THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM MẶN CẤP CHO KHU DU LỊCH VÀM SÁT-CẦN GIỜ CÔNG SUẤT 60M3/NGÀY.ĐÊM

Vấn đề cấp nước hiện nay tại các khu vực ngoại thành thành phố Hồ Chí Minh như huyện Cần Giờ, Nhà Bè, Quận 7…đang là một vấn đề nan giải cho các nhà máy cấp nước

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề

Vấn đề cấp nước hiện nay tại các khu vực ngoại thành thành phố Hồ Chí Minhnhư huyện Cần Giờ, Nhà Bè, Quận 7…đang là một vấn đề nan giải cho các nhà máycấp nước Vì đặc điểm địa thế quá xa xôi gây khó khăn trong việc xây dựng đường ốngcấp nước cho nên người dân ở các khu vực này không có nguồn nước sạch, đảm bảochất lượng để sử dụng

Đặc biệt là tại các địa điểm du lịch thu hút khách như Vàm Sát và Cần Giờ, nếukhông đảm bảo lượng nước và chất lượng nước sử dụng, một ngày nào đó những khu

du lịch sinh thái đầy tiềm năng chúng ta sẽ không còn thấy du khách dừng chân thamquan

Cho đến nay đã có nhiều phương án khác nhau được đề xuất để thực hiện giảiquyết vấn đề khan hiếm nước ngọt tại những vùng nước ngập mặn của Cần Giờ Vàmột trong những phương pháp được quan tâm và phổ biến hiện nay là phương phápthẩm thấu ngược Reserve Omosis hay còn gọi là lọc RO

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Ngành du lịch Việt Nam hiện đang trên đà phát triển mạnh, đặc biệt là những khu

du lịch sinh thái, khu bảo tồn thiên nhiên hoang dã…đã và đang thu hút hàng ngànkhách du lịch trong và ngoài nước mỗi năm Và khu du lịch sinh thái rừng ngập mặnVàm Sát - Cần Giờ hiện nay là một địa điểm dừng chân lý tưởng cho du khách

Do đó vấn đề cấp nước cho khu du lịch Vàm Sát - Cần Giờ là một nhiệm vụ thiếtyếu Đề tài này được thực hiện nhằm tách riêng toàn bộ nước cấp dành cho khu du lịchVàm Sát để đảm bảo một lượng nước ổn định và tránh để tình trạng thiếu nước củahuyện ảnh hưởng đến nhu cầu về sử dụng nước cho ngành du lịch sinh thái Cần Giờ

1.3 Tên và mục tiêu của luận văn

Tên đề tài: Xử lý nước nhiệm mặn trên sông Vàm Sát cấp cho khu du lịch VàmSát-Cần Giờ với công suất 60m3/ngày.đêm

Mục tiêu luận văn:

Khảo sát chất lượng nước, đề ra công suất và công nghệ thực hiện cung cấp nướcngọt cho lượng du khách tham quan và nghỉ dưỡng tại Vàm Sát-Cần Giờ

1.4 Nội dung của đề tài

 Khảo sát thu thập các số liệu thực tế phục vụ cho công tác thiết kế

 Xác định yêu cầu và tiêu chuẩn cho hệ thống xử lý

 Lựa chọn và đề xuất công nghệ xử lý

 Tính toán thiết kế các thông số kỹ thuật của các công trình đơn vị

 Tính toán chi phí đầu tư, chi phí hóa chất, chi phí xử lý 1m3 nước nhiễm mặn

 Thực hiện các bản vẽ kỹ thuật cho các công trình đơn vị

 Hướng dẫn vận hành và đưa ra một số biện pháp khắc phục sự cố

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan về khu du lịch Vàm Sát-Cần Giờ

2.1.1 Vị trí địa lý Vàm Sát-Cần Giờ

Huyện Cần Giờ trước đây gọi là huyện Duyên Hải thuộc tỉnh Đồng Nai Từ năm

1997 huyện Duyên Hải chính thức sát nhập vào Tp Hồ Chí Minh và được đổi tênthành huyện Cần Giờ

Trước đây toàn bộ huyện Cần Giờ được bao phủ bởi rừng ngập mặn hay còn gọi làRừng Sác ( nay gọi là Vàm Sát) Trong chiến tranh, hệ thống rừng ngập mặn này bị tànphá nặng nề Trong những năm gần đây, chính quyền và nhân dân đã quyết tâm trồnglại rừng Cho đến nay, rừng đã hồi phục và phát triển với ba tầng sinh thái đã mang lạinguồn lợi lớn về kinh tế, du lịch và đặc biệt là du lịch sinh thái rừng ngập mặn

Khu du lịch sinh thái Vàm Sát thuộc xã Lý Nhơn, huyện Cần Giờ, cách trung tâmTP.Hồ Chí Minh khoảng 55 km về phía Đông Nam Nằm giữa dòng chảy của hainhánh sông Vàm Sát và Lòng Tàu, khu Du Lịch Sinh Thái Rừng Ngập Mặn Vàm Sát

là một quần thể động thực vật đa dạng, được tổ chức UNESCO công nhận như là khu

dự trữ sinh quyển và Tổ chức Du lịch Thế giới (WTO) đã công nhận Khu Du LịchSinh Thái

2.1.2 Điều kiện tự nhiên của Vàm Sát

Khí hậu: có hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 - 10 và mùa khô từ tháng 11 – 4 Nhiệt độ trung bình 25,8oC, lượng mưa thấp, trung bình từ 1.300mm –1.400mm/năm

Thổ nhưỡng: có bốn loại đất cơ bản: đất mặn, đất mặn phèn ít, đất mặn phèn

nhiều, đất cát mịn có pha ít bùn ven biển

Chế độ thủy triều: có chế độ bán nhật triều không đều (hai lần nước lớn và hai lần

nước ròng một ngày) Biên độ triều trung bình khoảng 2m và khi triều cao là 4m

Độ mặn: độ mặn trung bình vào khoảng 18‰– 20‰ , độ mặn cao khi triều cường

và độ mặn thấp khi triều kém

Hình 2.1 Bản đồ

2.1.3 Hệ sinh thái

Rừng ngập mặn Vàm Sát-Cần Giờ có điều kiện môi trường rất đặc biệt, là hệ sinhthái trung gian giữa hệ sinh thái thủy vực với hệ sinh thái trên cạn, hệ sinh thái nướcngọt và hệ sinh thái nước mặn Rừng Cần Giờ nhận một lượng lớn phù sa từ sôngĐồng Nai, cùng với ảnh hưởng của biển kế cận và các đợt thủy triều mà hệ thực vậtnơi đây rất phong phú với trên 150 loài thực vật, trở thành nguồn cung cấp thức ăn vànơi trú ngụ cho rất nhiều loài thủy sinh, cá và các động vật có xương sống khác

Đây là một khu rừng mà theo đánh giá của các chuyên gia nước ngoài là được khôiphục, chăm sóc, bảo vệ thuộc loại tốt nhất ở Việt Nam và toàn thế giới Đây cũng làđịa điểm lý tưởng phục vụ cho việc nghiên cứu khoa học, du lịch sinh thái

Rừng ngập mặn Cần Giờ đã trở thành "lá phổi" đồng thời là "quả thận" có chứcnăng làm sạch không khí và nước thải từ các thành phố công nghiệp trong thượngnguồn sông Ðồng Nai - Sài Gòn để ra biển Ðông

2.1.4 Quy mô khu du lịch

Vàm Sát có diện tích hơn 1.800 ha và trên 800 ha rừng đước (5 - 20 tuổi), hơn 300

ha rừng tạp… Kể từ khi thành lập vào năm 2000, khu du lịch Sinh thái Vàm Sát đã xâydựng các điểm tham quan dựa trên môi trường tự nhiên sẳn có Nhờ bàn tay con người,rừng đã dần hồi sinh và được trả về dáng vẻ uy nghiêm và sự rộng lớn vốn có trướcđây Theo đánh giá của các chuyên gia nước ngoài, rừng ngập mặn Vàm Sát-Cần Giờ

là khu rừng được khôi phục, chăm sóc, bảo vệ và quản lý thuộc vào loại tốt nhất ở ViệtNam và thế giới

Du lịch sinh thái còn là hình thức mới với người dân Việt Nam Trung bình mỗitháng, Vàm Sát đón được 250-300 khách (90% là khách nội địa) Nhiều dự án quyhoạch đang được triển khai sẽ giúp Vàm Sát nói riêng và Cần Giờ nói chung trở thànhđiểm du lịch hấp dẫn đối với du khách

2.2 Tình hình nước cấp tại khu vực

Hiện nay, nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt của người dân trên địa bàn huyện

là 6.284m³/ngày (2,2 triệu m3/năm) Trong khi đó, tổng lượng nước thực tế mà

Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn (Sawaco) cấp cho huyện Cần Giờ tại 3 họngnước ở các quận – huyện: 2, 7, Nhà Bè chỉ được 5.400m³/ngày Vì vậy, hiện mỗingày địa bàn huyện Cần Giờ còn thiếu khoảng 900m³ nước sinh hoạt.

Hơn 20 năm nay đã có hàng chục phương án cấp nước cho huyện Cần Giờthay thế phương thức truyền thống là chở nước từ nơi khác đến, nhưng chưa cóphương án nào thật sự hiệu quả Hiện nay còn tồn tại ba phương án có tính khảthi:

 Dẫn nước bằng đường ống từ thành phố về

 Xây hồ chứa nước ngọt tại chỗ

 Xử lý nước nhiễm mặn thành nước cấp

Việc xây hồ nước ngọt tại chỗ đã được đề xuất từ lâu nhưng phương án nàygặp nhiều trở ngại Vì lượng mưa tại Cần Giờ thấp trong khi lượng nước bốc hơilại khá lớn Vào những năm 80 hồ nước ngọt thử nghiệm đã được xây dựng tạiVàm Sát, xã Lý Nhơn nhưng kết quả là chất lượng nước vẫn không phù hợp chosản xuất nông nghiệp

Nước mưa người dân dự trữ trong mùa mưa được sử dụng rất hạn chế Cácngành sản xuất thì được cấp nước bằng các tổ chức công ích Các dịch vụ côngích này được thực hiện bởi Xí nghiệp giao thông đô thị của huyện Cách thức ởđây là dùng xà lan đưa nước từ họng lấy nước ở cầu Tân Thuận của công ty cấpnước Sài Gòn Lượng nước phục vụ hàng năm là 100.000m3/năm Giá nước bán

xỉ tại Lý Nhơn là 20.000VNĐ/m3, có khi lên tới 50.000VNĐ/m3 Tại trung tâm

xã Lý Nhơn, lực lượng thanh niên xung phong làm nhiệm vụ vận chuyển nước.UBND huyện Cần Giờ đang kiến nghị Sawaco sớm triển khai thực hiện dự án đầu

tư tuyến ống cấp nước Nhà Bè - Cần Giờ Được biết, trong năm 2007, số tiền mà ngân sách thành phố chi phí cho việc vận chuyển hơn 1,6 triệu m³ nước sạch về cho huyện Cần Giờ là 37 tỷ đồng

2.3 Khảo sát nguồn nước tại Cần Giờ

2.3.1 Nước ngầm

Theo các tài liệu khảo sát thì trên địa bàn huyện Cần giờ không có nguồnnược ngọt trữ lượng lớn dưới đất Nguồn nước ngầm ít ỏi phải khai thác ở độ sâuhơn 80m và thường có pH thấp, hàm lượng Fe cao, nhiễm Nitrat, sulphua,chlorua…không đạt tiêu chuẩn cấp nước ăn uống Với nguồn nước ngầm hiếmhoi như vậy thì về lâu dài không thể là nguồn khai thác cấp cho ngành du lịchngày một lớn mạnh ở Cần Giờ

2.3.2 Nước mưa

Nguồn nước mưa cũng hạn chế và không đạt tiêu chuẩn về chất lượng lẫn sốlượng để đáp ứng cho quy mô khu du lịch Theo khảo sát của đài khí tượng thủyvăn thì lượng mưa hàng năm tại Cần Giờ thấp, chỉ khoảng 1.300-1.700mm/năm

2.3.4 Đề xuất công suất phục vụ

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn dùng nước

Đối tượng dùng nước Tiêu chuẩn cấp nước tính theo đầungười (ngày trung bình trong năm)

l/người.ngàyThành phố lớn, thành phố du lịch, nghỉ mát, khu

Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, khu công nghiệp

Thị trấn, trung tâm công nông nghiệp, công

Ghi chú: Cho phép thay đổi tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt của điểm dân cư ±10

÷20% tuỳ theo điều kiện khí hậu, mức độ tiện nghi và các điều kiện địa phương khác

(Nguồn: Điều 2.3 TCXD 33-2006 )

Dựa vào quy mô khu du lịch ta xác định được công suất như sau:

Số lượng du khách trung bình trên một ngày: 100 người/ngày.đêm

Số nhân viên phục vụ tại khu nghỉ dưỡng: 50 nhân viên/ngày.đêm

Với mức tiêu thụ nước theo tiêu chuẩn cấp cho khu du lịch là300l-400l/người/ngày.đêm.(Lấy Max là 400l/người/ngày.đêm)

Vậy lượng nước cần cung cấp là:

Q = 150 người × 0.4 m3/người/ngày.đêm = 60 m3/ngày.đêm

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

NƯỚC NHIỄM MẶN3.1 Các phương pháp khử muối

3.1.1 Phương pháp chưng cất

Hình 3.1 Quá trình chưng cất

Quá trình chưng cất là quá trình đun nóng nước tới điểm sôi để chuyển thành dạnghơi, sau đó ngưng tụ lại thành nước tinh khiết Thường ta áp dụng công nghệ chưng cấtnhiều bậc (Multi-Stage Flash Distillation-MSF), nén hơi (Vapor Compress-VC) vàchưng cất đa hiệu ứng (Multiple-Effect Distillation-MED)

Nén hơi là làm bốc hơi nước đầu vào rồi nén hơi đó Sau đó hơi nước được ngưng

tụ và nhiệt giải phóng tiếp tục được sử dụng làm nhiệt cấp đầu vào Công nghệ nén hơidựa vào việc giảm áp suất vận hành để nước bốc hơi Nhiệt lượng để nước bay hơiđược cung cấp bởi một máy nén hơi: máy nén cơ khí (Mechanical VaporCompression) hoặc injector hơi nước (Thermal Vapor Compression)

Công nghệ nén hơi thích hợp cho các trạm chưng cất nước công suất vừa và nhỏ từ3.000m3/ngày.đêm – 20.000m3/ngày.đêm

Chưng cất đa hiệu ứng chính là bốc hơi nước theo dạng chuỗi Hơi nước từ mộtchuỗi được sử dụng làm bốc hơi trong hiệu ứng tiếp theo Để tăng cường hiệu suất,mỗi giai đoạn sau được vận hành ở áp suất thấp hơn giai đoạn trước Điều này chophép nhà máy có thể hoạt động ở nhiệt độ cao (> 90oC) cũng như nhiệt độ thấp Nhiệt

độ bay hơi cao nhất là 55oC giúp giảm sự an mòn và đóng cặn đồng thời cho phép thảimuối ở nhiệt độ thấp

Quy trình MED có thể có nhiều kiểu kết cấu khác nhau phụ thuộc vào bề mặt traođổi nhiệt và hướng chuyển động tương đối của dòng nước muối so với dòng hơi nước

3.1.2 Phương pháp lọc màng

Đối với các quá trình lọc, màng được hiểu theo nghĩa thông thường là rào chắnnhằm ngăn cách giữa các pha, hạn chế sự vận chuyển qua lại giữa các cơ chất mộtcách có chọn lọc Màng có thể được cấu tạo thuần nhất hoặc tổng hợp; có thể có cấutrúc đối xứng hoặc không đối xứng, có thể mang điện dương hoặc âm, có thể trung hoà

về điện tích nhưng cũng có thể mang cả 2 loại điện tích kể trên Quá trình vận chuyểnvật chất qua màng có thể được thực hiện dưới tác động của quá trình đối lưu, quá trìnhkhuyếch tán phân tử, do trường điện từ, do nồng độ, do áp suất, do nhiệt độ….Độ dàycủa màng có khoảng thay đổi khá rộng, từ 100 µm đến vài mm

Quá trình lọc màng có thể tách 1 dòng thành 2 dòng riêng biệt : dòng thấm vàdòng cô đặc Dòng thấm là phần chất lỏng đi qua màng, trong khi dòng đậm đặc làdòng chứa những phân tử bị giữ lại ở màng

Các quá trình lọc màng được phân loại dựa vào động lực chuyển cơ chất quamàng, đặc tính loại màng và kích thước mao quản màng….Quá trình lọc màng trongcông nghệ xử lí nước dùng để khử khoáng và làm mềm nước, khử màu và chất hữu cơhoà tan, Đặc biệt là quá trình xử lí nước tinh khiết, sản xuất dược phẩm hay xử lí bậccao trong xử lý nước thải khi có nhu cầu hoàn lưu

2 loại vi lọc phổ biến:

Lọc theo dòng chảy ngang ( crossflow filtration ) : dòng lưu chất vận chuyển songsong với màng, áp suất làm cho một phần dòng lưu chất thấm qua bên kia màng lọc,trong khi các phần tử có kích thước lớn hơn mao quản màng ( lỗ màng ) sẽ được giữlại và theo dòng đậm đặc ra ngoài

Lọc theo dòng chảy vuông góc ( dead-end filtration ) : hầu hết lưu chất đều đi quamàng và tất cả các phần tử rắn có kích thước lớn hơn lỗ màng sẽ bị giữ lại

Hình 3.4 Lọc UF

 Nanofiltration

Hình 3.5 Lọc NF

Nanofiltration ( NF ) là quá trình sử dụng màng để tách dòng chất lỏng hoặc cácphân tử có trong dòng Về cơ bản, NF không cho hiệu quả cao như RO ( Reverseosmosis ) nhưng không tốn nhiều năng lượng như RO NF có khả năng giữ các phân tửđường, muối kim loại hoá trị II, vi khuẩn, proteins,…Hiệu quả NF chịu ảnh hưởng bởiđiện tích phân tử, các hạt có điện tích càng lớn càng dễ bị giữ lại Màng lọc NF thườnglàm bằng cellulose acetate hoặc polyarmide có khả năng loại trừ 95% muối kim loạihoá trị II , 40% muối của kim loại hoá trị I và các hợp chất hữu cơ khối lượng phân tử

từ 300 trở lên

 Reverse Osmosis ( RO )

Hiện tượng thẩm thấu ngược RO (Reverse Omosis)

Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên Nước bao giờ cũng chuyển dịch từ nơi cónồng độ muối/ khoáng thấp đến nơi có nồng độ cao hơn Quá trình diễn ra cho đến khinồng độ muối khoáng từ 2 nơi này cân bằng

Để làm điều ngược lại (thẩm thấu ngược), người ta dùng một áp lực đủ để đẩyngược nước từ nơi có hàm lượng muối/ khoáng cao “thấm” qua một loại màng đặc biệt

để đến nơi không có hoặc có ít muối/ khoáng hơn

Hình 3.6 bên dưới minh họa cho 2 quá trình trên

Nước từ nơi sạch đến nơi có nồng độ muối cao hơn

Áp suất cao đẩy nước qua màng, đến nơi tinh khiết

Hình 3.6 Quá trình thẩm thấu tự nhiên và thẩm thấu ngược

Màng RO có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau như: Cellulose Acetate,Aromatic Polyamide, Polymide hoặc màng TFC có những lỗ nhỏ tới 0.001 micron.Tất cả các màng này đều chịu áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorine khônggiống nhau Tốc độ dòng chảy qua màng bán thấm rất chậm nên cần một diện tíchmàng lớn, do đó màng thường được quấn thành vòng xoắn hoặc quấn tạo thành từngống có đầu bịt phía cuối

Với tốc độ và áp lực cực lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt của màng RO.Một phần trong số những phân tử nước “chui” qua được những lỗ lọc Các tạp chất bịdòng nước cuốn trôi và “thải” bỏ ra ngoài Với cách thức này, bề mặt của màng ROliên tục được rửa sạch và có tuổi thọ tới 2 - 5 năm

Hình 3.7 Cơ chế lọc của màng RO

Màng lọc RO có khả năng loại trừ các loại vi sinh vật, khoáng chất, protein, thuốcnhuộm và đặc biệt là các muối vô cơ Các hợp chất này có phân tử lượng từ 150-250

daltons và kích thước từ 1-10 A0 Các loại tạp chất không qua dược lỗ lọc, bị dòngnước rửa trôi trên bề mặt màng lọc và thải ra ngoài

RO được ứng dụng sản xuất nước tinh khiết hoặc các dung môi hữu cơ nhưethanol, glycol Các dung chất này có thể đi qua màng lọc trong khi các ion khác bịgiữ lại trên bề mặt màng RO phổ biến nhất là sử dụng dòng chảy ngang, phương phápnày cho phép bề mặt màng luôn được làm sạch bởi dòng nước chảy ngang bề mặt, hạnchế tích tụ cặn Quá trình này đòi hỏi một đông lực khá lớn để chuyển nước đi qua bềmặt màng, động lực này thường được tạo ra bởi các bơm cao áp Áp lực tạo ra càngcao thì động lực càng lớn, màng lọc sẽ bị nén chặt dẫn đến giảm độ thấm qua màng.Khi nồng độ các dòng chất đưa vào càng cao thì đòi hỏi phải tạo ra động lực càng lớn Quá trình tách chất bởi RO được tăng thêm hiệu quả nhờ điện tích của chính cácion Điện tích ion càng lớn càng dễ bị màng giữ lại, chẳng hạn như các hợp chấtkhoáng thì dễ bị loại trừ ra khỏi dòng hơn so với các hợp chất hữu cơ không mangđiện

Hình 3.8 Lọc RO

- Tổng chất rắn hòa tan đầu ra tiêu biểu (TDS) là 20mg/l đối với nước lợ.

- Nhà máy vận hành ở nhiệt độ thường, áp suất khoảng 15-25 bar cho nước lợ.Nếu áp suất vận hành càng lớn thì lưu lượng dòng thấm càng lớn, tỉ lệ dòng thấm nướcđầu vào có thể từ 15-80%

- Khi hàm lượng TDS càng cao làm cho áp suất thẩm thấu càng cao dẫn đến ápsuất vận hành càng cao làm tăng chi phí xử lý Ngoài ra khi TDS lớn sẽ dễ gây nghẹtmàng và làm giảm tuổi thọ của màng Do đó cần có hệ thống xử lý sơ bộ để loại TDStrước khi dẫn dòng nước vào hệ thống RO

- Nhà máy RO chỉ đòi hỏi điện năng Năng lượng tiêu thụ trung bình cho nước lợ

là 1-2.5kWh/m3

c Các loại module RO phổ biến trên thị trường

 Module dạng tấm ( Plate type module )

Kiểu này được cấu tạo từ việc xếp chồng các màng và các tấm đỡ Chất lỏng cần

xử lí lưu thông giữa các màng của 2 tấm kề nhau Bề dày lớp chất lỏng từ 0.5-3 mm.Đồng thời các tấm phẳng bảo đảm hỗ trợ cơ học của màng và máng thấm lọc Sự sắpxép chủa chúng cho phép dịch chuyển song song hoặc nối tiếp Như vậy các tập hợpđơn có thể cấu tạo cho đến 50 m2 diện tích bề mặt

Với độ xiết chặt trung bình, các module có ưu điểm là dễ tháo gỡ, cũng như thaythế các màng và khi cần thiết có thể làm sạch toàn bộ Chiều dài và hình ngoằn ngoèocủa máng vận chuyển làm làm cho tổn thất tải tương đối lớn

Chế độ thuỷ động lực của dòng chảy được xác định hoàn hảo và tốc độ lưu thông

có thể đạt tới 6 m/s, khi cần một chế độ chảy rối mạnh Kiểu này không cần thiết bị lọcmịn sơ bộ chất lỏng và cũng rất dễ làm sạch.Chúng đặc biệt phù hợp cho xử lí chấtlỏng có độ nhớt lớn Nhược điểm là độ chặt nhỏ và giá thành cao

 Kiểu sợi rỗng ( Hollow Fibre module )

Hình 3.11 Kiểu sợi rỗng

Sợi rỗng được chế tạo bằng máy ép đùn qua khuôn hình Sợi có đường kính thayđổi từ vài chục micron tới vài milimet Sợi rỗng này tương tự dạng ống, màng đặt bêntrong Nhưng sợi rỗng có đường kính nhỏ hơn nhiều và kết cấu đỡ đòi hỏi rắn chắchơn Những sợi rỗng được gom lại thành bó có từ hàng nghìn đến hàng triệu sợi Độrắn chắc của bó sợi có thể đạt giá trị rất cao Dòng chất lỏng qua xử lí sẽ chảy từ bêntrong ( lớp mặt trong ) hay bên ngoài ( lớp mặt ngoài )

 Kiểu xoắn ( Spiral Wound Module )

 Hàm lượng chất rắn lơ lửng

kiểm soát hàm lượng chất rắn lơ lững trong dòng vào nhằm ngăn ngừa sự bít kín

hệ thống màng lọc, giảm số lần phải rữa lọc Các nhà sản xuất màng lọc thường địnhsẵn hàm lượng rắn lơ lững và độ đục tối đa cho phép trong dòng vào đối với mỗi thiết

bị lọc riêng biệt Đối với hệ thống RO và NF, dòng vào hầu như không được có chấtrắn lơ lững

 Vi sinh

Vi sinh bám màng lọc có thể phá huỷ màng Thêm vào đó, màng cellulose acetatecủa lọc RO và màng lọc NF có thể bị thoái hoá bởi một vài chủng vi sinh

Khử trùng bằng chlorine là phương pháp được sử dụng phổ biến Tuy nhiên, một

số loại màng như polyamide RO không thể chịu được chlorine hoặc những chất oxyhoá mạnh khác Do đó, nếu chlorine được sử dụng thì phải có hệ thống khử chlorinetrước khi nước được đưa vào hệ thống lọc

 Sắt và mangan

Nếu có sự hiện diện của sắt hay mangan hay bất kỳ kim loại nặng nào đều có khả

năng phá huỷ màng lọc Quá trình tiền xử lí có thể vận dụng để loại sắt và mangan rakhỏi dòng vào như :

sau là quá trình lọc cát

- Dùng quá trình trao đổi ion.

 Hàm lượng chất hữu cơ

Dầu, chất béo, các hydro carbon và một số các chất hữu cơ hoà tan có thể phá huỷmàng Do đó, chúng không được phép hiện diện trong dòng vào Quá trình keo tụ tạobông, lắng, làm mềm bằng vôi có thể làm giảm hàm lượng hữu cơ trước khi vào hệthống lọc Lọc bằng than hoạt tính đôi khi được sử dụng để loại chất hữu cơ hoặc khửchlorine của nước đầu vào nhưng nó có thể gây ra các bụi than hoặc làm nhiễm visinh

 pH

Mỗi loại màng lọc được thiết kế để vận hành với khoảng pH khác nhau Màngpolyamide trong lọc RO và NF chịu được khoảng pH 4-10 Trong khi đó, một số loạimàng cellulose acetate đòi hỏi pH ở mức nghiêm ngặt hơn từ 4 đến 6,4

 Nhiệt độ

nhiệt độ có thể làm biến đổi đặc điểm vật liệu và tuổi tho của màng, làm thay đổitính tan của các hợp chất vô cơ, giảm khả năng khử khoáng của màng

e Các thông số đánh giá hiệu suất làm việc của hệ thống lọc RO

 Tỉ lệ nước sạch ( Water recovery )

Phần trăm lượng nước cấp vào thành nước thành phẩm ( nước khử muối )

R c=Q p

Q f 100 %

Trong đó :

Qp : Lưu lượng nước sạch ( m3/ngày )

Qf : Lưu lượng nước vào ( m3/ngày )

Hệ thống RO thường được thiết kế với : Rc = 50-60 % cho nước lợ

Rc = 20-35% cho nước biển

 Tỷ lệ thải muối ( Rejection)

Lượng muối tổng cộng thải bỏ trong dòng đậm đặc ( dòng nước muối )

R j=(1−C p

C

f) 100 %

Trong đó :

Cp : Hàm lượng muối của dòng nước sạch

Cf : Hàm lượng muối của dòng nước vào

Hàm lượng muối được đánh giá bằng chỉ tiêu TDS hoặc độ dẫn điện ( Rj > 90%đối với nước lợ )

 Tỷ lệ muối qua màng (Overall Salt Passage)

SP= C p

C f 100 %

Thông thường, RO có :

SP = 0.5-15% đối với các ion hoá trị 1

SP = 0.05-8% đối với ion hoá trị 2

Bảng 3.2 Hiệu suất loại bỏ tạp chất của màng RO

Ammonia 85-95% Nitrate 93-96%Arsenic 94-96% Phosphate 99+%

Vi khuẩn 99+% Polyphosphate 98-99%Bicarbonat 95-96% Potassium 92%Bromide 93-96% Pyrogen 99+%Cadmium 96-98% Radioactivity 95-98%

Chloride 94-95% Selenium 97%Chromate 90-98% Silica 85-90%Chromiu 96-98% Silicate 95-97%

Ferrocyanide 98-99% Sulphate 99+%Flouride 94-96% Sulphite 96-98%

Magiê 96-98% * Insecticides 97%Mangan 96-98% * Detergents 97%

Thủy ngân 96-98% * Herbicides 97%

3.1.3 Phương pháp trao đổi ion IE (Ion Exchange)

Trao đổi ion là quá trình lý hóa trong đó các ion chuyển từ pha rắn sang pha lỏng

và ngược lại Các ion đối ở các nhóm chức mang điện trên bề mặt pha rắn sẽ trao đổivới các ion cùng dấu trong dung dịch khi tiếp xúc với pha rắn của hạt nhựa

Phân loại nhựa trao đổi ion:

 Nhựa cation axit mạnh (R-H hoặc R-Na)

Trao đổi muối trung tính thành axit tương ứng Dung dịch hoàn nguyên là HCl vàH2SO4 đối với R-H và NaCl đối với R-Na

RH + NaCl → RNa + HCl

 Nhựa cation axit yếu (R-XH)

Trao đổi muối kiềm thành axit yếu tương ứng nhưng không trao đổi với muốitrung tính (NaCl, H2SO4) Nhựa này có nhóm chức Cacboxylic và sử dụng HCl hoặc

H2SO4 để hoàn nguyên

Ca(HCO 3 ) + 2R-H → CaR 2 + 2H 2 CO 3

 Nhựa anion kiềm mạnh (R-OH hoặc R-Cl)

Chuyển hóa muối trung tính thành các bazơ mạnh tương ứng (NaCl, CaSO4) nếuhoạt động theo chu trình hydroxit Nhựa này thường có nhóm chức ammonium Dungdịch hoàn nguyên là NaOH cho chu trình OH-, NaCl cho Cl-

SO 4 2- + 2R-OH → R 2 SO 4 + 2OH

- Nhựa anion kiềm yếu (R-OH):

Trao đổi các axit khoáng tự do như HCl, H2SO4 thành nước nhưng không trao đổivới các axit phân ly yếu như H2CO3, H2Si03 Dung dịch hoàn nguyên là NaOH và dunglượng trao đổi khá lớn

Quá trình trao đổi ion thường được áp dụng cho khử cứng và khử khoáng chonước cấp nồi hơi, nước tinh khiết cho công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý cácion gây độc như NO3-, NO2- hoặc xử lý nước thải chứa các kim loại nặng như đồng(Cu), chì (Pb), kẽm (Zn), crom (Cr), và Amonia (NH3) trong công nghiệp xi mạ, hóachất để thu hồi các kim loại có giá trị kinh tế Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp này

để khử mặn sẽ không hiệu quả kinh tế bằng phương pháp thẩm thấy ngược (RO) vàđiện thẩm tích

Khử muối của nước bằng phương pháp trao đổi ion tức là lọc qua bể lọc H-cationit

và OH-anionit

Khi lọc nước qua bể lọc H-cationit, các muối hòa tan trong nước sẽ trao đổi cationvới các ion H+ và tạo ra các acid tương ứng

RH + NaCl → RNa + HCl 2RH + Na 2 SO 4 → 2RNa + H 2 SO 4 2RH + Ca(HCO 3 ) 2 → R 2 Ca +2CO 2 + 2H 2 O

Khi lọc tiếp qua bể lọc OH-anionit, các hạt anionit này sẽ trao đổi với các anioncủa các acid mạnh trong nước như Cl-, SO42- và nhả vào nước một lượng tương đươngion OH-

[An]OH + HCl → [An]Cl + 2H 2 O 2[An]OH + H 2 SO 4 → [An] 2 SO 4 + 2H 2 O

3.1.4 Phương pháp làm lạnh (Freezing Seperation_FS)

Phương pháp làm lạnh FS bao gồm hai quy trình: quy trình làm lạnh trực tiếp vàquy trình làm lạnh gián tiếp

Trong quy trình làm lạnh trực tiếp, tác nhân lạnh được trộn trực tiếp với nướcmuối Trong quy trình gián tiếp, tác nhân lạnh được tương tác với nước thông qua một

bề mặt trao đổi nhiệt Quy trình này cần sử dụng một máy nén lạnh tuần hoàn tác nhânlạnh, tác nhân này sẽ bốc hơi khi nước đóng băng và ngưng tụ khi đá tan

Các tinh thể đá tạo thành tuyết trong nước muối và được tách khỏi nước muốibằng phương pháp ly tâm Lượng đá thu được sau đó sẽ đưa vào thiết bị nóng chảy đểtạo nước ngọt Một thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng để thu lại năng lượng từ nướcngọt và làm lạnh nước muối đầu vào của mẻ sau

Bảng 3.3 Ưu nhược điểm của các phương pháp khử muối lựa chọn

Làm lạnh - Nồng độ TDS không ảnh

hưởng đến hiệu suất quá trình

- Vấn đề ăn mòn và đóng cặn rất ít

- Chi phí đầu tư cao

- Kinh nghiệm vận hành còn hạn chế

- Không phù hợp ở nơi có nhiệt

độ cao

Chưng cất - Nhà máy không cần phải

đóng cửa một bộ phận lớn để làm sạch hoặc thay thế thiết bị thường xuyên

- Chiếm nhiều diện tích

- Việc tẩy rữa cặn lắng đọng ở các bề mặt tiếp xúc rất khó khăn

Trao đổi ion - Xử lí các ion trong nước gần

như triệt để - Chi phí cao trong cả thiết kế và vận hành

- Thường xuyên phải gián đoạn

để tiến hành hoàn nguyên cột nhựa

Lọc màng RO - Không có pha chuyển tiếp

trong tách tạp chất cho phép tiến hành quá trình với chi phí năng lượng thấp

- Có thể tiến hành ở nhiệt độ

- Phát sinh hiện tượng phân cực nồng độ do sự tăng nồng độ ở bề mặt màng dẫn đến giảm năng suất, giảm mức độ phân tách các cấu tử và giảm tuổi

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ4.1 Chất lượng nước thô

Theo kết quả quan trắc chất lượng nước sông tại trạm Vàm Sát năm 2007 của Chicục Bảo vệ Môi trường Tp Hồ Chí Minh, ta có được bảng số liệu sau:

Bảng 4.1 Số liệu quan trắc nước sông Vàm Sát_Năm 2007

(1) Ta có công thức chuyển đổi từ độ dẫn điện EC (Electrical Conductivity) sang

TDS (Total dissolved Solid) như sau:

4.2 Yêu cầu thiết kế

4.2.1 Yêu cầu theo tiêu chuẩn chất lượng nước đầu ra

Nhiệm vụ cần hoàn thành của hệ thống xử lý nước nhiễm mặn này là cần phải đảmbảo chất lượng nước cấp ăn uống và sinh hoạt theo tiêu chuẩn của Bộ Y Tế Việt Nam

Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống 1329/2002/BYT/QĐ

Bảng 4.2 Chỉ tiêu cảm quan và thành phần vô cơ

4.2.2 Yêu cầu về chi phí xử lý và giá thành 1 m 3 nước

Theo số liệu tham khảo từ hệ thống xử lý nước nhiễm mặn tại Cần Giờ của tậpđoàn Đặng Đoàn Nguyễn đã chính thức đi vào hoạt động từ ngày 8/8/2008, với tổngchi phí đầu tư là 95 tỉ đồng, công suất xử lý là 5.300m3/ngày.đêm Nước sạch đượcbán cho Công ty dịch vụ công ích với giá 12.000VNĐ/m3 Tuy nhiên lượng nước nàyvẫn còn thiếu so với nhu cầu 10.000m3/ngày.đêm, do đó ngân sách thành phố hàngnăm phải trợ giá gần 50 tỉ đồng để bù giá nước và chi phí vận chuyển nước bằng xà lan

từ nội thành ra cung cấp cho người dân

Theo tình hình vận chuyển nước từ Thành phố đến địa bàn huyện cũng phải tiêutốn một khoản chi phí từ 20.000 VNĐ-50.000 VNĐ/m3 nước ngọt Do đó yêu cầu của

hệ thống đang thiết kế phải đảm bảo giá nước nhỏ hơn 15.000VNĐ/m3

4.2.3 Yêu cầu về diện tích đất sử dụng

Vì giá đất hiện nay khá cao và phải hạn chế khai thác sang phần đất ngập mặndùng cho mục đích bảo tồn và du lịch nên khi thiết kế hệ thống cần chú ý đến diện tíchđất sử dụng Nếu cần thiết nên sử dụng đất không còn có thể khai thác kinh tế để xâydựng hệ thống Do đó diện tích đất được yêu cầu ở đây là phải nhỏ hơn 650m2 (chọnkích thước bãi đất như sau dài×rộng là 32m×20m)

4.2.4 Yêu cầu về quản lý và vận hành hệ thống

Tất cả hệ thống trong dây chuyển xử lý đều hoạt động tự động, do đó cần một

Nước mặt

Hệ thu và cấp nước NaOH

4.3 Đề xuất lựa chọn công nghệ xử lý

4.3.1 Một số công nghệ xử lý nước nhiễm mặn

Hình 4.1 Sơ đồ kiểu mẫu cho hệ thống RO

Trên đây là sơ đồ tiêu biểu cho các hệ thống RO dùng xử lý nước biển, nướcnhiễm mặn cũng như nước thủy cục RO luôn cần bước tiền xử lý để tránh cho màng

RO bị nghẹt làm chất lượng nước kém và cũng làm giảm tuổi thọ màng

Bước 1: Tiền xử lý bằng các phương pháp truyền thống như lắng, lọc thô hoặc lọcmàng và lọc tinh

Bước 2: Sử dụng màng lọc RO với bơm áp suất cao để khử muối

Bước 3: Ổn định hóa nước sau lọc bằng các phương pháp như điều chỉnh hóa chất,khử trùng …vv

Công nghệ xử lý nước nhiễm mặn Cần Giuộc cấp cho khu dân cư với công suất

100m3/ngày.đêm (Viện MT và TN-Trung tâm công nghệ Môi trường CEFINEA)

33

Bể lắng vách nghiêng

Bồn lọc tinh 5µm

Bể tạo bông

Bồn lọc áp lực Bơm áp lực

Thuyết minh công nghệ:

Nước mặt từ sông qua công trình thu nước, sau đó được bơm trực tiếp vào bể keo

tụ Bể keo tụ có tác dụng làm kết dính các chất rắn lơ lửng trong nước Từ bể keo tụnước được chảy thủy lực vào bể tạo bông Bể tạo bông có tác dụng kết hợp các chấtkeo tụ ở dạng kích thước nhỏ thành các hạt bông kích thước lớn tạo điều kiện thuận lợicho quá trình lắng

Tiếp đó nước tự chảy qua bể lắng Các chất bẩn hữu cơ tồn tại ở trạng thái lơ lửng

sẽ kết tủa và lắng xuống đáy bể dưới tác dụng của trọng lực Lượng chất bẩn này sẽđược định kỳ xả bỏ

Nước sau lắng tự chảy vào bể chứa trung gian Từ bể chứa này, nước được bơmqua bồn lọc áp lực Bể lọc này có tác dụng giữ lại những cặn bẩn, các chất rắn lơ lửngkhó lắng ở bể lắng Sau đó nước tự chảy tiếp vào bồn lọc tinh 5µm và chảy tiếp vàobồn chứa nước

Tiếp đó nước được bơm vào hệ thống lọc RO, hệ thống này sẽ loại bỏ ion Cl- làtác nhân gây ra độ mặn trong nước.Nước sau quá trình lọc thẩm thấu ngược sẽ tự chảy

vào bề chứa thành phẩm

Nhà máy khử mặn Tajura được xây dựng năm 1983 với công suất10.000m3/ngày.đêm Nhà máy Tajura khử mặn bằng công nghệ RO ( SWRO –Seawater Reverse Osmosis ) với mục đích cung cấp nước chất lượng cao cho ăn uống

và một số ngành công nghiệp Hệ thống xử lí được chia thành 3 phần : Công trình thunước biền, các công trình tiền xử lí ( pretreament ), 2 giàn lọc màng RO chia thành 2cụm riêng biệt

Hình 4.2 Sơ đồ công nghệ nhà máy khử mặn Tajura

Bảng 4.3 Chất lượng nước vào và ra hệ thống

Thành phần Nước biển ( mg/l ) Nước sau xử lí ( mg/l )

Calcium Ca2+

Magnesium Mg2+

Sodium Na+

4551.42711.600

0067

 Công trình thu : Nước biển từ Địa trung hải được bơm qua hai ống chìm đến bể

chứa 1 920 m3 Sau đó, nước được bơm đến khu tiền xử lí bằng 3 bơm chìm ( 2 bơmhoạt động, 1 bơm dữ trữ )

 Tiền xử lí: Vai trò của tiền xử lí là khử nước biển đến chất lượng có thể chấp

nhận được cho hệ thống RO xử lí tiếp Tiền xử lí bao gồm các công trình chính sau:

 Hệ thống lọc RO: Nhà máy SWRO bố trí 2 giai đoạn lọc RO riêng biệt để tạo

10000 m3/ngày nước sạch với chất lượng cao ( TDS < 200mg/l) Giai đoạn 1 gồm 4cột RO hoạt động song song Mỗi cột có 99 ống lọc Mỗi ống lọc chứa chứa 6 màng

RO kiểu xoắn Tỷ lệ nước sạch tại nhà máy là 30%

4.3.2 Công nghệ đề xuất cho khu du lịch Vàm Sát-Cần Giờ

Sơ đồ công nghệ: cấp nước ăn uống sinh hoạt 1329/2002

Thuyết minh công nghệ:

Nước từ sông Vàm Sát được bơm vào bể chứa trung gian nhằm điều hòa hàmlượng SS, độ mặn, lượng ion hòa tan, hàm lượng vi sinh, độ màu, chất hữu cơ…vv củanước sông Từ bể chứa nước được bơm vào bể phản ứng kết hợp lắng vách ngăn đểlàm giảm hàm lượng cặn lơ lửng trong nước Trên đường bơm đến ngăn phản ứng tạo

Nước rửa lọc

Bùn cặnNước mặt

Bồn trung gian

Bồn lọc áp lực

Bể phản ứng kết hợp lắngTrạm bơm

Bồn lọc than hoạt tínhMương thải bỏ

Bồn lọc tinh 5µm

Hồ chứa

Dung dịch phèn

Polymer

Bồn lọc tinh 10µm

bông ta châm dung dịch phèn trực tiếp vào nước qua ống trộn để hòa trộn nước và hóachất Để gia tăng sự kết dính của các hạt cặn trong nước ta dùng thêm Polymer trợ keođược châm vào ngăn phản ứng của bể Sau đó nước ở ngăn lắng tự chảy qua bồn chứatrung gian, từ đây ta dùng bơm áp lực để bơm nước vào bồn lọc áp lực, bồn này cónhiệm vụ giữ lại các cặn nhỏ khó lắng trong ngăn lắng Bồn lọc cần được kiểm tra vàrửa lọc định kỳ Nước từ đây chảy tiếp qua bồn lọc than hoạt tính để khử màu, mùi,tiếp theo là bồn lọc tinh 10µm và 5 µm nhằm bảo vệ màng lọc RO phía sau Kế đến làbồn chứa trung gian để tạo lưu lượng ổn định trước khi lọc qua RO Sau khi lọc RO,nước cần được khử trùng bằng Clo nhằm tạo dư lượng Clo như chất lượng nước thủycục và tạo cảm giác an toàn cho người sử dụng

Khử trùng bằng Clo

Bể chứa

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2008

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH

ĐƠN VỊ5.1 Công trình thu

5.1.1 Lưu lượng cần lấy mỗi ngày

Trạm xử lý có nhiệm vụ cung cấp toàn bộ lượng nước cung cấp cho khu du lịchVàm Sát-Cần Giờ với công suất 60 m3/ngày.đêm

Như ta đã biết, hệ thống RO được thiết kế với phần trăm lưu lượng nước lợ cấpvào thành nước ngọt Rc = 50-60 % Chọn tỷ lệ nước sạch qua RO là 50% Vậy lưulượng cần lấy vào hệ thống mỗi ngày là:

600,5 = 120 m3/ngày.đêmNgoài ra còn cần thêm lượng nước phục vụ cho việc rửa bồn lọc và bế lắngkhoảng 5% lượng nước cấp vào

(Được phép lấy thêm 5- 10% tổng lưu lượng cấp ăn uống và sinh hoạt

TCXD 33-2006).

Vậy lưu lượng cần lấy vào mỗi ngày là:

120 + 120 × 0,05 = 126 m3/ngày.đêm

5.1.2 Tiến hành thu nước

Việc thu được tiến hành khá đơn giản, chỉ cần đặt đầu hút của máy bơm tại điểmcần lấy nước và tiến hành bơm nước

Mép dưới cửa thu nước phải đặt cao hơn đáy sông hồ tối thiểu 0,5m Mép trên củacửa thu hay của các công trình đặt ngập thì phải đặt thấp hơn lòng trũng của sóng

0,3m.(Nguồn: TCXD 33-2006).

Xung quanh đầu thu nước có bố trí lưới chắn rác làm bằng các thanh thép có kíchthước ô lưới 4mm × 4mm, đường kính thép 1mm để giữ lại cặn, rong rêu có kíchthước nhỏ với mục đích là bảo vệ bơm và đường ống Lưới chắn này phải được kiểm

tra thường xuyên để ngăn chặn sự cố bít đầu ống hút và gây nghẹt đường ống dẫn vàocông trình tiếp nhận phía sau.

5.1.3 Tính toán đường ống bơm

Lưu lượng cần bơm mỗi ngày là 130m3/ngày.đêm hay 11m3/h (một ngày làm việc

2 lần, mỗi lần 6 tiếng vào lúc thủy triều kém, tránh hàm lượng cặn cao và độ mặn caolúc triều cường) Chọn bơm có lưu lượng 12 m3/h, và sử dụng 2 bơm

1,0 – 1,51,2 – 1,81,9 – 3,0

(Nguồn: Cấp nước đô thị_Nguyễn Ngọc Dung_Đại học Kiến Trúc Hà Nội).