Ứng dụng công nghệ màng trong xử lý nước thải dựa trên sự nghiên cứu và tìm hiểu của nhóm. Khử mặn nước biển là việc sản xuất nước sạch, nước nhiễm mặn dùng để uống hoặc dùng trong công nghiệp từ nguồn nước mặn (biển, vịnh, hoặc nước biển) thông qua tách màng hoặc bay hơi. Trong vòng 30 năm trở lại đây, công nghệ khử muối đã có những bước tiến lớn trong nhiều vùng khô cằn trên thế giới như Trung Đông và Địa Trung Hải. Ngày nay, nhà máy khử muối hoạt động tại hơn 120 quốc gia trên toàn thế giới, và một số sa mạc tiểu bang, như Saudi Arabia và United Arab Emirates, dựa vào nước khử muối cung cấp hơn 70% nguồn cung cấp nước sư dụng của họ. Theo số liệu cũ từ nhà máy khử muối 2004 báo cáo của Hiệp hội quốc tế khử muối (Wagnick Tư vấn, 2004), vào cuối năm 2003 trên toàn thế giới đã có hơn 17.000 đơn vị khử muối với tổng công suất thiết kế xử lí là 37,8 triệu m3 ngày. Nhà máy khử mặn nước biển đóng góp khoảng 35% (13,2 triệu m3 ngày) công suất này.Nước biển khử muối thường sử dụng hai loại công nghệ của xử lý nước: bốc hơi nhiệt (chưng cất) và thẩm thấu ngược (RO) màngtách biệt.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG -oOo TIỂU LUẬN : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI NHĨM SINH VIÊN THỰC HIỆN NGUYỄN THỊ HOA MAI HỒNG THỊ THÙY CHU THỊ VIÊN TRẦN THỊ MÂY 20132499 20133850 20134564 20132563 HÀ NỘI NGÀY 13, THÁNG 8, NĂM 2017 MỤC LỤC Contents DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG 3: KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN Nikolay VOUTCHKOV Resources Corporation Poseidon, Stamford, Connecticut RAPHAEL SEMIAT Technion, Israel Institute of Technology, Vụ Cơng nghệ Hóa học Wolfson, Thành phố Technion, Haifa, Israel 3.1 GIỚI THIỆU Khử mặn nước biển việc sản xuất nước sạch, nước nhiễm mặn dùng để uống dùng công nghiệp từ nguồn nước mặn (biển, vịnh, nước biển) thông qua tách màng bay Trong vòng 30 năm trở lại đây, cơng nghệ khử muối có bước tiến lớn nhiều vùng khô cằn giới Trung Đông Địa Trung Hải Ngày nay, nhà máy khử muối hoạt động 120 quốc gia toàn giới, số sa mạc tiểu bang, Saudi Arabia United Arab Emirates, dựa vào nước khử muối cung cấp 70% nguồn cung cấp nước sư dụng họ Theo số liệu cũ từ nhà máy khử muối 2004 báo cáo Hiệp hội quốc tế khử muối (Wagnick Tư vấn, 2004), vào cuối năm 2003 tồn giới có 17.000 đơn vị khử muối với tổng cơng suất thiết kế xử lí 37,8 triệu m3/ ngày Nhà máy khử mặn nước biển đóng góp khoảng 35% (13,2 triệu m 3/ ngày) cơng suất này.Nước biển khử muối thường sử dụng hai loại công nghệ xử lý nước: bốc nhiệt (chưng cất) thẩm thấu ngược (RO) màngtách biệt Hiện nay, có khoảng 56,5% (7,5 triệu m3/ngày) lượng nước giới làhệ thống khử muối sử dụng công nghệ màng RO Tỷ lệ tăng đặn 10 năm qua phổ biến ngày tăng khử muối màng, thúc đẩy tiến đáng kể việc tách màng vàcông nghệ phục hồi lượng giảm thiểu liên quan đến chi phí sản xuất nước nói chung Bảng 3.1 trình bày danh sách công ty thẩm thấu nước biển lớn (SWRO) khử muối xây dựng 10 năm trở lại Tổng công suất sở khoảng 1,5 triệu m3/ ngày.Ngày nay, khử mặn nước biển chủ yếu sử dụng để sản xuất nước uống cho người để sinh hoạt tưới trồng Ứng dụng công nghiệp nước biển khử muối BẢNG 3.1 Các nhà máy SWRO lớn xây dựng từ năm 1996 đến năm 2005 Tên nhà máy/vị trí Lưu lượng (m3) Thời gian hoạt động Ashkelon/Israel 325.000 2005 Tuas/Singapore 136.000 2005 Cartagena– Mauricia/Spain 65.000 2004 Fujairah/UAE 170.000 2003 Tampa Bay/United States 95.000 2003 Alikante/Spain 2003 Carboneras Almeria/Spain 50.000 – 120.000 2003 Point Lisas/Trinidad 110.000 2002 Larnaca/Cyprus 54.000 2001 AlJubail III/Saudi Arabia 91.000 2000 Muricia/Spain 65.000 1999 Bay of Palma/Palma de 63.000 Mallorca 1998 Dhekelia/Cyprus 40.000 1997 Marbella– Mallaga/Spain 55.000 1997 Okinawa/Japan 1996 40.000 “Bảng bao gồm nhà máy lọc nước biển RO có cơng suất 40.000 m 3/ ngày cao hơn” thường giới hạn việc sử dụng nguồn nước mặn thấp cần cho nhà máy điện nước lò hơi, xử lý nước cho dầu nhà máy lọc dầu, nhà máy sản xuất hóa chất, ứng dụng bảo quản sản phẩm thương mại, nhà máy đóng hộp ngành cơng nghiệp thực phẩm khác Việc ứng dụng khử muối nước biển công nghiệp có hạn chế liên quan chủ yếu chi phí cao gắn liền với sản xuất có độ tinh khiết cao nước siêu từ nước biển Hầu hết sở cung cấp nước công nghiệp sử dụng nguồn nước ngầm chi phí thấp lợ nước để sản xuất nước cao cấp công nghiệp cho ứng dụng cụ thể họ 3.1.1 Chất lượng nước nguồn Khoảng 97,5% lượng nước hành tinh nằm đại dương Trong số 2,5% nước hành tinh, khoảng 70% ởdưới dạng băng vùng cực tuyết; 30% nước ngầm, sơng hồ nước khơng khíđộ ẩm Vì vậy, khối lượng nước Trái đất lớn, 10 triệu 1400000000 m3 nước hành tinh độ mặn thấp thích hợp cho sử dụng sau áp dụng xử lý nước truyền thống Khử mặn nước biển cung cấp nguồn nước giới từ tài nguyên nước đại dương Các hàm lượng khoáng chất/ muối nước thường đo thông số chất lượng nước tổng chất rắn hòa tan (TDS), thị miligam lít (mg/l) phần nghìn (ppt).Nguồn nước tự nhiên nước biển, vịnh, đại dương thường có hàm lượng TDS cao 15.000 mg/l Nước biển có hai thông số TDS nhiệt độ thông số quan trọng mà có ảnh hưởng đáng kể chi phí khử mặn nước biển Bảng 3.2 trình bày tập trung TDS điển hình nhiệt độ khác cho nguồn nước biển Chất lượng nước có ảnh hưởng quan trọng phù hợp việc sử dụng khử mặn nước biển cấp nước công nghiệp Các thơng số chất lượng nước mà có ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế hệ thống khử muối, hoạt động chi phí sản xuất nước nồng độ TDS, clorua, độ đục, số mật độ bùn (SDI), hàm lượng hữu cơ, chất dinh dưỡng, tảo, vi khuẩn, nhiệt độ, bo, silica, bari, canxi, magiê BẢNG 3.2 Độ mặn nhiệt độ nguồn nước biển khác Nguồn nước biển Tổng chất rắn hòa tan Nhiệt độ (oC) (mg/l) Thái Bình Dương /Đại 33.500 -26 (trung bình 18) Caribbean 36.000 16 -35 (trung bình 26) Địa Trung Hải 38.000 16 -35 (trung bình 26) Độ 40.000 22 -35 (trung bình 30) Vịnh Oman-Ấn Dương Biển Đỏ 41.000 24 -32 (trung bình 28) Vịnh Ả Rập 45.000 16 -35 (trung bình 26) “Nước biển TDS nhiệt độ nằm ngồi phạm vi bảng tuỳ theo vị trí cụ thể địa điểm” 3.1.2 Đánh giá chất lượng nước Chất lượng nước khử muối thúc đẩy việc sử dụng Thơng thường, sử dụng uống nước biển khử muối có liên quan chặt chẽ với mức độ TDS, clorua, boron, bromua nước Trong quy định nước toàn giới thường thiết lập mức độ TDS clorua nước thành phần 500 250 mg/l tương ứng Tuy nhiên, sử dụng khử muối nước biển, tầm quan trọng thông số thường bị giảm sức khỏe yêu cầu chất lượng nước tưới liên quan Bo khử trùng liên quan đến tiêu chất lượng nước brom Lý boron brom đặc biệt quan trọng chất lượng chung nước khử muối, thực tế lànồng độ chúng nước biển thường cao so với nguồn nước điển hình (sơng, hồ, nước ngầm, vv) Ví dụ, nước sơng điển hình có boron nồng độ 0,05-0,2 mg /l, mức nước biển boron thường từ 4.0 6,0 mg/l Tương tự, mức bromide nguồn nước thường 0.05 0,3 mg/l, nước biển có hàm lượng bromua 55 - 85 mg/l Trong màng RO thường loại bỏ 70% boron 99% bromua nước biển nguồn, nồng độ lại hợp chất cao nhiều lần so với nguồn nước mặt Thông thường, mức boron nước khử muối bắt buộc phải nhỏ 0,5 mg/l Để làm giảm bớt vấn đề liên quan đến việc sử dụng nước để tưới khó trồng (ví dụ, cam qt, lê, dâu tây) cảnh Để đạt điều mức độ boron nước khử muối thường TDS nước clorua mức phải giảm xuống 100 50 mg/l, tương ứng Nồng độ bromide nước biển khử muối có tác động đáng kể vào mức độ cần thiết việc loại bỏ muối từ nước biển, đặc biệt nước khử trùng clo, ozone hóa Trong sử dụng clo tạo lượng clo dư ổn định theo thời gian, áp dụng kết hợp clo ammonia để tạo chloramines (một thực tế sử dụng rộng rãi Hoa Kỳ chẳng hạn) để nước khử muối với nồng độ bromide 0,4 mg/l, thường mang lại clo dư không ổn định mà phân rã nhanh chóng (trong vòng vài giờ) đến mức khơng thể chấp nhận mức thấp Mặc dù ảnh hưởng nồng độ brom nước khử muối giảm nhẹ superchlorination (ví dụ, áp dụng clo ban đầu liều lượng 4,0 mg/l cao hơn), kết phải tính tốn đặc biệt trộn nước với khácnguồn nước có nồng độ brom thấp Nếu khử muối nước biển có chứa bromide mức 0,2 mg/l khử trùng ozon hóa, nước ozone hóa có chứa hàm lượng cao bromat thường ngưỡng 10 mg/l, coi thích hợp cho người Nhược điểm quan trọng nước khử muối ozon gia tăng đáng kể cấp độ brôm khử trùng sản phẩm phụ (DBPs) Mặc dù brom DBPs khơng quy định, có nghĩa khơng có khả xảy tương lai gần Do vậy, mục tiêu chất lượng nước tổng thể nước biển khử muối số ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn sản xuất nước đóng chai áp dụng rộng rãi, điều khiển mức độ brom nước Ngoài việc sử dụng uống thảo luận trên, chất lượng nước khử muối hướng đến mức chí cao nhu cầu số ứng dụng công nghiệp, đặc biệt nơi chất lượng nước siêu cần thiết 3.2 KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN NHÀ MÁY MƠ HÌNH Nhà máy nước biển màng RO khử muối thường bao gồm thành phần sau: tiêu thụ;hệ thống tiền xử lý; lọc bơm chuyển nước thải; máy bơm cao áp, đường ống, hệ thống màng RO; hệ thống thu hồi lượng; thấm điều hòa (sau xử lí) sở vật chất 3.2.1 Thiết bị xử lí nước biển Trang thiết bị chất lượng nước biển thành phần quan trọng tất nhà máy SWRO.Dòng chảy đầy đủ, ổn định chất lượng nước nguồn toàn dây chuyền sản xuất nhà máy phải đảm bảo Các hệ thống thu gom nước nguồn cho SWRO khử muối lấy từ đại dương để hấp thụ bề mặt (bãi biển tốt) 3.2.1.1 Nguồn cung cấp từ nước đại dương Thường xây dựng cho lớn nhà máy khử mặn nước biển Những hệ thống cung cấp nước mặt bao gồm thành phần sau đây: Cơ cấu tiêu thụ bắt xa bờ; đường ống hút; buồng lượng; kệ thùng rác; ống dẫn ; trạm bơm nước tiêu thụ nguồn; điện, thiết bị đo đạc kiểm sốt, trang thiết bị; hóa chất Thiết kế thích hợp việc lấy nguồn từ đại dương đòi hỏi thu thập thông tin chất lượng nước nguồn chi tiết từ trang web đề nghị tiêu thụ, đặc tính sinh vật thuỷ sinh vùng lân cận, hoàn thành khảo sát vệ sinh chi tiết đánh giá nguồn tiềm SWRO nguồn nhà máy ô nhiễm chất lượng nước vùng lân cận địa điểm tiêu thụ (như thải chất thải công nghiệp nhà máy nước thải đô thị, thải, nước mưa hoạt động cảng bến du thuyền lớn, mà dẫn đến cố tràn dầu xăng, đại dương khác ô nhiễm nước) Cơ cấu xây dựng xa bờ thường bê tông thép đứng ống nằm đáy đại dương chìm mặt nước, thiết kế để chắn đảm bảo đủ lượng nước biển có hàm lượng tối thiểu khu vực sinh vật nước Các vị trí xác độ sâu khu vực xa bờ phải xác định dựa nghiên cứu thủy văn để đảm bảo lượng bị ngập đầy đủ thủy triều xuống thấp; bảo vệ khỏi phá hoại chuyển động quỹ đạo sóng; đủ xa xa bờ để tránh khu vực vận chuyển bùn cát gần bờ nơi bão gây hệ thống treo lượng lớn phù sa trầm tích, cuối làm hỏng cấu trúc hấp thụ đường ống nối Biến động chất lượng nước ban ngày theo mùa nguồn cần xem xét xác định vị trí cấu trúc hấp thụ Tại điều kiện triều thấp tối thiểu, đầu vào miệng nên ngập 3m mặt nước Bên cạnh đó, khoảng cách miệng hút đáy đại dương nên có m để ngăn ngừa mang cát mức vào lượng hạ lưu vào thiết bị Việc cung cấp nước uống bảo vệ chống lại sinh vật thủy sản lớn vàvật trôi lớn cách lắp đặt dây ròng phía Một tranh Larnaca, Síp, SWRO cấu trúc lượng nhà máy khử muối hiển thị hình 3.1 Thơng thường, cấu xây dựng lấy nguồn nước từ đại dương nằm từ vài trăm đến vài ngànmét xa bờ Vị trí tốt chất lượng nước nguồn độ sâu đáy biển 30 m cao (lượng nước sâu) Các thành phần nước nguồn tảo thủy triều đỏ độ sâu thấp so với thường 20 lần nước mặt vùng nước nông khu vực chịu ảnh hưởng thủy triều gần bờ (Gille, 2003) Tùy thuộc vào vị trí nhà máy đáy đại dương hình thành, lắp đặt cấu trúc hấp thụ độ sâu 30 m đường ống yêu cầu tiêu thụ dài từ 10 đến 2000 m Bởi chi phí xây dựng cho đường ống hút nằm đáy đại dương thường cao (Từ đến 10 lần so với chi phí ống kích thước tương tự lắp đặt nội địa mặt đất), lợi ích chất lượng nước tiêu thụ định vị cấu trúc lượng xa bờ vùng nước sâu so sánh với chi phí xây dựng cấu tiêu thụ đường ống Vị trí tốt cho chi phí vòng đời thường nơi độ sâu đáy biển 30 m đạt phạm vi 500 m từ theo bờ biển Nếu vị trí đáy đại dương khơng phải có sẵn thân cách hợp lývùng lân cận nhà máy khử muối SWRO, thường hiệu chi phí để thu thập nguồn nước chất lượng nước xây dựng hệ thống tiền xử lý phức tạp để cài đặt hệ thống xa bờ tốn đường ống hút dài Bởi chi phí cao cấu trúc hấp thụ sâu đường ống dài, hầu hết nhà máy khử muối SWRO với đặt gần bờ nơi độ sâu đáy đại dương thường từ đến 10 m Kết là, nhà máy thường có nguồn nước có hàm lượng cao chất lơ lửng, chất rắn sinh vật thủy sản, đòi hỏi tiền xử lý tốt trước tách màng SWRO Các vật liệu xây dựng ống hấp thụ nên chọn lựa cẩn thận, giải phóng thành phần nhỏ gây hại cho màng, trường hợp phthalates phát hành dự án Eilat (Hasson et al., 1996) 3.2.1.2 Lớp bề mặt Cửa hút lớp bề mặt (bãi biển tốt) cửa hút gió sử dụng rộng rãi cho nhà máy khử mặn nước biển nhỏ vừa Ống dẫn bãi biển thường nằm bờ biển, vùng lân cận gần với đại dương Các ống bao gồmcấu trúc nằm dọc ngangvà liên quan đến lượng bơm thành phần điện Lượng bề mặt sở vật chất tương đối đơn giản để xây dựng, nguồn nước biển họ thu thập xử lý sơ qualọc chậm qua bề mặt hình thành cát / đáy biển khu vực nước nguồnkhai thác Do đó, nước nguồn thu sử dụng bề mặt thường tốt hơnchất lượng mặt chất rắn, dầu mỡ, ô nhiễm hữu tự nhiên, thủy sản, vi sinh vật, so với nước biển từ đại dương Ống thấm dọc bao gồm đúc phi kim loại [thường, sợi thủy tinh gia cốống (FRP) polyvinyl clorua (PVC)], đúng-mác thép không gỉ hình (nếucần thiết), thép khơng gỉ chìm dọc bơm tuabin (xem hình 3.2) Nhữngống thường tốn so với ống ngang, suất chúng tương đối nhỏ (Thường 400 – 4000 m 3/ngày).Ống thu ngang không sử dụng cho nguồn nước SWROcung cấp ống thẳng đứng chi phí lắp đặt tương đối cao chúng Tuy nhiên, chúng lựa chọn tốt cho số ứng dụng Chúng bao gồm ống chìm kéo dàidưới mặt đất với hệ thống thu nước (-hệ giằng) dự kiến theo chiều ngang từ bên ống chìm vào tầng nước ngầm xung quanh (Hình 3.3) Kể từ thiết kế tốt ống đặt theo chiều ngang, tỷ lệ cao nguồn nước làtốt so với hầu hết ống thẳng đứng Điều cho phép số lượng nước tiêu thụ làthu thập với số lượng ống Ốngthấm ngang thường thiết kế để xử lí với lưu lượng từ 2000 đến20.000 m3/ngày nguồn nước biển Các ống chìm xây dựng bê tơng cốt thép màcó thể 2,5- 6,0 m đường kính bên với độ dày thành ống từ khoảng 0,5-1,0m tùy thuộc vào chiều sâu (Hunt, 1996) Độ sâu ống chìm thay đổi tùy theo địa điểm cụ thểđiều kiện địa chất, dao động từ khoảng 10-45 m Số lượng, chiều dài, vàvị trí hệ giằng ngang xác định dựa điều tra địa chất thủy văn chi tiết Thơng thường, đường kính hệ giằng dao động 0,2-0,3 m, chiều dài lên đến 60 m Hình 3.1 Cấu tạo dạng mở Larnaka, nhà máy SWRO Cyprus Kích thước chiều ngang chọn để thích ứng với kích thước hạtvới hình thành đất ngầm.Mặc dù ống bãi biển chứng minh tốt chi phí cạnh tranh cho nhà máy với công suấtnhỏ 4000 m 3/ ngày, nguồn nước đại dương tìm thấy rộng đáng kểứng dụng cho nhà máy khử muối SWRO lớn Hiện nay, tồn giới có 4cơ sở SWRO hoạt động với công suất lớn 20.000 m 3/ngày sử dụng chất lượng nước biển tốt Cơ sở SWRO lớn với hệ thống ống bãi biển 54.000 m 3/ngày Pembrokenhà máy Malta Nhà máy vào hoạt động từ năm 1991: 42.000 m 3/ngày Vịnhcây 10 Bảng 13.6 Ảnh hưởng tốc độ dòng chảy điều kiện hút chân khơng tốc độ loại bỏ TOC máy khuếch đại màng 28 inch với diện tích màng hiệu dụng 20 m2 Nồng độ TOC (ppb) Tốc độ dòng Mức chân chảy thức ăn khơng (gpm) (mmHg) -700 14 -650 -550 Không chân không 12 -700 -650 -550 Không chân không -700 10 -650 -550 Không chân không -700 8.5 -650 -550 Không chân không -700 Đầu vào Đầu %TOC loại bỏ điểm tiếp xúc điểm tiếp xúc với màng với màng 12.45 8.47 31.97 13.42 10.59 21.09 14.45 12.49 13.56 14.23 14.03 1.41 12.79 13.98 14.12 14.56 7.9 10.11 12.9 14.2 38.15 27.68 8.64 2.47 13.14 14.83 15.36 14.64 7.21 10.06 12.59 13.19 45.13 32.16 18.03 9.9 14.2 15.79 15.62 17.11 7.02 10.01 12.36 15.74 50.56 36.61 20.87 12.65 5.54 56.21 92 7.0 -650 -550 Không không 15.32 16.09 chân 16.68 10.09 12.89 14.36 34.14 19.89 13.91 Một khác biệt đáng kể Hoa Kỳ nhà máy bán dẫn Nhật Bản hầu hết nhà máy lớn Nhật Bản sử dụng UF Hiện tại, có số nhà máy Hoa Kỳ có UF.Trong nhiều năm, trình lọc tiêu chuẩn cuối nước có độ tinh khiết cao lọc hộp mực chết Những nỗ lực khác với lọc màng có thành công hỗn hợp Gần việc lắp đặt lớp màng UF màng đôi, da rỗng dường thành công; điều tiếp cận nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn ngành (Payne cộng sự, 1999) Đề nghị sử dụng màng UF áp suất bên với khoảng 6000-10,000 trọng lượng phân tử danh định để loại bỏ hạt điểm sử dụng Màng siêu lọc hoạt động tốt đơn vị đánh bóng so với màng lọc vi lọc truyền thống liên quan đến loại bỏ hạt submicron ổn định hiệu suất Ultrafiltration loại bỏ tất hạt, keo, vật liệu, vi khuẩn, vi sinh vật khác Mao mạch cấu hình màng siêu lọc hiển thị hiệu suất tốt cấu hình vết xoắn ốc Cấu tạo mao mạch tạo cân tuyệt vời Giữa diện tích bề mặt cao đến khối lượng khả chống lại va chạm thường cấu hình lựa chọn cho ứng dụng điểm-sử dụng Các mô-đun mao mạch bên / hoạt động tốt thiết kế bên / Trong hai thiết kế, sợi màng có lớp da khơng đối xứng với lớp UF kín bên sợi Số lượng hạt đơn vị thể tích nước cấp xác định thơng lượng thấm vào UF Đến có hiệu loại bỏ hạt tốt tốc độ dòng chảy cao hơn, khuyên sử dụng Bộ lọc hộp mực tuyệt đối từ 0,1 đến 0,2 mm đầu nguồn UF Do cao hiệu giữ hạt, lọc tuyệt đối có hiệu suất kiểm sốt hạt tốt hệ thống lưu thông luân chuyển so với lọc bình thường 93 Bảng 13.7 Ảnh hưởng tốc độ dòng chảy điều kiện chân không tốc độ tháo dỡ THM máy khuếch đại màng 28 inch với diện tích màng hiệu dụng 20 m2 Nồng độ Chlorofom (ppb) Tốc độ dòng Mức chân Đầu vào Đầu % chloroform chảy thức ăn không(mmHg điểm tiếp xúc điểm tiếp xúc loại bỏ (gpm) ) với màng với màng -700 7.15 4.6 35.66 -650 7.57 5.9 22.06 14 -550 12.4 10.3 16.94 Không chân 12.1 11.1 8.26 không -700 12.3 7.3 40.65 12 -650 11.0 8.27 24.82 -550 8.52 17.84 Không chân 8.78 8.88 không 10 -700 13.8 7.5 45.65 -650 13.9 9.84 29.21 -550 13.9 11 20.86 Không chân 13.8 12.5 9.42 không -700 13.77 6.8 50.61 8.5 -650 14.1 9.8 30.5 -550 15.5 11.8 23.87 Không chân 16.4 14.6 10.98 không -700 11.1 4.9 55.86 -650 11.1 7.2 35.14 -550 16.8 12.7 24.4 Không chân 16.9 14.7 13.02 94 không Không giống RO EDI, siêu lọc không loại bỏ ion loại bỏ chất keo, Macromolecules, hay chất lơ lửng tinh thể Chất tẩy cực tím loại bỏ chất tan có kích thước từ 0,003 đến 10 mm UF giống với RO yêu cầu lượng cung cấp bơm điện Các hệ thống UF thường tự động hóa tốt đòi hỏi lao động Các đơn vị UF đặt giai đoạn cuối hệ thống đánh bóng có chức quan trọng như: - Ít tách chiết ion chất hữu vào dòng nước Cấu trúc khơng bị ứ đọng Một lọc cuối để loại bỏ hạt có kích thước 50 nm Các đơn vị UF hoàn toàn loại bỏ vi khuẩn khỏi hệ thống Loại UF xoắn ốc có cấu trúc phức tạp cho phép rò rỉ hạt Mặt khác, cấu trúc sợi rỗng đơn giản có khả loại bỏ hạt hồn tồn (Yabe, 1993) Do đó, đơn vị UF dạng rỗng sử dụng rộng rãi phần đánh bóng hệ thống nước siêu Các đơn vị siêu lọc cần có đặc điểm cần thiết sau (Ishikawa, 1993): Cả màng vỏ đơn vị UF làm vật liệu polysulfone Chất keo epoxy thường sử dụng phận Các vật liệu có đủ sức chịu nhiệt để xử lý cách tiệt trùng nước nóng Áp suất bên ngồi sử dụng để tránh ô nhiễm hạt nước lọc Tuy nhiên, dòng chảy chéo cao bên sợi rỗng tạo đơn vị UF áp suất bên ngồi Dòng chéo cao sợi giảm thiểu số lượng hạt dính vào bề mặt bên sợi May mắn thay, tắc nghẽn sợi có mặt hạt đơn vị siêu lọc áp suất bên ngồi khơng phải vấn đề nghiêm trọng với mức độ ô nhiễm hạt hệ thống trang điểm thông thường sử dụng công nghiệp Không gian giới hạn giảm thiểu đơn vị mao dẫn UF cấu hình thiết kế Thiết kế ban đầu mô-đun UF mao mạch áp suất bên Một hệ thống áp suất bên cho phép nước chảy từ bên sợi đến bên Thiết kế cho phép đếm hạt thấp nước sản phẩm điều kiện trạng thái ổn định Tuy nhiên, hệ thống nhiễu loạn kết hạt 95 chấp nhận cao Trong hệ thống UF áp suất bên ngoài, nước cấp chảy xung quanh màng tế bào thấm vào bên sợi Khu vực bề mặt màng lớn phía nguồn thức ăn sợi cho mơ đun áp suất bên ngồi dẫn đến tốc độ dòng chảy gấp đơi so với thiết kế áp suất bên Các mô đun áp suất bên làm giảm đáng kể nhịp đột ngột giá trị đếm hạt (Maki cộng sự, 1992) Sự nhiễm bẩn hạt phát sinh từ trình sản xuất thường xảy bên sợi Cấu hình áp suất bên ngồi cung cấp giá trị đếm hạt thấp nước sản phẩm tiếp xúc với bề mặt bên sợi Hơn nữa, nước sản phẩm không tiếp xúc với vật liệu vỏ bọc nhựa ô nhiễm từ nguồn loại bỏ hoàn toàn Tốc độ thẩm thấu vùng màng tế bào gọi thông lượng Hàm lượng hạt cao nước cấp dẫn đến suy giảm trầm trọng dòng Lý thuyết lọc khối cung cấp sở lý thuyết cho việc ước lượng suy giảm thông lượng sương mù hạt Do đó, phải lựa chọn thơng lượng thiết kế dựa mức đếm hạt nước cấp (Bảng 13.8) Xem xét hệ thống sản xuất UPW 225-m3 / h sử dụng mô-đun UF Nitto Denko NTU-3306-K6R với vùng màng hiệu dụng 30m2, nơi chất lượng nước UF sử dụng điểm mục đích sử dụng điều kiện điện trở suất số hạt, Tương ứng, 18,0 M V-cm 100 hạt / mL Dựa thông số thiết kế 500 (L / h) / m2 diện tích (Bảng 13.8), người ta dễ dàng xác định 15 [225 / (0,5? 30) ¼ 15] mô đun yêu cầu cho hệ thống Các mơ-đun UF dễ dàng đạt được, hạt 100 / L (50 đến 100 nm), hạt 50 / L (100 đến 200 nm), hạt 20 / L (200 đến 300 nm), 10 / L (hạt 300 đến 500 nm), / L (hạt lớn 500 nm), nơi dòng nước có chứa TOC 20 ppb số hạt, 100 / mL (lớn 100 nm) , 20 / mL (lớn 200 nm) Bảng 13.8 Thông số thiết kế cho mô đun UF NTU - 3306 - K6R Số lượng hạt ml Thiết kế Flux [(L / h) / m2] 100 500 100 – 500 470 500 – 1000 420 1000 – 2000 400 96 Với việc tiếp tục lọc, vi khuẩn đếm màng tăng lên theo cấp số nhân Khử trùng thường xun chu trình đánh bóng khuyến cáo để tránh sinh học Các mô-đun UF áp suất bên ngồi có sẵn thị trường chịu hydrogen peroxide nước nóng lên đến 98 để khử trùng Khử trùng nước nóng ưu tiên khơng đưa hóa chất vào chu trình đánh bóng, cung cấp thời gian rửa nhanh so với hydrogen peroxide Điều quan trọng phải kiểm soát ống dẫn ion trao đổi nước cấp UF Sự có mặt ống dẫn nước dẫn đến suy giảm trầm trọng mô-đun polysulfone UF (Maki cộng sự, 1992) Ký hiệu : C: số thực nghiệm, khơng có thứ ngun CB : chảy tập trung, gpm (L / s) d: Đường kính lỗ rỗng màng microporous, mm de : Đường kính sợi bên ngoài, ft (mm) Df : hệ số khuếch tán, ft2 / h (m2 / s) Dp: Đường kính lỗ rỗng, đơn vị chiều dài E : Yếu tố E E cho mơ đun EDI khung, khơng có thứ nguyên EL: Electrode tuôn cho mô-đun (gpm / mô-đun) F: Faraday liên tục, A-s / g-tương đương H: Hằng số Henry cho khí đốt nhiệt độ hoạt động (Atm / (mol / m3) HD : chiều cao màng trao đổi ion buồng pha loãng, ft (m) I: chỉnh lưu tại, A i (r): mật độ dòng khoảng cách xuyên tâm r, A / ft2 IM : trực tiếp cho mô-đun, A J: thấm flux, GFD (L / m2 h) 97 K: hệ số truyền tải tổng thể, ft / h (m / s) kG : hệ số truyền tải khí, ft / h (m / s) kL: hệ số truyền tải chất lỏng, ft / h (m / s) LD : chiều dài màng lá, ft (m) m: số thực nghiệm, khơng có thứ ngun NCp: số cặp tế bào, không chiều rộng NDP : Áp lực lái xe, psig (kPa) NM : tối thiểu số mơ-đun EDI hệ thống hồn chỉnh, khơng thứ nguyên P: Dòng sản phẩm EDI, gpm (L / s) PBP : Áp suất bọt (dyn / cm? Mm) Pbp: Áp suất điểm bọt, psig (kPa) Pd : áp suất trung bình giảm dọc theo hệ thống RO, psig (kPa) Pe : tính thấm màng, h Pf : Áp suất nạp RO, psig (kPa) pKa : số phân giải axit yếu, không chiều rộng Po : Áp suất thẩm thấu tương ứng với độ mặn thức ăn trung bình,Psig (kPa) Pp : RO tràn áp suất, psig (kPa) Qd : Lưu lượng thông qua buồng pha loãng, gpm (L / s) R: kháng tổng thể mô-đun EDI, V r: khoảng cách xuyên tâm, ft (m) : Bán kính cực dương bên ngồi, ft (m) rc : Bán kính cathode bên trong, ft (m) Re : Reynolds số, khơng có thứ ngun 98 Sh : số Sherwood, khơng có thứ ngun SWE: yếu tố E cho mơ-đun EDI xoắn ốc, khơng có thứ nguyên t: nhiệt độ, TC : Hệ số nhiệt độ TEA: tổng anion trao đổi, ppm CaCO3 TEC : Tổng số cation trao đổi , ppm CaCO3 V: Điện áp cho mô đun, V vL : vận tốc thực tế nước mô đun khử trùng màng, Ft / h (m / s) : Áp lực mô-đun RO : Phục hồi nước EDI, phân số; Sự phân ly yếu : Các lồi ion hố pH nào, phân số : góc tiếp xúc nước bề mặt màng : sức căng bề mặt nước, dyn / cm : Độ nhớt, lb / (h? Ft) : Độ dẫn vòng C, mS / cm 25 8C : Mật độ r, lb / ft3 (kg / m3) : độ dày màng, ft (mm) : độ nhớt động học, ft2 / h (m2 / s) : Độ xốp màng ɳc : R : hiệu nay, không thứ nguyên Hiệu chỉnh lưu (phân số) 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO Air Liquide—Balazs Analytical Services (2004) Ultrapure water monitoring Guidelines for facility and fabrication engineers, pp 11–13 American Society of Mechanical Engineers (ASME) Research and Technology Committee on Water and Steam in Thermal Power Systems (1994) Consensus on operating practices for the control of feedwater and boiler water chemistry in modern industrial boilers ASME I 00367 ASME, Washington, DC American Society for Testing and Materials (ASTM) (1999) Standard Guide for Ultrapure Water Used in the Electronics Industry ASTM D5127 American Society for Testing and Materials (ASTM) (2003) Standard test methods for pore size characteristics of membrane filters by bubble point and mean flow pore test ASTM F316-03 Barber, J H., Towe, I G., and Tessier, D F (2000) EDI operation for removal of weakly ionized impurities Paper presented at the International Water Conference, IWC-00-46, Pittsburgh, PA Bauman, W C., Anderson, R E., and Wheaton, R M (1952) Ann Rev Phys Chem 3, 109 Boon, I (2002) Nitto Denko Personal communication Brock, T D (1983) Membrane Filtration: A User’s Guide and Reference Manual Science Tech Publishers, Madison, WI 100 REFERENCE S 403 Coker, S D., Beardsley, S S., and Whipple, S S (1994) An economical comparison of demineralization with reverse osmosis and ion exchange technology Power-Gen Americas Las Vegas, Nevada Dey, A (2005a) Spiral wound electrodeionization: An emerging energy-efficient deionization process in high purity water systems Paper presented at the Semiconductor Pure Water Chemical Conference (SPWCC), Santa Clara, CA, Feb 14–16 Dey, A (2005b) Removal of weakly ionized species by cross-flow spiral wound EDI modules Paper presented at the 66th International Water Conference, IWC-05-76, Orlando, FL, Oct 9–13 Dey, A., and Li, G (2004) Introduction of spiral wound EDI—Exclusive design and its application Paper presented at the 65th International Water Conference, IWC-04-51, Pittsburgh, PA, Oct 17–21 Dey, A., and Thomas, G (2003) Electronics Grade Water Preparation Tall Oaks Publishing, Littleton, CO Dey, A., Thomas, G., Kekre, K A., and Tao, G (2001a) Part 1: Effect of interstage caustic dosing on silica, boron, and organic removal using double pass RO Ultrapure Water, July /Aug., pp 52–58 Dey, A., Thomas, G., Kekre, K A., and Tao, G (2001b) Part 2: Impact of caustic dosing on contaminant removal using double pass RO Ultrapure Water, Sept., pp 43–49 Dow Chemical Company (DOW) (1995) FILMTEC Membranes Technical Manual DOW, Middlesex, England Ganzi, G C (1988) Electrodeionization for high-purity water production In K K Sirkar and D R Lloyd (Eds.), New membrane materials and processes for separation AIChE 101 Symposium series, No 261, Vol 84, AIChE, New York, pp 73–83 Ganzi, G C., and Parise, P L (1990) The production of pharmaceutical grades of water using continuous deionization post-reverse osmosis J Parenter Sci Technol Parenter Drug Assoc., July /Aug, Volume 44, Issue 4, pp 231–241 Gittens, G J., and Glueckauf, E (1965) The application of electrodialysis to demineralization AIChE–I Chem E Symposium Series, No AIChE, London Glueckauf, E (1959) Electro-deionization through a packed bed Br Chem Eng 646–651, December Goel, V., Mauro, A A., DiLeo, A J., Meiser, A P., and Pluskal, M (1992) Deadend microfiltration: Applications, design, and cost In W S W Ho and K K Sirkar (Eds.), Membrane Handbook Van Vostrand Reinhold, New York Hidaka, M (2001) Electrodeionization apparatus comprising sub-desalination chamber U.S Patent 6,274,018 Imaoka, T., Yagi, Y., Kasama, Y., Sugiyama, I., Isagawa, T., and Ohmi, T (1991) Advanced ultrapure water systems for ULSI processing In M K Balazs (Ed.), Proceedings of the Tenth Annual Semiconductor Pure Water Conference, Balazs, Santa Clara, CA, Feb 26–28, pp 128–146 International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) (2007) Executive summary (http: // www.itrs.net/Links/2007ITRS /ExecSum2007.pdf) Ishikawa, H (1993) Membranes In T Ohmi (Ed.), Ultraclean Technology Handbook, Vol 1, Ultrapure Water Marcel Dekker, New York Kasama, Y., Yagi, Y., Imaoka, T, Kawakami, M., and Ohmi, T (1990) Advanced DI water system with low dissolved oxygen for ULSI processing Proc Instit Environ Sci 344– 102 349 Koyuncu, I., Yazgan, M., Topacik, D., and Sarikaya, H Z (2001) Evaluation of the low pressure RO and NF membranes for an alternative treatment of Buyukcekmece Lake Water Sci Technol Water Supply 1(1), 107–115 Leon, M (2001) Electrodeionization apparatus with fixed ion exchange materials U.S Patent 6,241,866 Liqui-Cel w (2003) Liqui-Cel w membrane contactors improve water quality and EDI performance Technical Brief, Membrana, Charlotte, NC, Vol 46, Aug 404 ULTRAP URE WATER BY MEMBRAN ES Loeb, S., and Sourirajan, S (1963) Sea water demineralization by means of an osmotic membrane In Saline Water Conversion—II, Advances in Chemistry Series Number 28 American Chemical Society, Washington DC, pp 117–132 Maki, M L., Katsura, T., Tasaka, K., Inoue, K., and Kamiyama, Y (1992) New external pressurising capillary ultrafiltration module for ultrapure water systems Paper presented at the Sixth Annual Ultrapure Water Expo, Philadelphia, PA, May Meltzer, T H (1997) High-Purity Water Preparation: For The Semiconductor, Pharmaceutical, and Power Industries, 2nd ed Tall Oaks Publishing, Littleton, CO Membrana (2005) 10 28 Extra-flow product data Sheet—Liqui-Cel w Membrane Contactor, Membrana, Charlotte, NC Nagel, R., and Will, T (1999) Membrane processes for water treatment in the semiconductor industry Ultrapure Water, Oct., pp 35–39 Paul, D H (2002) Electrodeionization in pharmaceutical water treatment Pharma Technol., July, pp 36–42 103 Payne, J., Sommer, K., and Williams, R (1999) Microelectronics water system evolution through 300 mm Ultrapure Water, May /June, pp 11–13 Reed, B W., Semmens, M J., and Cussler, E L (1995) Membrane contactors In R D Noble and S A Stern (Eds.), Membrane Separation Technology: Principles and Applications Elsevier Science, Amsterdam Sato, H., Hashimoto, N., Shinoda, T., and Takino, K (1991) Dissolved oxygen removal in ultrapure water for semiconductor manufacturing Paper presented at the 10th Annual Semiconductor Pure Water Conference, Santa Clara, CA, Feb 26–28 Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) (2001) Guide for ultrapure water used in semiconductor processing SEMI F63-0701 Smith, B., and Hyde, B (2000) Short-bed demineralization: An alternative to electrodeionization Paper presented at the 6th International Conference on Cycle Chemistry in Fossil Plants (EPRI), Columbus, OH, June Spiegler, K S (1953) On the electrochemistry of ion exchange resins: A review of recent works J Electrochem Soc 100, 303C–316C Tai, M S L., Chua, I., Li, K., Ng, W J., and Teo, W K (1994) Removal of dissolved oxygen in ultrapure water production using microporous membrane modules J Membr Sci 87, 99–105 Teorell, T (1951) Z Elektrochem 55, 460 Tessier, D F (1998) Apparatus for the purification of liquids and a method of manufacturing and operating the same U.S Patent 5,762,774 Walters, W R., Weiser, D W., and Marek, L J (1955) Concentration of radioactive aqueous wastes—Electro-migration through ion exchange membranes Ind Eng Chem 104 47(1), 61–67 Wiesler, F (1996) Membrane contactors: An introduction to the technology Ultrapure Water, May /June, pp 27–31 Wiesner, M R., and Aptel, P (1996) Mass transport and permeate flux and fouling in pressure-driven processes In J Malleviella (Ed.), Water Treatment Membrane Handbook McGraw-Hill, New York, Chapter Winter, D D (1995) Membrane construction and evaluation Paper presented at the Membrane Technology /Separations Planning Conference, Business Communications Company, Newton, MA, Oct 23–25 Wood, J., and Gifford, J (2004) Process and system design for reliable operation of RO /CEDI systems Paper presented at the International Water Conference, IWC-04-47, Pittsburgh, PA Yabe, K (1993) Ultrapure water system In T Ohmi (Ed.), Ultraclean Technology Handbook, Vol 1, Ultrapure Water Marcel Dekker, New York 105 106 ... (trung bình 18) Caribbean 36.000 16 -35 (trung bình 26) Địa Trung Hải 38. 000 16 -35 (trung bình 26) Độ 40.000 22 -35 (trung bình 30) Vịnh Oman-Ấn Dương Biển Đỏ 41.000 24 -32 (trung bình 28) Vịnh Ả... nước nguồn Trong lốc xốy đạt lên đến loại bỏ cát 98, 5%, áp lực kết 1-1,3 mang lại mức chi phí lượng cao 3.2.2.2 Tiền xử lý hệ thống mơ thảo luận trước Hệ thống xử lí SWRO nước biển từ ống từ... muối nước từ, mà thường 55 -85 bar Áp lực nguồn cấp vào cần xác định cụ thể chủ yếu xác định độ mặn nước nguồn cấu hình hệ thống RO Hình 3.6 Cấu hình hệ thống màng RO 28 3.2.3.2 Đặc tính thơng số