Giải pháp thiết kế chế tạo thiết bị khử trùng nước uống cầm tay

Bài viết trình bày một số kết quả nghiên cứu trong thiết kế chế tạo thiết bị khử trùng xử lý nước cầm tay sử dụng phương pháp phân tích thể tích chuẩn độ thiosunfat. Các kết quả tính toán và thử nghiệm cho thấy, thiết bị khử trùng nước uống cầm tay có chất lượng tương đương với thiết bị của hãng MIOX (Mỹ).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giải pháp thiết kế chế tạo thiết bị khử trùng nước uống cầm tay Thông tin khoa học công nghệ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ KHỬ TRÙNG NƯỚC UỐNG CẦM TAY Bùi Văn Tài1*, Phạm Thị Phượng1, Mai Văn Phước1, Phạm Văn Hòa2 Tóm tắt: Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu trong thiết kế chế tạo thiết bị khử trùng xử lý nước cầm tay sử dụng phương pháp phân tích thể tích chuẩn độ thiosunfat. Mạch điện tử được thiết kế nhỏ gọn dựa trên vi điều khiển ARM, sử dụng nguồn pin, sẽ tính toán, kiểm soát dòng và thời gian điện phân để đạt được hàm lượng Cl* riêng thích hợp, đủ để tạo ra dung dịch dịch hoạt hóa điện hóa khử trùng xử lý nước cầm tay, tạo ra nước uống phục vụ bộ đội. Các kết quả tính toán và thử nghiệm cho thấy, thiết bị khử trùng nước uống cầm tay có chất lượng tương đương với thiết bị của hãng MIOX (Mỹ). Từ khóa: Thiết bị khử trùng; Dung dịch hoạt hóa điện hóa; Dung dịch khử trùng. 1. MỞ ĐẦU Dung dịch hoạt hóa được tạo thành từ quá trình điện phân dung dịch muối ăn trong khe hẹp có khả năng khử trùng cao đã được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như: khử trùng rau quả, khử trùng bể bơi, xe tiêu tẩy để tiêu độc triệt trùng, khử trùng cho phòng mổ bệnh viện, khử trùng cho nông trại chăn nuôi,... [2-4]. Quân đội NATO được trang bị các thiết bị tạo dung dịch hoạt hóa dạng cầm tay sử dụng nguồn pin để khử khuẩn, sát trùng nguồn nước mặt khi hành quân dã ngoại. Điển hình là thiết bị của hãng MIOX (Mỹ), tiện dụng phù hợp vì kích thước nhỏ gọn, sử dụng pin, giá thành xử lý thấp [3]. Quân đội Cộng hòa Séc cũng trang bị thiết bị khử trùng nước mặt cầm tay trên nguyên lý điện phân tạo nano bạc. Với quân đội ta, trong nhiều tình huống thực tế huấn luyện, chiến đấu, hành quân dã ngoại hoặc đóng quân tại vùng núi, hải đảo, nơi không có điện lưới, vùng lũ lụt,... bộ đội phải sử dụng nguồn nước mặt tự nhiên không qua xử lý, đun nấu làm nước uống. Điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sức khoẻ, kết quả huấn luyện, chiến đấu do hầu hết các nguồn nước mặt đều bị ô nhiễm, nhiễm khuẩn,... Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý, khử trùng nước uống cầm tay dùng nguồn pin là cần thiết. Thiết bị được thiết kế dựa trên tham khảo mẫu thiết bị xử lý nước cầm tay của hãng MIOX (Mỹ), có cấu trúc nhỏ gọn, thuận tiện trang bị cá nhân, đã được thử nghiệm và cho chất lượng khử trùng nước tương đương thiết bị MIOX. 2. XÂY DỰNG CÁC THAM SỐ CHO THIẾT BỊ 2.1. Tính toán hàm lượng Cl* riêng và hiệu suất dòng phản ứng Hàm lượng Cl* riêng là số mg chất hoạt tính tạo thành khi tiêu tốn 1 Ah được xác định theo công thức: V C = (mg/Ah) (1) I  t 1000 Trong đó: I - Cường độ dòng điện phân (A); t - Thời gian điện phân (giờ); V - Thể tích dung dịch điện phân (ml), C - Nồng độ Clo hoạt tính tạo thành (mg/l). Trong điện phân dung dịch, khối lượng sản phẩm tính theo Faraday có dạng: M lt = Ð.I .t (2) Với: I - Cường độ dòng điện phân (A); t - Thời gian điện phân (s); Đ - Đương lượng điện hoá của chất điện phân (g/Ah). Trong đó, đương lượng điện hoá của chất điện phân xác định theo biểu thức: 28,6.M Ð= (3) z 162 B. V. Tài, …, P. V. Hòa, “Giải pháp thiết kế chế tạo thiết bị khử trùng nước uống cầm tay.” Thông tin khoa học công nghệ Với: M - Phân tử lượng chất điện phân; z - Số electron trao đổi. Trên cơ sở đó, nếu gọi Mtn là khối lượng sản phẩm thu được từ thực nghiệm (g), ta có hiệu suất dòng phản ứng là: M H = tn 100 (4) M lt 2.2. Lựa chọn điện cực và mật độ dòng điện Kết quả phân tích thiết bị khử trùng nước của hãng MIOX nhận thấy, điện cực có cấu trúc gồm anốt và catốt. Anốt là loại điện cực trơ dạng Ti/RuO2 (gồm lớp oxit của kim loại quý RuO2 phủ lên nền kim loại Titan tinh khiết). Điện cực có hình vành khăn, màu đen, đường kính trong 22 mm. - Điện cực anốt bằng titan phủ rutheni oxyt và titan điôxyt, anot bằng titan nguyên chất. Khoảng cách điện cực 2,5 mm, kích thước catốt  = 17mm, anốt trong = 22mm, chiều cao H = 16 mm. - Dung dịch điện phân là muối NaCl bão hòa, chế độ điện phân: dòng xung DA  30 A/dm2, thời gian 1s, nghỉ 1s, sau đó điện phân tiếp 4s. 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ KHỬ TRÙNG NƯỚC 3.1. Thiết kế, chế tạo mạch điện tử điều khiển Mạch điện tử điều khiển (sơ đồ chức năng trên hình 1) có nhiệm vụ: Kiểm soát và duy trì cường độ dòng điện trong quá trình điện phân; Duy trì thời gian điện phân và đóng ngắt mạch điện; Thực hiện giao tiếp phím bấm và hiển thị LED trạng thái hoạt động của thiết bị. Khối điều khiển Điện cực dòng điện LED hiểu thị trạng thái Khối xử lý (vi điều khiển) Phím bấm điều khiển Ổn áp 3.3V Nguồn cấp ...