Ứng dụng plasma lạnh để xử lý nước: Tổng hợp tài liệu

 loại nặng. Tuy nhiên hiệu quả xử lý các chỉ 
tiêu này của công nghệ phóng điện vầng quang không được 
đề cập trong các nghiên cứu đã tổng hợp. 
Cả công nghệ phóng điện màn chắn và công nghệ 
phóng điện vầng quang đều có hiệu quả cao khi sử dụng để 
phân rã hợp chất hữu cơ. Để so sánh hiệu quả phân rã hợp 
chất hữu cơ giữa các công nghệ với nhau, chỉ số hiệu suất 
năng lượng tương đối (REE) được đề xuất tại nghiên cứu 
14. REE càng lớn, hiệu suất phân rã hợp chất hữu cơ càng 
cao. Kết quả được tóm tắt trong Bảng 2. Từ Bảng 2, thấy 
rằng hiệu quả phân rã hợp chất hữu cơ sẽ giảm theo thứ tự 
như sau: (1) điện áp xung > điện áp DC hoặc AC; (2) phóng 
điện vầng quang xung > phóng điện xung có màn chắn > 
phóng điện DC; (3) Plasma trong khí oxy > plasma trong 
không khí > plasma trong dung dịch; (4) nước được phun 
sương > màng nước > lớp nước. Như vậy phóng điện vầng 
quang xung trong không khí kết hợp với nước được phun 
sương sẽ cho hiệu quả xử lý cao nhất. Tuy nhiên công nghệ 
phóng điện vầng quang xung chỉ hoạt động hiệu quả đối 
với xung cao áp có biên độ rất lớn (25 - 30 kV) và độ rộng 
xung rất nhỏ (10 - 100 ns) 6, 7, 10. Bộ nguồn xung kiểu 
này hiện không có trên thị trường trong nước nên phải nhập 
khẩu và có giá thành rất đắt. Mặc dù có hiệu suất xử lý thấp 
hơn công nghệ phóng điện vầng quang xung, phóng điện 
màn chắn hoạt động hiệu quả với bộ nguồn xung cao áp có 
dạng sóng gần sin với tần số cao (20 - 30 kHz) và biên độ 
điện áp có giá trị từ 10 kV đến 20 kV. Bộ nguồn xung tần 
số cao kiểu này hiện sẵn có trên thị trường với giá thành 
thấp nên thích hợp để phát triển các hệ thống xử lý nước 
bằng plasma lạnh theo kiểu phóng điện màn chắn có quy 
mô hộ gia đình với giá thành phù hợp nhu cầu người dân. 
3.2. Tác động phụ 
Mặc dù có hiệu quả cao trong diệt khuẩn và phân rã hợp 
chất hóa học trong nước như trình bày ở phần trên, nhưng 
công nghệ phóng điện màn chắn vẫn gây ra tác động không 
mong muốn đối với nước sau khi xử lý, đó là làm giảm độ 
Bơm 
nước
Máy phát 
xung cao 
áp
Bể chứa 
nước
Buồng 
phản ứng 
plasma
Nước đầu vào được 
phun sương
Buồng 
plasma
Điện cực
Xung 
cao áp
Vùng 
plasma
Điện cực
Nước sau xử lý
24 Nguyễn Văn Dũng, Đặng Huỳnh Giao 
pH, tăng độ dẫn điện và gia tăng rất mạnh nồng độ NOx- 
khi thời gian xử lý đủ dài 5, 8, 13. Nguyên nhân của sự 
sụt giảm nồng độ pH có thể giải thích là do sự tương tác 
giữa plasma với nước sẽ làm tăng nồng độ H+, acid nitric, 
acid nitrous, H2O2 và O2- 5, 8. Sự tăng độ dẫn điện có thể 
là do sự tăng mạnh nồng độ các ion trong nước sau khi xử 
lý, chẳng hạn như H+, H3O+, NO3-, NO2- 5. Nguồn gốc 
xuất hiện các acid nitric và acid nitrous trong nước sau xử 
lý là do quá trình phóng điện tia lửa trong khe hở không 
khí ẩm giữa các điện cực sẽ hình thành các oxide nitơ NOx 
(NO, NO2). Khi NOx kết hợp với nước/hơi nước sẽ tạo 
thành acid nitric và acid nitrous. 
Tác động phụ của công nghệ phóng điện vầng quang 
xung vẫn chưa được đề cập trong các nghiên cứu đã 
tổng hợp. 
4. Mô hình xử lý nước nghiên cứu 
Như đã trình bày ở phần thảo luận, xuất phát từ yêu cầu 
cần phát triển các hệ thống xử lý nước bằng plasma lạnh có 
quy mô hộ gia đình với giá thành hợp lý, công nghệ phóng 
điện màn chắn sẽ được nghiên cứu. Mô hình hệ thống xử lý 
nước bằng công nghệ phóng điện màn chắn được trình bày 
ở Hình 6. Mô hình này được phát triển dựa trên cơ sở các kết 
quả ở nghiên cứu 4, 13. Tuy nhiên, khe plasma phụ được 
thiết kế thêm ở bên ngoài ống thủy tinh dùng để tạo ozone 
xử lý sơ bộ nguồn nước đầu vào. Hơn nữa khe plasma phụ 
này còn có tác dụng giảm tác động của sự méo dạng ống 
thủy tinh đến sự hình thành và ổn định của plasma bên trong 
ống thủy tinh. Hiệu quả của khe plasma phụ đã được khảo 
sát và sẽ trình bày ở nghiên cứu tiếp theo. Mô hình này sẽ 
được kết hợp thêm với các bộ phận lắng lọc cơ học hoặc/và 
keo tụ-tạo bông tùy theo loại nguồn nước đầu vào và chất 
lượng yêu cầu của nước đầu ra để tăng hiệu quả xử lý. 
Bảng 2. Hiệu suất năng lượng tương đối (REE) của 
các công nghệ tạo plasma lạnh 14 
TT Công nghệ REE 
1 
Phóng điện phát sáng trên bề mặt dung dịch điện 
phân 
0,07 
2 Phóng điện màng ngăn 0,7 
3 
Phóng điện vầng quang xung trong nước; Phóng 
điện vầng quang xung trong không khí trên bề 
mặt nước; Phóng điện phát sáng trong dung dịch 
điện phân; Phóng điện hồ quang trượt 
1 
4 Phóng điện vầng quang xung trong nước có tạo 
bọt khí; Phóng điện ở dải tần số vô tuyến 
2 
5 
Phóng điện vầng quang xung ghép nối tiếp; 
Phóng điện vi sóng 
3 
6 
Phóng điện bề mặt xung trong nước; Phóng điện 
hồ quang trượt AC trong khí oxy với nước được 
phun sương 
4 
7 
Phóng điện vầng quang xung trong nước có tạo 
bọt oxy 5 
8 
Phóng điện vầng quang xung có thổi oxy qua lỗ 
điện cực; Phóng điện xung kiểu màng ngăn có 
tạo bọt khí 
10 
9 
Phóng điện bề mặt xung trong nước có tạo bọt 
khí; Phóng điện vầng quang xung trên bề mặt 
nước trong môi trường Ar hoặc oxy; UV và 
ozone từ phóng điện màn chắn trong không khí 
20 
10 
Phóng điện vầng quang xung ghép nối tiếp + tiền 
xử lý 50 
11 
Phóng điện DC trong không khí trên bề mặt 
màng nước 100 
12 
Phóng điện xung có màn chắn trong không khí 
trên bề mặt màng nước; Phóng điện hồ quang 
trượt trong khí oxy với nước được phun sương 
400 
13 
Phóng điện vầng quang xung trong không khí 
trên bề mặt màng nước 1000 
14 
Phóng điện vầng quang xung trong không khí kết 
hợp nước được phun sương; Phóng điện vầng 
quang xung trong khí oxy trên bề mặt màng 
nước; Phóng điện xung có màn chắn trong khí 
oxy với nước được phun sương 
2000 
5. Kết luận 
Tổng hợp tài liệu về các phương pháp tạo plasma lạnh 
khả thi và kết quả xử lý nước từ các phương pháp này đã 
hoàn thành. Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng plasma 
lạnh được tạo ra từ công nghệ phóng điện vầng quang và 
phóng điện màn chắn có hiệu quả cao trong xử lý nước. 
Cụ thể, plasma lạnh có thể xử lý hiệu quả coliform, E. coli, 
chất hóa học hữu cơ và các ion kim loại. Tuy nhiên, công 
nghệ plasma lạnh cần kết hợp với các công đoạn phụ khác 
như keo tụ - tạo bông và/hoặc lắng lọc cơ học để tăng hiệu 
quả xử lý. Nhược điểm cố hữu của công nghệ tạo plasma 
lạnh từ hiện tượng phóng điện màn chắn là làm tăng đáng 
kể hàm lượng nitrite và nitrate, tăng độ dẫn điện và giảm 
độ pH. Do đó cần phải tìm biện pháp để hạn chế các tác 
động phụ này. Ngoài ra mô hình thiết bị của công nghệ xử 
lý nước bằng phương pháp phóng điện màn chắn có khe 
tạo plasma phụ được giới thiệu. 
Hình 6. Mô hình hệ thống xử lý nước bằng 
công nghệ phóng điện màn chắn có khe tạo plasma phụ 
Lời cám ơn 
Nghiên cứu này được tài trợ từ Chương trình phát triển 
bền vững vùng Tây Nam Bộ trong đề tài mã số 
12/2015/HĐ-KHCN-TNB.ĐT/14-19/C02. 
Nước vào
Nguồn cao 
áp tần số cao
Bơm 
nước
Điện cực trong 
Điện cực 
ngoài
Van xả
Bơm 
không khí
Ống thủy 
tinh
Buồng 
plasma
Đĩa sủi
Bể chứa 
đầu ra
Bể chứa đầu vào
Ozone
Khe 
plasma 
phụ
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1 25 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Đoàn Thu Hà, “Đánh giá hiện trạng cấp nước nông thôn vùng Đồng 
bằng sông Cửu Long và đề xuất giải pháp phát triển”, Tạp chí Khoa 
học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, Số 43, 2013, trang 2-9. 
[2] Lê Xuân Sinh và Đỗ Minh Chung, “Khảo sát mô hình nuôi cá lóc ở 
đồng bằng sông Cửu Long”, Kỷ yếu Hội nghị khoa học Thủy sản 
toàn quốc, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, 2009, trang 
436-447. 
[3] V. I. Grinevich, E. Y. Kvitkova, N. A. Plastinia and V. V. Rybkin, 
“Application of Dielectric Barrier Discharge for Waste Water 
Purification”, Plasma Chemistry and Plasma Process, Vol. 31, 
2011, pp. 573-583. 
[4] M.M. Kuraica et al., “Application of Coaxial Dielectric Barrier 
Discharge for Potable and Waste Water Treatment”, Journal of 
Industrial and Engineering Chemical Research, Vol. 45, 2006, pp. 
882-905. 
[5] S. P. Rong, Y. B. Sun and Z. H. Zhao, “Degradation of Sulfadiazine 
Antibiotics by Water Falling Film Dielectric Barrier Discharge”, 
Chinese Chemical Letter, Vol. 25, 2014, pp. 187-192. 
[6] T. Yano et al., “Water Treatment by Atmospheric Discharge 
Produced with Nanosecond Pulsed Power”, Proc. IEEE int. Power 
Modulators and High Voltage Conference, 2008, pp. 80-83. 
[7] Y. Minamitani et al., “Decomposition of Dye in Water Solution by 
Pulsed Power Discharge in a Water Droplet Spray”, IEEE 
Transaction on Plasma Science, Vol. 36, 2008, pp. 2586-2591. 
[8] N. Shainsky et al., “Plasma Acid: Water Treated by Dielectric 
Barrier Discharge”, Plasma Processes and Polymers, Vol. 9, 2012, 
pp. 1-6. 
[9] U. Kogelschatz, B. Eliasson and W. Egli, “Dielectric-Barrier 
Discharges - Principle and Application”, Journal of Physics IV 
France, Vol. 7, 1997, pp. 47-66. 
[10] S. Preis et al., “Pulsed Corona Discharge: The Role of Ozone and 
Hydroxyl Radical in Aqueous Pollutants Oxidation”, Water Science 
& Technology, 2013, pp. 1536-1542. 
[11] Trần Ngọc Đảm và Nguyễn Đức Long, “Thiết kế và chế tạo hệ thống 
xử lý nước thải y tế công suất 5 m3/ngày bằng công nghệ Plasma”, 
Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật Trường Đại học Sư phạm Kỹ 
thuật TP. Hồ Chí Minh, Quyển 25, 2013, trang 78-83. 
[12] Trần Ngọc Đảm và Nguyễn Đức Long, “Thiết kế và chế tạo hệ thống 
xử lý nước uống đóng chai công suất 07 m3/ngày bằng công nghệ lọc 
trao đổi ion và Plasma”, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật Trường 
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, Quyển 33, 2015. 
[13] Nguyễn Văn Dũng, “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma lạnh 
trong xử lý nước”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà 
Nẵng, Số, 2017, trang 11-15. 
[14] M. A. Malik, “Water Purification by Plasmas: Which Reactors are 
Most Energy Efficient?”, Plasma Chem Plasma Process, Vol. 30, 
2010, pp. 21-31. 
(BBT nhận bài: 15/5/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 03/5/2018)