Chương 5 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
5.2. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống xử lý nước vô trùng cho sản xuất công nghiệp
Ngày nay người ta sử dụng nhiều nguyên lý khác nhau để sản xuất nước vô trùng với số lượng lớn ở phạm vi công nghiệp.
- Phương pháp đun sôi để khử trùng nước đã không thể đáp ứng về nhiều mặt như: thời gian lâu, yêu cầu làm lạnh sau xử lý, công suất hạn chế, tiêu tốn năng lượng quá nhiều…
- Vô trùng nước bằng phương pháp hóa học cũng không thích hợp nhất là trong sản xuất dược phẩm. Kể cả trong sản xuất hải sản các nước cũng qui định hàm
lượng Clo dư trong sản phẩm phải dưới tiêu chuẩn cho phép.
- Phương pháp khử trùng nước bằng phương pháp thẩm thấu ngược là một phương pháp hiện đại rất tốt, song giá thành quá cao như đã nêu ở trên.
- Khử trùng nước bằng phương pháp điện giải là công nghệ tiên tiến mới được cập nhật vào nước ta, song chưa triển khai được ở phạm vi công nghiệp.
Phương pháp này rất có triển vọng cần được nghiên cứu triển khai ở qui mô công nghiệp. Nó rất ưu việt là không cần phin lọc, có thể tiêu diệt vi khuẩn thuộc tất cả các dạng và các hình thức, có khả năng oxy hóa xúc tác điện hóa các chất độc như phenol, các hợp chất clo hữu cơ, clo hoạt động và làm giàu oxy trong nước… Về nguyên lý bao gồm 4 giai đoạn:
a) Oxy hoá trong buồng Anot của bình phản ứng điện hóa.
b) Sự lưu lại trong buồng “phản ứng xoáy”.
c) Xử lý làm sạch trên xúc tác oxy hóa khử.
d) Khử và trung hoà trong buồng catot của bình phản ứng điện hóa.
5.2.1. Nghiên cứu thíêt kế chế tạo thiết bị vô trùng nước bằng tia cực tím (UV).
Phương pháp khử trùng nước bằng tia cực tím vẫn là một trong những phương pháp thông dụng nhất hiện nay.
Việc khử trùng nước xảy ra do kết quả tác dụng của các bộ phận đặc biệt của thiết bị đến vi khuẩn gây bệnh và nó không có tác dụng thứ cấp như khử trùng bằng các tác nhân oxy hóa. Việc khử trùng nước xảy ra chủ yếu là do hiệu ứng phát xạ, mà nguồn phát xạ là sự tích điện tích hơi thuỷ ngân có trong đèn. Phần lớn nguồn phát xạ có chiều dài bước sóng là 253,7 nM có tác dụng khử trùng tốt.
* Kết cấu và lắp đặt: thiết bị khử trùng bằng tia cực tím được kết cấu như sau:
Đèn cực tím có thời gian làm việc từ 5000-7000 giờ được lắp đặt trong một ống thuỷ tinh thạch anh có chiều dài và đường kính phù hợp. Ống thạch anh có tác dụng như một vỏ bảo vệ đèn cực tím khỏi bị ảnh hưởng của nước khi lắp ráp vào hệ thống. Ống thạch anh là loại thuỷ tinh có cấu trúc đơn tính thể có khả năng cho tia UV xuyên thấu hoàn toàn. Song cũng phải chọn các loại thuỷ tinh thạch anh có độ
sạch và độ xuyên thấu cao đến trên 95% để tránh giảm công suất xử lý. Tuyệt đối không được dùng ống thuỷ tinh thường vì cấu trúc vô định hình của nó sẽ cản các tia UV.
Ống thạch anh được bao ngoài bằng một ống Inox có đường kính lớn hơn đường kính ống thạch anh từ 2 đến 3 cm, số liệu đó đã được kiểm chứng qua nghiên cứu thử nghiệm và kinh nghiệm chế tạo thiết bị của nước ngoài mà tác giả thu nhận được. Vì quá kích thước đó tia UV không đủ khả năng tiệt khuẩn chiều dày lớp nước chảy qua. Hai đầu ống thạch anh có các mặt bích được kết cấu đặc biệt để làm kín và chịu áp lực không cho nước rò rỉ ra ngoài với áp suất không nhỏ hơn 3kgc/cm2, thử độ kín và độ chịu áp bằng cách nén khí vào thiết bị và giữ trong vòng 30 phút. Sau thời gian đó không thấy áp suất tụt xuống, chứng tỏ kết cấu đảm bảo. Giữa thành ống Inox và ống thạch anh có lắp một kết cấu “xoắn chôn ốc” tạo màng ngăn và “cắt lát” dòng nước buộc nước phải chảy zic-zắc để tăng quãng đường đi lên nhiều lần (3-5 lần) so với chiều dài của thiết bị để tia cực tím tiệt khuẩn nước được hoàn toàn. Để tăng công suất thiết bị xử lý có thể lắp nhiều hệ song song, lắp đặt trên giá theo phương thẳng đứng hay phương nằm ngang. Đầu cấp nước ở phía dưới, đầu ra ở phía trên. Trên phần vỏ máy lắp ráp heọ ủieọn ủieàu khieồn.
Tùy theo yêu cầu của cơ sở sử dụng chúng tôi có thể thiết kế, chế tạo lắp đặt vận hành thiết bị khử trùng bằng tia cực tím với công suất thích hợp.
Sơ đồ nguyên lý thiết bị khử trùng nước bằng tia cực tím được nêu trong hình sau :
1
6 2
4
5 3
7 8
Hình 37 -Sơ đồ nguyên lý thiết bị khử trùng nước bằng UV
1- Ống Inox 5- Đầu nước ra
2- Ống thạch anh 6- Đèn UV
3- Mặt bích có cơ cấu làm kín 7- Vỏ thiết bị 4- Đầu nước vào 8- Kết cấu xoắn
5.2.2. Nghiên cứu thiết kế lắp đặt thiết bị vô trùng nước bằng phương pháp ozon
Máy phát ozon là loại máy tạo ozon (03) từ nguồn oxy có trong không khí. Dưới tác dụng của dòng điện hay tia tử ngoại các phân tử oxy bị kích thích lên mức năng lượng cao và phân huỷ thành oxy ở dạng nguyên tử :
02 H →ν 20
Các nguyên tử oxy bị kết hợp với các phân tử oxy nguyên tử tạo thành phân tử khí ozon.
02 + 0 → 03
Các phân tử khí ozon có trạng thái không bền vững và dễ bị phân ra thành các phân tử oxy. Thời gian phân hủy là 1,25 phút ở 260C. Do vậy chỉ có thể điều chế và sử dụng ngay. Ngưỡng phát hiện mùi là 0,04mg/m3, nồng độ an toàn lao động tối đa cho phép là 0,2mg/m3. Ozon là loại khí có độ oxy hóa rất mạnh và nhanh hơn nhiều so với các loại hóa chất khác như H202, thuốc tím, Chlorine, Brom, Iod,… nhờ khả năng oxy hóa mạnh ozon được sử dụng trong nhiều lĩnh vực :
- Sát khuẩn nước và không khí - Khử mùi, khử màu
- Khử phenol, sắt, mangan, kim loại nặng, thuốc trừ sâu có trong nước,…
Nồng độ ozon dùng để xử lý nước cấp sinh hoạt là 0,5 – 4g/m3. Để khử trùng không khí cần 8 – 10g/m3. Tuy vậy, việc sử dụng ozon phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng nguồn nước và các công đoạn xử lý khác. Do vậy sơ đồ hệ thống xử lý thay đổi theo kết quả phân tích nước đầu vào.
Hiện nay trên thị trường trong nước có rất nhiều loại thiết bị ozon bày bán, từ loại nhỏ mini dùng khử trùng rau quả đến các thiết bị có công suất lớn xử lý nước ở phạm vi công nghiệp. Vấn đề quan trọng ở đây là chế tạo điện cực không bị oxy hóa và lâu bền ở nhiệt độ cao. Một số cơ sở trong nước tự chế tạo hoặc nhập điện cực của nước ngoài (Mỹ, Đức, Nga,…) song vấn đề không chỉ là điện cực mà để kéo
dài tuổi thọ thiết bị, không khí đưa vào phải lọc sạch bụi và khử ẩm triệt để.
Cấu tạo của thiết bị tổng hợp ozon gồm một tập hợp nhiều ống tổng hợp ozon.
Mỗi ống gồm một điện cực bằng thép đặc biệt, bên ngoài là lớp vỏ thuỷ tinh, ngoài cùng là nước làm nguội. Luồng khí cấp đi vào giữa ống thủy tinh và điện cực. Tại đây dưới điện thế cao, một phần oxy bị biến đổi thành ozon. Điện thế được điều chỉnh tự động bằng một biến thế có công tắc nhiều mức. Mức tối đa là 15.000Von cho công suất tương ứng từ 40 đến 100%. Trong thiết bị có lắp đặt hai bộ phận khử ẩm và làm lạnh khí ở nhiệt độ ≤ - 600C.
Căn cứ vào các yêu cầu đặt hàng của cơ sở, chúng tôi lên phương án thiết kế lắp đặt hệ thống khử trùng nước bằng ozon. Để đảm bảo cho ozon chỉ làm chức năng khử trùng, hệ thống xử lý nước phải lắp đặt thêm các thiết bị xử lý bổ trợ để lọc thô, lọc tinh, khử mùi, khử khoáng, khử nồng độ các chất hữu cơ có trong nước.
Có như vậy việc khử trùng mới hiệu quả. Mặt khác độ hòa tan của ozon trong nước nhỏ phải sử dụng giải pháp “phối” ozon vào hệ xử lý nhờ chế tạo một loại inzector có kết cấu đặc biệt. Đề tài đã ứng dụng máy phát ozon của các hãng nước ngoài như Mỹ, Đức để tư vấn, lên sơ đồ công nghệ, chỉ dẫn lắp đặt vận hành dây chuyền công nghệ sản xuất nước tinh khiết cho Xí nghiệp liên hợp dược Hậu Giang từ năm 2002, đến nay hệ thiết bị vẫn hoạt động tốt cho chất lượng nước kiểm nghiệm đạt yêu cầu về độ vô trùng.
Sắp tới sẽ lắp đặt 1 hệ thiết bị khử nước bằêng ozon cho sản xuất thuỷ sản xuất khẩu tại Cam Ranh, đã lên phương án và sơ đồ công nghệ. Sơ đồ nguyên lý thiết bị khử trùng nước sản xuất thủy sản bằng ozon nêu trong hình sau :
Nước cấp đạt chỉ tiêu
nước sinh hoạt
Boàn lọc
sô caáp
Bồn lọc than hoạt tính
Thieát bò khử khoáng
baèng PP trao đổi ion
Khử truứng
nước baèng ozon
Lọc 10 àm Lọc 5 àm Bồn chứa
nước sử dụng