Tốc độ phát triển nhanh chóng các khu công nghiệp ở Việt Nam đã giúp cho nền kinh tế nước ta thay đổi đáng kể. Tuy nhiên, cũng giống như nhiều nơi khác trên thế giới, bên cạnh những chuyển biến tích cực về kinh tế - xã hội mà hoạt động của khu công nghiệp mang lại là những tác động tiêu cực đến môi trường do khu công nghiệp gây ra. Theo đánh giá, ngành công nghiệp là ngành có mức độ gây ô nhiễm môi trường không khí lớn nhất hiện nay. Tùy thuộc vào loại hình sản xuất, quy trình công nghệ, quy mô sản xuất và nhiên liệu sử dụng mà các hoạt động sản xuất công nghiệp sẽ phát sinh khí thải với thành phần và nồng độ khác nhau. 

Do đó, hiện nay nhu cầu thị trường về các hệ thống quan trắc tự động nói chung và thiết bị đo hàm lượng bụi khí thải nói riêng là lớn và mang tính cấp bách. Xuất phát từ thực tế đó, các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa (VIELINA) đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị đo bụi bằng phương pháp đo tán xạ ngược ánh sáng, ứng dụng trong hệ thống quan trắc khí thải”. Đây là đề tài cấp Bộ Công Thương do ThS. Trần Văn Hùng làm chủ nhiệm.

Với đề tài này, Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa kỳ vọng xây dựng, chế tạo một hệ thống quan trắc khí thải hoàn chỉnh thông qua việc bổ sung một thiết bị đo nồng độ bụi, đồng thời giúp các cơ sở công nghiệp giảm lệ thuộc công nghệ vào nước ngoài, tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu cũng như giảm chi phí bảo trì lâu dài.

Do đó, mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu làm chủ công nghệ đo hàm lượng bụi trong khí thải công nghiệp, đồng thời tạo ra mẫu thiết bị đo hàm lượng bụi khí thải để hoàn thiện, thương mại hoá và đưa vào cung cấp cho thị trường. Đặc biệt, kết hợp với các sản phẩm đã có của VIELINA, từng bước chế tạo một hệ thống quan trắc khí thải hoàn chỉnh cung cấp cho các nhà máy sản xuất công nghiệp tại Việt Nam.

Tiến hành nghiên cứu thiết kế, nhóm tác giả đã thực hiện khảo sát, tìm hiểu và phân tích công nghệ chế tạo các thiết bị đo bụi của các hãng trên thế giới. Trên cơ sở đó, lựa chọn công nghệ phù hợp và xác định mức chất lượng cho các thông số kỹ thuật chính cho sản phẩm của đề tài. Đồng thời, nghiên cứu, thiết kế cơ cấu cơ, quang học của thiết bị đo bụi. Trong đó có đánh giá ảnh hưởng điều kiện làm việc của thiết bị như môi trường làm việc khắc nghiệt, làm việc liên tục, môi trường chứa khói, bụi nước, khí ăn mòn, ... từ đó đưa ra được các phương án để giảm ảnh hưởng của nhiễu cũng như bảo vệ các thành phần quang của thiết bị. Cuối cùng là nghiên cứu thiết kế phần cứng điện - điện tử cho thiết bị đo bụi.

Khảo sát các phương pháp, thiết bị đo bụi của nước ngoài để so sánh các ưu, nhược điểm của từng phương pháp, nhóm nghiên cứu nhận thấy so với các phương pháp như phương pháp độ mờ, phương pháp dựa trên hiệu ứng điện ma sát, phương pháp độ suy giảm Beta, thì phương pháp tán xạ ánh sáng tối ưu hơn cả. Phương pháp này có ưu điểm là đảm bảo đưa ra được kết quả đo đáng tin cậy trong các điều kiện khắc nghiệt như khói bụi tích điện cao, khói có độ ẩm lớn và khói có vận tốc thường xuyên thay đổi. Diện tích khu vực đo bụi của thiết bị rộng theo cả ba chiều, bao gồm cả vùng diện tích rộng bên trong của ống khói và hệ thống đo quang học có độ nhạy rất cao đơn giản trong lắp đặt, chỉ cần một thiết bị duy nhất đo trực tiếp trên ống khói, có tính khả thi trong thực hiện.

Dựa trên những khảo sát và phân tích đó, nhóm nghiên cứ đã lựa chọn phương pháp đo sử dụng tán xạ ngược ánh sáng Laser để chế tạo thiết bị đo nồng độ bụi.

Trên cơ sở khảo sát và nghiên cứu, nhóm tác giả thực hiện tính toán, phân tích đặc tính kỹ thuật, lựa chọn vật tư linh kiện để chế tạo thiết bị. Thiết bi đo hàm lượng bụi được chia thành hai thành phần cơ bản bao gồm phần quang và phần điện tử. Trong đó phần quang bao gồm nguồn phát quang và cảm biến quang cùng với đó là các cơ cấu quang học và các phụ kiện phụ trợ khác. Phần điện tử bao gồm mạch thực hiện chức năng đo lường, điều khiển, giao diện HMI, ...

Do tính chất của thiết bị đo bụi là gắn trực tiếp và có khả năng lắp đặt trên các loại ống khói với chất liệu khác nhau như thép, inox hoặc tường xây, nhóm thiết kế đã lựa chọn thiết kế thân vỏ với tiêu chí gọn gàng, kín kẽ và dễ lắp đặt. Mặt bích thiết bị gắn trên ống khói có khả năng chịu nhiệt độ cao, chống chịu ăn mòn, các phần tiếp giáp ống khói và thiết bị có gioăng bảo vệ tránh dò khí thải ra bên ngoài để giảm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Trên thiết bị thiết kế có tạo lỗ để lắp đặt đầu khí nén ngăn bụi hoặc bơm vệ sinh khi cần làm sạch kính chắn bụi.

Được sự cho phép của đơn vị phối hợp thử nghiệm là Công ty CP Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao, với sự nhất trí cao của Xí nghiệp NPK3 là nơi trực tiếp thực hiện, ngày 02/12/2022, nhóm thực hiện đề tài bắt đầu lắp đặt và thực hiện thử nghiệm thực tế sản phẩm của đề tài là thiết bị đo bụi khí thải VIE-DB01 tại đây. Trong quá trình thử nghiệm, thiết bị đo bụi khí thải của đề tài hoạt động tốt, ổn định. Các kết nối giữa thiết bị đo với hệ thống quan trắc sẵn có tại nhà máy hoạt động trơn tru, ổn định. Phần cơ, quang của thiết bị đã được thiết kế đường khí với áp suất đủ để ngăn khí thải từ phía trong ống khói tác động ngược ra phần cơ khí và kính chắn của thiết bị đo. Phần điện tử cũng được thiết kế và chế tạo theo quy trình đáp ứng điều kiện làm việc thực tế dựa trên kinh nghiệm chế tạo và hoàn thiện bộ datalogger là kết quả của đề tài cấp Bộ 2018-2019 đang được sử dụng trong hệ thống quan trắc của Xí nghiệp NPK3 từ giữa năm 2019.

Sau một năm thực hiện, đề tài đã hoàn thiện đầy đủ các nội dung đăng ký, từ thiết kế phần cứng, phần mềm cho thiết bị đo bụi đến các nội dung liên quan quá trình thử nghiệm như lắp đặt, xây dựng phương án thử nghiệm, thử nghiệm đo lường tại đơn vị có chức năng. Sản phẩm sau cùng có đầy đủ về số lượng và tính năng và đã được thử nghiệm thực tế tại công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao cho kết quả tốt. Với đặc trưng của phương pháp đo cũng như đối tượng đo là bụi tổng TSP, đồng thời dựa vào tính phổ quát cho các dây chuyền phát thải công nghiệp, thiết bị đo của đề tài hoàn toàn có thể được áp dụng cho các nhà máy sản xuất công nghiệp khác. Sản phẩm của đề tài cũng đã được kết hợp với các sản phẩm đã có của VIELINA là bộ datalogger và phần mềm quan trắc tập trung trên máy tính trong thời gian thử nghiệm thực tế, tạo nhiều thuận lợi trong việc thử nghiệm, thu thập và đánh giá kết quả đo. 

Bên cạnh các kết quả đạt được, thiết bị đo vẫn tồn tại những vấn đề cần được nghiên cứu, hoàn thiện hơn trước khi có thể tính đến bài toán thương mại hóa sản phẩm, hoặc sử dụng kết hợp với các sản phẩm sẵn có nhằm từng bước chế tạo một hệ thống quan trắc khí thải hoàn chỉnh. Do đó, thời gian tới, nhóm thực hiện đề tài hy vọng đơn vị phối hợp là Công ty CP Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao sẽ tạo điều kiện để nhóm đề tài có thể thử nghiệm thiết bị đo trong một thời gian dài nhằm đánh giá toàn diện và hoàn thiện sản phẩm. Đồng thời, mong muốn phía Bộ Công Thương hỗ trợ để hoàn thiện các sản phẩm hiện có, đáp ứng toàn diện hơn yêu cầu thực tế của các xí nghiệp, dây chuyền sản xuất có nhu cầu ứng dụng.