Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn trên cơ sở công nghệ lọc nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền trung việt nam

NGUYỄN THỊ THANH THỦY BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI YZYZ NGUYỄN THỊ THANH THỦY KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM MẶN TRÊN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ LỌC NANO PHỤC VỤ CẤP NƯỚC VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG KHÓA 2009 - 2010 Hà Nội – Năm 2011 Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cùng với gia tăng dân số nhu cầu dùng nước trình phát triển kinh tế - xã hội Việt Nam tăng mạnh Trong tài nguyên nước mặt phân bố không lãnh thổ biến đổi mạnh theo thời gian làm cho tình trạng thiếu nước xảy nhiều nơi, vùng núi cao đồng ven biển, hải đảo Đồng thời việc sử dụng nước đất không hợp lý gây sụt lún đất, hạ thấp mực nước ngầm số nơi, trình xâm nhập mặn gia tăng phổ biến nhiều vùng ven biển, ảnh hưởng tới tầng chứa nước Thêm vào lượng mưa giảm đáng kể Việt Nam thập kỷ tới hàng triệu người phải chịu tác động tình trạng thiếu nước ngày gia tăng Biến đổi khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề nước Biến đổi khí hậu tượng trái đất nóng lên dẫn đến tình trạng khô hạn kéo dài, sông ngòi cạn nước, bão lũ xuất thường xuyên với cường độ mạnh hơn, nhiều vùng trũng dễ bị ngập nước biển, … làm cho nước biển dễ dàng xâm nhập sâu vào đất liền khiến cho trình mặn hóa diễn nhanh chóng nghiêm trọng, đặc biệt dòng sông nước trở thành sông nước lợ Những ngày khô hạn mùa hè, trận mưa dội mùa mưa nguồn nước bị nhiễm mặn làm cho nguồn nước ngày khan Việt Nam nằm dọc theo bờ biển Đông Thái Bình Dương, với bờ biển kéo dài 3200 km nên khu vực duyên hải ven biển nước ta có nguy ngày khan nguồn nước nên cần thiết phải nghiên cứu giải pháp cấp nước khác nhằm đảm bảo nhu cầu sử dụng nước thiết yếu người dân tương lai Dựa nhu cầu thực tế, dựa sở khoa học nghiên cứu thành công, đồng ý Viện Khoa học Công nghệ Môi trường Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Đặng Xuân Hiển, chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -1- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 vùng duyên hải miền Trung Việt Nam” cho luận văn tốt nghiệp cao học ngành Kỹ thuật môi trường MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Mục đích nghiên cứu ƒ Lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước lợ ứng dụng công nghệ màng ƒ Tính toán thiết kế công trình dây chuyền công nghệ xử lý ƒ Thực vẽ kỹ thuật công trình tính toán Đối tượng nghiên cứu: Nước sông bị nhiễm mặn nhẹ (nước lợ) Phạm vi nghiên cứu ƒ Giới thiệu công nghệ xử lý nước mặt sử dụng nước giới ƒ Nghiên cứu sở lý thuyết trình lọc màng ƒ Lựa chọn tính toán thiết kế công nghệ dây chuyền xử lý nước lợ ƒ Vẽ vẽ kỹ thuật Đóng góp Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc màng nano cho xử lý nước nhiễm mặn với hiệu xử lý chi phí chấp nhận Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học Xây dựng phương pháp luận phát triển công nghệ xử lý nước nhiễm mặn với chi phí thấp, hiệu suất cao thân thiện với môi trường góp phần giải vấn đề khan nước cho vùng ven biển, đặc biệt vùng duyên hải miền Trung Việt Nam Ý nghĩa thực tiễn Lựa chọn dây chuyền công nghệ cụ thể xử lý nước nhiễm mặn công nghệ lọc màng nano ứng dụng cho vùng bị nhiễm mặn khan nước Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -2- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI Nước nhu cầu thiết yếu người người dùng nhiều biện pháp khác để xử lý nước đảm bảo nhu cầu sử dụng Nhìn chung coi trình xử lý nước nhằm hướng tới mục đích: đảm bảo cho chất lượng nước tới người sử dụng đạt yêu cầu an toàn mặt hóa học, lý học vi sinh, hấp dẫn (hoặc chấp nhận được) người sử dụng, có tính ổn định Đối với nước mặt, yếu tố sau cần quan tâm hàng đầu trình xử lý: chất lơ lửng chất keo, rong tảo vi sinh vật, chất hòa tan, Các trình xử lý nước chia làm hai nhóm: nhóm công nghệ truyền thống nhóm công nghệ không truyền thống I.1 CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN THỐNG Phương pháp xử lý nước mặt truyền thống bao gồm công đoạn chính: làm trong, diệt khuẩn, loại bỏ màu, mùi, vị lạ có trình ổn định nước Cụ thể mô tả sơ đồ sau: Công trình thu + Trạm bơm cấp I Hồ sơ lắng Chất keo tụ Keo tụ Tạo Bể lắng Bể lọc Chất khử trùng Bể chứa nước Trạm bơm cấp Mạng phân phối Hình 1.1 Dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt theo phương pháp truyền thống Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -3- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 Thuyết minh sơ trình dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt theo phương pháp truyền thống sau: I.1.1 Hồ sơ lắng Lắng phương pháp đơn giản thường dùng để tách cặn trình xử lý nước Đối với nước mặt có hàm lượng cặn cao (>2500mg/l) thường phải sử dụng hồ sơ lắng Hồ sơ lắng có vai trò: - Tách hạt cặn có kích thước lớn, nâng cao chất lượng nước đầu vào công đoạn xử lý tiếp theo, đảm bảo công đoạn đạt hiệu tốt, bảo vệ thiết bị xử lý Cụ thể như: giảm lượng hóa chất sử dụng cho keo tụ, giảm dung tích vùng chứa cặn bể lắng, giảm bớt cặn nặng gây khó khăn cho việc xả cặn,… - Các trình làm tự nhiên xảy khử bớt phần chất ô nhiễm, trình xử lý rong tảo nước - Điều hoà lưu lượng dòng chảy từ nguồn nước vào lưu lượng tiêu thụ trạm bơm nước thô đem cấp cho nhà máy xử lý nước, đảm bảo cho nhà máy nước hoạt động ổn định an toàn I.1.2 Quá trình keo tụ Trong nước sông nói riêng nước mặt nói chung thường chứa hạt cặn có nguồn gốc, thành phần kích thước khác Đối với loại cặn dùng biện pháp xử lý học lắng, lọc loại bỏ cặn có kích thước >10-4mm, hạt có kích thước 50 mg/l khả khử trùng giảm mạnh) nên cần có biện pháp tiền xử lý để loại bỏ hết độ màu, độ đục, … I.2.3 Công nghệ màng [5] Những màng có độ dày mỏng (từ vài µm đến vài trăm µm) ngày ứng dụng rộng rãi kỹ thuật xử lý nước khả loại bỏ gần tất tạp chất nước chất huyền phù, chất keo, chất hữu nhũ, chất hữu tan, ion có kích thước nhỏ, vi trùng, vi khuẩn, … Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -9- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 IPCaSO4 xác định theo công thức: 1 Trong đó: : hàm lượng dòng vào, = 55 (mg/l) = 1,375.10-3 (mol/l); : hàm lương dòng vào, = 210 (mg/l) = 2,19.10-3 (mol/l); R: tỷ lệ thu hồi, R = 0,6 1,375 10 1 0,6 2,19 10 1 0,6 0,19 10 Với giá trị lực ion dòng nồng độ Ic = 0,115 dựa vào biểu đồ hình 2.6 (trang 39-DOW manual) xác định Ksp = 3,3.10-4 Có thể nhận thấy IPCaSO4 < Ksp nên không cần điều chỉnh để ngăn chặn cáu cặn CaSO4 − Tiềm gây cáu cặn BaSO4: BaSO4 hợp chất khó tan muối sunphat kim loại kiềm thổ Khi có mặt nước dễ dàng bị kết tủa với lượng lớn lớn hoạt động chất xúc tác cho kết tủa tạo cặn canxi sunphat stronti sunphat BaSO4 thường có mặt hầu hết nguồn nước thiên nhiên hàm lượng tạo kết tủa dòng vào Vì để tránh tượng cáu cặn hàm lượng bari dòng vào nên mức < 15 g/l nước biển, < g/l nước lợ trường hợp có điều chỉnh axit sunphuric hàm lượng bari nước lợ nên < g/l Cũng tương tự kiểm tra khả gây cáu cặn CaSO4, để xem xét tiềm gây tắc màng BaSO4 cần so sánh hai giá trị: IPBaSO4 Ksp 1 Trong đó: : hàm lượng dòng vào, = (mg/l) = 0,022.10-3 (mol/l); : hàm lương dòng vào, = 210 (mg/l) = 2,19.10-3 (mol/l); R: tỷ lệ thu hồi, R = 0,6 Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -109- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 0,022 10 1 0,6 2,19 10 1 0,6 0,3 10 Với giá trị lực ion dòng nồng độ Ic = 0,115 dựa vào biểu đồ hình 2.7 (trang 42-DOW manual) xác định Ksp = 1,1.10-9 Có thể nhận thấy IPBaSO4 > Ksp nên cặn BaSO4 xuất cần phải điều chỉnh để ngăn chặn cáu cặn BaSO4 Kiểm soát cặn BaSO4 : loại bỏ phần hoàn toàn cặn bari sunphat cách làm mềm nước (cho qua cột trao đổi ion, làm mềm vôi vôi cộng soda) hay bổ sung hóa chất chống cáu cặn − Tiềm gây cáu cặn SrSO4: Tiềm gây tắc màng SrSO4 xem xét thông qua việc so sánh hai giá trị: IPSrSO4 Ksp 1 Trong đó: : hàm lượng dòng vào, = 0,5 (mg/l) = 5,7.10-6 (mol/l); : hàm lương dòng vào, = 210 (mg/l) = 2,19.10-3 (mol/l); R: tỷ lệ thu hồi, R = 0,6 5,7 10 1 0,6 2,19 10 1 0,6 0,078 10 Với giá trị lực ion dòng nồng độ Ic = 0,115 dựa vào biểu đồ hình 2.8 (trang 43-DOW manual) xác định Ksp = 2,8.10-6 Có thể nhận thấy IPSrSO4 < Ksp nên không cần điều chỉnh để ngăn chặn cáu cặn SrSO4 − Tiềm gây cáu cặn CaF2: Nếu hàm lượng canxi nước cao nồng độ flo nước khoảng 0,1 mg/l có khả tạo cặn CaF2 Việc tính toán tiềm tạo cặn CaF2 dựa vào việc so sánh hai giá trị IPCaF2 Ksp 1 1 Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -110- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 Trong đó: = 55 (mg/l) = 1,375.10-3 (mol/l); : hàm lượng dòng vào, = 0,7 (mg/l) = 0,037.10-3 (mol/l); : hàm lượng dòng vào, R: tỷ lệ thu hồi, R = 0,6 1,375 10 1 0,6 0,037 10 1 0,6 0,29 10 Với giá trị lực ion dòng nồng độ Ic = 0,115 dựa vào biểu đồ hình 2.9 (trang 44-DOW manual) xác định Ksp = 1,6.10-10 Có thể nhận thấy IPCaF2 < Ksp nên không cần điều chỉnh để ngăn chặn cáu cặn SrSO4 − Tiềm gây cáu cặn Silica: Trong nước thiên nhiên silic đioxit SiO2 thường xuất với nồng độ khoảng 100 (mg/l), dạng phổ biến Silica meta Silicic axít (H2SiO3)n (với n nhỏ) Axít silicic axít yếu nên phần lớn chúng tồn dạng không phân ly pH trung tính thấp Ở nồng độ bão hòa axít Silicic tiếp tục polyme hóa để hình thành dạng keo Silica không tan silica gel, tác nhân gây cáu cặn bám vào màng Nồng độ tối đa cho phép silic đioxit dòng nồng độ phụ thuộc vào độ hòa tan SiO2 Tiềm gây cáu cặn silica dòng vào khác với dòng nồng độ pH có tác động đáng kể tới khả tạo cặn: pH vượt pH trung tính axít silicic phân ly thành anion silicat , anion kết hợp với canxin, magie, sắt, mangan tạo thành dạng silicat không tan Trong dòng nồng độ có gia tăng nồng độ silica pH so với dòng vào Dựa vào kết tính toán sơ từ phần mềm ROSA tiềm gây cáu cặn silica xác định sau: • Hàm lượng silica dòng nồng độ: SiO2c = 5,5 (mg/l); • pH dòng nồng độ: pHc = 8,2; • Độ tan silica nhiệt độ 27 oC: xác định dựa vào biểu đồ hình 2.10 (trang 47 manual), T = 27 oC SiO2temp = 132 (mg/l); Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -111- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 • Hệ số điều chỉnh pH: từ biểu đồ hình 2.11 (trang 48 manual) xác định hệ số điều chỉnh pH tương ứng với giá trị pH = 8,1 KpH = 1,25; • Tính toán độ tan silica theo hệ số điều chỉnh pH: SiO2corr = KpH SiO2temp = 1,25 132 = 165 (mg/l) So sánh hai giá trị SiO2c SiO2corr thấy SiO2c < SiO2corr nên không cần điều chỉnh để ngăn chặn cáu cặn silica gây Nhãn: SYSTEM CONFIGURATION Cửa sổ phần mềm cho phép thiết kế cấu hình hoạt động cụ thể hệ thống màng, bao gồm: “No.Passes” : số bậc dòng thấm, thông thường màng RO dòng thấm khỏi hệ thống màng thứ mà chưa đạt yêu cầu hay vấn đề an toàn dòng thấm đưa tiếp vào hệ thống màng tiếp theo, số bậc ≥ Đối với màng NF90 có khả loại bỏ muối cao, hàm lượng TDS đầu vào không cao lưu lượng nước cần xử lý nhỏ nên chọn “No.Passes” = 1; “Current Pass” : Pass hành để thiết kế nên “Current Pass” = 1; “Stages in Pass” : số bậc dòng nồng độ Pass, lựa chọn “Stages in Pass” = 1; “Fouling Factor” : hệ số tắc màng, với hệ thống làm việc lâu dài thường “Fouling Factor” < 1, lưu lượng dòng thấm qua màng lớn hệ số tắc màng tăng màng nhanh chóng bị đóng cặn, màng NF thường chọn “Fouling Factor” < 0,9, chọn “Fouling Factor” = 0,88; “Operating Temp” : nhiệt độ hoạt động hệ thống, lấy nhiệt độ nước vào hệ thống “Operating Temp” = 27 oC; “Feed Flow” : công suất đầu vào hệ thống màng “Feed Flow” = 150 m3/ngàyđêm; “Pass Conc to Pass Feed” : lưu lượng dòng nồng độ tuần hoàn lại đầu vào hệ thống, khỏi hệ thống màng dòng nồng độ với áp suất cao đưa trở lại đầu vào: “Pass Conc to Pass Feed” = 70 m3/ngàyđêm; Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -112- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 “Stage in Pass” : bậc hành để thiết kế, hệ thống có bậc nên “Stage in Pass” = Stage “Feed Pressure” : áp suất bơm đặt vào hệ thống màng, áp suất cao dòng thấm qua màng tăng đồng thời làm tiêu tốn nhiều lượng đòi hỏi bơm có công suất cao, áp lực đầu vào tăng cao dòng thấm tăng theo dễ vượt giới hạn thu hồi cực đại mà nhà sản xuất quy định cho lõi màng RNFmax = 15%, chọn “Feed Pressure” = bar; “Boost (2-pass)” : áp suất nâng lên bậc bậc hệ thống có nhiều bậc, hệ thống bậc mặc định “Boost (2-pass)” = Calc; “Back Pressure” : áp suất dòng thấm ngược (Permeate back pressure) Trong trình vận hành hệ thống màng, áp suất dòng vào dòng nồng độ cao so với áp suất dòng sản phẩm, nhiên trường hợp hệ thống màng bị ngừng hoạt động lý điện, cố bất ngờ hay bảo dưỡng màng, … áp lực ngược dòng thấm tác động trở lại làm phá hủy màng, để đảm bảo an toàn áp lực cần khống chế với giá trị không vượt 0,3 bar (5psi) Các van xả sử dụng để điều chỉnh áp suất ngược dòng thấm Ở với áp suất đầu vào nhỏ chọn “Back Pressure” = 0,1 bar; “Pressure vessels in each stage” : số lượng vỏ chịu áp, “Pressure vessels in each stage” = 4; “Elements in each vessel” : số lượng lõi màng vỏ chịu áp, “Elements in each vessel” = 6; “Pump Efficiency” : hiệu suất bơm, “Pump Efficiency” = 80 %; “Products” : lựa chọn màng sử dụng, phần mềm ROSA cung cấp thư viện bao gồm chủng loại màng khác thuận tiện cho việc lựa chọn dạng phù hợp nhất, theo lựa chọn màng NF90-4040 phù hợp để khử muối nguồn nước chọn Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -113- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 Hình 2.4 Nhãn System Configuration Hình 2.5 Các chủng loại màng NF tích hợp phần mềm Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -114- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 Nhãn: REPORT Mô hình đưa kết tính toán phần mềm Cụ thể sau: ™ Cấu hình dòng: Trong đó: Bảng 2.1 Kết chạy phần mềm: thông số thành phần dòng STT dòng Lưu lượng Tên dòng Dòng vào hệ thống màng trước kết hợp với dòng tuần hoàn (Q) Dòng vào hệ thống màng sau kết hợp với dòng tuần hoàn Áp suất (m /ngàyđêm) (bar) 150 0,00 220 6,00 70 4,22 Dòng tuần hoàn (QRec) Dòng nồng độ (QC) 129,9 4,22 Dòng thải (QW) 59,9 4,22 Dòng thấm (QP) 90,1 - ™ Thông số vận hành hệ thống: Kết tóm tắt điều kiện vận hành hệ thống màng phần mềm tổng kết sau: Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -115- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 Hình 2.6 Kết chạy phần mềm ROSA: Thông số vận hành hệ thống Cụ thể: Bảng 2.2 Kết chạy phần mềm: thông số vận hành hệ thống Thông số Công suất nhà Giá trị Thông số 150 Cường độ thấm (m3/ngày) máy Dòng tuần hoàn Áp suất bơm đặt vào hệ thống Điều chỉnh hóa chất Số lượng lõi màng Tổng diện tích màng trung bình 70 Nhiệt độ hoạt động (m /ngày) 6,00 (bar) Dòng thấm Tỷ lệ thu hồi hệ Không thống màng 24 Tiêu tốn lượng Giá trị 20,54 (l/m2.h) 27 oC 90,11 (m3/ngày) 60,07 % 0,51 (kWh/m3) 182,83 (m2) Nhận xét: − Với đầu mong muốn 90 m3/ngày sử dụng màng NF90-4040 có diện tích lõi màng 7,618 m2/lõi với số lượng lõi màng cần thiết 24 lõi tỷ lệ Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -116- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 thu hồi 60% với lưu lượng tuần hoàn 70m3/ngày yêu cầu lưu lượng nước nguồn đầu vào cần thiết 150 m3/ngày; − Áp suất tối ưu vận hành hệ thống màng bar, cần bơm có công suất N = 1,91kW; ™ Chi tiết thông số hoạt động lõi màng vỏ chịu áp: Hệ thống màng có vỏ chịu áp, trình xảy vỏ chịu áp Mỗi vỏ chịu áp chứa lõi màng với áp suất dòng vào, lưu lượng dòng vào, lưu lượng dòng thấm, tỷ lệ thu hồi, … lõi màng khác nhau, chi tiết sau: Hình 2.7 Kết chạy phần mềm ROSA: Chi tiết thông số hoạt động lõi màng Cụ thể: Bảng 2.3 Kết chạy phần mềm: thông số hoạt động lõi màng STT Dòng vào lõi lõi (m /ngày) TDS dòng vào lõi (mg/l) Áp suất vào Dòng thấm TDS dòng thấm Tỷ lệ thu lõi (bar) qua lõi qua lõi hồi (%) Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -117- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 55,0 3164,15 5,66 5,6 180,48 10 49,4 3502,27 5,33 4,47 228,23 10 44,66 3849,15 5,05 3,96 288,63 40,70 4195,67 4,80 3,29 364,23 37,41 4532,32 4,59 2,71 457,62 34,7 4850,37 4,39 2,23 570,19 Nhận xét: − Áp suất giảm từ đầu vào đến đầu vỏ chịu áp: ∆ ∆ 5,66 4,39 1,27 nằm giới hạn cho phép từ 0,3 bar, áp suất qua lõi màng giảm xuống cách ổn định từ lõi số đến lõi số nên dòng thấm qua lõi màng giảm cách đặn − Tỷ lệ thu hồi trung bình lõi màng là: RNF = 8,3% ; − TDS dòng vào lõi màng tăng dần từ đầu đến cuối vỏ chịu áp nồng độ chất hòa tan ngày tăng, dòng chất lỏng ngày đặc hơn; − TDS dòng thấm qua lõi màng tăng dần từ đầu đến cuối vỏ chịu áp TDS dòng vào ngày tăng ™ Tính toán hiệu suất xử lý: Màng NF giữ lại thành phần hòa tan nước nguồn, kết xử lý màng NF phần mềm tổng kết sau: Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -118- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 Hình 2.8 Kết chạy phần mềm: Kết xử lý ion Cụ thể: Bảng 2.4 Kết chạy phần mềm: Kết hiệu suất xử lý ion Nồng độ TT Thông nước số nguồn (mg/l) Nồng độ Nồng độ Nồng độ QCVN-01 Hiệu suất dòng vào sau dòng dòng 2009/BYT xử lý tuần hoàn (mg/l) thải (mg/l) thấm (mg/l) (%) NH4+ 0,83 1,03 1,47 0,41 50,60 K+ 180 251,24 402,37 33,40 - 81,44 + 430 601,79 966,29 76,40 200 82,23 2+ 130 189,34 315,03 8,15 - 93,73 2+ 55 80,13 133,37 3,39 - 93,84 2+ 0,5 0,73 1,21 0,03 - 94,0 4,37 7,28 0,18 0,7 94,0 1,42 2,93 6,78 < 0,001 - > 99,9 159 228,65 374,91 12,54 - 92,11 1,16 1,22 1,34 1,04 50 10,34 1055 1487,23 2403,63 166,32 250 - 300 84,24 Na Mg Ca Sr Ba2+ CO32- HCO3 - - 10 NO3 11 Cl - 12 - F 0,7 0,96 1,52 0,16 1,5 77,14 13 SO42- 210 309,49 520,13 5,86 250 97,21 Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -119- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 14 SiO2 3,5 5,03 8,27 0,36 - 89,71 15 CO2 2,61 2,92 4,08 3,14 - - 16 TDS 2230,12 3164,15 5143,64 308,24 1000 86,18 17 pH 7,8 7,88 7,91 6,73 6,5 – 8,5 Nhận xét: − Hiệu suất loại bỏ ion hóa trị I: nhận thấy màng NF90-4040 có khả xử lý phần lớn ion hóa trị I với hiệu suất cao, 70% ion K+, HCO3-, F- Riêng ion Na+ Cl- nước nguồn có hàm lượng cao vượt giá trị cho phép theo QCVN01:2009/BYT sau xử lý màng NF giảm xuống đạt yêu cầu theo QCVN01:2009/BYT, từ 430 mg/l xuống 76,4 mg/l Na+ (hiệu suất 82,23%), từ 1055 mg/l xuống 166,32 mg/l Cl- (hiệu suất xử lý 84,24%) Đối với hợp chất nitơ màng NF90-4040 có khả xử lý mức trung bình, khoảng 50% NH4+ 10% NO3-; − Hiệu suất xử lý ion hóa trị II: màng NF90-4040 có khả xử lý ion hóa trị II cao, 93% ion Ca2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, 97% ion CO32- SO42-; − Hiệu suất xử lý TDS: hàm lượng TDS nước nguồn cao giá trị cho phép theo QCVN01:2009/BYT, sau lọc qua màng NF90-4040 hàm lượng TDS giảm từ giá trị 2230,12 mg/l xuống 308,24 mg/l, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu QCVN01:2009/BYT Hiệu suất xử lý TDS màng NF904040 cao = 86,18% Như với chất lượng nước đầu vào nhiễm mặn sau qua hệ thống màng NF90-404 đầu hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn nước sinh hoạt với lượng tiêu tốn hệ thống 0,51 kWh/m3 nước Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -120- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 Phụ lục 3: HƯỚNG DẪN LỰA CHỌN HÓA CHẤT VỆ SINH MÀNG NF THEO DẠNG CẶN TƯƠNG ỨNG Hóa chất sử dụng cho trình vệ sinh màng NF chọn sau theo khuyến nghị nhà sản xuất: Bảng 3.1 Lựa chọn dung dịch làm tương ứng với dạng cặn bẩn cụ thể STT Chất gây nhiễm bẩn Dung dịch làm Dung dịch tắc màng bình thường làm sâu 4 Không hoặc Canxi cacbonat canxi sunfat, bari sunfat, stronti sunfat Oxít/ hydroxit kim loại (Fe, Mn, Zn, Cu, Al) Cặn vô dạng keo Hỗn hợp cặn vô cơ/hữu dạng keo Polyme hóa silica Các yếu tố sinh học: vi khuẩn, nấm, … NOM Giải thích: Dung dịch 1: dung dịch axít citric (C6H7O8) 2%, hoạt động hiệu pH thấp Axít citric hiệu việc loại bỏ cặn vô (như cacbonat canxi, canxi canxi sunphat, bari sunphat, stronti sunphat), ôxit/hydrôxit kim loại (như sắt, mangan, niken, đồng, kẽm) keo vô Axít thường có sẵn dạng bột Dung dịch 2: dung dịch hỗn hợp dung dịch Natri tripolyphotphat – STPP (Na5P3O10) nồng độ 2% dung dịch Na-EDTA 0,8% (muối natri axit ethylaminediaminetetraacetic) hoạt động hiệu pH cao (pH = 10) Dung dịch Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -121- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 hiệu việc loại bỏ cặn canxi sunphat cặn hữu có nguồn gốc tự nhiên STPP có chức tác nhân chelat vô có tính tẩy rửa Còn Na-EDTA lại tác nhân chelat hữu có khả loại bỏ tốt cation hóa trị hai, ba ion kim loại Cả hai hóa chất có dạng bột Dung dịch 3: dung dịch hỗn hợp dung dịch Natri tripolyphotphat – STPP (Na5P3O10) nồng độ 2% dung dịch Na-DDBS (C6H5(CH2)12SO3Na) nồng độ 0,025% hoạt động hiệu pH cao (pH = 10) Dung dịch có hiệu việc làm màng bị nhiễm bẩn nặng cặn hữu có nguồn gốc tự nhiên Na-DDBS có chức chất tẩy rửa anion Dung dịch 4: dung dịch axít HCl 0,5% làm pH thấp (pH = 2,5) Dung dịch hiệu việc loại bỏ cặn vô (như cacbonat canxi, canxi sunphat, bari sunphat, stronti sunphat), ôxit/hydrôxit kim loại (như sắt, mangan, niken, đồng, kẽm) keo vô Khi sử dụng dung dịch trình làm diễn khắc nghiệt trường hợp sử dụng dung dịch axít HCl axít mạnh Axít thường có sẵn dạng dung dịch Dung dịch 5: dung dịch Natri hydrosunphit (Na2S2O4) 1,0% làm pH thấp (thông thường pH = không cần điều chỉnh pH) Dung dịch hiệu việc loại bỏ cặn ôxít hydrôxit kim loại (đặc biệt cặn sắt) có tác dụng với canxi sunphat, bari sunphat, stronti sunphat Na2S2O4 chất khử mạnh có sẵn dạng bột Dung dịch 6: dung dịch hỗn hợp dung dịch NaOH 0,1% dung dịch SDS (Natri dodecylsulfate) làm pH cao (pH = 11,5) Dung dịch có tác dụng loại bỏ cặn hữu tự nhiên, cặn dạng keo có nguồn gốc vô hay hữu tác nhân sinh học (nấm, mốc, màng sinh học, …) SDS chất tẩy rửa có bề mặt anion nên tạo bọt trình sử dụng SDS tác nhân làm sâu điều cần lưu ý sử dụng không vượt pH tối đa nhiệt độ giới hạn Dung dịch 7: dung dịch NaOH 0,1% làm pH cao (pH = 11,5), dung dịch có hiệu trình loại bỏ silica polyme hóa Đây giải pháp làm sâu sử dụng không vượt pH tối đa nhiệt độ giới hạn Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -122- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 · Kp, d, p, : hệ số đặc trưng cho tính chất cặn µ: độ nhớt động học nước v: vận tốc lọc L: chiều dày màng lọc Viện Khoa học Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -123- .. .Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN... 38681686 -16- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 : hệ số đặc trưng... -20- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009 Độ thấm màng kết hợp