Đề xuất một số giải pháp khai thác sử dụng nước kh- 123docz.net

NƯỚC KHOÁNG NÓNG MỸ LÂM – TUYÊN QUANG

3.3. Đề xuất một số giải pháp khai thác sử dụng nước khoáng Mỹ Lâm - Tuyên QuangTuyên Quang

Trên cơ sở kết quả bảng phân tích hoá học nói trên (Bảng 1.1) kết hợp với nghiên cứu quy định phân loại nước khoáng dựa theo thông tư số 52/2014/TT- BTNMT về việc Quy định về phân cấp trữ lượng và cấp tài nguyên nước khoáng, nước nóng thiên nhiên có thể xếp loại nguồn nước khoáng Mỹ Lâm thuộc loại

nước khoáng Sulfuahydro - Flour - Silic với độ khoáng hoá thấp (TDS=179) và thuộc loại nước rất nóng. Kết quả nghiên cứu bước đầu định hướng được rằng nguồn địa nhiệt này có nhiều tiềm năng ứng dụng trong thực tế phục vụ phát triển kinh tế trong khu vực theo nhiều ứng dụng khác nhau như: sản xuất nước khoáng đóng chai, sấy khô nông sản, chữa bệnh, xây dựng các khu du lịch sinh thái, sản xuất nông nghiệp-công nghiệp hay phát điện.

Hiện nay trên thực tế tại khu vực xã Phú Lâm mới chỉ thực hiện triển khai khai thác năng lượng địa nhiệt cho các mục đích chữa bệnh, tắm khoáng du lịch, sản xuất nước khoáng đóng chai. Với nhiệt độ bề mặt là 65,5oC, nhiệt độ nguồn cấp dưới sâu trong khoảng từ 159oC-258oC, theo biểu đồ phân cấp nhiệt độ ứng dụng năng lượng địa nhiệt trong thực tế của Lindal B., (1973) [21] thì khả năng ứng dụng theo các mục đích khác nhau của nguồn nhiệt là rất khả quan như tắm khoáng chữa bệnh, sấy nông sản, sưởi ấm bằng công nghệ địa nhiệt tầng nông, hoặc canh tác nông nghiệp, đặc biệt là với mục đích phát điện từ việc khai thác năng lượng địa nhiệt (Bảng 3.2).

Bảng 3.2. Khả năng sử dụng địa nhiệt theo cấp nhiệt độ (Lindal B., 1973) [21]

180°C - Làm bốc hơi các dung dịch đậm đặc

- Điều hòa không khí bằng phương pháp hấp thụ amomi - Chế biến bột giấy

170°C - Sản xuất nước nặng - Sấy khô diatomea 160°C - Sấy khô cá

- Sấy khô gỗ

150°C - Sản xuất nhôm bằng quá trình Bayer 140°C - Sấy khô nông sản

- Đóng hộp thực phẩm

130°C - Làm bốc hơi trong chế biến đường

- Khai thác muối bằng cách cho bốc hơi và kết tinh 120°C - Chưng cất nước mặn để lấy nước ngọt

110°C - Sấy khô gạch papanh xi măng

100°C - Sấy khô các vật liệu hữu cơ, rong tảo, rau quả...

- Giặt và sấy khô len dạ 90°C - Sấy khô cá

80°C - Sưởi ấm nhà ở đô thị 70°C - Điều hòa không khí 60°C - Chăn nuôi gia súc 50°C - Trồng nấm

- Tắm ngâm chữa bệnh 40°C - Sưởi ấm đất trồng.

30°C - Bể bơi, ủ men

- Sưởi ấm nhà kính, làm tan băng tuyết

Tuy nhiên cần có nghiên cứu chuyên sâu liên quan đến cấu trúc bồn địa nhiệt để có được những thông tin, đánh giá khách quan nhất về bồn địa nhiệt này.

Trong nghiên cứu này, luận văn tiến hành đề xuất một số mô hình, công nghệ khai thác ứng dụng của địa nhiệt tại bồn địa nhiệt Mỹ Lâm cho một số lĩnh vực như Nông nghiệp, y tế, sản xuất nước khoáng và phát điện cụ thể trong các mục dưới đây.

3.3.1. Ứng dụng cho ngành nông nghiệp (sấy khô nông sản)

Xã Phú Lâm với thế mạnh là một vùng sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi trong những năm gần đây của tỉnh Tuyên Quang trong một số lĩnh vực như sản xuất chè, thức ăn gia súc phục vụ chăn nuôi, rau củ, sữa bò (chế biến)…(Bảng 3.3).

Bảng 3.3. Sản lượng sản xuất nông nghiệp của tỉnh Tuyên Quang năm 2014

Chỉ tiêu Loại Đơn vị

tính Giá trị

Sản lượng một số cây lâu năm Cam Tấn 43,048.0

Sản lượng một số cây lâu năm Xoài Tấn 1,058.0

Sản lượng một số cây lâu năm Táo Tấn 223.0

Sản lượng một số cây lâu năm Nhãn Tấn 5,459.0

Sản lượng một số cây lâu năm Vải, chôm chôm Tấn 3,333.0

Sản lượng một số cây lâu năm Chè Tấn 61,957.0

Số lượng chăn nuôi Trâu Con 106,646.0

Số lượng chăn nuôi Bò Con 19,343.0

Số lượng chăn nuôi Lợn Con 527,260.0

Số lượng chăn nuôi Ngựa Con 726.0

Số lượng chăn nuôi Dê Con 27,717.0

Số lượng chăn nuôi Gia cầm Con 4,850,950.0

Số lượng chăn nuôi Gà Con 4,292,100.0

Số lượng chăn nuôi Vịt Con 483,060.0

Sản lượng một số cây hàng năm Mía Tấn 638,872.8

Sản lượng một số cây hàng năm Cây có lấy sợi Tấn 4.1

Chỉ tiêu Loại Đơn vị

tính Giá trị Sản lượng một số cây hàng năm Cây có hạt chứa dầu Tấn 13,529.3 Sản lượng một số cây hàng năm Rau các loại Tấn 58,371.5 Sản lượng một số cây hàng năm Đậu các loại Tấn 363.5

Sản lượng lúa cả năm Lúa đông xuân Tấn 119,430.0

Sản lượng lúa cả năm Lúa mùa Tấn 146,040.0

Sản lượng chăn nuôi Thịt trâu hơi xuất chuồng Tấn 4,424.0 Sản lượng chăn nuôi Thịt bò hơi xuất chuồng Tấn 1,135.0 Sản lượng chăn nuôi Thịt lợn hơi xuất chuồng Tấn 39,583.0 Sản lượng chăn nuôi Thịt gia cầm giết bán Tấn 11,431.0

Sản lượng chăn nuôi Thịt gà Tấn 9,409.0

Sản lượng chăn nuôi Trứng Nghìn quả 82,503.0

Sản lượng chăn nuôi Sữa tươi Nghìn lít 12,323.0

Sản lượng chăn nuôi Mật ong Nghìn lít 105.0

Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Tuyên Quang năm 2014 Việc ứng dụng khai thác địa nhiệt cho ứng dụng sấy khô tại khu vực hứa hẹn nhiều thuận lợi. Do đó, xin đề xuất một số mô hình đề xuất cho sấy khô nông sản áp dụng cho khu vực như sau:

Mô hình sấy băng chuyền: Máy sấy băng chuyền được sử dụng để sấy khô loại trái cây, rau, chè…). Những băng tải sấy có được vận hành quay một cách liên tục (Hình 3.6), bằng việc sử dụng một buồng hơi, nơi mà các loại vật liệu khô được đặt và di chuyển trên băng chuyền. Quá trình sấy được thực hiện với nhiệt độ của không khí (hoặc khí) giữa 50 đến 170˚C. Lưu thông của không khí khô được tác động bằng cách sử dụng quạt hướng trục. Nguyên liệu sau khi sấy khô được thu thập từ các băng chuyền vào một giỏ hay một số thiết bị vận chuyển khác.

Hình 3.6. Sơ đồ máy sấy băng chuyền cho chè, rau củ và trái cây

Máy sấy dạng trống: Những loại máy sấy này phù hợp để sấy đường, ngũ cốc, các thực phẩm từ sữa và các vật liệu khác. Phần cơ bản là trống ngang hoặc nghiêng trụ (Hình 3.7), cho phép di chuyển và trộn vật liệu phân tán. Các góc của trống liên quan đến một đường ngang (đối với chuyển động dần dần của các vật liệu từ một đến đầu kia) thường 0,5-3 độ. Bên trong trống và tùy thuộc vào chất liệu, loại khác nhau của các khoang được đặt phục vụ cho quá trình sấy tốt hơn của vật liệu. Ưu điểm của loại thiết bị này là không gian lắp đặt không lớn (sàn 70m2, cao 4m, rộng 6,5m), công suất tiêu thụ cho những khu vực có nhu cầu sản xuất trung bình hoặc nhỏ cỡ 15 tấn/tháng.

Hình 3.7. Sơ đồ công nghệ sấy khô nông sản bằng trống

3.3.2. Ứng dụng trong sản nước khoáng

Thực tế tại khu vực bồn địa nhiệt Mỹ Lâm hiện nay chưa có đơn vị nào kinh doanh và sản xuất nước khoáng đóng chai. Việc sử dụng nước khoáng nóng tại đây như nguồn nước uống (sau khi xử lý thủ công) mới chỉ được thực hiện tại một số hộ dân xung quanh các nguồn lộ. Do vậy việc ứng dụng khai thác cho mục đích sản xuất nước khoáng tại khu vực là rất thực tế và có thể mang lại lợi ích cao trước những nhu cầu về nước sạch và nước khoáng thiên nhiên đóng chai hiện nay. Trên cơ sở nghiên cứu các công nghệ sản xuất nước khoáng hiện nay tại Việt Nam, luận văn tiến hành đề xuất mô hình cho loại hình ứng dụng này cụ thể như sau:

Nước khoáng nóng (từ bể chứa) => Lọc cát thạch anh => Trao đổi ion =>

lọc 1,45 μm => Lọc 1 μm => Tiệt trùng UV => Lọc 0,2 μm => Rót chai => Đóng nắp => Sản phẩm.

Thuyết minh công nghệ:

- Bước 1: Đầu tiên, nguồn dung dịch nhiệt sau khi qua hệ thống phát điện (trường hợp xây dựng nhà máy phát điện sẽ có thể kết hợp sử dụng dung dịch địa nhiệt sau khi chạy máy phát điện) sẽ được dẫn vào bể nước nguồn. Các hợp chất keo và các kim loại lơ lửng trong nước sẽ được xử lý bằng các hoá chất gây đông tụ nhằm mục đích loại chúng khỏi nước. Sau đó, nước sẽ được tiệt trùng bởi clorine hoặc các hoá chất khác để tiêu diệt vi sinh vật trong nước.

- Bước 2: Tiếp theo, nước sẽ được lọc qua các lớp có độ sâu khác nhau trong hệ thống lọc cát thạch anh. Qua quá trình lọc này thì nước sẽ không còn chứa các chất rắn lơ lửng nữa.

Hình 3.8. Mô hình thiết bị lọc cát thạch anh

- Bước 3: Kế đến, nước sẽ được hấp thụ qua than hoạt tính và giữ lại gần như hoàn toàn các chất gây ô nhiễm hoà tan trong nước. Kết quả là nước được cải thiện cả về màu, mùi và vị.

- Bước 4: Nước tiếp tục được đưa qua hệ thống trao đổi ion để làm mềm nước.

- Bước 5: Để loại bỏ những cấu tử lơ lửng và những chất độc có kích thước μm, nguồn nước sẽ được đưa qua hệ thống màng lọc 1,45 và 1 μm.

- Bước 6: Sau đó nước sẽ được đưa qua hệ thống tiệt trùng UV, quá trình này sẽ tiêu diệt toàn bộ vi khuẩn gây bệnh và các vi sinh vật tồn tại trong nước và đạt được tiêu chuẩn của nước uống.

Hình 3.9. Hệ thống tiệt trùng nước UV Model no.420GH

- Bước 7: Cuối cùng, nước sẽ đưa qua màng lọc 0,2 μm để loại tất cả các tạp chất còn lại trong nước và được trữ trong bể chứa nước đã qua xử lý.

Hình 3.10. Thiết bị lọc Micro

- Bước 8: Từ bể chứa, nước khoáng được bơm vào máy rót tốc độ cao và được đóng bao bì và dán nhãn tự động. Sản phẩm được lưu trữ trong kho trước khi phân phối đến nơi tiêu thụ.

Hình 3.11. Mô hình thiết bị rót chai 3.3.3. Ứng dụng trong lĩnh vực y tế

Nguồn địa nhiệt Mỹ Lâm đã được sử dụng vào việc chữa bệnh, điều dưỡng trên 20 năm qua. Hiện nay viện điều dưỡng có 80 giường, hàng năm tiếp nhận 500-1000 bệnh nhân đến chữa trị các bệnh cơ khớp, tiêu hóa, hô hấp, thần kinh, tim mạch…có hiệu quả bằng các phương pháp tắm ngâm, uống, xông nóng (Hình 3.12). Ngoài ra, đây còn là một khu du lịch lớn của tỉnh Tuyên Quang, hàng năm thu hút hàng nghìn khách đến nghỉ dưỡng bởi chính quyền địa phương tại xã Phú Lâm đã cho đầu tư xây dựng khu nhà nghỉ dành cho khách thăm quan với diện tích hàng nghìn mét vuông với đầy đủ các hệ thống trang thiết bị đi kèm ngay đối diện với khu điều dưỡng Mỹ Lâm này.

Đối với lĩnh vực y tế, giải pháp chủ yếu hiện nay đó là đầu tư nâng cấp cơ sở hạ tầng, trang thiết bị phục vụ chữa bệnh. Cải tạo và phát triển khu du lịch theo hướng các mô hình du lịch sinh thái. Tuy nhiên để gắn với sử dụng địa nhiệt một cách tối ưu nhất xin đề xuất công nghệ cụ thể:

Hình 3.12. Khảo sát và thăm quan vực điều dưỡng và du lịch Mỹ Lâm cùng Ban Chủ nhiệm đề tài mã số KHCN-TB.01T/13-18

Đề xuất mô hình thí điểm khai thác sử dụng năng lượng địa nhiệt cho mục đích sưởi ấm hoặc làm lạnh tiết kiệm năng lượng và giảm lượng phát thải CO2

phục vụ nâng cấp, cải tạo cơ sở hạ tầng khu điều dưỡng - du lịch Mỹ Lâm:

Hệ thống khai thác địa nhiệt tầng nông gồm: Máy bơm nhiệt và mũi khoan hay bộ phận thu nhiệt.

Máy bơm nhiệt

Máy bơm nhiệt có tác dụng lấy/hút nhiệt từ trong lòng đất nhờ một lượng nhiệt nhỏ "làm mồi" cho khởi động vận hành bộ phận cơ hay nhiệt để nâng từ

một nhiệt độ thấp đến một nhiệt độ cao nhất định nào đó. Trong trường hợp làm lạnh thì nguyên tắc hoạt động ngược lại. Việc truyền nhiệt trong máy bơm nhiệt được tiến hành theo một vòng tuần hoàn động nhiệt khép kín mà trong đó lãnh chất đóng vai trò quan trọng và có ý nghĩa lớn nhất (Hình 3.13 và 3.14). Hoạt động của máy bơm như sau:

- Trong máy bốc hơi thì lãnh chất lạnh ở thể lỏng tiếp nhận nhiệt từ nguồn nóng và làm bốc hơi.

- Máy ép hơi nén lãnh chất ở thể khí mà trong đó có sử dụng năng lượng

cơ học hay điện học bên ngoài và làm nóng nó lên thành khí nóng.

- Khí nóng giải phóng năng lượng nhiệt ở máy tụ hơi sang hệ thống sưởi và lại tích tụ thành lãnh chất nóng ở thể lỏng;

- Lãnh chất nóng ở thể lỏng được xả ra thông qua một ventil xả và qua đó

nhiệt độ lại giảm đi nhanh chóng. Trong máy bốc hơi quá trình thu nhiệt lại bắt đầu từ đầu.

Hình 3.13. Hệ thống máy bơm nhiệt

Hình 3.14. Nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt

Một hệ thống sưởi bằng địa nhiệt bao gồm các: Hệ thống nguồn nhiệt (ví

dụ mũi khoan nhiệt), máy bơm nhiệt và hệ thống sử dụng nhiệt (ví dụ hệ thống sưởi sàn nhà). Nếu hệ thống sử dụng nhiệt chỉ do máy bơm nhiệt cung cấp thì ta gọi là hệ thống vận hành đơn nguồn; nếu bên cạnh máy bơm nhiệt lại còn có

nguồn cấp nhiệt khác nữa thì gọi là hệ thống vận hành song nguồn và thậm chí

còn đa nguồn như kết hợp với sưởi ga, điện...

Về cơ bản phân biệt máy bơm nhiệt hấp thụ và máy bơm nhiệt nén. Sử

dụng rộng rãi nhất mà có liên quan với địa nhiệt là loại máy bơm nén nhiệt. Nếu được khởi động bằng điện cho mồi thì gọi là "máy bơm nhiệt chạy điện". Máy bơm nhiệt sử dụng khí đốt cho mồi khởi động thì chỉ có hiệu quả đối với các hệ

thống lớn.

Máy bơm nhiệt làm việc có hiệu quả khi mức chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn cấp nhiệt và nơi sử dụng tương đối nhỏ. Địa nhiệt với nhiệt độ trung bình thấp mà ổn định trong cả năm thì có thể sử dụng một cách có hiệu quả. Trong đó

có kết hợp với một hệ thống sưởi ở nhiệt độ thấp như làm ấm nền nhà chẳng hạn (một hình thức sưởi hiện đang thịnh hành ở Đức).

Khai thác năng lượng: Hình 3.16 mô tả lưu đồ nhiệt lượng sử dụng được khai thác năng lượng địa nhiệt trong tự nhiên lấy từ hai nguồn là nhiệt của môi trường và năng lượng của đất. Phần nhiệt năng này còn lại là tổn thất trong phân phối.

Đảm bảo cân bằng sinh thái và bảo vệ môi trường: sự liên kết tối ưu giữa máy bơm nhiệt tiếp nối với đất và hệ thống sưởi sử dụng đến 80% năng lượng từ

lòng đất và chỉ tiêu hao có 20% năng lượng hỗ trợ (mồi) của môi trường (khí đốt, điện năng...). Như vậy xét về việc sử dụng năng lượng sơ cấp cũng như phát thải khí CO2 thì địa nhiệt trội hơn hẳn.

Hình 3.15. Lưu đồ năng lượng của một hệ thống bơm địa nhiệt dùng cho sưởi

Hình 3.16. Lắp đặt cột ống sinh thái cho sưởi toà nhà

Mũi khoan hay bộ phận thu nhiệt

Mũi hút nhiệt khoan được cấu tạo thông thường bởi một chân mũi khoan làm bằng hợp chất PEDH và nối tiếp với 4 ống PEDH. Mũi hút nhiệt được dẫn vào một lỗ khoan sẵn để khai thác địa nhiệt và sau đó được nhồi bằng một hỗn hợp gồm đất sét, xi măng, bột thạch anh và nước. Việc chôn mũi hút nhiệt vào lỗ

khoan sẵn và bơm dung dịch nêu trên để cố định và liên kết phải đảm bảo được tính bền vững cũng như khả năng tiếp xúc tốt với môi trường đất xung quanh.

Đồng thời liên kết cũng phải đảm bảo tốt độ dẫn nhiệt.

Khi hoạt động thì một loại lãnh chất sẽ đi theo hai ống tiền để vào sâu lòng đất và đến chân mũi hút nhiệt thì quay ngược lại theo hai ống hậu để đi lên

và chạy thẳng đến máy bơm nhiệt.

Chỉ với sự chênh lệch nhiệt độ tương đối thấp khoảng 5oC giữa nhiệt độ

của hai ống tiền (10oC) và hậu (5oC) cũng đã đủ để hút nhiệt của đất để máy bơm nhiệt nâng nhiệt độ lên khoảng 35oC dùng cho sưởi ấm sàn nhà hay nâng hẳn lên thành 65,5oC làm nước nóng dùng cho sinh hoạt, tắm khoáng tại các khu nghỉ dưỡng - du lịch.

Song trong thực tế, máy thu nhiệt có thể được xây dựng ở dạng "cột ống"

hay dạng "dải chiếu" các ống có tiết diện nhỏ được dải nằm ngang ở độ sâu 1,0 đến 1,2 m dưới mặt đất (ở Châu Âu thường nằm dưới tầng đất chịu ảnh hưởng của đóng băng). Bộ phận thu nhiệt thường có chi phí vốn đầu tư nhỏ, song lại cần một diện tích thoáng nhất định, thường thì rộng từ 1,5 đến 2 lần so với diện tích cần được sưởi ấm hay làm mát. Chính vì vậy mà người ta hay áp dụng hình thức

"cột ống sinh thái".

3.3.4. Ứng dụng phát điện

Với biểu hiện xuất lộ chủ yếu là nước khoáng nóng và nhiệt độ giới hạn trong khoảng từ 159-258oC, nguồn địa nhiệt Mỹ Lâm được dự đoán thích hợp cho việc ứng dụng nhà máy phát điện theo công nghệ nhị nguyên theo công nghệ Kalina thay vì các dạng hơi khô (Dry steam) hoặc hơi nước nóng (Flash steam - với nhiệt độ >182oC) bởi một số lý do:

- Các nhà máy địa nhiệt chu kì nhị nguyên sử dụng nước nóng có nhiệt độ trung bình dao động từ 50-70oC từ bể địa nhiệt. Tại các hệ thống này, chất lỏng địa nhiệt được dẫn qua một bên của hệ thống trao đổi nhiệt để nung nóng chất lỏng thứ cấp ở ống dẫn bên cạnh. Chất lỏng thứ cấp thường là hợp chất hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, ví dụ như Isobutane hoặc Iso- pentane hoặc amoniac. Chất lỏng thứ cấp sau khi được đun sôi ở hệ thống trao đổi nhiệt sẽ bốc hơi và được dẫn vào turbine.

- Lợi thế chủ yếu của hệ thống nhị nguyên công nghệ Kalina là chất lỏng thứ cấp có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, do đó các bể địa nhiệt nhiệt độ thấp vẫn có thể được sử dụng. Mặt khác, do hệ thống nhị nguyên là một chu trình tương đối kính nên hầu như không có khí thải nào được sinh ra. Vì những lý do kể trên mà các chuyên gia địa nhiệt dự đoán rằng hệ thống nhị nguyên sẽ là giải pháp kỹ thuật chủ đạo cho việc sản xuất điện địa nhiệt trong tương lai.

Thuyết minh sơ đồ công nghệ nhà máy điện địa nhiệt sử dụng chu kì nhị

Đề xuất một số giải pháp khai thác sử dụng nước khoáng Mỹ Lâm - Tuyên QuangTuyên Quang

Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu