thống là 65l. Nước sẽ được bơm chìm vận chuyển từ bể của tháp giải nhiệt đến bể phản ứng điện phân. Lưu lượng thí nghiệm sẽ được điều chỉnh thơng qua van bi.
Bảng 3.8 Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 232-1999 về chất lượng nước cấp cho hệ thống tuần hoàn nước lạnh và nước cấp giải nhiệt .
Bảng 3.9 Thông số nước đầu vào bộ điện phân ban đầu. . .
Hiệu quả xử lý được tính theo phương trình sau:
(%) inout in CC R C − = (3.4) Trong đó: R: tỷ lệ phần trăm độ cứng sau xử lý (%) in C : nồng độ ban đầu (ppm) out C : nồng độ sau xử lý (ppm)
Sau mỗi lần điện phân, nhóm sẽ thực hiện lấy điện cực cân lại. Và sẽ đem điệc cực đó làm sạch để điện cực có thể thực hiện thí nghiệm q trình điện phân tiếp theo mà khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng phản ứng của thí nghiệm.
3.3.1 Thí nghiệm định hướng chọn mật độ dịng điện
Để thực hiện thí nghiệm ta xin chia ra làm 6 mốc mật độ dòng điện là: 20 A/m2, 40 A/m2, 60 A/m2, 80 A/m2, 90 A/m2, 100 A/m2. Sau mỗi thí nghiệm, điện năng tiêu thụ sẽ được thống kê.
Các thông số yêu cầu của nước Giá trị
Độ PH 7,6
Độ cứng cacbonat 240mg/l
Thông số nước đầu vào Giá trị
Tổng độ cứng (mg/) 280
TDS (mg/l) 405
Đối với các thơng số cịn lại, ta quyết định chọn như sau: cường độ dòng điện được xác định dựa vào cơng thức liên quan giữa mật độ dịng điện và cường độ dòng điện, khoảng cách giữa các điện cực 2cm.
Vì vậy với thí nghiệm này ta thực hiện 6 thí nghiệm với mốc mật dộ dịng điện khác nhau đã chọn. Mục đích của thí nghiệm là chọn được một thơng số mật độ dòng điện đạt kết quả tối ưu nhất trong điện phân.
Trong quá trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân và mỗi 5 phút sẽ ghi các thông số cần thiết trong 100 phút. Sau đó phân tích thơng số và chọn ra mật độ dòng điện tối ưu nhất dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để thưc hiện thí nghiệm tiếp theo.
3.3.2 Thí nghiệm định hướng chọn khoảng cách giữa các điện cực
Thí nghiệm này ta thực hiện với 3 thí nghiệm tương ứng với 3 khoảng cách lần lượt là 1cm; 2cm; 3cm. Đối với các thơng số cịn lại, ta quyết định chọn như sau: mật độ dòng điện là 90A/m2 (theo thí nghiệm 2.3.1 thí nghiệm đinh hướng chọn mật độ dịng điện). Sau mỗi thí nghiệm, điện năng tiêu thụ sẽ được thống kê.
Vì vậy với thí nghiệm này ta thực hiện 3 thí nghiệm với 3 khoảng cách khác nhau đã chọn. Mục đích của thí nghiệm là chọn được một khoảng cách giữa các điện cực tối ưu nhất trong điện phân.
Trong quá trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân và mỗi 5 phút sẽ ghi các thông số cần thiết trong 100 phút. Sau đó phân tích thơng số và chọn ra khoảng cách giữa các điện cực tối ưu nhất dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để thực hiện thí nghiệm tiếp theo.
3.3.3 Thí nghiệm định hướng chọn thể tích bể phản ứng
Ta sẽ thực hiện 4 thí nghiệm với bước nhảy là 0,5l (tức là bắt đầu 1l và kết thúc ở 2,5l). Đối với các thơng số cịn lại ta lựa chọn như sau: mật độ dịng điện là 90A/m2
(theo thí nghiệm 2.3.1 thí nghiệm định hướng chọn mật độ dịng điện) và khoảng cách sẽ 2cm (theo thí nghiệm 2.3.2 thí nghiệm đinh hướng chọn khoảng cách giữa các điện cực). Sau mỗi thí nghiệm, điện năng tiêu thụ sẽ được thống kê.
Vì vậy với thí nghiệm chọn thể tích bể phản ứng ta thực hiện 4 thí nghiệm với 4 thơng số thể tích khác nhau như đã đề cập. Mục đích của thí nghiệm là chọn được thể tích bể phản ứng thích hợp cho thí nghiệm.
Trong quá trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân và mỗi 5 phút sẽ ghi các thơng số cần thiết trong 100 phút. Sau đó phân tích thơng số và chọn ra thể tích tối ưu nhất dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để thưc hiện thí nghiệm tiếp theo.
Từ 3 kết quả thí nghiệm định hướng trên ta sẽ chọn những thông số tối ưu nhất để thực hiện việc đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng dịng chảy đến q trình điện phân xử lý nước cứng.
3.3.4 Thí nghiệm đánh giá sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến hiệu suất của bộ điện phân
Bảng 3.10 Các thơng số đầu vào trong thí nghiệm đánh giá lưu lượng
Thông số Giá trị Tham khảo
Mật độ dòng điện cực
dương 90A/m
2 Được chọn từ thí nghiệm 3.3.1
Khoảng cách 2cm Dựa vào thí nghiệm 3.3.2
Thời gian thí nghiệm Mỗi ngày chạy 8 giờ liên tục
Thể tích bể nước 2l Dựa vào thí nghiệm 3.3.3
Lưu lượng xử lý 1 l/phút 2 l/phút 3 l/phút 4 l/phút 5 l/phút 6 l/phút
Để thực hiện thí nghiệm này, ta sẽ thực hiện 6 thí nghiệm với bước nhảy là 1l/phút (tức là bắt đầu 1l/phút và kết thúc ở 6 l/phút). Đối với các thơng số cịn lại ta lựa chọn như sau: mật độ dịng điện, thể tích bể chứa nước và khoảng cách sẽ lấy từ thí nghiệm
Vì vậy với thí nghiệm đánh giá lưu lượng dịng chảy này ta thực hiện 6 thí nghiệm với 6 thơng số thể tích khác nhau như đã đề cập. Mục đích của thí nghiệm là đánh giá sự ảnh hưởng của lưu lượng đến điện phân xử lý nước cứng.
Trong quá trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân trong suốt 8 giờ và mỗi 30 phút sẽ ghi các thơng số cần thiết. Sau đó phân tích thơng số xử lý dữ liệu để có thể chọn ra và đánh giá được lưu lượng ảnh hưởng đến quá trình điện phân dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để vẽ đồ thị và là kết quả chính của bài.
Chương 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
Dựa vào cơ sở lí luận ở chương 2 và các thơng số thực nghiệm đo được cho các thí nghiệm. Các kết quả thí nghiệm và xử lí trên phần mềm Excel 2013 và các đồ thị được vẽ bằng phần mềm Origin 8.0.
4.1 Kết quả thí nghiệm định hướng chọn mật độ dịng điện
Biểu đồ 4.1 Ảnh hưởng của MĐDĐ đến sự sụt giảm tổng độ cứng của nước theo thời gian
Theo lý thuyết với sự gia tăng của MĐDĐ, các phản ứng điện phân diễn ra càng mạnh mẽ. Lượng OH- sinh ra ở cathode và ion H+ sinh ra ở anode cũng tăng lên. Tăng MĐDĐ làm cho linh độ tăng theo làm cho tốc độ vận chuyển ion giữa 2 bản cực cũng diễn ra nhanh chóng hơn, lượng ion Canxi gây ra độ cứng cũng được dịch chuyển nhanh đến cực âm phản ứng với CO32- đang được sinh ra mãnh liệt tại cathode làm cho lượng kết tủa sinh ra ở đây tăng lên vì thế hiệu quả loại bỏ độ cứng tăng lên.
Độ cứng sau xử lý của các MĐDĐ 20 A/m2, 40 A/m2, 60 A/m2, 80 A/m2, 90 A/m2, 100 A/m2 đạt được lần lượt là 90 mg/l; 57 mg/l; 55 mg/l; 51 mg/l; 33 mg/l; 21 mg/l. Hai MĐDĐ đạt được độ cứng sau xử lý thấp nhất là 90 A/m2 và 100 A/m2.
Biểu đồ 4.2 Ảnh hưởng của MĐDĐ đến sự sụt giảm TDS của nước theo thời gian Qua biểu đồ cho thấy chỉ số TDS của các MĐDĐ điều giảm sau thời gian xử lí Qua biểu đồ cho thấy chỉ số TDS của các MĐDĐ điều giảm sau thời gian xử lí là 100 phút. Chỉ số TDS ban đầu đều là 405ppm và sau q trình xử lí nước đạt được giá trị 150 ppm; 145 ppm; 75 ppm; 63 ppm; 53 ppm tương ứng với các MĐDĐlà 20 A/m2, 40 A/m2, 60 A/m2, 80 A/m2, 90 A/m2, 100 A/m2. Giá trị TDS đạt được thấp nhất là 53 ppm tại 90 A/m2 và 100A/m2.
Biểu đồ 4.3 Ảnh hưởng của MĐDĐ đến sự dao động pH của nước theo thời gian Ở tất cả các MĐDĐ thí nghiệm thì chỉ số pH đều giữ ổn định không dao động Ở tất cả các MĐDĐ thí nghiệm thì chỉ số pH đều giữ ổn định khơng dao động nhìu, ở khoảng 7.7-7.9 phù hợp với yêu cầu cho hệ thống với pH lí tưởng từ 7.5-8.5.
Biểu đồ 4.4 Ảnh hưởng của MĐDĐ đến hiệu quả xử lý nước và tiêu thụ năng lượng Khi càng gia tăng MĐDĐ từ 20A/m2 lên đến 100A/m2 thì hiệu suất làm giảm độ cứng tăng tương ứng từ 68% lên đến 93%. Và hiệu suất làm sụt giảm TDS của nước là 58% lên đến 86%. Và ĐNTT cũng tăng khi tăng MĐDĐ từ 48Wh đến 64Wh.
So sánh hai MĐDĐ là 90A/m2 và 100A/m2 thì hiệu suất xử lý làm sụt giảm độ cứng đều bằng 93% nhưng điện năng tiêu thụ của MĐDĐ 100A/m2 là 64Wh lớn hơn 60Wh của MĐDĐ 90A/m2.
Vì vậy ở mật độ dịng điện 90A/m2, hiệu quả xử lý nước đạt giá trị tối ưu, ở mật độ dòng điện cao hơn hiệu quả tăng không đáng kể nhưng điện năng tiêu thụ tăng cao.
4.2 Kết quả thí nghiệm định hướng chọn khoảng cách giữa các điện cực
Biểu đồ 4.5 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến sự sụt giảm tổng độ cứng của nước theo thời gian
Theo biểu đồ độ cứng của các thí nghiệm khoảng cách điện cực đều giảm sau thời gian xử lí là 100 phút. Độ cứng sau xử lý của các khoảng cách giữa các điện cực 1 cm; 2 cm; 3 cm đạt được lần lượt là 30 mg/l, 21 mg/l, 38 mg/l. Khoảng cách đạt được độ cứng sau xử lý thấp nhất là 2 cm.
Biểu đồ 4.6 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến sự sụt giảm TDS của nước theo thời gian
Qua đồ thị cho thấy chỉ số TDS của các thí nghiệm khoảng cách điện cưc đều giảm sau thời gian xử lí là 100 phút. Chỉ số TDS ban đầu đều là 405ppm và sau quá trình xử lí nước đạt được giá trị 68 ppm; 62 ppm; 53 ppm tương ứng với các khoảng cáchlà 3 cm; 1 cm; 2cm. Giá trị TDS đạt được thấp nhất là 53 ppm tại 2cm.
Biểu đồ 4.7 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến sự dao động pH của nước theo thời gian
Ở tất cả các khoảng cách giữa các điện cực thí nghiệm thì chỉ số pH đều giữ ổn định không dao động nhìu ở khoảng 7.7-7.9 phù hợp với yêu cầu cho hệ thống là pH lí tưởng là từ 7.5-8.5.
Biểu đồ 4.8 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến hiệu quả xử lý nước và tiêu thụ năng lượng
Ở khoảng cách 1cm, 2cm và 3cm thì hiệu quả làm mềm nước tương ứng là 89%, 93%, 86%. Khoảng cách giữa các điện cực càng gần thì dịng điện, mật độ dòng điện sẽ càng lớn, các ion sẽ dịch chuyển rất nhanh về điện cực làm cho nồng độ ion tại điện cực tăng cao. Khi nồng độ ion tăng cao thì lực tương tác tĩnh điện giữa các ion cũng trở nên đáng kể và làm giảm linh độ của ion. Vì thế cho nên hiệu quả xử lý của ở khoảng cách 1cm (89%) thấp hơn tại khoảng cách 2cm (93%). Ngoài ra tại khoảng cách 1cm sẽ gây khó khăn trong q trình lắp đặt các điện cực vào hệ thống cũng như quá trình bảo trì sau này. Vì thế khoảng cách điện cực là 2 cm đem lại hiệu quả xử lý nước tối ưu về nhiều mặt.
4.3 Kết quả thí nghiệm định hướng chọn thể tích bể phản ứng
Biểu đồ 4.9 Ảnh hưởng của thể tích của bể điện phân đến sự sụt giảm tổng độ cứng của nước theo thời gian.
Qua biểu đồ cho thấy độ cứng của các thí nghiệm thể tích bể điện phân đều giảm sau thời gian xử lí là 100 phút. Độ cứng sau xử lý của các thể tích của bể điện phân 1L; 1,5L; 2L; 2,5L đạt được lần lượt là 21 ppm, 21 ppm, 24 ppm, 50 ppm. Hai thể tích đạt được độ cứng sau xử lý thấp nhất là 1,5L và 1L.
Biểu đồ 4.10 Ảnh hưởng của thể tích của bể điện phân đến sự sụt giảm TDS của nước theo thời gian
Theo biểu đồ chỉ số TDS của thí nghiệm thể tích bể điện phân đều giảm sau thời gian xử lí là 100 phút. Chỉ số TDS ban đầu đều là 405ppm và sau q trình xử lí nước đạt được giá trị 70 ppm; 60 ppm; 56 ppm; 51 ppm tương ứng với các thể tíchlà 2,5L; 2L; 1,5L; 1L. Giá trị TDS đạt được thấp nhất là 51 ppm tại 1L.
Biểu đồ 4.11 Ảnh hưởng của thể tích của bể điện phân đến sự dao động pH của nước theo thời gian
Ở tất cả các thể tích của bể thí nghiệm thì chỉ số Ph đều giữ ổn định khơng dao động nhìu ở khoảng 7.7-7.9 phù hợp với yêu cầu cho hệ thống là pH lí tưởng từ 7.5-8.5.
Biểu đồ 4.12 Ảnh hưởng của thể tích bể điện phân đến hiệu quả xử lý nước và tiêu thụ năng lượng
Ở thể tích bể càng lớn thì thể tích nước để bộ điện phân phải xử lý càng lớn. Vì thế ở cùng các thơng số thí nghiệm và cùng thời gian xử lý thì hiệu suất của bể càng nhỏ cho hiệu suất xử lý càng lớn. Bể 1l và 1,5l đều cho hiệu suất làm sụt giảm độ cứng là 93%, đối với bể 2l là 91% và chỉ còn 82% đối với bể 2,5l.
Bể 2l hiệu suất thấp hơn bể 1,5l là 2% khơng đáng kể nhưng thể tích nước xử lý được trong thời gian 100 phút nhiều hơn 0,5l. Vì thế bể 2l là bể cho hiệu quả tối ưu nhất.
4.4 Kết quả thí nghiệm đánh giá sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến hiệu suất của bộ điện phân suất của bộ điện phân
Biểu đồ 4.13 Ảnh hưởng của lưu lượng nước qua bộ xử lý đến sự sụt giảm tổng độ cứng của nước theo thời gian
Theo lý thuyết, lưu lượng nước qua bộ xử lý sẽ ảnh hưởng đến bề dày của lớp khuếch tán. Ngoài ra lưu lượng xử lý cũng phải nhanh hơn tốc độ hình thành độ cứng trong nước thơng qua q trình bay hơi và cấp nước bổ sung của tháp giải nhiệt (đã đề cập nhiều ở chương 1).
Đúng vậy ở lưu lượng 1l/phút và 2l/phút thì sau 8 giờ vận hành thì tổng độ cứng Carbonat sau cùng không đạt được yêu cầu theo TCVN quy đinh là 240mg/l mà chỉ đạt 1l/phút (253mg/l), 2l/phút (244mg/l).
Còn ở lưu lượng lớn nhất là 6l/phút tốc độ nước đi qua bộ xử lý là quá nhanh để cho các phản ứng có thể kịp diễn ra ở hai điện cực. Vì thế tổng độ cứng Carbonat sau
Chỉ có 3 lưu lượng là 3 l/phút; 4 l/phút; 5 l/phút là tổng độ cứng Carbonat sau cùng đạt được yêu cầu theo TCVN quy định. 3l/phút (tổng độ cứng Carbonat sau cùng 231mg/l), 4l/phút (tổng độ cứng Carbonat sau cùng 217mg/l), 5l/phút (tổng độ cứng Carbonat sau cùng 236mg/l).
Biểu đồ 4.14 Ảnh hưởng của lưu lượng nước qua bộ xử lý đến sự sụt giảm TDS của nước theo thời gian
Chỉ số TDS sẽ giảm sau thời gian xử lí là 8 giờ. Sau q trình xử lý nước đạt được giá trị 367 ppm; 360 ppm; 352 ppm; 348 ppm; 336 ppm tương ứng với các thể tích là 1 L/phút; 2 L/phút; 6 L/phút; 5 L/phút; 4 L/phút. Giá trị TDS đạt được thấp nhất là 336 ppm tại 4L/phút.
Biểu đồ 4.15 Ảnh hưởng của lưu lượng nước qua bộ xử lý đến sự dao động pH của nước theo thời gian
Ở tất cả các lưu lượng nước thí nghiệm thì chỉ số pH đều giữ ổn định, khơng dao động nhìêu ở khoảng 7.7-7.9 phù hợp với yêu cầu cho hệ thống với pH lí tưởng là từ 7.5-8.5. Vì thế 4l/phút là lưu lượng tối ưu nhất để xử lý làm giảm độ cứng.
Biểu đồ 4.16 Ảnh hưởng của lưu lượng nước qua bộ xử lý đến hiệu quả xử lý nước và