Luận văn thạc sĩ Công nghệ nhiệt: Nghiên cứu khả năng sản xuất nước sạch từ nước phèn sử dụng nhiệt khói thải lò hơi

Luận văn nghiên cứu khả năng sản xuất nước sạch từ nước phèn bằng phương pháp chưng cất sử dụng nhiệt khói thải lò hơi, dự kiến áp dụng cho vùng Đồng Tháp Mười.. Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN VĂN TUYÊN

2 Thư ký : TS TRẦN VĂN HƯNG

3 Ủy viên – Phản biện 1: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

4 Ủy viên – Phản biện 2: TS HÀ ANH TÙNG

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN VŨ BẰNG MSHV : 12824803

Ngày, tháng, năm sinh: 08/05/1986 Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên nghành: CÔNG NGHỆ NHIỆT Mã số: 605280

I TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SẢN XUẤT NƯỚC SẠCH TỪ NƯỚC PHÈN SỬ DỤNG NHIỆT KHÓI THẢI LÒ HƠI

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Nghiên cứu phương án sản xuất nước sạch từ nước phèn 2 Đề xuất phương pháp tính toán thiết bị chưng cất nước sử dụng nhiệt khói

thải lò hơi 3 Xây dựng chương trình tính 4 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số vận hành tới hoạt động của thiết bị 5 Đánh giá tính khả thi của phương án

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : /08/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 04/12/2015

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

Tp HCM, Ngày 07 tháng 01 năm 2016

Để hoàn thành tốt luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô và Anh Chị trong Bộ Môn Công nghệ Nhiệt Lạnh – Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ Tôi trong suốt khoá học Cao học và quá trình làm luận văn tốt nghiệp Cao học Chính sự hướng dẫn nhiệt tình từ các giảng viên của Bộ môn đã giúp Tôi cũng như các bạn học viên khác hoàn thành khoá học và luận văn tốt nghiệp này

Đặc biệt Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TS Nguyễn Văn Tuyên – người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và đưa ra định hướng cho học viên tiếp cận đề tài và đóng góp ý kiến kịp thời để giúp đỡ học viên hoàn thành các nội dung nghiên cứu trong luận văn

Mặc dù trong quá trình thực hiện đề tài Tôi đã có r ất nhiều cố gắng để hoàn thiện tốt đề tài một cách hoàn chỉnh nhất nhưng bản thân Tôi còn hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm chắc chắn sẽ không tránh khởi những sai sót trong luận văn mà bản thân chưa thấy được Tôi mong nhận được sự đóng góp từ phía nhà trường, quý Thầy Cô và Bạn đồng nghiệp để khoá luận được hoàn chỉnh hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2016

Học viên

Nguyễn Vũ Bằng

Luận văn nghiên cứu khả năng sản xuất nước sạch từ nước phèn bằng phương pháp chưng cất sử dụng nhiệt khói thải lò hơi, dự kiến áp dụng cho vùng Đồng Tháp Mười  Sử dụng các phương pháp tính toán để tính toán các thông số làm việc của hệ

thống chưng cất nước  Xây dựng chương trình để tính toán khả năng sản xuất nước sạch từ nước phèn

tận dụng nhiệt khói thải  Chế tạo mô hình đ ể khảo nghiệm hệ số truyền nhiệt của nước sạch và nước

phèn  Xem xét hiệu quả kinh tế của hệ thống

Abtract

Thesis research capacity to produce drinking water from brackish water by distillation method using flue gas heat of boiler, it is expected to apply for Dong thap area

 Application the appropriate method of calculation to calculate the working

parameters of the water distillation system  To establish the calculation program to know the capacity to produce drinking

water from brackish water utilize flue gas heat  Fabrication of models for testing heat transfer coefficient of water and

brackish water  Considering the economic efficiency of the system

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c ứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của Thầy TS Nguyễn Văn Tuyên Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình Trư ờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM không liên quan đến những vi phạm

Tp HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2016

Học viên

Nguyễn Vũ Bằng

DỤNG TRONG LUẬN VĂN 1 CHỮ VIẾT TẮT

ECO: Bộ hâm nước SKK: Bộ sấy không khí IWRA: Hội tài nguyên quốc tế

2 CÁC KÝ HIỆU, Ý NGHĨA VÀ ĐƠN VỊ ĐO

Qtlv Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu kJ/kg

B Lượng tiêu hao nhiên liệu cho lò hơi kg/h

inclh Entanpi của nước cấp vào lò hơi kJ/kg ηlh Hiệu suất của lò hơi

V0_N2 Thể tích lý thuyết của nitơ m3tc/kg V0_RO2 Thể tích lý thuyết của RO2

m3tc/kg

tnc_42 Nhiệt độ nước ra khỏi bộ Eco 0

C t1_nc Nhiệt độ nước cấp vào bình ngưng 0

C t2_nc Nhiệt độ nước cấp ra khỏi bình ngưng 0C t_nc Nhiệt độ nước cấp vào bình quá lạnh 0C Re Hệ số Renoyld

Nuf Hệ số Nusselt αn Hệ số tỏa nhiệt của nước trong ống W/m2.độ

t_ktb Nhiệt độ trung bình của khói khi vào và ra khỏi bộ ECO 0

C

d2ϑ Độ nhớt động động học trung bình của nước m

2/s

k_eco Hệ số truyền nhiệt của bộ ECO W/m2.độ Δt Độ chênh lệnh nhiệt độ trung bình logarit 0

C tmax Độ chênh lệnh nhiệt độ lớn nhất o

C

Cpk Nhiệt dung riêng của khói kJ/kg.C F_eco Diện tích bề mặt truyền nhiệt của bộ ECO m2

F_nt Diện tích bề mặt truyền nhiệt của bình ngưng tu m2F_ql Diện tích bề mặt truyền nhiệt của bình quá lạnh m2

kql Hệ số truyền nhiệt của bộ quá lạnh W/m2

3 DANH MỤC HÌNH ẢNH

.độ Hình 1.1 Phương pháp xử lý phèn bằng vật liệu DS3

Hình 1.2 Lịch sử phát triển dân số Việt Nam từ 2005 đến 2014 Hình 1.3 Thể hiện đất phèn, đất mặn, đất phù sa ở ĐBSCL Hình 1.4 Đất nhiễm phèn ở vùng Đồng Tháp Mười

Hình 1.5 Dự báo năng lượng tiêu thụ cho các thành phần tới năm 2030 ở Việt Nam Hình 1.6 Dự báo năng lượng tiêu thụ cho các thành phần tới năm 2030

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và thiết bị chưng cất nước đa hiệu ứng Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và thiết bị Chưng cất nước gia nhiệt từng cấp tận dụng nhiệt thải

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và thiết bị Chưng cất nước gia nhiệt từng cấp tận dụng nhiệt thải

Hình 2.3 Sơ đ ồ nguyên lý và thiết bị Chưng cất nước một cấp phân ly ,tận dụng nhiệt thải dùng bình phân ly

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí làm việc của lò hơi đốt trấu Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống chưng cất nước phèn

Hình 3.3 Sơ đồ trao đổi nhiệt tại thiết bị ECO Hình 3.4 Sơ đồ cân bằng năng lượng tại bình phân ly Hình 3.5 Sơ đồ trao đổi nhiệt tại thiết bị ngưng tụ Hình 3.6 Sơ đồ trao đổi nhiệt tại thiết bị quá lạnh Hình 3.7 Lưu đồ tính toán tận dụng nguồn nhiệt khói thải lò hơi

bị Hình 4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp đến công suất của thiết bị trao đổi nhiệt Hình 4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp đến sản lượng nước chưng cất

Hình 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ khói vào đến diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị Hình 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ khói vào đến công suất của thiết bị

Hình 4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ khói vào đến sản lượng nước chưng cất của hệ thống Hình 4.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ khói ra khỏi bộ Eco đến diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị

Hình 4.8 Ảnh hưởng nhiệt độ khói ra khỏi bộ Eco đến công suất của thiết bị Hình 4.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ khói ra khỏi bộ Eco đến sản lượng nước chưng cất của hệ thống

Hình 4.10 Ảnh hưởng của sản lượng hơi lò hơi đ ến diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị

Hình 4.11 Ảnh hưởng của sản lượng hơi lò hơi đến công suất của thiết bị Hình 4.12 Ảnh hưởng của sản lượng hơi lò hơi đ ến sản lượng nước chưng cất của hệ thống

Hình 5.1 Mô hình bố trí thực nghiệm Hình 5.2 Bản vẽ thiết bị

Hình 5.3 Thiết bị quá lạnh được chế tạo để thực nghiệm Hình 5.4 Biểu đồ so sánh hệ số truyền nhiệt K của thiết bị giữa nước ngọt với nước phèn

4 BẢNG

Bảng 1.1 Trữ lượng nước trên thế giới (theo F Bảng 1.2 Thành phần hóa học nước phèn trước xử lý (Đơn vị: mg/l) Bảng 4.1 Kết quả tính toán

Sargent, 1974)

Bảng 5.1a Kết quả đo thực tế Bảng 5.1b Kết quả tính hệ số truyền nhiệt K tại bình quá lạnh giữa nước ngưng với nước phèn

Bảng 5.2 Bảng kết quả tính toán lý thuyết với nước sạch Bảng 6.1 Chi phi đầu tư ban đầu

Bảng 6.2 Tổng chi phí đầu tư ban đầu Bảng 6.3 Tổng hợp chi phí vận hành hàng năm Bảng 6.4 Chi phí hệ thống thu được trong vòng 20 năm Bảng 6.5 Tổng chi phí đầu tư vòng đời dự án

MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined.

1 Đặt vấn đề Error! Bookmark not defined.

2 Mục tiêu của đề tài Error! Bookmark not defined.

3 Tính cấp thiết của đề tài Error! Bookmark not defined.

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Error! Bookmark not defined.

5 Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài Error! Bookmark not defined.

6 Đối tượng và nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined.

7 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined.

8 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC SẠCH VÀ NĂNG

LƯỢNG TẠI VIỆT NAM Error! Bookmark not defined

1.1 Nhu cầu sử dụng nước sạch Error! Bookmark not defined.

1.1.1 Vấn đề nước sạch ở Việt Nam Error! Bookmark not defined.

1.1.2 Tình hình sử dụng nước tại Việt Nam và Thế giới Error! Bookmark not defined.

1.1.2.1 Tình hình sử dụng nước trên thế giới Error! Bookmark not defined.

1.1.2.2 Tình hình sử dụng nước ở Việt Nam Error! Bookmark not defined.

1.2 Vấn đề nước nhiễm phèn ở Đồng Tháp Mười Error! Bookmark not defined.

1.2.1 Giới thiệu sơ lược về vùng Đồng Tháp MườiError! Bookmark not defined.

a) Lịch sử Đồng Tháp Mười Error! Bookmark not defined.

b) Vị trí địa lý Error! Bookmark not defined.

1.2.2 Nước phèn ở vùng Đồng Tháp Mười Error! Bookmark not defined.

a) Khái niệm nước phèn Error! Bookmark not defined.

b) Quá trình hình thành phèn Error! Bookmark not defined.

c) Đất phèn Error! Bookmark not defined.

d) Thành phần nước phèn Error! Bookmark not defined.

1.3 Năng lượng tại Việt Nam và Thế giới Error! Bookmark not defined.

1.3.1 Sử dụng năng lượng trên thế giới Error! Bookmark not defined.

1.3.2 Sử dụng năng lượng ở Việt nam Error! Bookmark not defined.

1.4 Khả năng sản xuất nước sạch từ nguồn nước phèn Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined

2.1 Phương án 1: Chưng cất nước đa hiệu ứng tận dụng nhiệt khói thải Error! Bookmark not defined.

2.2 Phương án 2 : Chưng cất nước gia nhiệt từng cấp tận dụng nhiệt thải Error! Bookmark not defined.

2.3 Phương án 3: Phương pháp chưng cất nước một cấp tận dụng nhiệt thải, dùng bình phân ly Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 3CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC TẬN DỤNG NHIỆT KHÓI THẢI Error! Bookmark not defined

3.1 Lựa chọn nguồn nhiệt thải Error! Bookmark not defined.

3.2 Sơ đồ hệ thống chưng cất nước phèn Error! Bookmark not defined.

3.3 Các công thức tính toán Error! Bookmark not defined.

3.3.1 Xác định lưu lượng khói thải lò hơi Error! Bookmark not defined.

3.3.2 Tính toán sơ đồ nhiệt hệ thống chưng cất nước Error! Bookmark not defined.

3.3.3 Tính toán, thiết kế các thiết bị trong hệ thống: Error! Bookmark not defined.

3.4 Lưu đồ tính toán Error! Bookmark not defined.

3.5 Xây dựng chương trình tính Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Error! Bookmark not defined.

4.1 Các thông số dữ liệu đầu vào và ra của hệ thốngError! Bookmark not defined.

4.2 Kết quả tính toán Error! Bookmark not defined.

4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất nước của hệ thống Error! Bookmark not defined.

4.3.1 Nhiệt độ nước cấp Error! Bookmark not defined.

4.3.2 Nhiệt độ khói vào bộ Eco Error! Bookmark not defined.

4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ khói ra khỏi bộ EcoError! Bookmark not defined.

Nhận xét: Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 5 KHẢO NGHIỆM VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI VỚI NƯỚC PHÈNError! Bookmark not defined.

5.1 Lý do khảo nghiệm Error! Bookmark not defined.

5.2 Mô hình và phương pháp thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

5.2.1 Mô hình thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

5.2.2 Mô tả kết cấu thiết bị quá lạnh Error! Bookmark not defined.

5.2.3 Phương pháp thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

5.3 Kết quả tính toán cho trường hợp nước sạch Error! Bookmark not defined.

5.4 So sánh và bàn luận hệ số truyền nhiệt giữa trường hợp nước phèn và trường hợp nước sạch Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 6 ĐÁNH GIA HIỆU QUẢ KINH TẾ - TÀI CHÍNH Error! Bookmark not defined.

6.1 Tổng quan Error! Bookmark not defined.

6.1.1 Chi phí đầu tư ban đầu Error! Bookmark not defined.

 Chi phí đầu tư trực tiếp Error! Bookmark not defined.

 Chi phí đầu tư gián tiếp Error! Bookmark not defined.

 Chi phí vận hành hàng năm Error! Bookmark not defined.

6.2 Ước tính chi tiết các loại chi phí đầu tư Error! Bookmark not defined.

6.2.1 Chi phí đầu tư trực tiếp Error! Bookmark not defined.

6.2.2 Ước tính chi phí hàng năm Error! Bookmark not defined.

6.2.3 Ước tính giá thành sản phẩm nước đầu ra Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined.

PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.

MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề

Hiện nay ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng nước sạch ở các khu dân cư ngày càng gia tăng Do đó, cùng với vấn đề thiếu hụt thì vấn đề nước sạch là một trong những chiến lược được quan tâm

Ở vùng nông thôn, nguồn nước sử dụng trong sinh hoạt chủ yếu từ ao, hồ, bể chứa nước mưa và nước ngầm lấy từ giếng khơi và giếng khoan Người dân thường sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm để phục vụ cho các sinh hoạt thường ngày Đặc biệt, hiện nay nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm do lượng chất thải và nước thải trong sinh hoạt cũng đạt tiêu chuẩn vệ sinh, nhiều nguồn nước bị nhiễm phèn cao, chất lơ lửng nhiều như hàm lượng sắt trong nước là rất lớn, chính vì vậy nếu sử dụng nguồn nước này sẽ gây ra những hậu quả không tốt cho sức khoẻ mai sau [1]

Với nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng và nguồn nước sạch ngày càng khan hiếm Để tận dụng nhiệt thừa của khói sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt, bộ hâm nước, bộ sấy không khí thì nhiệt độ khói thải vẫn còn nhiệt khá cao Ngoài ra, khi nhiệt độ thoát ra môi trường thì gây ra vấn đề về khói thải hiệu ứng nhà kính Khi đó với công nghệ sản xuất nước sạch , ta có thể sử dụng nhiệt khói thải đó để ứng dụng

Chính vì lý do đó mà việc tận dụng các nguồn nhiệt thải tại các công ty, nhà máy xí nghiệp là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu thiếu hụt năng lượng hiện nay Việc tận dụng các nguồn nhiệt thải một cách hiệu quả và hợp lý sẽ mang lại rất nhiều lợi ích:

- Giải quyết được nhu cầu nước sạch cho người dân - Tiết kiệm nhiên liệu: trong một quy trình sản xuất có thể có nhiều công đoạn cần đến nguồn nhiệt năng, do đó có thể tận dụng nguồn nhiệt thải của công đoạn này để cung cấp cho công đoạn khác nhằm giảm lượng tiêu hao nhiên liệu cung cấp cho toàn hệ thống

- Tăng tính kinh tế của hệ thống, khai thác tối đa năng suất làm việc của hệ thống so với trước đây

- Góp phần bảo vệ môi trường: việc giảm đi lượng tiêu hao nhiên liệu cũng đồng nghĩa với việc giảm lượng khí thải CO2, SO2

Xuất phát từ những vấn đề trên, các chính sách về tiết kiệm năng lượng, biến đổi khí hậu trên phạm vi toàn cầu ở mọi lĩnh vực nói chung, cũng như trong lĩnh vực sản xuất nước sạch nói riêng, luận văn thực hiện “ Nghiên cứu khả năng sản xuất nước sạch từ nước phèn tận dụng nhiệt khói thải lò hơi”, nhằm góp phần sản xuất nước sạch cho người dân và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng

… ra môi trường

2 Mục tiêu của đề tài

Luận văn tập trung nghiên cứu khả năng sản xuất nước sạch từ nước phèn tận dụng nhiệt thải công nghiệp Nguồn nhiệt thải sử dụng cho nghiên cứu là khói thải lò hơi đốt trấu

3 Tính cấp thiết của đề tài

Đưa ra phương án Sản xuất nước sạch góp phần giải quyết nhu cầu về nước sinh hoạt cho người dân tại khu vực bị nhiễm phèn ở Đồng Tháp Mười

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu này có thể làm cơ sở dữ liệu hay tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu, triển khai khác để sản xuất nước sạch, đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của lò hơi công nghiệp

 Ý nghĩa thực tiễn

Có thể áp dụng tại các cơ sở có lò hơi để sản xuất nước sạch, đáp ứng cho yêu cầu về nước sinh hoạt cho các khu vực bị nhiễm phèn

5 Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài

 Những nghiên cứu trên thế giới về tận dụng nhiệt khói thải để sản xuất nước và chưng cất nước

Phương pháp dùng màng nước thẩm thấu để chưng cất nước biển dùng nhiệt từ nhà máy điện hạt nhân của Abhinav Jain Năng suất của phương pháp này là 40 kg/m2/h [16]

Hãng HAMOM ( Hoa Kỳ ) là một trong những hãng đi đầu về việc chế tạo các bộ hâm nước ( ECO ) hay bộ sấy không khí ( SKK ) để tận dụng nhiệt thải của lò hơi Những bộ trao đổi nhiệt của hãng được chế tạo từ những ống thép có cánh, ống gang có cánh hay ống thép trơn tuỳ theo mục đích Chúng ta có thể tham khảo các thiết bị này để nghiên cứu chế tạo các bộ phận trong hệ thống chưng cất nước sạch

Bộ hâm nước ( ECO ) có kết cấu dạng hình hộp, nước chuyển động trong ống, khói đi ngoài ống Các ống này được cấu tạo bằng thép đen có cánh hàn bên ngoài Tất cả các ống trong một hàng được hàn nối với ống góp vào và một ống góp ra Ống góp đầu vào và đầu ra đều có làm sẵn mặt bích để nối với hệ thống cấp nước lò hơi B ộ ECO này được lắp trên đường ống khói Nó có kích thước nhỏ gọn, khá tiện khí lắp đặt vào hệ thống

Hãng FireCAD cũng ch ế tạo các bộ ECO và SKK cho lò hơi Đa s ố sản phẩm hãng này là những bộ trao đổi nhiệt dùng ống thép có cánh hay ống trơn Hãng cũng viết chương trình tính toán thiết kế bộ hâm nước cấp với giá 625 USD, bộ sấy không khí với giá 665 USD nhưng cả hai chương trình trên chỉ mang tính tham khảo

Bộ hâm nước của hãng FireCAD Nư ớc đi trong ống, khói ngoài ống Kết cấu của bộ ECO này cũng giống như bộ ECO của hãng HAMON, nhưng có điều họ bố trí cho khói đi từ trên xuống Nước đi vào từ ống góp phía dưới và đi ra từ ống góp phía trên Khói và nước vẫn trao đổi nhiệt ngược chiều nhau, nhưng bố trí như thế này sẽ gây khó khăn cho việc lắp đặt nó vào hệ thống

Công nghệ cất nước biển bằng năng lượng mặt trời đang được Viện Hoá học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) nghiên cứu ứng dụng, với giá thành khoảng 1 triệu đồng/m3 công suất khi đưa vào sử dụng đại trà Hiện công nghệ này đang được lắp đặt ứng dụng thử nghiệm tại Bến Tre và Thừa Thiên-Huế Một hệ được đặt tại ngư trường Bình Đại đã cung cấp từ 120-150 lít nước sạch mỗi ngày cho đội công nhân 8 người Hệ còn lại, nhỏ hơn được lắp đặt tại một hộ gia đình ở thị xã Bến Tre đã mang lại hiệu quả cao

Năm 2005, Viện Khoa học công nghệ nhiệt lạnh (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) vừa nghiên cứu thành công quy trình chưng cất nước ngọt từ nước biển bằng năng lượng mặt trời Theo hình thức bay hơi cưỡng bức mỗi mét vuông vật liệu hấp thụ nhiệt của máy có thể tạo ra được 15 – 20 l nước ngọt/ngày, tuy nhiên năng suất hiện ở mức 12 – 13 l/ngày

Năm 2003, Trung tâm tư vấn và chuyển giao công nghệ nước sạch và môi trường (CTC) nghiên cứu thiết kế và lắp đặt tại đảo Bạch Long Vĩ Dây chuyền gồm 5 thiết bị xử lý nước biển qua 5 công đoạn khác nhau trong đó thiết bị cuối cùng sử dụng màng lọc thẩm thấu ngược có kết cấu đặc biệt Tỷ lệ nội địa hóa thiết bị là 70% Với dây chuyền nước ngọt sản xuất theo công nghệ thẩm thấu ngược này có giá khoảng 20,000 đồng/m3

Năm 2008, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã bàn giao và đưa vào vận hành thiết bị xử lý nước biển thành nước ngọt đáp ứng tiêu chuẩn của Bộ Y tế về nước sinh hoạt công suất 300 lít nước ngọt/h cho ngư dân Đà Nẵng Thiết bị làm việc dựa trên nguyên lý RO với màng lọc của Mỹ Dưới áp lực phù hợp, nước biển sẽ được tách thành phần nước ngọt sạch và hàm lượng hoà tan thấp thẩm thấu qua màng Nước có hàm lượng chất rắn hoà tan cao sẽ được dẫn ra ngoài Tiếp đó, nước ngọt sẽ được dẫn qua hệ thống tia cực tím UV và vào bồn chứa sử dụng Toàn bộ thời gian xử lý trong vòng 2 phút

Đề tài nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm phèn khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long công suất 1000 m3/ ngày đêm của Th.S Nguyễn Xuân Hoàn – Viện KHCN & QLMT – Đại Học Công Nghiệp Tp HCM với đề tài này nghiên cứu quá trình xử lý nước với mục đích tăng độ pH, khử sắt… phù hợp với tiêu chuẩn về chất lượng nước cung cấp sinh hoạt Chi phí sản xuất là 1,354,24 đ/m3

Vật liệu xử lý nước phèn DS3 - loại vật liệu xử lý nước đầu tiên được sản xuất ở Việt Nam theo hiệu ứng tích số tan không những chỉ khử được tính axít của nước mà còn có thể loại bỏ sắt, nhôm, sunphát và hầu hết các chất gây ô nhiễm khác có trong

nước phèn Trong 5 năm qua, vật liệu DS3 đã giúp rất nhiều người dân nghèo vùng sâu ĐBSCL có nước sinh hoạt

Hình 1.1 Phương pháp xử lý phèn bằng vật liệu DS3 Tuy nhiên, trong điều kiện hiện nay chưa thể áp dụng những phương pháp này cho vùng sâu, vùng xa ở đồng bằng sông Cửu Long Ở những nơi này, thiết bị xử lý nước phèn phải có hiệu quả nhưng đơn giản, dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện kinh tế và phong tục tập quán của đồng bào địa phương

Các thí nghiệm thực tế về khả năng khử phèn của DS3 ở hệ lọc đơn giản đều cho thấy nước phèn ở Kênh Bobo và kênh Mỹ An sau khi lọc đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt (kết quả này được cơ quan chức năng Bộ Y tế chứng nhận) Giá thành xử lý nước phèn theo công nghệ này khoảng 2.000 - 3.000 đồng/m3

6 Đối tượng và nội dung nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một hệ thống sản xuất nước sạch từ nước phèn tận dụng nguồn nhiệt thải của lò hơi đốt trấu

7 Nội dung nghiên cứu

• Tổng quan về nhu cầu sử dụng nước sạch và năng lượng tại Việt Nam • Vấn đề nguồn nước nhiễm phèn ở Đồng Tháp Mười

• Lựa chọn phương án sản xuất nước sạch từ nước phèn • Cơ sở tính toán thiết bị chưng cất nước phèn

• Xây dựng chương trình tính toán và kết quả • Khảo nghiệm về trao đổi nhiệt với nước phèn

• Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của hệ thống

8 Phương pháp nghiên cứu

Quá trình nghiên cứu khả năng sản xuất nước sạch từ nước phèn tận dụng nguồn nhiệt thải lò hơi chủ yếu là phương pháp lý thuyết

Ngoài ra, luận văn cò n khảo sát hệ số truyền nhiệt trong trường hợp sử dụng của nước phèn bằng thực nghiệm

CHƯƠNG 1

NĂNG LƯỢNG TẠI VIỆT NAM 1.1 Nhu cầu sử dụng nước sạch

1.1.1 Vấn đề nước sạch ở Việt Nam

Việt Nam đang trong quá trình phát tri ển kinh tế xã hội nên nhu cầu sử dụng nước tăng mạnh Vào thời điểm ngày 01 tháng 4 năm 2014, tổng số dân của Việt Nam (trừ 5 huyện đảo nhỏ: Bạch Long Vĩ, C ồn Cỏ, Hoàng Sa, Trường Sa, Côn Đảo) là 90.493.352 người Với quy mô dân số gần 90,5 triệu người, vị trí của Việt Nam trong bảng xếp hạng các nước đông dân trên thế giới và trong khu vực vẫn không thay đổi so với năm 2009 (thứ 13 trên thế giới và thứ 3 trong khu vực Đông Nam Á) Theo kết quả này, tỷ lệ tăng dân số bình quân trong 5 năm sau Tổng điều tra là 1,06%/năm Đây là thời kỳ có tỷ lệ tăng dân số thấp nhất trong vòng 35 năm qua [1]

Tại VN hiện có khoảng 41 triệu người dân nông thôn chưa có nước sạch (theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt do Bộ Y tế ban hành năm 2009) Chỉ có 8% dân số nông thôn có nước máy tại nhà hoặc có đường ống dẫn nước vào sân, 82% có thể lấy nước từ các nguồn đã được cải thiện ở bên ngoài nhà, và 10% vẫn phải lấy nước từ các nguồn chưa được cải thiện (theo báo cáo của ADB - Ngân hàng Phát triển châu Á)

Hình 1.2 Lịch sử phát triển dân số Việt Nam từ 2005 đến 2014

Theo báo cáo tổng hợp về tác động kinh tế từ vấn đề vệ sinh tại VN - Chương trình nước và vệ sinh khu vực Đông Á và Thái Bình Dương (WSP -EAP) của WB năm

2005200620072008200920102011201220132014

Lịch sử phát triển dân số Việt Nam

( Triệu dân)

Lịch sử phát triển dân số Việt Nam ( Triệu dân)

2008, trung bình VN có khoảng 9.000 người tử vong vì nguồn nước và điều kiện vệ sinh kém mỗi năm Phần lớn trong số gần 200.000 người mắc bệnh ung thư được phát hiện có nguyên nhân chính bắt nguồn từ ô nhiễm môi trường nước (theo báo cáo của Bộ Y tế năm 2014)

Nói đến trữ lượng nước, nhiều người lầm tưởng VN là một quốc gia có nguồn tài nguyên nước dồi dào với mạng lưới sông ngòi dày đ ặc và bờ biển trải dài Thực tế VN hiện nằm trong nhóm quốc gia thiếu nước khi trữ lượng nước bình quân trên đ ầu người mỗi năm chỉ đạt 3.840m3, thấp hơn mức trung bình 4.000m3 theo Hội Tài nguyên nước quốc tế (IWRA) [2]

Theo ước tính, lượng nước ngọt cần dùng vào năm 2014 sẽ là 130 tỷ m3

- Xây dựng nhiều hồ chứa để tích trữ nước Giải pháp này đang ngày càng ít được sử dụng do giá cả đất đai ngày càng tăng cao

Mức này gần tương đương với nguồn nước vào mùa khô trên các lưu vực sông của cả nước Như vậy, việc thiếu nước ngọt đã rất rõ ràng Nước sử dụng trong sinh hoạt chiếm tỷ lệ khoảng 2% so với tổng nhu cầu Nếu đối chiếu với tiêu chuẩn thiếu nước của Tổ chức Khí tượng thế giới và của UNESCO, năm 2013 nhiều vùng ở Việt Nam thiếu nước ở mức từ trung bình đến gay gắt, đặc biệt trong các tháng mùa khô

Vì thế, Chương trình mục tiêu quốc gia Nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn giai đoạn 2012-2015, tại Quyết định số 366/QĐ-TTg [3] mục tiêu từng bước thực hiện hóa Chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn đến năm 2020, cải thiện điều kiện cung cấp nước sạch, vệ sinh, nâng cao nhận thức, thay đổi hành vi vệ sinh và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần nâng cao sức khỏe và chất lượng sống cho người dân nông thôn

Về cấp nước: 85% dân số nông thôn được sử dụng nước sinh hoạt hợp vệ sinh, trong đó 45% sử dụng nước đạt quy chuẩn QCVN 02-BYT với số lượng ít nhất là 60 lít/người/ngày; 100% các trường học mầm non và phổ thông, trạm y tế xã ở nông thôn đủ nước sạch

Đây là nhiệm vụ nặng nề và khó khăn đối với một nước đang phát triển như Việt Nam Để giải quyết tình trạng này, ngoài việc quán triệt tư tưởng sử dụng nước tiết kiệm, cần phải tìm kiếm thêm nhiều giải pháp cấp nước khác nhau Một số giải pháp sau đây đã và đang được nước ta cũng như các nước khác trên thế giới nghiên cứu và áp dụng để sản xuất và sử dụng hiệu quả nguồn nước ngọt:

- Nghiên cứu và xây dựng hệ thống xử lý nước thải để tái sử dụng cho các ngành công nghiệp Đây được xem như giải pháp sử dụng hiệu quả nguồn nước ngọt

- Nghiên cứu và xây dựng hệ thống sản xuất nước ngọt từ nước biển… - Nghiên cứu sản xuất nước sạch thải công nghiệp thành nước sạch… - Nghiên cứu và xây dựng hệ thống xử lý nước ngọt Nguồn nước được lấy từ các sông, suối, ao, hồ, nước nhiễm phèn…

1.1.2 Tình hình sử dụng nước tại Việt Nam và Thế giới

1.1.2.1 Tình hình sử dụng nước trên thế giới

a) Các nguồn nước

Trên hành tinh của chúng ta phát nước sinh từ 3 nguồn: bên trong lòng đất, từ các thiên thạch ngoài quả đất mang vào và từ tầng trên của khí quyển; trong đó thì nguồn gốc từ bên trong lòng đất là chủ yếu Nước có nguồn gốc bên trong lòng đất được hình thành ở lớp vỏ giữa của quả đất do quá trình phân hóa các lớp nham thạch ở nhiệt độ cao tạo ra, sau đó theo các khe nứt của lớp vỏ ngoài nước thoát dần qua lớp vỏ ngoài thì biến thành thể hơi, bốc hơi và cuối cùng ngưng tụ lại thành thể lỏng và rơi xuống mặt đất Trên mặt đất, nước chảy tràn từ nơi cao đến nơi thấp và tràn ngập các vùng trủng tạo nên các đại dương mênh mông và các sông hồ nguyên thủy Theo sự tính toán thì khối lượng nước ở trạng thái tự do phủ lên trên trái đất khoảng 1,4 tỉ km3 , nhưng so với trử lượng nước ở lớp vỏ giữa của qủa đất ( khoảng 200 tỉ km3 ) thì chẳng đáng kể vì nó chỉ chiếm không đến 1% Tổng lượng nước tự nhiên trên thế giới theo ước tính có khác nhau theo các tác giả và dao động từ 1.385.985.000 km3 (Lvovits, Xokolov - 1974) đến 1.457.802.450 km3 (F Sargent - 1974) Nước bao phủ 71% diện tích của quả đất trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi trường, nó còn 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%

Trong 3% lượng nước ngọt có trên quả 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, 5% 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 (Miller, 1988)

Bảng 1.1 Trữ lượng nước trên thế giới (theo F

Loại nước

Sargent, 1974)

Trữ lượng (km3)Biển và đại dương

Nước ngầm Băng và băng hà Hồ nước ngọt Hồ nước mặn Khí ẩm trong đất Hơi nước trong khí ẩm Nước sông

Tuyết trên lục địa

1.370.322.000 60.000.000 26.660.000 125.000 105.000 75.000 14.000 1.000 250

b) Tình hình sử dụng

Khi con người bắt đầu trồng trọt và chăn nuôi thì đồng ruộng dần dần phát triển ở miền đồng bằng màu mỡ, kề bên lưu vực các con sông lớn Lúc đầu cư dân còn ít và nước thì đầy ắp trên các sông hồ, đồng ruộng, cho dù có gặp thời gian khô hạn kéo dài

thì cũng chỉ cần chuyển cư không xa lắm là tìm được nơi ở mới tốt đẹp hơn Vì vậy, nước được xem là nguồn tài nguyên vô tận và cứ như thế qua một thời gian dài, vấn đề nước chưa có gì là quan trọng

Tình hình thay đổi nhanh chóng khi cuộc cách mạng công nghiệp xuất hiện và càng ngày càng phát triển như vũ bão Hấp dẫn bởi nền công nghiệp mới ra đời, từng dòng người từ nông thôn đổ xô vào các thành phố và khuynh hướng này vẫn còn tiếp tục cho đến ngày nay Ðô thị trở thành những nơi tập trung dân cư quá đông đúc, tình trạng này tác động trực tiếp đến vấn đề về nước càng ngày càng trở nên nan giải

Nhu cầu nước càng ngày càng tăng theo đà phát triển của nền công nghiệp, nông nghiệp và sự nâng cao mức sống của con người Theo sự ước tính, bình quân trên toàn thế giới có chừng khoảng 40% lượng nước cung cấp được sử dụng cho công nghiệp, 50% cho nông nghiệp và 10%cho sinh hoạt Tuy nhiên, nhu cầu nước sử dụng lại thay đổi tùy thuộc vào sự phát triển của mỗi quốc gia

Thí dụ: Ở Hoa Kỳ, khoảng 44% nước được sử dụng cho công nghiệp, 47% sử dụng cho nông nghiệp và 9% cho sinh hoạt và giải trí (Chiras, 1991) Ở Trung Quốc thì 7% nước được dùng cho công nghiệp, 87% cho công nghiệp, 6% sử dụng cho sinh hoạt và giải trí (Chiras, 1991)

Nhu cầu về nước trong công nghiệp: Sự phát triển càng ngày càng cao của nền công nghiệp trên toàn thế giới càng làm tăng nhu cầu về nước, đặc biệt đối với một số ngành sản xuất như chế biến thực phẩm, dầu mỏ, giấy, luyện kim, hóa chất , chỉ 5 ngành sản xuất này đã tiêu thụ ngót 90% tổng lượng nước sử dụng cho công nghiệp Thí dụ: cần 1.700 lít nước để sản xuất một thùng bia chừng 120 lít, cần 3.000 lít nước để lọc một thùng dầu mỏ chừng 160 lít, cần 300.000 lít nước để sản xuất 1 tấn giấy hoặc 1,5 tấn thép, cần 2.000.000 lít nước để sản xuất 1 tấn nhựa tổng hợp Theo đà phát triển của nền công nghiệp hiện nay trên thế giới có thể dự đoán đến năm 2000 nhu cầu nước sử dụng cho công nghiệp tăng 1.900 km3/năm có nghĩa là tăng hơn 60 lần so với năm 1900 Phần nước tiêu hao không hoàn lại do sản xuất công nghiệp chiếm khoảng từ 1 - 2% tổng lượng nước tiêu hao không hoàn lại và lượng nước còn lại sau khi đã sử dụng được quay về sông hồ dưới dạng nước thải chứa đầy những chất gây ô nhiễm ( Cao Liêm, Trần Đức Viên - 1990 )

Nhu cầu về nước trong nông nghiệp: Sự phát triển trong sản xuất nông nghiệp như sự thâm canh tăng vụ và mở rộng diện tích đất canh tác cũng đòi hỏi một lượng nước ngày càng cao.Theo M.I.Lvovits (1974), trong tương lai do thâm canh nông nghiệp mà dòng chảy cả năm của các con sông trên toàn thế giới có thể giảm đi khoảng 700 km3/năm Phần lớn nhu cầu về nước được thỏa mãn nhờ mưa ở vùng có khí hậu ẩm, nhưng cũng thường được bổ sung bởi nước sông hoặc nước ngầm bằng biện pháp thủy lợi nhất là vào mùa khô Người ta ước tính được mối quan hệ giữa lượng nước sử dụng với lượng sản phẩm thu được trong quá trình canh tác như sau: để sản xuất 1 tấn lúa mì cần đến 1.500 tấn nước, 1 tấn gạo cần đến 4.000 tấn nước và 1 tấn bông vải cần đến 10.000 tấn nước Sở dĩ cần số lượng lớn nước như vậy chủ yếu là do sự đòi hỏi của quá trình thoát hơi nước của cây, sự bốc hơi nước của lớp nước mặt trên đồng ruộng, sự trực di của nước xuống các lớp đất bên dưới và phần nhỏ tích tụ lại trong các sản phẩm nông nghiệp Dự báo nhu cầu về nước trong nông nghiệp đến năm 2000 sẽ lên tới 3.400 km3/năm, chiếm 58% tổng nhu cầu về nước t rên toàn thế giới

Nhu cầu về nước Sinh hoạt và giải trí: Theo sự ước tính thì các cư dân sinh sống kiểu nguyên thủy chỉ cần 5-10 lít nước/ người/ ngày Ngày nay, do sự phát triển của xã hội loài người ngày càng cao nên nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí ngày cũng càng tăng theo nhất là ở các thị trấn và ở các đô thị lớn, nước sinh hoạt tăng gấp hàng chục đến hàng trăm lần nhiều hơn Theo sự ước tính đó thì đến năm 2000, nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí sẽ tăng gần 20 lần so với năm 1900, tức là chiếm 7% tổng nhu cầu nước trên thế giới (Cao Liêm, Trần Đức Viên - 1990)

Ngoài ra, còn rất nhiều nhu cầu khác về nước trong nhiều hoạt động của con người như giao thông vận tải, giải trí ở ngoài trời như đua thuyền, trượt ván, bơi lội nhu cầu này cũng ngày càng tăng theo sự phát triển của xã hội

1.1.2.2 Tình hình sử dụng nước ở Việt Nam

a) Các nguồn nước

 Nước mặt

Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới ẩm có lượng mưa tương đối lớn trung bình từ 1.800mm - 2.000mm, nhưng lại phân bố không đồng đều mà tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 4-5 đến tháng 10, riêng vùng duyên hải Trung bộ thì mùa mưa bắt đầu và kết thúc chậm hơn vài ba tháng

Sự phân bố không đồng đều lượng mưa và dao động phức tạp theo thời gian là nguyên nhân gây nên nạn lũ lụt và hạn hán thất thường gây nhiều thiệt hại lớn đến mùa màng và tài sản ảnh hưởng đến nền kinh tế quốc gia, ngoài ra còn gây nhiều trở ngại cho việc trị thủy, khai thác dòng sông

Theo sự ước tính thì lượng nước mưa hằng năm trên toàn lãnh thổ khoảng 640 km3, tạo ra một lượng dòng chảy của các sông hồ khoảng 313 km3 Nếu tính cả lượng nước từ bên ngoài chảy vào lãnh thổ nước ta qua hai con sông lớn là sông Cửu long ( 550 km3 ) và sông Hồng ( 50 km3 ) thì tổng lượng nước mưa nhận được hằng năm khoảng 1.240 km3 và lượng nước mà các con sông đổ ra biển hằng năm khoảng 900 km3 Như vậy so với nhiều nước, Việt nam có nguồn nước ngọt khá dồi dào lượng nước bình quân cho mỗi đầu người đạt tới 17.000 m3/ người/ năm Do nền kinh tế nước ta chưa phát triển nên nhu cầu về lượng nước sử dụng chưa cao, hiện nay mới chỉ khai thác được 500 m3/người/năm nghĩa là chỉ khai thác được 3% lượng nước được tự nhiên cung cấp và chủ yếu là chỉ khai thác lớp nước mặt của các dòng sông và phần lớn tập trung cho sản xuất nông nghiệp

 Nước ngầm

Nước tàng trữ trong lòng đất cũng là một bộ phận quan trọng của nguồn tài nguyên nước ở Việt Nam Mặc dù nước ngầm được khai thác để sử dụng cho sinh hoạt đã có từ lâu đời nay; tuy nhiên việc điều tra nghiên cưú nguồn tài nguyên nầy một cách toàn diện và có hệ thống chỉ mới được tiến hành trong chừng chục năm gần đây Hiện nay phong trào đào giếng để khai thác nước ngầm được thực hiện ở nhiều nơi nhất là ở vùng nông thôn bằng các phương tiện thủ công, còn sự khai thác bằng các phương tiện

hiện đại cũng đã được tiến hành nhưng còn rất hạn chế chỉ nhằm phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt ở các trung tâm công nghiệp và khu dân cư lớn mà thôi

 Nước khoáng và nước nóng

Theo thống kê chưa đầy đủ thì ở Việt Nam có khoảng 350 nguồn nước khoáng và nước nóng, trong đó nhóm chứa Carbonic tập trung ở nam Trung bộ, đông Nam bộ và nam Tây nguyên; nhóm chứa Sulfur Hydro ở Tây Bắc và miền núi Trung bộ; nhóm chứa Silic ở trung và nam Trung bộ; nhóm chứa Sắt ở đồng bằng Bắc bộ; nhóm chứa Brom, Iod và Bor có trong các trầm tích miền võng Hà Nội và ven biển vùng Quảng Ninh; nhóm chứa Fluor ở nam Trung bộ Phần lớn nước khoáng cũng là nguồn nước nóng, gồm 63 điểm ấm với nhiệt độ từ 30 o – 40 o

b) Tình hình sử dụng nước

C; 70 điểm nóng vừa với nhiệt độ từ 41o - 60o C và 36 điểm rất nóng với nhiệt độ từ 60o - 100oC; hầu hết là mạch ngầm chỉ có 2 mạch lộ thiên thuộc loại ấm gặp ở trung Trung bộ và ở đông Nam bộ Từ những số liệu trên cho thấy rằng tài nguyên nước khoáng và nước nóng của Việt Nam rất đa dạng về kiểu loại và phong phú có tác dụng chửa bệnh, đồng thời có tác dụng giải khát và nhiều công dụng khác

Trong những năm gần đây nhu cầu nước sử dụng cho công nghiệp và sinh hoạt không ngừng tăng lên theo đà phát triển của công nghiệp, sự gia tăng dân số, mức sống của người dân không ngừng được nâng cao và sự phát triển của các đô thị

Nước sử dụng cho nông nghiệp cũng tăng lên do việc mở rộng diện tích đất canh tác và sự thâm canh tăng vụ Theo sự ước tính của các nhà chuyên môn thì từ nay đến năm 2000 để đưa diện tích tưới cho nông nghiệp lên 6,5 triệu ha thì tổng lượng nước cần khoảng 60km3, cho chăn nuôi khoảng 10 -15 km3, nhu cầu về nước cho 80 triệu dân khoảng 8 km3; tính chung nhu cầu về nước sẽ tăng lên khoảng từ 90 -100 km3 Như vậy đến năm 2000 lượng nước cần cho sự phát triển đạt xấp xỉ khoảng 30% lượng nước được cung cấp trên toàn lãnh thổ Ðiều đặc biệt là nhu cầu nầy phần lớn tập trung vào mùa khô trong khi mực nước trong các sông ngòi xuống thấp nên có nơi nước sẽ không đủ dùng, điều nầy cho thấy nếu không quản lý và phân phối tốt sẽ xảy ra tình trạng thiếu nước gay gắt như hiện nay

Nước sạch là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của con người và đang trở thành vấn đề nóng bỏng trong việc bảo vệ sức khỏe và cải thiện điều kiện sinh hoạt của người dân

Hiện nay, ở nhiều vùng nông thôn, nguồn nước người dân sử dụng trong sinh hoạt chủ yếu từ ao, hồ, bể chứa nước mưa và nước ngầm lấy từ giếng khơi và giếng khoan Hàng ngày, người dân vẫn tắm giặt, ăn uống bằng những nguồn nước này, do không bảo đảm vệ sinh nên nguy cơ mắc các bệnh đường ruột, bệnh ngoài da là rất cao

Khảo sát tình hình sử dụng nước sinh hoạt của người dân nông thôn ngoại thành cho thấy, ở nhiều nơi người dân sử dụng nguồn nước mưa để phục vụ cho nhu cầu ăn, uống, nguồn nước ngầm lấy lên từ các giếng khoan và giếng khơi để tắm, giặt và phục vụ cho các sinh hoạt thường ngày khác Đối với nước mưa, do sự phát triển nhanh chóng của các khu công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp kéo theo lượng khí thải thoát ra từ

các nhà máy tăng lên nhanh chóng Khi mưa những chất thải độc hại theo nước mưa rơi xuống bể chứa nước của người dân Người dân trực tiếp sử dụng nguồn nước này dễ mắc bệnh

Còn đối với các nguồn nước ngầm, không phải ở đâu nước lấy lên từ giếng khoan và giếng khơi cũng đạt tiêu chuẩn vệ sinh Nhiều nơi, hàm lượng sắt trong nước là rất lớn, chính vì vậy nếu sử dụng nguồn nước này sẽ gây ra những hậu quả không tốt cho sức khoẻ mai sau Để hạn chế lượng sắt có trong nước, người dân đã thực hiện loại bỏ bằng cách xây bể lọc nước, nhưng với phương pháp và trình độ kỹ thuật hạn chế, những giải pháp mà người dân đang thực hiện hiệu quả không cao Lượng nước ngầm giờ đây ngày càng bị ô nhiễm do lượng chất thải và nước thải trong sinh hoạt, đặc biệt nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy, xí nghiệp ngày càng tăng

Sự nỗ lực của các ngành ở từng khu vực trong việc đưa nước sạch về vùng sâu, vùng xa trên từng địa bàn thông qua Chương trình mục tiêu Quốc gia Nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn đến năm 2020 đã góp phần nâng tỷ lệ dân cư nông thôn được cung cấp nước sạch lên 74%, trong đó có gần 48% người dân sử dụng nước theo tiêu chuẩn Việt Nam (còn gọi là nước máy) Mặc dù vậy, nhưng vẫn không đủ cung cấp nước sạch ở các vùng nông thôn Xã hội hoá lĩnh vực cấp nước sạch nông thôn

Ví dụ điển hình ở Tỉnh Đồng Tháp, Hiện toàn tỉnh có 392 trạm cấp nước, trong đó 327 trạm cấp nước ngầm và 65 trạm cấp nước mặt Để có được kết quả trên phải kể đến chủ trương xã hội hoá lĩnh vực cấp nước sạch nông thôn Trong tổng số trên 200 tỷ đồng huy động đầu tư xây dựng công trình cấp nước sạch thì nguồn vốn tư nhân, dân đóng góp lên đến 70 tỷ đồng Trong 05 mô hình quản lý công trình cấp nước tập trung, mô hình tư nhân chiếm 74%, riêng mô hình doanh nghiệp chiếm 13% nhưng hoạt động khá hiệu quả

1.2 Vấn đề nước nhiễm phèn ở Đồng Tháp Mười

1.2.1 Giới thiệu sơ lược về vùng Đồng Tháp Mười

a) Lịch sử Đồng Tháp Mười

Đồng Tháp Mười, vùng đất từng được mệnh danh là “túi phèn”, là “rốn lũ” của vùng Đồng bằng Sông Cửu Long, mảnh đất từng làm nản lòng nhiều nhà khoa học quốc tế khi muốn chinh phục nó để phục vụ sản xuất nông nghiệp Thế nhưng, chỉ sau bốn thập niên (1975 – 2015), cuộc trường chinh khai phá, cải tạo đất phèn và khắc chế lũ của người dân Nam Bộ đã làm nên kì tích, biến nơi đây thành vựa lúa lớn của đất nước, góp phần đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và biến Việt Nam thành một cường quốc về xuất khẩu lúa gạo trên thế giới

Cuộc trường chinh khai phá Theo sử liệu ghi lại, tên gọi Đồng Tháp Mười xuất hiện từ đầu thế kỉ XIX Đây là vùng đất nằm ở hạ lưu sông Tiền Đồng Tháp Mười có địa hình trũng như lòng chảo, đất đai nhiễm phèn, chỉ có cỏ lác mọc thành đồng Mỗi năm nơi đây phải hứng chịu 6 tháng nước lũ tràn về biến thành rốn lũ, rồi đến 6 tháng nắng hạn khiến cho đồng ruộng cạn kiệt nước đến độ không thể trồng được cây gì nên đất đành phải bỏ đất hoang

Đất nhiễm phèn gây ảnh hưởng nặng nề đến chất lượng đất nông nghiệp và đời sống sinh hoạt của những người di cư đến khẩn hoang Nguồn nước bị nhiễm phèn nặng đến nỗi có thể nhìn thấy phèn từ trên xuống tận đáy Người dân muốn uống phải dùng cái khăn rằn cột hai đầu lại, bỏ tro bếp lên rồi đổ nước vô cho nước nhiễu qua, lọc lấy nước đó để uống

Sau 6 năm (1976 – 1982), toàn vùng Đồng Tháp Mười đã xây d ựng được 27 nông trường quốc doanh, tạo thành ba vùng trồng lúa là Vĩnh Hưng, Đồng Tháp, Mộc Hóa với tổng diện tích 222.369ha Tuy nhiên, hiệu quả sản xuất lúc này vẫn chưa cao do vẫn chỉ canh tác được một vụ lúa mùa nổi

Vào những năm 80 của thế kỉ trước, ông Võ Văn Ki ệt lúc bấy giờ đang là Phó Chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng, đã tổ chức cuộc họp với lãnh đạo ba tỉnh Long An, Tiền Giang và Đồng Tháp để bàn biện pháp cải tạo vùng đất này Từ đó ông quyết tâm chỉ đạo thực hiện thành công chương trình “sống chung với lũ” và “thoát lũ ra biển Tây”, giúp thoát lũ, d ẫn ngọt, tháo chua, rửa phèn, khai hoang, phục hóa hàng trăm ngàn hecta đất

c) Vị trí địa lý

Đồng Tháp Mười một đồng bằng rộng lớn và trũng th ấp, nằm trọn ở hạ lưu sông Cửu Long về phía tả ngạn sông Tiền, phía Bắc giáp Campuchia với đường biên giới quốc gia dài 185 km, phía Tây Nam giáp sông Tiền, phía Đông và Đông Bắc giáp sông Vàm Cỏ Đông và quốc lộ 1A Chiều ngang từ Hồng Ngự đến Tân An khoảng 120 km, chiều dọc từ Vĩnh Hưng đến Cao Lãnh khoảng 60 km

Theo địa giới hành chính, ĐTM được xác định bao gồm 15 huyện, 1 thị xã và 7 xã (của hai huyện Thủ Thừa, Bến Lức) thuộc ba tỉnh: Long An (299.452 ha, chiếm 47%), Đồng Tháp (239.000 ha, chiếm 38%), Tiền Giang (92.500 ha, chiếm 15%) dân số khoảng 1.579.343 người (1996), tốc độ tăng tự nhiên khoảng 2,2% và tăng cơ học bình quân khoảng 6.606 hộ/năm (1987-1997)

ĐTM nằm trong phạm vi tọa độ địa lý : 100 15’ - 110 00’ vĩ độ Bắc

1050 12’ - 1060 30’

Phần diện tích ĐTM thuộc tỉnh Đồng Tháp: Con sông Tiền xẻ dọc tỉnh Đồng Tháp từ Tây Bắc xuống Đông Nam, chia ra 2 mảng lớn: Mảng phía Bắc và mảng phía Nam Mảng phía Bắc nằm trong vùng ĐTM chiếm 70,5% tỉnh Đồng Tháp (239.000ha/339.000ha), chiếm 38% ĐTM (239.000ha/630.952ha), bao gồm thành phố

kinh độ Đông Diện tích tự nhiên của Đồng Tháp Mười là 696.949 ha, chiếm 17,72% tổng diện tích tự nhiên của đồng bằng sông Cửu Long ( ĐBSCL) Nếu chỉ tính diện tích nằm về phía Bắc quốc lộ 1A thì ĐTM có diện tích 630.952 ha.Theo địa giới hành chính có 15 huyện, 01 thị xã và 07 xã

Cao Lãnh và các huyện: Hồng Ngự, Tân Hồng, Thanh Bình, Tam Nông, Cao Lãnh, Tháp Mười

Hình 1.3 Thể hiện đất phèn, đất mặn, đất phù sa ở ĐBSCL Bắc giáp Campuchia (52,3km đường biên giới); Đông giáp tỉnh Long An, Tiền Giang; Tây và Nam giáp sông Tiền

Địa hình trống trải, ít có vật che khuất, trừ các tuyến cây ven kênh và một số khu rừng tràm

Nhìn chung, độ chênh lệch của mặt đất không lớn Cao độ phổ biến từ 1-2m (so với mực nước biển chuẩn Hà Tiên), cao nhất trên 4m, thấp nhất : 0,7m Địa bàn Hồng Ngự, Tân Hồng cao độ phổ biến từ 2,5-4m Riêng hệ thống gò từ biên giới chạy dài xuống Gò Tháp có một vài chỗ cao trên 5m Hướng dốc Tây Bắc - Đông Nam Mặt đất tương đối bằng phẳng, thuận lợi trong việc sử dụng cơ giới san bằng mặt ruộng để làm lúa ngắn ngày, nhưng do không có độ dốc lớn nên khi làm thủy lợi phải dùng động lực là chính

1.2.2 Nước phèn ở vùng Đồng Tháp Mười

a) Khái niệm nước phèn

Nước nhiễm phèn là mối quan tâm của đa số người sử dụng nước giếng Tuy nhiên, cho đến nay chưa tìm thấy định nghĩa về “nước nhiễm phèn” trong tiếng Việt Khái niệm “nước phèn” hay “nước nhiễm phèn” thường được hiểu theo nhiều cách khác nhau, tuỳ từng địa phương,

Hình 1.4 Đất nhiễm phèn ở vùng Đồng Tháp Mười

Đồng Tháp Mười nói riêng và Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung nước có độ acid khá cao, tức có pH thấp, người dân gọi là nước phèn vì có vị chua Acid trong nước phèn là sulphuric acid, được tạo thành khi đất phèn (pyrite (FeS2

• Nước bị nhiễm phèn, nếm có vị chua chua

)) tiếp xúc với không khí Đất phèn được hình thành do quá trình kiến tạo địa chất Trong thực tế, thường được khách hàng mô tả về nước giếng như thế này:

• Nước bị phèn quá, giặt quần áo bị ố vàng hết cả

• Nước nhiễm phèn nặng, ngửi thấy mùi tanh tanh …

b) Quá trình hình thành phèn  Giai đoạn hình thành khoáng pyrite FeS

Sự hình thành pyrite là nguy cơ của phèn hóa đất và nước Giai đoạn đầu là sự phát triển của hệ thực vật nước mặt ở vùng gần bờ biển Sau đó, do quá trình bồi tụ phù sa cùng với sự rút lui dần của biển , rừng ngập mặn bị mất môi trường sống Cây ngập mặn bị vùi trong phù sa và bị phân hủy yếm khí Nước mặn (nước biển) có hàm lượng ion sulfat SO

 Giai đoạn hình thành H2SO4

, pyrite dần dần bồi tụ lại thành tầng dày Những vùng đất có tầng pyrite được gọi là đất phèn tiềm tàng

Sự hình thành H2SO4 do oxy hóa pyrite là nguyên nhân trực tiếp làm đất và nước nhiễm phèn Có nhiều nguyên nhân khác nhau làm cho oxy không khí xâm nhập sâu vào đất như : mực nước biển hạ thấp xuống , oxy hòa tan vào nước mưa rồi thấm vào đất,cây cối bề mặt chuyển từ phí a trên thân lá xuống rễ và vào đất , con người khai phá

đất… Đây là cơ hội để vi sinh vật (Thiobacillus ferrooxydants) trong đất oxy hóa pyrite làm nguôn năng lượng cho chúng hoạt động

4FeS2 + 15O2 + 2H2O = 4 Fe3+ + 8SO42- + 12H+

Các sản phẩm của quá trình này: H2SO4, Fe3+ cùng với ion kali có sẵn trong đất kết hợp thành khoáng jaroste KFe3(SO4)2(H2O)6 Do môi trường có độ axít mạnh nên nhôm trong cấu trúc sét bị hòa tan và kết hợp các sản phẩm trên thành khoáng alunite KAl3(SO4)2(H2O)6

 Giai đoạn phá hủy pyrite và hình thành Fe2+:

Khoáng jarosite và alunite là chỉ thị cho đất phèn hoạt động Khi môi trường có tính axit mạnh , quá trinh oxy hóa pyrite (quá trình hóa sinh ) chậm lại , nhưng quá trình phân hủy pyrite tạo thành Fe 2+

(quá trình hóa học ) tăng cường:

FeS2 + 2Fe3+ = 3Fe2+ + 2S0

Đây là nguyên nhân hình thành ion Fe 2+trong nước phèn Quá trình oxy hóa và phân hủy pyrite làm đất phèn hoạt động tích tụ H+

, SO42-, Fe2+, Al3+

d) Đất phèn

, pH thấp và tính khử cao cũng là nguyên nhân hòa tan nhiều kim loại khác như mangan

 Theo độ sâu của tầng phèn trong đất thì đất phèn được chia thành 3 loại:

• Đất phèn nặng sẽ có tầng phèn hoạt động nằm ở cách mặt đất khoảng 50 cm

• Đất phèn trung bình thì tầng phèn nằm cách mặt đất từ 50 – 100 cm • Đất phèn nhẹ khi có tầng phèn nằm cách mặt đất 100 – 150 cm Với độ sâu trên 150 cm thì chúng ta không cần quan tâm bởi vì vật liệu sinh phèn đã ở xa vùng rễ nên sẽ không ảnh hưởng cho cây trồng Như vậy đất nào có tầng phèn càng ở gần mặt đất hay gần vùng rễ cây thì đó là đất phèn nặng

Dựa trên sự hình thành và phát triển của đất, chia đất phèn ra làm 2 loại:

• Đất phèn tiềm tàng (Potenial acid sulphate soil): được hình thành trong vùng chịu ảnh hưởng của nước có chứa nhiều sulfate Trong điều kiện yếm khí cùng với hoạt động của vi sinh vật, sulfate bị khử để tạo thành sulfur và chất này sẽ kết hợp với sắt có trong trầm tích để tạo thành FeS2

• Đất phèn hoạt động (Actual acid sulphate soil): trạng thái tiềm tàng hình thành trong điều kiện khử, nhưng trạng thái hoạt động phải có sự oxid hóa Khoáng vật luôn luôn hiện diện trong đất phèn hoạt động là khoáng jarosite, đây là sản phẩm của tiến trình oxid hóa từ vật liệu sinh phèn (pyrite) Một số hợp chất và tinh khoáng khác thường hiện diện trong đất phèn hoạt động như là hydroxide sắt (Fe(OH)

3), geothite (FeO.OH), heamatile (Fe2O3), aluminium sulphate (Al2(SO4)3) Ngoài ra, tại một số vùng có thể có sự hiện diện của một ít gypsum (CaSO4.2H2

Khi phèn tiềm tàng trở thành phèn hoạt động thì tùy theo loại hoá chất mà chúng có thể tan hoặc không tan, có thể tạo nên váng màu vàng hay ánh bạc nên biểu hiện trên đồng ruộng cũng khác nhau Nếu độc chất phèn là sắt thì sẽ thấy màu đỏ nâu của

O) nhưng không nhiều và không dễ dàng nhận ra sự hiện diện của chúng

rỉ sắt (còn gọi là phèn nóng) và độc chất phèn nhôm sẽ có màu trắng (còn gọi là phèn lạnh)

Nước chua phèn không có môi trường đệm (hàm lượng ion 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻3− và 𝐻𝐻𝐻𝐻32−

không có hoặc rất thấp) nên không thích hợp cho đời sống của các sinh vật sống dưới nước

e) Thành phần nước phèn

Bảng 1.2 Thành phần hóa học nước phèn trước xử lý (Đơn vị: mg/l)

STT Các chỉ tiêu Số mẫu phân tích Nồng độ

Hình 1.5 Dự báo năng lượng tiêu thụ cho các thành phần tới năm 2030

1.3.2 Sử dụng năng lượng ở Việt nam

Với tốc độ phát triển kinh tế, tình trạng đô thị hóa và mức độ gia tăng dân số như hiện nay ở nước ta, thì có thể nói rằng nhu cầu tiêu thụ năng lượng cho mọi thành phần sẽ có xu hướng ngày càng tăng lên Theo như một số dự báo, năng lượng tiêu thụ đến năm 2030 của Việt Nam là khoảng 100 triệu tấn dầu tương đương [3]

Hình 1.6 Dự báo năng lượng tiêu thụ cho các thành phần tới năm 2030 ở Việt Nam [3]

Nhu cầu và năng lượng tiêu thụ cho quá trình sản xuất nước sạch là một trong những điều tất yếu Giống như các nước trên thế giới, nhu cầu sử dụng nước sạch ở Việt Nam chủ yếu tập trung vào các thành phần khu dân cư và một số ngành trong lĩnh vực công nghiệp

Có thể thấy rằng năng lượng tiêu hao cho quá trình này cũng chiếm một tỉ lệ khá đáng kể, tùy thuộc vào từng quốc gia và khu vực Nhưng trong bối cảnh mức tiêu thụ năng lượng ở mọi thành phần ngày càng tăng lên mà các nguồn nhiên liệu dùng để

sản xuất năng lượng ngày càng cạn kiệt Vì vậy, việc tiết kiệm năng lượng ở mọi lĩnh vực nói chung và sản xuất nước sạch nói riêng là hết sức cần thiết và cấp bách

1.3.3 Vấn đề tận dụng nhiệt khói thải lò hơi

Lò hơi giữ một vị trí rất quan trọng trong công nghiệp Nó cũng cung cấp hơi cho các quá trình sản xuất Trong các nhà hang khách sạn, bệnh viện hơi nước được dùng để phục vụ cho việc giặt , sấy và tắm hơi…Trong các nhà máy, xí nghiệp thuộc ngành công nghiệp thực phẩm ( sản xuất đường, rượu bia, chế biến thực phẩm…) trong ngành công nghiệp nhẹ như các nhà máy, xí nghiệp dệt, giấy, cao su… hơi nước được dùng để cung cấp cho các quá trình công nghệ như đun sôi, chưng cất, cô đặc, sấy…

Đã từ lâu con người đã nghĩ đến việc tận dụng nhiệt thải của khói, nước xả lò… để hâm nước cấp hay sấy không khí Nhưng do hạn chế về kỹ thuật, công nghệ chế tạo còn chưa được phát triển mạnh nên về kết cấu các bộ trao đổi nhiệt này thường có ống làm bằng gang hay bằng ống thép trơn dẫn đến hiệu suất trao đổi nhiệt không cao, thiết bị cồng kềnh, giá thành cao Do vậy chỉ đối với lò những lò hơi có công suất lớn và trung bình mới lắp đặt bộ thu hồi nhiệt thải Còn những lò có công suất nhỏ thì ít lắp

Ngày nay kỹ thuật công nghệ chế tạo phát triển mạnh mẽ, việc chế tạo những ống thép có cánh dùng trong bộ thu hồi nhiệt dễ dàng, việc chế tạo ra những bộ thu hồi nhiệt thải gọn hơn, giá thành thấp hơn, hiệu suất trao đổi nhiệt cao hơn Nếu như chúng ta không tận dụng các nguồn nhiệt thải đó thì nó hoàn toàn thải bỏ ra môi trường một cách lãng phí, trong khi ta phải cần nhiệt lượng để gia nhiệt cho nước từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ bão hoà khô ở áp suất làm việc tương ứng, cũng như việc sấy không khí để đưa vào buồng đốt nhằm đốt tốt hơn, hiệu suất cháy cao hơn Khi nhiệt lượng khói thải được tận dụng thì nhiên liệu cung cấp sẽ giảm, giúp cho giá thành tình trên một đơn vị sản phẩm sẽ thấp, dẫn đến sự thuận lợi cho việc cạnh tranh sản phẩm trên thương trường Bên cạch đó, khi nhiệt lượng khói thải được tận dụng sẽ làm cho nhiệt độ khói thải thấp, sẽ dẫn đến ít gây ảnh hưởng môi trường, không gây hiện tượng ô nhiễm nhiệt

Cần lưu ý, trong khói thải có rất nhiều thành phần tạp chất khác nhau như tro xỉ, bụi than,… có khả năng gây ăn mòn thiết bị cao Khi đó ta phải thường xuyên bảo trì, bảo dưỡng và làm sạch bộ trao đổi nhiệt do bụi bẩn bám vào từ khói thải dẫn đến tăng chi phí bảo trì bảo dưỡng và hệ thống cũng không thể vận hành liên tục

1.4 Khả năng sản xuất nước sạch từ nguồn nước phèn

Với nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng gia tăng, vấn đề sản xuất nước sạch từ các nguồn nước mặt hay nước phèn được quan tâm

Để giảm bớt độ phèn, các biện pháp truyền thống như lắng bằng vôi, tro thường được sử dụng, phổ biến nhất là tro cây tràm Tuy nhiên cách chống đỡ đơn giản này tác dụng rất hạn chế, nước qua bề mặt tự tạo còn vị chát Gần đây chất lượng mặt nước các kênh rạch tiếp tục xấu đi do bị ô nhiễm bởi thuốc trừ sâu, kim loại nặng, vết xăng dầu… khiến hệ thống bể lọc hầu như không còn tác dụng, những căn bệnh lạ cứ lần lượt xuất hiện

Hiện nay có một số phương pháp sản xuất nước sạch khác nhau, như đã trình bày ở phần Tổng quan (chương 1) Tuy nhiên định hướng nghiên cứu cùa luận văn là áp dụng phương pháp chưng cất, tận dụng nhiệt thải

CHƯƠNG 2

Một số phương án tận dụng nhiệt khói thải lò hơi để sản xuất nước sạch có thể được đề xuất như sau:

2.1 Phương án 1: Chưng cất nước đa hiệu ứng tận dụng nhiệt khói thải

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và thiết bị chưng cất nước đa hiệu ứng

Nguyên lý hoạt động :

Theo phương pháp này, nước cấp được đun nóng dưới áp suất đủ cao để tránh sôi, cho đến khi nó đạt đến “điểm sôi” của tầng thứ nhất Trong tầng thứ nhất, áp suất được giải phóng và nước bay hơi đột ngột Sự bay hơi của một phần nước cấp tiếp tục diễn ra trong mỗi tầng kế tiếp, bởi vì áp suất trong mỗi tầng kế tiếp càng thấp hơn tầng trước nó Không giống như quá trình đa hi ệu ứng, quá trình này sinh hơi và ngưng t ụ xảy ra trong cùng một tầng Vì vậy, thiết kế này có lợi hơn trong việc thu hồi nhiệt: nước cấp chuyển qua bộ trao đổi nhiệt ở phần bên trên của buồng sinh hơi, thu nhiệt khi hơi ngưng tụ thành sản phẩm chưng cất

Trong mỗi tầng hiệu ứng, có hai phần riêng biệt là phần sinh hơi (nơi hơi được sản xuất) và phần ngưng tụ (nơi hơi được ngưng tụ) Lượng nước tạo thành sẽ tỉ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ giữa các tầng Vì vậy, độ chênh lệch nhiệt độ càng lớn, lượng hơi hình thành càng lớn Một khi hơi hình thành, nhi ệt độ dung dịch sẽ giảm cho đến khi nó trong trạng thái cân bằng nhiệt động lực học với áp suất trong tầng đó Khi hơi được tạo ra, các dòng dung dịch trở nên đậm đặc hơn Phần ngưng tụ cũng chứa các dàn ống trao đổi nhiệt để ngưng tụ hơi thành nước ngọt

Chu trình chưng cất nước bắt đầu với việc nước cấp được đưa vào các đường ống hồi Ở đây, nước cấp nhận nhiệt khi đi qua mỗi tầng, bằng cách ngưng tụ hơi sinh ra Nước cấp sau đó đi ra theo đường ống hồi và đi vào bộ gia nhiệt tập trung, nơi cung cấp nguồn nhiệt cho quá trình nhiệt động lực học Điều này làm tăng nhiệt độ nước cấp đến điểm thiết kế của nó Khi nước cấp ra khỏi bộ gia nhiệt tập trung, nước cấp sẽ đi

vào tầng đầu tiên của thiết bị bay hơi MSF Hình dưới đây mô tả quá trình bay hơi xảy ra trong 1 tầng

Nhiệt độ của nước cấp trong tầng thứ nhất cao hơn so với nhiệt độ trong tầng thứ hai Bởi vì nước cấp không thể duy trì nhiệt độ khi ra khỏi tầng thứ nhất, nó ngay lập tức chuyển thành hơi ở tầng thứ hai Lượng hơi hình thành ph ụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa 2 tầng Khi nước cấp vào tầng tiếp theo, nó một lần bay hơi Tuy nhiên, lượng hơi hình thành ít hơn vì có s ự chênh lệch nhiệt độ thấp hơn trong tầng mới Cứ như vậy, nước cấp tiếp tục chảy từ tầng này đến tầng khác do chênh lệch áp suất Phần nước xả đáy trong mỗi tầng sẽ được chuyển đến tầng kế tiếp áp suất thấp hơn

2.2 Phương án 2 : Chưng cất nước gia nhiệt từng cấp tận dụng nhiệt thải

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và thiết bị Chưng cất nước gia nhiệt từng cấp tận dụng

Hơi được tạo thành trong giai đoạn này sẽ gia nhiệt cho hơi ở tầng kế tiếp với áp suất thấp hơn Quá trình s ản sinh hơi sẽ diễn ra trong mỗi giai đoạn, và sử dụng

chính nguồn hơi được sinh ra này để gia nhiệt cho các hiệu ứng tiếp theo, liên tục như vậy qua tất cả các hiệu ứng cho đến khi hơi trong hiệu ứng cuối cùng được ngưng tụ trong bình ngưng chính

Sản phẩm chưng cất là nước được thu gom từ nước ngưng hơi trong mỗi hiệu ứng và từ bình ngưng chính

• Ưu điểm

- Tận dụng được nguồn khói thải • Nhược điểm :

- Nhiều thiết bị, hệ thống cồng kềnh,

2.3 Phương án 3: Phương pháp chưng cất nước một cấp tận dụng nhiệt thải,

cạnh đó hơi từ bình phân ly sẽ được ngưng tụ thành lỏng (sau đó được dẫn tới bình quá lạnh tiếp tục thực hiện quá trình trao đổi nhiệt) Nước cấp sau khi nhận nhiệt từ các bình sẽ được tập trung vào bình phân ly Tại bình phân ly một phần nước cấp lại tiếp tục được bơm qua bộ ECO, thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với khói có nhiệt độ cao bên ngoài, để gia nhiệt đến một mức nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bão hoà của bình phân ly Và sau đó được dẫn ngược về bình phân ly để thực hiện quá trình gia nhiệt nước trong bình và phân ly thành hơi bão hoà ứng với áp suất phân ly của bình H ơi nước được sinh tại bình phân ly sẽ được dẫn đến thiết bị ngưng tụ để thực hiện quá trình ngưng tụ, và sau đó nước ngưng tụ được dẫn qua bình quá lạnh thực hiện tiếp quá trình trao đổi nhiệt và trở thành nước sản phẩm khi ra ngoài Ngoài ra vì nước cấp là nước phèn nên sau khi phân ly thành hơi nước tại bình phân ly, thì phần nước còn lại sẽ chứa hàm lượng các chất phèn nên phải thực hiện quá trình xả bỏ một phần Và cứ thế chu trình liên tục tiếp diễn

• Mô tả hoạt động

Bộ ECO làm bằng thép với mục đích nhận năng lượng nhiệt thải và trao đổi nhiệt với nước Nước được tập trung tại bình phân ly và được bộ ECO gia nhiệt, Hơi nước sẽ bốc hơi từ bình phân ly, qua thiết bị trao đổi nhiệt thì ngưng tụ thành nước , nước ngưng sẽ tiếp tục được làm mát qua thiết bị trao đổi nhiệt với nước cấp, đồng thời nước cấp sẽ được gia nhiệt

Từ các phân tích trên và với qui mô ứng dụng phù hợp tại các cơ sở lò hơi vùng

Đồng Tháp Mươi  Ta lựa chọn phương án 03: “Phương pháp chưng cất nước

một cấp tận dụng nhiệt thải, dùng bình phân ly”

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC TẬN DỤNG NHIỆT

KHÓI THẢI 3.1 Lựa chọn nguồn nhiệt thải

Khói thoát từ lò hơi công nghiệp là một nguồn nhiệt thải tiềm năng Ờ ĐBSCL rất nhiều lò hơi sử dụng trấu làm chất đốt, vì đây là loại nhiên liệu có sẵn, rẻ tiền Do đó, Luận văn chọn nguồn nhiệt thải cho hệ thống chưng cất nước là khói thải từ lò hơi đốt trấu

 Nguyên lý làm việc vủa lò hơi đốt trấu

Đầu tiên, trấu từ ghe được hút đưa vào kho chứa trấu, từ kho chứa được hút đưa vào miệng chứa lên phểu chứa đặt đầu lò Tiếp theo, trấu trong lò hơi đốt trấu được gia nhiệt rồi được phun vào buồng đốt bằng quạt, tốc độ nạp trấu được điều chỉnh bằng vis tải Cuối cùng trấu được cháy lơ lửng, rơi xuống và cháy tiếp trên mặt ghi Tro trấu được đưa về cuối ghi và đưa ra ngoài bằng băng tải tro

Lò hơi đốt trấu được trang bị đầy đủ các hệ thống tiên tiến như hệ thống lọc bụi bao gồm cyclone đa cấp và tháp lọc bụi ướt ( hoặc hệ thống lọc bụi tiên tiến khác như: bộ lọc dạng túi hay bộ lọc tĩnh điện)

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí làm việc của lò hơi đốt trấu

3.2 Sơ đồ hệ thống chưng cất nước phèn

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống chưng cất nước phèn

 Mô tả:

Nước cấp (nước phèn) từ bồn có nhiệt độ thấp, được bơm qua bộ quá lạnh Tại đây diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa nước cấp với nước ngưng (nước ngưng từ bình ngưng tụ dẫn tới) Nước cấp nhận nhiệt hiện từ nước ngưng nên nhiệt độ tăng lên so với ban đầu, còn nước ngưng tụ sẽ nhã nhiệt hiện giảm xuống một mức nhiệt độ thấp hơn Sau đó nước cấp có nhiệt độ cao hơn ban đầu sẽ tiếp tục đi qua bình ngưng tụ Tại đây nước cấp thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với hơi từ bình phân ly đi tới, nước cấp vừa nhận nhiệt hiện và nhiệt ẩn từ hơi nên nhiệt độ nước cấp tăng lên đáng kể, và bên cạnh đó hơi từ bình phân ly sẽ được ngưng tụ thành lỏng (sau đó được dẫn tới bình quá lạnh tiếp tục thực hiện quá trình trao đổi nhiệt) Nước cấp sau khi nhận nhiệt từ các bình sẽ được tập trung vào bình phân ly Tại bình phân ly một phần nước cấp lại tiếp tục được bơm qua bộ ECO, thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với khói có nhiệt độ cao bên ngoài, để gia nhiệt đến một mức nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bão hoà của bình phân ly Và sau đó được dẫn ngược về bình phân ly để thực hiện quá trìn h gia nhiệt nước trong bình và phân ly thành hơi bão hoà ứng với áp suất phân ly của bình Hơi nước