(Đồ án HCMUTE) thiết kế và chế tạo bộ phận stack cho hệ thống khử mặn sử dụng công nghệ thẩm tách điện (electrodialysic)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ PHẬN STACK CHO HỆ THỐNG KHỬ MẶN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ THẨM TÁCH ĐIỆN (ELECTRODIALYSIS) GVHD: ĐẶNG MẬU CHIẾN NGUYỄN DUY LINH SVTH : NGUYỄN THỊ THẢO NGÀ NGUYỄN QUỐC VĂN SKL 08116 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2021 i ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ PHẬN STACK CHO HỆ THỐNG KHỬ MẶN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ THẨM TÁCH ĐIỆN (ELECTRODIALYSIS) GVHD 1: GS.TS ĐẶNG MẬU CHIẾN GVHD 2: GV NGUYỄN DUY LINH SVTH: NGUYỄN THỊ THẢO NGÀ MSSV: 17130027 SVTH: NGUYỄN QUỐC VĂN MSSV: 17130054 KHÓA: 2017-2021 TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 i ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ PHẬN STACK CHO HỆ THỐNG KHỬ MẶN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ THẨM TÁCH ĐIỆN (ELECTRODIALYSIS) GVHD 1: GS.TS ĐẶNG MẬU CHIẾN GVHD 2: GV NGUYỄN DUY LINH SVTH: NGUYỄN THỊ THẢO NGÀ MSSV: 17130027 SVTH: NGUYỄN QUỐC VĂN MSSV: 17130054 KHÓA: 2017-2021 TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 i KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: GS.TS Đặng Mậu Chiến Giảng viên hướng dẫn: GV Nguyễn Duy Linh Cơ quan công tác giảng viên hướng dẫn: Viện Công nghệ Nano-ĐHQG TP.HCM Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thảo Ngà MSSV: 17130027 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Văn MSSV: 17130054 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo phận stack cho hệ thống khử mặn sử dụng công nghệ thẩm tách điện (Electrodialysis) Nội dung khóa luận: - Tìm hiểu lý thuyết công nghệ thẩm tách điện nghiên cứu, mô hình hệ thống khử mặn sử dụng cơng nghệ - Thiết kế chi tiết phận stack thẩm tách điện - Chế tạo chi tiết lắp ráp stack thẩm tách điện Các sản phẩm dự kiến - Sơ đồ vẽ thiết kế chi tiết phận stack - Mơ hình stack thẩm tách điện - Đề xuất thành phần khác hệ thống khử mặn ED quy mơ phịng thí nghiệm máy bơm, đường ống dẫn, … i i Ngày giao đồ án: 01/01/2021 Ngày nộp đồ án: 25/08/2021 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) GS.TS Đặng Mậu Chiến ii i KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA BỘ MƠN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Nguyễn Thị Thảo Ngà MSSV: 17130027 Họ tên Sinh viên: Nguyễn Quốc Văn MSSV: 17130054 Ngành: Công nghệ Vật liệu Tên đề tài: Thiết kế chế tạo phận stack cho hệ thống khử mặn sử dụng công nghệ thẩm tách điện (Electrodialysis) Họ tên Giáo viên hướng dẫn 1: GS.TS Đặng Mậu Chiến Họ tên Giáo viên hướng dẫn 2: GV Nguyễn Duy Linh Cơ quan công tác GV hướng dẫn: Viện Công nghệ Nano-ĐHQG TP.HCM Địa chỉ: Khu phố 6, phường Linh Trung, Thủ Đức, TP.HCM NHẬN XÉT Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện Nội dung nghiên cứu Đề tài Luận văn có tính thời sự, đóng góp giải pháp kỹ thuật cho vấn đề xử lý nguồn nước nhiễm mặn Việt Nam Khối lượng công việc lớn, bao gồm: - Tổng quan tình hình nhiễm mặn giới Việt Nam, giới thiệu thiết bị hệ thống khử mặn công nghệ thẩm tách điện (Electrodialysis – ED), cấu tạo phận stack thẩm tách điện (ED) dùng cho hệ thống khử mặn iii i - Thiết kế phận stack cho hệ thống khử mặn sử dụng công nghệ ED - Chế tạo phận stack cho hệ thống khử mặn sử dụng công nghệ ED - Đánh giá tính tốn chi phí cho việc chế tạo phận stack - Đề xuất mơ hình cho hệ thống khử mặn dùng cơng nghệ ED quy mơ phịng thí nghiệm sử dụng phận stack thiết kế chế tạo Tinh thần học tập, nghiên cứu sinh viên - Các Sinh viên có tinh thần học tập, nghiên cứu hăng say - Các Sinh viên tham gia đầy đủ buổi thực tập nghiên cứu, họp nhóm, chuẩn bị kỹ lưỡng thí nghiệm Ưu điểm - Các Sinh viên có khả tự nghiên cứu, chăm ham học hỏi - Các nội dung trình bày Luận văn rõ ràng, có biện luận kết trích dẫn đầy đủ tài liệu tham khảo - Nội dung nghiên cứu Luận văn góp phần vào Bài báo khoa học chấp nhận đăng Kỷ yếu Hội nghị Quốc tế “International Workshop on Advanced Materials Science and Technology – IWAMSN 2021” Khuyết điểm - Kiến thức Sinh viên hạn chế - Các SV cần rèn luyện thêm cách chọn từ vựng viết câu văn học thuật Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đề nghị cho SV bảo vệ Luận văn Tốt nghiệp Điểm: 9.5 (Bằng chữ: chín rưỡi) iv i TP Hờ Chí Minh, ngày 25 tháng 08 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) GS.TS Đặng Mậu Chiến v i KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Nguyễn Thị Thảo Ngà MSSV: 17130027 Họ tên Sinh viên: Nguyễn Quốc Văn MSSV: 17130054 Ngành: Công nghệ Vật liệu Tên đề tài: Thiết kế chế tạo phận stack cho hệ thống khử mặn sử dụng công nghệ thẩm tách điện (Electrodialysis) Họ tên Giáo viên phản biện: Nguyễn Thụy Ngọc Thủy Cơ quan công tác GV phản biện: ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Địa chỉ: 01 Võ Văn Ngân, Tp Thủ Đức, Tp HCM NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện:  Nội dung đề tài có tính thời cho nhu cầu dân sinh nước sinh hoạt gặp phải vấn đề ô nhiễm, nhiễm mặn  Trong khoảng thời gian hạn chế, hai em sinh viên thực khối lượng công việc lớn với mục đích thiết kế chế tạo hệ thống khử mặn dùng công nghệ thẩm tách điện (ED) có quy mơ phịng thí nghiệm Những vi i vấn đề hệ khử mặn trình bày khảo sát Ưu điểm: Đã hoàn thành thiết kế chế tạo hệ khử mặn quy mơ phịng thí nghiệm Khuyết điểm: Chưa có đánh giá hiệu suất công suất khử mặn hệ Kiến nghị câu hỏi: Câu hỏi 1: So với công nghệ lọc nước sử dụng phổ biến nhược điểm lớn cơng nghệ thẩm tách điện ? Câu hỏi 2: Có thể sử dụng công nghệ để tạo nước tinh khiết làm nước uống trực tiếp không? Câu hỏi 3: Sv có đề cập ưu điểm cơng nghệ thẩm tách điện tỷ lệ nước thu hồi lớn tới 90% Nhưng qua stack lọc nước lọc có đạt u cầu khơng? Câu hỏi 4: Mục đích đệm dịng chảy dẫn nước sau lọc riêng bên, nước loại bỏ riêng bên ? Nhưng tỷ lệ hai loại nước chênh lớn, đệm dòng chảy giống hay khác cho loại nước Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đề nghị cho bảo vệ Điểm: 9.3 (Bằng chữ: chín chấm ba) Tp Hờ Chí Minh, ngày 06 tháng 09 năm 2021 vii i CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ BỘ PHẬN ED STACK VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Đánh giá thông số phận ED stack Các thông số liên quan đến stack hiệu suất hoạt động mong đợi mô tả bảng 4.1.: Bảng 4.1 Các thông số liên quan đến phận stack hiệu suất hoạt động mong đợi Thông số thiết kế Bộ phận ED stack Chiều dài, chiều rộng stack Chiều dài, chiều rộng hiệu dụng stack Số lượng cặp cell Hiệu suất hoạt động mong đợi Nồng độ nước nguồn cấp Nồng độ nước sản phẩm Hiệu suất hoạt động Tỷ lệ thu hồi Giá trị 12×12 cm 8×8 cm 10 (có thể thay đổi được) 3000 mg/L 100-300 mg/L 13-15 L/h 80-90% Việc thiết kế chế tạo ED stack có kích thước 12×12×8 cm phù hợp quy mơ phịng thí nghiệm quy mơ hộ gia đình Stack chế tạo có kích thước nhỏ gọn, dễ tháo lắp Tùy thuộc vào nồng độ mặn dung dịch nước nguồn cấp tháo lắp thêm bớt số lượng cặp cell cách dễ dàng Việc sử dụng hệ thống bơm, đường ống dẫn nước phù hợp làm giảm chi phí sản xuất Ngồi ứng dụng quy mơ lớn cơng nghiệp tăng kích thước hệ thống, tăng công suất máy bơm, tăng diện tích bồn chứa, đường ống dẫn nước, Có số lượng lớn nghiên cứu công bố công nghệ thẩm tách điện, số nhỏ số phân tích thiết kế vận hành tối ưu hệ thống khử mặn sử dụng công nghệ thẩm tách điện, với phần lớn công việc tập trung vào khử mặn nước lợ [20] Do đó, cần xử lý nước nguồn cấp có độ mặn ban đầu từ 3000 mg/L sản phẩm phải tạo nước có độ mặn khơng lớn 300 mg/L Sản phẩm phải có tỷ lệ thu hồi 80% lượng nước nguồn cấp vào Tỷ lệ thu hồi nước cao lãng phí cạnh tranh trở thành sản phẩm thương mại Dung tích 10 L nước sản phẩm cần thiết để cung cấp lượng nước dự trữ an toàn cho những trường hợp khơng có nước điện Cơng suất tiêu thụ phải nhỏ 200 W, xấp xỉ mức tiêu thụ hệ thống RO gia đình thơng thường Việt Nam Các hiệu suất mong đợi ED stack tham khảo từ nghiên cứu trước Hong-Joo Lee cộng [20] đưa số giả định có giá trị q trình khử mặn nước lợ có nồng độ từ 3000 mg/L, mơ hình hóa hệ thống thẩm tách điện hồn chỉnh khử muối không cần xem xét chi 38 i tiết trình vận chuyển ion Các giả định đơn giản hóa sử dụng mơ hình khơng phù hợp lập mơ hình khử muối cho nồng độ đầu vào có độ mặn cao 4.2 Đánh giá vật liệu và phương pháp chế tạo ED stack Vật liệu phương pháp chế tạo thành phần stack sử dụng cung cấp bảng 4.2 Bảng 4.2 Vật liệu phương pháp chế tạo thành phần stack Các thành phần Điện cực Vật liệu Titanium mạ platinum Khung Polypropylene Phương pháp chế tạo Gia công tay sử dụng máy cắt kim loại Cắt máy cắt CNC Bộ đệm (điện cực dòng Polyvinyl clorua Cắt máy cắt laser chảy) Màng trao đổi ion CEM (Fujifilm Type 2) Cắt máy cắt laser AEM (Fujifilm Type 2) Điện cực: Điện cực sử dụng titanium phủ platinium có độ bền cao, cung cấp dịng điện ổn định, có giá thành cao điện cực tuổi thọ cao loại bỏ dịng rửa điện cực q trình ED stack hoạt động, giảm chi phí chế tạo đảm bảo an tồn cho người sử dụng khơng cần tiếp xúc hóa chất Khung stack: Nhóm nghiên cứu ưu tiên chọn vật liệu chế tạo khung polypropylene Polypropylene loại nhựa nhiệt dẻo có độ bền học cao Khung ED stack dùng để cố định chi tiết có độ dày cm với đặc điểm trội giúp khung trước khung sau không vênh, biến dạng sau lắp ren, chống rỏ rỉ nước ngoài, đảm bảo hệ thống hoạt động đạt hiệu cao Chính phù hợp việc sử dụng làm khung cho hệ thống khử mặn ED stack Bộ đệm: Nhóm nghiên cứu ưu tiên chọn đệm làm từ vật liệu polyvinyl clorua (PVC) Với tính mềm dẻo giúp ngăn xếp chặt với tránh bị rò rỉ nước giữa ngăn, tăng hiệu suất khử nước mặn hệ thống Tuy nhiên, nhóm gặp số vấn đề đệm polyvinyl clorua sau thời gian sử dụng, vật liệu cho bị ăn mòn những chi tiết tiếp xúc với dung dịch rửa điện cực, dung dịch nước nguồn cấp chi tiết 5,6 Màng trao đổi ion: Nhóm nghiên cứu chọn màng CEM, AEM Type cung cấp từ Fujifilm Manufacturing Europe BV, Hà Lan màng có tuổi thọ cao (lên đến 10 năm, phụ thuộc vào môi trường) quy mơ phịng thí nghiệm cơng nghiệp Cụ thể, màng CEM Type có tuổi thọ 10 năm, pH hoạt động 4-12 khoảng nhiệt độ 10°C đến 50°C, AEM Type có tuổi thọ 10 năm, hoạt động phạm vi pH rộng (2-10), nhiệt độ từ 10°C đến 50°C [18] Việc chế tạo màng trao đổi 39 i ion đặt thách thức lớn nhất: Màng cung cấp từ Fujifilm Manufacturing Europe BV, Hà Lan, nên cần xem xét trước để chủ động chờ trình vận chuyển Việt Nam trình vận chuyển nhiều thời gian 4.3 Tính tốn vật liệu chí phí chế tạo Chi phí chế tạo ED stack bao gồm hai chi phí chi phi vật liệu chi phí chế tạo Các giá trị bảng chi phí giá trị thời điểm 03/2021 tham khảo trang [37]–[42] Bảng 4.3 Bảng giá chi phí chế tạo chi tiết ED stack Chi tiết Khung Điện cực Bộ đệm Màng CEM Màng AEM Thanh ren Vòng đệm Số lượng 2 25 10 10 4 Kích thước (cm) 12×12×3 8×8×0,035 12×12×0,1 12×12 12×12 ∅6 ∅6 Chi phí chế tạo (VND) 40.000 10.000 140.000 50.000 50.000 20.000 4.000 Van kết nối ∅6, ∅8 120.000 434.000 Tổng cộng Bảng 4.4 Bảng giá chi phí vật liệu Chi tiết Khung Điện cực Bộ đệm Màng CEM Màng AEM Đơn vị (VND) 6.600.000/1220×2440 mm 900.000/1220×2440 mm 296.000/1220×2240 mm 1.830.000/m2 1.830.000/m2 Tổng cộng Chi phí vật liệu chế tạo (VND) 63.852 4.000 38.000 250.000 250.000 605.852 ≈ 606.000 Vậy tổng chi phí chế tạo ED stack chi phí vật liệu cộng với chi phí chế tạo Tổng chi phí chế tạo = Chi phí vật liệu + Chi phí chế tạo = 434.000 + 606.000 = 1.040.000 (VND) 40 i Hình 4.1 Biểu đờ thể tỉ lệ chi phí chế tạo chi tiết ED stack Hình 4.1 cho thấy chi phí chế tạo chi tiết ED stack Chi phí chế tạo đệm chiếm phần trăm cao 32,26%, van kết nối 27,95% thấp điện cực chiếm 2,3% Hình 4.2 Biểu đờ thể tỉ lệ chi phí vật liệu chi tiết ED stack Hình 4.2 mơ tả tỉ lệ chi phí vật liệu chi tiết ED stack Trong chi phí vật liệu màng trao đổi ion chiếm tỉ lệ phần trăm cao (82,49%), chi phí vật liệu khung chiếm 10,54%, đệm 6,27% chiếm chi phí thấp điện cực (0,7%) Vật liệu màng trao đổi chiếm chi phí đáng kể Hiện Việt Nam, màng trao đổi ion chưa phát triển, đặc biệt màng trao đổi ion cho stack khử mặn ED Do đó, màng trao đổi ion mua nước ngồi với chi phí giá màng, thuế chi phí vận chuyển cao Vì thế, 41 i muốn giảm chi phí vật liệu cho việc chế tạo ED stack, cần nghiên cứu chế tạo màng trao đổi ion nước thay mua thương mại thị trường nước 4.3 Đề xuất mơ hình hệ thớng khử mặn ED quy mơ phịng thí nghiệm Hệ thống khử mặn sử dụng cơng nghệ thẩm tách điện chế tạo theo hai kiến trúc riêng biệt gồm có kiến trúc tuần hồn kiến trúc liên tục - Đối với quy trình khử mặn kiến trúc liên tục, nồng độ muối dịng pha lỗng đạt lần khử từ dòng nước mặn đầu vào qua phận ED stack Kiến trúc liên tục gồm: phận ED stack, bồn rửa điện cực, bồn nước sản phẩm, bồn nước loại bỏ, lọc cacbon lọc thô Ưu điểm kiến trúc hệ thống ống nước đơn giản hơn, nhược điểm kiến trúc khó kiểm sốt điện dịng điện đầu vào stack để đạt nồng độ nước mong muốn, việc điểu khiển tốc độ dòng chảy phức tạp Hình 4.3 Kiến trúc liên tục hệ thống khử mặn ED [43] - Đối với quy trình khử mặn kiến trúc tuần hoàn gồm việc tuần hồn lại dung dịch pha lỗng đặc qua phận stack nồng độ muối dịng pha lỗng giảm xuống mức mong muốn đạt yêu cầu Đối với kiến trúc tuần hoàn, hệ thống khử mặn có thêm hai bồn chứa, so với kiến trúc liên tục Kiến trúc tuần hoàn gồm: bồn pha lỗng, bồn đặc, bồn nước sản phẩm, bồn nước thải, phận ED stack, bồn rửa điện cực lọc cacbon, lọc thô Kiến trúc phù hợp với mục đích sử dụng quy mơ 42 i hộ gia đình mục tiêu thiết kế sản phẩm có kích thước tương tự thiết bị RO có [44] Hình 4.4 Kiến trúc tuần hồn hệ thống khử mặn ED [43] Do đề xuất kiến trúc tuần hoàn lựa chọn cho hệ thống khử mặn quy mơ hộ gia đình Hệ thống khử mặn sử dụng cơng nghệ thẩm tách điện cấu trúc tuần hồn bao gồm ba dòng chảy: dòng cho chất pha lỗng dịng cho chất đặc bổ sung dòng rửa điện cực chứa ion SO42- Bắt đầu q trình tuần hồn, hai bồn chứa chứa nước đầu vào nồng độ Trong trình khử muối, đặt điện áp qua stack, dịng nước nguồn cấp tuần hồn đạt độ mặn mong muốn bồn chứa pha lỗng Hệ thống khử mặn sử dụng cơng nghệ thẩm tách điện đề xuất gồm ED stack, hai máy bơm nhu động, nguồn cấp điện hệ thống đo độ mặn, bồn chứa cô đặc, bồn chứa pha loãng, đường ống dẫn nước van kết nối đường ống dẫn nước với stack thẩm tách điện - Nguồn điện chiều: Nguồn điện chiều đóng vai trị thúc đẩy vận chuyển ion Hơn nữa, tốc độ di chuyển ion kiểm soát cách điều chỉnh mật độ dòng điện - Máy bơm nhu động: Bơm nhu động dùng để kiểm sốt tốc độ dịng chảy, có độ ổn định độ xác cao, chống ăn mịn thân bơm dung dịch vào ống dẫn mà không tiếp xúc với máy bơm, dễ dàng sử dụng bảo trì, tuổi thọ cao Thơng số kỹ thuật 43 i máy bơm: điện áp sử dụng: 12V-24V, công suất: 6W-16W, khối lượng: 0,6 kg, lưu lượng bơm: 0-200ml/phút Hình 4.5 Bộ ng̀n cấp điện (bên trái) máy bơm nhu động (bên phải) Hình 4.6 Van kết nối đường ống nước (Ø8) (Ø6) đối với dòng rửa điện cực - Van kết nối đường ống dẫn nước: Ø8 cho lỗ nước đầu vào ra, phù hợp với vận tốc bơm nước để bơm nước từ bồn chứa nước đầu vào đến stack thẩm tách điện từ stack thẩm tách điện đến bồn chứa nước pha lỗng đặc Ø6 cho lỗ nước rửa điện cực vào ra, phù hợp với vận tốc bơm rửa điện cực đủ để làm tồn bề mặt điện cực 44 i Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống khử mặn ED kiến trúc tuần hồn quy mơ phịng thí nghiệm Hình 4.8 Mơ hình hệ thống khử mặn ED kiến trúc tuần hoàn đề xuất 4.4 Hướng phát triển Mơ tính tốn tối ưu hóa thơng số vận tốc dòng chảy, tốc độ truyền khối qua stack, sụt giảm áp suất, điện áp vào, phân cực nồng độ, mật độ dòng điện giới hạn, số lượng cặp cell công suất stack phần mềm tính tốn mơ Dự đốn xác sụt giảm áp suất chuyển khối với mục đích 45 i lựa chọn máy bơm cho hệ thống đòi hỏi phải xem xét số biến số khác bao gồm định hướng đệm, khoảng cách góc giữa sợi Xem xét ảnh hưởng phản ứng oxy hóa khử xảy điện cực, ảnh hưởng bám bẩn đến mật độ dòng điện giới hạn Thực nghiệm hệ thống khử mặn ED quy mơ phịng thí nghiệm để kiểm tra thơng số mơ Tính tốn, tối ưu hóa chi phí chế tạo chi phí vận hành hệ thống khử mặn ED chế tạo quy mô hộ gia đình Có thể sử dụng nguồn lượng tái tạo lượng mặt trời giúp giảm chi phí vận hành thân thiện với mơi trường 46 i KẾT LUẬN Luận văn trình bày chi tiết cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, phận ED stack công bố đệm dẫn điện, đệm không dẫn điện, đệm xốp, loại màng trao đơi ion thương mại, hình dạng điện cực cân nhắc lựa chọn thiết kế mơ hình ED stack phù hợp Luận văn đưa quy trình, mơ tả kích thước phận ED stack, lựa chọn vật liệu, chế tạo các chi tiết cách cụ thể Các phận thiết kế phần mềm AutoCAD có kích thước nhỏ gọn, chế tạo đơn giản vật liệu có sẵn thị trường máy cắt CNC cắt laser ED stack chế tạo thành công với 10 cặp cell nối tiếp gồm 10 màng trao đổi cation, 10 màng trao đổi anion 21 đệm dòng chảy, đệm dịng chảy điện cực, ngồi điện cực titan phủ platin đóng vai trị anode cathode, với tổng chi phí chế tạo stack ước tính mức 1.040.000 VND Ngồi ra, luận văn cịn đề xuất số phận hệ thống khử mặn ED quy mơ phịng nghiệm máy bơm, nguồn cấp điện, đường ống dẫn nước đầu đo độ mặn Luận văn nghiên cứu mở hướng phát triển việc khử mặn nước lợ với độ mặn phù hợp với điều kiện nước mặn Việt Nam dụng nguồn lượng tái tạo để tăng tính cạnh tranh giá thành với hệ thống khử mặn phổ biến Việt Nam hệ thống lọc mặn RO Nhờ vào kết này, nhóm nghiên cứu có báo chấp nhận đăng hội nghị quốc tế: International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology – IWAMSN 2021, với tiêu đề: “Construction of electrodialysis stack for brackish water desalination” 47 i TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hóa chất xử nước Green, “Phương pháp xử lý nước nhiễm mặn, biến nước mặn thành nước ngọt.” https://greenwater.com.vn/2-phuong-phap-xu-ly-nuoc-nhiemman.html (accessed Mar 05, 2021) [2] M Heihse, “Hybrid Life Cycle Assessment and Modelling Approaches The Case of Desalination in Australia. Technischen Universităat Berlin, 2020 [3] P M Powell, “Cost-Optimal Design of a Household Batch Electrodialysis Desalination Device,” no 2016, pp 0–68, 2018 [4] V V Nikonenko, S A Mareev, N D Pis, A M Uzdenova, and A V Kovalenko, “Effect of Electroconvection and Its Use in Intensifying the Mass Transfer in Electrodialysis ( Review ) 1,” vol 53, no 10, pp 1122–1144, 2017, doi: 10.1134/S1023193517090099 [5] P V Hoàn and T T T Khương, “Công nghệ khử mặn hiệu cấp nước sinh hoạt cho cụm dân cư nông thôn Đồng sông Cửu Long,” Can Tho Univ J Sci., vol 45, p 33, 2016, doi: 10.22144/ctu.jvn.2016.509 [6] Nhóm Phóng Viên TTXVN Khu Vực Nam Sông Hậu, “Hạn mặn Đồng sông Cửu Long - Bài 1: Diễn biến phức tạp, khó lường,” BNEWS, 2020 https://bnews.vn/han-man-o-dong-bang-song-cuu-long-bai-1-dien-bien-phuc-tapkho-luong/147895.html (accessed Jan 05, 2021) [7] H Nam, “Xếp hàng xin nước miền Tây,” vnexpress.net, 2021 https://vnexpress.net/xep-hang-xin-nuoc-ngot-o-mien-tay-4070881.html (accessed Jan 05, 2021) [8] S Veerapaneni, B Long, S Freeman, and R Bond, “Reducing energy consumption for seawater desalination,” J / Am Water Work Assoc., vol 99, no 6, 2007, doi: 10.1002/j.1551-8833.2007.tb07958.x [9] A Subramani, M Badruzzaman, J Oppenheimer, and J G Jacangelo, “Energy minimization strategies and renewable energy utilization for desalination: A review,” Water Res., vol 45, no 5, pp 1907–1920, 2011, doi: 10.1016/j.watres.2010.12.032 [10] T T T K Pham Van Hoan, “An effective desalination technology for fresh water supply to rural villages in Mekong Delta region,” Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 2016, doi: 10.22144/ctu.jvn.2016.509 [11] V A Shaposhnik and K Kesore, “An early history of electrodialysis with permselective membranes,” J Memb Sci., vol 136, no 1–2, pp 35–39, 1997, doi: 48 i 10.1016/S0376-7388(97)00149-X [12] F Hell and J Lahnsteiner, “The Application of Electrodialysis for Drinking Water Treatment,” in Water Resources Quality, 2002, pp 315–327 [13] C P Watcher, “Applications of electrodialysis,” 2021 https://www.climatepolicy-watcher.org/reverse-osmosis/applications-of-electrodialysis.html (accessed Jan 05, 2021) [14] H Strathmann, “Assessment of Electrodialysis Water Desalination Process Costs,” Proc Int Conf Desalin Costing, Lemassol, Cyprus, December 6-8, 2004, no January 2004, pp 32–54, 2004 [15] L J Banasiak, T W Kruttschnitt, and A I Schäfer, “Desalination using electrodialysis as a function of voltage and salt concentration,” vol 205, no May 2006, pp 38–46, 2007, doi: 10.1016/j.desal.2006.04.038 [16] O I Kasian, T V Luk’Yanenko, and A B Velichenko, “Electrochemical properties of heat-treated platinized titanium,” Prot Met Phys Chem Surfaces, vol 49, no 5, pp 559–566, 2013, doi: 10.1134/S2070205113050043 [17] T Xu, “Ion exchange membranes : State of their development and perspective,” vol 263, no 2, pp 1–29, 2005, doi: 10.1016/j.memsci.2005.05.002 [18] Fujifilm, “Article Information Sheet Product Name : Ion Exchange Membrane,” pp 1–2, 2019 [19] H Kawate, K Tsuzura, and H Shimizu, “Ion exchange membranes,” Ion Exch., pp 595–658, 2011, doi: 10.1515/9783110862430.595 [20] H J Lee, F Sarfert, H Strathmann, and S H Moon, “Designing of an electrodialysis desalination plant,” Desalination, vol 142, no 3, pp 267–286, 2002, doi: 10.1016/S0011-9164(02)00208-4 [21] R W Baker, Membrane Technology and Applications, SECOND EDI., vol 30, no 10 Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2004 [22] J Fehér, K Keslerová, and M Amrich, “A Tool for a Spacer Material and Ionexchange Membrane Compatibility Evaluation for Electrodialysis Module Design,” vol 62, no 2, pp 144–149, 2018 [23] O Kedem, “Reduction of polarization in electrodialysis by ion-conducting spacers,” Desalination, vol 16, no 1, pp 105–118, 1975, doi: 10.1016/S00119164(00)84095-3 [24] K Kesore, F Janowski, and V A Shaposhnik, “Highly effective electrodialysis 49 i for selective elimination of nitrates from drinking water,” J Memb Sci., vol 127, no 1, pp 17–24, 1997, doi: 10.1016/S0376-7388(96)00282-7 [25] L Václavík, N Káňavová, L Machuča, M Doležel, M Amrich, and D Tvrzník, “The development of electrodialysis modules for specific applications,” Desalin Water Treat., vol 56, no 12, pp 3278–3284, 2015, doi: 10.1080/19443994.2014.981926 [26] Y Sano, K Fukagawa, and F Kuwahara, “Numerical estimation of limiting current density by focusing on mass transfer within porous spacers in an electrodialysis,” Membranes (Basel)., vol 9, no 7, 2019, doi: 10.3390/membranes9070075 [27] M S Isaacson and A A Sonin, “Sherwood Number and Friction Factor Correlations for Electrodialysis Systems, with Application to Process Optimization,” Ind Eng Chem Process Des Dev., vol 15, no 2, pp 313–321, 1976, doi: 10.1021/i260058a017 [28] K Hattenbach and K Kneifel, “The effect of cell thickness and flow velocity on water cost in desalination by electrodialysis,” Desalination, vol 58, no 1, pp 33– 41, 1986, doi: 10.1016/0011-9164(86)85010-X [29] J H Choi, “Comparison of constant voltage (CV) and constant current (CC) operation in the membrane capacitive deionisation process,” Desalin Water Treat., vol 56, no 4, pp 921–928, 2015, doi: 10.1080/19443994.2014.942379 [30] Z Zourmand, F Faridirad, N Kasiri, and T Mohammadi, “Mass transfer modeling of desalination through an electrodialysis cell,” Desalination, vol 359, pp 41–51, 2015, doi: 10.1016/j.desal.2014.12.008 [31] F Galvanin, R Marchesini, M Barolo, F Bezzo, and M Fidaleo, “Optimal design of experiments for parameter identification in electrodialysis models,” Chem Eng Res Des., vol 105, no i, pp 107–119, 2016, doi: 10.1016/j.cherd.2015.10.048 [32] T Scarazzato, Z Panossian, J A S Tenório, V Pérez-Herranz, and D C R Espinosa, “Water reclamation and chemicals recovery from a novel cyanide-free copper plating bath using electrodialysis membrane process,” Desalination, vol 436, no November 2017, pp 114–124, 2018, doi: 10.1016/j.desal.2018.01.005 [33] A J Ward, K Arola, E Thompson Brewster, C M Mehta, and D J Batstone, “Nutrient recovery from wastewater through pilot scale electrodialysis,” Water Res., vol 135, pp 57–65, 2018, doi: 10.1016/j.watres.2018.02.021 [34] I K Bishay, S L Abd-El-Messieh, and S H Mansour, “Electrical, mechanical and thermal properties of polyvinyl chloride composites filled with aluminum 50 i powder,” Mater Des., vol 10.1016/j.matdes.2010.06.035 32, no 1, pp 62–68, 2011, doi: [35] C C Tang, H I Chen, P Brimblecombe, and C L Lee, “Textural, surface and chemical properties of polyvinyl chloride particles degraded in a simulated environment,” Mar Pollut Bull., vol 133, no May, pp 392–401, 2018, doi: 10.1016/j.marpolbul.2018.05.062 [36] Hisham A Maddah, “Polypropylene as a Promising Plastic: A Review,” Am J Polym Sci., 2016, doi: 10.5923/j.ajps.20160601.01 [37] F M E BV, “Fujifilm Manufacturing Europe BV Membranes,” 2021 https://www.fujifilmmembranes.com/images/Brochure_Fujifilm_ion_exchange_ membranes.pdf (accessed Mar 05, 2021) [38] An Thiện Phát, “Thanh ren inox 201 304 316 316L,” https://anthienphat.vn/p/95/86/Thanh-ren-inox-201-304-316-316L.html (accessed Mar 05, 2021) 2021 [39] Trung tâm dụng cụ, “Đầu Nối Thẳng Ø8 Ren 9.6 SANG-A PC0801,” 2021 https://trungtamdungcu.com/products/dau-noi-thang-o8-ren-9-6-sang-a-pc0801 (accessed Mar 05, 2021) [40] Trung tâm dụng cụ, “Đầu Nối Thẳng Ø6 Ren M5 SANG-A PC06M5,” 2021 https://trungtamdungcu.com/products/dau-noi-thang-o6-ren-m5-sang-a-pc06m5 (accessed Mar 05, 2021) [41] SonBang, “Bảng Giá Tấm Nhựa PVC kỹ thuật Polyvinyl Clorua,” 2021 https://sbo.vn/bang-gia-tam-nhua-pvc-ky-thuat/ (accessed Mar 05, 2021) [42] SonBang, “Bảng báo giá nhựa PP công nghiệp polypropylene,” 2021 https://sbo.vn/bang-bao-gia-tam-nhua-pp-cong-nghiep-polypropylene/ (accessed Mar 05, 2021) [43] K G Nayar et al., “Feasibility study of an electrodialysis system for in-home water desalination in urban India,” Dev Eng., vol 2, pp 38–46, 2016, doi: 10.1016/j.deveng.2016.12.001 [44] D Andriollo, “Experimental and modelling-based evaluation of Electrodialysis for the desalination of watery streams,” 2014 51 i i