1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Tính toán thiết kế hệ thống ro xử lý nước máy của sawaco thành nước uống đóng chai, công suất 60 m3ngày

42 1 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống RO Xử Lý Nước Máy Của Sawaco Thành Nước Uống Đóng Chai, Công Suất 60 M3/Ngày
Tác giả Đoàn La Gia Hân, Lê Ngọc Khánh Linh
Người hướng dẫn PGS.TS. Đặng Viết Hùng
Trường học Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Kỹ Thuật Môi Trường
Thể loại Đồ Án
Năm xuất bản 2023
Thành phố Thành Phố Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 42
Dung lượng 1,72 MB
File đính kèm Đồ án XL nước máy thành nước đóng chai (RO).rar (547 KB)

Cấu trúc

  • 1.1. Tổng quan (10)
    • 1.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước đóng chai (10)
    • 1.1.2. Một số quy định về nước đóng chai (11)
  • 1.2. Quy trình công nghệ (13)
    • 1.2.1. Bồn lọc áp lực (14)
    • 1.2.2. Bồn lọc than hoạt tính (15)
    • 1.2.3. Bồn làm mềm nước (16)
    • 1.2.4. Bồn lọc tinh (17)
    • 1.2.5. Lọc RO (18)
    • 1.2.6. Khử trùng (18)
  • CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÁC BỒN/ BỂ ĐƯỢC GIAO TRONG ĐỒ ÁN (20)
    • 2.1. Thông số nước từ NMN Thủ Đức (20)
    • 2.2. Tính toán (25)
  • CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ VỚI CÔNG SUẤT ĐƯỢC GIAO (26)
    • 3.1 Bồn lọc áp lực (26)
      • 3.1.1 Nhiệm vụ (26)
      • 3.1.2 Cấu tạo (26)
      • 3.1.3 Đặc tính của hạt (26)
      • 3.1.4 Tính toán (27)
    • 3.2. Bồn lọc than hoạt tính (34)
      • 3.2.1 Nhiệm vụ (34)
    • 3.3. Bồn làm mềm nước (35)
      • 3.3.1 Nhiệm vụ (35)
      • 3.3.2 Cấu tạo (36)
      • 3.3.3. Tính toán (36)
    • 3.4 Thiết bị RO (36)
      • 3.4.1 Nhiệm vụ (36)
      • 3.4.2 Tính toán (37)
  • KẾT LUẬN (42)

Nội dung

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG RO XỬ LÝ NƯỚC MÁY CỦA SAWACO THÀNH NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI, CÔNG SUẤT 60 M3NGÀY. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM BỂ XỬ LÝ HÓA LÝ 2 (BỂ KHỬ MÀU KEO TỤ,BỂ TẠO BÔNG, BỂ LẮNG HÓA LÝ 2) CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẬP TRUNG KHU CÔNG NGHIỆP, CÔNG SUẤT 2.500 M3NGÀY ĐÊM

Tổng quan

Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước đóng chai

1.1.1.1 Định nghĩa nước đóng chai

QCVN 01- 1:2018/BYT nước uống đóng chai là các sản phẩm nước uống được cung cấp trên thị trường bằng hình thức đóng chai Nước có thể có chứa chất khoáng và 𝐶𝑂2 tự nhiên hoặc bổ sung và không được chứa đường, các chất tạo ngọt, các chất tạo hương hoặc bất kỳ loại thực phẩm nào khác Nước uống đóng chai giống nước uống bình thường vì cả hai đều trong vắt như nhau

Nước đóng chai có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm nước ngầm từ giếng, nước từ suối được bảo vệ hoặc nước từ nguồn cung cấp nước công cộng Nước ngầm đến từ một tầng chứa nước, một vùng ngầm của cát, sỏi hoặc đá bão hòa tạo ra một lượng nước đáng kể

1.1.1.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ nước đóng chai tại Việt Nam và Thành phố Hồ Chí Minh

Nước uống tinh khiết đã trở thành một mặt hàng quen thuộc cần thiết đối với người dân Việt Nam Và nhiều thương hiệu nước đóng chai cũng lần lượt ra đời để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường Hiện nay trên thị trường có trên 200 nhãn hiệu nước đóng chai các loại, riêng ở địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh có trên 100 cơ sở sản xuất mặt hàng này Trong tổng số các cơ sở hoạt động sản xuất nước đóng chai trên địa bàn, khó đảm bảo 100% các cơ sở đều tuân thủ các quy định hiện hành có liên quan Một số cơ sở ngoài thiết bị lọc miễn cưỡng gọi là hiện đại thì những quy trình còn lại đều thực hiện thủ công Đi kèm với việc tuân thủ đúng quy định, giá thành của nước đóng chai vẫn còn rẻ, điều này cũng ảnh hưởng đến chất lượng nước trên thị trường Tiêu chí đánh giá chất lượng nước đóng chai:

+ Mùi : mùi hoá chất khử trùng (clo) còn dư lại trong nước

+ Màu : vàng của hợp chất mangan và xanh của tảo

+ pH theo tiêu chuẩn, pH sử dụng cho nước cấp sinh hoạt 6 – 8,5; nước uống đóng chai 6,8– 7,5

+ Độ đục: đại lượng đo hàm lượng chất lơ lửng trong nước, giới hạn độ đục của nước đóng chai là 2NTU

Một trong những tiêu chí quan trọng đánh giá chất lượng nguồn nước là chỉ số TDS (tổng chất rắn hoà tan) Đây là trong những nguyên nhân gây nên độ đục và trầm tích trong nước Theo khuyến cáo, mức TDS phù hợp tối đa để sử dụng là < 500mg/l Nước đóng chai được sản xuất từ 3 loại nước: nước khoáng, nước suối, nước cấp nhưng do số lượng và trữ lượng có giới hạn nên trên thị trường chủ yếu là nước tinh khiết

Có 3 loại nước đóng chai phổ biến:

+ Nước khoáng: là nguồn nước lấy từ suối khoáng nằm sâu trong long đất trong thời gian dài và chảy qua nhiều tầng địa chất, đây được xem là nguồn tài nguyên quan trọng vì nước này chưa nhiều chất khoáng và rất có lợi cho cơ thể

+ Nước suối: Cũng tương tự như nước khoáng, nước suối là loại nước thiên nhiên và không qua xử lý mà chỉ qua các bước đảm bảo vô trùng Nguồn nước suối có hàm lượng khoáng chất có lợi cho sức khỏe, tuy nhiên hàm lượng này không cao và không ổn định như nước khoáng Nước khoáng và nước suối phải được đóng chai tại chỗ

+ Nước tinh khiết: là loại nước vô trùng có thể đựợc sản xuất từ bất kì nguồn nước nào như nước giếng, nước sông, ngước ngầm, … Nước này thường được sản xuất công nghiệp từ các nhà máy với quy trình khép kín hiện đại và hình thức sử dụng đóng chai.

Một số quy định về nước đóng chai

1.1.2.1 Một số nguồn nước có thể sử dụng làm nước đóng chai a Nước thuỷ cục

Nước thuỷ cục đã được qua các quá trình xử lý sơ bộ như keo tụ, tạo bông, lắng, lọc, khử trùng Đây là nguồn nước thường được ưu tiên sử dụng nhiều nhất cho việc sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai bởi do chi phí sản xuất thấp, dễ sử dụng, mức độ ô nhiễm thấp, tiện cho việc sử dụng Tuy nhiên không phải nơi nào cũng có nguồn nước này nên nước thuỷ cục không được sử dụng nhiều cho những nhà máy có quy mô lớn b Nước ngầm

Xếp sau nguồn nước thuỷ cục là nguồn nước ngầm, do nguồn nước ngầm dễ khai thác và hiện nay được xem là hạn chế Nước ngầm được khai thác từ các tầng chứa nước

3 dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua Do vậy nước chảy qua địa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng, nước chảy tầng qua lớp đá vô thường có độ cứng và độ kiềm khá cao

Ngoài ra đặc trưng của nguồn nước ngầm:

+ Nhiệt độ và thành phần hoá học tương đối ổn định

+ Không có oxi nhưng có thể chứa nhiều khí: 𝐶𝑂2, 𝐻2S, …

+ Có chứa nhiều chất hoà tan nhưng chủ yếu là sắt, mangan, canxi, mangie, … + Không có hiện diện của vi sinh vật c Nước mặt

Bao gồm các nguồn nước trong ao, đầm, hồ, sông, suối Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên đặc trưng của nguồn nước mặt là:

+ Chứa khí hoàn tan đặc biệt là oxi

+ Có chứa nhiều chất rắn lơ lửng, riêng trường hợp nước chứa trong các ao, hồ, đầm do quá trình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng còn lại trong nước có nồng độ tương đối thấp và chủ yếu ở dạng keo

+ Có hàm lượng chất hữu cơ cao

+ Có sự hiện diện của nhiều loại tảo

+ Có chứa nhiều vi sinh vật

Nước ngầm rất hiếm khi sử dụng cho việc sản xuất nước tinh khiết đóng chai do tốn chi phí rất cao trong việc tiền xử lý để đạt tiêu chuẩn nước ăn uống Như vậy sản phẩm sản xuất ra sẽ thu ra lợi nhuận không cao

1.1.2.2 Chất lượng nước đóng chai

Theo mục 2.1 thuộc QCVN 6-1:2010/BYT quy định, nước sử dụng để sản xuất nước uống đóng chai phải đáp ứng các yêu cầu theo QCVN 01:2009/BYT về chất lượng nước ăn uống được ban hành kèm theo thông tư số 04/2009/TT-BYT ngày 17/6/2009 của

Bộ Y tế; mà hiện nay đã thay bằng QCVN 01- 1:2018/BYT

Quy trình công nghệ

Bồn lọc áp lực

Nhằm loại bỏ các hạt cặn bẩn lơ lửng vô cơ, hữu cơ có trong nước, đảm bảo không gây tắc nghẽn cột trao đổi ion và ảnh hưởng đến nhựa trao đổi Ưu điểm:

- Gọn, có thể chế tạo tại xưởng, lắp ráp nhanh, tiết kiệm đất xây dựng thích hợp cho những nơi chật hẹp và quy mô xử lý nhỏ

- Nước có áp lực nên không xảy ra hiện tượng chân không trong lớp lọc, chiều cao lớp nước trên mặt cát chỉ cần 0,4 - 0,6 m đủ để thu nước rửa không kéo cát lọc ra ngoài

- Có thể tăng chiều dày lớp lọc để tăng vận tốc lọc Tốc độ lọc trung bình khoảng 8-12 m/h Khi lọc nước tuần hoàn vận tốc lọc có thể lấy từ 20 - 35 m/h Khi lọc sơ bộ, khử sắt trong nước ngầm vận tốc khoảng 8-12 m/h

- Hiệu quả kém khi xử lý nước đã qua keo tụ tạo bông (do phải dùng bơm, bơm nước vào bể lọc áp lực, dẫn đến cánh bơm làm phá vỡ bông cặn) Do bể lọc kín, khi rửa không quan sát được nên không khống chế được lượng cát mất đi,

6 bể lọc làm việc kém hiệu quả dần Không theo dõi được hiệu quả của quá trình rửa lọc do bể lọc làm việc trong hệ thống kín

- Chủ yếu để lọc sơ bộ với nước có hàm lượng cặn thấp và công suất đòi hỏi không lớn khoảng dưới 5000 m3/ngày Khi mất điện đột ngột, nếu van một chiều bị hỏng hay rò nước hoặc xảy ra tình trạng rửa ngược thì cát lọc sẽ bị đưa về bơm

Cấu tạo và vận hành:

- Vật liệu : Thép không gỉ hoặc composite

- Hệ số giãn nở lớp vật liệu lọc : 10 - 50%

- Lớp vật liệu lọc dày : 0,7 - 1,2 m

- Tổn thất áp lực lớn nhất 6 – 8 m

- Lớp nước trên mặt cát 0,4 – 0,6 m

- Rửa lọc có thể dùng nước thuần túy hoặc gió trước nước sau

Bồn lọc than hoạt tính

Xử lý bổ sung (loại Clo dư có trong nước thủy cục, bảo vệ nhựa và màng RO không bị lão hóa, do Clo là chất oxy hóa mạnh), loại các hợp chất sinh mùi vị, các chất dẫn xuất phenol và hydroxyl, các chất ô nhiễm vi lượng (thuốc trừ sâu), kim loại nặng … đảm bảo nước có độ tinh khiết nhất định

- Loại than hoạt tính sử dụng là GAC (Granule Activated Carbon), sử dụng trong cột lọc vật liệu cố định với dòng chảy từ trên đi xuống, tương tự bể lọc áp lực

- Hiện tượng chuyển hóa khối lượng: Chất bẩn lỏng hoặc rắn được giữ lại trên bề mặt chất rắn (than hoạt tính)

- Một số chất nào đó có khả năng cố định trên bề mặt của chất rắn (than hoạt tính)

Khả năng hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào những yếu tố sau:

- Tính chất vật lý của than hoạt tính như: kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp xúc

- Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt tính càng lâu thì việc hấp phụ càng tốt

Than hoạt tính (Activated carbon – AC):

Là loại than được xử lý từ nhiều nguồn vật liệu như tro của vỏ lạc (đậu phộng), than gáo dừa hoặc than đá Những nguyên liệu này được nung nóng từ từ ở nhiệt độ khoảng 600°C trong môi trường chân không, sau đó được hoạt tính hóa bằng các khí có tính oxy hóa (như hơi nước, CO2 hoặc O2) ở nhiệt độ cao (800 - 900°C) Quá trình này tạo nên những lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp phụ và giữ các tạp chất

Diện tích tiếp xúc của than hoạt tính rất lớn, khoảng 1000 - 1500 m2/g

Các dạng kết cấu của than hoạt tính:

- Dạng bột cám (Powdered - PAC): đây là loại được chế tạo theo công nghệ cũ, nay thường được sử dụng trong sản xuất pin, ac-quy

- Dạng hạt (Granulated - GAC): là những hạt than nhỏ, rẻ tiền, thích hợp cho việc khử mùi, hiện nay được sử dụng cũng khá phổ biến Tuy nhiên, nước thường có xu hướng chảy xuyên qua những khoảng trống giữa những hạt than thay vì phải chui qua những lỗ nhỏ

- Dạng khối đặc (Extruded Solid Block - SB): là loại hiệu quả nhất để lọc cặn, khuẩn Coliform, chì, độc tố, khử màu, và khử mùi Clorine Loại này được làm từ nguyên một thỏi than, được ép định dạng dưới áp suất tới 800 tấn nên rất chắc

Than hoạt tính hấp phụ các chất ô nhiễm theo 3 bước sau:

- Chất bị hấp thụ vào bề mặt ngoài của hạt than

- Tiếp đó chất bị hấp phụ sẽ đi sâu vào trong các lỗ nhỏ của than hoạt tính

- Cuối cùng chất bị hấp phụ bị giữ lại trong các lỗ sâu của than hoạt tính

Than hoạt tính chỉ có tác dụng với một lượng nước nhất định Sau khi lọc được một khối lượng nước theo chỉ định của nhà sản xuất, than sẽ không còn khả năng hấp thụ nữa Khi đó cần phải tái sinh than hoặc thay một lớp than mới.

Bồn làm mềm nước

Hệ thống xử lý làm mềm nước bao gồm 3 bộ phận chính đó là bình composite, bồn muối và van tự động Trong đó bình composite đảm nhiệm chức năng chứa nước và các

8 hạt ion trao đổi và bồn muối chứa đựng muối hoàn nguyên Còn van tự động có tác dụng tự động đóng mở van để hoàn nguyên hạt trao đổi

Một trong những nguyên tố hàng đầu gây nên hiện tượng nước cứng cần phải kể đến đó là Ca và Mg Nước có chứa quá nhiều dư lượng này sẽ làm giảm chức năng của xà phòng, bột giặt Khi đun sôi sẽ xuất hiện cặn, dùng để nấu ăn sẽ làm giảm mùi vị, tuổi thọ và công năng sử dụng của các thiết bị gia dụng bị giảm đi đáng kể

Nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý làm mềm nước

Trong hệ thống xử lý làm mềm nước có chứa các hạt cation Chức năng chính của hạt này là trao đổi các cation Ca2+ và Mg2+ với các cation Na+ Khi đó Ca2+ và Mg2+ sẽ bám dính trên bề mặt hạt nhựa và sau đó bị loại ra khỏi nước Sau khi được loại bỏ hết các ion gây cứng nước thì nước đã trở nên mềm hơn

Tuy nhiên chỉ sau một thời gian sử dụng là các hạt nhựa cation này sẽ dần mất đi tác dụng do vậy cần phải tiến hành thao tác hoàn nguyên vật liệu Ở quá trình hoàn nguyên thì đường nước sạch sẽ được đóng lại để tránh nhiễm bẩn vào bồn chứa

Van tự động sẽ đảm nhiệm chức năng như rửa nhanh để loại bỏ tạp chất bám bính trên bề mặt hạt nhựa Tiếp đến là cấp nước vào bồn muối để tạo thành dung dịch muối bão hòa rồi chuyển sang chế độ hút muối từ bình chứa vào bình composite để hoàn nguyên hạt nhựa Sau đó là chế độ rửa ngược, tức là nước sẽ được đẩy vào để rửa hết muối từ bình composite ra ngoài Cuối cùng, van tự động sẽ chuyển sang chế độ lọc bình thường, quá trình hoàn nguyên hạt cation hoàn tất

- Xử lý gần như triệt để độ cứng có trong nước

- Giảm thiểu nguy cơ đóng cặn đường ống và các vòi nước

- Giảm nguy cơ tắt nghẽn đường ống, vòi nước

- Giảm tiêu hao nhiên liệu do cặn làm lớp cách nhiệt

- Giảm chi phí sữa chữa thay thế đường ống.

Bồn lọc tinh

Lọc tinh hay còn gọi là lọc cartridge là quá trình lọc để loại bỏ các cặn lơ lửng có kích thước rất nhỏ khoảng vài micron Lọc tinh được ứng dụng trong nhiều quá trình xử lý nước nhưng tiêu biểu nhất là để loại bỏ cặn trước khi xử lý bằng màng thẩm thấu

9 ngược Việc sử dụng lọc cartridge sẽ lấy đi các cặn kích thước nhỏ giúp giảm bớt hiện tượng tắc nghẽn màng RO do cặn nhờ vậy mà chu kỳ hoạt động của màng được kéo dài và tuổi thọ được nâng cao, tránh làm ảnh hưởng đến màng lọc RO khi có sự cố xảy ra cho các thiết bị phía trước

Cấu tạo: Thành phần cấu tạo chính của thiết bị lọc cartridge gồm lõi lọc (cartridge) và vỏ lọc (housing) trong đó lõi lọc là bộ phận đóng vai trò lọc loại bỏ cặn lơ lửng Các loại lõi lọc trên thị trường hiện nay rất đa dạng cả về chủng loại lẫn kích thước phù hợp với nhiều mục đích và công suất khác nhau

Có 2 loại, loại đơn (chỉ chứa 1 lõi lọc) và loại có khả năng chứa nhiều lõi lọc Các vỏ lọc thường được chế tạo bằng nhựa hoặc thép không gỉ trong đó loại vỏ đơn thường được chế tạo bằng nhựa và loại chứa nhiều lõi thường được làm bằng thép không gỉ.

Lọc RO

Nhiệm vụ: Chủ yếu là khử TDS, ngoài ra còn khử vi khuẩn, virus, khử màu, mùi Màng:

- Màng là bất cứ vật liệu nào hình thành lớp mỏng và có khả năng chịu được áp suất lớn để tách các thành phần trong dung dịch như chất lơ lửng, dung môi, chất hòa tan

- Màng thường được chế tạo từ cellulose acetate (như màng thẩm thấu ngược), polymer hữu cơ (polymide), polymer vô cơ Màng có cấu trúc không đối xứng Cấu trúc màng:

- Màng xoắn (Spiral – Wound membrane): Sử dụng phổ biến trong RO, xử lý nước cấp Màng sợi rỗng (Hollow – Fiber membrane): Tăng kích thước màng, sợi rỗng có đường kính nhỏ hơn nhiều và kết đỡ phải chắc chắn, có thể sử dụng trong xử lý nước thải

- Màng đĩa (Plate and Frame membrane)

- Màng ống (Tubular membrane): Ống chế tạo từ sứ (Ceramic membrane), Carbon, Plantic, Dống = 2,5 – 3,2 mm.

Khử trùng

Nhiệm vụ: Diệt vi khuẩn, virus có hại Không giống như khử trùng nước sinh hoạt, việc khử trùng trong sản xuất nước uống đóng chai không sử dụng hóa chất như Clorine

10 để đảm bảo không có mùi vị trong sản phẩm đầu ra Vì vậy người ta thường sử dụng các phương pháp không hóa chất như dùng đèn UV hay sục khí Ozone để khử khuẩn

Tiệt trùng bằng tia cực tím (UV): UV là bức xạ điện từ có bước sóng từ 100 - 400 nm UV có khả năng diệt khuẩn ở bước sóng 220 - 320 nm ( UV-C), khả năng diệt khuẩn cao nhất ở bước sóng 254nm

UV có khả năng phá hủy cấu trúc AND, phá vờ cấu trúc tế bào vi khuẩn làm chúng mất đi khả năng trao đổi chất

+ Đèn UV cường độ thấp - áp suất thấp (low-pressure low-intensity UV lamps) + Đèn UV cường độ cao - áp suất thấp (low-pressure high-intensity UV lamps) + Đèn UV cường độ cao - áp suất trung bình ( medium-pressure low-intensity UV lamps)

Trước khi cho qua đèn UV, cần lọc thô ( 5μm) trước để loại bỏ cặn Bởi vì các hạt cặn có thể hấp thụ hoặc cản trở tia cực tím và có thể bám trên bề mặt của đèn, gây ảnh hưởng đến hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím

Mặc dù có khả năng diệt 99,99% vi khuấn, virus nhưng UV không có tác dụng với bất kỳ hóa chất hoặc kim loại nào Do đó UV chỉ là công đoạn cuối cùng của quy trình xử lý nước uống

LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÁC BỒN/ BỂ ĐƯỢC GIAO TRONG ĐỒ ÁN

Thông số nước từ NMN Thủ Đức

Hình 3 Thông số nước từ NMN Thủ Đức

Hình 4 Thông số nước từ NMN Thủ Đức

Hình 5 Thông số nước từ NMN Thủ Đức

Hình 6 Thông số nước từ NMN Thủ Đức

Hình 7 Thông số nước từ NMN Thủ Đức

Tính toán

Các bước tính toán bồn lọc áp lực và thiết bị lọc RO

Hình 8 Sơ đồ tính toán thiết bị lọc áp lực

Hình 9 Sơ đồ tính toán thiết bị lọc RO

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ VỚI CÔNG SUẤT ĐƯỢC GIAO

Bồn lọc áp lực

Bồn lọc cát có nhiệm vụ loại bỏ những cặn lơ lửng có trong nước Các cặn bẩn này có thể phát sinh từ sự tồn đọng chất rắn trên thành đường ống hoặc từ sự rò rỉ nước của mạng lưới cấp nước Việc lọc nước qua bể lọc cát giúp cho các công trình đơn vị ở sau không bị tắc nghẽn làm giảm hiệu suất xử lý Ưu điểm của lọc cát áp lực:

+ Gọn, dễ chế tạo, lắp ráp nhanh, tiết kiệm đất xây dựng

+ Bản thân nước có áp nên không xảy ra hiện tượng chân không trong lớp lọc, chiều cao lớp nước trên mặt cát chỉ cần 0,4 - 0,6 m đủ để thu nước rửa không kéo cát lọc ra ngoài

Vận tốc lọc lớn (theo Trịnh Xuân Lai): Lọc trong: v = 8 - 12m/h

+ Lọc sơ bộ và khử sắt trong nước ngầm: v = 8 - 20 m/h

Khuyết điểm của lọc cát áp lực:

+ Thích hợp với công suất nhỏ (≤ 5000m 3 /ngày)

+ Do bể lọc làm việc trong hệ kín nên không theo dõi được hiệu quả của quá trình rửa ngược

Vật liệu chế tạo bồn: thép không gỉ

Lớp nước trên mặt cát 0,4 - 0,6 m

Lớp vật liệu lọc dày 0,7 - 1,2 m

Hệ số giãn nở lớp vật liệu lọc: 10- 50%

3.1.3 Đặc tính của hạt Đặc tính Thông số Đơn vị

18 Đường kính hiệu quả (E) 0,6 mm Độ rỗng ( e) 0,45 %

Bảng 1 Đặc tính vật liệu lọc

3.1.4.1 Kích thước bồn lọc a Diện tích bề mặt lọc:

V: Vận tốc lọc , m/h chọn vận tốc lọc v m/h

10 = 0,25 m 3 Đường kính bồn : D = √ 4×F π = 0,56 m Chọn đường kính bồn D = 0,6 m

Diện tích bề mặt lọc:

0,2826 = 8,8464 m/h Vẫn thuộc vận tốc từ 8-15 m Nên chấp nhận b Chiều cao bồn lọc:

𝐻𝑠đ : chiều cao lớp sỏi đá, chọn hạt kích thước 200-500mm, 𝐻𝑠đ = 0,2m

ℎ𝑣𝑙: chiều cao lớp vật liệu lọc , chọn 𝐻𝑣𝑙= 0,4 m

𝐻𝑙𝑛: chiều cao lớp nước phía trên , 𝐻𝑙𝑛 = 0,4-0,6m ( Trịnh Xuân Lai , 2002)

Lấy chiều cao bồn lọc là 1,2m

(Sách XLNT đô thị - công nghiệp thầy Lâm Minh Triết bảng 9.13 trang 439-441)

3.1.4.2 Thu nước và rửa lọc a Rửa lọc:

Hàm lượng cặn là 4mg/l Độ ẩm cặn là 94% => Trọng lượng cặn là 6%

Thể tích cặn chiếm chỗ trong lỗ hổng hạt VLL

Nguồn: Trịnh Xuân Lai, Nước cấp – Tập 2 Nước có 𝜌 = 1000𝑘𝑔/𝑚 3 ; 𝜇 = 10 −3 kg/m.s

Cát có 𝑑10= 0,6mm , hệ số đồng dạng U= 1,4

Chiều dày lớp cát h = 1 m Độ rỗng e = 45%

Tốc độ lọc : v = 15 m/h => Thể tích chứa cặn trong VLL = 1/5

Thể tích chứa cặn trong VLL

4 × 1) = 0,0254m 3 Lượng cặn mà 1 m 3 cát lọc có thể giữ lại:

G = 6% × 1000 × 0,0254 = 1,526 kg Lưu lượng nước qua bể lọc: Q = 2,5 m 3 /h

Lượng cặn mà lớp cát lọc giữ lại trong 1h: m = 4 × 2,5 = 10 g/h = 0.01 kg/h Chu kỳ lọc:

0,01 = 152,6h = 6,358 ngày Nếu lọc quá thời gian này, chất lượng nước sẽ không đạt Do đó, thời gian đạt giới hạn T tổn thất giới hạn ≤ 6 ngày

Hb : Tổn thất áp lực khi lớp cát lọc bẩn 6 – 8 m, Hb = 6m

Hcb: Tổn thất áp lực khi nước chảy trong ống, Hcb = 1m

Hs : Tổn thất áp lực qua lớp cát sạch

𝜓 Hệ số hình dạng của vật liệu, lấy 0,82

 Cd = 12,77 α Độ rỗng của vật liệu, α = 0.45

L Chiều cao lớp cát lọc d Đường kính, d = 0,6 mm v Vận tốc của bồn lọc

3600 2 × 9,81= 0,595 m Vậy tổn thất áp lực là:

Khi tổn thất áo lực đạt 7,595 m thì ta sẽ tiến hành rửa ngược để đạt trạng thái tốt nhất

Cát có 𝑑10= 0,6mm , hệ số đồng dạng U= 1,4 Đường kính lớn nhất của cát d =1,25mm Số Reynold :

10 −3 v mf = 1250v mf Trong đó : 𝑣𝑚𝑓: vận tốc nhỏ nhất làm lớp cát chuyển động, m/s Chỉ số Gagileo:

=> v mf = 3,49 × 10 −3 m/s = 12,56 m/h Vận tốc rửa ngược

Lưu lượng nước rửa lọc

4 × 16,33 = 4,6 m 3 /s b Thu nước Vận tốc có thể chọn như sau ( Nguồn: Physical - Chemical Treatment Process)

• Ống dẫn nước lọc ra: 0,9 - 1,8 m/s

• Ống dẫn nước rửa lọc: 2,4 - 3,7 m/s

Chọn đường kính ống thu nước lọc và phân phối nước rửa lọc là Φ42

Tiết diện ống chính là:

4 = 1,39 × 10 −3 m 2 Vận tốc nước chảy trong ống là: v ong = Q r

1,39 × 10 −3 = 0,7846 m/s Tính toán chụp lọc thu nước:

Số lượng chụp lọc: 25 - 50 cái/m2 bể lọc

Diện tích bồn F = 0,1963 𝑚 2 Chọn 20 cái chụp lọc

3.1.4.3 Hệ thống phân phối nước vào

Chọn ống dẫn nước vào có Φ48

Tiết diện ống chính là:

4 = 1,81 × 10 −3 m 2 Vận tốc nước chảy trong ống là: v ong = Q r

1,81 × 10 −3 = 0,384 m/s Để phân phối nước vào bể lọc và rửa lọc cần có phễu phân phối nước

Phễu được làm bằng thép không gỉ, kích thước phễu là:

Bỏn kớnh đỏy nhỏ : r = 17 mm ( = ẵ đường kớnh ống phõn phối )

3.1.4.4 Bơm a Bơm nước từ bồn chứa đến bồn lọc Cột áp của bơm : H= ℎ1 + ℎ2 + ℎ3 Trong đó :

𝐻1: tốn thất áp lực ban đầu

Theo công thức Carman- Kozeny:

L : Chiều cao lớp vật liệu lọc L= 1m e : độ rỗng

𝜓 : hệ số hình dạnh d : đường kính hạt cát Đặ𝑐 tính hạt cát có e = 45% , 𝜓 = 0,82 , 𝑑 = 0,6 𝑚𝑚 v s =Q

1,7405 + 1,75 = 49,0279 Vậy tổn thất áp lực ban đầu là h L = 49,0279 × 1 × 1−0,45

ℎ2: tổn thất áp lực giới hạn, h = 6-8 m ( TCXD 33 -2006) , chọn ℎ2 = 6𝑚

ℎ3: tổn thất trong đường ống , bao gồm tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ

L chiều dài đoạn ống giả thiết L m

Vận tốc chảy trong ống v = 0,384 m/s Đường kính ống D= 48 mm Độ nhớt của nước = 0,01.10 −4 𝑚 2 /s

0,01 × 10 −4 = 18432 Tra giản đồ Moody , ta có 𝜆 = 0,027 Vậy: h d = λ ×L

2 × 9,81= 0,085 Tổn thất cục bộ qua các co, các nút, van, ta lấy ℎ𝑐= 0,5m

Vậy chọn bơm có lưu lượng Q= 2,5𝑚 3 /h, cột áp Hm

: khối lượng riêng của dung dịch , 𝜌 = 1000 𝑘𝑔/𝑚 3 g : gia tốc trọng trường, g= 9,81 𝑚 3 /𝑠

: hiệu suất chung của bơm , 𝜂 = 0,72 − 0,93 Chọn = 0,8

1000 × 0,8 = 0,085 kW b Bơm nước rửa lọc Cột áp của bơm

ℎ1: tổn thất áp lực giới hạn, ℎ1 = 7𝑚

ℎ2: tổn thất áp lực qua hệ thống phân phối nước rửa lọc

Khi dùng chụp lọc thì tổn thất áp lực là: h 2 = v 2

2×9,81×0,5 2 = 0,46m (theo TCXD 33- 2006) v: Vận tốc chuyển động của nước qua khe hở của chụp lọc, không < 1,5 𝑚 3 /𝑠 μ: hệ số lưu lượng của chụp lọc, đối với chụp lọc khe hở μ = 0,5

ℎ3: bao gồm tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ

L chiều dài đoạn ống giả thiết Lm

Vận tốc chảy trong ống v = 0,384 m/s Đường kính ống D= 0,48

0,01 × 10 −4 = 18432 Tra giản đồ Moody , ta có 𝜆 = 0,027 Vậy: h d = λ ×L

2 × 9,81= 0,085 Tổn thất cục bộ qua các co, các nút, van, ta lấy ℎ𝑐= 0,5m

Vậy chọn bơm có lưu lượng Q= 2,5𝑚 3 /h, cột áp Hm

: khối lượng riêng của dung dịch , 𝜌 = 1000 𝑘𝑔/𝑚 3 g : gia tốc trọng trường, g= 9,81 𝑚 3 /𝑠

: hiệu suất chung của bơm , 𝜂 = 0,72 − 0,93 Chọn = 0,8

1000 × 0,8 = 0,085 kW Vậy có thể dùng bơm nước để thực hiện rửa ngược

Bồn lọc than hoạt tính

Bồn lọc than hoạt tính có nhiệm vụ loại bỏ màu và mùi của nước Ưu điểm của lọc cát áp lực:

+ Hiệu quả trong việc loại bỏ vị và mùi clo, hóa chất

+ Loại bỏ trầm tích hiệu quả

Khuyết điểm của lọc cát áp lực: cần kết hợp với các công nghệ lọc khác để hoạt động hiệu quả hơn

3.2.2 Tính toán Đường kính bồn lọc

Công suất hệ thống 2,5 m 3 /h, tỷ lệ recovery là 75%, ta có:

𝑄 = 2,5 + 2,5 × 75% = 4,375 𝑚 3 /ℎ Với vận tốc lọc là 10 m/h, đường kính cột lọc là:

 Chọn đường kính cột lọc là 0,45 m

Nước đầu vào có Clo dư là 0,6 mg/L, tiêu chuẩn đầu ra của nước là 0,2 đến 1 mg/L (chọn 0,4 mg/L)

Chiều cao lớp vật liệu lọc là: lg (0,6 0,4) = ℎ 𝑡ℎ𝑎𝑛

 Chọn chiều cao lớp than là 0,8 m

4,375 ↔ 𝑥 = 0,3938 𝑚𝑔/𝐿 (𝑡ℎỏ𝑎) Chiều cao không gian phía trên lớp vật liệu lọc

Bồn làm mềm nước

Bồn lọc khử cứng có nhiệm vụ loại bỏ Ca 2+ và Mg 2+ có trong nước Lượng dư này có khả năng gây hại cho sức khoe con người Ưu điểm của lọc cát áp lực:

27 Độ bền cao, chống ăn mòn, không gỉ sét vì thành phần cấu tạo không dùng kim loại

Bề mặt ngoài trơn bóng, ít bám bụi vì vậy vệ sinh bình rất dễ dàngKhả năng chịu nhiệt tốt Trọng lượng nhẹ, hình dáng nhỏ gọn dễ vận chuyển

Khuyết điểm của lọc cát áp lực:

+ Tốc độ lọc khá yếu so với các cột lọc như nhựa hay inox, vì thế cột lọc này thường được dùng cho hệ thống 2 bồn hoặc bơm áp lực

+ Dùng lâu ngày thì cột lọc composite sẽ bị bong các sợi thủy tinh, khi đó bạn rờ vào sẽ rất ngứa

+ Khi xài một thời gian thì trên cột sẽ xuất hiện rong rêu mọc và bám trong hệ thống lưới của cột, có thể làm tắt hệ thống lọc nước

Sợi thủy tinh, sợi Bazan, sợi hữu cơ, sợi cacbon, sợi Bor, sợi Cacbua Silic, sợi kim loại, sợi ngắn và các hạt phân tán, cốt vải Cột lọc composite đã được FDA (cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ ) kiểm định và chứng nhận an toàn đối với sức khỏe của con người

Công suất hệ thống 2,5 m 3 /h, tỷ lệ recovery là 75%, ta có lượng nước cấp đầu vào tối thiểu phải đạt 3,33 m 3 /h Như vậy, ta nên chọn cột lọc mã 1665

Nội dung Thông số kỹ thuật

Tên sản phẩm Cột lọc composite 1665 Công suất hoạt động 3,2 – 4,5 m 3 /h; 2 - 3 m 3 /h

Dung tích chứa 167 lít Áp lực 150 PSI

Kích thước cột lọc 400x1700mm

Thiết bị RO

Màng RO với kích thước lổ rỗng rất nhỏ ( < 0,001 𝜇𝑚) sẽ giữ lại được các chất bẩn và phần lớn muối khoáng còn lại trong nước

Nguồn nước đầu vào có TDS = 30 mg/l (< 1000mg/l) nên có thể sử dụng loại màn

TW, XLE, LE theo bảng hướng dẫn sau:

Bảng 2 Hướng dẫn sử dụng màn RO

Do TDS < 500 mg/l và công suất nhỏ ( 60𝑚 3 /ngày ) nên ta có thể chọn loại màng Filmtec kí hiệu BW30-4040 đây là loại màn áp lực cao, tiết kiệm năng lượng Màng Lọc

RO Filmtec BW30-4040 là một trong những sản phẩm được dùng phổ biến trong các hệ thống lọc nước tại Việt Nam và trên thế giới, màng có công suất thiết kế vượt trội so với các sản phẩm của các hãng khác trên thế giới Màng lọc RO Filmtec Dow BW30-4040 được sản xuất tại Hoa Kỳ là loại màng lọc danh tiếng nhất thế giới, màng hoạt động ổn định với độ bền rất cao, loại bỏ hoàn toàn các tạp chất hữu cơ, vô cơ độc hại, vi sinh vật có hại cho sức khỏe Màng lọc DOW Filmtec có tuổi đời hoạt động dài (lên đến 6 năm) nếu hệ thống lọc được thiết kế đúng kỹ thuật, quá trình vận hành, bảo dưỡng định kỳ và vệ sinh tẩy rửa theo quy trình của nhà sản xuất Sản phẩm màng lọc DOW Filmtec được sử dụng và ưa chuộng nhất trên thế giới là do chất lượng sản phẩm cao để tối ưu chi phí và tiết kiệm nước

Thông số Đơn vị Giá trị

Loại màng mm (inches) Polyamide Đường kính mm (inches) 100 (4") Chiều dài mm (inches) 1016 (40") Diện tích bề mặt hoạt động ft 2 (m 2 ) 78 (7,2) Lưu lượng vào lớn nhất gpm (m 3 /h) 2400 Gpd

Nhiệt độ vận hành lớn nhất o F ( o C) 113 (45) pH vận hành 2 - 11 pH dung dịch rửa 1 - 13 Áp suất vận hành lớn nhất Kg/cm2 42 kg/cm2

Bảng 3 Thông số kỹ thuật Màng lọc RO Filmtec Dow BW30-4040 Ở trên chúng ta đã chọn màng BW30-4040 dựa vào thông số kỹ thuật thì ta thấy diện tích mỗi màng RO 400 ft 2

Tổng số lượng màng RO cần thiết :

N = Q galonngày / Flux*(diện tích) Với:

Q: galon/ngày hoặc m3/ngày, (1 galon = 3,785 lít)

S: diện tích mỗi màn, tính bằng ft2

Công suất 60 𝑚 3 /ngày = 15852 galon/ ngày (1 galon = 3,785 lít)

Chọn flux range tương ứng loại nước mặt là 11,3 gfd

S: diện tích mỗi màn, tính bằng ft2 Số lượng màng RO cần thiết:

30 Đối với những hệ thống RO nhỏ, ta lựa chọn ống chứa được 6 màng Như vậy, chúng ta cần 3 ống chứa màng

Sẽ có 3 mức tỷ lệ recovery rate là 40% - 60%, 60% - 80%, 80% - 90% tương ứng với số dãy trong cùng một bước là 1, 2 và 3 Với nguồn nước đầu vô hệ thống RO có SDI bằng 4, thì chúng ta nên lựa chọn recovery rate là 60%-80% để vận hành màng RO được bền Chọn recovery thấp thì tốn nước, còn nếu chọn cao thì màng nhanh tắt

Với tỉ số thu hồi được chọn là 75% thì ta cần ba cấp lọc với mỗi vessel có 6 element

Sử dụng phần mềm WAVE của Dopont để tính toán thiết kế hệ thống lọc RO Sau khi chạy phần mềm xuất bản thiết kế như sau:

Hình 10 Chương trình tính toán hệ thống màng lọc RO

Chọn recovery = 75%, thiết kế hệ thống 3 Stage và tối đa hiệu suất thì 1 vessel (ống màn) chứa 6 màn (element)

Thông số chất lượng nước nguồn nhập vào phần mềm WAVE :

Hình 11 Chương trình tính toán hệ thống màng lọc RO

Sau khi chạy phần mềm Wave sẽ xuất ra được bảng:

Hình 12 Chương trình tính toán hệ thống màng lọc RO

Nồng độ TDS đầu ra theo lí thuyết được tính bằng cách xác định TDS trung bình qua các màng (bảng detail report, mục stage detail)

Ngày đăng: 27/03/2024, 22:50

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w