Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thẩm thấu ngược Ro trong khử mặn và phục vụ cấp nước cho các vùng duyên hải và hải đảo

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thẩm thấu ngược Ro trong khử mặn và phục vụ cấp nước cho các vùng duyên hải và hải đảo Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thẩm thấu ngược Ro trong khử mặn và phục vụ cấp nước cho các vùng duyên hải và hải đảo luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

NGUYỄN CẢNH DŨNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CẢNH DŨNG NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẨM THẤU NGƯỢC RO TRONG KHỬ MẶN VÀ PHỤC VỤ CÂP NƯỚC CHO CÁC VÙNG DUYÊN HẢI VÀ HẢI ĐẢO LUẬN VĂN THẠC SĨ MÔI TRƯỜNG KHÓA 2005-2007 HÀ NỘI 2008 ộ 00 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CẢNH DŨNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẨM THẤU NGƯỢC RO TRONG KHỬ MẶN VÀ PHỤC VỤ CÂP NƯỚC CHO CÁC VÙNG DUYÊN HẢI VÀ HẢI ĐẢO Chuyên ngành: Kỹ thuật Mơi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ MƠI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS: ĐẶNG XUÂN HIỂN Hà Nội - 2008 SUMMARY OF THESIS Warmer Global is the cause of sea-level rising, this is the main affection come to water supply in the world Main due to which look for a solutions bump off face is a requests is necessary Base on the reverse osmosis principle, the Thesis concentrates to study for reverse osmosis membrane's desalination capability and namely "The desalination capability research of the reverse osmosis membrane's (RO) and Application puts forward the solution to supply water for salt’s polluted water regions” It includes following contents: Chapter 1: General, deliver to a generality look reader about the water resources of the world and Viet Nam, the challenges in sustain level of julep delivered to conditions of life and production of human being Near that is potential provide juleps from well-spring to prepossess saltiness In this chapter, a number of desalinated method tractate also approached, from sloyd to complexity Chapter 2: the base theoretically of the osmotic process negative that this is Chapter provide basic knowledges, the reverse osmosis process Chapter 3: The desalination capability research of the reverse osmosis membrane's, this chapter includes describing method collecting actual data and method converting them into input data Analysing some resons that effection to the productivity of the desalination capability In which we built the equation of the fitted model and the optimize response Chapter 4: Application puts forward the solution to supply water for salt’s polluted water regions, this chapter includes some desalination’s solution to suplly the water for island and salt-marsh region Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học Công nghệ Môi trường MỞ ĐẦU Chiến lược kinh tế - xã hội công nghiệp đến năm 2010 xác định “Phát triển nhanh, hiệu bền vững, tăng trưởng kinh tế đôi với bảo đảm tiến công xã hội bảo vệ môi trường’ Vấn đề phát triển bền vững nêu nhiều văn kiện, thị, nghị Đảng, văn quy phạm pháp luật Quốc hội ban hành thể rõ chương trình hành động cụ thể Chính phủ nhằm thực chiến lược phát triển kinh tế - xã hội, chiến lược tăng trưởng xố đói giảm nghèo, chiến lược bảo vệ mơi trường… Do việc chăm lo cho đời sống nhân dân, ổn định xã hội trọng tâm thiếu việc phát triển bền vững Nước đóng vai trị quan trọng đời sống sản xuất người, hoạt động sinh tồn phát triển người cần đến nước Việc thiếu nước ảnh hưởng đến kinh tế, sức khỏe người mà ảnh hưởng đến tình hình xã hội cộng đồng dân cư sống khu vực Điều ảnh hưởng nhiều đến phát triển bền vững quốc gia Nhận thức điều này, Đảng nhà nước ta từ lâu coi nhu cầu nước nhu cầu thiết yếu người dân, hàng trăm ngàn tỷ đồng chi nhằm mục đích đưa nước đến với người dân, nhiên đến vấn đề gặp phải khó khăn rào cản khoảng cách địa lý, địa hình Công nghệ màng lọc thẩm thấu ngược RO nghiên cứu sử dụng rộng rãi nước tiên tiến giới việc tạo hóa nước biển tạo nước siêu phục vụ nhiều ngành nghề khác Tại số quốc gia vùng Trung Đông Arab Saudi, UAE, Kuwat… để cung cấp đầy đủ nước cho nhu cầu người dân nhiều nhà máy khử muối dùng công nghệ xây dựng đem lại hiệu to lớn nhiều mặt Với mục đích đưa giải pháp kỹ thuật góp phần cải thiện tình hình thiếu hụt nước vùng khó khăn nước vùng hải đảo ven biển, đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thẩm thấu ngược (RO) khử mặn phục Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học Công nghệ Môi trường vụ cấp nước cho vùng duyên hải hải đảo” hy vọng đóng góp nhỏ bé việc cung cấp nước cho vùng ven biển, hải đảo vùng nước nhiễm mặn Đề sâu vào nghiên cứu tổng thể công nghệ màng thẩm thấu ngược RO, hiệu khử muối công nghệ màng thẩm thấu ngược (RO) yếu tố ảnh hưởng tới lưu lượng hiệu suất trình khử muối màng Các nội dung nghiên cứu trình bày theo chương mục Luận văn này, cụ thể: Chương 1: Tổng quan, cung cấp cho người đọc nhìn tổng quát tài nguyên nước giới Việt Nam, thách thức việc trì lượng nước cung cấp cho sinh hoạt sản xuất người Bên cạnh tiềm cung cấp nước từ nguồn nước nhiễm mặn Trong chương này, luận văn đề cập đến phương pháp từ thủ công đến phức tạp việc khử muối tạo nước Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình thẩm thấu ngược, chương cung cấp kiến thức trình thẩm thấu ngược Chương 3: Nghiên cứu khả khử muối nước màng thẩm thấu ngược RO, chương với số liệu thí nghiệm, luận văn phân tích rõ yếu tố ảnh hưởng đến công suất hiệu suất khử muối màng bán thấm, từ tìm phương trình hồi quy, điều kiện tối ưu công suất hiệu suất dựa theo nhiệt độ, áp suất độ mặn đầu vào Chương 4: Đề xuất sơ đồ công nghệ khử muối vùng ven biển, hải đảo vùng nước nhiễm mặn, sau chạy chương trình winflow2004 (một phần mềm thiết kế hệ thống RO) với thơng số chọn lựa để kiểm nghiệm tính xác thực, chương luận văn đề xuất công nghệ cung cấp nước cho vùng dựa yếu tố đặc trưng vùng Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học Công nghệ Môi trường TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tài nguyên nước giới 1.1.1 Tổng quan trữ lượng phân bố nước trái đất 1.1.1.1 Tổng trữ lượng nước trái đất Nước bao phủ 71% diện tích đất có 97% nước mặn, cịn lại nước Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định pha lỗng yếu tố gây nhiễm mơi trường, cịn thành phần cấu tạo yếu thể sinh vật, chiếm từ 50%-97% trọng lượng thể, chẳng hạn người nước chiếm 70% trọng lượng thể Sứa biển nước chiếm tới 97% Trong 3% lượng nước có đất có khoảng 3/4 lượng nước mà người khơng sử dụng nằm q sâu lịng đất, bị đóng băng, dạng khí dạng tuyết lục điạ có 0, 5% nước diện sơng, suối, ao, hồ mà người sử dụng Tuy nhiên, ta trừ phần nước bị ô nhiễm có khoảng 0,003% nước mà người sử dụng tính trung bình người cung cấp 879.000 lít nước để sử dụng (Miller, 1988) Hình 1.1 Tỉ lệ loại nước giới (Liêm, 1990) Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học Công nghệ Môi trường Hiện nay, nước hành tinh phát sinh từ nguồn: bên lòng đất, từ thiên thạch đất mang vào từ tầng khí quyển; nguồn gốc từ bên lịng đất chủ yếu Theo tính tốn khối lượng nước trạng thái tự phủ lên trái đất khoảng 1,4 tỷ km3, so với trử lượng nước lớp vỏ qủa đất ( khoảng 200 tỷ km3) chẳng đáng kể chiếm khơng đến 1% Tổng lượng nước tự nhiên giới theo ước tính có khác theo tác giả dao động từ 1.385.985.000 km3 (Lvovits, Xokolov - 1974) đến 1.457.802.450 km3 (F Sargent 1974) Bảng 1.1 Trữ lượng nước giới (theo F Sargent, 1974) Loại nước Trữ lượng (km3) Biển đại dương Nước ngầm Băng băng hà Hồ nước Hồ nước mặn Khí ẩm đất Hơi nước khí ẩm Nước sơng Tuyết lục địa 1.370.322.000 60.000.000 26.660.000 125.000 105.000 75.000 14.000 1.000 250 1.1.1.2 Nước mặt Sự bốc nước đất, ao, hồ, sơng, biển; nước thực vật động vật , nước vào khơng khí sau bị ngưng tụ lại trở thể lỏng rơi xuống mặt đất hình thành mưa, nước mưa chảy tràn mặt đất từ nơi cao đến nơi thấp tạo nên dịng chảy hình thành nên thác, ghềnh, suối, sơng tích tụ lại nơi thấp lục địa hình thành hồ đưa thẳng biển hình thành nên lớp nước bề mặt vỏ trái đất Trong trình chảy tràn, nước hịa tan muối khống nham thạch nơi chảy qua, số vật liệu nhẹ khơng hịa tan theo dòng chảy bồi lắng nơi khác thấp hơn, tích tụ muối khống nước biển sau Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học Công nghệ Môi trường thời gian dài trình lịch sử đất làm cho nước biển trở nên mặn Có hai loại nước mặt nước diện sông, ao, hồ lục địa nước mặn diện biển, đại dương mênh mông, hồ nước mặn lục địa 1.1.1.3 Nước ngầm Ðó loại nước tích tụ lớp đất đá sâu lòng đất, nước tíctụ làm đất ẩm ướt lấp đầy tế khổng đất Phần lớn nước tế khổng lớp đất mặt bị bốc hơi, hấp thụ phần lại ảnh hưởng trọng lực, trực di xuống tới lớp nham thạch nằm sâu bên làm bảo hịa hồn tồn lổ trống bên cho lớp đá ngậm nước tạo nên nước ngầm Quá trình hình thành nước ngầm diễn chậm từ vài chục đến hàng trăm năm Có hai loại nước ngầm: nước ngầm khơng có áp lực nước ngầm có áp lực Nước ngầm khơng có áp lực: dạng nước giữ lại lớp đá ngậm nước lớp đá nầy nằm bên lớp đá không thấm lớp diệp thạch lớp sét nén chặt Loại nước ngầm có áp suất yếu, nên muốn khai thác phải phải đào giếng xun qua lớp đá ngậm dùng bơm hút nước lên Nước ngầm loại nầy thường khơng sâu mặt đất, có nhiều mùa mưa dần mùa khơ Nước ngầm có áp lực: dạng nước giữ lại lớp đá ngậm nước lớp đá nầy bị kẹp hai lớp sét diệp thạch không thấm Do bị kẹp chặt hai lớp đá khơng thấm nên nước có áp lực lớn khai thác người ta dùng khoan xuyên qua lớp đá không thấm bên chạm vào lớp nước tự phun lên mà khơng cần phải bơm Loại nước ngầm nầy thường sâu mặt đất, có trữ lượng lớn thời gian hình thành phải hàng trăm năm chí hàng nghìn năm Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học Công nghệ Môi trường 1.1.2 Các vấn đề ảnh hưởng đến tài nguyên nước 1.1.2.1 Hạn hán Theo nhà nghiên cứu khả cung cấp nước vấn đề nghiêm trọng tồn giới Có 80 nước vùng sa mạc bán sa mạc (chiếm khoảng 40% dân số giới) thuộc hai lục điạ Á Châu Phi Châu thường xuyên bị hạn hán thất mùa nên thường xuyên không cung cấp đủ lương thực để nuôi sống dân họ Trong thập niên 1970 thảm họa hạn hán đe dọa khoảng 24, triệu người hàng năm giết chết 23.000 người, hậu kéo dài đến 1980 Năm 1985 154 triệu người thuộc 21 quốc gia Phi Châu rơi vào nạn đói hạn hán, thêm vào gia tăng dân số mức chiến tranh lan rộng, mặt khác việc quản lý sử dụng nguồn tài nguyên phát triển nông nghiệp hiệu Ở nước này, người dân nghèo phải nhiều thời gian để tìm nước thường dịng sơng suối bị nhiễm để có nước người phụ nữ trẻ em phải từ 16 km - 25 km ngày mang bình đầy nước đường trở về( Miller, 1988 ) 1.1.2.2 Ngập lụt Ngược lại, quốc gia khác có vũ lượng mưa tương đối lớn lượng lớn nước mưa nhận thời gian ngắn năm Chẳng hạn Ấn Ðộ, 90% lượng nước mưa tập trung vào tháng đến tháng thường gây nên ngập lụt Trong thập niên 1970, thảm họa lụt lội đe dọa 15, triệu người năm giết chết trung bình 4.700 người, làm thiệt hại trung bình 15 tỉ USD, hậu kéo dài đến năm 1980 Nguyên nhân dẫn đến lụt lội người phá rừng, đốt rừng để lấy đất canh tác, khai thác quặng mỏ, mở rộng đô thị Mặc dù lụt lội xem thiên tai gây chết người làm thiệt hại hoa màu, tài sản người dân sau trận lụt, lắng đọng phù sa làm tăng thêm độ màu mỡ cho đất ( Miller, 1988 ) Ðể ngăn ngừa làm giảm tàn phá lụt lội quốc gia nầy, nhiều biện pháp thực xẻn Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học Cơng nghệ Mơi trường kinh nước, xây đập hồ chứa nước, trồng gây rừng đồi trọc, giữ lại rừng đầu nguồn 1.1.2.3 Sự úng nước Ở vùng có địa hình thấp nơi có mực nước ngầm cao làm cho mặt đất ln bị phủ kín lớp nước tù đọng lâu ngày tạo nên trạng thái úng nước, đất bị úng nước nên ln yếm khí Trên vùng đất bị úng nước thường có thực vật thủy sinh đặc trưng số loài rong tảo, năn, lác phát triển nên đất nơi dồi mùn , đạm acid hữu làm cho đất nước bị chua, đất nghèo lân lại giàu chất độc H2S, CH4, Fe2+ Do tính chất vật lý hóa học nước đất vùng bị úng nước khơng tốt cho trồng trọt sử dụng nước cho công nghiệp sinh hoạt 1.1.2.4 Nước bị ô nhiễm Theo nhịp độ phát triển công nghiệp, nông nghiệp nâng cao mức sống người nhu cầu nước sử dụng ngày tăng Vấn đề nước ngày trở nên nghiêm trọng, đặc biệt nước mặt ngày thối hóa mức độ nhiễm nước ngày tăng Theo tổ chức y tế giới (WHO -1980) ước tính quốc gia phát triển 70% dân chúng vùng ven thành phố 25% dân cư thị khơng có đủ nước để sử dụng Ở Việt Nam, công nghiệp phát triển, số thị khu cơng nghiệp cịn điểm tập trung dân cư chưa nhiều nên lượng nước dùng cho cơng nghiệp sinh hoạt cịn so với trữ lượng tự nhiên Tuy vậy, nhiễm bẩn nguồn nước bắt đầu xuất việc sử dụng thuốc trừ sâu nông nghiệp; lượng nước thải môi trường nhà máy luyện kim, nhiệt điện, hóa chất, thực phẩm; với lượng nước thải sinh hoạt trở thành vấn đề cấp bách cần phải quan tâm Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CẢNH DŨNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẨM THẤU NGƯỢC RO TRONG KHỬ MẶN VÀ PHỤC VỤ CÂP NƯỚC CHO CÁC VÙNG DUYÊN HẢI VÀ HẢI ĐẢO... trường vụ cấp nước cho vùng duyên hải hải đảo? ?? hy vọng đóng góp nhỏ bé việc cung cấp nước cho vùng ven biển, hải đảo vùng nước nhiễm mặn Đề sâu vào nghiên cứu tổng thể công nghệ màng thẩm thấu ngược. .. sỹ Viện Khoa học Công nghệ Môi trường CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ KHỬ MẶN CẤP NƯỚC CHO CÁC VÙNG DUYÊN HẢI VÀ HẢI ĐẢO 4.1 Đề xuất công nghệ xử lý nước nhiễm mặn cấp cho vùng hải đảo ven biển Việt