V t= 10 0,5 =5 (m3) Trong đó:
3.7. LỌC MF VÀ NANO
3.7.1. Chọn màng lọc và tính số ống lọc
− Để đảm bảo chất lượng nước trước khi vào hệ thống RO không còn cặn lơ lửng, ta phải xử dụng bồn lọc tinh để loại các hạt có kích thước 5µm. Với mục đích tăng hiệu quả khử cặn và kéo dài thời gian lọc nước ta bố trí hai cấp lọc nối tiếp nhau với kích thước lỗ màng là 10µm (màng lọc MF) và 5 µm (màng lọc Nano).
− Chọn loại màng của nhà sản xuất DIGARDTM với các thông số như sau:
+ Đường kính: 2,5 inches (6,35cm).
+ Chiều dài: 20 inches (50,8cm).
+ Vật liều chế tạo: sợi cotton tẩy trắng với lõi màng bằng Polypropylen.
+ Nhiệt độ tối đa cho phép: 140oF (60oC).
+ Áp suất tối đa cho phép: 20psi (3,4 (Bar)).
+ Lượng nước lọc: 10GPM (2,268 m3/h).
− Số ống lọc cần cho mỗi bồn lọc:
Trong đó:
+ Q là lưu lượng nước cần lọc, (m3/h). Q = 10 (m3/h).
+ q là lưu lượng nước qua mỗi ống lọc, (m3/h). q = 2,268 (m3/h).
− Suy ra, số ống lọc: = 4,4
− Chọn số ống lọc là: 5 ống MF và 5 ống Nano.
− Tính lại lưu lượng qua mỗi ống lọc = 2 (m3/h).
3.7.2. Tổn thất áp lực qua lọc
Hình 3. Tổn thất áp lực qua lõi lọc 10 inches.
− Ta có lượng nước qua mỗi ống lọc 20 inches là .
− Lượng nước qua 1 ống lọc 10 inches: .
− Dựa vào lưu lượng trên, ta tra đồ thị được tổn thất áp lực:
+ Tổn thất áp lực qua lỗi MF (10µm) 10 icnhes là 0,05 ((Bar)) tổn thất qua lỗi 20 inches là 0,1 (Bar).
+ Tổn thất áp lực qua lỗi Nano (5µm) 10 icnhes là 0,06 ((Bar)) tổn thất qua lỗi 20 inches là 0,12 ((Bar)).
Vậy tổng tổn thất áp lực qua 2 bồn lọc là 0,22 ((Bar)).
3.7.3. Tính toán cơ khí bồn lọc
− Để tính toán cơ khí cho bồn lọc, ta cần có các thông số thiết kế từ nhà sản xuất lõi lọc DIGARD như sau:
Hình 4. Kích thước bồn lọc hình chiếu bằngHình. Kích thước bồn lọc hình chiếu đứng
Bảng 9. Thông số thiết kế của bồn lọc theo nhà sản xuất DIGARD
− Chọn kích thước bồn với 3 cột lọc 20 inch là D x H = 0,3m x 0,85m.
− Thực hiện rửa lọc: Khi tổn thất áp lực vượt quá 6mH2O cần tháo lõi lọc và thực hiện việc rửa lọc.
+ Bước 1: Ngâm lõi lọc vào dung dịch HCl 0,2% trong vòng 10 phút, sau đó rửa lại bằng nước sạch.
+ Bước 2 : Ngâm lõi vào dung dịch NaOH 0,1% trong 10 phút, sau đó rửa lại bằng nước sạch.
Số cột lọc Đầu vào/ra(cm) Kích thước bồn lọc, inch(cm)
A B C D E
5 cột – 10” 3,8 25 (64) 11,5 (29) 5,5 (14) 12 (30) 12,75 (32) 5 cột – 20” 3,8 32,5 (85) 11,5 (29) 5,5 (14) 12 (30) 12,75 (32) 5 cột – 30” 5,1 44 (112) 11,5 (29) 5,5 (14) 12 (30) 12,75 (32) 5 cột – 40” 5,1 54,5 (138) 11,5 (29) 5,5 (14) 12 (30) 12,75 (32)
+ Bước 3 : Ngâm vào dung dịch H2O2 từ 0,2-0,25% trong 10 phút, lấy ra rửa bằng nước sạch và lắp lại vào hệ thống. Thực hiện rửa khoảng 3 lần cần phải thay mới.
3.8. BỂ TRUNG GIAN
3.8.1. Tính toán bể chứa trung gian
− Bồn chứa trung gian được làm bằng Inox dùng để chứa nước và ổn định nước trước khi qua bơm cao áp cấp vào hệ thống lọc RO.
− Nước tự chảy từ ngăn lắng của bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng sang bể chứa trung gian.
− Thể tích bể chứa:
V = Q x t = 10 0,5 = 5 (m3). Trong đó:
+ Q: lưu lượng bể , Q = 10 (m3/h).
+ t: Thời gian lưu: chọn t = 30 (phút) = 0,5 (h).
− Từ thể tính bể chứa đã tính toán, chọn bể chứa Inox đứng Sơn Hà dung tích 5 (m3)
3.8.2. Tính toán ống dẫn nước sang RO
− Tiết diện ống:
F = = = 2,778 10 -3 (m2).
− Trong đó:
+ Q: lưu lượng nước từ bể chứa nước thô. Q = 10 (m3/h) ứng với thời gian làm việc 12 (h/ngày).
+ v: vận tốc nước chảy trong ống. Với ống có dùng bơm, vận tốc nước chảy trong ống dao động trong khoảng 0,8 – 1,2 (m/s) (Theo Mục 6.120. TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế).Chọn v = 1,0 (m/s) = 3.600 (m/h).
− Đường kính ống tiết diện tròn:
D = = = 0,059 (m) = 59 (mm). Chọn đường kính ống bằng 60 (mm).
− Tính lại vận tốc:
v = = = = 0,983 (m/s) (Thỏa).
3.8.3. Tính toán, chọn bơm
Bảng 10. Áp lực tối ưu khi TDS thay đổi
STT TDS của nguồn nước (ppm) Áp lực tối ưu (Bar)
1 8.608,33 18 – 222 10.342,22 20 – 24 2 10.342,22 20 – 24 3 12.626,67 21 – 25 4 14.182,67 23 – 27 5 16.124.44 25 – 29 6 18.440,56 30 – 34 7 20.578,89 32 – 36 8 22.585,26 34 – 39 9 24.561,82 36 – 42
(Nguồn: Kết quả chạy pilot trên mô hình xử lí nước tại xã Tam Thôn Hiệp – Cần Giờ).
− Khi nồng độ TDS của nguồn nước càng tăng thì áp lực hoạt động tối ưu của hệ thống cũng tăng theo. Với hàm lượng TDS của nước sông Vàm Sát là 88.417.3 (mg/l), ta chọn áp lực tối ưu của hệ thống từ 18 – 22 (Bar).
− Công suất của bơm truyền cho nước: = 9,87 (Hp)
Trong đó:
+ Q là lưu lượng bơm, (m3/h). Q = 10 (m3/h).
+ H là cột áp toàn phần của máy bơm, (mH2O). H = 200 (mH2O).
+ là khối lượng riêng của nước, (Kg/m3). = 1.000 (Kg/m3).
+ là công suất của máy bơm, = 0,72 – 0,93. Chọn = 0,75.
− Công suất của động cơ:
N = = 9,87 1,5 = 14,8 (Hp). Trong đó :
+ N là công suất bơm truyền cho nước (N = 9,87 Hp).
+ K là hệ số, K = 1,5 – 2, chọn K = 1,5.
Từ công suất đã tính toán, lựa chọn bơm cho phù hợp.
3.9.1. Sơ lược hệ thống RO
Hình 5. Sơ đồ lắp đặt hệ thống RO
− Ghi chú:
1. Nước đem lọc.
2. Nước đã lọc qua màng.
3. Nước thải ra.
4. Bơm áp lực cao.
5. Module lọc.
6. Màng bán thấm.
7. Van điều chỉnh áp lực.
− Bơm (4) nén nước đem lọc (1) với áp lực cao và tạo dòng tuần hoàn trên bề mặt màng (5). Nước đã lọc đi qua cửa số (2), còn van (7) đặt trên đường xả để giữ áp lực đù lớn trước màng lọc. Việc chọn bơm và điều chỉnh van (7) cho phép xác định áp lực nước trước màng lọc và hệ số lọc nước Y( tỷ số giữa lưu lượng nước lọc qua màng và lưu lượng do máy bơm cấp vào để lọc).
3.9.2. Lựa chọn màng lọc
Bảng 11. Hướng dẫn của hãng Filmtec về lựa chọn màng RO
STT LOẠI MÀNG NỒNG ĐỘ TDS (ppm) LƯU LƯỢNG LỌC (gpm)
1. TW < 5.000 Lõi lọc 4 – inch: max. 25 Lõi lọc 8 – inch: min. 10
2. XLE, LE < 1.000 Lõi lọc 4 – inch: max. 25 Lõi lọc 8 – inch: min. 10
3. BW, FR < 5.000 Lõi lọc 4 – inch: max. 25 Lõi lọc 8 – inch: min. 10
4. SW 3.000 – 15.000 Lõi lọc 4 – inch: max. 25 Lõi lọc 8 – inch: min. 10
5. SWHR, SWHR
LE 10.000 – 50.000
Lõi lọc 4 – inch: max. 25 Lõi lọc 8 – inch: min. 10
6. NF < 1.000 Lõi lọc 4 – inch: max. 25 Lõi lọc 8 – inch: min. 10
− Nước thô đầu vào của hệ thống là nước nhiễm mặn sông Vàm Sát-Cần Giờ có hàm lượng TDS là 8.417 (mg/l) nên ta chọn loại màng có kí hiệu SW (loại màng dùng để xử lý nước biển) để thiết kế hệ thống.
− Ta chọn loại màng SW30HR – 380, lõi 8 – inch của hãng FILMTEC là màng dùng cho nước biển hoặc nước lợ có hàm lượng muối và ion hòa tan cao, có tỉ lệ thải muối cao. Màng được khảo sát trong điều kiện hàm lượng muối, TDS, Ca2+
và Mg2+, Cl- đều rất cao, do đó ta không cần phải thiết kế bồn trao đối ion để khứ cứng cho nước thô trước khi vào hệ thống RO.
a. Đặc tính của màng lọc màng lọc
Hình 6. Màng RO SW30HR-380 của hãng FILMTEC
− Kích thước 1 lõi lọc:
+ Chiều dài 40 inches (1.016 mm).
+ Đường kính 8 inchcs (201mm).
+ Đường kính ống trung tâm 29 (mm).
− Năng suất sản xuất tối đa Qmax = 23 (m3/ ngày).
− Hệ số thu hồi R = 8% (lớn nhất là 15%).
− Diện tích bề mặt 35 (m2).
− Có khả năng xử lý NaCl lên tới 32.000 (ppm).
− Loại màng: Polyamide Thin – Film Composite (loại màng xoắn).
− Tổn thất áp lực lớn nhất 0,9 (Bar) (13psi).
− Ti lệ thải muối ổn định 99,7%.
− Dãy pH hoạt động từ 2 – 11.
− Chi số mật độ bùn (Silt Density Index) SDI < 5.
b. Tính toán số lõi lọc cần sử dụng
− Công thức tính toán số lượng lõi lọc cho 1 cột lọc theo hướng dẫn của hãng Filmtec như sau:
n =
− Trong đó:
+ n là số lõi lọc cần sử dụng.
+ Q là lưu lượng dòng ra, Q = 68 (m3/ ngày.đêm).
+ S là diện tích bề mặt màng, S = 35 (m2).
+ q là tải trọng dòng ra, chọn q = 20 (l/m2/h) theo khuyến cáo của hãng Filmtec.
n = = 4
− Nhóm lựa chọn thiết kế 1 lõi lọc cho 1 cột lọc, suy ra số cột lọc cần thiết là 4.
3.9.3. Tính toán sau khi lọc
− Lượng nước sau lọc:
Qra= Qvào R = 114 60% = 68,4 (m3/ngđ). Trong đó:
+ Qra: lưu lượng nước sau lọc (m3/ngđ).
+ Qvào : lưu lượng nước cấp vào (m3/ngđ). Qvào = 120 95% = 114 (m3/ngđ) (vì trước khi qua RO, hệ thống sử dụng 5% nước để rửa lọc cho hệ thống lọc trước đó).
− Nồng độ muối trong dòng ra:
Cra = Cvào (1 H) = 11.070 (1 0,997) = 33,21 (ppm) < 250 (ppm). (Thỏa Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống 1329/2009/BYT/QĐ).
Trong đó:
+ Cthực tế: nồng độ muối sau lọc (m3/ngđ).
+ Cvào : nồng độ muối ban đầu (m3/ngđ).
+ H: tỉ lệ thải muối. H = 99,7% (đặc tính màng lọc RO SW30HR-380).
− Nồng độ muối trong dòng thải:
Nồng độ muối ban đầu = Nồng độ muối trong dòng ra + Nồng độ muối thải Qvào Cvào = QraCra + Qthải Cthải
Suy ra, nồng độ muối trong dòng thải:
Cthải = = = 27.625,185 (ppm).
− Vậy sau khi vào hệ thống RO, nước đầu ra thỏa yêu cầu cho phép với hàm lượng muối là 33,21 (ppm) (thỏa Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống 1329/2009/BYT/QĐ) và có lưu lượng đầu ra là 68,4 (m3/ngđ) (thỏa công suất yêu cầu).
3.9.4. Rửa màng RO
− Trong quá trình vận hành, màng RO sẽ bị dơ do đóng khoáng, các chất hữu cơ hoặc bụi bẩn nên cần phải rửa màng.
− Màng được rửa bằng dung dịch acide và kiềm với nước sau xử lý không có chứa Clo, vì Clo là chất oxi hóa mạnh sẽ làm hư màng. Việc rửa màng được thực hiện như sau:
+ Rửa bằng dung dịch kiềm NaOH 0,2% để tẩy đi các chất hữu cơ, vi sinh vật bám trên màng.
+ Tiếp tục rửa bằng dung dịch acide HCl 0,2% nhằm khử các chất khoáng và oxi bắm vào màng.
+ Để tăng hiệu quả tẩy rửa, tất cả các dung dịch rửa màng đều được pha thêm H2O2 0,2% với mục đíh oxi hóa các cặn bẩn có thể làm tổn hại màng.
− Mục đích sử dụng Clo để khử trùng là nhằm tạo dư lượng Clo tạo cảm giác an toàn cho người sử dụng.
− Vì công suất nhỏ nên ta chọn phương pháp châm Clo lỏng ngay trên đường ống dẫn tới bể chứa bằng ống trộn.
Tính toán lượng Clo cần sử dụng.
− Theo Tiêu chuấn cấp nước 1329 – 2002 thì lượng Clo dư trong nước thuộc khoảng 0,3 – 0,5 (mg/1). Chọn lượng Clo dư là 0,3 (mg/l) thì lượng Clo cần thiết để châm vào nước là 0,75 (mg/l). (Nguồn: Trang 284 Giảo trình Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp_TS Trịnh Xuân Lai).
− Lượng Clo cần sử dụng trong 1 ngày:
0,75 (g/m3) 120 (m3) = 90 (g) dung dịch Clo lỏng 2%.
− Nhưng khi chúng ta sử dụng Clo làm chất khử trùng, ta thường sử dụng ở dạng rắn (Clorua vôi Ca(OCl)2), sau đó khuấy trộn với nước tạo thành dạng Clo lỏng.
− Phương trình phản ứng:
Ca(OCl)2 + 2H2O = HOCl + Ca2+ + 2OH+
143 (g) 52,5 (g) ? 90 (g)
− Lượng Clorua vôi khô cần sử dụng trong 1 ngày là 245.14 (g) ~ 0,25 (kg/ngày).
− Đầu tiên hóa chất được hòa tan trong thùng pha đến nồng độ 10% đề tách cặn bẩn và tạp chất, sau đó cho vào thùng tiêu thụ pha loãng đến nồng độ 2%.
− Nồng độ dung dich Clo 2%: d = 1,0169 (kg/m3)
− Thể tích clorua vôi dùng trong một ngày:
V = = = 0,0885 (m3/ngày) = 7,4 (1/h).
− Chọn bơm định lượng có công suất 8 (l/h) để bơm hóa chất.
3.9.6. Bể chứa nước sạch
− Bê chứa có nhiệm vụ chứa nước sạch trong thời gian dài đê đăm bao nhu cầu sử
dụng nước tại khu du lịch.
− Chọn thời gian lưu nước là 2 ngày.
− Thê tích bể chứa:
Trong đó:
+ Q: lưu lượng nước sau khi qua RO (m3/ngđ). Q= 68,4 (m3/ngđ).
+ t: thời gian lưu nước trong bể. t = 2 (ngày).
Chương 4. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
4.1.KẾT LUẬN
− Qua quá trình làm đồ án đã giúp nhóm nhận thấy được tầm quan trọng của việc xây dựng hệ thống xử lý nước nhiễm mặn cấp cho khu du lịch Vàm Sát – Cần Giờ, nhằm đáp ứng nhu cầu dùng nước và từng bước khắc phục tình trạng thiếu hụt nước mà khu vực đang phải đối mặt.
− Trên cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, nhóm đã tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn bằng biện pháp keo tụ tạo bông kết hợp lắng đứng và lọc bằng RO. Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép, đạt tiêu chuẩn Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống 1329/2009/BYT/QĐ.
− Hệ thống xử lý này đơn giản, quy mô nhỏ, không tốn nhiều diện tích, phù hợp với công suất đã đặt ra.
4.2.KIẾN NGHỊ
− Thông qua việc làm đồ án, nhóm xin đưa ra một số kiến nghị như sau:
+ Trong quá trình vận hành yêu cầu người vận hành phải thực hiện đúng quy trình.
+ Thường xuyên theo dõi, kiểm tra chất lượng nước vào và ra.
+ Thường xuyên vệ sinh thiết bị máy móc để hệ thống làm việc có hiệu quả cao và tăng tuổi thọ của công trình.
+ Cần thay ngay màng lọc mới và vật liệu lọc khi hết hạn sử dụng để tránh ảnh hưởng đến chất lượng nước.
+ Thường xuyên áp dụng, cải tiến công nghệ xử lý hiện đại nhằm đạt chất lượng xử lý nước tốt nhất.