nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằng công nghệ lọc màng ro kết hợp với từ trường

Đồ án tố t nghiê ̣p Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằ ng công nghê ̣ lọc màng RO kế t hợp với từ trường _ MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG .5 DANH MỤC HÌ NH TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Đă ̣t vấ n đề Mu ̣c tiêu nghiên cứu Nô ̣i dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .9 Đố i tươ ̣ng nghiên cứu và giới ̣n nghiên cứu Đố i tươ ̣ng nghiên cứu Giới ̣n nghiên cứu .9 Đóng góp xã hô ̣i, khoa ho ̣c của nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN 10 Nước nhiễm mă ̣n .10 1 Đô ̣ mă ̣n .10 Các vùng nhiễm mă ̣n 13 Kich ̣ bản nước biể n dâng 14 Tổ ng quan về các nghiên cứu và ngoài nước 19 Các nghiên cứu thế giới .19 1 Các công nghê ̣ khử muố i 19 a Phương pháp chưng cấ t .19 b Công nghê ̣ màng 20 c Các công nghê ̣ mới 21 d Ứng du ̣ng khử muố i sáng ta ̣o 22 Các nghiên cứu nước 23 Tổ ng quan về màng RO .25 Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng màng RO 25 Cấ u ta ̣o màng RO .25 Từ trường 27 _ SVTH: Ngô Trầ n Lê ̣ Thu Thảo – MSSV: 0150020232 – 01DH-KTMT2 GVHD: TS Thái Phương Vũ Đồ án tố t nghiê ̣p Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằ ng công nghê ̣ lọc màng RO kế t hợp với từ trường _ Cuô ̣n cảm 27 Công nghê ̣ từ trường .27 3 Mu ̣c đić h kế t hơ ̣p màng RO và từ trường .28 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 Sơ đồ các bước nghiên cứu 29 Vâ ̣t liê ̣u và phương pháp nghiên cứu .30 Bơm RO 30 2 Bô ̣ ta ̣o từ trường 31 Màng RO 32 Van xả thải 33 Máy đo đô ̣ dẫn điê ̣n 35 Phương pháp nghiên cứu 38 Phương pháp phân tić h mẫu .39 Phương pháp xử lý số liê ̣u 41 Nô ̣i dung thực hiê ̣n .41 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 Đô ̣ dẫn điê ̣n 42 Lưu lươ ̣ng 43 Nồ ng đô ̣ muố i 45 Tương quan nồ ng đô ̣ và lưu lươ ̣ng 46 So sánh công nghê ̣ màng RO và phương pháp trao đổ i ion 49 CHƯƠNG KẾT LUẬN KIẾN NGHI 51 ̣ Kế t luâ ̣n 51 Kiế n nghi 51 ̣ PHỤ LỤC NGHIÊN CỨU LỌC NƯỚC NHIỄM MẶN THÀNH NƯỚC ĂN UỐNG BẰNG MÀNG RO KẾT HỢP TỪ TRƯỜNG 52 PHỤ LỤC BẢNG THÔNG SỐ 57 PHỤ LỤC SOP – QUY TRÌNH PHÂN TÍ CH 59 PHỤ LỤC HÌ NH ẢNH 64 DANH MỤC TÀI LIỆU TRÍCH DẪN 65 _ SVTH: Ngô Trầ n Lê ̣ Thu Thảo – MSSV: 0150020232 – 01DH-KTMT2 GVHD: TS Thái Phương Vũ Đồ án tố t nghiê ̣p Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằ ng công nghê ̣ lọc màng RO kế t hợp với từ trường _ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng thành phầ n nước nhiễm mă ̣n 12 Bảng 1.2 Thay đổi chiều dài xâm nhập độ mặn 1‰ 4‰ theo kịch A2, B2 cửa sông 19 Bảng 1.3 Chiều dài xâm nhập độ mặn 1‰ 4‰ theo kịch A2, B2 cửa sông .20 Bảng 2.1 Bảng thông tin màng lo ̣c RO Filmtec 32 Bảng 2.2 Bảng thông tin sản phẩm máy SCM 902A 35 Bảng PL1 Đô ̣ dẫn điê ̣n của dung dich ̣ muố i pha .58 Bảng PL2 Biế n đô ̣ng của lưu lươ ̣ng nước theo nồ ng đô ̣ nước vào .58 Bảng PL3 Tương quan giữa lưu lươ ̣ng dòng và các nồ ng đô ̣ 58 Bảng PL4 Biế n đô ̣ng nồ ng đô ̣ nước sau loc theo nồ ng đô ̣ nguồ n vào 58 Bảng PL5 Biế n đô ̣ng hiê ̣u suấ t theo nồ ng đô ̣ vào 59 Bảng PL6 So sánh phương pháp điê ̣n thẩ m tách và công nghê ̣ màng RO .59 _ SVTH: Ngô Trầ n Lê ̣ Thu Thảo – MSSV: 0150020232 – 01DH-KTMT2 GVHD: TS Thái Phương Vũ Đồ án tố t nghiê ̣p Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằ ng công nghê ̣ lọc màng RO kế t hợp với từ trường _ DANH MỤC HÌ NH Hiǹ h 1.1 Xâm nhập mặn đồng sông Cửu Long 15 Hiǹ h 1.2 Xâm nhập mặn ĐBSCL (Kịch A2-nước biển dâng 30cm) .18 Hình 1.3 Xâm nhập mặn ĐBSCL (Kịch B2-nước biển dâng 30cm) .18 Hiǹ h 1.4 Sơ đồ hệ thống lọc nước biển công nghệ RO .25 Hình 1.5 Cấ u ta ̣o lõi lo ̣c RO .26 Hình 1.6 Hệ thống từ trường nam châm vĩnh cửu .29 Hình 2.1 Bơm RO 31 Hiǹ h 2.2 Bô ̣ ta ̣o từ trường 32 Hình 2.3 Màng RO .34 Hiǹ h 2.4 Van xả thải .35 Hình 2.5 Van ̣n chế nước thải .35 Hiǹ h 2.6 Van xả tay .36 Hình 2.7 Máy đo đô ̣ dẫn điê ̣n 38 Hình 2.8 Sơ đồ bố tríthínghiệm lọc nước mặn 39 Hình 2.9 Mô hình thí nghiê ̣m 40 Hiǹ h 2.10 Thí nghiê ̣m chuẩ n đô ̣ ba ̣c nitrat .41 Hình 2.11 Dung dich ̣ sau chuẩ n đô ̣ có màu vàng hồ ng 41 _ SVTH: Ngô Trầ n Lê ̣ Thu Thảo – MSSV: 0150020232 – 01DH-KTMT2 GVHD: TS Thái Phương Vũ Đồ án tố t nghiê ̣p Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằ ng công nghê ̣ lọc màng RO kế t hợp với từ trường _ TỪ VIẾT TẮT BĐKH Biế n đổ i khí hâ ̣u ĐBSCL Đồ ng bằ ng sông Cửu Long KHKTTV&BĐKH Khoa Ho ̣c Khí Tươ ̣ng Thủy Văn và Biế n Đổ i Khí Hâ ̣u NDB Nước biể n dâng RO Reverse Osmosis PL Phu ̣ lu ̣c TBNN Trung bình nhiề u năm TN&MT Tài Nguyên và Môi Trường _ SVTH: Ngô Trầ n Lê ̣ Thu Thảo – MSSV: 0150020232 – 01DH-KTMT2 GVHD: TS Thái Phương Vũ Đồ án tố t nghiê ̣p Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằ ng công nghê ̣ lọc màng RO kế t hợp với từ trường _ MỞ ĐẦU Đă ̣t vấ n đề Hiê ̣n nay, thiế u nước ngo ̣t đã trở thành vấ n đề nghiêm tro ̣ng không chỉ nước mà toàn thế giới Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hàng năm có 1,6 triệu người giới tử vong không tiếp cận vàsử dụng nguồn nước sạch, 90% số trẻ em tuổi vàở quốc gia phát triển WHO cảnh báo đến năm 2025, số người khơng có nước sinh hoạt tăng gấp so với mức gần tỷ người Một nghiên cứu vừa cơng bố Tạp chíScience Advanced Mỹ cho thấy tỷ người hành tinh (tương đương 2/3 nhân loại) sống tì nh trạng thiếu nước vàít tháng năm họ không đáp ứng đầy đủ nhu cầu nước Trong đó, tình tra ̣ng thiế u nước ngo ̣t ở Viê ̣t Nam cũng vô cùng trầ m tro ̣ng Từ cuối năm 2014, ảnh hưởng El Nino mạnh, kéo dài lịch sử, nhiệt độ tăng cao, lượng mưa dòng chảy thiếu hụt Hạn hán, xâm nhập mặn xảy gay gắt, gây thiệt hại nặng nề, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất đời sống nhân dân, đặc biệt làở khu vực Nam Trung Bộ, Tây Nguyên ĐBSCL Hiê ̣n tươ ̣ng xâm nhâ ̣p mă ̣n diễn hằ ng năm vào các mùa khô, không chỉ ảnh hưởng đế n sản xuấ t nông nghiê ̣p mà còn ảnh hưởng đế n sinh hoa ̣t của người dân vùng ven biể n; với tác đô ̣ng của biế n đổ i khí hâ ̣u - nước biể n dâng, xâm nhâ ̣p mă ̣n đã trở nên phức ta ̣p và khó giải quyế t Với thực tra ̣ng đó, viê ̣c xử lý, cải thiê ̣n tình tra ̣ng nước nhiễm mă ̣n càng thêm cấ p bách Vì vâ ̣y, với thời gian quy đinh ̣ cho luâ ̣n án tố t nghiê ̣p, quy mô phòng thí nghiê ̣m ta ̣i Khu Công Nghê ̣Cao Thành phố Hồ Chí Minh, các nghiên cứu xử lý cải thiê ̣n nước nhiễm mă ̣n đã đươ ̣c thực hiê ̣n “Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mă ̣n bằ ng màng lo ̣c RO” là mô ̣t các nghiên cứu cải thiê ̣n nước nhiễm mă ̣n đươ ̣c thực hiê ̣n Nghiên cứu này sẽ giúp đưa các số liê ̣u chi tiế t về kế t quả cũng hiê ̣u quả xử lý nước nhiễm mă ̣n sở cho phép Mu ̣c tiêu nghiên cứu Xác đinh ̣ khả năng, hiê ̣u quả lo ̣c nước nhiễm mă ̣n thành nước ngo ̣t bằ ng màng lo ̣c RO kế t hơ ̣p với từ trường Nô ̣i dung nghiên cứu - Nghiên cứu phương pháp sử du ̣ng màng RO lo ̣c nước - Lắ p đă ̣t mô hiǹ h quy mô phòng thí nghiê ̣m _ SVTH: Ngô Trầ n Lê ̣ Thu Thảo – MSSV: 0150020232 – 01DH-KTMT2 GVHD: TS Thái Phương Vũ Đồ án tố t nghiê ̣p Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằ ng công nghê ̣ lọc màng RO kế t hợp với từ trường _ - Vâ ̣n hành và đưa số liê ̣u Thu thâ ̣p mẫu, phân tić h số liê ̣u Đánh giá số liê ̣u thu thâ ̣p đươ ̣c và đưa kế t luâ ̣n sau nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu - - Phương pháp lý thuyế t: đo ̣c tài liê ̣u Phương pháp thực nghiê ̣m: lắ p ráp, vâ ̣n hành mô hin ̀ h, thu thâ ̣p, phân tić h, đánh giá số liê ̣u, viế t báo cáo Nồ ng đô ̣ muố i sử du ̣ng: đươ ̣c pha trực tiế p từ muố i ăn với các nồ ng đô ̣ 800 – 1000 – 2000 – 3000 – 4000 – 6000 – 8000 – 10000 Với muố i đươ ̣c sấ y ở nhiê ̣t đô ̣ 140oC, với thời gian khoảng giờ Thời gian lấ y mẫu: từ 10 giờ đế n 15 giờ, tầ n suấ t lấ y mẫu từ – lầ n/ngày Sau đó tiế n hành thí nghiê ̣m chuẩ n đô ̣ sau lấ y mẫu Đố i tươ ̣ng nghiên cứu và giới ̣n nghiên cứu Đố i tươ ̣ng nghiên cứu Nước nhiễm mă ̣n ta ̣i các vùng bi xâm nhâ ̣p mă ̣n, gầ n, ven biể n Nước muố i đươ ̣c ̣ giả lâ ̣p theo nồ ng đô ̣ nước bi ̣nhiễm mă ̣n từ thấ p đế n cao Giới ̣n nghiên cứu Mô hiǹ h nghiên cứu đươ ̣c thực hiê ̣n phòng thí nghiê ̣m với nước mă ̣n đươ ̣c pha từ muố i ăn Đóng góp xã hô ̣i, khoa ho ̣c của nghiên cứu Nghiên cứu này sẽ cung cấ p số liê ̣u chính xác về hiê ̣u quả lo ̣c nước nhiễm mă ̣n của màng RO kế t hơ ̣p với từ trường Từ đó, mang la ̣i khả áp du ̣ng vào thực tế của màng lo ̣c RO, xử lý nước nhiễm mă ̣n, hỗ trơ ̣ nguồ n nước sa ̣ch cho người dân ven biể n cũng toàn xã hô ̣i Áp du ̣ng lo ̣c nước cho hô ̣ gia đin ̀ h, công nghiê ̣p hoă ̣c sử du ̣ng cung cấ p nước cấ p cho cô ̣ng đồ ng _ SVTH: Ngô Trầ n Lê ̣ Thu Thảo – MSSV: 0150020232 – 01DH-KTMT2 GVHD: TS Thái Phương Vũ Đồ án tố t nghiê ̣p Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằ ng công nghê ̣ lọc màng RO kế t hợp với từ trường _ CHƯƠNG TỔNG QUAN Nước nhiễm mă ̣n 1 Đô ̣ mă ̣n Độ mặn hay độ muối kýhiệu S‰ (S viết tắt từ chữ salinity - độ mặn) làtổng lượng (tính theo gram) chất hòa tan chứa kg nước Trong hải dương học, người ta sử dụng độ muối (salinity) để đặc trưng cho độ khống nước biển, hiểu tổng lượng tính gam tất chất khống rắn hồtan cótrong kg nước biển Vìtổng nồng độ ion (11 ion,bao gồm: Na+, Ca2+, Mg2+, Fe3+, NH4+, Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-, NO2-, NO3-) chiếm tới 99,99% tổng lượng chất khống hồ tan nên cóthể coi độ muối nước biển chí nh giátrị Điều có nghĩa nước biển khơi, độ muối cóthể tí nh tốn thơng qua nồng độ ion chí nh Độ muối kýhiệu S‰, độ Clo - Cl‰ mối liên hệ hai đại lượng là: S‰ = 0,030 + 1,8050 Cl‰ Ở đây, ‰ hay ppt (phần nghì n) khơng phải đơn vị đo độ muối, kýhiệu để biểu diễn đơn vị đo nồng độ (g/kg) muối hồtan nước biển Cũng khơng nên đồng độ muối với "độ mặn" cách hiểu số địa phương vị mặn muối NaCl nước biển Định nghĩa độ muối xây dựng từ thực tế cơng việc xác định thơng qua xác định độ clo phương pháp phân tí ch hốhọc - phương pháp Knudsen (còn gọi phương pháp chuẩn độ bạc nitrat) Theo phương pháp này, chuẩn độ nước biển dung dịch bạc nitrat (AgNO3) thìkhơng córiêng ion clo màcác ion flo, brơm, iốt bị kết tủa: AgNO3 + X- = AgX kết tủa +NO3ở X = [Cl-]+[F-]+ [Br-]+[I-], nồng độ F-, Br- vàI- quy chuyển tương đương theo nồng độ Cl- Căn vào độ muối, năm 1934, Zernop phân chia giới hạn loại nước tự nhiên sau: Nước ngọt: S‰ = 0.02 - 0.5 ppt Nước lợ: S‰ = 0.5 - 16 ppt Nước mặn: S‰ = 16 - 47 ppt Nước quámặn: S‰ = 47 ppt _ SVTH: Ngô Trầ n Lê ̣ Thu Thảo – MSSV: 0150020232 – 01DH-KTMT2 GVHD: TS Thái Phương Vũ 10 Đồ án tố t nghiê ̣p Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằ ng công nghê ̣ lọc màng RO kế t hợp với từ trường _ Sau A.F.Karpevits bổ sung vàchi tiết hóa sau: Nước ngọt: 0.01 - 0.5 ppt (các sông hồ, hồ chứa) Nước nhạt: 0.01 - 0.2 ppt Nước lợ: 0.2 - 0.5 ppt Nước lợ: 0.5 - 30 ppt (các hồ, biển nội địa, cửa sông) Nước lợ nhạt: 0.5 - ppt Nước lợ vừa: - 18 ppt Nước lợ mặn: 18 - 30 ppt Nước mặn: 30 ppt Nước biển: 30 - 40 ppt (Đại dương, biển hở, biển nội địa, vịnh vũng, cửa sông) Nước quámặn: 40 - 300 ppt (một số hồ, vịnh, vũng) Các loại muối hòa tan nước ngầm chủ yếu là muố i (natri clorua), canxi magie cacbonat magiê, clorua sulfat Tương tự, ion nhiề u nhấ t nước biển natri, clo, magiê, sulfat vàcanxi, đó nước biển cóthể cótỷ lệ natri clorua cao Tuy nhiên, loại muối khác (bao gồm số cóthể coi độc hại) đa ̣t nồng độ đáng kể số địa điểm đa ̣t biê ̣t Thuật ngữ 'mặn' sử dụng để mơtả muối hòa tan nước Bảng 1.1 Bảng thành phầ n nước nhiễm mă ̣n Thành phầ n Giá tri ̣ước tin ́ h (mg/L) Khoảng giá tri ̣(mg/L) Ca2+ 258 230 – 272 Mg2+ 90 86 – 108 Na 739 552 – 739 K NK Sr2+ NK Fe