PHƯƠNG PHÁP MÀNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC CẤP

PHƯƠNG PHÁP MÀNG TRONG xử l1y nước cấp Sự cạn kiệt nhanh chóng nguồn nước ngọt trên hành tinh bắt nguồn từ sự tăng dân số, biến đổi khí hậu,…. Một trong những mục tiêu và nhiệm vụ chủ yếu của thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước là đề ra dân cư thành thị và 80% dân số ở nông thôn được cấp nước sạch, cần xây dựng quy hoạch bảo vệ và khai thác hợp lý nguồn nước đáp ứng yêu cầu của sản xuất, đời sống và công nghệ.Vì thế, nhiệm vụ đặt ra đối với những người làm công tác nghiên cứu, ứng dụng cũng như cung cấp nước sạch cho nhân dân rất nặng nề. Đảm bảo cấp nước sinh hoạt ổn định và an toàn cho người dân là vấn đề cấp bách, cần thiết

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

Lê Thị Thúy Duy 09157026

Lê Thị Kim Giang Hà 09157046Nguyễn Thị Ánh Lâm 09157092Nguyễn Ngọc Linh 09157097Đặng Thị Nhi 09157129Phạm Thị Phương 09157143Trương Thị Đan Tâm 09157156Trần Thị Thụy 09157183

Vũ Thị Kiều Trang 09157205Nguyễn Thị Cẩm Lệ 10157055

MỤC LỤC

I ĐẶT VẤN ĐỀ 4

II GIỚI THIỆU 4

1 Định nghĩa màng lọc 4

2 Đặc điểm màng 4

3 Phân loại 4

III PHÂN LOẠI 6

1 Vi lọc (MF) 6

1.1 Nguyên lí hoạt động 6

1.2 Ưu nhược điểm 6

1.3 Ứng dụng 7

2 Siêu lọc (UF) 7

1.1 Nguyên lí hoạt động 8

1.2 Ưu nhược điểm 9

1.3 Ứng dụng 9

b Lọc nước ép trái cây, nước trà xanh 10

c Thu hồi dầu/ mỡ và xử lý nước thải 10

d Màng UF bảo vệ màng RO 11

3 Nano (NF) 12

1.1 Nguyên lí hoạt động 12

1.2 Ưu nhược điểm 12

1.3 Ứng dụng 13

4 Thẩm thấu ngược (RO: reverse osmosis) 13

1.1 Nguyên lí hoạt động 16

1.2 Ưu nhược điểm 16

1.3 Ứng dụng 17

5 Những thông số cần kiểm soát 17

IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18

1 Kết luận 18

2 Kiến nghị 18

V TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Sự cạn kiệt nhanh chóng nguồn nước ngọt

trên hành tinh bắt nguồn từ sự tăng dân số, biến

đổi khí hậu,… Một trong những mục tiêu và

nhiệm vụ chủ yếu của thời kỳ đẩy mạnh công

nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước là đề ra dân

cư thành thị và 80% dân số ở nông thôn được cấp

nước sạch, cần xây dựng quy hoạch bảo vệ và

khai thác hợp lý nguồn nước đáp ứng yêu cầu của

sản xuất, đời sống và công nghệ.Vì thế, nhiệm vụ

đặt ra đối với những người làm công tác nghiên

cứu, ứng dụng cũng như cung cấp nước sạch cho

nhân dân rất nặng nề Đảm bảo cấp nước sinh hoạt

ổn định và an toàn cho người dân là vấn đề cấp

bách, cần thiết

Trong xử lý nước cấp cho sinh hoạt từ nguồn nước tự nhiên, những vật liệu lọcnhư cát, sỏi,… chỉ giúp ta khử bỏ những chất bẩn thô, những hạt huyền phù và một phầnnhỏ các hợp chất đã kết tủa như sắt, mangan, còn chất độc hại hòa tan trong nước thì hầunhư không lọc được Sau này, những vật liệu khác như gốm, than hoạt tính, nhựapolypropylene, nhựa trao đổi ion, xuất hiện đã giúp cho việc lọc nước đạt hiệu quả hơnnhiều Tuy nhiên, nó mới chỉ dừng ở mức độ giữ lại các hạt chất bẩn có kích thước nhỏ.Đối với vi khuẩn và các chất rắn hòa tan, các loại vật liệu lọc truyền thống không thể giữlại được

Do những hạn chế của các vật liệu lọc trên đãxuất hiện các phương pháp xử lý nước bằngmàng lọc Lọc màng là một trong những kỹthuật khá mới được phát triển và ứng dụng trongcông nghệ xử lý nước tự nhiên và nước thảitrong gần 30 năm trở lại đây Phương pháp lọcmàng có nhiều ưu điểm về phương diện kỹthuật, quy mô sản xuất và giá thành hoạt động.Phạm vi áp dụng của kỹ thuật màng khá rộng,loại bỏ gần như tất cả tạp chất: chất huyền phù,chất keo, nhũ tương, hữu cơ hòa tan,các ion cókích thước nhỏ Màng hoạt động như một hàngrào chắn đối với dòng chảy của một hỗnhợpgồm chất lỏng và các cấu tử trong đó

Chính vì thế, màng lọc đóng vai trò quan trọng trong xử lí nước cấp, nước thảisinh hoạt Và đó là lí do nhóm thực hiện đề tài “Các phương pháp màng trong xử lí nướccấp”

II GIỚI THIỆU VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC

2.1 Sự phân bố của tài nguyên nước trên bề mặt Trái Đất

Trái Đất có khoảng 361 triệu km2 diện tích các đại dương( chiếm 71% diện tích bềmặt Trái Đất) Trữ lượng tài nguyên nước có khoảng 1,5 tỷ km3, trong đó nước nội địachỉ chiếm 91 triệu km3 ( 6,1%), còn 93,9% là nước biển và đại dương Tài nguyên nướcngọt chiếm 28,25 triệu km3 (1,88% thủy quyển), nhưng phần lớn lại ở dạng đóng băng ởhai cực trái đất ( hơn 70% lượng nước ngọt) Lượng nước thực tế con người có thể sửdụng được là 4,2 triệu km2 (0,28% thủy quyển )

Bảng 1: Bảng thống kê thể tích nước tại các vị trí trên Trái Đất

2.2 Vai trò của nước đối với con người trong nền kinh tế quốc dân

Cũng như không khí và ánh sáng, nước không thể thiếu được trong đời sống conngười

Trong quá trình hình thành sự sống trên Trái đất thì nước và môi trường nướcđóng vai trò quan trọng Nước tham gia vào vai trò tái sinh thế giới hữu cơ ( tham gia quátrình sinh địa hóa và quang hợp)

Trong quá trình trao đổi chất nước

đóng vai trò trung tâm Những phản ứng lý

hóa học diễn ra với sự tham gia bắt buộc

của nước Nước là dung môi của nhiều chất

và đóng vai trò dẫn đường cho các muối đi

vào cơ thể

Trong khu dân cư, nước phục vụ

cho mục đích sinh hoạt, nâng cao đời sống

tinh thần cho dân ( một ngôi nhà hiện đại

không có nước khác nào một cơ thể không

có máu)

Trong khu dân cư, nước phục vụ

cho mục đích sinh hoạt, nâng cao đời sống

tinh thần cho dân ( một ngôi nhà hiện đại

không có nước khác nào một cơ thể không

có máu)

Nước đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong sản xuất công nghiệp.Đối với cây trồngnước là nhu cầu thiết yếu, đồng thời còn có vai trò điều tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng,chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong đất…

2.3 Nước cấp

2.3.1 Các loại nhu cầu dùng nước cấp

Khi thiết kế 1 hệ thống cấp nước cần xác định tổng lưu lượng của từng nhu cầudùng nước

- Nước dùng cho sinh hoạt trong các nhà ở và trong các xí nghiệp công nghiệp

- Nước dùng để tưới đường, quảng trường, vườn hoa, cây cảnh,

- Nước dùng cho sản xuất của các xí nghiệp công nghiệp

- Nước dùng để chữa cháy

- Nước dùng cho các nhu cầu đặc biệt khác (nước dùng cho bản thân nhà máynước, dùng cho hệ thống xử lý nước thải, nước dò rỉ và nước dự phòng)

 Nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt:

Là loại nước phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người như dùng để ăn uống, tắm rửa, giặt giũ, chuẩn bị nấu ăn, nước cho các khu nhà vệ sinh… Lọai nước này chiếm

đa số trong các khu dân cư Hệ thống cấp nước cho sinh hoạt chiếm phổ biến nhất và chiếm tỷ lệ lớn trong tổng số các hệ thống cấp nước hiện có Nước dùng cho sinh hoạt phải đảm bảo các tiêu chuẩn về lý học, hóa học và vi sinh theo các yêu cầu của qui phạm

đề ra, không chứa các thành phần lý hóa học và vi sinh

ảnh hưởng đến sức khỏe con người

 Nước dùng cho sản xuất

Có rất nhiều ngành công nghiệp dùng nước với các yêu cầu về lưu lượng và chất lượng rất khác nhau Có ngành yêu cầu chất lượng nước không cao nhưng số lượng lớn

như ngàng dẹt, phim ảnh, cấp nước cho nồi hơi nước cho các sản phẩm là đồ ăn uống… Nước cấp cho công nghiệp luyện kim, hóa chất yêu cầu lưu lượng lớn nhưng chất lượng

yêu cầu không cao

 Nước dùng cho chữa cháy

Dù là khu dân cư hay công nghiệp đều có khả năng xảy ra cháy Vì vậy hệ thống cấp nước cho sinh hoạt hay sinh hoạt đều phải tính đến trường hợp có cháy Nước dùng cho chữa cháy được dự trữ trong bể chứa nước sạch của thành phố.

2.3.2 Nguồn cung cấp nước cấp

2.3.2.1 Nguồn nước mặt: Sông ngòi, ao hồ và biển.

 Nước sông là loại nước mặt chủ yếu để cung cấp nước.

- Thay đổi lớn theo mùa về độ đục, lưu lượng, mức nước và nhiệt độ

- Hàm lượng cặn cao (về mùa lũ) độ nhiễm bẩn về vi trùng lớn, dễ bị nhiễmbẩn bởi nước thải do đó giá thành xử lý đắt Để đảm bảo sử dụng nguồn nướclâu dài cần phải cố chiến lược sử dụng hợp lý và biện pháp bảo vệ nguồnnước mặt

 Nước suối.

- Mùa khô nước rất trong nhưng lưu lượng nhỏ

- Mùa lũ lưu lượng lớn nhưng nước đục, có nhiều cát sỏi, mức nước lên xuốngđột biến Có thể sự dụng cấp nước cho các bản làng hoặc các đơn vị quân độitrong khu vực Nếu muốn sử dụng cấp nước lớn phải có công trình dự trữ vàphòng chống phá hoại

- Hàm lượng cặn cũng dao động theo mùa Nhưng nước hồ, đầm có độ màu cao

do ảnh hưởng của rong rêu và các thuỷ sinh vật, thường dễ bị nhiễm trùng,nhiễm bẩn nếu không được bảo vệ cẩn thận

- Hàm lượng chất hữu cơ trong nước hồ thường cao do xác động thực vật xungquanh hồ gây nên

 Nước biển.

- Đây là nguồn nước trong tương lai, có xử lý chưng cất , bốc hơi nên ít kinh tế

2.3.2.2Nguồn nước ngầm Ưu tiên cho hệ thống cấp nước vừa và nhỏ

 Nhược:

- Thăm dò lâu, khó khăn

- Do tồn tại trong các tầng chứa nước thường có các khoáng chất nên nước ngầmthường chứa nhiều sắt, mangan hoặc bị nhiễm mặn vùng ven biển lúc này xử lýkhó và phức tạp

2.3.2.3Nguồn nước mưa.

Nguồn nước cấp cho đối tượng nhỏ, chủ yếu cho từng gia gia đình ở những vùng thiếu nước ngọt như một số vùng ở miền núi phia Bắc, vùng đồng bằng sông Cửu Long, hải đảo, biên phòng thiếu nước ngọt… Nước mưa tương đối sạch, nhưng cũng bị nhiễm bẩn do rơi qua không khí ở khu công nghiệp hoặc đô thị, rơi qua mái nhà mang theo bụi và các chất bẩn khác

Chú ý: Nước mưa thiếu các muối khoáng cần thiết cho sự phát triển cơ thể con

người và súc vật

2.3.2.4 Lựa chọn nguồn cung cấp nước

Việc lựa chọn nguồn nước phụ thuộc các điều kiện sau:

- Phải đảm bảo yêu cầu về lưu lượng cho trước mắt và lâu dài vê sau

- Chất lượng nước đáp ứng yêu cầu vệ sinh theo TCXD-33-68, ưu tiên chọn nguồn nước dễ xử lý và ít dùng hóa chất.Ưu tiên chọn nguồn nước và công trình thu gần nơi tiêu thụ, có sẵn thế năng để tiết kiệm năng lượng, có địa chất công trình phù hợp với yêu cầu xây dựng, có điều kiện bảo vệ nguồn nước

- Không làm thay đổi chế độ dòng chảy của các nguồn

- Kết hợp với các mục tiêu khác nhu quốc phòng, thuỷ lợi

- Ưu tiên chon nguồn nước ngầm nếu lưu lượng đáp ứng yêu cầu sự dụng vì nước ngầm kinh tế trong khai thác, quản lý

2.3.3 Tiêu chuẩn dùng nước

Tiêu chuẩn dùng nước là lượng nước bình quân tính cho 1 đơn vị tiêu thụ trên 1 đơn vị thời gian hay 1 đơn vị sản phẩm (l/người.ngày; l/người.ca sx ; l/đơn vị sp) Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: mức độ tiện nghi của khu dân cư, điều kiện khí hậu địa phương, điều kiện quản lý và cấp nước, thời hạn xây

dựng (xây dựng theo tiêu chuẩn 20TCN33-85)

III GIỚI THIỆU VỀ MÀNG LỌC

3.1 Định nghĩa màng lọc

Màng lọc là một lớp màng vật liệu mỏng có khả năng phân tách vật chất theo đặctính của chúng khi chịu một áp lực nhất định Màng lọc ngăn cách giữa hai pha, có khảnăng tạo ra sức cản để tách một số phần tử có trong nước như cặn lơ lửng, ion, vi sinh vật

khi cho dung dịch đi qua màng Màng lọc có thể được phân loại theo kích thước của vậtchất và áp lực trên màng.

3.2 Đặc điểm màng

Thông qua quá trình làm việc của màng lọc, dòng hỗn hợp đầu vào được phân táchlàm hai phần: một phần là dung dịch sau lọc và phần những vật chất bị giữ lại trước mànglọc Màng lọc có thể áp dụng để làm sạch hay làm đậm đặc một dung dịch hay phân táchmột hỗn hợp

Màng thường được chế tạo từ cellulose acetate, polymer hữu cơ, polymer vô cơ

IV PHÂN LOẠI

4.1 Vi lọc (MF)

4.1.1 Nguyên lí hoạt động

Microfiltration (MF) hay còn gọi là vi lọc là quá trình lọc có khả năng tách cácphần tử có kích thước vài micromet ra khỏi dòng thấm Microfiltration tách lọc nhữngphần tử có kích thước, phân tử khối khá lớn so với các dạng quá trình màng khác như:

các vi khuẩn, vi sinh vật, các chất lơ lửng khá nhỏ, các phân tử có phân tử lượng lớn, cáchạt sơn trong công nghệ sơn phun…Kích thước thông thường của các phân tử này là từ0,1- 10 micromet.

Vi lọc có hai loại phổ biến:

Dòng chảy ngang (Crossflow filtration), trong trường hợp này, dòng lưu chất vậnchuyển song song với màng, áp suất tạo ra quá trình thấm một phần dòng lưu chất quaphía bên kia màng lọc trong khi đó các phần tử có kích thước lớn hơn mao quản màng (lỗmàng) sẽ được giữ lại và theo dòng lưu chất đi ngang qua màng

Dòng chảy vuông góc (Dead- end filtration) trong trường hợp này hầu hết lưu chất

sẽ qua lớp màng và tất cả các phần tử rắn có kích thước lớn hơn lỗ màng sẽ bị giữ lại

4.1.2 Ưu nhược điểm

 Thông dụng và rẻ tiền nhất hiện nay

 Công nghệ sạch, dễ vận hành

 Màng MF có kích thước lỗ rỗng lớn nên chỉ giữ lại các hạt có kích thước lớn

và nhiều loại vi sinh vật

4.1.3 Ứng dụng

 Vật liệu lọc MF 97

Viện Hóa học (Trung tâm KHTN & CNQG) đã chế tạo thành công loại vật liệulọc kim loại nặng trong nước giếng (ký hiệu MF 97) Vật liệu này là hỗn hợp của các ôxitkim loại có độ bền cơ học và tuổi thọ cao, có tính năng biến các chất tan thành chấtkhông tan Bằng loại vật liệu này, các hộ gia đình, các cơ quan sử dụng nước giếng khoan

có thể ứng dụng dùng trong các bể lọc nước, các thiết bị lọc nước Khả năng xử lý sắt,mangan của vật liệu MF 97 khá hiệu quả Trong đó, xếp một lớp sỏi nhỏ bên trên lớp MF

97 Nước xối đều từ trên xuống Các kim loại nặng sẽ bị kết tủa và được giữ lại qua mộtlớp cát lọc và sỏi ở dưới cùng Đầu ra là nước sạch đủ tiêu chuẩn nước ăn của Việt Nam

Ghi chú: Đây là vật liệu sử dụng phôi là đá đen lăn tẩm bột mangan bên ngoài,tuổi thọ vật liệu ngắn 6 - 12 tháng Chỉ ứng dụng cho nguồn nước ô nhiễm ít hàm lượng

Fe, Mn < 5mmg/lít, Hàm lượng sắt, mangan cao hơn nên dùng vật liệu MQ7 khả nănglọc tốt hơn rất nhiều, độ bền 3 - 5 năm.

Ultrafiltration 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

Mảng lọc UltraFiltration được làm thành những ống nhỏ, đường kính ngoài1,6mm Một bộ lọc là một bó hàng ngàn ống nhỏ nên diện tích lọc rất lớn, giúp tăng lưulượng nước lên nhiều lần Màng lọc này cũng có thể rửa ngược được và có tuổi thọ khácao, từ 3 – 5 năm.

4.2.2 Ưu nhược điểm

 Diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng, giảm chiphí hoạt động

 Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không tốn mặt bằng lắpđặt

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

 Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất, lọc cơ học nên không làm biến đổi tínhchất hóa học của nguồn nước

 Vật liệu của màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước, tinh khiết trong suốt quytrình xử lý

4.2.3 Ứng dụng

 Lọc nước sinh hoạt ăn uống

 Tiền xử lý trước hệ thống RO công nghiệp, lọc nước cấp cho các ngành côngnghiệp điện, điện tử, hoá chất vv

 Xử lý nước tuần hoàn trong các ngành công nghiệp như in, giặt tẩy, giấy v

 Màng UF Công suất 800 l/h

a Lọc nước biển, nước muối (thủy sản, hóa chất)

Để làm sạch nước biển mà vẫn giữ nồng độ muối, Màng UF có thể thay thế chotoàn bộ quy trình phức tạp nhiều công đoạn: Nước biển -> Khử trùng -> Lọc thô -> Lọccát -> Than hoạt tính -> Nước biển sạch

b Lọc nước ép trái cây, nước trà xanh

Để loại bỏ những thành phần không có lợi trong nuớc ép trái cây, người ta thườngdùng men sinh học hoặc hóa chất để làm kết tủa chúng và gạn lấy phần nước trong nhưngvẫn không thể giảm độ đục xuống dưới 2.0 NTU Ứng dụng công nghệ màng có thể giảmtối đa lượng enzyme và hóa chất, bảo đảm tính “thiên nhiên” của trái cây trong khi cảithiện độ trong rõ rệt: 0,4 – 0,6 NTU

Ngoài ra, tuổi thọ của nước ép cũng tăng đáng kể do toàn bộ vi khuẩn, virus đã bịmàng UF loại bỏ

c 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 chỉcòn chưa tới 10ppm dầu, phù hợp với quy định Đặc biệt, có tới 30~60% lượng dầu đượcthu hồi để tái sử dụng

Lọc bảo vệ cho màng RO hiệu quả hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống, vìnước 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

Nếu nước máy không bị ô nhiễm nặng, không có asen, nitrit, thuốc trừ sâu … (theocông bố hàng năm của nhà cung cấp nước) ta chỉ cần dùng màng UF để tinh chế thànhnước uống trực tiếp

Hệ thống xử lý nước sông, nước mặt