Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thiết bị quan trắc môi trường trực tuyến đa kênh theo nguyên lý kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA nhằm xác định một số kim loại độc hại trong nước mặt

Ở Việt Nam, trong giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, nhiều ngành công nghiệp được mở rộng quy mô sản xuất, cũng như phạm vi phân bố. Cùng với đó là sự gia tăng lượng nước thải, nhưng mức đầu tư cho hệ thống xử lý nước thải chưa đáp ứng được yêu cầu. Nhiều ngành công nghiệp xả nước thải bị ô nhiễm kim loại nặng (KLN) ra sông, kênh rạch làm ô nhiễm nguồn nước mặt. Các nguyên tố KLN có thể gây độc tính mạnh ngay cho con người và các sinh vật ngay cả khi nồng độ của các KLN trong môi trường ở hàm lượng rất nhỏ như chì (Pb), thuỷ ngân (Hg), cadmi (Cd), asen (As), bạc (Ag)... Các KLN như crom, kẽm, xyanua, cadmi, arsen, mangan, chì, thủy ngân,... nếu tồn tại với hàm lượng vượt ngưỡng cho phép có thể dẫn tới tác động dị ứng, mẩn ngứa, gây hại cho gan, tim, nội tạng, hệ thần kinh trung ương, gây ung thư đối với con người. Nó còn ảnh hưởng đến thể chất trí tuệ, tinh thần, ngăn cản quá trình trao đổi chất, và nặng hơn có thể dẫn tới tình trạng khó thở, ngộ độc dẫn đến suy tim và đột quỵ tử vong trên cơ thể người. Đứng trước những yêu cầu thực tế về việc đảm bảo chất lượng môi trường nước cũng như không làm chậm bước phát triển của công nghiệp việc giám sát các thông số chất lượng nước đóng vai trò quan trọng.

Nhằm nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thiết bị quan trắc môi trường trực tuyến đa kênh theo nguyên lý kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA nhằm xác định một số kim loại độc hại trong nước mặt, PGS.TS. Đỗ Phúc Quân cùng các cộng sự tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thiết bị quan trắc môi trường trực tuyến đa kênh theo nguyên lý kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA nhằm xác định một số kim loại độc hại trong nước mặt”.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài đưa ra các kết luận như sau:

Đề tài đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công hệ thiết bị quan trắc môi trường trực tuyến đa kênh theo nguyên lý kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA nhằm xác định một số kim loại độc hại trong nước mặt và đạt được các mục tiêu đề ra:

- Làm chủ công nghệ chế tạo một số cảm biến kim loại nặng gồm đồng (Cu), chì (Pb), cadmi (Cd) và kẽm (Zn) ứng dụng để chế tạo detector điện hóa cho hệ thiết bị phân tích trực tuyến tự động đa kênh.

- Làm chủ công nghệ chế tạo hệ thiết bị phân tích tự động đa kênh theo nguyên lý kỹ thuật phân tích dòng chảy để phục vụ quan trắc trực tuyến đồng thời các kim loại nặng gồm đồng (Cu), chì (Pb), cadmi (Cd) và kẽm (Zn) trong các nguồn nước mặt.

- Chế tạo, lắp đặt và đưa vào thử nghiệm hệ thiết bị quan trắc môi trường nêu trên tại một nguồn nước mặt thuộc lưu vực sông Cầu

Kết quả đạt được của đề tài đã mang lại lợi ích quan trọng đối với khoa học - công nghệ và kinh tế - xã hội như sau:

1. Đối với lĩnh vực KH&CN có liên quan

- Bước đầu làm chủ công nghệ thiết kế chế tạo các đầu đo xác định hàm lượng kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Zn)... và hệ thiết bị phân tích trực tuyến, tự động, đa kênh trên cơ sở ứng dụng các kỹ thuật và công nghệ tiên tiến hiện nay trên thế giới, có thể thay thế ngoại nhập, đảm bảo sản phẩm đi đúng theo xu hướng phát triển hiện nay trong lĩnh vực này và sản phẩm đạt các yêu cầu như: đạt các tiêu chuẩn chất lượng của ngành, giảm giá thành sản phẩm (nhờ cố gắng nội địa hoá tối đa các bộ phận như liên quan đến cơ khí, điện tử, phần mềm), mức độ hiện đại tương đương với các thiết bị nhập ngoại và có cải tiến theo yêu cầu của người sử dụng để phù hợp điều kiện Việt Nam và nhu cầu thực tế (như tính năng, giao diện, ngôn ngữ, trợ giúp,.....).

- Nâng cao trình độ nghiên cứu khoa học của cán bộ trong nước.

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ bổ sung thêm tài liệu khoa học đáng tin cậy để hợp tác với các doanh nghiệp nghiên cứu và sản xuất trong các lĩnh vực liên quan.

2.  Đối với kinh tế - xã hội và môi trường

- Các kết quả của đề tài sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của công nghiệp hóa nước nhà, làm động lực thúc đẩy sự phát triển chung của đất nước.

- Là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu triển khai đưa sản phẩm ra thị trường các sản phẩm quan trắc môi trường nước, các sản phẩm công nghệ cao được nghiên cứu trong nước, góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho việc gắn kết giữa nghiên cứu và sản xuất, từng bước xây dựng thương hiệu Việt Nam trong lĩnh vực chế tạo các thiết bị và hệ thống quan trắc môi trường nước, thay thế hàng nhập khẩu và tiến tới xuất khẩu.

- Phát huy được tiềm năng khoa học trong nước, giảm thiểu sự lệ thuộc vào kỹ thuật, công nghệ của nước ngoài, từ đó góp phần nâng cao vị thế khoa học công nghệ của đơn vị chủ trì nhiệm vụ.

- Sản phẩm được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo trong nước nên góp phần tiết kiệm thời gian và ngân sách đáng kể cho nhà nước.

3. Đối với tổ chức chủ trì và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu

- Đối với tổ chức chủ trì đề tài sẽ là điều kiện tốt để chứng tỏ năng lực nghiên cứu khoa học và có điều kiện để đào tạo đội ngũ làm việc trong lĩnh vực nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị trong lĩnh vực điện tử, tự động hóa. Từ đó góp phần đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, góp phần trong sự nghiệp phát triển của đất nước.

- Tăng cường thêm trang thiết bị mới để phúc vụ cho nghiên cứu chuyển giao công nghệ cũng như nâng cao hiệu quả đào tạo.

- Đối với các cơ sở sử dụng sẽ có thêm một phương pháp hiện đại và thiết bị với chất lượng đạt yêu cầu và phù hợp với khả năng tài chính của đơn vị ở nước ta. Các cơ sở sử dụng cũng sẽ được hỗ trợ bảo dưỡng và bảo trì thường xuyên và kịp thời hơn, do đó sẽ làm tăng hiệu quả hoạt động chuyên môn.

Nhóm đề tài đã tự chủ trong nghiên cứu thiết kế, chế tạo các sensor đo chỉ tiêu môi trường; nghiên cứu, tự chế tạo các trạm hiện trường đo tự động, thay thế cho hàng nhập ngoại để giảm giá thành và chủ động trong bảo trì; nghiên cứu, tự chế tạo mạch điện tử xử lývà chuyển đổi tín hiệu để giảm giá thiết bị đo; nghiên cứu, tận dụng hiệu quả cao của giải pháp truyền thông không dây trên cơ sở mạng mobile và mạng internet. Giải pháp này cho phép giảm giá đáng kể chi phí đầu tư, lắp đặt và vận hành; phù hợp với nhiều địa hình và cơ sở hạ tầng viễn thông; thời gian lắp đặt nhanh, dễ di chuyển khi cần thiết; xây dựng phần mềm quản lý giám sát trên nền web (web-based application) để tận dụng thế mạnh của mạng internet về khai thác và chia sẻ thông tin.

Nhóm nghiên cứu đề tài có kiến nghị cần tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để sản phẩm như tăng độ nhạy và tuổi thọ của cảm biến để có thể được chuyển giao công nghệ để áp dụng trong thực tế quan trắc môi trường ở nước ta. Mở rộng nghiên cứu phát triển cảm biến tương tự đối với một số ion kim loại khác để áp dụng trên hệ thiết bị đa kênh. Nghiên cứu mở rộng đối tượng áp dụng của thiết bị cho việc quan trắc nước thải.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 19535/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)