Nghiên cứu sử dụng màng nf trong công nghệ xử lý nước lợ thành nước cấp sinh hoạt khu vực ven biển quảng ninh

Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học viết luận văn này, tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình q thầy trường Đại học xây dựng Hà Nội Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn đến q thầy trường Đại học xây dựng Hà Nội., đặc biệt thầy cô tận tình dạy bảo cho tơi suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư – Tiến sĩ Trần Đức Hạ dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Nhân đây, xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học xây dựng Hà Nội q thầy Viện Khoa học kỹ thuật môi trường tạo nhiều điều kiện để tơi học tập hồn thành tốt khóa học Đồng thời, xin cảm ơn ban lãnh đạo Công ty TNHH thành viên kinh doanh nước Quảng Ninh… tạo điều kiện cho theo học hồn thiện luận văn Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp q báu q thầy bạn Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2011 Học viên Trần Quý Dương Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ……………………………………3 PHẦN MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi đề tài Nội dung chủ yếu luận văn Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MÀNG NF ĐỂ XỬ LÍ NƯỚC LỢ VÀ NƯỚC BIỂN 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Tình hình nghiên cứu nước: CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ LỢ VÀ NƯỚC BIỂN BẰNG MÀNG NF ĐỂ CẤP NƯỚC CHO SINH HOẠT 14 2.1 Đặc điểm nguồn nước lợ 14 2.1.1.Sự phân bố nguồn nước 14 2.1.2 Sự hình thành nước lợ 15 2.1.3 Thành phần đặc tính nước lợ 16 2.1.4 Ảnh hưởng nước lợ với sức khỏe đối tượng sử dụng 19 2.2 Các phương pháp xử lí nước lợ 19 2.2.1 Xử lý muối nhiệt: 20 2.2.2.Xử lý muối trình điện thẩm tách 20 2.3 Phương pháp xử lí nước lợ màng lọc 22 2.3.1.Khái niệm màng lọc 22 2.3.2.Các loại màng 23 a Vi lọc (Microfiltration – MF) 23 b Siêu lọc (Ultrafiltration – UF) 24 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 c Lọc nano (Nanofiltration – NF) 25 d Lọc thẩm thấu ngược (Reverse osmosis – RO) 25 2.3.3 Đặc tính màng 26 2.3.4 Vật liệu chế tạo màng 28 2.3.5 Cách sếp loại môđun màng 28 a Mô đun dạng khung 29 b Mô đun dạng ống rỗng 29 c Mô đun dạng quấn xoắn 30 d Mô đun dạng sợi rỗng 30 2.3.6 Cơ chế lọc màng 32 a Nguyên tắc tách giữ các chất màng lọc 32 b Cơ chế chuyển khối qua màng 33 c Các nguyên nhân gây tắc màng 35 d Biện pháp phòng chống tắc màng 35 2.3.7 Các thông số thiết kế vận hành hệ thống lọc màng 36 2.4 Màng NF để xử lý nước lợ 38 2.4.1 Tính chất lọc nano NF 38 2.4.2 Cơ chế tách trình lọc màng NF 38 CHƯƠNG 3:TÍNH TỐN KẾ DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC LỢ BẰNG MÀNG LỌC NF THÀNH NƯỚC SINH HOẠT CẤP CHO KHU VỰC VEN BIỂN QUẢNG NINH 40 3.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên tỉnh Quảng Ninh 40 3.1.1 Vị trí địa lý 40 3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 41 3.1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng 42 3.1.4 Đặc điểm thủy văn hải văn 42 a Đặc điểm thủy văn 42 b Đặc điểm hải văn 43 3.3 Tính tốn thiết kế cơng nghệ xử lý nước lợ khu vực cửa sơng MằnHồnh Bồ- Quảng Ninh thành nước sinh hoạt 46 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 3.3.1 Đặc điểm khu vực lựa chọn tính tóan 46 3.3.2 Lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý 51 3.3.3 TÍnh tốn thiết kế trạm xử lý 56 a Tính tốn cơng suất đầu vào trạm xử lý 56 b Tính tốn lượng hóa chất cầu thiết 57 c Tính tốn bể lọc áp lực 59 e Tính tốn thiết bị hấp phụ than hoạt tính 67 f Tính tốn màng MF 72 g Tính toán màng NF 75 i Tính tốn ổn định nước sau xử lý bể chứa nước 94 k Tính tốn bể chứa nước 96 h Tính tốn q trình khử trùng 96 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 4.1 Kết luận: 99 4.2 Kiến nghị 100 PHỤ LỤC 101 PHỤ LỤC 102 PHỤ LỤC 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADB: Ngân hàng châu Á BXD: Bộ Xây dựng ED: Điện thẩm tách GCC: hội đồng hợp tác vùng Vinh IPCC: Ủy Ban liên phủ biến đổi khí hậu MF: Lọc micro NF: Lọc na nô NCKH: nghiên cứu khoa học RO: thẩm thấu ngược SDI: Mật độ bùn TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam WB : Ngân hàng giới UF: Siêu lọc Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Ước tính phân bố nước trái đất Bảng 2.2: Thành phần nước lợ, nước biển Bảng 2.3: Chất lượng nước đầu vào số vùng Mỹ Bảng 2.4: Đặc tính số loại màng chế tách lọc Bảng 2.5 Bảng tổng kết công nghệ lọc màng Bảng 3.1 Thông số quan trắc chất lượng nước sông Mằn( Quảng Ninh) Bảng 3.2 Khả tách màng NF RO Bảng 3.3 Tóm tắt thơng số tính tốn bể lọc áp lực Bảng 3.4: Thơng số than hoạt tính Bảng 3.5 Tóm tắt thơng số tính tốn cột lọc than Bảng 3.6 Các thông số kỹ thuật màng M Bảng 3.7 Thông số chất lượng nước đầu vào hệ thống Bảng 3.8 Các chủng loại màng NF Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật mỗ Moddun( lõi) màng NF90-4040 Bảng 3.10 Lựa chọn số bậc thiết kế hệ thống NF Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Biểu đồ phân bố nước trái đất Hình 2.2 sơ đồ công nghệ tách muối phương pháp nhiệt màng lọc Hình 2.3 Sự loại bỏ ion trình điện thẩm tách Hình 2.4 Sự di chuyển ion trình điện thẩm tách Hình 2.5: Mơ tả màng lọc Hình 2.6 Kích thước lỗ rỗng số loại màng Hình 2.7 Hình dạng lỗ rỗng màng đồng chất Hình 2.8 Hình dạng màng bất đối xứng Hình 2.9 Các mơ đun màng dạng khung dạng ống Hình 2.10 Các mơ đun màng dạng quấn xoắn dạng sợi rỗng Hình 2.11 Sơ đồ lọc chặn Hình 2.12 Sơ đồ lọc trượt Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý phần tử chuyển dịch qua màng Hình 3.1 Sơ đồ vị trí địa lý tỉnh Quảng Ninh Hình 3.2 Một góc rừng ngập mặn tỉnh Quảng Ninh Hình 3.3 Vị trí lấy mẫu nước sơng Mằn- Hồnh Bồ Hình 3.4 Dây chuyền xử lý dùng bể lọc áp lực màng NF Hình 3.5 Dây chuyền xử lý dùng bể lọc nhanh trọng lực màng Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 PHẦN MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Biến đổi khí hậu mang lại nhiều rủi ro thiên tai cho Việt Nam có tỉnh Quảng Ninh, chủ yếu thay đổi lượng mưa giông bão Mực nước biển dâng cao yếu tố liên quan trực tiếp đến vấn đề nước vệ sinh môi trường nước ta, làm tăng rủi ro lũ lụt cho vùng đất trũng ven biển Biến đổi khí hậu xem vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến tất sách, kế hoạch hành động nước ta năm tới 70% dân cư sinh sống gần vùng ven bờ đối mặt với đe dọa không dự báo mực nước biển dâng cao thiên tai khác Biến đổi khí hậu mực nước biển dâng cao làm tăng vùng ngập lụt,nhiễm mặn, dẫn đến gây khó khăn cho hoạt động nơng nghiệp cung cấp nước sinh hoạt Theo báo cáo Ngân hàng Thế giới (WB) ủy ban liên phủ biến đổi khí hậu (IPCC), mực nước biển dâng cao 1m có khả gây “khủng hoảng sinh thái”, ảnh hưởng tới gần 12% diện tích 11% dân số Việt Nam Báo cáo nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu khu vực Đông Nam Á Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) công bố ngày 28/4/2009 Hà Nội cho sản xuất lúa gạo Việt Nam giảm mạnh mực nước biển tăng nhấn chìm hàng chục ngàn hécta đất canh tác vào cuối kỷ này, đồng thời khiến cho hàng ngàn gia đình sống ven biển phải tái định cư Trong năm gần đây, với chiến lược phát triển đất nước theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa hội nhập quốc tế, xây dựng cơng trình khai thác tài ngun ven biển sơi động Trong Chiến lược Biển Việt Nam đến năm 2020, phải phấn đấu để nước ta trở thành quốc gia mạnh biển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chủ quyền quốc gia biển, góp phần giữ vững ổn định phát triển đất nước; kết hợp chặt chẽ phát triển kinh tế - xã hội với đảm bảo quốc phòng, an ninh bảo vệ mơi trường; có sách hấp dẫn nhằm thu hút nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; xây dựng trung tâm kinh tế lớn vùng duyên hải gắn với hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng phát triển nước Thủ tướng Chính phủ phê duyệt “Đề án tổng thể điều tra quản lý tài nguyên môi trường biển đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020” (số Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 47/2006/QĐ-TTg, ngày 1-3-2006) nhằm đạt mục tiêu như: đẩy mạnh công tác điều tra điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên môi trường biển Việt Nam, xác lập luận khoa học, sở pháp lý để tăng cường quản lý nhà nước, phát huy tiềm năng, lợi phục vụ cho việc phát triển bền vững vùng biển, ven biển hải đảo nước ta Ngồi lượng mưa giảm đáng kể Việt Nam thập kỷ tới 12 triệu người phải chịu tác động tình trạng thiếu nước ngày gia tăng Ngồi khu dân cư ven biển, hải đảo … thuộc vùng nước bị nhiễm mặn chưa có điều kiện cấp nước tập trung việc nghiên cứu phương pháp xử lý nước nhiễm mặn để xây dựng hệ thống cấp nước nhỏ cần thiết Trong nguồn nước ngầm bị cạn kiệt, việc ưu tiên sử dụng nguồn nước mặt giải pháp đảm bảo mục tiêu cấp nước đến năm 2020 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Xuất phát từ thực trạng sở khoa học nêu trên, vấn đề nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn cần thiết giới áp dụng rộng dãi phương pháp màng lọc để xử lý nước mặn Trên sở tác giả lựa chọn đề tài “nghiên cứu sử dụng màng lọc NF dây chuyền công nghệ xử lý nước lợ thành nước cấp sinh hoạt khu vực ven biển Quảng Ninh” Đề tài phát huy tính kế thừa nghiên cứu giới ứng dụng màng lọc xử lý nước nhiễm mặn Từ đó, lựa chọn mơ hình phù hợp cho khu vực nghiên cứu đề xuất Mục tiêu đề tài Tìm hiểu lý thuyết màng lọc xử lý nước lợ nước biển thành nước cấp phục vụ sinh hoạt có sử dụng màng NF Từ tính tốn lựa dây chuyền xử lý nước lợ thành nước cấp nước sinh hoạt vùng ven biển Quảng Ninh Đối tượng phạm vi đề tài * Đối tượng: - Nước sông bị nhiễm mặn ( nước lợ) * Phạm vi:- Nghiên cứu sở lý thuyết trình khử mặn nước lợ màng NF - Nghiên cứu để lựa chọn công nghệ xử lý nước lợ thành nước sinh hoạt cho khu vực hộ dân- ven biển tỉnh Quảng Ninh Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 - Bản vẽ kỹ thuật Nội dung chủ yếu luận văn - Tìm hiểu tình hình ứng dụng màng NF để xử lý nước cấp giới Việt Nam - Nghiên cứu lý thuyết trình khử muối lọc màng NF để cấp nước sinh hoạt - Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước lợ thành nước sinh hoạt cho vùng ven biển Quảng Ninh - Đánh giá khả ứng dụng công nghệ đề xuất Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, dựa tài liệu khoa học công bố áp dụng rộng rãi giới - Phương pháp nghiên cứu mang tính kế thừa thành tựu khoa học đạt đựơc có liên hệ, phân tích đặc điểm riêng điều kiện vùng biển Quảng Ninh - Tham khảo ý kiến chuyên gia - Phương pháp thự nghiệm: lấy mẫu phân tích cập nhật số liệu chất lượng nước nguồn - Phương pháp dung phần mềm ROSA để xác định chất lượng sau qua màng lọc NF Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Ý nghĩa khoa học - Xây dựng phương pháp luận phát triển công nghệ xử lý nước lợ với chi phí thấp, hiệu xuất cao thân thiện với mơi trường góp phần giải vấn đề khan nước cho vùng ven biển, đặc biệt vùng ven biển Quảng Ninh * Ý nghĩa thực tiễn - Từ dây chuyền cơng nghệ tinh tốn thiết kế củ thể xử lý nước lợ công nghệ lọc màng NF thành nước sinh hoạt đề tài phát triển cho khu dân cư ven biển khác tỉnh Quảng Ninh, tra ̣m xử lý nước (đă ̣c biê ̣t nhấ t là các tra ̣m nhỏ dưới 150 m3/ngày) Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 không phân ly pH trung tính thấp Ở nồng độ bão hịa axít Silicic tiếp tục polyme hóa để hình thành dạng keo Silica khơng tan silica ga, tác nhân gây cáu cặn bám vào màng Nồng độ tối đa cho phép silic đioxit dòng nồng độ phụ thuộc vào độ hòa tan SiO2 Tiềm gây cáu cặn silica dòng vào khác với dòng nồng độ pH có tác động đáng kể tới khả tạo cặn: pH vượt q pH trung tính axít silicic phân ly thành muốn silicat  SiO32 n Các muốn kết hợp với canxin, magie, sắt, mangan tạo thành dạng silicat không tan Trong dịng nồng độ có gia tăng nồng độ silica pH so với dòng vào Dựa vào kết tính tốn sơ từ phần mềm ROSA tiềm gây cáu cặn silica xác định sau: Hàm lượng silica dòng nồng độ: SiO2 = 5,5 (mg/1); pH dòng nồng độ: pH = 8,2; Độ tan silica nhiệt độ 270C: xác định dựa vào biểu đồ hình 2.10 (trang 47 manual), T = 27 0C SiO2temp = 132 (mg/1); Hệ số điều chỉnh pH: từ biểu đồ hình 2.11 (trang 48 manual) xác định hệ số điều chỉnh pH tương ứng với giá trị pH = 8, KPH = 12 ; Tính tốn độ tan silica theo hệ số điều chỉnh pH: SiO2corr = KpH SiO2temp =1 ,25 32 = 65 (mg/1) So sánh hai giá trị SiO2c Và SiO2ion Có thể thấy SiO2c < SiO2ion nên không cần điều chỉnh để ngăn chặn cáu cặn silica gây Nhãn: SYSTEM IONFIGURATION Cửa sổ phần mềm cho phép thiết kế cấu hình hoạt động cụ thể hệ thống màng, bao gồm: "No.Passes" : số bậc dịng thấm, thơng thường màng Ro dòng thấm khỏi hệ thống màng thứ mà chưa đạt yêu cầu hay vấn đề an tồn dịng thấm đưa tiếp vào hệ thống màng tiếp theo, số bậc > Đối với màng NF90 có khả loại bỏ muối cao, hàm lượng TDS đầu vào không cao lưu lượng nước cần xử lý nhỏ nên chọn "No.Passes" = ; "Current Pass" : Pass hành để thiết kế nên "Cun em Pass" = ; "Stages in Pass" : số 108 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 bậc dòng nồng độ Pass, lựa chọn "Stages in Pass" = ; ' Fouling Factor" : hệ số tắc màng, với hệ thống làm việc lâu dài thường "Fouling Factor" < , lưu lượng dịng thấm qua màng lớn hệ số tắc màng tăng màng nhanh chóng bị đóng cặn, màng NF thường chọn "Fouling Factor" < 0,9, chọn "Fouling Factor" = O,88; "Operating Temp" : nhiệt độ hoạt động hệ thống, lấy nhiệt độ nước vào hệ thống "Operating Temp" =270C; Feed Flow" : công suất đầu vào hệ thống màng "Feed Flow" = 150 m3/ngàyđêm; "Pass Ionc to Pass Feed" : lưu lượng dòng nồng độ tuần hoàn lại đầu vào hệ thống, khỏi hệ thống màng dòng nồng độ với áp suất cao đưa trở lại đầu vào: "Pass Ionc to Pass Feed" = 70 m3/ngàyđêm; "Stage in Pass" : bậc hành để thiết kế, hệ thống có bậc nên "Stage in Pass" = Stage "Feed Pressure" : áp suất bơm đặt vào hệ thống màng, áp suất cao dịng thấm qua màng tăng đồng thời làm tiêu tốn nhiều lượng địi hỏi bơm có cơng suất cao, áp lực đầu vào tăng cao dòng thấm tăng theo dễ vượt giới hạn thu hồi cực đại mà nhà sản xuất quy định cho lõi màng RNFmax = 5%, chọn "Feed Pressure" = bar; "Boost (2-Pass)" : áp suất nâng lên bậc bậc hệ thống có nhiều bậc, hệ thống bậc mặc định "Boost (2-Pass)" = Calc; "Back Pressure" : áp suất dòng thấm ngược (Permeate bách pressure) Trong trình vận hành hệ thống màng, áp suất dịng vào dịng nồng độ ln cao so với áp suất cửa dòng sản phẩm, nhiên trường hợp hệ thống màng bị ngừng hoạt động lý điện, cố bất ngờ hay bảo dưỡng màng, áp lực ngược dịng thấm tác động trở lại làm phá hủy màng, để đảm bảo an toàn áp lực cần khống chế với giá trị không vượt 0,3 bar (5psi) Các van xả sử dụng để điều chỉnh áp suất ngược dòng thấm Ở với áp suất đầu vào nhỏ chọn "Back Pressure" = 0, bar; "Pressure vessels in cách stage" : số lượng vỏ chịu áp, "Pressure vessels in cách stage" = 4; 109 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 "Elements in cách vessel" : số lượng lõi màng vỏ chịu áp, "Elements in cách vessel" = 6; "Pump Efflciency" : hiệu suất bơm, "Pump Efflciency" = 80 %; "Products" : lựa chọn màng sử dụng, phần mềm gồm chủng loại màng khác thuận tiện cho việc lựa chọn dạng phù hợp nhất, theo lựa chọn màng NF90-4040 phù hợp để khử muối nguồn nước chọn Hình 1.4 Nhãn System Configuration 110 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 Hình 1.5 Các chủng loại màng NF thích hợp phần mềm Nhãn: REPORT Mơ hình đưa kết tính tốn phần mềm Cụ thể sau: * Cấu hình dịng: 111 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 Trong đó: Bảng 1.1 Kết chạy phần mềm; thơng số thành phần dòng STT dòng Tên dòng Lưu lượng Áp suát (bar) (m3/ngày đêm) Dòng vào hệ thống màng 150 0,00 220 6,00 70 4,22 129,9 4,22 trước kết hợp với dịng tuần hồn (Q) Dịng vào hệ thống màng sau kết hợp với dòng tuần hồn Dịng tuần hồn (QRec) Dịng nồng độ (QC) Dòng thải (Qw) 59,9 4,2 Dòng thấm (Qp) 90,1 - * Thông số vận hành hệ thống: Kết tóm tắt điều kiện vận hành hệ thống màng phần mềm kết sau: 112 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 Hình 1.6 Kết chạy phần mềm ROSA: Thông số vận hành hệ thống Thông số Giá trị Công suất nhà Thông số 150(m3/ngày) máy Cường Giá trị độ thấm 20,54 (1/m2.h) trung bình Dịng tuần hoàn Áp suất bơm 70(m3/ngày) 6,00(bar) Nhiệt độ hoạt động Dòng thấm 27`C 90,12(m3/ngày) đặt vào hệ thống điêu khóa Số lượng lõi 24 hóa chất Tỷ lệ thu hồi 60,07% hệ thống mạng Số lượng lõi màng 24 Tiêu tốn 0,51(kWh/m3) lượng Tổng diện tích 182,83 (m2) màng Nhận xét: - Với đầu mong muốn 90m 3/ ngày sử dụng màng NF90-4040 có diện tích lõi màng 7,618m2/lõi với số lượng màng cần thiết 24 lõi tỷ lệ thu hồi 60% với lưu lượng tuần hoàn 70m3/ngày yêu cầu lưu lượng nước nguồn đầu vào cần thiết 150 m3/ngày; áp suất tối ưu vận hành hệ thống màng bai, cần bơm có cơng suất N = ,91 kw; Chi tiết thông số hoạt động tưng lõi màng chịu áp: Hệ thống màng có vỏ chịu áp, trình xảy vỏ chịu áp Mỗi vỏ chịu áp chứa lõi mang với áp suất dòng vào lưu lượng dòng vào, lưu lượng dòng thấm, tỷ lệ thu hồi, lõi màng khác chi tiết sau : 113 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 Hình 1.7.Kết chạy phần mềm ROSA: Thông số vận hành hệ thống Bảng 1.3 Kết chạy phần mềm: thông số hoạt động lõi màng STT lõi Dòng TDS Áp suất Dòng TDS Tỷ lệ thu lõi(m3/ngày) dòng vào vào thấm qua dòng hồi (%) lõi lõi(bar) lõi thấm qua lõi (mg/l) 55,0 3163,99 5,66 5,6 180,76 10 49,4 3502,06 5,33 4,74 228,67 10 44,66 3848,88 5,05 3,96 289,26 40,70 4195,34 4,80 3,29 365,06 37,41 4531,93 4,59 2,71 458,67 34,7 4849,94 4,39 2,23 571,43 Nhận xét: - áp suất giảm từ đầu vào đến đầu vỏ chịu áp: Pd = 5,66 - 4,39 = 1,27 (bar) Pd nằm giới hạn cho phép từ 0,3 : bar, áp suất qua lõi màng giảm xuống cách ổn định từ lõi số đến lõi số nên dòng thấm qua lõi màng giảm cách đặn 114 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 - Tỷ lệ thu hồi trung bình lõi màng là: RNF - 8,3% - TDS dòng vào lõi màng tăng dần từ đầu đến cuối vỏ chịu áp nồng độ chất hòa tan ngày tăng, dòng chất lỏng ngày đặc hơn; - TDS dòng thấm qua lõi màng tăng dần từ đầu đến cuối vỏ chịu áp TDS dòng vào ngày tăng Tính tốn hiệu suất xử lý: Màng NF giữ lại thành phần hòa tan nước nguồn, kết xử lý màng NF phần mềm tổng kết sau: Hình 1.8 Kết chạy phần mềm ROSA, kết xử lý Ion 115 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 Bảng 1.4 Kết chạy phần mềm ROSA, kết hiệu suất xử lý Ion TT Thông Nồng độ Nồng số nước nguồn(mg/l) động Nồng độ Nồng độ QCNV-01 Hiệu dòng dòng dòng 2009/BHYT suất sau tuần thải (mg/l) thấm (mg/l) xử lý  (%) hoàn (mg/l) NH4 0,83 1,03 1,65 0,29 65,06 180 251,1 401,94 33,71 - 81,2 Na  430 601,81 966,35 76,43 200 82,23 Ca 2 130 189,34 315,04 8,17 - 93,71 Sr 2 55 80,13 133,38 3,4 - 93,83 Ba2+ 0,5 0,73 1,21 0,03 - 94,0 2 CO3 4,37 7,28 0,18 0,7 90,0 HCO3 1,42 2,92 6,75 99,9 159 228,65 373,82 13,32 - 91,62 10 CL 1,16 1,22 1,36 1,02 50 10,34 11 F 1055 1487,23 2404,35 166,04 250-300 84,24 0,7 0,96 1,54 0,15 1,5 0,885 13 SiO2 210 309,49 520,26 5,82 250 97,22 14 CO2 3,5 5,03 8,27 0,36 - 89,71 15 TDS 2,61 2,82 4,07 0.00 - - 2230,12 3164,15 5143,19 308,9 1000 86,18 7,8 7,88 7,91 6,75  K NO3- 2 12 SO4 16 pH 17 C02 6,5-8,5 Nhận xét: - Hiệu suất loại bỏ ion hóa trị I: nhận thấy màng NF90-4040 có khả xử lý phần lớn ion hóa trị I với hiệu suất cao, 70% ion K+, HCO3-, F- Riêng ion Na+ Cl- nước nguồn có hàm lượng cao vượt giá trị cho phép theo QCVNO1 :2009/BYT sau xử lý màng NF giảm xuống đạt yêu cầu theo QCVNOI:2009/BYT, từ 430 mẫu xuống 76,4 mg/1 Na+ (hiệu suất 82,23 %), từ 1055 mẫu xuống 116 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 166,04 mg/1 Cl- (hiệu suất xử lý 84,24%) Đối với hợp chất não màng NF90-4040 có khả xử lý mức trung bình, khoảng 65,06% NH4+ 90,62% đối Với NO3-; - Hiệu Suất Xử lý ion hóa trị II: màng NF90-4040 có khả xử lý ion hóa trị II cao, 93% ion Ca2+, Mg2+, sr2+, Ba2+, 97% ion CO32- SO42-; Hiệu suất xử lý TDS: hàm lượng TDS nước nguồn cao giá trị cho phép theo QCVNO :2009/BYT, sau lọc qua màng NF90-4040 hàm lượng TDS giảm từ giá trị 2230,12 mg/1 xuống cịn 309 mg/1, hồn tồn đáp ứng yêu cầu QCVNO :2009/BYT Hiệu suất xử lý TDS màng NF90- 4040 cao 17 = 86,18% Như với chất lượng nước đầu vào nhiễm mặn sau qua hệ thống màng NF90404 đầu hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn nước sinh hoạt với lượng tiêu tốn hệ thống 0,5 kwh/m3 nước 117 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 PHỤ LỤC HƯỚNG DẪN LỰA CHỌN HÓA CHẤT VỆ SINH MÀNG NF THEO DẠNG CẶN TƯƠNG ỨNG Hóa chất sử dụng cho q trình vệ sinh màng NF chọn sau theo khuyến nghị nhà sản xuất Bảng 2.1 Lựa chọn dung dịch làm tương ứng với cặn bẩn cụ thể STT Chất gây nhiễm bẩn tắc màng Dung dịch làm Dung bình thường dịch làm sâu Canxi cacbonat Canxi sunfat, bari sunfat, stronti sùnat Oxit/hydroxit kim loại (Fe, Mn, Zn, Cu, Al Cặn vô dạng keo Hỗn hợp cặn vô cơ/hữu dạng Không ke0 Polyme hoa slica Các yếu tố sinh học: vi khuẩn, nấm NOM Giải thích: Dung dịch 1: dung dịch a xít chức (C6H7O8) 2%, hoạt động hiệu pa thấp A xít chức hiệu việc loại bỏ cặn vô (như cacbonat canxi, canxi sunphat, ban sunphat, stronti sunphat), ôxit/hydrôxit kim loại (như sắt, mangan, niken, đồng, kẽm) keo vơ Axít thường có sẵn dạng bột Dung dịch 2: dung dịch hỗn hợp dung dịch Nam tripolyphotphat – STPP (Na5P3O10) nồng độ 2% dung dịch Na-EDTA 0,8% muối natri axit ethylaminediaminetetraacetic) hoạt động hiệu pa cao (pa = 10) Dung dịch hiệu việc loại bỏ cặn canxi sunphat cặn hữu có nguồn gốc tự 118 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 119 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 nhiên STPP có chức tác nhân chelat vơ có tính tẩy rửa Cịn Na- EDTA lại tác nhân chelat hữu có khả loại bỏ tốt chuồn hóa trị hai, ba ion km loại Cả hai hóa chất có dạng bột Dung dịch 3: dung dịch hỗn hợp dung dịch Natri tripolyphotphat – STPP (Na5 P3O10 ) nồng độ 2% dung dịch Na-DDBS (C6H5 (CH2 )12SO3 Na) nồng độ 0,025% hoạt động hiệu pH cao (pH = 10) Dung dịch có hiệu việc làm màng bị nhiễm bẩn nặng cặn hữu có nguồn gốc tự nhiên Na-DDBS có chức chất tẩy rửa anion Dung dịch 4: dung dịch axít HCl 0,5% làm pH thấp (pH = 2,5) Dung dịch hiệu việc loại bỏ cặn vô (như cacbonat canxi, canxi sunphat, ban sunphat, stronti sunphat), ôxit/hydrôxit km loại (như sắt, ma ngan, ni ken, đồng, kẽm) keo vô Khi sử dụng dung dịch trình làm diễn khắc nghiệt trường hợp sử dụng dung dịch axít HCI axít mạnh Axít thường có sẵn dạng dung dịch Dung dịch 5: dung dịch Natri hydrosunphit (Na2S2O4) ,0% làm pH thấp (thông thường pH =  không cần điều chỉnh pH) Dung dịch hiệu việc loại bỏ cặn xít hydrôxit km loại (đặc biệt cặn sắt) có tác dụng với canxi sunphat, ban sunphat, stronti sunphat Na2S2O4 chất khử mạnh có sẵn dạng bột Dung dịch 6: dung dịch hỗn hợp dung dịch NaOH 0,1 % dung dịch SDS (Natri dodecylsulfate) làm pH cao (pH = II,5) Dung dịch có tác dụng loại bỏ cặn hữu tự nhiên, cặn dạng keo có nguồn gốc vơ hay hữu tác nhân sinh học (nấm, mốc, màng sinh học, ) SDS chất tẩy rửa có bề mặt anion nên tạo bọt trình sử dụng SDS tác nhân làm sâu điều cần lưu ý sử dụng không vượt pH tối đa nhiệt độ giới hạn Dung dịch 7: dung dịch NaOH 0,1% làm pH cao (pH = 11,5), dung dịch có hiệu q trình loại bỏ silica polyme hóa Đây giải pháp làm sâu sử dụng không vượt pH tối đa nhiệt độ giới hạn 120 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong nước: Trần Đức Hạ, Bài giảng xử lý nước thải phương pháp lọc màng Trịnh Xuân Lai ( 2004 ), Xử lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp NXB Xây dựng Lê Văn Cát ( 1999 ), Cơ sở hoá học Xử lý nước NXB Thanh Niên Trung tâm đào tạo ngành nước môi trường C.N.E.E (l999), Sổ tav xủ' 1ý nước tập , NXB Xây dựng Hà Nội, tr - 244 Lê Văn Cát ( 999), Cơ sở hóa học kỹ th uật xử 1ý nước, NXB Thanh niên, Hà Nội tr 151 - 155, 159 - 162 Raymond Desjardins,Trung tâm đào tạo ngành nước môi trường C.N.E.E (2006), Xử lý nước, NXB Xây dựng Hà Nội, tr 108 - 132, 243 - 244 TCXDVN 33 - 2006, Cấp nước - Mạng lưới đường ống cơng trình – Tiêu chuẩn thiết kế, Bộ Xây Dựng - Hà Nội Trịnh Xuân Lai (2008), Tính tốn cơng trình xử 1ý phân phối nuơc cấp, NXB Xây Dựng Hà Nội, tr 207 - 222, 237 - 240 Nguyễn Ngọc Dung (2008), Xử lý nước cấp, Nhà xuất Xây dựng Hà Nội 10 QCVN01/2009/BYT- quy chuẩn chất lượng nước ăn uống 11 QCVN08/2008-BTNMT) quy chuẩn chất lượng nước mặt 11 Lê Dung (2009) Sổ tay máy bơn, tr 16-20 Ngoài nước: 12 American Water Works Association ( 1999 ), Water quality and treatment Publisher: McGraw-Hill, Inc 13 Shun Dar Lin ( 2007 ), Water and wastwater caculation manual Publisher: McGraw-Hill, Inc 14 C.J.M Van Rijn ( 2005 ), Nano and micro engineered membrane technology Publisher: Elsevier Science & Technology Books 15 Rajindar Singh ( 2006 ), Hybrid Membrane Systems forWater Purification Publisher: Elsevier Science & Technology Books 121 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ Nghiên cứu sử dụng màng NF công nghệ xử lợ nước lợ thành nước cấp sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh -Trần Quý Dương - Cao học CTN 8/2009 16 Simon Judd and Bruce Jefferson ( 2006 ), Membranes for Industrial Wastewater Recovery and Re-use Publisher: Elsevier Science & Technology Books 17 Yoshinobu Tanaka ( 2007 ), Ion exchange membranes Publisher: Elsevier Science & Technology Books 18 Richard D Noble and S Alexander Stern ( 2003 ), Mambrane separations technology Publisher: Elsevier Science & Technology Books 19.U.S DEPHRTMENT OF THE INTERIOR, Bureau of Reclamation Denver Offlce, Technical Service Center, Environmental Resources Team, Water Treatment Engineering and Research Group (2002), Salinity and TOC Removal usingNano filtration, pp 14 - 80 20 Raj indar Singh (2006), Hybrid Membrane Systems for Water Purij cation Technology, System Design and Operation, pp - 34, 68 - 70, 84 - 23 1.6 Dow Water & Process Solution, FILMTECH REVERSE OSMOSIS MEMBRANE Technnical Manual, pp - 56 21 Hydranautics, Technical Service Bulletin (20 0), Foulants and Cleanlg Procedures for composite polyamide RO Membrane Elements (ESPH, ESNA, CP-4 ,FC, NANO and S- C) , pp - 20 22 Athony Gordon Fane Fane I, A Schaefer, T David Waite (2006), TanoJ ltration Principles and Application, pp 23 Website hang DOW: http://www.dowwaterandprocess.com/ 24 Website hang MEISSNER: http://meissner.com/products/cartridge 25 http: //www.chaugiang.com.vn/index/80.pd/DEN-UV-DIET-KHUAN.html 122 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Đức Hạ