ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN THÀNH ĐẠT

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG Q TRÌNH KHỬ TRÙNG ĐIỆN
HĨA TẠI CHỖ ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC SÔNG
TREATMENT OF RIVER WATER BY IN-SITU
ELECTROCHEMICAL DISINFECTION
Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Mã số: 8520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2023


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Phan Thanh Lâm

TS. Hoàng Thị Tuyết Nhung

Cán bộ phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Tấn Phong

Cán bộ phản biện 2: TS. Nguyễn Thái Anh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM ngày 29 tháng
07 năm 2023
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch Hội đồng: PGS.TS. Đặng Viết Hùng

2. Cán bộ phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Tấn Phong
3. Cán bộ phản biện 2: TS. Nguyễn Thái Anh
4. Ủy viên Hội đồng: TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân
5. Thư ký Hội đồng: TS. Lê Thị Huỳnh Trâm
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN THÀNH ĐẠT
MSHV: 2270003
Ngày, tháng, năm sinh: 03/08/1999
Nơi sinh: Vĩnh Long
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 8520320
1. Tên đề tài
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa tại chỗ để xử lý nước sơng
Treatment of river water by in-situ electrochemical disinfection
2. Nhiệm vụ đề tài luận văn
- Phân tích mẫu nước sơng Sài Gịn: độ đục, độ màu, tổng Fe, tổng Nitơ, Coliforms,…

- Phân tích vật liệu than chì bằng SEM/EDX, XRD
- Thực hiện các thí nghiệm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng điện
hóa như: thời gian, cường độ dịng điện, pH, khoảng cách
- Sử dụng phần mềm Design Expert để tìm ra điều kiện tối ưu cho mơ hình
‐ Biến tính vật liệu Graphite bằng phương pháp phủ lớp Cu2O lên bề mặt và xác định khả
năng khả trùng của vật liệu mới trong điều kiện tối ưu.
3. Ngày giao nhiệm vụ (Ghi theo quyết định giao đề tài): 06/02/2023
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ (Ghi theo quyết định giao đề tài): 11/06/2023
5. Cán bộ hướng dẫn (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS. Phan Thanh Lâm và
TS. Hoàng Thị Tuyết Nhung
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

Tp. HCM, ngày … tháng… năm 2023
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠỌ
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
(Họ tên và chữ ký)

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian vừa qua, em đã được các thầy cô khoa Môi trường và tài nguyên tận
tình chỉ dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu. Luận văn tốt nghiệp là một cơ hội để
em có thể tổng hợp lại những kiến thức đã học vận dụng vào thực tế để đúc kết những
kinh nghiệm cho bản thân cũng như là nền tảng tốt cho cơng việc sau này.
Để hồn thành luận văn này, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô hướng dẫn đã tận
tình hướng dẫn, cung cấp cho em những kiến thức quý báu trong quá trình học và làm

luận văn.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Môi trường và tài nguyên đã giảng dạy, chỉ dẫn
và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hồn thành đề cương.
Do đây là lần đầu thực hiện nghiên cứu, kiến thức cịn hạn chế, kinh nghiệm chưa có nên
phần nội dung cịn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy ,cơ
nhằm rút ra kinh nghiệm cho công việc sau này .
Trân trọng cảm ơn..

ii


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Trong nghiên cứu này, nước sơng Sài Gòn được xử lý bằng phương pháp keo tụ,
lắng, lọc và khử trùng điện hóa thay cho phương pháp khử trùng truyền thống bằng clo.
Các tấm than chì có bán trên thị trường được sử dụng làm điện cực song song để khử
trùng điện hóa trong các thí nghiệm. Một số thử nghiệm đã được thực hiện để điều tra
ảnh hưởng của các yếu tố như độ pH, khoảng cách điện cực, mật độ dòng điện và thời
gian tiếp xúc đối với hiệu quả khử trùng. Kết quả cho thấy các điện cực làm bằng than chì
hoạt động tốt trong điều kiện axit yếu và trung tính. Mật độ hiện tại để loại bỏ hoàn toàn
Coliforms là 1,6 – 2,0 mA/cm2. Đồng thời, khoảng cách điện cực 3, 5, 7 và 9 cm cho
hiệu suất loại bỏ Coliforms lần lượt là 100%, 100%, 98,62% và 98,62%. Những kết quả
này cho thấy khử trùng điện hóa có thể là một giải pháp thay thế tiềm năng lớn cho khử
trùng truyền thống bằng clo vì nó sẽ tạo ra ít sản phẩm phụ khử trùng thấp trong nhà máy
xử lý nước cấp.
ABSTRACT
In this study, the water of the Saigon River was treated by coagulation,
sedimentation, filtration, and electrochemical disinfection instead of traditional
disinfection using chlorine. Commercially available graphite plates were used as parallel
electrodes for the electrochemical disinfection in the experiments. Several tests were
carried out to investigate the influence of factors such as pH, electrode distance, current

density, and contact time on the disinfection effect. The results showed that electrodes
made of graphite worked well under weak acidic and neutral conditions. The current
density for complete Coliforms removal was 1.6 – 2.0 mA/cm2. At the same time, the
electrode distance of 3, 5, 7, and 9 cm gives Coliforms removal efficiencies of 100%,
100%, 98.62%, and 98.62%, respectively. These results showed that electrochemical
disinfection could be a great potential alternative to traditional disinfection by chlorine
since it would be low in disinfection by-product production in supply water treatment
plant.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan tồn bộ nội dung và kết quả nghiên cứu bài luận văn “ Nghiên cứu ứng
dụng q trình khử trùng điện hóa tại chỗ để xử lý nước sông” này là sản phẩm nghiên
cứu cá nhân của tơi.
Sản phẩm được phân tích một cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa
được cơng bố dưới bất kỳ hình thức nào.
Tơi xin cam kết sẵn sàng chịu toàn bộ trách nhiệm nếu có sự thiếu trung thực về thơng tin
hay kết quả sử dụng trong cơng trình nghiên cứu này.
Học viên thực hiện

Nguyễn Thành Đạt

iv


MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................................. viii

DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................................xi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .............................................................................................................1

1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 1
1.3 Nội dung nghiên cứu......................................................................................... 2
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 2
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ 2
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 2
1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ............................................................. 3
1.5.1 Ý nghĩa khoa học ....................................................................................... 3
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn........................................................................................ 3
1.6 Tính mới của đề tài ........................................................................................... 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN......................................................................................................4

2.1 Tổng quan lý thuyết .......................................................................................... 4
2.1.1 Một số tính chất của nước mặt sơng Sài Gòn ............................................ 4
2.1.2 Hệ thống xử lý nước cấp ............................................................................ 6
2.1.3 Các loại vi khuẩn điện hình trong nước ..................................................... 7
2.2 Tổng quan phương pháp ................................................................................... 8
2.2.1 Công nghệ khử trùng điện hóa................................................................... 8
2.2.2 Vật liệu điện cực ...................................................................................... 11
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ........................................................ 13
2.3 Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................... 16
v


CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................21


3.1 Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................ 21
3.2 Hóa chất, thiết bị và mơ hình thí nghiệm........................................................ 22
3.2.1 Hóa chất thiết bị ....................................................................................... 22
3.2.2 Mơ hình thí nghiệm.................................................................................. 24
3.3 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 25
3.3.1 Phương pháp phân tích Coliforms ........................................................... 25
3.3.2 Phương pháp phân tích pH, độ đục, độ màu ............................................ 28
3.3.3 Phương pháp thí nghiệm Jartest [22] ....................................................... 29
3.3.4 Phương pháp phân tích Chlorine tự do .................................................... 30
3.3.5 Phương pháp phân tích sắt tổng ............................................................... 30
3.3.6 Phương pháp phân tích NH4+ ................................................................... 30
3.3.7. Phương pháp phân tích chỉ số Pemanganat ............................................ 30
3.4 Nội dung nghiên cứu....................................................................................... 30
3.5. Phương pháp phân tích dữ liệu ...................................................................... 30
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................................32

4.1 Nội dung 1: Xác định khả năng khử trùng của vật liệu Graphite ................... 32
4.1.1 Kết quả Jartest và các chỉ tiêu nước đầu vào ........................................... 32
4.1.2. Phân tích vật liệu điện cực ...................................................................... 33
4.1.3 Ảnh hưởng của mật độ dòng điện ............................................................ 35
4.1.4 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ......................................................... 36
4.1.5 Ảnh hưởng của pH ................................................................................... 38
4.1.6 Ảnh hưởng của khoảng cách hai điện cực ............................................... 40
4.1.7 Tối ưu điều kiện xử lý bằng phần mềm Design Expert ........................... 41
4.2. Nội dung 2: Biến tính vật liệu Graphite bằng phương pháp phủ lớp Cu2O lên
bề mặt và xác định khả năng khả trùng của vật liệu mới trong điều kiện tối ưu.......... 45
vi


4.2.1 Phương pháp thực hiện ............................................................................ 45

4.2.2 Phân tích vật liệu...................................................................................... 45
4.2.3 Thực hiện thí nghiệm ............................................................................... 47
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VẦ KIẾN NGHỊ ...........................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................51

vii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD

- Biological Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh học

BTNMT

- Bộ Tài nguyên và Môi trường

COD

- Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hóa học

MT

- Mơi trường

QCVN

- Quy chuẩn Việt Nam


TCVN

- Tiêu chuẩn Việt Nam

TN

- Total Nitrogen - Tổng Nitơ

TP

- Total Phosphorus - Tổng phospho

TPHCM

- Thành phố Hồ Chí Minh

TSS

- Total suspended solids - Tổng chất rắn lơ lửng

EDS

- Energy-dispersive X-ray spectroscopy- Phổ tán sắc năng lượng

SEM

- Scanning Electron Microscope - Quét kính hiển vi điện tử

XRD


- X-ray Diffraction - Nhiễu xạ tia X

viii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Vị trí khu vực lấy mẫu ......................................................................................... 2
Hình 2.1. Chất lượng mơi trường nước khu vực miền Nam theo chỉ số WQI( chỉ số chất
lượng nước) năm 2021......................................................................................................... 4
Hình 2.2. Giá trị N-NH4+ tại các điểm quan trắc trên sơng Sài Gịn ................................... 5
Hình 2.3. Giá trị BOD5 tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gịn ...................................... 5
Hình 2.4. Sơ đồ cơng nghệ nhà máy nước Thủ Đức. Nguồn nước sông Đồng Nai, công
suất 300,000 m3/ ngày ......................................................................................................... 7
Hình 2.5. Sơ đồ chung của hệ thống khử trùng điện hóa bao gồm (1) thiết bị phản ứng có
khuấy, (2) thiết bị phản ứng dịng chảy xuống và (3) thiết bị phản ứng dòng chảy qua ..... 9
Hình 2.6. Sự phụ thuộc của hiệu suất sản xuất clo tự do vào nồng độ clorua đối với các
loại điện cực khác nhau. .................................................................................................... 11
Hình 2.7. Hình thái học của quá trình tổng hợp cấu trúc nano CuO-ZnO nhánh ............. 13
Hình 2.8. Hiệu suất quá trình khử trùng điện hóa với các mức độ ion Cl- khác nhau ...... 14
Hình 2.9. Mối liên hệ giữa thời gian phản ứng- nồng độ Cl-- cường độ dòng điện trong
khử trùng điện hóa ............................................................................................................. 15
Hình 2.10. Ảnh hưởng của mật độ dịng điện đối với việc hình thành chlorine ............... 16
Hình 2.11. Khả năng tạo chlorine của các điện cực a)graphite, b)Pt0.02Ni0.49Co0.49-G, c)
Pt0.05Ni0.26Co0.69-G, d) Pt0.01Ni0.24Co0.75-G, e) Pt0.02Ni0.26Co0.72-G, f) Pt0.01Ni0.22Co0.77-G, g)
Pt0.03Ni0.68Co0.29-G, h) Pt0.02Ni0.43Co0.55-G ......................................................................... 17
Hình 2.12. a) Tốc độ tạo chlorine, b) Biểu đồ tuyến tính của phương trình động học
Langmuir-Hinsheldwood. Điều kiện thí nghiệm: cực âm bằng thép khơng gỉ, khoảng cách
điện cực = 2 cm, mật độ dòng điện = 5 mA / cm2 ............................................................. 17
Hình 2.13. Mơ tả sơ đồ của lị phản ứng điện hóa bao gồm 12 điện cực .......................... 18
Hình 2.14. Mơ hình khử trùng bằng điện cực nano CuO-ZnO ......................................... 19

Hình 3.1. Sơ đồ quy trình làm thí nghiệm phương pháp điện hóa .................................... 21
Hình 3.2. Mơ hình khử trùng điện hóa minh họa và thực tế ............................................. 24
Hình 3.3 Cách pha lỗng mẫu ........................................................................................... 26
Hình 3.4 Quy trình thử nghiệm giả định phân tích chỉ số Coliforms ................................ 27
Hình 3.5. Quy trình thử nghiệm xác định phân tích chỉ số Coliforms .............................. 28
Hình 4.1. Thành phần nguyên tố của vật liệu .................................................................... 34
Hình 4.2. Phân tích SEM/EDX của điện cực than chì....................................................... 34
Hình 4.3. Phân tích XRD của điện cực than chì ................................................................ 34
ix


Hình 4.4. Ảnh hưởng của các cường độ dịng điện khác nhau đến pH, chỉ số permanganat
và hiệu quả xử lý Coliforms .............................................................................................. 35
Hình 4.5. Ảnh hưởng của các cường độ dòng điện khác nhau đối với sự thay đổi độ đục
của mẫu nước ..................................................................................................................... 35
Hình 4.6. Ảnh hưởng của các cường độ dòng điện khác nhau đối với sự thay đổi độ màu
của mẫu nước ..................................................................................................................... 36
Hình 4.7. Ảnh hưởng của thời gian lưu đến pH , chỉ số permanganat và hiệu quả xử lý
Coliforms ........................................................................................................................... 37
Hình 4.8. Ảnh hưởng thời gian lưu khác nhau đối với sự thay đổi độ đục ....................... 37
Hình 4.9. Ảnh hưởng thời gian lưu khác nhau đối với sự thay độ màu ............................ 38
Hình 4.10. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến pH, chỉ số permanganat và hiệu quả xử lý
Coliforms ........................................................................................................................... 39
Hình 4.11. Ảnh hưởng pH khác nhau đối với sự thay đổi độ đục ..................................... 39
Hình 4.12. Ảnh hưởng pH khác nhau đối với sự thay đổi độ màu .................................... 39
Hình 4.13. Ảnh hưởng của khoảng cách đến pH, chỉ số permanganat và hiệu quả xử lý
Coliforms ........................................................................................................................... 40
Hình 4.14. Ảnh hưởng khoảng cách khác nhau đối với sự thay đổi độ đục ..................... 40
Hình 4.15. Ảnh hưởng khoảng cách khác nhau đối với sự thay đổi độ màu .................... 41
Hình 4.16 Đồ thị bề mặt phản ứng của các phần tử khảo sát pH và mật độ dòng điện .... 44

Hình 4.17. Đồ thị bề mặt phản ứng của các phần tử khảo sát khoảng cách và thời gian
phản ứng ............................................................................................................................ 44
Hình 4.18. Thành phần các nguyên tố trên bề mặt vật liệu ............................................... 45
Hình 4.19. Vật liệu qua từng giai đoạn.............................................................................. 46
Hình 4.20. Phân tích SEM và EDS của vật liệu ................................................................ 46
Hình 4.21. Phân tích XRD của vật liệu ............................................................................. 47

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Tính chất nước của sơng Sài Gòn (SG), Đồng Nai (DN) và Rạch Gầm (RG) ... 5
Bảng 2.2. So sánh khả năng khử trùng của các loại điện cực ........................................... 12
Bảng 3.1. Các hóa chất cần thiết cho mơ hình thí nghiệm ................................................ 22
Bảng 3.2. Các dụng cụ sử dụng trong mơ hình thí nghiệm ............................................... 23
Bảng 3.3. Tên các thiết bị sử dụng trong mô hình thí nghiệm .......................................... 24
Bảng 3.4 Dụng cụ thí nghiệm phân tích chỉ số Coliforms ................................................ 25
Bảng 3.5 Thiết bị thí nghiệm phân tích chỉ số Coliforms .................................................. 26
Bảng 3.6. Bảng kết quả lập đường chuẩn độ đục .............................................................. 29
Bảng 4.1.Kết quả thí nghiệm Jartest 1- Xác định pH tối ưu ............................................. 32
Bảng 4.2.Kết quả thí nghiệm Jartest 2- Xác định độ Phèn tối ưu ..................................... 32
Bảng 4.3. Thông số các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình .................................................. 32
Bảng 4.4. Các chỉ số của mẫu nước đầu vào và sau quá trình xử lý sơ bộ ....................... 33
Bảng 4.5. Mơ hình xây dựng trên phần mềm Design Expert ............................................ 42
Bảng 4.6. Phân tích sự phù hợp của mơ hình cho các thí nghiệm..................................... 42
Bảng 4.7. Điều kiện chi tiết và kết quả 25 lần chạy .......................................................... 42
Bảng 4.8. Kết quả thí nghiệm với điện cực mới ................................................................ 47
Bảng 4.9. Chỉ số Chlorine của mẫu nước sau khử trùng ................................................... 47

xi



Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Với sự gia tăng dân số, nhu cầu sử dụng tài nguyên thiên nhiên đã tăng lên kéo theo
ô nhiễm môi trường và các nguồn nước cũng tăng theo. Sự gia tăng ô nhiễm nước này đã
và đang gây lo ngại trên toàn thế giới. Mặc dù cả các quốc gia phát triển và đang phát
triển đều đã tạo ra các quy chuẩn tùy theo mục đích sử dụng của nguồn nước để đảm bảo
an toàn cho sức khỏe nguời sử dụng, nhưng ở phần lớn các quốc gia kém phát triển, các
quy chuẩn có thể khơng được chính quyền địa phương thực thi hoặc có thể thiếu thơng tin
cập nhật hơn. Do đó, người ta thường thấy chất thải nguy hại được thải vào các nguồn
nước và gây ra các vấn đề về môi trường và sức khỏe. Khử trùng bằng clo đã được sử
dụng trong hơn 100 năm, do tính hiệu quả của nó trong việc khử hoạt tính của vi khuẩn
và vi rút. Clo cũng là chất khử trùng được sử dụng rộng rãi nhất để xử lý nước thải đơ thị
do tính chất oxy hóa cao và dễ sử dụng. Tuy nhiên, bất lợi khi sử dụng hóa chất Clo để
khử trùng nước là quá trình vận chuyển, lưu trữ và tạo ra dư lượng hóa chất trong nước.
Ngoài ra, việc sử dụng Clo để khử trùng khi kết hợp với các chất hữu cơ trong nước tạo
ra các chất gây ung thư. Trong những năm qua, nhu cầu về các công nghệ khử trùng mới
hơn ngày càng tăng. Ozone và tia cực tím là những lựa chọn thay thế khác để khử trùng
nước. Đây là những phương pháp có hiệu suất cao, tuy nhiên khơng mang lại tính kinh tế
vì để xây dựng một hệ thống này cần chi phí khá lớn.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm các cách khử trùng nước và nước thải
không chứa clo, vừa kinh tế vừa hiệu quả cao. Có nhiều đề xuất về các cách xử lý nước

mới hơn, một trong số đó là khử trùng điện hóa, dựa trên q trình điện hóa nước bên
trong lị phản ứng chứa các tấm điện cực với những vật liệu khác nhau đặt song song.
Khử trùng điện hóa nước sử dụng nước làm chất điện phân. Trong khi nước tinh khiết là
một chất dẫn điện kém, thì mặt khác, nước uống có chứa các khống chất, như canxi,
magiê và natri, làm tăng khả năng dẫn điện của nó. Khi quá trình điện hóa xảy ra, q
trình oxy hóa và khử diễn ra, phân hủy nước thành oxy và hydro và ion clorua thành clo
tự do và các sản phẩm phụ của clo. Hệ thống khử trùng điện hóa thương mại thường sử
dụng dòng điện một chiều, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra clo dư tự do và xử lý
chỉ tiêu Coliforms trong nước. So với các phương pháp truyền thống u cầu nhiều hóa
chất trong q trình xử lý dẫn đến một dư lượng hóa chất có hại cho sức khỏe trong
nguồn nước đầu ra. Phương pháp này mang đến sự linh hoạt khi có thể sử dụng các thể
tích lị phản ứng khác nhau và số lượng tấm điện cực khác nhau. Mục tiêu chính của
nghiên cứu này là tìm ra cấu hình kinh tế nhất của các điện cực, để đạt được sự bất hoạt
của vi khuẩn Coliforms tuân thủ QCVN 01-1:2018/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt. Tuy nhiên, khử trùng điện hóa còn
chưa được phổ biến rộng rãi do nhiều yếu tố như: cần bảo trì định kì, yêu cầu người vận
hành được trang bị đầy đủ kiến thức về công nghệ khử trùng điện hóa.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu hướng đến mục tiêu khảo sát hiệu quả xử lý các chỉ số như: Coliforms,
Permanganat, độ đục, độ màu và Chlorine của nước mặt lấy từ sơng Sài Gịn bằng
1


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003


phương pháp xử lý hóa lý kết hợp khử trùng điện hóa. Từ đó, so sánh mức độ hiệu quả
của các loại điện cực khác nhau.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu bao gồm những nội dung sau:
‐ Nội dung 1: Xác định khả năng khử trùng của vật liệu Graphite
‐ Nội dung 2: Biến tính vật liệu Graphite bằng phương pháp phủ lớp Cu2O lên bề
mặt và xác định khả năng khả trùng của vật liệu mới trong điều kiện tối ưu. Tính tốn chi
phí xử lý của hệ thống.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
Các đối tượng của nghiên cứu bao gồm:
Mẫu nước mặt được lấy tại khu vực bờ kè Trường Sa, phường 17, quận Bình
Thạnh, TP.HCM trên sơng Sài Gịn. Mẫu nước được lấy cách bờ 2 mét. Phương pháp lấy
mẫu được thực hiện theo TCVN 6663-6:2018: Chất lượng nước- Lấy mẫu- Phần 6:
Hướng dẫn lấy mẫu nước sơng suối.

Hình 1.1. Vị trí khu vực lấy mẫu

Cơng nghệ điện hóa, các loại vật liệu điện cực
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn ở quy mơ phịng thí nghiệm. Địa điểm tiến hành
nghiên cứu tại phịng thí nghiệm Khoa Môi trường và Tài nguyên Trường Đại học Bách
Khoa cơ sở Dĩ An, Thành phố Dĩ An, tỉnh Bình Dương.
Thời gian thực hiện: từ 06/2022 đến 05/2023

2


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa

tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
1.5.1 Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài cho thấy được sự hiệu quả của công nghệ điện hóa
trong xử lý nước cấp. Cơng nghệ khử trùng điện hóa có thể loại bỏ hiệu quả các tác nhân
gây ô nhiễm, mầm bệnh, vi khuẩn và các hoạt chất hữu cơ có trong nguồn nước. Nghiên
cứu cơng nghệ này giúp cải thiện chất lượng nước và đảm bảo nước cấp sạch và an tồn
cho sử dụng. Cơng nghệ khử trùng điện hóa có thể có hiệu suất cao và không tạo ra chất
thải gây ô nhiễm môi trường như nhiều phương pháp xử lý khác. Nghiên cứu về công
nghệ này giúp tăng cường hiệu quả xử lý và bền vững trong việc cung cấp nguồn nước
sạch và bảo vệ môi trường. Việc nghiên cứu công nghệ khử trùng điện hóa đóng góp vào
việc phát triển và cải tiến cơng nghệ. Những nghiên cứu này có thể mang lại những tiến
bộ mới trong công nghệ, giúp tăng cường hiệu quả, giảm chi phí và tối ưu hóa quy trình
khử trùng điện hóa.
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài nghiên cứu có ý nghĩa đối với mơi trường và các q trình xử lý nước cấp.
Cơng nghệ khử trùng điện hóa có thể loại bỏ hiệu quả các tác nhân gây ô nhiễm, mầm
bệnh, vi khuẩn và các hoạt chất hữu cơ có trong nguồn nước. Nghiên cứu cơng nghệ này
giúp cải thiện chất lượng nước và đảm bảo nước cấp sạch và an toàn cho sử dụng.. Trong
tương lai, cơng nghệ điện hóa sẽ mở ra hướng đi mới trong lĩnh vực xử lý nước. Công
nghệ khử trùng điện hóa có thể tiết kiệm năng lượng so với các phương pháp truyền
thống khác, như sử dụng hóa chất hoặc nhiệt độ cao. Nghiên cứu về công nghệ này giúp
tối ưu hóa quy trình xử lý nước, tiết kiệm năng lượng và giảm thải gây ô nhiễm môi
trường. Công nghệ khử trùng điện hóa có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, bao
gồm xử lý nước cấp, nước thải, nước bể bơi, nước công nghiệp và nhiều ứng dụng khác.
Nghiên cứu về công nghệ này tạo ra sự linh hoạt trong việc giải quyết các vấn đề xử lý

nước khác nhau và đáp ứng nhu cầu của các ngành cơng nghiệp và cộng đồng.
1.6 Tính mới của đề tài
Đề tài có các tính mới đặc trưng đó là:
-

Sử dụng phương pháp điện hóa trong giai đoạn khử trùng để xử lý nước cấp
Khảo sát hiệu quả xử lý các điện cực như: Carbon felt, Ti, Graphite
Đánh giá được hiệu quả của các loại điện cực cũng như tính khả thi khi áp dụng
cơng nghệ điện hóa vào thực tế.

3


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan lý thuyết
2.1.1 Một số tính chất của nước mặt sơng Sài Gịn
Sơng Sài Gòn dài 256 km, chảy dọc trên địa phận Thành phố Hồ Chí Minh khoảng
80 km, có lưu lượng trung bình vào khoảng 54 m³/s, bề rộng tại Thành phố khoảng 225 m
đến 370 m, độ sâu có chỗ tới 20 m, diện tích lưu vực trên 5000 km² [1].
Thành phố Hồ Chí Minh có hệ thống kênh ngịi dày đặc, tuy nhiên, phần lớn những kênh
rạch này đã và đang bị ô nhiễm nghiêm trọng do nước thải sinh hoạt cũng như các khu
công nghiệp, khu chế xuất [2]. Từ tháng 4 đến tháng 12 năm 2021, Trung tâm Quan trắc
môi trường miền Nam đã triển khai 8 đợt quan trắc tại 100 điểm gồm 58 điểm nước mặt

lục địa trên lưu vực hệ thống sông Đồng Nai (bao gồm: lưu vực sông Đồng Nai, lưu vực
sông Sài Gịn, lưu vực sơng Thị Vải, lưu vực sơng Vàm Cỏ) và lưu vực sông Mê Công
(sông Tiền), 12 điểm nước biển ven bờ và cửa sông ven biển tại khu vực biển Bà Rịa Vũng Tàu, TP. Hồ Chí Minh, Tiền Giang và khu vực cửa sông Đồng Nai, cửa sơng Sài
Gịn, cửa sơng Thị Vải, cửa sơng Tiền [3].

Hình 2.1. Chất lượng mơi trường nước khu vực miền Nam theo chỉ số WQI( chỉ số chất
lượng nước) năm 2021 [3]

Kết quả quan trắc năm 2021 của Trung tâm Quan trắc môi trường miền Nam cho thấy,
lưu vực sông Sài Gịn có chất lượng nước kém nhất trong 5 lưu vực sông thực hiện quan
trắc tại khu vực miền Nam, mức độ ô nhiễm hữu cơ (đặc trưng bởi thông số COD) và ô
nhiễm dinh dưỡng (đặc trưng bởi thơng số N-NH4+) cao hơn các lưu vực sơng cịn lại [3].
Tp. HCM đang trên đà cơng nghiệp hóa hiện đại hóa với GDP bình qn đạt 9.8% [3].
Q trình này kéo theo sự gia tăng dân số một cách nhanh chóng, tốc độ đơ thị hóa ở khu
4


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

vực nông thôn đang diễn ra mạnh mẽ. Hiện tại, nguồn nước sinh hoạt của thành phố cũng
đang đối diện với nhiều thách thức lớn khi trên 90% nguồn nước sạch cung cấp cho sinh
hoạt của Tp. HCM được lấy từ nguồn nước mặt sông Đồng Nai, sông Sài Gịn và kênh
Đơng [2]. Bên cạnh đó, với áp lực bởi các hoạt động kinh tế - xã hội như sự phát triển của
các khu công nghiệp/ khu chế xuất (KCN/KCX), tốc độ đơ thị hóa, cùng với sự gia tăng
dân số đã gây sức ép nặng nề đối với nguồn nước, khiến mức độ ô nhiễm nguồn nước

vượt q khả năng kiểm sốt.

Hình 2.2. Giá trị N-NH4+ tại các điểm quan trắc trên sơng Sài Gịn [4]

Hình 2.3. Giá trị BOD5 tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gịn [4]

Mức độ ơ nhiễm dinh dưỡng (tồn tại dưới dạng N-NH4+) cao nhất trên sơng Sài Gịn
là khu vực Cầu Chữ Y, giá trị N-NH4+ vượt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột
B1 khoảng 7.0 lần

Bảng 2.1. Tính chất nước của sơng Sài Gịn (SG), Đồng Nai (DN) và Rạch Gầm (RG) [5]

5


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

Tính chất
Độ màu
(Pt-Co)
Độ đục
(NTU)
pH
NO3(mg/L)
Fe2+
(mg/L)
SO42(mg/L)
PO43(mg/L)

Chlorine
(dư)(mg/L)
Pecmanganate
(mg/L)
Tổng
Coliforms
(MPN/ml)

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

Nước thô

QCVN
01:2009/BYT

Nước đã qua xử lý

SG
96

RG
192

DN
70

SG
3


RG
5

DN
1

15

24

11.1

19.7

1.1

1.5

0.78

2

7.5
1.2

7.75
1

7.1
1


7.5
0

7
2.2

7
0

6.5-8.5
50

0.15

0.82

0.1

0

0.06

0

0.3

50

15


8

20

9

2

250

0.6

0.3

0.08

0.06

0.07

0.01

-

0.03

0.01

0.02


0.01

0.01

0.01

0.3-0.5

6.52

5.44

5.2

2.52

1.96

1.92

2

4600

2400

2100

15


4.3

4.3

0

Theo Sở Xây dựng TPHCM, dù cơ quan quản lý đã tăng cường nhiều giải pháp bảo
vệ nguồn nước nhưng chất lượng nước mặt hệ thống sơng Sài Gịn - Đồng Nai đang bị ô
nhiễm nặng. Các chỉ tiêu như amoniac, hữu cơ, vi sinh, mangan... ngày càng tăng. Ngoài
ra, nguồn nước sông đang chịu tác động lớn bởi đặc tính thời tiết, thủy văn và ảnh hưởng
do biến đổi khí hậu dẫn đến nguy cơ xâm nhập mặn và thiếu nước vào mùa khô [6].
2.1.2 Hệ thống xử lý nước cấp
Hiện nay, cùng với sự phát triển của xã hội, nhiều phương pháp khác nhau đã được
áp dụng vào để xử lý ô nhiễm nguồn nước mặt đảm bảo nhu cầu về lượng nước hằng
ngày của người dân như: keo tụ tạo bông, lắng, lọc, khử trùng. Đây là quy trình xử lý
nước mặt phổ biến hiện nay ở Việt Nam. Cụ thể có thể diễn giải bằng cơng nghệ xử lý
nước mặt của nhà máy nước Thủ Đức (hình 2.4).

6


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

Hình 2.4. Sơ đồ cơng nghệ nhà máy nước Thủ Đức. Nguồn nước sông Đồng Nai, công suất

300,000 m3/ ngày [7].

Nguồn nước đầu vào sau khi được bơm vào hệ thống xử lý qua trạm bơm sẽ được thực
hiện các q trình hóa-lý: keo tụ- tạo bơng, lắng, lọc. Cuối cùng, nước được đưa qua bể
tiếp xúc chlorine ( bể khử trùng) để đảm bảo nguồn nước đầu ra đạt quy chuẩn cho phép
trước khi bơm vào mạng lưới.
Có thể thấy với qui trình xử lý truyền thống, hệ thống sẽ cần cung cấp hóa chất cho giai
đoạn tiền xử lý: Cl2, PAC, và giai đoạn khử trùng: Cl2, Vôi, Fluor. Với phương pháp khử
trùng, hiện nay nhiều công nghệ được nghiên cứu triển khai để thay thế phương pháp khử
trùng truyền thống bằng Clo như: khử trùng UV, quang xúc tác, khử trùng điện hóa,…
Trong đó, khử trùng điện hóa ngày càng được quan tâm trong nhiều lĩnh vực của đời
sống xã hội và công nghiệp. Khử trùng nước bằng điện hóa là một cách hiếm khi được sử
dụng nhưng thuận tiện và hiệu quả cao để khử trùng nước. Kỹ thuật khử trùng điện hoá
hoạt động mà khơng cần bổ sung hợp chất hóa học vào nước được xử lý bằng cách sử
dụng dòng điện tạo ra các chất mang tính khử trùng có trong nước như: Chlorine, Ozon,
H2O2 [8]. Đây là một phương pháp tiềm năng có thể thay thế cho khử trùng bằng hóa chất
truyền thống.
2.1.3 Các loại vi khuẩn điện hình trong nước
Sự hiện diện của các vi sinh vật gây bệnh trong nước sông là mối đe dọa tiềm ẩn đối với
sức khỏe con người. Các bệnh lây truyền qua đường nước như tiêu chảy có thể do các
mầm bệnh phổ biến như vi khuẩn (Shigella dysenteriae, Escherichia Coli, Coliforms,
Salmonella typhi và Campylobacter), vi rút và ký sinh trùng (Entamoeba histolytica) bao
gồm động vật nguyên sinh (Giardia lamblia và Cryptosporidium)[9]. Vi khuẩn được
chọn cho nghiên cứu này là Coliforms. Coliforms là chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá
chất lượng môi trường nước. Do dễ phát hiện và định lượng nên Coliforms được coi là
nhóm vi khuẩn chỉ thị thích hợp để đánh giá mức độ ô nhiễm vi sinh vật trong nước….
7


Luận văn Thạc sĩ

Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

Nhóm Coliforms có mặt rộng rãi trong tự nhiên, xâm nhiễm vào cơ thể người chủ yếu
thông qua con đường tiêu thụ thức ăn, nước uống bị ô nhiễm. Một số chủng có thể gây
bệnh như: tiêu chảy, kiết lị, viêm đường tiết niệu, viêm gan, viêm phế quản, viêm màng
phổi… Một số chủng đột biến có khả năng sinh ngoại độc tố, tác động lên tế bào thần
kinh [10]. Coliforms tổng số (TC) được xác định theo phương pháp đếm số có xác suất
lớn nhất - MPN (most probable number) theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6187-2: 1996.
2.2 Tổng quan phương pháp
2.2.1 Công nghệ khử trùng điện hóa
2.2.1.1 Khái niệm
Phương pháp khử trùng điện hóa là quá trình các cực dương và cực âm (ít nhất có một
cực dương và một cực âm) được đưa trực tiếp vào trong nước. Sau đó, một nguồn điện
một chiều được đưa trực tiếp vào các điện cực tạo nên quá trình điện hóa [8].
Q trình khử trùng điện hóa trong xử lý nước sẽ diễn ra sau quá trình keo tụ- tạo bơng,
lắng, lọc [11]. Tương tự q trình khử trùng truyền thống hệ thống khử trùng điện hóa
được đặt sau bể lọc.
2.2.1.2 Cơ chế phản ứng
Khi có dịng điện một chiều chạy qua 2 điện cực thì sản phẩm chính của cực dương là oxi
[8]:
2H2 O → O2 + 4H + + 4e−
Kèm theo sự axit hóa ở vùng lân cận cực dương. Ở cực âm, hydro được tạo thành:
2H2 O + 2e− → H2 + 2OH −
Trong một vài thí nghiệm, các báo cáo cho thấy đã sử dụng phương pháp ngăn sự tạo
thành hydro khong mong muốn ở cực âm:
2H2 O + O2 + 4e− → 4OH−

Ngoài ra, cịn có q trình tạo thành chlorine tự do khi thực hiện khử trùng điện hóa [11]
Cl− → 1/2Cl2 + e−
Cl2 + H2 O → HClO + HCl
Tuy nhiên, ở một số điện cực nhất định, các gốc hydroxyl không tương tác với bề mặt của
điện cực và chúng có thể tiếp cận để hợp nhất với hypoclorit tạo thành peclorat là một sản
phẩm phụ không mong muốn [12].
+
−
ClO− + 2• OH → ClO−
3 + 2H + 2e
−
+
−
ClO−
3 +• OH → ClO4 + H 2e

Phương pháp đã chứng minh được ngay cả ở nồng độ chloride rất thấp (< 100 mg/l) thì
vẫn tạo ra đủ chlorine tự do để khử trùng một cách hiệu quả. Chất khử trùng axit
hypochlorous/ hypochlorite được tạo ra ở cực dương trong một phản ứng phụ với q
trình tiến hóa oxy [8].
8


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003


Ngồi ra, q trình điện hóa cũng sinh ra một số sản phẩm phụ không mong muốn như:
chlorate ở anot và amoniac ở catot [13]:
−
+
−
6HClO + 3H2 O → 2ClO−
3 + 4Cl + 12H + 1.5O2 + 6e
−
−
−
NO−
3 + H2 O + 2e → NO2 + 2OH
−
−
NO−
2 + 5H2 O + 6e → NH3 + 7OH

Bằng cách sử dụng các cực dương với mật độ dòng điện cao và nhiệt độ nước thấp, có thể
sản xuất ozone trực tiếp từ nước[14]:
3H2 O → O3 + 6H + + 6e−

(1)

(2)

(3)

Hình 2.5. Sơ đồ chung của hệ thống khử trùng điện hóa bao gồm (1) thiết bị phản ứng có
khuấy, (2) thiết bị phản ứng dòng chảy xuống và (3) thiết bị phản ứng dòng chảy qua [15].


Khi sử dụng q trình khử trùng điện hóa để xử lý nước, có thể xảy ra một số sản phẩm
phụ khơng mong muốn, để hạn chế các sản phẩm phụ này cần:
- Điều chỉnh điện áp hoặc dòng điện: Sản phẩm phụ khơng mong muốn có thể xảy ra khi
q trình khử trùng điện hóa khơng được điều chỉnh chính xác. Điều chỉnh điện áp hoặc
dịng điện có thể giúp kiểm sốt q trình oxi-hố và tăng cường hiệu suất của q trình,
từ đó giảm sản phẩm phụ khơng mong muốn.
- Kiểm soát thời gian tiếp xúc: Thời gian tiếp xúc nước với q trình khử trùng điện hóa
cũng có thể ảnh hưởng đến sản phẩm phụ. Nếu thời gian tiếp xúc quá dài, sản phẩm phụ
có thể tạo ra nhiều hơn. Kiểm soát và điều chỉnh thời gian tiếp xúc là một cách để giảm
sản phẩm phụ không mong muốn. Nếu các sản phẩm phụ khơng mong muốn vẫn cịn
trong nước sau q trình khử trùng điện hóa, có thể áp dụng các phương pháp xử lý phụ
như quá trình kết tủa, quá trình xử lý sinh học hoặc quá trình hấp phụ để loại bỏ hoặc
giảm các chất không mong muốn.
Trong q trình điện hóa, các electron đi qua nước và tác động lên các ion chlorite để
tách chúng thành các ion chlorine và các electron tự do. Sau khi tạo ra chlorine tự do
(Cl2), nó có thể được thu thập từ q trình khử trùng điện hóa và sử dụng làm chất khử
trùng trong quá trình xử lý nước. Chlorine tự do có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, vi rút và
9


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

các sinh vật gây bệnh khác trong nước, giúp đảm bảo rằng nước cấp sinh hoạt an toàn và
không chứa các tác nhân gây bệnh [8].
Năng lượng tối thiểu cho một lần khử trùng điện hóa được tính tốn từ mơ hình khử trùng

điện hóa đơn giản [11]:
𝐸 = 𝑈𝐼𝑡
𝐼𝑧𝜇𝐶 𝑡
𝐶=
𝐹𝑉
𝐼𝑧𝜇𝐶 𝑡 2
𝐷 = 𝐶𝑡 =
𝐹𝑉
𝐸 𝑈𝑉𝐹𝑧
𝐸𝑑 = =
𝐷
𝜇𝐶 𝑡
Trong đó:
U: hiệu điện thế của hệ thống (đơn vị: V)
I: cường độ dòng điện hiện tại (đơn vị: A)
t: thời gian khử trùng (đơn vị: phút)
C: nồng độ Cl2 (đơn vị: mol.L-1)
𝜇𝐶 : hiệu suất sinh ra chlorine tự do
D: liều khử trùng (đơn vị: mol.min.L-1)
z: số đương lượng electron trên một mol của chất oxy hóa (với Cl2 thì z=2)
Cơng nghệ điện hóa có một lợi thế khác biệt so với các công nghệ cạnh tranh ở chỗ chúng
hoạt động hiệu quả ở điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau. Mặc dù tăng nhiệt độ làm
tăng mật độ dòng trao đổi (𝑖0 ) đối với các phản ứng điện cực, tốc độ phản ứng (hoặc dòng
điện) được liên kết theo cấp số nhân với thế điện cực, như được chỉ ra bởi biểu thức động
học Butler-Volmer. Do đó, việc vượt qua năng lượng hoạt hóa của một phản ứng nhất
định có thể được thực hiện một cách thuận tiện bằng cách điều chỉnh cường độ điện cực
𝑖 = 𝑖0 [exp (𝛼

𝑛𝐹
𝑛𝐹

(𝐸 − 𝐸 0 )) − exp ((1 − 𝛼)
(𝐸 − 𝐸 0 ))]
𝑅𝑇
𝑅𝑇

Trong đó:
i: cường độ dòng điện
𝛼: hệ số chuyển electron
E: thế điện cực
EO: thế điện cực tiêu chuẩn
F: hằng số Faraday
10


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

2.2.2 Vật liệu điện cực
Ngày nay, khi đã có nhiều nghiên cứu về khử trùng điện hóa dẫn đến các loại điện cực
được sử dụng trong quá trình cũng ngày càng đa dạng hơn. Một số điện cực hiện nay
như: điện cực kim cương pha tạp (BDD), graphite, PbO2/graphite, Ti/RuO2, Ti/IrO2, Ti/Pt
– IrO2 và Pt [8, 13, 16].
Có sự khác biệt rất lớn đã được nghiên cứu về hiệu quả tạo chlorine tự do giữa các điện
cực khác nhau ở nước có nồng độ chlorite thấp

Hình 2.6. Sự phụ thuộc của hiệu suất sản xuất clo tự do vào nồng độ clorua đối với các loại

điện cực khác nhau [8].

Ở điện cực IrO2 có hiệu suất cao nhất trong 4 loại điện cực (gần 10%), trong khi đó BDD
và Pt có hiệu suất khá thấp (1-1.5%)
Một khía cạnh quan trọng trong việc lựa chọn điện cực là tuổi thọ của điện cực. Thời gian
tồn tại ngắn nhất của các điện cực được thử nghiệm đã được quan sát thấy đối với các
điện cực Ti phủ RuO2, tiếp theo là các điện cực phủ IrO2 với tuổi thọ khoảng ba tháng.
Các điện cực phủ IrO2/RuO2 có tuổi thọ gần một năm các điện cực Ti được mạ Pt có tuổi
thọ gần tám năm [8].
Ngoài ra, mỗi loại vật liệu điện cực sẽ phù hợp để xử lý với một loại nước xác định cùng
với một thời gian khử trùng khác nhau. Nói chung, các điện cực ổn định về kích thước
bao gồm các điện cực titan phủ ruthenium và iridi oxit được sử dụng rộng rãi nhất cho
11


Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu ứng dụng quá trình khử trùng điện hóa
tại chỗ để xử lý nước sơng

HVTH: Nguyễn Thành Đạt
MSHV: 2270003

các sản xuất công nghiệp quy mô lớn vì chúng có tiềm năng rất cao đối với q trình oxy
hóa clorua (Cl− ) [17]. Ngồi các điện cực trên, các vật liệu khác cũng được sử dụng là
điện cực bạch kim và kim cương pha tạp. Tuy nhiên, hoạt tính của platin bị giảm ở điện
thế anốt cao do sự hình thành màng oxit platin [18]. Hơn nữa, những điện cực này có giá
thành cao đối với việc sản xuất quy mơ lớn. Chi phí cao của các điện cực cũng góp phần
làm tăng chi phí vốn, trở thành những rào cản khi ứng dụng rộng rãi trong ngành xử lý
nước. Trong số các điện cực có sẵn trên thị trường vật liệu, than chì (graphite) rất được
quan tâm vì giá thành thấp trái ngược với các kim loại như bạch kim, vàng, kim cương

pha tạp (BDD). Một số nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng việc pha tạp các vật
liệu quý trên các vật liệu gốc cacbon là có thể tăng cường hoạt tính xúc tác và giảm chi
phí vật liệu so với các kim loại quý [19].
Bảng 2.2. So sánh khả năng khử trùng của các loại điện cực [20].
Cực dương

Cực âm

Điều kiện

Hiệu quả

Thép không gỉ

50 mg/L [Cl− ],1.5 mA/cm2

2 mg/L Cl2
trong 30 phút

Than hoạt tính dạng
Than hoạt tính
miếng

3 mg/L [Cl−], 0.33 mA/cm2,
tổng Coliforms trong
khoảng 900 MPN/100 mL

100% trong 15
phút


Than chì

Vải than hoạt tính

Vải hoạt tính

Than chì

Than chì

TiC (oxit titanium/
carbon xốp)

Điện cực carbon
xốp

PbO2/than chì

Tấm Titan

PtRu/than chì

Than chì

10 g/L [Cl−], 1.6 V, 2.5 ×107
CFU/ mL E. coli, tốc độ dòng
chảy 5 mL/min

10.2 mg/L [Cl−], 3 mA/cm2,
5.5 × 103 CFU/100 mL E. coli

0.1 M [Cl−], 1.2 V
30 g/L [Cl−], 253 A/m2,
8.7 × 106 CFU/100 mL E. coli
2 mM [Cl−], 15 mA/cm2,
5 × 105 CFU/100 mL E. coli

Giảm 62% trong
7 phút

Giảm 99.9%
trong 10 phút
0.5 mM Cl2
trong 10 phút
Giảm 6.2-log
trong 8 phút
Giảm 5-log
trong 5 phút

Ngoài ra, để tăng hiệu suất của q trình khử trùng, hiện nay có một số vật liệu điện cực
mới đã được tạo ra, ví dụ như: điện cực Ti được mạ một lớp Ni-Sb-SbO2 [21], điện cực
graphite phủ lớp Pt-Ni-Co [20], điện cực graphite phủ lớp Cu,…

12