thiết kế hệ thống tự động điều khiển chu trình chuyển đổi nước mặn thành nước ngọt sử dụng năng lượng mặt trời

Với yêu cầu cấp thiết đó, các công nghệ-ứng dụng tạo nước ngọt từ việc tận dụng nguồn nước biển sẵn có là một công nghệ có tính khả thi cao và hiệu quả đang được sử dụng và cần được chú

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

GVHD: THS HUỲNH GIA THỊNH

SVTH:

1 ĐẶNG HỮU CƠ 14021521 2 TRẦN LƯƠNG TIỂU DUY 14039141 3 NGUYỄN DUY ĐÔNG 14042501

dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018

76Thursday, June 13, 20248:36:58 PM8:36:58 PM76Thursday, June 13, 20248:36:58 PM8:36:58 PM76Thursday, June 13, 20248:36:58 PM8:36:58 PM

dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018

dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018

76dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018Thursday, June 13, 2024

Trang 2

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

Đặng Hữu Cơ 14021521 Trần Lương Tiểu Duy 14039141 Nguyễn Duy Đông 14042501

4 Kết quả

Hoàn thành đề tài và đưa ra hệ thống mô hình có tính thiết thực để áp dụng vào thực tiễn cuộc sống đảm bảo tính khoa học Thống kê, tính toán các số liệu, phương pháp thực hiện, quá trình hiệu chỉnh để nâng cao hiệu suất cho đề tài Đồng thời nêu lên được nhu cầu thiết thực của việc áp dụng kiến thức khoa học vào thực tế song song với những thuận lợi, những vấn đề khó khăn, những chi tiết nảy sinh xuyên suốt quá trình thực hiện đề tài

dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat euc huyeh bc vi thahh uho ha hoi gici doah 2014 2018762413068:36:58 PM8:36:58 PM762413068:36:58 PM8:36:58 PM762413068:36:58 PM8:36:58 PM

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên phản biện.

Trang 5

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP INHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN IINHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN IIIMỤC LỤC IVDANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VIIDANH MỤC CÁC BẢNG VIIIDANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 1LỜI NÓI ĐẦU 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4CHƯƠNG 1.

Các vấn đề về ứng dụng nguồn năng lượng sạch vào đời sống thực tế 41.1.

1.1.1 Tính cấp thiết của việc sử dụng nguồn năng lượng sạch 41.1.2 Lí do chọn ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời vào cuộc sống 4

Các vấn đề về nguồn nước và nhu cầu về nước trên thế giới 51.2.

1.2.1 Sự cung ứng và phân bố nước trên hành tinh 51.2.2 Vai trò của nước nói chung và nước ngọt nói riêng: 6

Sự cần thiết phải khử muối nước biển 61.3.

Khái quát về tiến bộ kĩ thuật khử mặn nước biển trên thế giới 71.4.

Các công nghệ khử mặn nước biển 91.5.

1.5.1 Phân loại các biện pháp khử muối 91.5.2 Các phương pháp nhiệt 111.5.2.1 Bay hơi nhiều bậc (Multi Stage Flash-MSF) 111.5.2.2 Bay hơi đa hiệu ứng (Multiple Effect Evaprolation – MEE) 151.5.2.3 Bay hơi đơn hiệu ứng (Single Effect Evaporlation- SEE) 161.5.2.4 Một số quá trình khử muối sử dụng năng lượng khác 181.5.3 Công nghệ màng 18123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 6

1.5.3.1 Màng điện thẩm (Electro Dialysis- ED) 18

1.5.3.2 Màng thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis- RO) 19

Lựa chọn công nghệ phù hợp nhất và hiệu chỉnh hệ thống chu trình 21

1.6. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN SỐ LIỆU, LỰA CHỌN THIẾT CHƯƠNG 2.BỊ VÀ HIỆU CHỈNH CHUNG CHO CẢ HỆ THỐNG 24

Nguyên lí hoạt động cơ bản: 24

2.1 Sơ đồ dòng điện nguyên lí: 24

2.2 Lưu đồ thuật toán: 25

2.3 Quy trình điều khiển tự động bằng Vi Xử Lý: (sử dụng cảm biến nhiệt độ, cảm 2.4.biến mực nước) 26

Sơ đồ mạch nguyên lí điều khiển bằng vi điều khiển pic26f690: 27

2.5 Tính toán cho bộ Pin Mặt Trời và nguồn cung cấp cho hệ thống 29

2.6.2.6.1 Một số khái niệm: 29

2.6.2 Một số đặc tính của các chất liên quan: 29

2.6.3 Lựa chọn thiết bị: 31

2.6.3.1 Pin năng lượng mặt trời: 31

2.6.3.2 Inverter 12VoltDC - 220VoltAC : 32

Trang 7

2.6.3.13 Đèn báo: 39

2.6.3.14 Rơle: 40

2.6.3.15 CircutBreaker (CB): 41

2.6.3.16 Vi điều khiển Pic 16F690: 41

2.6.4 Tính toán các thiết bị khác từ thiết bị chọn trước: 42

2.6.5 Tính toán công suất inverter trong thời gian 1 lần đun: 42

2.6.6 Chọn pin năng lượng mặt trời: 43

2.6.7 Chọn acquy : 43

Tính toán thời gian đun ở các mức nước, xét đun tại bình chính, bình phụ bay 2.7.hơi: 43

2.7.1 Thời gian đun 10 lít nước đến 100 : 44

2.7.2 Thời gian đun 10 lít nước xuống còn 6 lít : 44

2.7.3 Thời gian đun 6 lít xuống còn 4 lít, kết thúc chu kì : 44

2.7.4 Xả hết 4 lít bắt đầu chu kì mới, tiếp tục đun 10 lít: 45

2.7.5 Trong chu kì mới, đun từ 10 lít xuống 6 lít : 45

2.7.6 Trong chu kì mới, đun 6L xuống 4L: 45

2.7.7 Thời gian nước bay hơi tại bình phụ : 46

KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG 47

CHƯƠNG 3. Kết quả đạt được : 47

3.1 Xu hướng phát triển : 47

3.2 Triển vọng: 48

3.3.TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 51

PHỤ LỤC A: HÌNH ẢNH MINH HỌA 51

PHỤ LỤC B: TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ 54

PHỤ LỤC C: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 64

Trang 8

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Phần 1

Hình 1.1 Tỷ lệ các loại nước trên trái đất 5

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên tắc quá trình khử muối 10

Hình 1.3 Sơ đồ phân loại các quá trình khử muối (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001) 10

Hình 1.4 Hệ thống khử muối bay hơi nhanh nhiều bậc-tuần hoàn dung dịch muối (MSF - BR) 12

Hình 1 5 Hệ thống bay hơi nhanh nhiều bậc - dòng đi qua một lần ( MSF-OT) 13

Hình 1.6 Hệ thống bay hơi đa bậc - trộn dòng (MSF – M) 14

Hình 1.7 Hệ thống bay hơi đa bậc - nén hơi (MSF – VC) 14

Hình 1.8 Hệ thống chưng đa hiệu ứng với dòng vào song song (MED – PF) 16

Hình 1.9 Quá trình bay hơi đơn hiệu ứng nén hơi cơ học (SEE – MVC) 17

Hình 1.10 Công nghệ điện thẩm (a) Sự loại bỏ các ion trong quá trình điện thấm;(b) Sự di chuyển các ion trong quá trình điện thấm 19

Hình 1.11 Sơ đồ quy trình khử mặn bằng màng thẩm thấu 21

Hình 1.12 Nhà máy khử nước mặn Jebel Ali của Dubai có công suất xử lý lên tới 10,6 tỉ lít nước biển mỗi ngày bằng công nghệ thẩm thấm ngược 51

Hình 1.13 Nhà máy lọc nước biển Sorek của Israel có thể biến 624.000 m3 nước biển thành nước ngọt mỗi ngày cung cấp khoảng 20% nhu cầu nước ngọt của Israel 51

Hình 1.14 Bên trong nhà máy lọc nước biển Tuaspring của singapore với công suất 70 triệu gallon nước ngọt/ngày 52

Hình 1.15 Farasan - nhà máy biến nước biển thành nước ngọt lớn nhất trên thế giới nằm tại Ả-Rập Xê-út 52

Hình 1.16 Nhà máy biến nước biển thành nước ngọt tại vịnh Tampa, Mỹ 52

Phần 2 Hình 2.1 Sơ đồ điện nguyên lý 24

Hình 2.2 Lưu đồ thuật toán 25

Hình 2.3 Sơ đồ cơ minh họa sơ bộ mô hình vẽ bằng AutoCAD 26

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển vẽ bằng phần mềm Altium17.0.7 27

Trang 9

Hình 2.5 Mạch in của mạch điều khiển 28

Hình 2.13 Bồn chứa nguyên liệu 37

Hình 2.14 Bơm nước selton 150BE 38

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất nước ngọt từ nước biển ở một số nước trên thế giới 9

Bảng 1.2 So sánh phương pháp khử muối bằng phương pháp nhiệt và màng 22

Bảng 2.1 số liệu kỹ thuật bơm SEL-150BE 38

Bảng 2.2 Thống kê thời gian hoạt động trong 2 chu kỳ 46

Bảng II Tiêu chuẩn vệ sinh nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt 54

Bảng III Chỉ tiêu đánh giá chi tiết nước sinh hoạt theo QCVN 01:2009/BYT 56

Trang 10

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Bảng I Ký hiệu viết tắt

ED Màng điện thẩm - Electro Dialysis

MSF MSF – BR MSF-OT MSF – M MSF – VC

Bay hơi nhiều bậc - Multi Stage Flash

Bay hơi nhanh nhiều bậc – tuần hoàn dung dịch muối Bay hơi nhanh nhiều bậc - dòng đi qua một lần

Bay hơi đa bậc - trộn dòng Bay hơi đa bậc - nén hơi

MEE (MED) MED – PF HT - MED LT – MED

Bay hơi đa hiệu ứng - Multiple Effect Evaprolation

Chƣng cất đa hiệu ứng với dòng vào song song MED nhiệt độ cao

m Khối lƣợng chất thu nhiệt (Kg)

Trang 11

Trang 12

LỜI NÓI ĐẦU

Theo sự gia tăng dân số không ngừng thì nhu cầu về nước của con người cũng theo đó tăng lên làm phát sinh vấn đề thiếu hụt nước cần cung cấp cho nhu cầu sử dụng của con người Tuy 71% bề mặt trái đất là đại dương, nhưng nhu cầu về nước vẫn đang ngày ngày hiện hữu, và đặt biệt là nước ngọt trong sinh hoạt và sản xuất Tuy nhiên, tình trạng gia tăng dân số trên thế giới và quá trình công nghiệp hóa dẫn đến ô nhiễm các nguồn nước ngọt sẵn có, từ đó làm tăng mức độ nghiêm trọng trong vấn đề thiếu hụt nước sinh hoạt cho con người hiện nay

Việt nam là một nước đang phát triển có mật độ dân số không đều tập trung ở các vùng đồng bằng ven biển, nhiều đảo và quần đảo có dân cư sinh sống Từ đó có thể thấy nhu cầu nước ngọt sinh hoạt cho người dân là rất cao ở các khu vực trên Cho nên vấn đề thiếu hụt nước ngọt cho sinh hoạt trở nên cần thiết hơn rất nhiều

Với yêu cầu cấp thiết đó, các công nghệ-ứng dụng tạo nước ngọt từ việc tận dụng nguồn nước biển sẵn có là một công nghệ có tính khả thi cao và hiệu quả đang được sử dụng và cần được chú trọng phát triển

Đồng thời để hạn chế tình trạng ô nhiễm môi trường thì ứng dụng công nghệ trên kết hợp với công nghệ năng lượng sạch là một ý tưởng được đánh giá rất cao Do đó, trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này nhóm chúng tôi tập trung tìm hiểu và ứng dụng hóa đề tài tách muối từ dung dịch nước biển bằng hệ thống tự động sử dụng năng lượng mặt trời

Trong báo cáo này, các công đoạn thực hiện phù hợp với tiến bộ kỹ thuật, sự kế thừa thành quả công nghệ, sự cải tiến cho phù hợp với trình độ công nghệ trong nước và tiềm năng phát triển ở tương lai cũng như điều kiện thời tiết, địa hình, vị trí địa lí của nước ta

Kết thúc lời mở đầu, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên Ths Huỳnh Gia Thịnh đã tạo điều kiện và hướng dẫn chúng em tiếp xúc và thực hiện đề tài này

Trang 13

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1

CÁC VẤN ĐỀ VỀ ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH VÀO 1.1.

ĐỜI SỐNG THỰC TẾ

1.1.1 Tính cấp thiết của việc sử dụng nguồn năng lượng sạch

Trong thời đại ngày nay, năng lượng là vấn đề cực kì cấp thiết của toàn thể quốc gia trên toàn thế giới Các nguồn năng lượng sẵn có như than, dầu, khí,… khai thác trong tự nhiên đang có nguy cơ cạn kiệt dần và đe dọa đến sự phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội của loài người một cách nghiêm trọng Bên cạnh nghiên cứu để tìm ra nguồn năng lượng mới để ứng dụng rộng rãi thì việc sử dụng hiệu quả và tiết kiệm nguồn năng lượng cũng là mối quan tâm hàng đầu của mỗi quốc gia Việt Nam cũng đang trong quá trình ứng dụng rộng rãi cũng như thay thế các nguồn năng lượng sạch vào đời sống thực tế

1.1.2 Lí do chọn ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời vào cuộc sống

Về vấn đề sử dụng nguồn năng lượng sạch trong thời gian sắp tới trên toàn cầu để đảm bảo cung ứng liên tục nguồn năng lượng cho cuộc sống cũng như đáp ứng các nhu cầu bảo vệ môi trường, tăng trưởng kinh tế, xã hội thì Năng Lượng Mặt Trời là nguồn năng lượng ưu việt nhất Hàng năm, mặt trời cung cấp cho trái đất một lượng năng lượng khổng lồ, gấp 10 lần trữ lượng các nguồn nhiên liệu có sẵn trên trái đất Ứng dụng nguồn Năng Lượng Mặt Trời một cách đại trà sẽ là xu hướng hàng đầu của chúng ta trong tương lai

Hiện tại, Năng Lượng Mặt Trời đang được con người ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực từ sinh hoạt hằng ngày cho đến sản xuất công nghiệp và kỹ thuật công nghệ cao, tất cả đều rất phù hợp với tình hình kinh tế, vị trí địa lí, khí hậu, trình độ khoa học kỹ thuật của Việt Nam Đặc biệt nhất, nằm ở vị trí vành đai nội chí tuyến, ưu thế về số giờ nắng trên năm của Việt Nam ở những khu vực ven biển, hải đảo miền Trung lên đến 2900 giờ nắng với cường độ bức xạ cao 950W/m2 [1] (tạp chí khoa học và công nghệ , đại học đà nẵng- số 4(39).2010 137) Do đó, ứng dụng năng lượng Mặt Trời

vào đời sống ở Việt Nam là một xu hướng rất được chú trọng phát triển ở hiện tại và trong tương lai

Trang 14

CÁC VẤN ĐỀ VỀ NGUỒN NƯỚC VÀ NHU CẦU VỀ NƯỚC TRÊN 1.2.

THẾ GIỚI

1.2.1 Sự cung ứng và phân bố nước trên hành tinh

Nước chiếm 71% diện tích bề mặt của trái đất trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt Trong 3% lượng nước ngọt có trên trái đất thì có khoảng hơn 3/4 lượng nước mà con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, bị đóng băng, ở dạng hơi trong khí quyển và ở dạng tuyết trên lục điạ, chỉ có 0,3% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng Tuy nhiên, nếu ta trừ phần nước bị ô nhiễm ra thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt sạch mà con người có thể sử dụng được và nếu tính ra trung bình mỗi người được cung cấp 879.000 lít nước ngọt để sử dụng (Gleick, P H, S.H Scheneide, 1996)

Hình 1.1 Tỷ lệ các loại nước trên trái đất (Gleick, P H, S.H Scheneide, 1996)

Hơn nữa, xét về mặt địa lí, sự phân bố của nước là không đồng đều 15% lượng nước ngọt toàn cầu được giữ tại khu vực Amazon Ngay trong khu vực Địa trung hải, các nước giàu về tài nguyên nước (Pháp, Ý, Thổ Nhĩ Kì, Nam Tư cũ) chiếm tới 2/3 lượng nước toàn khu vực Tình trạng này dẫn đến sự phân hóa những nước giàu và nghèo tính theo tỉ lệ tài nguyên nước trên đầu người: Giao động từ chưa đến 100m3/năm đến 10.000m3/năm Dưới ngưỡng 1000m3/năm/đầu người những căng thẳng bắt đầu xuất hiện và ngưỡng thiếu nước được xác định ở mức 500m3/năm

Trang 15

Không những thế lượng nước lại có sự phân bố không đồng đều theo thời gian Có một sự mất cân đối về lượng nước giữa mùa khô hạn và mùa mưa và giữa các năm (Gleick, P H, S.H Scheneide, 1996)

1.2.2 Vai trò của nước nói chung và nước ngọt nói riêng:

Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi trường

Nước là thành phần cấu tạo chính yếu trong cơ thể sinh vật, chiếm từ 50% - 97% trọng lượng của cơ thể, chẳng hạn như ở người nước chiếm 70% trọng lượng cơ thể và ở Sứa biển nước chiếm tới 97% (Gleick, P H, S.H Scheneide, 1996)

Trong lĩnh vực nông nghiệp thì nước lại càng không thể thiếu, không có nước sẽ không có lương thực nuôi sống con người và cung cấp năng lượng cho sự vận động của các hệ sinh thái trong tự nhiên Một nghiên cứu toàn cầu gần đây do các nhà nghiên cứu Viện Quản lý Nước Quốc tế cho thấy ít nhất 30% các dòng chảy của sông ngòi trên thế giới cần được sử dụng để duy trì điều kiện của các hệ sinh thái nước ngọt (Gleick, P H, S.H Scheneide, 1996)

Tuy không sử dụng nước nhiều như nông nghiệp nhưng nước cũng không thể thiếu trong hầu hết các hoạt động công nghiệp

Ngày nay dịch vụ và du lịch ngày càng được chú trọng phát triển và đây cũng là lĩnh vực tiêu tốn nhiều nước và đa phần là nước ngọt Hơn thế nữa, nước ngọt là thiết yếu cho cuộc sống của con người, điều nầy khiến cho nước ngọt trở thành yếu tố quyết định trực tiếp đến chất lượng cuộc sống của con người (Gleick, P H, S.H Scheneide, 1996)

SỰ CẦN THIẾT PHẢI KHỬ MUỐI NƯỚC BIỂN 1.3.

Trên Trái đất, nước biển ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước uống do việc phát triển các nguồn nước ngọt tự nhiên bị hạn chế Như đã nói đến ở trên, khoảng 97% nước trên trái đất là nước biển Nước mà con người có thể sử dụng dễ dàng chẳng hạn như nước trong sông và hồ chỉ chiếm 0,01% tổng lượng nước ngọt Trong khi đó, dân số toàn cầu tăng tới sáu tỷ người vào năm 2000 và sẽ đạt tám tỷ vào năm 2025 3,5 tỷ người trong số này chắc chắn sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước

Trang 16

Những con số thống kê gần đây đang thực sự làm chúng ta lo ngại Cứ 6 người, có 1 người không thường xuyên có được nguồn nước uống an toàn Hơn 1/3 dân số, tức khoảng 2,4 tỷ người không có các điều kiện vệ sinh đầy đủ Cứ mỗi 8 giây lại có một trẻ em chết vì các bệnh liên quan đến nước, và các bệnh này gây ra 80% bệnh tật và cái chết ở các nước đang phát triển- đó thật sự là bi kịch đối với loài người khi từ lâu chúng ta đã nhận ra rằng các căn bệnh này dễ dàng phòng tránh được

Đối với Việt Nam chúng ta không thiếu nước đến mức trầm trọng nhưng diện tích đất nước trải dài dọc theo 3260 km dọc theo bở biển, ngư nghiệp là ngành phát triển theo hướng đánh bắt xa bờ phải lưu lâu ngày ngoài biển, ngành vận tải biển đang trên đà phát triển mạnh mẽ, những chiến tàu chở hàng đi trên biển rất dài ngày Đặc biệt dân cư trên các đảo của Việt Nam vẫn chưa có đủ nước sinh hoạt Nguồn nước sinh hoạt cho cư dân trên đảo chủ yếu là nước mưa hoặc nước được chở từ đất liền ra, tuy nhiên nước được chở từ đất liền ra với chi phí tương đối cao và không phải là cách giải quyết tốt nhất Đồng thời đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá mạnh mẽ, các thành phố du lịch ven biển, các thành phố cảng sẽ mọc lên nhanh chóng và tại các đô thị này nguồn nước ngọt cũng không dễ dàng gì có được

Từ những nhìn nhận như trên, ta thấy khử mặn nước biển là việc làm rất cần thiết để giải quyết phần nào nguồn nước sinh hoạt cho cộng đồng dân cư Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung

KHÁI QUÁT VỀ TIẾN BỘ KĨ THUẬT KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN 1.4.

TRÊN THẾ GIỚI

Ngày nay, trên thế giới đã có nhiều nhà máy biến nước biển thành nước ngọt tại Trung Đông (Israel, Ảrập Xêút), Địa Trung Hải (Malta), châu Mỹ, Nam Âu, Caribbean, Nhật Bản, quần đảo Channel, đảo Tenerife và Gran Canaria - nơi nguồn nước tự nhiên rất hiếm do lượng mưa thấp Israel và Ả-Rập Xê-út phải phụ thuộc nhiều vào những nhà máy như vậy để cấp nước cho người dân trong khi các bang Florida và California của Mỹ cũng bắt đầu xây dựng nhà máy lọc nước biển 18 nhà máy kiểu này đang được xem xét xây dựng tại California

Trong những thập kỷ 1960-1970, câu trả lời cho tình trạng thiếu nước là xây dựng nhiều hồ chứa hơn Tuy nhiên, giá đất gia tăng đã làm cho các công ty nước thương mại không thể lựa chọn giải pháp này Khử muối trong nước biển là một giải pháp tương đối mới Nó bắt nguồn từ Trung Đông vào những năm 1980 và 1990

Trang 17

Trong tổng số hơn 7.500 nhà máy khử muối đang hoạt động trên toàn thế giới, 60% nằm tại Trung Đông với tổng công suất 16 tỷ lít nước mỗi ngày

Nhà máy lọc nước biển lớn nhất Trái đất ở Ả-Rập Xê-út sản xuất 128 triệu galon mỗi ngày (tương đương 581 triệu lít) Ả-Rập Xê-út là nước sản xuất nước ngọt từ nước biển lớn nhất thế giới, đáp ứng 70% nhu cầu nước uống hiện nay của đất nước cũng như cung cấp cho các trung tâm đô thị và công nghiệp thông qua mạng lưới đường ống dài hơn 3.700km Nhiều nhà máy mới đang được triển khai và sẽ đưa tổng số nhà biến nước biển thành nước ngọt lên gần 30

Trong khi đó, 12% nước được khử muối của thế giới được sản xuất ở châu Mỹ với phần lớn nhà máy nằm tại Caribbean và Florida

Trang 18

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất nước ngọt từ nước biển ở một số nước trên thế giới

Các tiểu vương quốc Ả

1.5.1 Phân loại các biện pháp khử muối

Bản chất của quá trình khử muối là tách các muối tự do có trong nước biển hoặc nước lợ, với các muối có trong dòng nước đầu vào của quá trình khử muối sẽ được nâng cao nồng độ trong dung dịch của dòng nước thải bỏ sau xử lý Cả hai phương

pháp nhiệt và lọc màng được sử dụng trong lĩnh vực này Hình 1.2 mô tả khái niệm của quá trình khử muối, hình 1.3 đưa ra các loại công nghệ chính trong hai quá trình trên (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Trang 19

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên tắc quá trình khử muối (H El-Dess ouky and H Ettouny, 2001)

Hình 1.3 Sơ đồ phân loại các quá trình khử muối (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Trang 20

1.5.2 Các phương pháp nhiệt

1.5.2.1 Bay hơi nhiều bậc (Multi Stage Flash-MSF)

Phương pháp này được thương mại hoá vào những năm 50 của thế kỷ XX Hệ thống loại này có những đặc trưng sau:

Hệ thống khử muối bay hơi nhiều bậc tuần hoàn dung dịch muối:

Đối với hệ thống này, nước đầu vào được chia thành hai dòng Dòng thứ nhất là dòng làm mát (Mcw) sau đó được đưa trở lại biển, dòng thứ hai là dòng nguyên liệu vào hệ thống (Mf) Dòng này được khử khí và xử lý hoá học ở bộ phận thải nhiệt trước khi vào các bậc chưng phía sau (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Dòng dung dịch tuần hoàn (Mr) được lấy từ bể chứa ở bậc cuối cùng của bộ phận thải nhiệt và được đưa vào các ống ngưng tụ ở bậc cuối cùng của bộ phân thu hồi nhiệt Dòng này được gia nhiệt nhờ sự hấp thụ ẩn nhiệt ngưng tụ Dòng hơi nóng (Ms) được ngưng tụ bên ngoài bề mặt các ống ngưng tụ Còn dòng dung dịch muối thì hấp thụ ẩn nhiệt của dòng ngưng tụ và nhiệt độ của nó tăng lên đến giá trị cực đại, hay gọi TBT (T0) (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Dung dịch nước muối nóng đi vào các bậc bay hơi nhanh ở bộ phận thu hồi nhiệt sau đó đi sang bộ phận thải nhiệt, tại đây một ít hơi nước được tạo thành bởi sự bay hơi dung dịch muối trong mỗi bậc Như mô tả ở dước hơi được lấy nhờ vào sự giảm áp suất trong bậc (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Trong mỗi bậc bay hơi thì hơi được ngưng tụ bên ngoài các ống ngưng tụ, tại đây dòng dung dịch muối tuần hoàn (Mr) đi bên trong ống để làm lạnh hơi hơi nóng bên ngoài Bộ phận thu hồi nhiệt có tác dụng làm tăng nhiệt độ của dung dịch muối

Hơi nước ngưng tụ bên ngoài các ống ngưng tụ đựơc tích trữ lại qua các bậc và tạo thành dòng sản phẩm cất (Md), dòng này đi qua nhiều bậc theo hướng từ bậc có

Trang 21

nhiệt độ cao đến bậc có nhiệt độ thấp hơn và nước đã được loại muối được thu hồi ở bậc cuối cùng của bộ phận thải nhiệt (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Sự bay hơi và hơi nước được hình thành bị giới hạn bởi sự gia tăng thể tích riêng ở nhiệt độ thấp cũng như những khó khăn gặp phải trong quá trình vận hành ở áp suất tĩnh thấp Theo kinh nghiệm chung thì nhiệt độ ở bậc cuối cùng khoảng 30 – 40 0C tương ứng với vận hành trong mùa đông và mùa hè (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Nhiều bậc bay hơi của hệ thống MSF hoạt động dưới 100 0C và áp suất thấp Trong quá trình hoạt động dung dịch nước muối có thể gia tăng các khí hoà tan dưới dạng vết do sự rò rĩ từ ngoài vào, do sự khử khí không hoàn toàn ở tháp khử khí hay do phân giải CaHCO3, điều này có thể là nguyên nhân chính là giảm vận tốc tải nhiệt giữa các buồng bay hơi với nhau Theo thời gian điều này có thể làm gia tăng khuynh hướng ăn mòn và giảm vận tốc bay hơi (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Quá trình tiền xử lý nước biển trước khi đưa vào hệ thống (Mf + Mcw) thường chỉ là quá trình lọc sơ bộ và kỹ hơn là thêm công đoạn khử khí và bổ sung các hoá chất để giảm sự đóng cặn hay kéo màng trong thiết bị

Hình 1.4 Hệ thống khử muối bay hơi nhanh nhiều bậc-tuần hoàn dung dịch muối (MSF - BR) (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Trang 22

Hệ thống khử muối bay hơi nhiều bậc cho dung dịch đi qua một lần:

Hệ thống này cũng tương tự như hệ thống trên hình 1.4 với số bậc tương đương nhau Nhưng không có có bộ phận giải nhiệt như ở hệ thống hình 1.4, như vậy dung

dịch muối thải ra còn mang một nhiệt độ tương đối cao điều này có thể làm ô nhiễm nhiệt đối với nguồn tiếp nhận lại nó (thường thì nó được đưa lại biển)

Hình 1 5 Hệ thống bay hơi nhanh nhiều bậc - dòng đi qua một lần ( MSF-OT) (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Hệ thống khử muối bay hơi nhiều bậc khuấy trộn dung dịch muối

Hệ thống này cũng có nguyên tắc hoạt động như hệ thống MSF với số bậc tương đương, tuy nhiên trước khi đi vào dãy buồng chưng thì dòng nước biển được trộn với một phần của dòng dung dịch muối xả Bộ trộn có tác dụng gia nhiệt cho dung dịch trước khi vào các bồng bốc hơi

Với hệ thống này ta tận dụng được một phần nhiệt thải đưa trở lại hệ thống đồng thời giảm một phần nhiệt thải ra môi trường

Trang 23

Hình 1.6 Hệ thống bay hơi đa bậc - trộn dòng (MSF – M) (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Hệ thống khử muối bay hơi nhiều bậc nén hơi

Với hệ thống này thì nước được gia nhiệt và làm bay hơi ở đầu vào sau đó hơi này được hút và nén bằng các Ejecter và tạo thành dòng khí nóng, nhiệt này được đưa đến để gia nhiệt cho các buồng bay hơi theo bậc ở phía sau Và dòng dung dịch muối sau khi ra khỏi dãy buồng chưng được đưa lại để gia nhiệt bốc hơi nước đầu vào

Hình 1.7 Hệ thống bay hơi đa bậc - nén hơi (MSF – VC) (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Trang 24

1.5.2.2 Bay hơi đa hiệu ứng (Multiple Effect Evaprolation – MEE)

Bay hơi đa hiệu ứng hay còn gọi là quá trình chưng đa hiệu ứng (Multiple Effect Evaporlation - MED) và nó có cơ sở từ quá trình bay hơi nhiều bậc (MSF)

MED là quá trình chưng cất công nghiệp lâu đời nhất được sử dụng trong khử mặn nước biển Nó là công nghệ chắc chắn, kĩ thuật hoàn hảo, chất lượng nước cất cao, và quá trình hoạt động theo dõi dễ dàng Hiện tại khoảng 3.5 % lượng nước khử muối trên thế giới được tạo ra bằng phương pháp này (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Phương pháp này có thể được phân thành hai loại là MED nhiệt độ thấp (LT - MED) và MED nhiệt độ cao (HT - MED) Đối với hệ thống LT – MED thì nhiệt độ làm việc có thể thấp ở 600C – 700C và nhiệt độ ra ở hiệu ứng cuối cùng có thể ở 400C, quá trình này sử dụng năng lượng hiệu quả hơn so với hệ thống MSF và thời gian làm việc khoảng 23 năm Còn HT – MED thì sử dụng dòng khí nhiệt độ cao, quá trình đóng cặn được kiểm soát trong suốt quá trình tiền sử lý của dòng nước biển vào, HT – MED được sử dụng nhiều hơn LT – MED và hiệu suất của quá trình này gấp đôi LT – MED Sau đây là một quá trình điển hình cho công nghệ này

Bay hơi đa hiệu ứng với dòng vào song song:

Hệ thống MED bao gồm một số thiết bị bay hơi thường từ 8 – 16, thiết bị này làm việc theo nguyên tắc trao đổi nhiệt gián tiếp, một dãy các hộp bốc hơi, các bộ ngưng tụ và hệ thống thông gió Một “hiệu ứng” riêng rẻ bao gồm bộ phận trao đổi nhiệt, không gian bay hơi, bộ khử sương và các phụ kiện khác Trong thiết bị bay hơi thì dòng nước được phun từ trên xuống dưới dạng các hạt nhỏ li ti và tiếp xúc với các ống được bố trí nằm ngang, các ống này có dòng khí đi qua bên trong (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Trong hệ thống dòng hơi đi từ trái sang phải theo chiều giảm áp suất, còn dòn nước biển hay dung dịch muối đi thẳng góc với các “hiệu ”, dòng nước được dẫn từ thiết bị bay hơi thứ nhất đến bộ phận bay hơi thứ hai, tại đây dòng nước được trộn lẫn với dòng hơi

Nước biển hút vào được đưa vào bình ngưng, tại đây nó hấp thụ ẩn nhiệt của hơi nước ngưng từ “hiệu ứng” cuối cùng, sau khi qua bình ngưng nhiệt độ của nước đầu vào được tăng lên, một phần nước làm lạnh thì được đưa trở lại nguồn, phần kia

Trang 25

thì chia thành nhiều dòng được xử lý hoá học, được khử khí rồi sau đó phun vào các thiết bị bay hơi

Trong mỗi “hiệu ứng”, nhiệt độ tăng lên đến nhiệt độ sôi tương ứng với áp suất trong không gian bay hơi trước một lượng nhỏ hơi nước được tạo thành Ngưng tụ kiểm soát lượng hơi quá nhiệt đi vào bên trong các bó ống ở “hiệu ứng thứ nhất” cung cấp nhu cầu nhiệt cho gia nhiệt lại và bay hơi (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Dòng hơi mang nhiệt đi vào quá trình được cấp từ một nồi hơi bên ngoài, nước có độ sạch cao ở thiết bị bay hơi thứ nhất được đưa trở lại nồi hơi

Hình 1.8 Hệ thống chưng đa hiệu ứng với dòng vào song song (MED – PF) (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Ngoài quá trình trên đối với quy trình bay hơi nước biển đa hiệu ứng còn một số công nghệ khác như:

Bay hơi đa hiệu ứng dòng vào nối tiếp

Bay hơi đa hiệu ứng dòng vào đi theo hướng thẳng đứng

1.5.2.3 Bay hơi đơn hiệu ứng (Single Effect Evaporlation- SEE)

Đây cũng là quá trình bay hơi nhưng đơn giản hơn so với các hiệu ứng trên vì quá trình này chỉ đi qua một thiết bị chưng Sau đây là quy trình bay hơi đơn hiệu ứng phổ biến nhất – Quá trình bay hơi đơn hiệu ứng nén hơi cơ học

Quá trình bay hơi đơn hiệu ứng nén hơi cơ học:

Trang 26

Trong quá trình này nước biển (Mf, Tcw) đầu tiên được chia thành hai dòng và bơm vào hai thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp Một dòng trao đổi nhiệt với sản phẩm (Md, Td) còn một dòng trao đổi nhiệt với dung dịch muối thải bỏ (Mb, Tb) Dòng nước biển vào đi trong các ống của thiết bị còn dòng sản phẩm và dòng muối thải bỏ đi bên ngoài thiết bị ống chùm Nước biển vào sau khi trao đổi nhiệt với hai dòng trên sẽ được gộp lại một dòng (Mf, tf) trước khi được đưa vào thiết bị bay hơi, còn dòng sản phẩm sau khi trao đổi nhiệt với dòng nước vào sẽ thành sản phẩm cuối cùng (Md,To) và dòng muối thải là dòng (Mb,To) (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Dòng (Mf,tf) sau đó được dẫn vào tháp chưng bằng cách phun điều vào tiết diện tháp bằng một giàn phun, nước sau khi được phun dưới dạng các hạt nhỏ li ti sẽ tiếp xúc với bề mặt ngoài của các ống trao đổi nhiệt được xếp ngang bên trong các ống có dòng hơi nóng đi qua Khi tiếp xúc với các ống trao đổi nhiệt thì nước hấp thụ ẩn nhiệt và tăng nhiệt đội đến nhiệt bốc hơi hơi này đi qua tấm khử sương và sau đó được ngưng tụ thành dòng sản phẩm (Md, Td), còn nước biển sau khi đi qua giàn bốc hơi sẽ tăng nồng độ muối và đi xuống đáy tháp tạo thành dòng dung dịch thải (Mb,Tb) (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Hệ thống này là hệ thống chưng cổ điển và tương đối đơn giản, hiệu suất bay hơi chưa cao đồng thời chất lượng nước sản phẩm sau khi cất cũng thấp hơn so với các hệ thống khác

Hình 1.9 Quá trình bay hơi đơn hiệu ứng nén hơi cơ học (SEE – MVC) (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Trang 27

1.5.2.4 Một số quá trình khử muối sử dụng năng lượng khác

Trong quy trình khử muối sử dụng nhiệt ngoài các hệ thống có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp trên thì ngày nay người ta phát triển thêm một số phương pháp mới cũng sử dụng năng lượng nhiệt nhưng không tiêu tốn nhiều năng lượng nhờ vào việc tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng hay tận hay tận dụng quá trình bay hơi tự nhiên Hoặc dựa vào sự chênh lệch khối lượng riêng của nước ngọt và nước biển ở nhiệt độ đông đặc để đóng băng và thu hồi nước ngọt, tuy nhiên trên thực tế thì biện pháp này không khả thi lắm (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

1.5.3 Công nghệ màng

1.5.3.1 Màng điện thẩm (Electro Dialysis- ED)

Theo công nghệ này nước biển hoặc nước lợ được bơm vào khoảng giữa các màng trao đổi ion với áp suất thấp, số lượng các màng có thể lên đến hàng trăm màng đặt song song và xen kẽ nhau, cứ một màng trao đổi cation thì đến một màng trao đổi anion thành từng cụm (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Màng trao đổi cation là những màng chỉ cho phép các ion dương chuyển qua Màng trao đổi anion chỉ cho phép các ion âm đi qua

Trong quá trình màng điện thẩm tách, tạp chất được tách loại khỏi nước nhờ dòng điện Dòng điện một chiều chuyển các ion qua màng để tạo ra dòng nước ngọt và dòng nước muối có nồng độ cao hơn Màng sẽ hình thành một rào cản giữa dung dịch muối và “nước ngọt” Phía màng có nồng độ muối cao hớnẽ gây ra hiên tượng phân cực nồng độ, nhiễm bẩn hữu cơ, tạo cặn khoáng chất đá vôi và các kết tủa khác (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Trang 28

Hình 1.10 Công nghệ điện thẩm (a) Sự loại bỏ các ion trong quá trình điện thấm;(b) Sự di chuyển các ion trong quá trình điện thấm

(H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

1.5.3.2 Màng thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis- RO)

Trong quá trình thẩm thấu ngược, nước từ nguồn dung dịch muối áp lực cao được tách muối hoà tan bằng cách thấm qua màng bán thấm Dòng chất lỏng thấm qua màng đựơc gọi là dòng lọc (Permeate), nó được sinh ra do chênh lệch áp suất giữa dung dịch muối có áp suất của dòng sản phẩm xấp xỉ với áp suất khí quyển Phần còn lại của dung dịch cấp vào tiếp tục chảy qua màng bên phía có áp suất cao và tạo ra dòng đặc (Có hàm lượng muối cao) Ở đây hoàn toàn không cần gia nhiệt và cũng không diễn ra quá trình biến đổi pha Do đó năng lượng chủ yếu là cấp cho quá trình tạo áp dòng vào hệ thống RO (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Áp suất làm việc của hệ thống RO đối với nước lợ từ 250÷400 psi, còn đối với nước biển từ 800 ÷ 1000 psi

Trên thực tế, nước cấp được bơm vào bình kín để tạo ra áp suất trên bề mặt màng Một phần nước thấm qua màng, phần còn lại sẽ có nồng độ muối cao hơn nồng độ muối cấp vào Để giảm nồng độ các muối hoà tan trong phần còn lại người ta xả bớt một phần ra khỏi bình chứa Nếu không xả thì nồng độ muối trong dung dịch cấp vào sẽ không ngừng tăng lên dẫn tới yêu cầu năng lượng cấp vào cũng phải gia tăng để khắc phục hiện tượng gia tăng áp suất thẩm thấu (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Trang 29

Hình 1.11 Biểu diễn quy trình khử mặn của một hệ thống thẩm thấu ngược gồm các giai đoạn cơ bản sau:

Hút nước từ biển vào (Intank seawater):

Các nhà máy khử muối thường đặt gần bờ biển nhưng vì mực nước bỉển thấp đồng thời thường lấy nước cách xa bờ từ vài chục đến vài trâm mét do đó mà phải tốn năng lượng cho bơm để hút nước từ biển vào (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Tiền xử lý (Pretreament):

Nước trước khi cấp vào các module màng lọc cần phải loại bỏ chất rắn lơ lửng, điều chỉnh pH cho phù hợp, bổ sung thêm các ức chế kiểm soát thành phần các chất gây ra hiện tượng đóng cặn trên bề mặt màng như CaSO4 , cũng như các thành phần có thể kéo màng sinh học trên bề mặt màng (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Tạo áp và phân tách bằng màng RO (Reserve Osmosis Process):

Áp suất được tạo ra nhờ hệ thống bơm Tuỳ thuộc vào từng loại màng cũng như thành phần và nồng độ trong nước mà áp lực được tạo ra khác nhau khi đưa vào hệ thống tách màng

Do tính chất đặc biệt của màng bán thấm ngăn chặn các muối hoà tan nhưng lại cho phép nước thấm qua Nên kết quả là sau khi đi qua các module màng, từ dòng nước biển ban đầu sẽ tạo thành hai dòng: Dòng nước tinh khiết và dòng dung dịch muối đậm đặc Do màng không hoàn hảo nên các muối hoà tan vẫn có thể thấm qua nó, kết quả là trong dòng sản phẩm vẫn có thể chứa một lượng nhỏ muối hoà tan (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

Màng thẩm thấu ngược thường được thiết kế dưới dạng các module với các dạng khác nhau như:

Module dạng cuộn xoắn Module dạng sợi xốp Module dạng đĩa

Nhưng trong số đó thì module dạng xoắn ốc được sử dụng rộng rãi và hiệu quả hơn cả Trong hình 1.11 (3) biểu diễn một module dạng xoắn ốc điển hình

Xử lý bổ sung - Ổn định nước (Post - Treament)

Nước sản phẩm sau khi ra khỏi hệ thống lọc RO sẽ được điều chỉnh pH và đuổi khí trước khí vào bể chứa và vào hệ thống phân phối

Trang 30

Trữ trong bể chứa (Freshwater storage):

Thông thường thì nước sau xử lý được xả vào các bể chứa trước khi đưa vào mạng lưới phân phối

Hình 1.11 Sơ đồ quy trình khử mặn bằng màng thẩm thấu (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001)

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP NHẤT VÀ HIỆU CHỈNH HỆ 1.6.

THỐNG CHU TRÌNH

Để đưa ra sự lựa chọn phù hợp nhằm phát triển một công nghệ thích ứng với xu hướng phát triển công nghệ khử mặn trên thế giới, sử dụng năng lượng sạch đồng thời thích hợp với điều kiện Việt Nam ta phải có những so sánh nhất định giữa các công nghệ khác nhau về nhiều mặt

Trang 31

Bảng 1.2 So sánh phương pháp khử muối bằng phương pháp nhiệt và màng

ME-TVC

Nhiệt độ làm việc (oC)

< 120 < 65 < 65 < 65 < 45 < 45

Dạng năng lượng

Steam Steam Steam Mechanical (Electrical) energy

Mechanical (Electrical) energy

Electrical Energy

Tiêu thụ năng lượng (kWh/m3)

average 3,5

average 1,5

average 1

average 8-14 *

average 5-7 *

average 1-2*

Chất lượng nước thành phẩm (TDS)

< 10 ppm

< 10 ppm < 500 ppm (single stage)

< 500 ppm

Dải công suất hiện tại

(m3/ngày)

5.000- 50.000

500- 20.000

50- 3.000

10- 10.000

1- 10.000

(*) : Phụ thuộc vào hàm lượng muối trong nước thô

(Asia EcoBest Work Programme, 2001)

Quy trình công nghệ kỹ thuật không quá phức tạp

Chi phí lắp đặt, vận hành, bảo trì thấp, phù hợp với tình hình kinh tế hiện tại của đại đa số các vùng lãnh thổ ở nước ta

Không gây ô nhiễm môi trường,theo đúng xu hướng phát triển của nền công nghệ trong tương lai

Có tiềm năng phát triển lớn ở các vùng ven biển, hải đảo, vùng nhiễm mặn…

Trang 32

Theo thời gian thì công nghệ này đem lại hiệu quả khử muối tăng lên tùy theo mức độ hiệu chỉnh và tăng tiến công nghệ mà không ảnh hưởng xấu đến những yếu tố khác như môi trường, con người, phát sinh chi phí, sự cố, lỗi thời…

Từ những lí do đó nhóm quyết định dựa trên nguyên lí chính của phương pháp bay hơi nhiều bậc Multi Stage Flash- MSF để thiết kế hệ thống tự động điều khiển chu trình chuyển đổi nước mặn thành nước ngọt trên quy mô hộ gia đình tại các khu vực hải đảo, ven biển, vùng ngập mặn

Trang 33

CÁC BƯỚC THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN SỐ CHƯƠNG 2

LIỆU, LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ HIỆU CHỈNH CHUNG CHO CẢ HỆ THỐNG

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN: 2.1.

Dùng hệ thống pin năng lượng mặt trời hấp thụ ánh nắng mặt trời, từ quang năng chuyển thành điện năng, sau đó xử lí biến đổi, dự trữ, cấp cho bộ đun để đun sôi nước đến nhiệt độ bay hơi, dùng dòng nước ở nhiệt độ thấp để ngưng tụ hơi nước thành sản phẩm thu

Dựa trên nguyên lí: Hóa hơi-Ngưng tụ

SƠ ĐỒ DÕNG ĐIỆN NGUYÊN LÍ: 2.2.

Hình 2.1 Sơ đồ điện nguyên lý

Trang 34

LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN: 2.3.

Hình 2.2 Lưu đồ thuật toán

Trang 35

QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG VI XỬ LÝ: (SỬ 2.4.

DỤNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, CẢM BIẾN MỰC NƯỚC)

Hình 2.3 Sơ đồ cơ minh họa sơ bộ mô hình vẽ bằng AutoCAD

Bước 1: Nhấn nút ON khởi động hệ thống, bơm chạy cấp nước, đồng thời van 1

mở và van 4 đóng, bơm nước vào bình đun chính đến 10 lít thì van 1 đóng và van 4 mở để cấp nước cho bình làm mát

Bước 2: Bộ đun hoạt động đun sôi nước bốc hơi liên tục, cho đến khi mực nước

ở bình đun còn lại 6 lít, van 3 mở, xả hết nước ở chu kì trước của bình bay hơi (bình phụ)

Bước 3: Khi bình đun còn lại 4 lít, van 3 đóng đồng thời van 2 mở, xả toàn bộ

lượng nước ở bình đun chính xuống bình bay hơi (bình phụ)

Bước 4: Khi mực nước ở bình đun chính về mức 0, van 2 đóng, van 1 mở và

van 4 đóng cấp 10 lít nước vào bình đun chính, tiếp tục chu kỳ mới

Trạng thái các van: Ban đầu: van 1, van 2 và van 3 đều đóng, van 4 mở

Trang 36

Mở CB: hệ thống đun hoạt động, bơm hoạt động; van 2, van 3 và van 4 đóng,

van 1 mở

Bơm được 10 lít: van 1, van 2 và 3 đóng, van 4 mở

Nước sôi – bốc hơi còn 6 lít: van 3 và 4 mở, van 1 và 2 đóng Nước sôi – bốc hơi còn 4 lít: van 2 và 4 mở, van 1 và 3 đóng

Mực nước bình đun chính 0 lít: van 2, van 3 và van 4 đóng, van 1 mở,tiếp chu kỳ mới

SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÍ ĐIỀU KHIỂN BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN 2.5.

PIC26F690:

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển vẽ bằng phần mềm Altium17.0.7

Trang 37

Hình 2.6 Mạch điều khiển Hình 2.5 Mạch in của mạch điều khiển

Trang 38

TÍNH TOÁN CHO BỘ PIN MẶT TRỜI VÀ NGUỒN CUNG CẤP 2.6.

CHO HỆ THỐNG 2.6.1 Một số khái niệm:

Nhiệt dung là lượng nhiệt vật hoặc một khối chất thu vào hay tỏa ra để tăng

hoặc giảm 1K hoặc 1 °C

Nhiệt dung riêng của một chất là một đại lượng vật lý có giá trị bằng nhiệt

lượng cần truyền cho một đơn vị khối lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ lên 1°C Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo của nhiệt dung riêng là Joule trên kilôgam

trên Kelvin, J.kg−1.K−1 hay J/(kg.K), hoặc Joule trên mol trên Kelvin 1cal = 4,186J hay 1J = 0,24 cal

Nhiệt lượng bay hơi hay nhiệt bay hơi của một hợp chất hóa học được định

nghĩa là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo về lượng chất đó (như đơn vị đo khối lượng hay số phân tử như mol) để nó chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, tại nhiệt độ bay hơi

Nhiệt hóa hơi của nước là lượng nhiệt cần cung cấp cho 1kg nước bay hơi hoàn

toàn

Kilôwatt giờ (ký hiệu: kWh) là đơn vị tiêu chuẩn được sử dụng trong sản xuất

và tiêu thụ điện năng Theo định nghĩa 1kWh = 3,6x106 J Suy ra: 1W = 1J/s

Joule (đọc là "Jun") là đơn vị đo năng lượng được sử dụng trong Hệ đo lường

quốc tế SI Về mặt đơn vị 1J bằng 1Nm (Newton nhân mét), hoặc bằng: 2

2.6.2 Một số đặc tính của các chất liên quan:

Nhiệt dung riêng: Nước (0

- 100oC): 4186J/Kg.oC hay J/Kg.K Inox 304 (0-100oC): 500 J/Kg.oC hay J/Kg.K Khối lượng riêng:

Nước nguyên chất: 1g/cm3 Nước biển: 1,03g/cm3

Nhiệt hóa hơi của nước : L = 2.3 J/Kg