THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC ĂN UỐNG, SINH HOẠT ĐẠT QCVN 011:2018BYT, Q=60 M3GIỜ

Vấn đề sinh hoạt bằng nước biển cũng gần như không khả thi khi mà việc sử dụng nước biển để tắm rửa, giặt giũ,… sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng đồ dùng và các vấn đề về da của bạn. Do đó, một mục tiêu được hướng đến của vần đề an ninh nước đó chính là tái tạo lại nước biển để có thể sử dụng một cách hiệu quả mà không gây bất kỳ tổn hại nào đến cho con người. Chính vì vậy, nên em theo đuổi hướng nghiên cứu đồ án “Thiết kế hệ thống xử lý nước biển thành nước ăn uống, sinh hoạt đạt QCVN 011:2018BYT , Q=60 m3giờ”.

KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ CHƯƠNG TRÌNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS ĐÀO MINH TRUNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN LÊ TRUNG DŨNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ CHƯƠNG TRÌNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC ĂN UỐNG, SINH HOẠT ĐẠT QCVN 01-1:2018/BYT, Q=60 M3/GIỜ

SINH VIÊN THỰC HIỆN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Nguyễn Lê Trung Dũng TS Đào Minh Trung

Bình Dương, tháng 11 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP (0+2)

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Lê Trung Dũng – MSSV: 1924403010190

Ngày sinh: 19/01/2001 Lớp: D19MTKT01 Khóa: D19

Ngành: Kỹ thuật môi trường

TS Đào Minh Trung

Điểm đánh giá quá trình Buổi

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

MỞ ĐẦU 6

Tính cấp thiết của đề tài 6

Mục tiêu đề tài 7

Nội dung thực hiện 7

Phương pháp thực hiện 7

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 8

1.1 Tổng quan về nước biển 8

1.2 Thành phần, tính chất của nước biển 8

1.3 Tổng quan phương pháp xử lý nước biển thành nước ăn uống, sinh hoạt 10

1.3.1 Phương pháp vật lý 10

1.3.2 Phương pháp hóa lý 14

1.3.3 Phương pháp hóa học 14

1.4 Tổng quan công nghệ xử lý nước biển thành nước ăn uống, sinh hoạt 16

1.4.1 Công nghê chưng cất 16

1.4.2 Công nghệ trao đổi Ion (IE) 17

1.4.3 Công nghệ sử dụng màng lọc và nhiệt độ để tách muối trong nước 19

1.4.4 Công nghệ áp dụng quá trình điện thẩm tách để tách muối trong nước 19

1.5 Các công trình xử lý nước biển trong nước và ngoài nước 20

1.5.1 Các công trình trong nước 20

1.5.2 Các công trình ngoài nước 20

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 22

2.1 Xác định thông số ô nhiễm 22

2.2 Phương pháp xử lý cho các thành phần ô nhiễm 23

2.2.1 Phân tích thành phần ô nhiễm 23

2.2.2 Phương pháp xử lý 25

2.2.2.1 Công nghệ UF 25

2.2.2.2 Công nghệ RO 28

2.3 Đề xuất và thuyết minh công nghệ 32

2.3.1 Đề xuất công nghệ 32

2.3.2 Thuyết minh công nghệ 33

2.3.3 Đánh giá ưu và nhược điểm của công nghệ 35

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ BÁO GIÁ 36

3.1 Tính toán thiết kế 36

3.1.1 Lưu lượng cần lấy mỗi ngày 36

3.1.2 Thu nước 36

3.1.3 Tính toán đường ống bơm 37

3.1.4 Tính toán hồ chứa nước thô 39

3.1.5 Tính toán bồn lọc thô 39

3.1.6 Tính toán hệ thống lọc cartridge 48

3.1.7 Tính toán bồn UF 49

3.1.7.1 Chọn màng lọc và tính số lượng ống lọc 49

3.1.7.2 Tổn thất áp lực qua lọc 51

3.1.7.3 Tính toán cơ khí bồn lọc UF 51

3.1.8 Tính toán đường ống dẫn nước qua RO 53

3.1.9 Hệ thống lọc RO 56

3.1.9.1 Lựa chọn màng lọc RO 56

3.1.9.2 Tính toán số element cần sử dụng 57

3.1.9.3 Điều kiện hoạt động tối ưu cho hệ thống RO 60

3.1.10 Tính toán bồn chứa nước sạch 61

3.2 Báo giá 61

3.2.1 Chi phí xây dựng 61

3.2.1.1 Phần xây dựng 61

3.2.1.2 Thiết bị 62

3.2.2 Chi phí quản lý và vận hành hàng năm 64

3.2.2.1 Chi phí nhân công 64

3.2.2.2 Chi phí hoá chất 64

3.2.2.3 Chi phí điện năng 65

3.2.2.4 Tổng chi phí quản lí và vận hành 1 năm: 65

3.2.3 Tính giá nước (lợi ích kinh tế) 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 70

Phụ lục: Thông tin về Hóa chất cáu cặn 70

DANH MỤC HÌNH

Hình 2 1 Quá trình cơ bản lọc nước biển bằng RO 32

Hình 2 2 Sơ đồ công nghệ lọc nước biển bằng RO 34

Hình 3 1 Lõi lọc UF 50

Hình 3 2 Áp lực lọc 51

Hình 3 3 Bản vẽ kỹ thuật bồn lọc UF 52

Hình 3 4 Các thông số thiết kế của bồn lọc tinh 53

Hình 3 5 Nguyên lý màng lọc RO 57

Hình 3 6 Áp lực qua lọc RO và quy trình lọc 58

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Hàm lượng mol nước biển 9

Bảng 1 2 Công trình phương pháp vật lý 10

Bảng 1 3 Các phương pháp lọc trong xử lý nước 11

Bảng 1 4 Công trình phương pháp hóa lý 14

Bảng 1 5 Công trình phương pháp hóa học 15

Bảng 2 1 Thành phần ô nhiễm trong nước biển 22

Bảng 2 2 Hiệu suất xử lý chất ô nhiễm của màng lọc RO 30

Bảng 3 1 Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc sạch 43

Bảng 3 2 Đặc tính ống lọc 48

Bảng 3 3 Áp lực dòng nước khi có TDS 54

Bảng 3 4 Thông số tính toán bơm 55

Bảng 3 5 Các loại màng RO và thông số kỹ thuật 56

Bảng 3 6 Tỷ lệ hồi lưu nước màng lọc RO 59

Bảng 3 7 Bảng báo giá phần xây dựng 61

Bảng 3 8 Bảng báo giá phần thiết bị 62

Bảng 3 9 Bảng chi phí điện năng 65

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Nước là tài nguyên được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, trung bình mỗi người trên thế giới cần 150 lít cho sinh hoạt, 1.500 lít cho hoạt động công nghiệp và 2.000 lít cho hoạt động nông nghiệp Nước chiếm 99% trọng lượng sinh vật sống trong môi trường nước và 44% trọng lượng cơ thể con người Để sản xuất 1 tấn giấy cần 250 tấn nước, 1 tấn đạm cần

600 tấn nước và 1 tấn chất bột cần 1.000 tấn nước[1]

Tài nguyên nước ở trên thế giới theo tính toán hiện nay là 1,39 tỉ km3, tập trung trong thuỷ quyển 97,2% (1,35 tỉ km3), còn lại trong khí quyển và thạch quyển 94% lượng nước là nước mặn, 2% là nước ngọt tập trung trong băng ở hai cực, 0,6% là nước ngầm, còn lại là nước sông và hồ

Lượng nước trong khí quyển khoảng 0,001%, trong sinh quyển 0,002%, trong sông suối 0,00007% tổng lượng nước trên trái đất Lượng nước ngọt con người sử dụng xuất phát từ nước mưa (lượng mưa trên trái đất 105.000km3/năm Lượng nước con người sử dụng trong một năm khoảng 35.000 km3, trong đó 8% cho sinh hoạt, 23% cho công nghiệp và 63% cho hoạt động nông nghiệp[2]

Hiện nay, nguồn nước bị thất thoát đã giảm đáng kể, nhưng tình trạng sử dụng nước không hợp lý, sử dụng lãng phí nguồn nước ở nhiều nơi, nhiều lúc vẫn xảy ra đang làm cho trữ lượng nước bị giảm mạnh Ở vùng nông thôn, tình trạng người dân khoan, đóng giếng tùy tiện không đúng kỹ thuật để phục vụ sinh hoạt và tưới tiêu trong nông nghiệp đã gián tiếp gây ô nhiễm và sút giảm trữ lượng nước ngầm, ảnh hưởng lớn đến việc khai thác có mục đích như xây dựng các công trình cung cấp nước sạch cho người dân vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa, vùng cao[2]

Vì các vấn đề lãng phí tài nguyên nước cộng với việc một số vùng khô cằn và cạn kiệt tài nguyên nước gây nên tình trạng thiếu nước sạch để sinh hoạt và ăn uống Người dân tại các khu vực này phải đối mặt với vấn đề sử dụng nước bẩn để sinh hoạt và ăn uống hay sống mòn mỏi chờ đợi địa phương mang nguồn nước sạch đến cho họ Tại các vùng

ven biển vấn đề nước sạch để sinh hoạt, ăn uống có thể xem như đã được giải quyết vì xung quanh họ là các bờ biển chứa lượng nước đủ cho họ dùng cả đời, tuy nhiên có một vấn đề với nước biển đó là nồng độ muối của nước biển có thể giết chết bạn nếu như bạn uống trực tiếp[3]

Vấn đề sinh hoạt bằng nước biển cũng gần như không khả thi khi mà việc sử dụng nước biển để tắm rửa, giặt giũ,… sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng đồ dùng và các vấn đề về da của bạn Do đó, một mục tiêu được hướng đến của vần đề an ninh nước đó chính là tái tạo lại nước biển để có thể sử dụng một cách hiệu quả mà không gây bất kỳ tổn hại nào đến cho con người Chính vì vậy, nên em theo đuổi hướng nghiên cứu đồ án “Thiết kế hệ thống

xử lý nước biển thành nước ăn uống, sinh hoạt đạt QCVN 01-1:2018/BYT , Q=60 m3/giờ”

Mục tiêu đề tài

Thiết kế hệ thống xử lý nước biển có tính hiệu quả cao phục vụ nhu cầu sử dụng nước của người dân khu vực ven biển bằng hệ thống tạo ra được 240 m3 nước mỗi ngày, tương đương với nhu cầu của một xóm nhỏ dân cư nhưng phải đảm bảo được yêu cầu kinh phí không được cao

Nội dung thực hiện

Sử dụng các công nghệ lọc để chủ yếu loại bỏ TSS, muối trong nước biển

Phương pháp thực hiện

- Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu

- Phương pháp xử lý số liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nước biển

3/4 diện tích bề mặt trái đất là đại dương, trong đó 97% là nước biển (nước mặn) và chỉ chiếm 3% là nước ngọt Nước biển là nước từ các biển hay đại dương Về trung bình, nước biển của các đại dương trên thế giới có độ mặn khoảng 3,5% Điều này có nghĩa là

cứ mỗi lít (1.000 mL) nước biển chứa khoảng 35 gam muối, phần lớn (nhưng không phải toàn bộ) là chloride natri (NaCl) hòa tan trong đó dưới dạng các ion Na+ và Cl- Nó có thể được biểu diễn như là 0,6 M NaCl Nước với mức độ thẩm thấu như thế tất nhiên không thể uống được[3]

Nước biển có độ mặn không đồng đều trên toàn thế giới mặc dù phần lớn có độ mặn nằm trong khoảng từ 3,1% tới 3,8% Hàm lượng muối trong nước biển thay đổi tùy theo vị trí địa lý như: cửa sông, gần hay xa bờ, ngoài ra trong nước biển thường có nhiều chất lơ lửng, càng gần bờ thì nồng độ càng tăng, chủ yếu là các phiêu sinh động thực vật Tỷ trọng của nước biển nằm trong khoảng 1.020 tới 1.030 kg/m³ tại bề mặt còn sâu trong lòng đại dương, dưới áp suất cao, nước biển có thể đạt tỷ trọng riêng tới 1.050 kg/m³ hay cao hơn Như thế nước biển nặng hơn nước ngọt (nước ngọt tinh khiết đạt tỷ trọng riêng tối đa là 1.000 g/ml ở nhiệt độ 4 °C) do trọng lượng bổ sung của các muối và hiện tượng điện giải Điểm đóng băng của nước biển giảm xuống khi độ mặn tăng lên và nó là khoảng -2 °C (28,4 °F) ở nồng độ 35‰ Do đệm hóa học, độ pH của nước biển bị giới hạn trong khoảng 7,5 tới 8,4 Vận tốc âm thanh trong nước biển là khoảng 1.500 m•s−1[3]

1.2 Thành phần, tính chất của nước biển

Trong nước biển, thành phần chủ yếu là các muối hòa tan và đây cũng là thành phần cần quan tâm xử lý nhiều nhất nếu muốn sử dụng nước biển cho mục đích ăn uống, sinh hoạt

Như đã trình bày ở trên, tùy thuộc vào địa điểm và tính chất khu vực mà độ mặn trong nước biển sẽ khác nhau, tuy nhiên con số chung biểu trưng cho độ mặn trong nước

biển là cứ mỗi 1 lít nước biển sẽ có khoảng 35 gram muối hay còn được gọi là độ mặn 35 – là độ mặn đặc trưng cho tính chất mặn của nước biển

Độ mặn trong nước biển được biểu hiện bởi các muối hào tan có trong nước biển, đặc trưng nhất và là thành phần chiếm tỷ trọng nhiều nhất là muối ăn (NaCl)

Thành phần của nước biển có độ mặn 35 bao gồm[4]:

- Ion Cl- chiếm 55.29 %, Na+ chiếm 30.74 % tạo thành muối NaCl tổng cộng là 86.03 % là thành phần lớn nhất hoàn tan trong nước biển

- Bốn thành phần lớn tiếp theo bao gồm SO42- ( 7.75 %), Mg2+ ( 3.69 %), Ca2+ ( 1.18 %) và

K+ ( 1.14 %) cộng với 2 ion ban đầu chiếm 99.8 % thành phần của nước biển

- Năm thành phần cuối bao gồm HCO3- , Br- , BO33-, Sr2+, F- cộng với các thành phần trên chiếm hơn 99.9 % thành phần nước biển

- Còn lại một số ít là các thành phần khác

Bảng 1 1 Hàm lượng mol nước biển

Thành phần mol tổng cộng của nước biển (Độ mặn = 35)

1 Song chắn rác Có tác dụng giữ lại những loại rác thải

dạng rắn, thô hoặc các loại túi nylon, cỏ cây, bao bì, hộp đựng… rơi vào dòng chảy nước thải để tránh sự tắc nghẽn

đường ống dẫn nước

Thanh chắn có thể có loại hình tròn, hình chữ nhật, hình bầu dục…Trong đó, thanh chắn rác hình tròn thuận lợi cho dòng chảy nhưng thu hồi rác khó Còn thanh chắn rác hình chữ nhật dễ thu hồi rác nhưng lại gây tổn thất dòng chảy Thanh hình bầu dục dễ thu hồi, thuận lợi dòng

chảy song chi phí cao

2 Bể lắng hóa lý Sau quá trình keo tụ, nước thải chảy vào

bể tạo bông Quá trình keo tụ sẽ làm phát sinh và gia tăng liên tục lượng bùn Do đó,

bể lắng hóa lý được thiết kế để thu gom lượng bùn này Tại đây có thể được thiết

kế nâng cấp để thu gom các chất hoạt

động bề mặt hoặc dầu mỡ

3 Trung gian Không phải hệ thống nào cũng cần bể

trung gian, tuy nhiên để cải thiện chất lượng xử lý người ta thường cho thêm bể trung gian vào trong hệ thống xử lý nước

thải

Có hai vị trí đặt bể trung gian chứa nước thải: vị trí đặt bơm tuần hoàn nước thải,

và vị trí đặt bơm lọc áp lực

Khi bơm tuần hoàn nước thải từ bể Hiếu khí về bể thiếu khí trong dây chuyền xử lý nước thải sinh hoạt, do bể hiếu khí được sục khí và có DO lớn, nếu không bố trí bể trung gian đặt bơm để tuần hoàn về sẽ dễ làm mất môi trường thiếu khí trong bể thiếu khí, do trong nước tuần hoàn về đã

có rất nhiều Oxy hòa tan

Khi bơm nước vào các bồn lọc, phải có bể chứa trung gian để đảm bảo thời gian hoạt động của bơm lọc áp lực

4 Bể chứa Dùng để chứa nước qua từng giai đoạn để

chuẩn bị cho quá trình xử lý tiếp theo Ở cuối hệ thống, bể chứa dùng để tích trữ nước để người dân có thể sử dụng hiệu quả

*Các công nghệ lọc:

Bảng 1 3 Các phương pháp lọc trong xử lý nước

1 Sỏi Sỏi lọc nước (sỏi đỡ) hay còn gọi là sỏi

thạch anh, là một trong những loại vật liệu lọc nước phổ biến nhất hiện nay Là một loại đá trong tự nhiên, sau quá trình xói mòn của sông suối, bề mặt của những viên

đá nhỏ hình tròn và rất nhẵn Sỏi thạch anh có sẵn trong tự nhiên nên rất dễ khai thác và sử dụng

2 Cát thạch anh Cát thạch anh là vật liệu lọc nước rất tốt,

nó có tác dụng giữ lại các chất lơ lửng, các chất kết tủa dạng bông có độ nhớt cao, khó tách và khó lọc Vì thế, cát thạch anh còn được dùng làm vật liệu lọc bể cá, hồ

cá Cát thạch anh lọc nước được ứng dụng trong các hệ thống lọc nước từ đơn giản đến phức tạp

Cát thạch anh là loại cát có thành phần chính là thạch anh, là vật liệu lọc nước có kích thước nhỏ, dạng hạt, nhiều góc cạnh,

có màu trắng đục hoặc vàng nâu Cát thạch anh có công thức hóa học là SiO2

và bao gồm thêm một số chất như NaCl, CaCO3,

Về cấu tạo, cát thạch anh có cấu trúc dạng tinh thể, bển, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn

Ngoài ra, bể mặt cát thạch anh lọc nước còn có một lớp màng giúp nó đẩy mạnh quá trình xử lý nước giếng khoan, bể cá,

hồ cá Bên cạnh đó, cát thạch anh còn có tác dụng xử lý các chất lơ lửng, phù du, phù sa có kích thước nhỏ tồn tại trong nước Đặc biệt, cát thạch anh lọc nước còn

có công dụng hấp thụ Asen khi có kết tủa Fe(OH)3

3 Than hoạt tính Than hoạt tính là carbon được xử lý với

oxy ở nhiệt độ cao trong môi trường yếm khí Quá trình này tạo ra những lỗ rỗng có thể tích rất nhỏ giúp tăng diện tích bề mặt của các hạt Các lỗ rống này đóng vai trò quan trọng cho quá trình hấp phụ hoặc và thúc đẩy phản ứng hóa học

than hoạt tính có thể loại bỏ hiệu quả từ

60 đến 80 hóa chất trong nước và giảm thiểu được khoảng 20 loại hóa chất khác trong nước

Một số thành phần hóa học than hoạt tính

có thể loại bỏ: Clo dư, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, các sản phẩm phụ của clo, hạt vi nhựa, nitrat,…

Tuy vậy, một số thành phần khác trong nước mà than hoạt tính vẫn giữ lại như các khoáng chất có lợi cho sức khỏe bao gồm Magie, Kali, Natri, Canxi, Flo,…

4 Lọc MF Màng lọc MF (Micro Filtration) là loại

màng vi lọc có kích thước lỗ lọc nhỏ khoảng 0.1 - 0.5 micromet, được tạo thành từ các vật liệu rỗng có kích thước vi

mô Vì thế, màng lọc loại bỏ hầu hết các vật chất rắn và bụi bẩn lơ lửng trong nước

Tuy nhiên, màng lọc không có tác dụng trong việc lọc các chất hóa học, phân tử nhỏ, vi khuẩn, mầm bệnh trong nước

Màng lọc MF sử dụng công nghệ siêu lọc dưới một áp lực nhất định khoảng 100 PSI, nước sẽ chảy qua màng lọc MF trước khi đến các bước lọc tiếp theo Nhiệt độ khoảng 0 - 55 độ C là mức nhiệt màng lọc hoạt động hiệu quả nhất

5 Lọc UF Màng lọc nước UF (Ultra Filtration) còn

gọi là màng siêu lọc, trang bị các khe lọc với kích thước 0.1 - 0.5 micromet, nước được đưa vào lõi lọc với áp suất từ 1 - 5 bars Nhờ vậy, các chất có kích thước lớn hơn 0.1 micromet sẽ bị loại khỏi nguồn nước

Nguyên lý hoạt động của công nghệ lọc nước UF là dùng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có kích lớn ra khởi nước

Cụ thể với áp suất khoảng 1 - 5 bars thì màng lọc không chỉ loại bỏ phân tử kích thước lớn mà còn loại bỏ các loại virus, vi khuẩn, bảo vệ sức khỏe cho người sử dụng

6 Lọc NF Màng lọc nước Nano gồm màng có khe

lọc mang kích thước cực nhỏ từ 0.01 - 0.1 micromet để loại bỏ sạch tạp chất, bụi bẩn, các loại vi khuẩn, vi rút Đồng thời giữ lại phần lớn các khoáng chất tự nhiên

có trong nước, vô cùng có lợi cho cơ thể

Màng lọc NF sử dụng áp lực nước từ trên cao (không dùng máy bơm) các chất lớn hơn 0.01 micromet sẽ bị giữ lại Đồng thời, loại bỏ các ion hai hóa trị và lớn hơn, loại bỏ các chất làm mềm nước và các phân tử lớn như thuốc trừ sâu và màu sắc

7 Lọc RO Màng lọc nước RO là màng lọc có kích

thước khe lọc siêu nhỏ khoảng 0.0001 - 0.0005 micromet, giúp loại bỏ hầu hết các chất rắn, ion kim loại nặng, vi sinh vật, vi khuẩn, mang lại nguồn nước tinh khiết

có thể uống ngay mà không cần đun lại

Màng lọc nước RO sử dụng nguyên lý thẩm thấu ngược theo cơ chế trượt ngang, chỉ có nước tinh khiết mới có thể vào được màng lọc Vì thế, màng lọc đòi hỏi

áp lực nước cao để tạo ra dòng chảy mạnh

mẽ đẩy mạnh các thành phần hóa học, các kim loại, tạp chất

1.3.2 Phương pháp hóa lý

Bảng 1 4 Công trình phương pháp hóa lý

1 Keo tụ - tạo bông Bể keo tụ tạo bông là bể xảy ra các phản

ứng keo tụ – tạo bông Bể được thiết kế phù hợp với chức năng và cơ chế hoạt động keo tụ – tạo bông Những hạt cặn, rắn có kích thước tương đối lớn có thể được xử lý dễ dàng bằng biện pháp cơ

học

Các hạt keo, chất rắn lơ lửng trong nước thường mang kích thước rất nhỏ và có điện tích âm Vì vậy chúng không có khả năng tự lắng được Chúng có xu hướng đẩy nhau do cùng điện tích gây nên chuyển động đẩy hỗn loạn trong dung dịch Hạt keo có cấu tạo bởi hai lớp Lớp trong cùng là nhân có điện tích âm còn lớp

vỏ phía ngoài mang điện tích dương Sự chênh lệch điện thế giữa lớp bề mặt của hạt keo và dung dịch gọi là thế điện động Zeta Thế zeta càng âm thì hạt keo càng

bền

Keo tụ là quá trình bổ sung các ion mang điện tích trái dấu (điện tích dương) vào để trung hòa điện tích của các hạt keo trong nước, làm tăng thế zeta, phá vỡ độ bền của hạt, ngăn cản sự chuyển động hỗn loạn

của các ion trong nước

Tạo bông là quá trình liên kết các bông cặn sau quá trình keo tụ lại với nhau dưới tác động của phương pháp khuấy với tốc

độ nhỏ nhằm tăng kích thước và khối lượng của các bông cặn để các bông cặn

có thể dễ dàng lắng xuống

1.3.3 Phương pháp hóa học

*Các phương pháp khử trùng nước

Bảng 1 5 Công trình phương pháp hóa học

1 Chlorine Cơ sở của phương pháp hóa học là sử

dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng

Do hiệu suất cao nên ngày nay khử trùng bằng hóa chất đang được áp dụng rộng rãi

ở mọi qui mô

Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh

Quá trình diệt vi sinh vật xảy ra qua 2 giai đoạn: đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào

Tốc độ của quá trình khử trùng được xác định bằng động học của quá trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào và động học của quá trình phân hủy men tế bào

Nhược điểm của phương pháp này là ảnh hưởng bởi pH và nhiệt độ, có thể làm giảm pH của nước

2 UV Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có

bước sóng khoảng 4 – 400nm (nanometer) Độ dài sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường Dùng tia cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước

Tia cực tim tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, các axit nucleic hấp thụ năng lượng bước sóng 240 – 280 nm

và kìm hãm quá trình sinh sản và phát triển của tế bào vi khuẩn Do đó, tia cực tím có độ dài bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất

Nhược điểm của phương pháp này là chi phí vận hành cao, độ đục của nước và chất

nhờn bám vào đèn có thể ngăn cản tia cực tím tác dụng vào vi khuẩn làm giảm hiệu quả khử trùng

3 Ozone Ozon là chất khí, có khả năng oxy hóa

mạnh

Ozone được tạo ra bằng cách cho oxy hoặc không khí đi qua thiết bị phóng tia lửa điện Để cấp đủ lượng ozone khử trùng cho nhà máy xử lý nước, dùng máy phát tia lửa điện gồm hai điện cục kim loại đặt cách nhau một khoảng cho không khí chạy qua Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ quang, đồng thời với việc thổi luồng không khí sạch đi qua khe hở giữa các điện cực để chuyển một phần oxy thành ozone

Ưu điểm của phương pháp này là làm giảm nhu cầu oxy của nước, giảm nồng độ chất hữu cơ, nồng độ các chất hoạt tính, khử màu, phenol và xyanua; không gây mùi; tăng nồng độ oxy hòa tan; khong có sản phẩm gây độc hại; tăng vận tốc lắng cặn lơ lửng; ít ảnh hưởng bởi nhiệt độ và

pH và không cần khâu định lượng như Clo

Tuy nhiên, phương pháp này có vốn đầu

tư ban đầu cao và tiêu tốn nhiều năng lượng điện

1.4 Tổng quan công nghệ xử lý nước biển thành nước ăn uống, sinh hoạt

Công nghệ xử lý nước biển thành nước ăn uống sinh hoạt với nhiệm vụ xử lý chính

là loại bỏ cái ion muối có trong nước biển, bên cạnh đó là xử lý nước đạt tiêu chuẩn nước

ăn uống, sinh hoạt của Việt Nam

1.4.1 Công nghê chưng cất

Quá trình chưng cất là quá trình đun nóng nước tới điểm sôi để chuyển thành dạng hơi, sau

đó ngưng tụ lại thành nước tinh khiết Thường ta áp dụng công nghệ chưng cất nhiều bậc (Multi-Stage Flash Distillation-MSF), nén hơi (Vapor Compress-VC) và chưng cất đa hiệu ứng (Multiple-Effect Distillation-MED)

Nén hơi là làm bốc hơi nước đầu vào rồi nén hơi đó Sau đó hơi nước được ngưng tụ và nhiệt giải phóng tiếp tục được sử dụng làm nhiệt cấp đầu vào Công nghệ nén hơi dựa vào việc giảm áp suất vận hành để nước bốc hơi Nhiệt lượng để nước bay hơi được cung cấp bởi một máy nén hơi: máy nén cơ khí (Mechanical Vapor Compression) hoặc injector hơi nước (Thermal Vapor Compression)

Công nghệ nén hơi thích hợp cho các trạm chưng cất nước công suất vừa và nhỏ từ 3.000m3/ngày.đêm – 20.000m3/ngày.đêm

Chưng cất đa hiệu ứng chính là bốc hơi nước theo dạng chuỗi Hơi nước từ một chuỗi được

sử dụng làm bốc hơi trong hiệu ứng tiếp theo Để tăng cường hiệu suất, mỗi giai đoạn sau được vận hành ở áp suất thấp hơn giai đoạn trước Điều này cho phép nhà máy có thể hoạt động ở nhiệt độ cao (> 90oC) cũng như nhiệt độ thấp Nhiệt độ bay hơi cao nhất là 55oC giúp giảm sự an mòn và đóng cặn đồng thời cho phép thải muối ở nhiệt độ thấp

Quy trình MED có thể có nhiều kiểu kết cấu khác nhau phụ thuộc vào bề mặt trao đổi nhiệt

và hướng chuyển động tương đối của dòng nước muối so với dòng hơi nước

1.4.2 Công nghệ trao đổi Ion (IE)

Trao đổi ion là quá trình lý hóa trong đó các ion chuyển từ pha rắn sang pha lỏng và ngược lại Các ion đối ở các nhóm chức mang điện trên bề mặt pha rắn sẽ trao đổi với các ion cùng dấu trong dung dịch khi tiếp xúc với pha rắn của hạt nhựa

Phân loại nhựa trao đổi ion:

• Nhựa cation axit mạnh (R-H hoặc R-Na)

Trao đổi muối trung tính thành axit tương ứng Dung dịch hoàn nguyên là HCl và H2SO4 đối với R-H và NaCl đối với R-Na

RH + NaCl → RNa + HCl

• Nhựa cation axit yếu (R-XH)

Trao đổi muối kiềm thành axit yếu tương ứng nhưng không trao đổi với muối trung tính (NaCl, H2SO4) Nhựa này có nhóm chức Cacboxylic và sử dụng HCl hoặc H2SO4 để hoàn nguyên

Ca(HCO 3 ) + 2R-H → CaR 2 + 2H 2 CO 3

• Nhựa anion kiềm mạnh (R-OH hoặc R-Cl)

Chuyển hóa muối trung tính thành các bazơ mạnh tương ứng (NaCl, CaSO4) nếu hoạt động theo chu trình hydroxit Nhựa này thường có nhóm chức ammonium Dung dịch hoàn nguyên là NaOH cho chu trình OH-, NaCl cho Cl-

SO 4 2- + 2R-OH → R 2 SO 4 + 2OH

-• Nhựa anion kiềm yếu (R-OH):

Trao đổi các axit khoáng tự do như HCl, H2SO4 thành nước nhưng không trao đổi với các axit phân ly yếu như H2CO3, H2Si03 Dung dịch hoàn nguyên là NaOH và dung lượng trao

đổi khá lớn

Quá trình trao đổi ion thường được áp dụng cho khử cứng và khử khoáng cho nước cấp nồi hơi, nước tinh khiết cho công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý các ion gây độc như NO3-, NO2- hoặc xử lý nước thải chứa các kim loại nặng như đồng (Cu), chì (Pb), kẽm (Zn), crom (Cr), và Amonia (NH3) trong công nghiệp xi mạ, hóa chất để thu hồi các kim loại có giá trị kinh tế Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp này để khử mặn sẽ không hiệu quả kinh tế bằng phương pháp thẩm thấy ngược (RO) và điện thẩm tích

Khử muối của nước bằng phương pháp trao đổi ion tức là lọc qua bể lọc H-cationit và anionit

OH-Khi lọc nước qua bể lọc H-cationit, các muối hòa tan trong nước sẽ trao đổi cation với các ion H+ và tạo ra các acid tương ứng

1.4.3 Công nghệ sử dụng màng lọc và nhiệt độ để tách muối trong nước

Xử lý muối bằng nhiệt: phương pháp dựa trên nguyên lý bay hơi của chất lỏng khi đạt đến

áp suất bảo hoà Cho dòng chất lỏng chứa hỗn hợp muối đi qua thiết bị bay hơi bằng nhiệt, tại đây dòng chất lỏng được cung cấp 1 lượng nhiệt để đun nóng Khi chất lỏng đạt đến điểm sôi hơi nước sẽ bay hơi và được thu lại còn muối được giữ lại trong hỗn hợp dòng vào được đưa ra ngoài loại bỏ

Phương pháp xử lý nước bằng nhiệt bao gồm các phương pháp: bay hơi nhanh nhiều bậc tuần hoàn dung dịch muối thải, phương pháp chưng đa bậc hơi nén bằng nhiệt, và phương pháp chưng đa bậc hơi nén cơ học là các phương pháp được sử dụng rộng dãi

Hiện nay ngoài việc sử dung năng lượng truyền thống cho các biện pháp khử muối sử dụng nhiệt thì ngày nay người ta phát triển thêm một số phương pháp mới sử dụng năng sạch như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng hay tận hay tận dụng quá trình bay hơi tự nhiên

1.4.4 Công nghệ áp dụng quá trình điện thẩm tách để tách muối trong nước

Điện thẩm tách là một quá trình màng lọc được điều khiển bởi lớp điện thế cho loại

bỏ các ion tích điện từ dòng nước Điện thẩm tách là quá trình điện hoá học chia cắt với ion truyền qua ion trao đổi màng lọc bởi một điện thế trực tiếp

Một pin ED cơ bản bao gồm anion qua lại thấm được và màng cation thấm được, nó cung cấp chia cắt cơ bản của ion dưới điện thế trực tiếp Quá trình oxy hoá và khử xẩy ra trong

ED

Theo công nghệ này nước biển hoặc nước lợ được bơm vào khoảng giữa các màng trao đổi ion với áp suất thấp, số lượng các màng có thể lên đến hàng trăm màng đặt song song và xen kẽ nhau

Màng trao đổi cation là những màng chỉ cho phép các ion dương chuyển qua Màng trao đổi anion chỉ cho phép các ion âm đi qua

Trong quá trình màng điện thẩm tách, tạp chất được tách loại khỏi nước nhờ dòng điện Dòng điện một chiều chuyển các ion qua màng để tạo ra dòng nước ngọt và dòng nước muối có nồng độ cao hơn Màng hình thành một rào cản giữa dung dịch muối và “nước ngọt” Phía màng có nồng độ muối cao hơn sẽ gây ra hiện tượng phân cực nồng độ, nhiễm bẩn hữu cơ, tạo cặn khoáng chất đá vôi và các kết tủa khác

1.5 Các công trình xử lý nước biển trong nước và ngoài nước

1.5.1 Các công trình trong nước

- Công nghệ xử lý nước biển trong cấp nước an toàn ở đảo Cát Bà công suất 1500 m3/ngày

đêm Công nghệ xử lý nước biển sẽ tập trung xử lý các chất ion hòa tan, được định lượng bằng tổng chất rắn hòa tan Hệ thống xử lý nước biển tại đảo Cát Bà, Hải Phòng với công suất 1500 m3/ngày đêm, ứng dụng công nghệ màng lọc RO để khử muối Nguồn nước thô được bơm trực tiếp từ biển có độ mặn trung bình 34,000 ppm tại nhiệt độ nước biển 250C Nguồn nước thô được bơm trực tiếp từ công trình thu nước mặt Nước biển có TDS trung bình 34000 ppm tại nhiệt độ nước biển 250C

- Các công trình xử lý nước biển thành nước sinh hoạt bằng RO cũng được đặt tại các địa phương như: trên tàu đánh bắt xa bờ của ngư dân Đà Nẵng, xử lý nước biển thành nước sinh hoạt cho giàn khoan dầu khí tại tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu, xử lý nước mặn phục vụ cho

ăn uống và sinh hoạt tại Sư đoàn 4, tỉnh Kiên Giang (công suất 140 m³/ngđ),…

1.5.2 Các công trình ngoài nước

- Bỉ thực hiện lọc nước biển thành nước ngọt sử dụng nguyên lý lọc RO tại tỉnh nông nghiệp West-Vlaanderen (miền tây nước Bỉ)

- Ý thực hiện lấy nước biển để chưng cất thành nước ngọt bằng ánh sáng mặt trời Công trình được thực hiện bởi các kỹ sư của Đại học Bách khoa Torino (Ý)

- Nhà máy khử mặn nước biển Hadera, công suất 127 triệu m3/năm

Hiện nay ước tính toàn cầu có hơn 12,000 nhà máy xử lý nước biển và nước lợ trên

140 quốc gia trên khắp thể giới, với tổng công suất lên tới 40 triệu m3 trên ngày Trong đó

xử lý nước biển chiếm 57.4% (WHO, 2008) Công suất khử mặn trên thế giới đạt gần 9,6

tỷ m3, trong đó các nước thuộc Hội đồng Hợp tác Vùng vịnh (GCC) như Ả Rập, Cô oét, Tiểu Vương quốc Ả Rập thống nhất, Bahrain, Qatar và Oman chiếm 47% tổng công suất

Các quốc gia thuộc GCC là một ví dụ điển hình về đô thị hóa nhanh và gia tăng dân số đã làm tăng mạnh nhu cầu nước sinh họat Tỷ lệ gia tăng dân số trung bình của khu vực (hơn 3,4%) đã làm cho dân số tăng từ 14 triệu năm 1970 lên gần 30 triệu dân năm 2000 Nhu cầu nước sinh hoạt tăng từ 2,6 tỷ m3 lên gần 4 tỷ m3 trong giai đoạn 1990-2000 Nhu cầu này sẽ tăng lên tới 10,4 tỷ m3 vào năm 2030

Đã có nhiều nhà máy biến nước lợ, nước biển thành nước ngọt tại Trung Đông, Địa Trung Hải, châu Mỹ, Nam Âu, Caribbean, Nhật Bản, quần đảo Channel, đảo Tenerife và Gran Canaria - nơi nguồn nước ngọt tự nhiên rất hiếm

Năm 2004 với hơn 11.000 nhà máy khử muối hoạt động, sản xuất ra hơn 20.000.000 m3/ngđ với 60% công xuất tại Tây Á, 11% Bắc Mỹ, 7% tại Châu Âu và Bắc Phi, và 4% tại trung tâm Nam Mỹ (T Witham, Reusing nature's most precious resource, WAVE/USFilter 2 (1) (2003), 34-36.)

Với tình trạng khan hiếm nguồn nước ngọt việc xây dựng các nhà máy xử lý nước mặn, nhiễm mặn đang được phát triển mạnh ở các nước trên thế giới và là nguồn cung cấp nước an toàn cho nhu cầu dùng nước trong tương lai

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 2.1 Xác định thông số ô nhiễm

Nước biển với thành phần ô nhiễm chủ yếu là độ mặn và TS Là sản phẩm kết hợp giữa những khối lượng khổng lồ các axit và bazo từ những giai đoạn đầu của sự hình thành Trái đất Các axit HCl, H2SO4, CO2 sinh ra từ trong lòng đất do sự hoạt động của núi lửa kết hợp với các bazo sinh ra do quá trình phong hóa các đá thời nguyên thủy và tạo thành muối và Thành phần chủ yếu của nước biển là các anion như : Cl, SO42-, CO32-, SiO32-

… và các cation như Na+, Ca2+,… Nồng độ muối trong nước biển lớn hơn nước ngọt 2000 lần Vì biển và các đại dương thông nhau nên thành phần các chất trong nước biển tương đối đồng nhất Hàm lượng muối (độ mặn) có thể khác nhau nhưng tỷ lệ về những thành phần chính thì hầu như không đổi

Trong nước biển ngoài H2 và O2 ra thì Na, Cl2, Mg chiếm 90% K, Ca, S (dưới dạng SO42-) chiếm 7% tổng lượng các chất

Các thông số ô nhiễm khác của nước biển phụ thuộc vào khu vực và điều kiện môi trường tại nơi đó Ví dụ: bảng thành phần ô nhiễm tại Sông Vàm Sát

Bảng 2 1 Thành phần ô nhiễm trong nước biển

(1) Ta có công thức chuyển đổi từ độ dẫn điện EC (Electrical Conductivity) sang TDS

(Total dissolved Solid) như sau:

2.2 Phương pháp xử lý cho các thành phần ô nhiễm

2.2.1 Phân tích thành phần ô nhiễm

Thành phần ô nhiễm cần được quan tâm xử lý để có thể đạt được QCVN 1:2018/BYT là TDS và Cl-

01-TDS (Total Dissolved Solids) là chỉ số thể hiện tổng chất rắn hòa tan tồn tại trong

một thể tích nước nhất định Những chất có trong nước chủ yếu là khoáng chất, muối, chất hữu cơ, các hợp chất vô cơ như kim loại nặng - chất rắn lơn lửng không lắng hoặc không hòa tan trong nước (canxi, magiê, natri, kali và các anion cacbonat, bicarbonate, clorua, sunfat Chỉ số TDS có đơn vị đo là mg/l (milligram/litter) hoặc ppm (part per million): 1 mg/l = 1 ppm

Đo đạc và tính toán chỉ số TDS có thể tính toán được chất lượng nước đầu ra sao cho đạt được chỉ tiêu đầu ra của QCVN 01-1:2018/BYT

TDS cho nước uống phải dưới 300mg/lít và giới hạn tối đa được coi là an toàn là 500mg/lít

- đây là mức lý tưởng cho nguồn nước giàu khoáng chất có lợi cho sức khỏe Với các nguồn nước có TDS < 50ppm thường là nước ở mức khá tinh khiết hoặc nước sau khi lọc qua hệ thống RO - đây là nước có chứa lượng khoáng nhỏ và hoàn toàn yên tâm để sử dụng uống trực tiếp

Clorua (Cl-) là một trong những anion phổ biến ở trong nước Thường được kết hợp với Canxi, Magiê hoặc Natri, do đó Clorua biểu thị cho độ mặn của nước biển và nước lợ Đo chỉ số Clorua sẽ cho chúng ta biết được môi trường nước tại một nơi nào đó có bị nhiễm mặn hay không Do hầu hết các muối clorit đều tan mạnh trong nước Nên nồng độ clorua thường ở trong khoảng từ 10 đến 100 mg/l Nước biển chứa hơn 30.000 mg/l dưới dạng NaCl

Clorua là một trong các ion quan trọng trong nước và nước thải Clorua kết hợp với các ion khác như Natri, Kali tạo vị cho nước Nguồn nước có nồng độ Clorua cao có khả năng ăn mòn kim loại, gây hại cho cây trồng Giảm tuổi thọ của các công trình bằng bê tông,… Nhìn chung Clorua không gây hại cho sức khỏe con người Nhưng Clorua có thể gây ra vị mặn của nước do đó ít nhiều ảnh hưởng đến mục đích ăn uống và sinh hoạt

Clorua được phát hiện hầu hết trong nước tự nhiên Có ảnh hưởng đến mùi vị con người khi nồng độ vượt quá 250mg/L Ở mức nồng độ cao Clorua sẽ ức chế sự phát triển của thực vật Và trong nhiều quy trình sản xuất công nghiệp đòi hỏi phải hạn chế nồng độ clorua

Clorua có liên quan tới việc ăn mòn các đường ống vì các hợp chất do nó tạo ra Ví dụ như Magiê clorua có thể tạo ra axit hidrocloric nếu được đun nóng Mức độ ăn mòn và lượng sắt bị phân huỷ vào trong nước Từ các đường ống tăng lên khi nồng độ NaCl trong nước tăng lên Ion Clorua có thể phá huỷ các màng bảo vệ của những kim loại có sắt và các hợp kim khỏi sự ăn mòn Nó là một trong những nguyên nhân chủ yếu của sự ăn mòn các đường ống làm bằng thép không gỉ

2.2.2 Phương pháp xử lý

Với việc quan tâm vào hai chỉ số TDS và Cl- Công nghệ chúng ta có thể sử dụng

để loại bỏ hai thông số này một cách triệt để và hiệu quả nhất đó chính là Công nghệ UF –

RO kết hợp

2.2.2.1 Công nghệ UF

Xử lý nước bằng công nghệ Lọc màng - Ultrafiltration (UF) là một công nghệ xử lý nước tiên tiến sử dụng các màng lọc với kích thước màng nhỏ hơn đến 10.000 lần kích thước lỗ chân lông trên da người

UltraFiltration (UF) là một công nghệ lọc dùng màng áp suất thấp để loại bỏ những phân

tử có kích thuớc lớn ra khỏi nguồn nước Dưới một áp suất không quá 2,5 bars, nước, muối khoáng và các phân tử/ ion nhỏ hơn lỗ lọc (0.1- 0.005 micron) sẽ “chui” qua màng dễ dàng Các phân tử có lớn hơn, các loại virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngoài

Màng lọc UltraFiltration được làm thành những ống nhỏ, đường kính ngoài 1,6mm Một

bộ lọc là một bó hàng ngàn ống nhỏ nên diện tích lọc rất lớn, giúp tăng lưu lượng nước lên nhiều lần Màng lọc đóng vai trò như vật liệu lọc cao cấp với nhiều kích cỡ lỗ màng, từ 0,01 µm đến 0,1 µm Kích thước lỗ màng bé có khả năng giữ lại được tất cả những vật chất cần loại bỏ trong nguồn nước, các phần tử có kích thước lớn hơn 0,01 microns (phấn hoa, tảo, kí sinh trùng, vi khuẩn, virut, và vi trùng gây bệnh), dẫn đến việc có thể sản xuất ra

được nước “siêu tinh khiết Trong khi hệ thống lọc cát chỉ lọc được vật chất có kích thước

từ 10 µm đến 50 µm Màng lọc này cũng có thể rửa ngược được và có tuổi thọ khá cao, từ

3 – 5 năm

Quá trình lọc bằng công nghệ UF có thể chia làm các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Nguồn nước thô được lấy từ các nguồn nước mặt khác nhau như ao, hồ, sông, suối,…được cho qua thiết bị bơm để vào hệ thống lọc Tại đây có một màng lọc thô để ngăn cản và giữ lại những tạp chất thô của nguồn nước đầu vào Màng lọc thô này có đường kính tương đối lớn để giữ lại những tạp chất thô của nguồn nước và góp phần làm cho hệ thống lọc nước không bị hư hỏng Nếu không có màng lọc thô ở giai đoạn này thì các giai đoạn sau sẽ hoạt động không được, do các tạp chất cỡ lớn có thể va đập và làm thủng các màng lọc ở giai đoạn sau Do đó, ở giai đoạn lọc thô này là rất quan trọng

Giai đoạn 2: Sau khi qua màng lọc thô ở giai đoạn 1, các tạp chất thô được giữ lại một phần, sau đó tiếp tục chảy qua một màng lọc thứ hai Màng lọc này có đường kính 10 microns Tại đây, các tạp chất lại được giữ lại một lần nữa tại màng lọc này Các tạp chất

có kích thước lớn hơn 10 microns thì màng lọc tại giai đoạn này giữ lại rất hiệu quả, nhưng đối với các tạp chất lớn hơn 10 microns vẫn đi qua mà không bị giữ lại, xuyên qua màng vào sâu bên trong

Giai đoạn 3: Tại giai đoạn này, các tạp chất có tính chất keo và vi khuẩn bị giữ lại triệt để tại giai đoạn này nhờ vào màng lọc Microfiltration có kích thước 0,1 microns Nước sau khi qua giai đoạn này đã tương đối là sạch hơn và trong hơn Tuy nhiên, màng lọc này không thể giữ được virus cũng như các phân tử hữu cơ vi mô khác, do đó các loại này vẫn

sẽ đi qua màng lọc này

Giai đoạn 4: Sau khi tất cả các tạp chất lớn, trung bình đều được giữ lại ở các giai đoạn trước thì đến giai đoạn này, nhờ vào màng lọc có đường kính lỗ rất nhỏ 0,01 microns, các thể virus đã bị giữ lại triệt để, nước sau khi qua giai đoạn này được lấy ra ngoài và có thể

sử dụng cho mục đích sản xuất, sinh hoạt, công nghiệp,…Mặt khác, nhờ vào màng lọc có

kích thước nhỏ và lọc triệt để như vậy góp phần làm cho nước đầu ra an toàn vệ mặt vệ sinh cũng như giá trị cảm quan (nước đầu ra có độ trong cao)

Nhìn chung, nước sau khi qua hệ thống lọc này có độ sạch cao, có thể dùng cho nước sinh hoạt ở hộ gia đình và sản xuất công nghiệp ở quy mô nhỏ Đây là một hệ thống lọc hoạt động rất ổn định và hiệu quả, năng suất cao và dễ vận hành

Đặc điểm của màng siêu lọc UF

- Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng, cắt giảm chi phí hoạt động đáng kể

- Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không tốn mặt bằng lắp đặt

- Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công

- Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất và sử dụng phương pháp lọc cơ học nên không làm biến đổi tính chất hóa học của nguồn nước

- Vật liệu của màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt quy trình xử lý

- Mặc dù có kích thước lỗ nhỏ nhưng màng UF có độ rỗng (khả năng thấm qua cao) nên lượng chất lỏng được lọc qua màng tương tự như màng vi lọc (MF) và có thể thay thế màng

MF trong một số trường hợp

- Hầu hết màng UF được chế tạo từ polymer và các chất kỵ nươc tự nhiên Trong đó vật liệu polymer được sử dụng khá phổ biến, bao gồm: Polysulfone (PS), Polyethersulfone (PES), Polypropylene (PP) và Polyvinylideneflouride (PVDF),

Ứng dụng của công nghệ UF

Màng siêu lọc (UF) là công nghệ lọc cung cấp một giải pháp hợp lý cho các dây chuyền sản xuất thực phẩm và đồ uống, chất lượng nước rất cao sau khi lọc qua màng UF dùng cho việc sản xuất nước khoáng, nước hoa quả, nước tăng lực Màng UF tạo tạo nên một rào cản chắc chắn các vi sinh vật, bào tử và loại bỏ màu, chất hữu cơ (trong nguồn

nước tự nhiên thường xuất hiện các chất tiết ra từ vỏ cây, các chất mùn …), các chất rắn hoà tan trong nước

- Lọc nước biển, nước muối: Để làm sạch nước biển mà vẫn giữ nồng độ muối, màng UF

có thể thay thế cho toàn bộ quy trình phức tạp nhiều công đoạn: Nước biển > Khử trùng

-> Lọc thô > Lọc cát > Than hoạt tính > Nước biển sạch

- Thu hồi dầu/ mỡ và xử lý nước thải: Rất nhiều ngành công nghiệp sử dụng dầu để làm

mát, bôi trơn và thường phải thải bỏ sau một thời gian.Với màng UF, ta có thể dễ dàng tách được dầu từ nguồn nước thải này Kích thước của phân tử dầu đủ nhỏ để chui qua lỗ lọc nhưng sức căng bề mặt của nó lại cản trở việc này (khi màng lọc đã bị ướt) Sau khi dùng màng UF, nước thải chỉ còn chưa tới 10ppm dầu, phù hợp với quy định Đặc biệt, có tới 30~60% lượng dầu được thu hồi để tái sử dụng

- Màng UF bảo vệ màng RO: Lọc UF bảo vệ cho màng RO hiệu quả hơn nhiều so với các

phương pháp truyền thống, vì nước sau khi lọc màng UF đã gần như tinh khiết, không còn

vi khuẩn, cặn siêu nhỏ Màng RO lúc này được làm việc trong môi trường sạch hơn và sẽ

có tuổi thọ cao hơn

2.2.2.2 Công nghệ RO

Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên Nước bao giờ cũng chuyển dịch từ nơi có nồng độ muối/ khoáng thấp đến nơi có nồng độ cao hơn Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ muối khoáng từ 2 nơi này cân bằng

Để làm điều ngược lại (thẩm thấu ngược), người ta dùng một áp lực đủ để đẩy ngược nước từ nơi có hàm lượng muối/ khoáng cao “thấm” qua một loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc có ít muối/ khoáng hơn

Màng RO có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau như: Cellulose Acetate, Aromatic Polyamide, Polymide hoặc màng TFC có những lỗ nhỏ tới 0.001 micron Tất cả các màng này đều chịu áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorine không giống nhau Tốc độ dòng chảy qua màng bán thấm rất chậm nên cần một diện tích màng lớn, do đó

màng thường được quấn thành vòng xoắn hoặc quấn tạo thành từng ống có đầu bịt phía cuối

Với tốc độ và áp lực cực lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt của màng RO Một phần trong số những phân tử nước “chui” qua được những lỗ lọc Các tạp chất bị dòng nước cuốn trôi và “thải” bỏ ra ngoài Với cách thức này, bề mặt của màng RO liên tục được rửa sạch và có tuổi thọ tới 2 - 5 năm

Màng lọc RO có khả năng loại trừ các loại vi sinh vật, khoáng chất, protein, thuốc nhuộm và đặc biệt là các muối vô cơ Các hợp chất này có phân tử lượng từ 150-250 daltons

và kích thước từ 1-10 A0 Các loại tạp chất không qua dược lỗ lọc, bị dòng nước rửa trôi trên bề mặt màng lọc và thải ra ngoài

RO được ứng dụng sản xuất nước tinh khiết hoặc các dung môi hữu cơ như ethanol, glycol Các dung chất này có thể đi qua màng lọc trong khi các ion khác bị giữ lại trên bề mặt màng RO phổ biến nhất là sử dụng dòng chảy ngang, phương pháp này cho phép bề mặt màng luôn được làm sạch bởi dòng nước chảy ngang bề mặt, hạn chế tích tụ cặn Quá trình này đòi hỏi một đông lực khá lớn để chuyển nước đi qua bề mặt màng, động lực này thường được tạo ra bởi các bơm cao áp Áp lực tạo ra càng cao thì động lực càng lớn, màng lọc sẽ bị nén chặt dẫn đến giảm độ thấm qua màng Khi nồng độ các dòng chất đưa vào càng cao thì đòi hỏi phải tạo ra động lực càng lớn

Quá trình tách chất bởi RO được tăng thêm hiệu quả nhờ điện tích của chính các ion Điện tích ion càng lớn càng dễ bị màng giữ lại, chẳng hạn như các hợp chất khoáng thì dễ bị loại trừ ra khỏi dòng hơn so với các hợp chất hữu cơ không mang điện

Các đặc điểm nổi bậc của công nghệ RO

- RO có thể xử lý hầu hết các nguồn nước, tuy nhiên khi độ mặn của nước nguồn càng lớn thì hiệu quả xử lý càng thấp

- Sản lượng nước thu được có thể lên tới 70% đối với nước mặn Công suất tiêu biểu từ vài lít/ngày đến 20.000m3/ngày và có thể lắp đặt dây chuyền để đạt công suất cần thiết

- Tổng chất rắn hòa tan đầu ra tiêu biểu (TDS) là 20mg/l đối với nước mặn

- Nhà máy vận hành ở nhiệt độ thường, áp suất khoảng 15-25 bar cho nước mặn Nếu áp suất vận hành càng lớn thì lưu lượng dòng thấm càng lớn, tỉ lệ dòng thấm nước đầu vào có thể từ 15-80%

- Khi hàm lượng TDS càng cao làm cho áp suất thẩm thấu càng cao dẫn đến áp suất vận hành càng cao làm tăng chi phí xử lý Ngoài ra khi TDS lớn sẽ dễ gây nghẹt màng và làm giảm tuổi thọ của màng Do đó cần có hệ thống xử lý sơ bộ để loại TDS trước khi dẫn dòng nước vào hệ thống RO

- Nhà máy RO chỉ đòi hỏi điện năng Năng lượng tiêu thụ trung bình cho nước mặn là 2.5kWh/m3

1 Tiêu chuẩn lọc của màng lọc RO:

Bảng 2 2 Hiệu suất xử lý chất ô nhiễm của màng lọc RO

- Module dạng tấm (Plate type module): Kiểu này được cấu tạo từ việc xếp chồng các màng

và các tấm đỡ Chất lỏng cần xử lí lưu thông giữa các màng của 2 tấm kề nhau Bề dày lớp chất lỏng từ 0.5-3 mm Đồng thời các tấm phẳng bảo đảm hỗ trợ cơ học của màng và máng thấm lọc Sự sắp xép chủa chúng cho phép dịch chuyển song song hoặc nối tiếp Như vậy các tập hợp đơn có thể cấu tạo cho đến 50 m2 diện tích bề mặt Với độ xiết chặt trung bình, các module có ưu điểm là dễ tháo gỡ, cũng như thay thế các màng và khi cần thiết có thể làm sạch toàn bộ Chiều dài và hình ngoằn ngoèo của máng vận chuyển làm làm cho tổn thất tải tương đối lớn

- Module dạng ống (Tubular module): Ống được chế tạo từ sứ, cacbon hoặc plastic rỗ có

đường kính từ 3.2 mm (1/8 inch) đến 2.54 mm (1 inch) Dòng thấm chảy qua thành ống và được thu ở phía ngoài ống Các ống tiếp theo được đặt song song hoặc nối tiếp trong vỏ hình trụ tạo thành module đơn vị Chế độ thuỷ động lực của dòng chảy được xác định hoàn

hảo và tốc độ lưu thông có thể đạt tới 6 m/s, khi cần một chế độ chảy rối mạnh Kiểu này không cần thiết bị lọc mịn sơ bộ chất lỏng và cũng rất dễ làm sạch.Chúng đặc biệt phù hợp cho xử lí chất lỏng có độ nhớt lớn Nhược điểm là độ chặt nhỏ và giá thành cao

- Module dạng sợi rỗng (Hollow Fibre module): Sợi rỗng được chế tạo bằng máy ép đùn

qua khuôn hình Sợi có đường kính thay đổi từ vài chục micron tới vài milimet Sợi rỗng này tương tự dạng ống, màng đặt bên trong Nhưng sợi rỗng có đường kính nhỏ hơn nhiều

và kết cấu đỡ đòi hỏi rắn chắc hơn Những sợi rỗng được gom lại thành bó có từ hàng nghìn đến hàng triệu sợi Độ rắn chắc của bó sợi có thể đạt giá trị rất cao Dòng chất lỏng qua xử

lí sẽ chảy từ bên trong (lớp mặt trong) hay bên ngoài (lớp mặt ngoài)

2.3 Đề xuất và thuyết minh công nghệ

2.3.1 Đề xuất công nghệ

Công nghệ kết hợp giữa UF và RO đáp ứng được các tiêu chí: chất lượng nước đầu

ra, diện tích đất sử dụng, giá thành xử lý nước, yêu cầu về vấn đề vận hành và quản lý hệ thống UF – RO kết hợp giải quyết được thêm cả vấn đề tiền xử lý cho màng RO và vẫn đáp ứng được việc áp dụng công nghệ mới, tiện lợi cho hoạt động của hệ thống hoặc chủ đầu tư

Hình 2 1 Quá trình cơ bản lọc nước biển bằng RO

Trên đây là sơ đồ tiêu biểu cho các hệ thống RO dùng xử lý nước biển, nước nhiễm mặn cũng như nước thủy cục RO luôn cần bước tiền xử lý để tránh cho màng RO bị nghẹt làm chất lượng nước kém và cũng làm giảm tuổi thọ màng

Bước 1: Tiền xử lý bằng các phương pháp truyền thống như lắng, lọc thô hoặc lọc màng

và lọc tinh

Bước 2: Sử dụng màng lọc RO với bơm áp suất cao để khử muối

Bước 3: Ổn định hóa nước sau lọc bằng các phương pháp như điều chỉnh hóa chất, khử trùng,…

2.3.2 Thuyết minh công nghệ

Hình 2 2 Sơ đồ công nghệ lọc nước biển bằng RO Thuyết minh công nghệ: Bơm chìm được đặt chìm xuống mặt biển khoảng cách từ 0.5 –

1m để có thể thu nhận được loại nước biển ít chứa TSS nhất Sau đó, nước biển được bơm qua hệ thống lọc thô gồm lọc sỏi > cát > than hoạt tính để có thể lọc tối đa các TSS tồn động trong mẻ nước đầu vào Sau khi đã qua lọc thô, nước biển được bơm bằng bơm điều

áp cho qua bồn UF, tại đây, một lượng lớn nồng độ ô nhiễm như TS, vi khuẩn, Ion được