Ứng dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa trong bảo quản nông sản, xử lý môi trường và vệ sinh các cơ sở y tế

Được coi là một nhánh kỹ thuật mới trong lĩnh vực công nghệ điện hóa, công nghệ hoạt hóa điện hóa (HHĐH) ngay từ giai đoạn phát triển đầu tiên trong những năm 1980-2000 đã thể hiện khả năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống với vai trò là chất khử trùng mạnh, có phổ khử trùng rộng nhưng không độc hại, thân thiện với môi trường. Trong hơn 40 năm qua, kể từ khi hiện tượng HHĐH được kỹ sư người Nga Bakhir Vitold Mikhailovich phát hiện, các thiết bị sản xuất dung dịch HHĐH đã được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong các cơ sở y tế, các nhà máy cấp nước sinh hoạt và xử lý nước thải, các trang trại chăn nuôi quy mô lớn, các cơ sở giết mổ trong chăn nuôi, các nhà máy chế biến thủy sản, các khu vực công nghệ cao trồng trọt và bảo quản chế biến rau, quả.

Ứng dụng dung dịch HHĐH trong bảo quản nông sản

Công nghệ HHĐH đã được sử dụng rộng rãi trong bảo quản nông sản và mang lại hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt tại các nước SNG thuộc Liên Xô cũ. Ở Việt Nam, bắt đầu từ năm 2000, Viện Khoa học Vật liệu, và sau đó là Viện Công nghệ môi trường, đã nghiên cứu chế tạo các loại thiết bị sản xuất dung dịch HHĐH từ nước muối HCl mang thương hiệu ECAWA với nhiều công suất khác nhau nhằm đưa vào sử dụng rộng rãi, trước hết cho y tế, nông nghiệp, trong đó có chế biến thủy sản. Dung dịch được lấy ra từ khoang anốt của các buồng phản ứng điện hóa với tên gọi là anolit có thành phần là các chất oxy hóa mạnh như HO*, HO2-, H2O2, O3, HClO, ClO-… là các chất khử trùng nhanh và mạnh nhưng thuộc loại chất có độc tính thấp nhất đối với người, động vật và không tồn lưu lâu trong môi trường. Các dung dịch HHĐH được sử dụng chủ yếu nhằm mục đích kéo dài thời gian bảo quản các sản phẩm từ cây ăn quả, mà trong điều kiện khí hậu nhiệt đới rất khó bảo quản. Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng anolit để xử lý nho, thanh long, cam sành trước khi đóng gói kéo dài thời gian bảo quản tới 1,5 lần, kể cả ở nhiệt độ thường và trong kho lạnh.

Đồ thị kết quả Bảo quản nho bằng anolit

Quan sát đồ thị trên cho thấy nho tươi được bảo quản bằng anolit (BQ) có tốc độ hư hỏng chậm hơn nhiều so với nho đối chứng (ĐC), cụ thể là tỷ lệ trái nho được bảo quản ở mẫu đối chứng giảm mạnh từ ngày thứ năm (89%) và đến ngày thứ bảy chỉ còn 64%, trong khi đó mẫu thí nghiệm ở ngày thứ bảy vẫn còn giữ lại số lượng quả có giá trị thương mại là 93%. Ngoài ra, các số liệu thực nghiệm khác cho thấy so với nho đối chứng, nho được xử lý anolit có độ đường Brix thay đổi ít hơn đáng kể và độ cứng tốt hơn trong toàn bộ thời gian bảo quản. Như vậy, bảo quản nho bằng dung dịch anolit giữ cho trái nho tươi lâu hơn mà không làm thay đổi chất lượng của quả.

Kết quả thử nghiệm bảo quản cam sành bằng cách rửa và ngâm trong dung dịch anolit có nồng độ Clo hoạt tính 50 mg/l trong 5 phút, làm khô bằng quạt trước khi lưu trữ trong bao nilon có xâm lỗ nhỏ cho tỷ lệ số quả được bảo quản và tỷ lệ khối lượng được bảo quản cao hơn hẳn, đồng thời chất lượng cam bị suy giảm ít hơn rất nhiều so với lô cam không được xử lý anolit. Cụ thể là sau 25 ngày bảo quản, 100% số lượng quả cam ở lô đối chứng có dấu hiệu bị hỏng và những quả tốt nhất cũng bị giảm khối lượng gần 20%. Trong khi xử lý bằng anolit, số lượng quả cam bị hỏng ở ngày thứ 30 là 32,5%±4,3% và khối lượng hao hụt chỉ khoảng 7%.

a) Đối chứng b) Xử lý bằng anolit
Cam sành được bảo quản sau 25 ngày bằng anolit

Bên cạnh nho và cam sành, dung dịch anolit còn được ứng dụng trong bảo quản thanh long, là mặt hàng xuất khẩu rất có giá trị nhưng do tính chất dễ hỏng trong bảo quản nên rất khó được xuất khẩu. Kết quả thí nghiệm cho thấy ở mẫu xử lý bằng anolit nồng độ thích hợp, quả thanh long giữ được 21 ngày chưa bị hư hỏng, trong khi ở mẫu đối chứng tại ngày bảo quản thứ 7 các quả thanh long đã mất hết giá trị thương phẩm. Đồng thời, trái thanh long được bảo quản bằng anolit có cảm quan đẹp, chất lượng giữ nguyên và đặc biệt là đảm bảo yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm, khác hẳn với việc bảo quản bằng các chế phẩm diệt nấm khác. Kết quả này hoàn toàn đạt yêu cầu bảo quản thanh long để có thể xuất khẩu, vì vậy cho tới nay đã có hàng chục cơ sở trồng, thu mua và xuất khẩu thanh long sử dụng thiết bị ECAWA của Viện Công nghệ môi trường.

Sử dụng anolit trong xử lý bảo quản trái thanh long ở Bình Thuận

Ứng dụng dung dịch HHĐH trong chăn nuôi

Ứng dụng các dung dịch HHĐH trong chăn nuôi gia cầm

Trước tình hình dịch bệnh cúm gia cầm H5N1 lan truyền tại châu Á và nhiều khu vực khác trên thế giới, gây tổn hại nặng nề về kinh tế và đe dọa cuộc sống con người, Viện Công nghệ môi trường đã phối hợp với Trung tâm Nghiên cứu Gia cầm Thụy Phương, Viện Chăn nuôi Quốc gia triển khai các nghiên cứu sử dụng dung dịch HHĐH phòng chống bệnh dịch và tăng hiệu quả chăn nuôi gia cầm bằng cách kết hợp xử lý môi trường chăn nuôi và cho gia cầm uống các dung dịch HHĐH.

Khảo nghiệm khả năng khử trùng của dung dịch anolit trong phòng thí nghiệm cho thấy tất cả các loài vi khuẩn thường gặp trong chăn nuôi gia cầm kể cả những vi sinh vật khó diệt như Staphylococcus, Streptococcus và bào tử Bacillus đều bị tiêu diệt bởi anolit có nồng độ Clo hoạt tính 270mg/lít sau thời gian tiếp xúc 30 phút. Đồng thời, kết quả khử trùng không khí chuồng nuôi khi có mặt gà cũng như buồng máy ấp và phòng ấp bằng anolit cho thấy mật độ các vi khuẩn nói chung giảm nhiều nhất vào thời điểm sau 4 giờ phun. Như vậy hiệu quả khử trùng của anolit là tương đương với Virkon nhập khẩu có giá thành đắt hơn nhiều lần.

Bên cạnh ứng dụng sát khuẩn xử lý môi trường, thiết bị ECAWWA do Viện Công nghệ môi trường chế tạo còn có khả năng điều chế đồng thời 2 loại dung dịch sản phẩm HHĐH (anolit và catolit) có tính năng sinh học đặc biệt, hiện đang được ứng dụng trong ngành chăn nuôi nhờ vào khả năng chống ôxy hóa, tăng cường miễn dịch, giúp vật nuôi tăng trọng nhanh và hạn chế dịch bệnh.

Ứng dụng dung HHĐH trong các trang trại chăn nuôi lợn

Việc ứng dụng dung dịch HHĐH trong chăn nuôi lợn được thực hiện đồng bộ trong tất cả các khâu như khử trùng và khử mùi không khí, bề mặt chuồng nuôi, trại chăn nuôi (như sàn, tường, trần, vách ngăn...) và các thiết bị tại chỗ (hệ thống lồng nuôi, hệ thống cho ăn cho uống, hệ thông thoáng...), khử trùng nước uống và cho lợn uống dung dịch HHĐH để phòng bệnh và tăng hiệu quả chuyển hóa thức ăn.

Kết quả lấy mẫu xét nghiệm vi sinh các mẫu nền cũng như không gian chuồng sau khử trùng bằng anolit cho thấy mật độ vi khuẩn hiếu khí, nấm, coliform và E.coli đều giảm mạnh, trong đó tổng nấm giảm đến trên 95%. Bên cạnh sự cải thiện đáng kể về mật độ vi khuẩn, việc phun sương anolit còn làm giảm nồng độ các khí độc (như NH3, H2S) và khí gây mùi hôi trong chuồng nuôi và ở môi trường xung quanh. Hơn nữa, trong vòng 6 tháng thí nghiệm phun sương anolit ngay cả khi có lợn trong chuồng, không nhận thấy có bất kỳ phản ứng tiêu cực nào của vật nuôi kể cả lợn con theo mẹ. Ngoài tác dụng khử trùng, dung dịch anolit nồng độ Clo hoạt tính 10mg/lít còn được sử dụng để lau vùng da vú cho lợn nái nhằm phòng ngừa bệnh viêm vú cho lợn mẹ và nhiễm khuẩn đường tiêu hóa cho lợn con.

Đối với nước uống cho lợn (100% số mẫu đều nhiễm coliform và E.coli ở mức cao) sau khi vận hành hệ khử trùng bằng anolit cho kết quả 100% số mẫu khảo sát không còn nhiễm E.coli, 60% số mẫu còn nhiễm Coliform trong đó 40% nhiễm dưới mức cho phép của tiêu chuẩn nước chăn nuôi (30 cfu/100ml), chỉ có 20% số mẫu nhiễm coliform trên mức cho phép nhưng ở mật độ giảm so với không khử trùng hàng trăm lần. Ngoài ra, lợn con theo mẹ và lợn sau cai sữa đến 60 ngày tuổi được uống nước pha anolit 5% có tỷ lệ nuôi sống và mức tăng trọng hàng ngày cao hơn khoảng 2%, trong khi tỷ lệ mắc bệnh tiêu chảy lại thấp hơn 5% so với lô lợn uống uống nước thường.

Việc thực hiện đồng bộ các khâu vệ sinh khử trùng nước uống, chuồng trại, dụng cụ chăn nuôi bằng anolit và cho lợn uống catolit đã cải thiện đáng kể môi trường chuồng nuôi lợn và môi trường xung quanh các trang trại, góp phần tránh được các dịch bệnh như lở mồm long móng, bệnh tai xanh, nhờ đó ổn định và tăng năng suất chăn nuôi từ 3-4%. Vì vậy, cho tới nay, trên 100 thiết bị ECAWA đã được đưa vào phục vụ chăn nuôi lợn trang trại tập trung ở các tỉnh như Hà Nội, Thái Bình, Hưng Yên, Quảng Ngãi, Nam Định, Đà Nẵng…

Xử lý môi trường chăn nuôi lợn và gà

Ứng dụng dung dịch HHĐH vệ sinh các cơ sở y tế

Trong những năm qua, việc ứng dụng các dung dịch hoạt hóa mà chủ yếu là dung dịch anolit để khử khuẩn trong bệnh viện đã được triển khai nghiên cứu, thử nghiệm, từ thử nghiệm in vitro đến thử nghiệm thực tế tại nhiều bệnh viện ở cả 3 tuyến, trong đó đi đầu là Bệnh viện Bạch Mai, Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 (Hà Nội).

Các kết quả thử nghiệm in vitro (theo quy trình thử nghiệm của WHO trên 5 chủng vi khuẩn và nấm tiêu chuẩn quốc tế S.aureus, P.aeruginosa, Shigella, B.Subtilis và nấm Candida Abicans) cho thấy tác dụng sát khuẩn của anolit rất mạnh và không có mùi khó chịu, không gây dị ứng, đảm bảo an toàn với người sử dụng nên được phép dùng trong y tế để diệt các vi khuẩn gram âm, gram dương, vi khuẩn có nha bào và nấm.

Từ kết quả thử nghiệm trên, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm thực tế tại các bệnh viện. Kết quả thử nghiệm vệ sinh môi trường theo quy định thường quy của bệnh viện nói chung cũng như khử khuẩn phòng cấp cứu cho thấy hiệu quả diệt khuẩn của anolit tương đương trong khi giá thành rẻ hơn các hóa chất thường dùng khác (cloramin-B và surfanios) từ 3,5-9 lần. Bên cạnh đó, việc thử nghiệm khử trùng dụng cụ y tế, dụng cụ trợ hô hấp được dùng thường xuyên và có nguy cơ nhiễm khuẩn cao cũng cho kết quả 100% các mẫu lấy ngay sau khi khử khuẩn đều âm tính, mặc dù trước đó các mẫu thử nghiệm đã có các vi khuẩn bệnh viện nguy hiểm đề kháng với nhiều loại kháng sinh như Pseudomonas aeruginosa, Kleb.Pneumoniae, Acinetobacter spp.

Các kết quả chứng minh hiệu quả diệt khuẩn cao tương tự đã thu được khi thực hiện các đề tài tại các bệnh viện cấp tỉnh (Hải Dương, Bắc Kạn, Kon Tum, Bến tre, Quảng Nam...). Đó là cơ sở cho nhiều dự án ứng dụng dung dịch HHĐH cho y tế như Dự án ứng dụng dung dịch anolit để tăng cường phòng chống dịch SARS (Bộ Y tế) cung cấp thiết bị cho trên 60 tỉnh thành trong cả nước. Đến nay đã có khoảng 300 bệnh viện tại tất cả các tỉnh trong cả nước trang bị thiết bị sản xuất anolit theo công nghệ của Viện Công nghệ môi trường.

Thiết bị ECAWA và thử nghiệm tại bệnh viện đa khoa Quảng Nam

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã đạt được, địa bàn ứng dụng công nghệ HHĐH đã và đang từng bước được mở rộng từ Nam chí Bắc với nhiều địa chỉ khác nhau. Trong những năm tới, với sự hợp tác của các đơn vị, Viện Công nghệ môi trường sẽ tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện và ứng dụng hiệu quả hơn công nghệ HHĐH đáp ứng cho các nhu cầu trong nước, làm phong phú thêm lĩnh vực công nghệ điện hóa và ứng dụng tại Việt Nam.

Một số đề tài và bài báo về Công nghệ Hoạt hóa điện hóa

Nguồn tin: PGS.TS. Nguyễn Hoài Châu
Ban Ứng dụng và Triển khai Công nghệ
Xử lý tin: Bích Diệp