mất nhanh khi tiếp xúc với chất hữu cơ

• Các hợp chất chứa Iốt

Iodophor là chất có tính sát khuẩn phổ rộng như canxi hypoclorit Hoạt tínhdiệt khuẩn của iodophor được thực hiện nhờ giải phóng các phân tử iốt dạng tự do.Thường được kết hợp với các hợp chất khác để tăng hiệu quả khử trùng

Chúng tiêu diệt được nhiều loại vi khuẩn, bao gồm nấm men và nấm mốc,ngay khi ở nồng độ thấp Chúng chịu đựng được khi có mặt lượng chất hữu cơ vừaphải, ít ăn mòn và kém nhạy cảm với pH hơn so với clo và chúng ổn định hơn trongquá trình lưu trữ và sử dụng Chúng cũng ít ảnh hưởng đến da người hơn so với clo

và thường được lựa chọn để ngâm tay

Iodophor thương mại ở dạng axit nên có thể hòa tan các cặn gỉ Tuy nhiên,Iodophor có thể làm bẩn vật liệu nhựa và xốp, hiệu quả thấp ở pH kiềm Không nêndùng chúng ở nhiệt độ trên 450C bởi Iốt tự do có thể bay thoát

• Paracetic acid và hydrogen peroxit

Paracetic acid (hay axit perôxyaxetic) và hydrogen peroxit là những hợp chất

có tác dụng diệt khuẩn nhanh bằng cách ôxy hóa, với phổ diệt khuẩn rộng Có thểdùng riêng hoặc kết hợp dưới các dạng dung dịch pha loãng để khử trùng bề mặt.Tuy nhiên, hoạt tính của chúng sẽ bị giảm bởi các tạp chất hữu cơ và cũng giảmnhanh theo thời gian Chi phí đắt hơn so với một số chất khử trùng khác Đặc biệt làchúng không có hiệu quả với nấm men và nấm mốc

1.2 Giới thiệu chung về hoạt hóa điện hóa

1.2.1 Lịch sử phát triển

Vào năm 1975 kỹ sư V.M.Bakhir lần đầu tiên đã phát hiện ra rằng các dungdịch thu nhận được từ dung dịch nước có độ khoáng hóa thấp trong buồng điện hoá

có màng ngăn có hoạt tính phản ứng với các tham số hóa lý khác thường Khác xa

so với các mẫu tương tự được điều chế bằng cách pha chế các hóa chất tương ứng

vào nước [1-3] Các khảo sát tiếp theo đã chỉ ra rằng sự khác biệt về tính chất giữacác dung dịch được điều chế điện hóa từ dung dịch muối loãng và các dung dịchtương tự được điều chế hóa học không phải là một đại lượng bất biến Sau một thờigian nào đó các thông số hóa lý của chúng tự thay đổi và trở thành ngang bằng cácthông số tương ứng của dung dịch mẫu, nghĩa là khi đó các định luật điện phân cổđiển được bảo toàn Khoảng thời gian phục hồi này có thể kéo dài từ hàng chục phútđến hàng chục giờ thậm chí hàng trăm giờ [4-5].

Các tham số hóa lý khác biệt đáng kể này chính là cơ sở để V M Bakhir gọicác dung dịch trong giai đoạn phục hồi về trạng thái cân bằng nhiệt động học là cácdung dịch HHĐH và phát biểu các nguyên tắc cơ bản của công nghệ hoạt hóa điệnhoá Việc nghiên cứu khai thác các hiệu ứng HHĐH đã tạo cơ sở cho việc phát triểncác công nghệ HHĐH khác nhau mà bản chất của chúng bao gồm việc ứng dụngnước và các dung dịch ở trạng thái giả bền vào các quá trình công nghệ khác nhau,nghĩa là sử dụng chúng trong thời gian chúng thể hiện hoạt tính lý-hóa cao nhất.Các chất lỏng ở trạng thái giả bền thu được bằng cách xử lý điện hóa dung dịchtrong một điện trường đơn cực được V M Bakhir gọi là dung dịch HHĐH, còncông nghệ điều chế và ứng dụng chúng được gọi là công nghệ HHĐH

Công nghệ HHĐH cho phép không cần sử dụng đến hóa chất mà vẫn có thểthay đổi một cách có định hướng trong khoảng giá trị rộng các tính chất axit-bazơcũng như các tính chất ôxy hóa khử và xúc tác của các dung dịch muối loãng (kể cảnước thường) để sử dụng chúng cho các quá trình công nghệ khác nhau nhằm mụcđích bảo vệ môi trường, và tiết kiệm năng lượng, nguyên liệu và chi phí lao động

Sau khi hiện tượng HHĐH trong dung dịch nước được phát minh và các thiết

bị công nghệ HHĐH được thử nghiệm thành công, nhiều các nhà khoa học Ngakhác đã có những đóng góp to lớn cho sự phát triển của công nghệ HHĐH Năm

1985 HHĐH đã được Uỷ ban tối cao về cấp văn bằng (VAK) của Liên Xô chínhthức đưa vào nhóm các hiện tượng hóa-lý mới

Nhờ vào những kết quả nghiên cứu thu được trong giai đoạn 1987-1990 dưới

sự chỉ đạo của V M Bakhir, Yu G Zadorozhny và B I Leonov tại Tổ hợp Khoa

học – Sản xuất “EKRAN” thuộc Viện Nghiên cứu Thử nghiệm Kỹ thuật Y học toànNga - nơi mà từ năm 1991 đã bắt đầu sản xuất theo dây chuyền các thiết bị HHĐHkiểu STEL có khả năng điều chế các dung dịch khử trùng, tiệt trùng và tẩy rửa vớihiệu quả cao - công nghệ hoạt hóa điện hóa đã được Viện HLKH LB Nga chínhthức công nhận là một hướng Khoa học - Kỹ thuật mới Các thiết bị này không chỉhoạt động tại các cơ sở y tế mà còn hiện diện trong các xí nghiệp chế biến thựcphẩm ( khử trùng thiết bị, dụng cụ, đồ chứa, nguyên liệu, sản phẩm chế biến), trongcông nghiệp dầu khí, trong chăn nuôi gia súc, gia cầm, thú y, trong xí nghiệp nuôiong và chế biến thủy sản, trong các cơ sở công cộng (nhà tắm, xưởng giặt, hiệu cắttóc, nhà trẻ, nhà nghỉ, nhà an dưỡng ).

Cho tới nay các hệ thống buồng phản ứng điện hóa đã được hoàn thiện, đápứng việc chế tạo nhiều loại thiết bị HHĐH sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau(bảng 1.1)

Bảng 1.1: Lịch sử phát minh các buồng phản ứng điện hóa của V.M.Bakhir [21]

Kí hiệu Năm hoàn

FEM- 1 1989 GB 2 253 860 Các buồng phản ứng điện

hóa đơn giản kiểu môđun đểhoạt hóa điện hóa các dungdịch điện li loãng và nước

FEM- 7 2000 RF No 2106989 Các buồng phản ứng điện

hóa đơn giản kiểu môđun đểhoạt hóa điện hóa dung dịchđiện ly đặc

điểm hơn hẳn các sản phẩm trước đó như tăng năng suất điện phân, giảm được cácchi phí về muối, điện năng tiêu hao và tăng năng suất điều chế Clo hoạt tính.

Hình 1.1 Cấu tạo của buồng

điện hóa MB- 11 Hình 1.2 Hình dáng thực của buồng điện hóa MB- 11 và MB-26

Khác biệt cơ bản của buồng điện hóa dòng chảy có màng ngăn (FEM) so vớibất kỳ loại buồng điện hóa nào khác là ở sự kết hợp độc đáo các đặc trưng kết cấu,kích thước hình học, các tham số vật lý và điện hóa [9]

+ Các tế bào FEM được chế tạo dưới dạng môđun, có kích thước và trọng lượngnhỏ, với năng suất và hiệu quả kinh tế cao, cho phép sử dụng trong các quy trình côngnghệ quy mô công nghiệp cũng như trong các hệ điện hóa quy mô gia đình

+ Điện cực được làm từ Titan tinh khiết nhãn hiệu BT1- 0 Bề mặt điện cựcAnốt được phủ lớp oxit TiO2 nhằm tăng thêm độ dẫn của điện cực và sau đó phủthêm các oxit kim loại quý hiếm như Pt, hỗn hợp Ir-Ru-Sb, Ir-Ru-Ti hoặc Ru nhằmmục đích tăng tuổi thọ Anốt

+ Màng ngăn được chế tạo từ vật liệu gốm trên cơ sở các oxit nhôm và

1,5 mm và tuyệt đối song song với chúng Tỷ lệ khoảng cách giữa màng ngăn vàđiện cực theo chiều cao được tính toán và thiết kế đặc biệt chính xác nhằm đảm bảosao cho tốc độ chuyển động của các vi thể tích nước không thay đổi theo chiều dàiđiện cực; có tính năng lọc yếu nhờ vậy loại trừ hoàn toàn sự xáo trộn vật lý giữaAnolit với Catolit và đảm bảo màng giữ nguyên kích thước trong điều kiện áp suấtxuyên màng thay đổi (tới 1kg/cm2).

+ Màng ngăn có tính lưỡng cực có khả năng

hấp phụ các hạt điện tích dương trên mặt hướng về

Anốt, còn mặt hướng về Catốt – hấp phụ điện tích

âm, nhờ vậy giảm được điện trở đối với các dung

dịch điện ly có độ khoáng hóa thấp, đồng nghĩa với

việc giảm chi phí điện năng của quá trình hoạt hóa

điện hóa; tạo điều kiện thuận lợi để dung dịch điện

phân chuyển động trong các khoang Anốt và Catốt

theo đường xoắn ốc (hình 1.3), nhờ vậy các vi thể

tích nước được tiếp xúc tối đa với lớp điện kép trên

bề mặt điện cực Ngoài ra, bằng cách lựa chọn tối

ưu mật độ dòng điện và hiệu áp giữa hai khoang

điện phân có thể sử dụng màng ngăn như một màng

chọn lọc ion chuyển động xoắn ốc của các Hình 1.3 Mặt cắt mô tả

dòng anolit và catolit trong quá trình HHĐH

+ Trong các hệ thống điện hóa xử lý nước các tế bào FEM có thể được kếtnối song song hoặc nối tiếp thành một môđun thủy lực thống nhất và liên hoàn màcác hệ điện phân truyền thống khác không thể có được

1.2.2 Khái niệm dung dịch siêu ôxy hóa

Dung dịch siêu ôxy hóa là chất lỏng không màu, có mùi clo nhẹ, thành phầnchính là các hoạt chất ôxy hóa: HO*, HO2-, H2O2, O3, HClO… được điều chế từngăn Anốt của thiết bị hoạt hóa điện hóa (thường được gọi là Anolit) Dung dịchnày được đặc trưng bởi trạng thái giả bền của các hoạt chất và có tính hoạt động hóahọc đặc biệt cao hơn mức bình thường rất nhiều lần Chúng có xu hướng tiến dầntới các giá trị cân bằng trong thời gian kéo dài nhiều giờ

1.2.3 Cơ sở khoa học của quá trình hoạt hóa điện hóa

Hoạt hóa điện hóa là một quá trình

điện hóa trong đó dung dịch nước có độ

khoáng hóa thấp [8], dưới tác dụng của

một điện trường đơn cực trong buồng

điện hóa dòng chảy có màng ngăn lưỡng

cực, được đưa lên trạng thái kích thích giả

bền với các tính chất hóa lý dị thường,

thay đổi theo thời gian, và tự phục hồi về

trạng thái cân bằng với thời gian kéo dài

nhiều giờ [1] Dung dịch thu được tại

vùng Anốt được đặc trưng bởi hoạt tính

thiếu điện tử, thể hiện tính chất ôxy hóa,

gọi là anolit Dung dịch thu được tại vùng

catốt cho hoạt tính dư điện tử, thể hiện

tính chất khử, được gọi là catolit

Quá trình điện phân đã được

khảo sát chi tiết trong khoảng gần 2 thế

kỷ kể từ khi nó được phát minh Thế

nhưng cho đến nay, khi tính toán cân

bằng năng lượng tiêu hao cho quá trình

điện phân, người ta vẫn không có được

kết quả tương ứng với lý thuyết: một

phần nào đó của năng lượng đưa vào đã

bị mất đi mà không rõ nguyên nhân

Hình 1.4 Sơ đồ sản xuất nước ôxy hóa điện hóa từ dung dịch muối ăn Tại khoang anốt[9]:

2Cl- - 2e2H2O – 4e

Cl2 + H2O

OH- - e

H2O - e3OH- - 2e

HO2- -e2H2O – 2e

Tại khoang Catốt:

2H2O + 2Na+ + 2e  2NaOH + H2

Để có thể hiểu được sự mất cân bằng năng lượng đó, trước hết chúng ta hãyxét một quá trình điện phân cổ điển, trong đó dòng điện một chiều được cho chạyqua hai điện cực trong một dung dịch điện ly không có màng ngăn Kết quả là thànhphần hóa học trong dung dịch thay đổi: tại vùng Catốt các điện tử liên kết với cácion và phân tử tạo ra sản phẩm khử, còn tại vùng Anốt các ion và phân tử bị mấtđiện tử, nghĩa là các chất tan bị ôxy hóa Năng lượng cấp cho quá trình điện phân

chủ yếu được sử dụng vào việc thực hiện các phản ứng hóa học và tăng cường độngnăng của các nguyên tử, phân tử và ion được thể hiện dưới dạng phát tán nhiệt.

Tác giả phát minh hiện tượng HHĐH đã đề xuất giả thuyết cho rằng mộtphần năng lượng đó được tiêu hao nhằm làm tăng nội thế năng của các thành phần

có mặt trong dung dịch điện ly trong khi nhiệt độ và áp suất của hệ phản ứng khôngthay đổi [7] Sự gia tăng thế năng đó không liên quan đến quá trình chuyển mứcnăng lượng của các điện tử, mà chỉ là sự tăng giảm bán kính của các quỹ đạo điện tửtrong mức năng lượng của chúng (hình 1.5) Như vậy, chính lượng dư thế năngtrong các nguyên tử đã làm cho chúng tồn tại trong trạng thái kích thích giả bền, thểhiện khả năng phản ứng cao trong quá trình phục hồi từ trạng thái kích thích vềtrạng thái cân bằng Hiển nhiên là lượng dư nội thế năng dần dần sẽ chuyển về độngnăng (dưới dạng nhiệt năng) và hoạt tính của nước sẽ giảm dần về giá trị không

Khoảng cách điện tử-hạt nhân,

Điện hóa bình thường Địên hóa hoạt hóa

một chất trong quá trình điện hóa:

(1) đường điện hóa bình thường(2) đường điện hóa hoạt hóa catốt(3) đường điện hóa hoạt hóa anốt

Quan sát đường cong (2) ta thấy sau khi dung dịch được hoạt hóa đưa lêntrạng thái kích thích giả bền (điểm d), để về trạng thái bền vững ban đầu (điểm a)quá trình phục hồi của chất đã được hoạt hóa trong dung dịch trước tiên phải đi quađiểm thế năng cực tiểu của đường cong (2), sau đó qua điểm cắt với đường cong thếnăng của dung dịch điện hóa bình thường và cuối cùng mới đạt tới giá trị thế năngcực tiểu của dung dịch ban đầu (điểm a) Chính vì lẽ đó, các tham số lý-hóa giả bềncủa dung dịch sau khi ngừng tác động hoạt hóa có thời gian phục hồi kéo dài hàngchục giờ Trong khi đó, nếu dung dịch được điện phân bình thường, thì quá trìnhphục hồi từ điểm c về điểm a diễn ra rất nhanh (đường cong 1)

Sự ngang bằng nhiệt độ của chất trước và sau khi hoạt hóa chứng tỏ độngnăng của nó là không thay đổi Khi đó, sự thay đổi các tính chất hóa-lý của các chất

rd

có mặt trong hệ cũng như khả năng phản ứng của chúng sau hoạt hóa chỉ có thể là

do sự thay đổi của nội thế năng; mà thước đo của nó theo định nghĩa vật lý cổ điển

là khoảng cách trung bình giữa các hạt của chất, hoặc nói cách khác, là mật độ củachất Đồng thời, sau khi dừng tác dụng hoạt hóa một thời gian nhất định, mật độ củacác chất trở về giá trị ban đầu

Như vậy, một chất được gọi là hoạt hóa là khi dự trữ nội thế năng của nódưới tác dụng của các yếu tố bên ngoài nào đó tạm thời không tương ứng với cácgiá trị cân bằng nhiệt động học của nhiệt độ và áp suất Tương tự như vậy, một tácđộng được xem là hoạt hóa khi nó làm cho nội năng của một chất tạm thời xê dịchkhỏi giá trị cân bằng nhiệt động học Thuật ngữ “năng lượng tác động hoạt hóa” cầnđược hiểu là phần năng lượng của một tương tác không cân bằng được lưu lại trongchất dưới dạng thế năng rồi phát tán dần để chuyển thành nhiệt năng

Nói chung các quá trình hoạt hóa tồn tại được chỉ là do hai quá trình phục hồitheo động năng (nhiệt năng) và theo thế năng thường khác nhau đáng kể về thờigian, trong đó quá trình thứ nhất diễn ra nhanh hơn nhiều so với quá trình thứ hai

mà kết quả đã được khẳng định bằng nhiều số liệu thực nghiệm [8]

1.2.4 Một số đặc điểm của công nghệ HHĐH

Công nghệ HHĐH và công nghệ có sử dụng HHĐH có các đặc điểm chínhsau:

Việc xử lí nước bằng quá trình điện hóa Anốt và Catốt được tiến hành trongbình phản ứng điện hóa có màng ngăn kiểu dòng chảy trong điều kiện loại trừ hoàntoàn sự trộn lẫn các sản phẩm Anốt và Catốt của phản ứng điện hóa vào nhau

Tạo điều kiện cho số lượng lớn các vi thể tích nước tiếp xúc với phần khuếchtán của lớp điện kép được xác lập trên ranh giới của hai pha “điệc cực – chất điệnli” trong thời gian tác động điện hóa cực ngắn nhằm làm giảm mục đích tiêu haonăng lượng do giải phóng nhiệt

Trong đa số các công nghệ truyền thống, trong đó có cả công nghệ hóa học

và điện hóa, người ta sử dụng nước và các dung dịch có các thông số không phụthuộc vào thời gian Trong công nghệ HHĐH người ta điều chế nước và dung dịch

ở trạng thái giả bền Do đó cũng với các khái niệm truyền thống như nhiệt độ, nồng

độ, thành phần hóa học và các thông số hóa lý khác nhau còn cần phải biết rõ thờigian quá trình hoạt hóa đã trôi qua, độ lệch của các thông số lý - hóa khỏi trạng tháicân bằng Ngoài ra còn cần chú ý đến điều kiện sử dụng nước HHĐH trong quátrình cụ thể [6]

Nước và dung dịch hoạt hóa điện hóa được sử dụng trong các quá trình côngnghệ khác, có khả năng ngay ở giai đoạn đầu của quá trình hồi phục Điều đó tạođiều kiện trao đổi nội thế năng đã được dự trữ làm cho các phản ứng xảy ra trongthời gian tương tác có hiệu quả hơn Trong trường hợp sự hoạt hóa điện hóa nước

và dung dịch được gắn với một công nghệ khác nào đó, ví dụ như công nghệ làmsạch nước, và bao gồm một hoặc một vài giai đoạn kế tiếp tác động điện hóa lênnước, thì sau mỗi giai đoạn xử lý điện hóa cần phải xử lý nước trong một bình phảnứng đặc biệt tương ứng nhằm sử dụng có mục đích nội thế năng dư của nước đã tíchlũy trong quá trình tương tác điện hóa trước đó

Các sản phẩm được điều chế trong các quy trình công nghệ có sử dụng nước

và các dung dịch hoạt hóa điện hóa có các thông số và đặc tính lí – hóa bền theothời gian

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng và các tính chất đặc biệt của dung dịch HHĐH

Có ba yếu tố cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính của các dung dịchAnolit và Catolit Yếu tố thứ nhất là sự hình thành các dung dịch kiềm và axit bềnvững và một số chất bền mà các hóa chất truyền thống có thể thay thế, bởi vậy nókhông thể hiện tính chất hoạt hóa của dung dịch điện hóa Yếu tố thứ hai là sự hìnhthành các sản phẩm giả bền với hoạt tính cao khác thường, trong đó có các gốc tự

do với thời gian sinh sống được tính bằng đơn vị hàng giờ, các sản phẩm giả bềnnày có khả năng làm tăng đáng kể các chỉ số kiềm, axit và thế ôxy hóa khử ORP củaanolit và catolit, mà với chỉ bằng cách pha hóa chất tương ứng vào nước sẽ khôngthể nào có được Yếu tố thứ ba là sự xuất hiện và tồn tại trong một thời gian tươngđối dài của các cấu trúc phân tán (được hình thành tại vùng điện tích không gian cận

kề bề mặt điện cực) là các ion, các phân tử, các nguyên tử dưới dạng gốc tự do hoặc

hydrat hóa, mà nhờ chúng các dung dịch anolit và catolit có thể trở thành chất xúctác cho rất nhiều các loại phản ứng hóa học và hóa sinh khác nhau nhờ vào khảnăng làm giảm ngưỡng năng lượng hoạt hóa của các thành phần tham gia phảnứng.

ORP phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố thứ hai – nghĩa là phụ thuộc vào sự hìnhthành các hợp chất siêu hoạt tính với thế ôxy hóa trong anolit cao khác thường vớithế ôxy hóa khử âm trong catolit Về bản chất chỉ số ORP không ổn định, đặc biệt làđối với catolit, và phụ thuộc nhiều vào các điều kiện bên ngoài (vật liệu bình chứa,nhiệt độ, bề mặt tiếp xúc với không khí, ánh sáng mặt trời ) Mặc dù ở chừng mựcnào đó các tham số đặc trưng cho yếu tố thứ ba cho đến nay vẫn chưa được xác lập

rõ ràng nhưng những biến đổi của cấu trúc nước trong điện trường đơn cực gần bềmặt điện cực với cường độ vài triệu von/cm có thể là nguyên nhân làm cho bản thânnước và các phần tử vật chất trong đó được kích thích lên trạng thái giả bền

Sau khi ngừng tác động điện hóa, các phần tử trong dung dịch nước đượcđưa lên trạng thái kích thích giả bền được đặc trưng bởi các tham số hóa lí dịthường Trạng thái giả bền của một chất đã được hoạt hóa có thể được duy trì trongthời gian vô định với điều kiện không có sự trao đổi năng lượng với môi trườngxung quanh Sự tắt dần của trạng thái kích thích giả bền là một quá trình khôngthuận nghịch xảy ra và bằng cách phát tán năng lượng vào môi trường dưới dạngbức xạ nhiệt hoặc sóng siêu cao tần

1.2.6 Sự khác biệt giữa quá trình hoạt hóa điện hóa với các quá trình công nghệ hóa học và điện hóa truyền thống.

Công nghệ hoạt hóa điện hóa đặt nền móng cho việc điều chế các dung dịchgiả bền có hoạt tính xúc tác lý – hóa dị thường trong các hệ kỹ thuật điện hóa đặcbiệt với mục đích sử dụng nó trong các quy trình công nghệ khác nhau thay cho cácdung dịch hóa chất chuyên dụng truyền thống

Dung dịch natri clorua nồng độ không vượt quá 5g/l hoặc nước có tổnglượng khoáng nhỏ hơn 1g/l thường được làm nguyên liệu cho quá trình ban đầutrong quá trình hoạt hóa điện hóa (ECA)

Một loạt các thông số và đặc điểm sau đây chứng tỏ sự khác biệt giữa HHĐHvới các quá trình điện hóa hóa học đã biết:

 Nước chịu các biến đổi điện hóa có nồng độ khoáng nhỏ (từ 0,5 - 5g/l)

 Thời gian tác động điện hóa ngắn (từ 0,03 – 10 giây)

 Mật độ dòng điện lớn (khoảng 3000 A/m2)

 Thế điện cực lớn (xấp xỉ 3000 mV)

 Tiêu hao năng lượng nhỏ (từ 0,05 đến 5 Wh/l)

 Thế ôxy hóa khử của nước HHĐH thay đổi trong khoảng rộng (từ +860 đến+1200 mV )

 Khoảng thay đổi pH của nước HHĐH cực lớn (từ 1,9 đến 12,5)

1.3 Hiệu quả khử trùng của anolit

1.3.1 Thành phần và tính chất dung dịch hoạt hóa điện hóa anolit

Sau khi điện phân có thể có các phản ứng hóa học sau:

NaClO → HClO (môi trường axit yếu) NaClO + CO2 + H2O = NaHCO3 + HClOHClo tiếp tục phân hủy theo các hướng sau:

• Duới tác dụng của ánh sáng, chất dễ lấy oxy hay chất xúc tác :

NaClO + HCl = NaCl + Cl2↑ + H2O

O3 có tính ôxy hóa mạnh hơn nên có thể ôxy hóa trực tiếp H2O2:

Anolit là chất lỏng trong suốt không màu Khi nồng độ NaCl trong dung dịch lớnhơn 4 g/l Anolit có mùi clo nhẹ giống như nước trong các bể bơi Nếu nồng độ NaCltrong dung dịch từ 3 – 4 g/l, Anolit có mùi clo như nước sinh hoạt được clo hóa Vớihàm lượng NaCl trong dung dịch nhỏ hơn 2 g/l Anolit hầu như không có mùi

Thời gian lưu giữ anolit có hoạt tính cao với hàm lượng NaCl trong dungdịch lớn hơn 3 g/l thường là 5 ngày, với Anolit có hàm lượng NaCl trong dung dịch2-3 g/l không quá 3 ngày và hàm lượng NaCl trong dung dịch nhỏ hơn 2 g/l khôngquá 24 giờ kể từ lúc điều chế

Nước hoạt hoá điện hóa cũng như những dung dịch muối loãng được HHĐHkhông những chỉ là những chất ôxy hoá khử mạnh hoặc là tác nhân axit và kiềm, màcòn là chất xúc tác mạnh cho các phản ứng hoá học và sinh hoá

Anolit là chất diệt khuẩn đa năng, nó có tác dụng hủy diệt đối với tất cả cácnhóm vi sinh lớn (vi trùng, siêu vi trùng kể cả siêu vi trùng lao, nấm, bào tử ) màkhông gây tác dụng gì cho tổ chức tế bào của người và các vi sinh vật cấp cao khác,tức là các tế bào sống trong các hệ đa bào Khi có mặt các chất bẩn có bản chất hữu

cơ (máu… ) khả năng diệt khuẩn của anolit bị giảm

1.3.2 Khả năng khử trùng của dung dịch HHĐH

Thành phần của Anolit trung tính gồm hoạt chất ôxy hoá Các tế bào của cơthể người ngay trong quá trình hoạt động sống cũng tham gia vào quá trình ôxy hoákhử, chúng sản sinh ra và sử dụng có mục đích các chất ôxy hoá hoạt tính cao như:HO*, HO2-, O3, HClO, ClO-… Các tế bào này có hệ thống cấu tạo bảo vệ chống ôxyhóa, ngăn ngừa tác dụng độc hại của các chất tương tự đến cấu trúc tế bào sống nhờ

sự có mặt của các cặp lipoproteit 3 lớp có chứa cấu trúc nối đôi (- C = C -) có khảnăng nhận electron Các vi khuẩn, virus thì không có hệ thống bảo vệ để chống ôxyhoá nên dung dịch ANK là chất cực độc đối với chúng Thêm nữa, mức độ khoánghoá thấp của Anolit và khả năng hydrat hoá cao làm tăng mức độ thẩm thấu củamàng tế bào vi khuẩn đối với các chất ôxy hoá Các vi bọt khí mang điện được tạo

ra trong vùng tiếp xúc với polyme sinh học cũng góp phần làm chuyển dịch mạnh

mẽ các chất ôxy hoá vào trong tế bào vi khuẩn Vì thế, Anolit có tác dụng diệtkhuẩn mạnh nhưng lại ít gây hại tế bào cơ thể người

Nhiều công trình nghiên cứu đã xác định dung dịch Anolit có tính chất sátkhuẩn rất mạnh đối với các loại vi khuẩn sau[13]:

 Nhóm vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriaceae: Escherichia Coli (có nhiều trong phân người), Klebsiella, Enterobacter…

 Các chủng vi khuẩn: Citrobacter, Eriberobacter, Citrobacter freundic…

 Liên cầu khuẩn thuộc giống Enterococcus và Streptoccocus bao gồm các loài: E avium, E Casseliflarus, S aureus,…

 Nấm: Trichophyton mentagrphytes, Aspergilus niger, Candida albicans

 Nha bào: Bacillus subtilis, Clostridium perfingens, C sporogenes, C dificile, B anthracis, B cereus…

 Các loại vi khuẩn và virus khác: Mycobacterium tuberculocis, Mycobacterium chelomac, Bacillus subtilis

1.3.3 Các ưu thế nổi trội của anolit

Kết quả ứng dụng cho thấy dung dịch HHĐH có những tính năng vượt trội sau:

Hiệu quả khử trùng cao: Anolit diệt nhanh nhiều loại vi khuẩn, virut, bào tử

và nấm, kể cả các loại có sức đề kháng cao như vi trùng bệnh lao, vi khuẩn bệnhthan, virus viêm gan B…

Nồng độ các hoạt chất trong anolit không lớn (trung bình từ 0,2 – 0,3 g/l) nên

nó không gây nguy hiểm gì khi tiếp xúc với da và niêm mạc, an toàn cho người phảitiếp xúc với nó thường xuyên, không gây ăn mòn với dụng cụ chế biến

Dung dịch anolit tập hợp nhiều hoạt chất sát khuẩn (HClO, O3, ClO-,… ) tồntại đồng thời do dung dịch nước muối được kích hoạt điện hóa, bảo đảm cho Anolitvừa có khả năng sát khuẩn cao, vừa có tính tẩy rửa tốt

Anolit không làm ô nhiễm môi trường và không cần phải trung hòa nó saukhi sử dụng vì sau khi sản xuất khoảng 3 – 5 ngày các thành phần hoạt hóa củaanolit bị suy giảm hết, chỉ còn lượng hypoclorit natri NaOCl rất nhỏ, dưới mức cóthể gây hại cho môi trường Có thể kết hợp sử dụng anolit với nhiều loại hóa chấttẩy rửa khác, làm tăng hiệu quả của quá trình tẩy rửa và sát trùng

Qui trình sản xuất anolit rất đơn giản, người vận hành thiết bị không cần cóchuyên môn cao; không cần dự trữ bảo quản, cần lúc nào có ngay lúc đó

ANK được sản xuất tại chỗ do đó giảm được các chi phí về vận chuyển, lưutrữ, với cùng hiệu quả sử dụng yêu cầu chi phí thấp hơn các biện pháp khác

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Các phương tiện dùng cho thử nghiệm

2.1.1 Thiết bị HHĐH sử dụng 8 buồng phản ứng điện hóa môđun MB – 11

Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng thiết bị HHĐH gồm 8 buồng phản ứngđiện hóa môđun MB-11 được thiết kế và chế tạo tại Viện CNMT, thuộcVHLKHCNVN để sản xuất dung dịch siêu ôxy hóa (ANK); với lưu lượng dungdịch siêu ôxy hóa đạt 120 l/h Dung dịch thu được đạt các chỉ tiêu chất lượng sau:

- Nồng độ clo hoạt tính ~ 500 mg/l

- Năng suất clo hoạt tính ~ 50 g/h

- Nồng độ khoáng trong dung dịch ~ 1,1 – 1,2 g/l

- pH dung dịch ~ 7,0

Ứng dụng vào khử trùng dụng cụ và môi trường tại xí nghiệp chế biến thủysản xuất khẩu 1 (F34) – Công ty BASEAFOOD, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

2.1.2 Các phương pháp kiểm tra chất lượng dung dịch Anolit

Các thông số chính của dung dịch Anolit là pH, độ muối, thế ôxy hóa khử vànồng độ Clo hoạt tính đã được kiểm tra trước khi thực hiện các thử nghiệm khửtrùng các công đoạn sản xuất Các thông số trên được kiểm tra như sau:

- Đo pH và thế ôxy hóa khử ORP: Giá trị pH và thế ôxy hóa khử của dung

dịch siêu ôxy hóa được đo bằng máy đo HANNA dùng điện cực tổ hợp đo đồngthời hai thông số trên

- Nồng độ khoáng chất (TDS): Nồng độ khoáng chất được đo bằng máy đo

TDS chuyên dụng của HACH (Mỹ) với khoảng đo từ 0-1999 mg/l với độ chính xác

1 mg/l

- Xác định nồng độ clo hoạt tính: Nồng độ clo hoạt tính của dung dịch siêu

ôxy hóa được xác định bằng phương pháp chuẩn độ iot theo hướng dẫn trongTCVN 6225-3:1996

Qui trình: Lấy 5 ml dung dịch Anolit vào bình tam giác dung tích 100 ml.Cho tiếp 5 ml H2SO4 0,1 M, thêm 1g Kali Iodua (KI) và để yên trong tối từ 3-5phút Chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,1 N cho đến khi dung dịch có màu

vàng rơm Sau đó, thêm 1ml hồ tinh bột Lắc đều và tiếp tục chuẩn độ bằng Na2S2O3cho đến khi dung dịch mất màu xanh Ghi thể tích dung dịch natri thiosunfat tiêutốn.

Tính toán nồng độ clo hoạt tính ra đơn vị mg/l:

 Nồng độ clo tổng số c (Cl2), tính bằng milimol trên lít, theo công thức:

c (Cl2) =

C1V52V0 (mmol/l)

M là khối lượng phân tử của clo (M = 70,91 g/mol).

2.1.3 Các hóa chất dùng trong thử nghiệm

Muối dùng để pha dung dịch đầu vào để sản xuất Anolit là muối có hàmlượng NaCl 99,8%

Chất khử trùng đối chứng: Chất khử trùng đối chứng được chọn để so sánhvới dung dịch anolit là canxi hypoclorit (calcium hypochlorite) có công thức hóahọc là Ca(OCl)2 Canxi hypoclorit hạt được pha vào nước với liều lượng 1,6 g/l.Nồng độ clo hoạt tính xác định bằng phương pháp chuẩn độ iot với thuốc thử là

2.1.4 Lựa chọn các đối tượng khử trùng và các vi khuẩn xét nghiệm

Đối tượng dùng cho thử nghiệm là mặt bàn, gạch ceramic, rổ, thớt là các dụng cụsản xuất của xí nghiệp được lấy ngẫu nhiên sau ca sản xuất Găng tay công nhân đượcchọn ngẫu nhiên trong số các công nhân đang trong quá trình sản xuất Các thùng chậu

để ngâm dụng cụ đối tượng khử trùng được lấy ngẫu nhiên tại xí nghiệp

Vi khuẩn được lựa chọn để xét nghiệm: Coliforms, E.coli, tổng vi khuẩn hiếu khí và Staphylococcus.

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến điện phân, công nghệ hoạt hóa điệnhóa, công nghệ vi sinh

Nghiên cứu tài liệu liên quan đến tình hình nhiễm khuẩn trong thực phẩm vàcác hóa chất khử trùng trong thực phẩm

2.2.2 Phương pháp thực hiện thử nghiệm trong phòng thí nghiệm

2.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến chất lượng Anolit

a Chế độ điện áp

Căn cứ theo các thông số của nhà sản xuất đưa ra, chúng tôi thay đổi điện ápmột chiều đặt vào anốt và catốt của môđun MB-11, từ 24 V đến 32 V, mỗi bướcthay đổi 2 V Ở mỗi chế độ hệ thí nghiệm được vận hành ổn định trong vòng 15-20phút sau đó lấy mẫu Anolit và tiến hành phân tích ngay các thông số cần thiết

Cách đo: Lấy 150 ml dung dịch Anolit cho vào cốc thủy tinh 200 ml, sau đódùng máy đo chuyên dụng đo trực tiếp các thông số này

Trong thí nghiệm này, lưu lượng nước chảy qua buồng catốt (QCa) và lưulượng sản phẩm anolit (QA) được đặt ở chế độ tối đa (QCa=20 L/h; QA=120 L/h)

b Chế độ bơm muối

Tiến hành khảo sát ảnh hưởng lưu lượng muối đầu vào đến chất lượng anolitkhi cố định các thông số: UDC = 29V, QA=120 L/h, QCa=20 L/h Lượng muối bơmvào ở các thí nghiệm là: 75 g/h, 78, 96, 126, 159, 274, 432 g/h Sau khi máy chạy

ổn định khoảng 15 phút tiến hành đo các thông số lí- hóa của dung dịch anolit nhưphần trên.

c Ảnh hưởng của lưu lượng anolit

Trong nghiên cứu này chúng tôi giữ nguyên lưu lượng của catolit là 20 L/h

và thay đổi lưu lượng của Anolit trên cơ sở điều chỉnh lưu tốc kế 3 (trong sơ đồhình 3.6) từ 75 đến 150 L/h Điện áp đặt giữa hai đầu điện cực là 29V Tiến hành đocác thông số lí-hóa của dung dịch anolit (như trình bày phần trên)

2.2.2.2 Xác định độ ổn định của dung dịch anolit theo thời gian.

Chất lượng của dung dịch anolit được kiểm soát qua các thông số lí – hóa cơbản như: pH, thế ôxy hóa khử ORP, nồng độ clo hoạt tính, tổng chất rắn hòa tanTDS Hệ thống vận hành liên tục từ 7 giờ sáng đến 16 giờ cùng ngày Lấy mẫu phântích Anolit được thực hiện 1 giờ, 2 giờ, 3, 4, 7 và 8 giờ sau khi chạy máy

2.2.2.3 Xác định khả năng diệt khuẩn của anolit

Bố trí thí nghiệm:

Chuẩn bị dung dịch anolit (dung dịch A) theo các thông số cơ bản sau: pH =6,5; Thế ôxy hóa khử (ORP) = 800 mV; Nồng độ chất ôxy hóa (tính theo clo hoạttính) lần lượt là 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1 mg/l

Chuẩn bị dịch hỗn hợp E.coli mật độ 104 CFU/ml và Coliforms mật độ 105CFU/ml (dịch B)

a Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu lực khử trùng

- Hút 9ml Anolit ở các nồng độ vào các ống nghiệm không đã vô trùng.

- Bổ sung 1ml dịch gốc, lắc đều, rồi để trong thời gian 5 phút.

- Bổ sung 0,2 ml Na2S2O3 0,1N, lắc đều trong 30 giây để khử Clo dư

- Xác định mật độ E.coli và Coliforms còn lại trong dung dịch.

b Ảnh hưởng của thời gian diệt khuẩn đến hiệu lực khử trùng

- Cho 9 ml dung dịch A nồng độ 0,5 mg/l tiếp xúc với 1 ml dịch B với thời gian tiếp xúc lần lượt là 10 giây; 30 giây; 1 phút; 5 phút

- Sau đó khử Clo dư bằng Na2S2O3 0,1 N rồi xác định mật độ E.coli và

Coliforms còn lại trong dung dịch

Mỗi thí nghiệm đều được lặp lại 10 lần (kí hiệu là mẫu 1, mẫu 2, …, mẫu 10)

2.2.3 Phương pháp thực hiện các thử nghiệm tại hiện trường

Các thử nghiệm được thực hiện ngay tại nơi đang sản xuất của nhà máy Cácqui trình thực hiện thử nghiệm đều được thực hiện theo qui trình thông thường củanhà máy

2.2.3.1 Khảo sát thực trạng nhiễm khuẩn môi trường trong cơ sở chế biến thủy sản

Sau ca sản xuất, lấy ngẫu nhiên 3 găng tay cao su, 3 rổ nhựa, 3 thớt nhựa, 3chậu nhựa, 1 bàn inox và chọn 3 viên gạch ceramic có vị trí cách xa nhau Các dụng

cụ và bề mặt môi trường trên đã được vệ sinh qua bằng nước rửa bát cho sạch cácchất hữu cơ Tiến hành lấy mẫu bề mặt bằng tăm bông trên diện tích 50 cm2 (riênggăng tay cao su lấy mẫu trên diện tích 25 cm2) Bàn inox lấy ở 3 vị trí: đầu bàn, giữabàn và cuối bàn

2.2.3.2 Ngâm khử trùng các dụng cụ nhỏ

Phân tích vi sinh mỗi dụng cụ 80 mẫu bao gồm các chỉ tiêu vi khuẩn: tổng

VKHK, Coliforms, E.coli và Staphylococcus trên các đối tượng là các dụng cụ nhựa

(rổ, thớt, chậu) và găng tay cao su

Các mẫu gồm có: 20 mẫu trước khử trùng, 20 mẫu sau khử trùng bề mặtdụng cụ được vệ sinh khử trùng theo phương pháp khử trùng thường qui (sử dụngcanxi hypoclorit); 20 mẫu trước khử trùng, 20 mẫu sau khử trùng bề mặt dụng cụđược vệ sinh khử trùng theo phương pháp mới sử dụng anolit (và được chia đềuthành 2 đợt thí nghiệm)

a Lấy mẫu vi sinh kiểm tra vệ sinh khử trùng thường qui

 Lấy mẫu trước khử trùng: Sau ca sản xuất, chọn 10 dụng cụ đã qua sử dụng

và đánh số từ 1 đến 10 Làm sạch chất thải rắn, sau đó tráng lại bằng nướcsạch, rồi tiến hành lấy mẫu bề mặt trên diện tích 50 cm2 (đối với các dụng cụnhựa) hoặc 25 cm2 (đối với găng tay cao su) Dùng tăm bông đã tiệt trùngquệt đều trên diện tích lấy mẫu và đưa vào ống nghiệm đựng 10 ml nướcmuối sinh lý đã tiệt trùng Đặt ống nghiệm vào thùng lạnh và chuyển vềphòng thí nghiệm để bảo quản và phân tích trong ngày

 Lấy mẫu sau khử trùng: Sau khi lấy mẫu trước khử trùng, các dụng cụ nhỏ sẽđược ngâm vào thùng chứa dung dịch canxi hypoclorit nồng độ 100 mg/l (clohoạt tính) trong thời gian 5 phút Sau đó tráng rửa dưới vòi nước chảy mạnhtrong thời gian 1 phút rồi tiến hành lấy mẫu sau khử trùng như đã trình bày ởtrên.

b Lấy mẫu vi sinh kiểm tra vệ sinh khử trùng bằng dung dịch siêu ôxy hóa (anolit)

 Lấy mẫu trước khử trùng: qui trình khử trùng tương tự như vệ sinh khử trùngthường qui

 Lấy mẫu sau khử trùng: Các dụng cụ nhỏ được chà rửa bằng bàn chải nhựatrong dung dịch Anolit (100 mg/l clo hoạt tính) có thêm chất tẩy rửa (nướcrửa bát (1%)) trong thời gian 1 phút Sau đó ngâm các rổ nhựa vào dung dịchanolit (100 mg/l) trong thời gian 5 phút Sau khi tráng rửa dưới vòi nướcchảy mạnh, tiến hành lấy mẫu sau khử trùng tương tự như đã trình bày ởphần trên

Mỗi thí nghiệm đều được lặp lại 2 lần vào các thời điểm khác nhau

2.2.3.3 Khử trùng bề mặt lớn

2.2.3.3.1 Khử trùng và lấy mẫu trên bề mặt thép inox

a Lấy mẫu vi sinh kiểm tra vệ sinh khử trùng thường qui

 Lấy mẫu trước khử trùng: Chuẩn bị 5 bàn inox sau ca sản xuất Trước tiênmặt bàn được thu dọn hết các sản phẩm thừa, sau đó được cọ rửa bằng nước

xà phòng, dội sạch bằng nước Lấy mẫu bề mặt tại 2 vị trí (một ở đầu bàn,một ở giữa bàn) với diện tích lấy mẫu là 50 cm2 bằng tăm bông vô trùng

 Lấy mẫu sau khử trùng: Sau khi lấy mẫu trước khử trùng, mặt bàn được laubằng nước pha canxi hypoclorit có nồng độ clo hoạt tính 100 mg/l Sau đó,tráng rửa bằng nước sạch và lấy mẫu sau khử trùng bề mặt theo cách tương

tự như đã trình bày ở phần trên với diện tích lấy mẫu 50 cm2

b Lấy mẫu vi sinh kiểm tra vệ sinh khử trùng sử dụng dung dịch anolit

 Lấy mẫu trước khử trùng: Qui trình tương tự như trình bày ở mục a

 Lấy mẫu sau khử trùng: Tiến hành tương tự như với khử trùng thường qui(thay canxi hypoclorit bằng Anolit có nồng độ clo hoạt tính 100 mg/l).

2.2.2.3.2 Khử trùng và lấy mẫu trên bề mặt gạch ceramic

a Lấy mẫu vi sinh kiểm tra vệ sinh khử trùng thường qui

 Lấy mẫu trước khử trùng: Chọn 10 viên gạch ceramic, đánh số thứ tự từ 1đến 10 Lấy mẫu bề mặt trên từng viên gạch làm mẫu trước khử trùng vớidiện tích lấy mẫu là 50 cm2

 Lấy mẫu sau khử trùng: Sau khi lấy mẫu trước khử trùng, các viên gạchđược chà rửa bằng xà phòng, khử trùng bằng nước pha canxi hypoclorit cónồng độ clo hoạt tính 100 mg/l Sau đó, dội lại bằng nước sạch và lấy mẫusau khử trùng bề mặt theo cách tương tự như đã trình bày ở phần trên

b Lấy mẫu vi sinh kiểm tra vệ sinh khử trùng sử dụng dung dịch anolit

 Lấy mẫu trước khử trùng: Qui trình tương tự như trình bày ở mục a

 Lấy mẫu sau khử trùng: Phương pháp khử trùng tiến hành tương tự như khửtrùng thường qui (thay canxi hypoclorit bằng dung dịch anolit có nồng độ clohoạt tính là 100 mg/l) Lấy mẫu sau khử trùng trên diện tích 50 cm2

2.2.4 Phương pháp lấy mẫu xét nghiệm vi sinh

- Phương pháp lấy mẫu vi sinh tại Xí nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu 1(F34) – Công ty BASEAFOOD, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu được thực hiện theo hướngdẫn lấy mẫu vệ sinh công nghiệp trong “Sổ tay kiểm nghiệm vi sinh thực phẩm thủysản” SEAQIP, Nhà xuất bản Nông nghiệp 2004

- Các mẫu vi sinh khử trùng bề mặt dụng cụ và môi trường trong chế biếnthực phẩm được lấy theo phương pháp dùng tăm bông trên bề mặt xác định

Các bước lấy mẫu:

+ Dùng cồn khử trùng tay

+ Đặt khuôn lấy mẫu đã khử trùng lên bề mặt tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm(khuôn lấy mẫu là bản kim loại khoét lỗ ở giữa với diện tích là 25cm2, hoặc 50cm2tùy theo bề mặt cần lấy mẫu là lớn hay nhỏ)

+ Dùng tăm bông vô trùng quét đều mặt diện tích trong của khuôn

+ Sau khi quét xong, thao tác gần ngọn lửa đèn cồn, mở nắp ống nghiệm vànhanh chóng cho tăm bông vào Nút ống nghiệm lại (chú ý không để tăm bôngchạm vào miệng ống nghiệm.

+ Cho ống nghiệm chứa tăm bông đã lấy mẫu vào một túi PE vô trùng Ghicác thông tin về vị trí lấy mẫu vào thẻ nhận diện Cho thẻ vào túi chung với ốngmẫu Cột kín miệng túi bằng dây thun hoặc bằng ghim bấm

+ Cho túi mẫu vào thùng cách nhiệt Cho đá khô phủ quanh túi mẫu

- Việc lấy mẫu xét nghiệm vi sinh được thực hiện của hai bên thử nghiệm:cán bộ kỹ thuật của Xí nghiệp và người thực hiện đề tài

2.2.5 Phương pháp phân tích vi sinh

Nuôi cấy vi khuẩn trên môi trường đặc hiệu bằng phương pháp đĩa thạch:+ Sử dụng môi trường PCA (Merck) để định lượng khuẩn lạc tổng vi khuẩnhiếu khí

+ Sử dụng môi trường Chromocult (Merck) để định lượng khuẩn lạc Coliforms

+ Sử dụng môi trường SS agar để định lượng khuẩn lạc Salmonella.

Phân tích các mẫu bề mặt: Coliforms theo NM 44-2001, E.coli theo NMKL 125-1996, Staphylococcus theo NMKL 66-1999, Salmonella theo NMKL-71-1999

và tổng vi khuẩn hiếu khí theo NM 86-1999

2.2.6 Xử lý số liệu

Cách tính kết quả: Đếm tất cả số các khuẩn lạc xuất hiện trên các đĩa sau khi

ủ Chọn các đĩa có số đếm từ 25-250 để tính kết quả Mật độ tổng vi khuẩn trong 1ghay 1ml mẫu được tính như sau :

Trong đó :

A : số tế bào (đơn vị hình thành khuẩn lạc) vi khuẩn trong 1g hay 1mlmẫu

N : tổng số khuẩn lạc đếm được trên các đĩa đã chọn

Ni :số lượng đĩa cấy tại độ pha loãng thứ i

V : thể tích dịch mẫu (ml) cấy vào trong mỗi đĩa

Fi : độ pha loãng tương ứngTrong thí nghiệm thực nghiệm, các mẫu vi sinh được lấy bằng phương pháptăm bông trên bề mặt xác định nên mật độ vi khuẩn được tính bằng công thức:

A’ (CFU/cm2) = A V ' STrong đó:

A’: số tế bào (đơn vị hình thành khuẩn lạc) vi khuẩn trong 1cm2 mẫuV’: thể tích dịch pha loãng ban đầu

S : diện tích bề mặt lấy mẫuCác kết quả phân tích vi sinh được xử lý theo phương pháp so sánh trungbình tổng thể bằng phần mềm EXCEL: AVERAGE, STDEV, LG

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Nghiên cứu sơ đồ công nghệ điều chế dung dịch siêu ôxy hóa từ nước muối

sử dụng nhiều buồng điện hóa

Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi sử dụng thiết bị HHĐH gồm 8 môđunđiện hóa MB-11 được thiết kế và chế tạo tại viện CNMT Trước khi nghiên cứu ảnhhưởng của các thông số vận hành đến chất lượng của sản phẩm dung dịch Anolit,chúng tôi nghiên cứu và giới thiệu sơ đồ công nghệ của thiết bị HHĐH này

3.1.1 Sơ đồ cấp điện cho các buồng điện hóa

Hình 3.1 Sơ đồ cấp điện cho 8 buồng điện hóa

Trong sơ đồ này 8 buồng điện hóa được chia là hai dãy, mỗi dãy gồm 4buồng mắc nối tiếp nhau Hai dãy này lại được mắc song song để tạo thuận lợi choviệc thiết kế nguồn cấp điện: khoảng điện áp và cường độ dòng điện không quá cao,thuận lợi cho việc thiết kế nguồn cấp điện

Nguồn điện một chiều dùng để cấp cho các buồng điện hóa (hình 3.2) lànguồn vạn năng BK PRECISION Model VSP 4030 (Mỹ) có điện áp cấp max là40V, dòng max là 30A Thiết bị có khả năng đặt được dòng và thế vận hành theoyêu cầu và có đồng hồ hiển thị số với độ phân giải tới 0,1V

Hình 3.2 Nguồn điện một chiều dùng cho thí nghiệm

3.1.2 Nghiên cứu cấu tạo cơ khí và các môđun liên quan của thiết bị

Để thuận tiện cho lắp đặt, vận hành cũng như bảo dưỡng mô hình thiết bị sảnxuất dung dịch siêu ôxy hóa bao gồm hai khối chính: Khối thiết bị điện hoá và khốinguồn DC, tủ điện điều khiển Ngoài ra, còn có phần môđun phụ trợ cho thiết bị

Khối thiết bị điện hoá (Hình 3.3): Bao gồm điện cực, các bơm nước mềm,

bơm nước muối, bơm axít và các van điều khiển Các bộ phận này được lắp đặt trênmột giá đỡ inox - khung máy

Khối nguồn DC và tủ điện điều khiển (Hình 3.4): Hệ thống điện điều khiển

của thiết bị được lắp đặt bên trong tủ điện, có nhiệm vụ điều khiển hoạt động củatoàn bộ hệ thiết bị Nó bao gồm bộ phận cấp nguồn điện một chiều DC, bộ phậnđiều khiển và bảo vệ Bộ phận hiển thị được đặt trước mặt máy gồm các công tắc,đồng hồ và đèn báo hiển thị chế độ hoạt động của máy

Phần môđun phụ trợ cho thiết bị: Gồm có cột lọc thô, thiết bị trao đổi ion và

bơm nước muối

+ Cột lọc thô: Dùng để lọc các cặn lơ lửng có kích thước >5µm thường cótrong nguồn nước để đảm bảo độ tinh khiết của nước đầu vào

+ Thiết bị trao đổi ion: Dùng để loại bỏ các ion kim loại Ca2+ và Mg2+ (gây ra

độ cứng của nước) và một số kim loại khác Thiết bị này làm giảm đáng kể lượngmuối khó tan bám lên bề mặt điện cực

+ Bơm nước muối: Là loại bơm chuyên dụng (TYP-2600) để bơm hóa chất,không bị ăn mòn bởi các loại hóa chất thông thường Bơm có công suất tối đa 120lít/giờ và cho áp lực tối đa là 6at

Hình 3.3 Cụm buồng điện hóa bao

gồm 8 môđun MB-11 Hình 3.4 Nguồn một chiều và tủ điều khiển

Để người vận hành có thể dễ dàng sử dụng thì các núm, công tắc và các đồng

hồ, đèn báo được thiết kế trên mặt tủ điện (hình 3.5)

Hình 3.5 Mặt tủ điện của thiết bị

1 Đồng hồ vôn

2 Bộ hiển thị và khống chếnhiệt độ điện cực

Thiết kế này đảm bảo máy hoạt động trong 2 chế độ: Làm việc và bảo trì

Ở chế độ làm việc: Trước hết bật công tắc “khởi động” máy rồi chuyển sang

chế độ “chạy máy” Trong chế độ này bơm nước mềm và bơm nước muối phải hoạtđộng đồng bộ và đều có đèn báo sáng Khi làm việc nếu xảy ra các trường hợp quátải, cạn nước nguyên liệu, đầy sản phẩm, quá nhiệt buồng điện hóa… thì đều đượcbảo vệ và báo “sự cố”, máy dừng chạy

Chế độ bảo trì: Rửa lại buồng điện phân bằng axit-máy tự động bơm axit sục

vào buồng điện phân Trong thời gian bảo trì, nguồn DC, bơm nước mềm và bơmnước muối được tự động ngắt

3.1.3 Sơ đồ điều chế dung dịch siêu ôxy hóa của hệ thí nghiệm

Sơ đồ tổng thể của hệ thí nghiệm điều chế dung dịch siêu ôxy hóa dùng 8môđun MB-11 được trình bày trên hình 3.6

Hình 3.6 Sơ đồ điều chế dung dịch Anolit dùng 8 môđun MB-11

Hệ thí nghiệm bao gồm các linh kiện sau:

1 Van điều áp đường nước vào có Pmax = 2 at

2 Đồng hồ chỉ thị áp suất nước P = 0 - 1,5 at

3 Lưu lượng kế có van điều chỉnh khoảng 0 – 240 l/h

4 Lưu lượng kế có van điều chỉnh khoảng 0 – 60 l/h

5 Bơm định lượng 0 – 10 l/h

6 Buồng trộn catolit

7 Buồng trộn dung dịch siêu ôxy hóa

8 Van điều chỉnh pH dung dịch siêu ôxy hóa

9, 10,11 Van xả

Vận hành: Nước đã được làm mềm và lọc cặn có áp suất lớn hơn 1 at được

đưa qua van giảm áp (1) để giảm xuống 0,5 at được chỉ thị bằng đồng hồ đo áp suất(2) Sau đó, đường nước được chia thành 2 đường nhánh

Đường nước thứ nhất đi qua lưu tốc kế có van điều chỉnh (4) vào buồng catốtcủa các môđun phản ứng điện hóa Dòng chất lỏng sau khi ra khỏi catốt, ra ngoài vàvào buồng trộn; đồng thời tạo áp lực đẩy dòng catolit ra ngoài và hồi lưu trở lại Ởđây một phần catolit ra ngoài trộn với Anolit đầu ra để thu nhận dung dịch ANK

Đường nước thứ 2 được điều chỉnh bằng lưu tốc kế (3) đi trực tiếp vào buồngtrộn anolit (7)

Mặt khác, dung dịch muối có nồng độ 150 g/l cũng được bơm định lượng (5)đưa vào buồng Anốt của môđun phản ứng điện hóa MB-11 Nước trong buồng catốt

sẽ được xử lý bằng dòng điện và đưa qua bộ tách khí (6) để ra ngoài Tại buồnganốt của môđun phản ứng điện hóa, do phản ứng điện phân xảy ra mãnh liệt nênmột hỗn hợp sol khí được tạo thành và được trộn với đường nước thứ 2 thành hỗnhợp dung dịch siêu ôxy hóa rồi qua buồng trộn (7) trước khi đi ra ngoài

Các thông số của hệ thí nghiệm được khảo sát

- Chế độ bơm muối: Lượng dung dịch muối đưa vào buồng Anốt của các

môđun phản ứng điện hóa được điều chỉnh nhờ bơm định lượng (5) Việc điềuchỉnh cho phép thay đổi lưu lượng bơm dung dịch muối từ 1,5 đến 8,6 l/h Trên cơ

sở phân tích các thông số pH, nồng độ Clo hoạt tính và lưu lượng Anolit ta có thểchọn được chế độ bơm dung dịch muối thích hợp: Không quá thừa vì sẽ làm tăngnồng độ khoáng trong sản phẩm Anolit Nếu thiếu sẽ dẫn đến nồng độ Clo hoạt tínhtrong Anolit thấp so với mục tiêu cần đạt là ~ 500mg/l

- Thay đổi lưu lượng catolit: Việc thay đổi lưu lượng catolit hay thay đổi lưu

lượng nước đưa vào buồng catốt của các môđun phản ứng điện hóa sẽ làm thay đổichế độ phản ứng điện hóa Lưu lượng nước đưa vào buồng catốt ảnh hưởng tới nhiệt

độ của các môđun phản ứng điện hóa, mật độ các phần tử dẫn điện trong buồngcatốt ảnh hưởng tới chế độ điện và làm thay đổi nồng độ clo hoạt tính của dung dịchsiêu ôxy hóa