Công nghệ plasma là gì? Ứng dụng thế nào trong xử lý nước thải?

Công nghệ plasma đang là một trong những giải pháp tiên tiến trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng tạo ra các điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Đối với lĩnh vực xử lý nước, công nghệ này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như: khả năng tiêu diệt vi khuẩn, loại bỏ chất ô nhiễm, cải thiện chất lượng nước, … Vậy công nghệ plasma là gì? Nó hoạt động như thế nào trong quá trình xử lý nước? Hãy cùng Môi trường Song Phụng tìm hiểu chi tiết qua bài viết bên dưới nhé.

Công nghệ plasma là gì?

Công nghệ Plasma là ứng dụng hoạt động của plasma nhằm mục đích: Diệt khuẩn, loại bỏ các loại virus, nấm, mùi hồi, … Một đặc điểm nổi bật của công nghệ này đó là nhiệt độ cao, từ trường lớn tạo ra môi trường khiến các thành phần nguyên tử bị ion hóa.

Không những vậy, Plasma còn là trạng thái thứ 4 của vật chất cùng với rắn, lỏng và khí. Tuy nhiên, chúng không phổ biến trên Trái Đất. Thế nhưng, đến 99% vật chất được tìm thấy trong vũ trụ tồn tại dưới dạng Plasma. Chính vì vậy, Plasma được xem là trạng thái đầu tiên trong vũ trụ.

Trong tương lai, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, công nghệ plasma hứa hẹn sẽ mang đến nhiều đột phá mới, góp phần cải thiện chất lượng cuộc sống và bảo vệ môi trường.

Ưu nhược điểm của công nghệ plasma

Công nghệ plasma có ưu và nhược điểm gì? Công nghệ plasma là một lĩnh vực tiên tiến và được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực như: công nghiệp, khoa học, … Dưới đây là các ưu điểm và nhược điểm của công nghệ plasma:

Ưu điểm

Công nghệ plasma với nhiều ưu điểm vượt trội:

• Khả năng làm sạch và khử trùng hiệu quả: Plasma có thể tiêu diệt vi khuẩn, virus, và các chất gây ô nhiễm mà không cần sử dụng hóa chất độc hại, làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng trong y tế và thực phẩm.

• Ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp: Công nghệ plasma được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xử lý bề mặt vật liệu, sơn phủ, khắc laser, chế tạo linh kiện điện tử, … Nó còn có thể cải thiện mức độ bám dính và tính chất của bề mặt vật liệu.

• Tính chính xác và hiệu quả cao: Plasma cho phép xử lý những bề mặt với độ chính xác cao, góp phần tăng cường chất lượng sản phẩm và hiệu suất trong các quy trình công nghiệp.

• Khả năng xử lý nhiều loại vật liệu: Công nghệ plasma có thể xử lý nhiều loại vật liệu khác nhau như kim loại, nhựa, thủy tinh, … Chính vì vậy, công nghệ này trở thành một công cụ linh hoạt trong sản xuất và chế biến.

• Tính thân thiện với môi trường: Plasma có khả năng giảm thiểu việc dùng những hóa chất độc hại và các chất thải khác. Do đó, công nghệ này vô cùng thân thiện với môi trường sống.

Nhược điểm

Tuy có nhiều ưu điểm nhưng công nghệ plasma vẫn tồn động một số nhược điểm như sau:

• Chi phí đầu tư cao: Hệ thống và thiết bị plasma đắt đỏ, đòi hỏi cần phải bỏ ra một lượng lớn tiền đầu tư ở giai đoạn đầu.
• Yêu cầu kỹ thuật cao: Vận hành và bảo trì các thiết bị plasma yêu cầu nhân viên có trình độ chuyên môn cao, tốn kém chi phí đào tạo.
• Khả năng kiểm soát khó khăn: Điều khiển và duy trì điều kiện plasma khó khăn, yêu cầu sự tinh chỉnh chính xác nhằm đạt được kết quả mong muốn.

• Hạn chế về kích thước và hình dạng: Một số thiết bị plasma có thể gặp khó khăn khi xử lý những vật liệu có kích thước lớn hoặc hình dạng phức tạp.
• Tạo ra bức xạ và hơi độc: Trong một số ứng dụng, công nghệ plasma có thể tạo ra bức xạ và hơi độc hại, yêu cầu những biện pháp an toàn nghiêm ngặt.
• Khả năng gây hỏng hóc vật liệu nhạy cảm: Plasma có thể gây hư hại cho những vật liệu nhạy cảm hoặc dễ bị tổn thương nếu không được kiểm soát chính xác.

Các loại công nghệ Plasma

Hiện nay, công nghệ plasma được chia thành 2 loại chính đó là plasma nóng và plasma lạnh. Mỗi loại đều có những đặc điểm và ứng dụng hoàn toàn khác nhau, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, năng lượng, … để tạo ra và duy trì trạng thái plasma.

Plasma nóng

Plasma nóng được hình thành khi nhiệt độ, áp suất và năng lượng đạt đến mức độ cao nhất. Ở trạng thái này, các electron sẽ bị phân tách thành nguyên tử nhờ nhiệt độ tăng cao. 

Khi nhiệt độ đủ lớn, toàn bộ nguyên tử trong chất khí có thể bị ion hóa. Quá trình này được hiểu là các electron hoàn toàn bị tách ra khỏi hạt nhân, để lại những ion dương và các electron tự do. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng cao và đạt cực điểm thì các nguyên tử sẽ bị ion hóa hoàn toàn, chỉ còn lại những hạt nhân và electron tách rời.

Công nghệ plasma thường được ứng dụng trong các ngành nghề đòi hỏi nhiệt độ cao như: Cắt kim loại, hàn, lò phản ứng nhiệt hạch, … Năng lượng cực lớn của plasma làm phá vỡ những liên kết phân tử mạnh, cho phép thực hiện các phản ứng hoá học và vật lý ở mức độ cao.

Plasma lạnh

Plasma lạnh là một dạng plasma ở nhiệt độ thấp, dưới 40°C. Khác với công nghệ plasma nóng, plasma lạnh tồn tại ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng. Trạng thái plasma lạnh thường xảy ra sau khi vật chất nhận năng lượng từ bên ngoài. Chúng được tạo ở mức áp suất chân không hoặc thường và cần ít năng lượng hơn.

Ví dụ khi ở hiện tượng phóng điện trong chất khí, các electron sẽ bắn từ catot ra, khiến các ion hoá một phần phân tử trung hoà. Các electron mới khi bị tách ra sẽ chuyển động nhanh hơn trong điện trường và tiếp tục thực hiện các ion hoá phân tử.

Tia plasma lạnh bao gồm nhiều thành phần hoạt chất như oxy, nitơ, ion, electron, bức xạ UV, … Những thành phần này có khả năng phá vỡ hoặc xâm nhập qua màng tế bào nhằm mục đích tiêu diệt và ức chế hoạt động của vi khuẩn, virus và nấm.

Hiện nay, hoạt động nghiên cứu plasma lạnh đang được nhiều nước thực hiện với và được ứng dụng vào các ngành nghề như: hóa học, y sinh, nông nghiệp, …

Tìm hiểu thêm công nghệ xử lý nước thải khác:

• Công nghệ xử lý nước thải AO là gì?
• Công nghệ Biogas là gì? Ứng dụng Biogas trong xử lý nước thải

Quy trình xử lý nước thải bằng công nghệ Plasma

Công nghệ Plasma là một trong những phương pháp tiên tiến nhằm xử lý nước thải, loại bỏ những chất ô nhiễm một cách hiệu quả mà không cần dùng thêm hoá chất độc hại.

Quy trình thực hiện bao gồm 3 giai đoạn chính như sau:

• Xử lý nước thải bằng công nghệ Plasma
• Xử lý ở bể trung gian.
• Xử lý bùn và rác thải keo tụ.

Xử lý nước thải bằng công nghệ Plasma

Đầu tiên, nước thải sẽ được loại bỏ rác thải lớn và làm lắng các hạt cát bên trong bể. Tiếp đến, nước thải sẽ được chuyển đến bể điều hoà nhằm mục đích ổn định lưu lượng và chất lượng.

Tại bể điều hòa, nước thải sẽ được xử lý sở bộ bằng khí ozone nhằm mục đích khử trùng và oxi hoá các chất ô nhiễm. Nước thải sau đó sẽ được bơm vào thiết bị xử lý bằng công nghệ plasma.

Trong khu vực xử lý plasma, các electron sẽ di chuyển với tốc độ cao. Chúng sẽ va chạm với các phần tử trong không gian giữa 2 điện cực, tạo ra các điện tử tự do, ion, nguyên tử, các gốc tự do. 

Tại đây, các phản ứng phân ly và cũng diễn ra liên tục nhằm tạo ra các gốc oxy hóa mạnh như hydroxyl (OH•), góp phần phân huỷ toàn bộ hợp chất hữu cơ phức tạp thành những dạng đơn giản. Kết quả cuối cùng của giai đoạn này đó là các chất hữu cơ độc hại bị biến đổi thành các đơn chất an toàn hơn hoặc hoàn toàn vô hại.

Xử lý ở bể trung gian

Sau khi được xử lý bằng công nghệ plasma, nước thải sẽ được chuyển đến bể trung gian để chuẩn bị cho các hoạt động xử lý tiếp theo. Tại đây, nước thải được bơm lên các bể phản ứng để tiến hành quá trình keo tụ. Trong đó, các chất keo tụ được thêm vào nhằm kết tủa và thu gom các chất rắn lơ lửng và hạt nhỏ còn sót lại.

Kế đến, nước thải sẽ được chuyển đến bể tập trung để xử lý bằng ozone. Quá trình này giúp loại bỏ các loại vi khuẩn, vi rút, các chất hữu cơ còn sót lại và khử màu, mùi.

Tiếp theo, nước thải sẽ đưa vào bể lọc tinh để loại bỏ hoàn toàn những hạt rắn nhỏ và tạp chất còn lại. Từ đó, nước thải sẽ đảm bảo tiêu chuẩn an toàn trước khi xả trực tiếp ra môi trường hoặc tái sử dụng cho các mục đích khác. 

Xử lý bùn và rác thải keo tụ

Bước cuối cùng trong hoạt động xử lý nước thải bằng công nghệ plasma đó là loại bỏ bùn và chất thải keo tụ. Hàm lượng bùn và chất thải keo tụ lại sẽ tuỳ vào mức độ ô nhiễm của nguồn nước thải. 

Doanh nghiệp hoàn toàn có thể xử lý bùn và chất thải keo tụ hoặc có thể thuê các đơn vị chuyên nghiệp nhằm đảm bảo chất lượng và hiệu quả. Một số phương pháp phổ biến nhằm tiến hành xử lý bùn: ép lọc bùn, khử nước, ứng dụng các công nghệ tiên tiến để đạt được kết quả tối ưu và an toàn.

Sau khi bùn và chất thải keo tụ đã được xử lý, chúng có thể được tái sử dụng và được ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp hoặc được xử lý thêm để giảm thiểu tác động đến môi trường.

Ví dụ, bùn đã được xử lý để làm phân bón hoặc chất độn trong xây dựng, tùy thuộc vào tính chất của nó.

Như vậy, chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về công nghệ plasma là gì? Công nghệ Plasma mang lại nhiều lợi ích tuyệt vời trong hoạt động xử lý nước thải, bao gồm khả năng tiêu diệt vi khuẩn, phân hủy hợp các chất hữu cơ độc hại và cải thiện chất lượng nước mà không cần sử dụng hóa chất, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Nếu còn có bất kỳ vướng mắc nào khác, hãy để lại bình luận bên dưới bài viết của Môi trường Song Phụng nhé!

Gợi ý xem thêm:

• Top 5 công nghệ xử lý nước thải hiện đại, tối ưu nhất hiện nay
• Công nghệ lọc nước RO: Ưu điểm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động