Nghiên cứu công nghệ lọc nano và ứng dụng trong công nghệ xử lý nước nhiễm mặn phục vụ cấp nước vùng ven biển và duyên hải của việt nam

Để khắc phục những nhược điểm trên của RO trong xử lý nước lợ thì gần đây các nhà khoa học đang nghiên cứu quá trình NF để khử mặn, mặc dù chưa được đưa ra ứng dụng thực tế nhiều nhưng n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Trần Thị Thu Hiền

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LỌC NANO VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ

XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM MẶN PHỤC VỤ CẤP NƯỚC VÙNG VEN BIỂN VÀ DUYÊN

HẢI CỦA VIỆT NAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS.TS ĐẶNG XUÂN HIỂN

Hà Nội - 2010

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Đặng Xuân Hiển, là người đã chỉ bảo hướng dẫn em rất chu đáo và nhiệt tình trong quá trình làm luận văn này Bên cạnh đó, em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô và các anh chị của phòng thí nghiệm trong Viện Khoa học và Công nghệ môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi về hóa chất, thiết bị…để giúp em hòan thành luận văn cũng như trong quá trình học tập vừa qua

Tôi xin cảm ơn các bạn học viên lớp Kỹ thuật Môi trường khoá 2008-2010

đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thành viên trong gia đình đã động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010 Học viên

Trần Thị Thu Hiền

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NHIỄM MẶN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ KHỬ MẶN TRÊN THẾ GIỚI 12 

1.1.Thành phần tính chất của nước, nước nhiễm mặn 12 

1.1.1 Nước 12 

1.1.2 Nước biển 13 

1.1.3 Nước lợ 14 

1.2 Các đơn vị biểu thị độ mặn của nước và cách phân loại nước dựa vào độ muối 15 

1.2.1 Các đơn vị biểu thị độ mặn của nước 15 

1.2.2 Phân loại nước 16 

1.3 Nguyên nhân phải khử mặn nước 18 

1.4 Tổng quan về các công nghệ đang được áp dụng để khử mặn trên thế giới 21 

1.4.1 Khái quát về tình hình khử mặn trên thế giới 21 

1.4.2 Các phương pháp khử mặn phổ biến 24 

1.5 Vấn đề môi trường của các nhà máy khử mặn 30 

1.6 Các biện pháp giảm thiểu tác động của môi trường 32 

1.7 Phân tích, so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp khử mặn 33 

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ LỌC NANO (NF) 36 

2.1 Màng và quá trình lọc màng 36 

2.1 1 Màng 36 

2.1.2 Giới thiệu về quá trình lọc màng 38 

2.2 Hiện tượng thẩm thấu, thẩm thấu ngược và cân bằng thẩm thấu 42 

2.2.1 Hiện tượng thẩm thấu 42 

2.2.2 Thẩm thấu ngược 42 

2.2.3 Cân bằng thẩm thấu 43 

2.3 Màng lọc nano 44 

2.3.1 Lịch sử của màng lọc nano từ năm 1960-1990 44 

2.3.2 Các loại mô đun màng NF 46 

2.3.3 Các tiêu chí để chọn mô đun màng NF 51 

2.4 Tính chất của màng lọc NF 53 

2.4.1 Tính chất của màng lọc NF 53 

2.4.2 Vật liệu màng .53 

2.4.3 Cơ chế trong lọc nano 54 

2.4.4 Quá trình chuyển khối trong màng lọc NF .56

2.5 Các thông số của màng lọc NF .60 

2.5.1 Thông số hiệu suất 60 

2.5.2 Thông số hình thái 66 

2.5.3 Thông số tích điện 68 

2.6 Chỉ số cặn cho màng lọc NF 70 

2.6.1 Chỉ số mật độ cặn SDI (Slit Density Index) 70 

2.6.2 Chỉ số điều chỉnh cặn MFI (Modified Fouling Index) 71 

2.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình lọc NF 72 

2.7.1 Cấu trúc dung dịch chất tan 72 

2.7.2 Độ lựa chọn của các ion 72 

2.7.3 Áp suất làm việc 73 

2.7.4 Nồng độ dung dịch 73 

2.7.5 Loại màng NF 74 

2.7.6 Hiện tượng phân cực nồng độ 74 

2.7.7 Ảnh hưởng của pH .75 

2.7.8 Ảnh hưởng của hiện tượng đóng cặn và kéo màng trên bề mặt màng .75 

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LỌC NANO (NF) TRONG KHỬ MẶN 76 

3.1 Mục đích nghiên cứu 77 

3.2 Đối tượng nghiên cứu 77 

3.3 Phương pháp nghiên cứu 77 

3.4 Thiết bị thí nghiệm 78 

3.4.1 Thiết bị lọc nano MP72 của hãng Deltalab 78 

3.4.2 Máy đo độ dẫn điện 79 

3.5 Kết quả thí nghiệm và giải thích kết quả 80 

3.5.1 Mô tả thí nghiệm 80 

3.5.2 Kết quả thí nghiệm 80 

3.5.3 Đánh giá kết quả thí nghiệm thu được 84 

3.6 Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước lợ phù hợp với vùng nhiễm mặn 103 

3.6.1 Vùng có độ mặn phù hợp với nước nhiễm mặn nằm trong dải nồng độ nghiên cứu 103 

3.6.2 Nước có độ mặn cao hơn nước nhiễm mặn nằm trong dải nồng độ nghiên cứu 106 

KẾT LUẬN 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1119

PHỤ LỤC 1134 

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Trần Thị Thu Hiền, học viên cao học lớp KTMT 2008-2010, đã thực

hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ lọc nano và ứng dụng trong công nghệ hệ

thống xử lý nước nhiễm mặn phục vụ cấp nước vùng ven biển và duyên hải của Việt Nam” dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Xuân Hiển Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu và thảo luận trong luận văn này là đúng sự thật và không sao chép ở bất kỳ tài liệu nào khác

CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MEE: Multiple Effect Evaporation – Bay hơi đa bậc

MSF: Multiple Stage Flash – Bay hơi nhanh nhiều bậc

SEE: Single Effect Evaporation – Bay hơi đơn bậc

TVC: Thermal Vapor Compression - Nhiệt nén hơi

MVC: Mechanical Vapor Compression – Cơ nén hơi

ADVC: Adsorption Vapor Compression - Hấp phụ hơi nén

ABVC: Absorption Vapor Compression - Hấp thụ hơi nén

ED: Electro Dialysis - Điện thẩm tách

EDR: Electro Dialysis Rotate- Điện thẩm tách đảo chiều

MF: Microfiltration - Vi lọc

UF: Utrafiltration - Siêu lọc

NF: Nanofiltration - Lọc nano

RO: Reverse Osmosis -Thẩm thấu ngược

MWCO: Molecular Weight Cutoff- Ngưỡng khối lượng phân tử giới hạn

TOC: Total organic Cacbon - Tổng Cacbon hữu cơ

AOC: Assimilable Organic Carbon- Cacbon hữu cơ dễ phân huỷ

TDS: Total Dissolved Solid - Tổng chất rắn hoà tan

SDI: Silt Density Index - Chỉ số mật độ cặn

AFM: Atomic Force Microscopy- Kính hiển vi lực nguyên tử

FESEM: Field Emission Scanning Electron Microscopy - Kính hiển vi phát xạ và quét ðiện tử

TEM: Transmission Electron Microscopy- Kính hiển vi truyền ðiện tử

SEM: Scanning Electron Microscopy- kính hiển vi quét ðiện tử

ATR-FTIR: Attenuated Total Reflection Fourier transform infrared spectroscopy – Quang phổ học hồng ngoại biến ðổi nhiệt bằng phản xạ toàn phần tắt dần

ESR: Electron Spin Resonance- Cộng hýởng spin ðiện từ

NMR: Nuclear Magnetic Resonance- Cộng hýởng từ hạt nhân

XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy - Quang phổ học dùng tia X quang ðiện tử ESCA: Electron Spectroscopy for Chemical Analysis - Quang phổ học ðiện tử dùng cho phân tích hóa học

SDI: Slit Density Index: Chỉ số mật ðộ cặn

MFI: Modified Fouling Index: Chỉ số hiệu chỉnh cặn

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.11 Mối quan hệ giữa áp suất và hiệu suất khử TDS ở nồng độ

Bảng 3.12 Mối quan hệ giữa áp suất và hiệu suất khử mặn trong dải

Bảng 3.13 Mối quan hệ giữa nồng ðộ và hiệu suất khử mặn trong dải

Bảng 3.15 Nhiệt độ các dòng khi đi qua hệ thống NF trong khỏang thời

Bảng 3.16 Các thông số của hệ thống khi làm việc với chế độ tuần

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.12 Cơ chế tách chất đối với màng lỗ và màng trương nở 48

-54 Hình 2.15 Hệ số phân bố của những ion cùng dấu giữa pha màng và

trong dung dịch

56

nhuộm khác nhau (Sunset Yellow, MW 452 và procision Blue, MW 840 cả hai đều tích điện âm) cho màng NF với lớp phủ là sunfonated polyetheretherketone (SPEEK) trên một lớp polyethersulfone (1 wt% của SPEEK = 7.9 g/l dựa vào metanol)

57

nồng độ muối (Clo) trong dòng sản phẩm tại các áp suất nằm trong dải 6-14bar

85-86

Hình 3.5 Quan hệ giữa nồng độ muối (Clo) trong nước đầu vào

nồng độ muối (Clo) trong dòng thải tại các áp suất nằm trong dải 6-14bar

86-87

Hình 3.13 Sơ đồ công nghệ 1 của nước nhiễm mặn có độ mặn nằm

Hình 3.14 Tác dụng của từng qúa trình trong sơ đồ công nghệ 1

100

Hình 3.15 Sơ đồ công nghệ 2 của nước nhiễm mặn có độ mặn cao

Hình 3.16 Sơ đồ công nghệ 2 của nước nhiễm mặn có độ mặn cao

MỞ ĐẦU

LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Nước tham gia vào thành phần cấu trúc của sinh quyển, điều hòa các yếu tố khí hậu, đất đai và sinh vật Nước còn đáp ứng những nhu cầu đa dạng của con người trong sinh hoạt hàng ngày, tưới tiêu cho nông nghiệp, sản xuất công nghiệp, sản xuất điện năng và tạo ra nhiều cảnh quan đẹp

Khoảng 97% tài nguyên nước toàn cầu là nước của các đại dương Một phần rất nhỏ hơi nước trong không khí, trong đất cùng với khoảng hơn 2% lượng nước chứa trong băng ở hai đầu cực là lượng nước khó có thể khai thác sử dụng Con người chỉ có thể dựa vào lượng nước ngọt rất nhỏ có trong sông, hồ nước ngọt và túi nước ngầm để phục vụ các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của mình, lượng nước

này chỉ chiếm khoảng 0,62% tài nguyên nước toàn cầu

km bờ biển và hàng trăm đảo và quần đảo lớn nhỏ có cư dân và quân đội đồn trú Ở nước ta việc đánh bắt xa bờ, vận chuyển hàng hóa trên biển phải lưu trú dài ngày rất phổ biến Đặc biệt các cư dân và hải quân sống trên đảo nguồn nước của họ chủ yếu

là nước mưa và nước vận chuyển từ đất liền đến Giá cả của nguồn nước này khá cao và không phải lúc nào cũng đáp ứng được nhu cầu Vì thế việc cấp nước cho khu vực này đang là vấn đề bức thiết, liên quan mật thiết đến phát triển kinh tế và

an ninh quốc phòng

Ở nước ta trong những năm gần đây một hiện tượng phổ biến với đối với vùng ven biển và duyên hải là sự xâm nhập mặn đang ngày càng phát triển và làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước mặt ở các vùng này

Trong tình hình đó thì hiện nay trên thế giới nguồn nước khử mặn đang trở thành nguồn nước chủ yếu cho các thành phố ven biển Từ những năm 50 công nghệ khử mặn đầu tiên được sử dụng là phương pháp nhiệt Tuy nhiên bước vào những năm cuối những năm 60, quá trình màng dần được biết đến, được ứng dụng

và thay thế có hiệu quả những phương pháp nhiệt truyền thống

Quá trình lọc màng phổ biến và hay được sử dụng trên thực tế để khử mặn là thẩm thấu ngược RO RO có nhiều ưu điểm như hiệu suất cao, quá trình vận hành đơn giản nhưng lại tiêu tốn nhiều năng lượng, dòng thấp và sau một số quá trình

khử mặn người ta phải bổ sung thêm các nguyên tố khoáng chất cần thiết Để khắc phục những nhược điểm trên của RO trong xử lý nước lợ thì gần đây các nhà khoa học đang nghiên cứu quá trình NF để khử mặn, mặc dù chưa được đưa ra ứng dụng thực tế nhiều nhưng những kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy NF là công nghệ khử mặn nước lợ khá hiệu quả bởi đây là quá trình yêu cầu áp suất thấp hơn RO tức

là nhu cầu năng lượng trên một đơn vị sản phẩm nhỏ hơn, dòng lại cao hơn, nước đầu ra không cần bổ sung thêm các nguyên tố khoáng chất nên giá thành thấp hơn

và do đó phù hợp hơn với nguồn nước ở vùng ven biển và duyên hải Việt Nam

Việc nghiên cứu lựa chọn công nghệ phù hợp để xử lý nước nhiễm mặn bằng công nghệ lọc nano phù hợp để cấp nước cho khu vực duyên hải và hải đảo đang là vấn đề khoa học cấp thiết được đặt ra

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, dựa trên cơ sở khoa học và các nghiên cứu đã thành công, được sự đồng ý của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường và Giáo

viên hướng dẫn là PGS.TS Đặng Xuân Hiển, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu công

nghệ lọc nano và ứng dụng trong công nghệ xử lý nýớc nhiễm mặn phục vụ cấp nýớc vùng ven biển và duyên hải của Việt Nam” cho luận văn tốt nghiệp cao học

ngành công nghệ môi trường của mình

MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Mục đích nghiên cứu

♦ Xác định ảnh hưởng như: nồng độ, áp suất,… đến hiệu suất xử lý của màng

♦ Xác định các thông số tối ưu cho màng lọc nano trên cơ sỡ thực nghiệm

♦ Đánh giá khả năng ứng dụng của màng NF trong công nghệ khử mặn

♦ Đề xuất sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước lợ làm nước uống

Đối tượng nghiên cứu

♦ Nước cấp cho quá trình là nước cấp từ mạng nước cấp của trường đại học

Bách Khoa Hà Nội

♦ Màng lọc NF nghiên cứu là màng FILMTEC NF270 2540

♦ Nước sau xử lý của các quá trình lọc NF qua các màng lọc nano FILMTEC

NF270 2540

Phạm vi nghiên cứu

♦ Giới thiệu về nước nhiễm mặn và công nghệ khử mặn trên thế giới

♦ Nghiên cứu cơ sỡ lý thuyết của quá trình khử mặn thành nước sinh họat bằng công nghệ lọc nano

♦ Nghiên cứu thực nghiệm quá trình khử mặn trong phòng thí nghiệm bằng màng lọc nano NF270 2540

Phương pháp nghiên cứu

♦ Phương pháp kế thừa

♦ Phương pháp thực nghiệm

♦ Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học

với chi chi phí thấp, hiệu suất cao và thân thiện với môi trường góp phần giải quyết vấn đề khan hiếm nước cho các vùng ven biển và duyên hải của Việt Nam

Ý nghĩa thực tiễn

nano

GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Giới hạn về không gian: địa điểm thực hiện nghiên cứu là hệ thống lọc nano

tại phòng thí nghệm của Viện khoa học và công nghệ môi trường, đại học bách khoa Hà Nội với nước lợ là nước tự pha từ muối NaCl với độ tinh khiết là 99%

Giới hạn về thời gian: Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 5 năm 2010 đến

tháng 10 năm 2010

Giới hạn về nội dung:

1 Nghiên cứu quá trình xử lý nước lợ bằng công nghệ lọc nano

a Tổng quan về các công nghệ khử mặn đang được áp dụng trên thế giới

b Cơ sở lý thuyết của quá trình khử mặn thành nước dùng cho sinh hoạt bằng công nghệ lọc nano

c Nghiên cứu, Phân tích, lựa chọn các thông số công nghệ tối ưu của công

nghệ lọc nano đối với một loại màng nhất định

2 Đề xuất hệ thống xử lý nước lợ bằng công nghệ lọc nano

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NHIỄM MẶN VÀ

CÁC CÔNG NGHỆ KHỬ MẶN TRÊN THẾ GIỚI

1.1.Thành phần tính chất của nước, nước nhiễm mặn

1.1.1 Nước

Độ hoà tan phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ

¾ Sức căng bề mặt lớn hơn nhiều chất lỏng khác

¾ Nước ko màu, ko vị trong suốt cho ánh sáng và sóng dài đi qua

¾ Nhiệt bay hơi lớn hơn nhiệt bay của những chất khác

¾ Nước tồn tại ở cả ba thể rắn, lỏng, hơi

¾ Ở nhiệt độ thường nước tồn tại ở thể lỏng

¾ Nước có momen lưỡng cực cao, hằng số bay hơi cao

Các đặc tính hóa lý của nước tinh khiết được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1.1 Đặc điểm hóa lý của nước ở 1 at [34]

1.1.2 Nước biển

Nước biển là một thành phần của nước tự nhiên Trong sự phân bố tài nguyên

khoáng) Nước biển có hàm lượng chất khoáng gấp 220 lần so với nước ngọt Tuy nhiên nước biển có độ mặn không đồng đều trên toàn thế giới mặc dù phần lớn có

độ mặn nằm trong khoảng từ 30‰ tới 37‰ Nước biển nhạt nhất có tại vịnh Phần Lan, một phần của biển Baltic Biển không kín mặn nhất (nồng độ muối cao nhất) là biển Đỏ (Hồng Hải) Độ mặn cao nhất của nước biển trong các biển cô lập (biển kín) như biển Chết cao hơn một cách đáng kể

Khối lượng riêng 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 sông

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

Sau đây là hình vẽ mô tả thành phần các nguyên tố có trong nước biển

Hình 1.1 Thành phần của các nguyên tố chính có trong nước biển [9]

1.1.3 Nước lợ

Nước lợ là loại nước có độ mặn cao hơn độ mặn của nước ngọt, nhưng không cao bằng nước mặn Nó có thể là kết quả của sự pha trộn giữa nước biển với nước ngọt, chẳng hạn như tại các khu vực cửa sông hoặc nó có thể xuất hiện trong các tầng ngậm nước hóa thạch lợ Một số hoạt động nhất định của con người cũng

có thể tạo ra nước lợ, cụ thể là trong các ao hồ nước lợ nuôi tôm hay đê điều ven biển…

Khái niệm nước lợ cũng thay đổi tùy theo các quan điểm nhìn nhận Về mặt

muối hòa tan trong mỗi lít nước—thông thường được biểu diễn dưới dạng phần nghìn (ppt hay ‰) Vì thế, nước lợ bao phủ một khoảng chế độ mặn và nó không thể coi là một điều kiện có thể định nghĩa chính xác Tuy nhiên, Bách khoa Toàn

lợ là độ mặn của chúng có thể dao động mạnh theo thời gian và/hoặc không gian

[10] Sau đây là bảng thành phần các ion chính có trong nước lợ

Bảng 1.2 Thành phần ion chính của nước lợ [17]

Thành phần Đơn vị Giá trị thiết kế Dải thiết kế

Giữa độ muối và độ Clo của nước biển (nước nhiễm mặn) có hệ thức liên hệ sau:

S‰ = 0,030 + 1,8050×Cl ‰ Tổng lượng muối của nước biển (nước nhiễm mặn) là tổng số gam các loại muối có trong 1000 gam nước biển (nước nhiễm mặn) Tổng lượng muối cũng được tính bằng ‰ và ký hiệu Σ‰

Hệ thức liên hệ giữa độ Clo và tổng lượng muối qua hệ thức sau

Σ‰ = 0,073 + 1,811×Cl ‰ ([36], [37])

c) Độ Bômê

Nước biển (nước nhiễm mặn) chứa càng nhiều muối hoà tan thì càng đặc và ngược lại Để biểu thị mức độ đặc, loãng đó của nước biển (nước nhiễm mặn), người ta dùng một thuật ngữ nồng độ hay dùng để đo nồng độ của các dung dịch Nồng độ

Nước biển (nước nhiễm mặn) chứa càng nhiều các muối hoà tan thì độ Bômê càng lớn

15

144.3144.3 o

Quan hệ giữa nồng độ Bômê và nhiệt độ của nước biển:

1.2.2 Phân loại nước

a) Phân loại nước theo độ muối

Căn cứ vào độ muối, năm 1934, Zernop đã phân chia giới hạn các loại nước tự nhiên như sau:

+ Nước ngọt: S‰ = 0,02 - 0,5

+ Nước lợ: S‰ = 0,5 - 16

+ Nước mặn: S‰ = 16 – 47

+ Nước quá mặn: S‰ > 47

+ Sau này được A.F.Karpevits bổ sung và chi tiết hóa như sau:

+ Nước ngọt: 0,01 - 0,5 ‰ (Các sông hồ, hồ chứa)

+ Nước biển: 30 - 40 ‰ (Đại dương, biển hở, biển nội địa, vịnh, vũng)

+ Nước quá mặn: 40 - 300 ‰ (Một số hồ nước mặn, vịnh, vũng) ([36], [37])

b) Phân loại nước dựa vào TDS (tổng chất rắn hòa tan)

1.3 Nguyên nhân phải khử mặn nước

Nước bao phủ 71% diện tích của quả đất trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt Trong 3% lượng nước ngọt có trên quả đất thì có khoảng hơn 3/4 lượng nước mà con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, bị đóng băng, ở dạng hơi trong khí quyển và ở dạng tuyết trên lục điạ Chỉ có 0,3% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng được biểu diễn như đồ thị hình 1.2 Tuy nhiên, nếu ta trừ đi phần nước bị ô nhiễm ra thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt sạch mà con người có thể sử dụng được và nếu tính ra trung bình mỗi người được cung cấp 879.000 lít nước ngọt để sử dụng [Miller, 1988]

Hình 1.2 Nước trên trái đất [29]

Từ số liệu trên ta thấy lượng nước mà chúng ta sử dụng được rất nhỏ khoảng 0,003% tổng lượng nước toàn cầu Với lượng nước ngọt không thay đổi như trên

mà tỷ lệ tăng dân số ngày càng tăng như như hiện nay thì tình trạng thiếu nước vốn

Capital thì nhu cầu nước uống của thế giới cứ 20 năm lại tăng gấp đôi, nhưng lượng

nước trên hành tinh của chúng ta không hề tăng, mà ngày một giảm dần [35]

Tình trạng khan hiếm nước bắt buộc mọi người phải sử dụng các nguồn nước không an toàn Điều này cũng có nghĩa rằng họ thiếu cả nước để tắm, giặt, lau chùi nhà cửa Chất lượng nước kém còn có thể làm tăng nguy cơ mắc các bệnh tiêu chảy như tả, thương hàn, kiết lỵ Ngoài ra, tình trạng khan hiếm nước có thể dẫn đến các bệnh khác như bệnh mắt hột (có thể dẫn đến mù loà), bệnh dịch hạch, sốt phát ban

Theo Tổ chức Y tế thế giới, hàng năm có trên 1,1 tỉ người, chủ yếu là ở Châu Phi và một số khu vực nghèo khác trên thế giới phải sử dụng những nguồn nước có hại tiềm tàng cho sức khỏe vì không có sự chọn lựa nào khác Hậu quả là hàng năm

có hơn 3,4 triệu người chết vì những bệnh có liên quan đến nước bị ô nhiễm, biến nước bẩn trở thành một trong những nguyên nhân hàng đầu của bệnh tật và tử vong trên toàn thế giới Riêng đối với trẻ em, hàng ngày có khoảng 4.500 trường hợp tử vong vì nguồn nước ô nhiễm và thiếu điều kiện vệ sinh cơ bản

Trong khi nhu cầu về nước đã tăng gấp 3 lần trong hơn 50 năm qua thì những dấu hiệu khan hiếm nước lại ngày càng rõ rệt hơn Một trong những bằng chứng là nhiều sông, hồ đã biến mất và giếng nước ngày càng khô cạn Và ảnh

hưởng của tình trạng này đối với người nghèo thật là to lớn [34]

Khủng khiếp hơn nữa là nếu không giải quyết được vấn đề nước thì trong tương lai sẽ xảy ra nhiều cuộc chiến tranh tại Bắc Phi và Trung Đông “Chẳng thứ gì

có thể thay thế nước Nhưng trong nhiều năm qua con người vẫn chưa cố gắng tìm

ra nó Nước là một tài nguyên, giống như mọi tài nguyên khác, và chúng ta từng

nghiên cứu trái đất thuộc NASA) [30]

Ở Việt Nam vấn đề thiếu nước vẫn chưa đáng nghiêm trọng Tuy nhiên đối với ngành ngư nghiệp, đánh bắt cá xa bờ cũng như dân cư trên đảo thì đây là vấn đề

và uống của hơn 30 ngư phủ trong 2 tháng Còn đối với các cư dân trên đảo thì nguồn nước ngầm bị nhiễm mặn nên nguồn nước sinh hoạt chủ yếu của họ là nước mưa hoặc nước chở từ đất liền ra Tuy nhiên, lượng mưa trên đảo thì rất thấp còn nước chở ra từ đất liền thì có chi phí cao và không đáp ứng được nhu cầu của người dân Thêm vào đó hiện nay hiện tượng xâm nhập mặn đang tăng ở các tỉnh phía Nam như Bến Tre, Kiên Giang, An Giang…làm thiếu nước tiêu dùng và gây ra các dịch bệnh do sử dụng nước không hợp vệ sinh, hiện tượng này còn làm chết các cánh đồng lúa và các ao, đầm nuôi trồng thủy sản

Mặt khác trên thế giới nước khử mặn đang là nguồn nước uống hết sức quan trọng và hiện nay nó được dùng để cung cấp nước uống cho khoảng 40 thành phố biển trên toàn thế giới Các nhà máy khử mặn đang được vận hành ở hầu hết các biển và các đại dương, tập trung nhiều nhất ở Vùng Vịnh và Địa Trung Hải Công

chúng ta có ba mặt giáp biển, đông và nam giáp biển Đông (thuộc Thái Bình Dương) với bờ biển kéo dài khoảng 3.260km kể từ Móng Cái đến Hà Tiên Các vùng ven biển và hải đảo xung quanh đều được bao bọc bởi nước biển, với trữ lượng lớn từ đại dương nó gần như là vô tận Đây sẽ là nguồn nguyên liệu cho sản xuất nước ngọt cho cư dân hải đảo và ven biển

Như vậy khử mặn không còn là vấn đề của nước ta cần phải giải quyết mà nó còn là vấn đề toàn cầu, không những cung cấp nước uống cho ngư dân, cư dân trên đảo hay người dân ở những vùng nước bị nhiễm mặn mà tương lai không xa nó sẽ

là nguồn nước uống quan trọng cho các thành phố biển của nước ta Vì thế việc

nghiên cứu công nghệ khử mặn hợp lý, phù hợp với từng loại nước đầu vào là việc làm cần thiết

1.4 Tổng quan về các công nghệ đang được áp dụng để khử mặn trên thế giới

1.4.1 Khái quát về tình hình khử mặn trên thế giới

Công nghệ khử mặn được ứng dụng vào nửa cuối thế kỷ 19 đã làm thay đổi cuộc sống cũng như nơi sống của con người Sự thay đổi rõ nhất có thể thấy ở Trung Đông, Bắc Phi và một số đảo ở vùng Caribe nơi mà sự thiếu nước sạch đã giới hạn rất nhiều sự phát triển

Quá trình khử mặn được sử dụng đầu tiên là vào chiến tranh thế giới thứ hai

và nó đã được phát triển trong cuộc chiến tranh này Cuối những năm 1960 công nghệ nhiệt để khử mặn được dùng phổ biến với công suất là 800.000 l/ngày Đến cuối những năm 1970 thì công nghệ màng như RO, DE được biết đến và sử dụng Với sự phát triển của khoa học và công nghệ từ những 1980-1990 thì giá thành của công nghệ màng cũng như giá thành của việc vận hành đã giảm xuống và nó đang được xem là công nghệ rẻ hơn quá trình chưng và nhiệt

Hiệp hội quốc tế về khử mặn đã thống kê công suất khử mặn trên toàn thế

Ả Rập Xê Út chiếm khoảng 21% và Mỹ 17% Ở Úc thì vào tháng 9/2000 công suất

Hình 1.3 Sự phân bố công suất khử mặn trên thế giới vào năm 2000 [8]

a) Lịch sử ra đời và phát triển của công nghệ khử mặn

Khử mặn là quá trình loại bỏ các khoáng hòa tan từ các nguồn nước như nước biển, nước lợ, nước nhiễm mặn hoặc nước đã được xử lý

Khử mặn là hiện tượng tự nhiên xảy ra trên trái đất như quá trình bay hơi nước

từ biển sau đó ngưng tụ lại thành mưa hay quá trình đóng băng nước biển tại vùng cực, trong quá trình tinh thể băng được hình thành từ nước nguyên chất thì muối bị loại bỏ

Ý tưởng khử mặn đầu tiên có thể ra đời trước đây hơn 2000 năm vì vào thế kỷ

18 trước công nguyên, Jaber Ibn Hayyan một nhà khoa học người Ả rập đã có những

mô tả đầu tiên về quá trình chưng Vào những năm năm mươi của thế kỷ trước dựa vào

sự phát triển của các dụng cụ đo nhiệt độ và áp suất cũng như sự hiểu biết sâu sắc về bản chất của các chất khí, lĩnh vực khử mặn mới được chú ý Thêm vào đó sự khan hiếm nước ở một số nước như vùng Vịnh, Mỹ, Caribe…đã thúc đẩy công nghệ khử mặn phát triển

Nhà máy khử mặn đầu tiên được xây dựng ở Ả rập xê út, nhà máy này thực chất

là một hệ thống chưng đơn giản, nồi nấu làm việc ở điều kiện áp suất thường, nhưng nó

đã bị phá hủy do ăn mòn Sau đó nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã có nhiều

Trần Thị Thu Hiền Trang 23

nhà máy khử mặn hơn xuất hiện ở các nước ở vùng Vịnh cũng như nhiều nơi trên thế giới

Vào những năm 60, công nghệ màng bắt đầu xuất hiện và bắt đầu chiếm lĩnh thị trường trong lĩnh vực khử mặn Chúng thân thiện với môi trường, hiệu suất cao, vận hành đơn giản và giá thành xử lý thấp

b) Phân loại các công nghệ khử mặn

Công nghệ khử mặn có thể chia làm 3 loại chính theo nguyên tắc quá trình sử dụng:

- Quá trình dựa vào sự thay đổi trạng thái vật lý của nước ví dụ như chưng cất hoặc đóng băng

- Quá trình sử dụng màng ví dụ thẩm thấu ngược hoặc thẩm tách bằng điện

- Quá trình dựa vào liên kết hóa học ví dụ trao đổi ion

Trong ba quá trình trên thì trên thực tế chỉ có hai quá trình được sử dụng rộng rãi là nhiệt

và màng Nguyên tắc khử muối của chúng được biễu diễn chung dưới dạng sơ đồ như sau

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên tắc khử muối [8]

Sau đây là một số phương pháp phổ biến được dùng trong công nghệ màng và nhiệt

Nhiệt

Các quá trình khử mặn

al Stack)

MSF

Hơi nén (Vapor compression)

Khuấy trộn nước vào với dung dịch thả bỏ (Brine mixing) Dòng đi qua

một lần (Once-through)

Tuần hoàn dung dịch thải (Brine- Circulation)

lợ

Nước biển

Nước mặt

có độ muối thấp và nước lợ

Bộ phận phân tách nhiệt hoặc màng

Các dạng năng lượng:

Nhiệt, điện, cơ

Nước biển hoặc nước

Muối được giữ lại

Qua sơ đồ đã cho chúng ta thấy

Đối với khử mặn thì phương pháp nhiệt là phương pháp có nhiều phương án để thực hiện hơn phương pháp màng

Những hệ thống được sử dụng rộng rãi của phương pháp nhiệt là:

+) Hệ thống bay hơi nhanh nhiều bậc có sự tuần hoàn dòng dung dịch muối thải

(Multistage flash desalination with brine circulation)

+) Hệ thống chưng đa bậc hơi nén bằng nhiệt (Multiple effect distillation with thermal vapour compression)

+) Hệ thống chưng đa bậc hơi nén cơ học (Multiple effect distillation with mechanical vapour compression)

+) Hệ thống chưng đơn bậc hơi nén cơ học ( Single effect evaporation with mechanical vapour compression)

Những hệ thống sử dụng rộng rãi của phương pháp màng là:

+) Hệ thống màng thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO)

+) Hệ thống màng lọc nano (Nanofiltration - NF)

+) Hệ thống màng điện thẩm tách (Electro Dialysis - ED))

Hiệu quả của RO đã được thực tế kiểm nghiệm, còn NF là công nghệ đang phát triển và trong tương lai khử nước có độ mặn thấp thì đây là công nghệ tiềm năng

Bay hơi nhanh nhiều bậc là hình thức khử mặn phổ biến của quá trình nhiệt,

nó dễ xây dựng và vận hành Sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao, thường vô trùng và hầu như không cần quá trình xử lý tiếp theo

Gọi là quá trình bay hơi nhanh nhiều bậc vì nó bao gồm 15 đến 25 bậc và được điều khiển theo hướng áp suất giảm dần Trong quá trình MFS nước được đun tại nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bão hòa sôi, vì thế nó được gọi là quá trình bay hơi nhanh Nước đầu vào được đun nóng trong các khoang trước khi đi qua một loạt các khoang khác mà được gọi là bậc, để thực hiện quá trình bay hơi trong thiết bị MSF

Qúa trình điển hình cho công nghệ này là công nghệ bay hơi nhanh nhiều bậc

có tuần hoàn dung dịch muối

+) Chưng hơi đa bậc (Multiple Effect Distillation - MED)

Quá trình này còn có tên gọi là MEE (Multiple Effect Evapour) MED là quá trình chưng cất công nghiệp lâu đời nhất được sử dụng trong khử mặn nước biển Nó là công nghệ chắc chắn, kĩ thuật hoàn hảo, chất lượng nước cất cao, và quá trình hoạt động được theo dõi dễ dàng Hiện tại khoảng 3,5% lượng nước khử muối trên thế giới được tạo ra bằng phương pháp này Quá trình này dựa trên nguyên lý là áp suất của môi trường xung quanh liên tục giảm, vì thế nước đầu vào có thể sôi nhiều lần

mà không cần cung cấp nhiệt sau lần đầu tiên

Quá trình điển hình cho công nghệ này là quá trình chưng hơi đa bậc dòng song song MED-PE

+) Bay hơi đơn bậc (Single Effect Evaporlation - SEE)

Đây là quá trình bay hơi được xem là đơn giản hơn so với hai loại đã nêu vì nó chỉ

đi qua một thiết bị Trong công nghệ này thì quá trình hơi nén cơ học là quá trình được sử dụng rộng rãi nhất

Đây là hệ thống chưng cổ điển, hiệu suất thu được không cao và chất lượng nước sau chưng cất thấp hơn hai hệ thống đã nêu ở phía trước

Ưu, nhược điểm của phương pháp nhiệt

Ưu điểm

9 Đơn giản, dễ vận hành

9 Quá trình tiền xử lý đơn giản

Nhược điểm

9 Tốn nhiều diện tích, chi phí năng lượng cao

9 Hiệu suất khử mặn không lớn

b) Phương pháp màng

Màng tổng hợp xuất hiện đầu tiên vào những năm 1960, chúng đã bắt đầu đóng vai trò quan trọng trong khử mặn những năm 1980 Thực tế chứng minh quá trình màng có nhiều ưu điểm hơn các quá trình truyền thống, đặc biệt là quá trình chưng Hiện tại quá trình khử mặn bằng màng đang ngày càng phát triển và được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi

Những quá trình màng phổ biến dùng trong xử lý nước là vi lọc (MF), siêu lọc (UF), nano (NF), thẩm thấu ngược (RO) và điện thẩm tích (ED) Hai quá trình đầu thì cơ chế chính của quá trình là cơ chế sàng chỉ cho phép những phân tử nhỏ hơn kích thước lỗ màng đi qua và giữ lại những phân tử lớn hơn Còn trong quá trình RO thì dung dịch được tách chỉ có nước sạch vì màng bán thấm đã giữ tất cả các chất có phân tử lượng lớn hơn phân tử lượng của nước bao gồm muối ăn và các tạp chất khác Một loại lọc khác tương đương với RO là lọc NF Trong thực tế thì

Sau đây là một số công nghệ màng phổ biến dùng trong khử mặn

+) Màng thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis-RO)

Màng bán thấm này sử dụng hiện tượng thẩm thấu ngược tức là hiện tượng dung môi đi từ phía dung dịch đậm đặc về phía dung dịch loãng dưới tác dụng của

áp suất có giá trị lớn hơn áp suất thẩm thấu Hiện tượng này đã được Loeb và Sourirajan ở đại học Florida (Mỹ) áp dụng thành công với việc sử dụng màng bán

(R (Rejection) =99%)

Trong quá trình thẩm thấu ngược nước nhiễm mặn được tách muối bằng cách

đi qua màng bán thấm Dòng chất lỏng thấm qua màng được gọi là dòng thấm (Permeat), đây là dòng được tạo ra do chênh lệch áp suất do áp suất thẩm thấu của dòng dung dung dịch vào và áp suất bên ngòai tạo ra Phần còn lại của dòng chất lỏng chảy qua màng bên phía có áp suất cao và tạo ra dòng muối đậm đặc Quá trình này không cần gia nhiệt vì thế năng lượng chủ yếu là dùng vào việc tạo áp suất cho dòng vào của hệ thống Tùy vào độ mặn mà áp suất làm việc của RO khác nhau, đối với nước lợ thì p=17,5-28bar, còn đối với nước biển thì p=56-70bar

Sau đây là một quy trình khử mặn khử mặn bằng màng thẩm thấu ngược RO phổ biến

Hình 1.6 Sơ đồ quy trình khử mặn bằng màng thẩm thấu ngược RO [8]

Các nhà máy khử mặn thường được đặt ở gần bờ biển nhưng mực nước biển khá xa nhà máy vì thế chúng ta cần bơm để hút nước biển vào.Trước khi vào hệ

thống RO nước được xử lý sơ bộ như: loại bỏ các chất rắn lơ lửng, kiểm soát các chất có khả năng tạo cặn trên bề mặt màng… Vì RO là màng bán thấm nên chỉ ngăn chặn các chất hòa tan nhưng cho nước đi qua vì thế sau khi qua màng sẽ tạo thành hai dòng, một dòng sản phẩm và một dòng nước muối đậm đặc Nước sau khi qua

RO sẽ được điều chỉnh pH và làm thoáng cũng như được lưu trữ trong các bể chứa trước khi đi vào hệ thống phân phối để sử dụng

Sau đây là hình ảnh về hệ thống thẩm thấu ngược của Ionics với số tiền đầu tư là 30

Hình 1.7 Hệ thống thẩm thấu ngược của hãng Ionics [17]

+) Màng lọc nano (Nano filtration)

Đối với nước biển thì RO đang được xem là phương pháp tối ưu, nhưng đối với nước lợ hay nước xâm nhập mặn thì NF đang được nghiên cứu để ứng dụng rộng rãi vì NF cũng là một loại màng áp lực mà có tính chất trung gian giữa UF và

RO Màng NF lại có ưu điểm là có dòng chảy cao tại áp suất thấp, dễ vận hành, năng lượng tiêu thụ thấp Quá trình này cũng làm giảm hiện tượng đóng cặn hơn quá trình khử mặn bằng RO và nhiệt vì thế nó được xem là công nghệ thân thiện với môi trường

NF là quá trình trung gian giữa RO và UF nên nó cũng dựa trên nguyên tắc của màng thẩm thấu ngược để khử mặn Sau đây là sơ đồ của quá trình khử mặn bằng NF

Hì

nh 1.8 Sơ đồ quy trình khử mặn bằng NF [15]

Nước biển được đưa vào thùng chứa và sau đó được đi qua một lưu lượng kế phao (Rotameter) để đo tốc độ dòng chảy, sau nó đi qua áp kế (Pressure gauges) để đo áp suất rồi đi qua một đĩa màng hình tròn Áp lực qua màng và tỷ lệ lưu lượng thể tích được điều chỉnh bằng cách dùng van điều chỉnh nồng độ dòng ra Vì NF cũng là màng bán thấm nên chỉ nó cũng chỉ ngăn chặn các chất hòa tan nhưng cho nước đi qua vì thế sau khi qua màng sẽ tạo thành hai dòng, một dòng sản phẩm và một dòng

nước muối đậm đặc [8], [11], [21], [22]

+) Quá trình điện thẩm tách (ED)

Điện thẩm tách là quá trình tách địên hoá học trong đó các ion chuyển qua màng trao đổi ion từ nơi có nồng độ thấp sang nơi có nồng độ cao hơn dưới tác dụng của dòng điện

Ưu, nhược điểm của quá trình màng

Ưu điểm:

9 Quá trình công nghệ đơn giản

9 Tốn ít diện tích, chi phí năng lượng thấp

9 Có thể tiến hành ở nhiệt độ phòng và tốn ít hóa chất

9 Phạm vi áp dụng lớn

9 Khả năng xử lý và loại bỏ các chất ô nhiễm cao

Nhược điểm:

9 Màng dễ bị hỏng nếu vận hành sai chế độ

9 Nước trước khi vào màng phải có quá trình tiền xử lý

9 Thiết bị có khả năng chịu được áp suất cao

9 Vận hành đòi hỏi sự tuân thủ nghiêm ngặt

9 Giá thành đầu tư khá lớn

+) Một số quá trình khử mặn khác

Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng có thêm nhiều phương pháp khử mặn đang được nghiên cứu để áp dụng trong thực tế Hiện tại việc dùng năng lượng mặt trời để cô đặc các ion muối trong nước biển là một giải pháp mới cho việc khử mặn, biến nước biển thành nước ngọt Theo kết quả thử nghiệm, các hệ thống khử muối cỡ nhỏ quy mô dân dụng sẽ được vận hành bằng pin mặt trời

có thể cung cấp đủ nước sạch cho các hộ gia đình hoặc một khu dân cư nhỏ Bên cạnh công dụng khử muối, những hệ thống lọc nước này cũng có thể loại bỏ các tạp chất kể cả vi khuẩn, virus… Ngoài năng lượng mặt trời thì những năng lượng tái tạo khác như gió, sóng cũng đang được nghiên cứu để ứng dụng vào quá trình khử mặn Ngoài ra việc khử mặn bằng năng lượng hạt nhân cũng đang được tính đến và thu được những kết quả ban đầu khá khả quan

1.5 Vấn đề môi trường của các nhà máy khử mặn

Vấn đề môi trường liên quan đến khử mặn là một nhân tố chính để thiết kế

và đi vào vận hành một nhà máy khử mặn Một nhà máy khử mặn phải dự kiến trước để chấp hành những quy định môi trường, chi phí hiệu quả trong xây dựng, vận hành và quản lý cũng như chi phí liên quan đến quan trắc và cấp phép Một số vấn đề môi trường quan trọng cần quan tâm đối với nhà máy khử mặn khi xây dựng

là vị trí của nhà máy và sau khi đi vào vận hành là dòng thải bỏ cũng như những tác

động môi trường trong quá trình vận hành [23]

1.5.1 Trong quá trình xây dựng

Ví dụ nhà máy khử mặn RO tạo ra tiếng ồn vì nó sử dụng bơm áp suất cao Nếu đặt gần các trung tâm thành phố hoặc các phương tiện giao thông công cộng khác, nhà

máy nên có những biện pháp để giảm thiểu ô nhiễm tiếng ồn [23]

b Trong quá trình xây dựng

Quá trình xây dựng có thể tạo ra nhiều ảnh hưởng đối với môi trường Quá trình xây dựng càng nhiều thì ảnh hưởng càng lớn do đó trong quá trình xây dựng chúng ta cần có kế hoạch giám sát môi trường cũng như kế hoạch quản lư môi

trường phù hợp để giảm thiểu tác động của nó [23]

1.5.2 Trong quá trình vận hành

Các nhà máy khử mặn tạo ra hai dòng, một dòng sản phẩm và một dòng thải

bỏ có nồng độ muối cao Việc quản lý tốt dòng thải bỏ này sẽ giảm thiểu được tác động môi trường cho các nhà máy khử mặn Sau đây là những tác động đến môi

trường của các nhà máy khử mặn trong quá trình vận hành [23]

a Môi trường không khí

Nhiều nhà máy khử mặn sử dụng dầu làm nhiên liệu, một số sử dụng dầu thô và một số nhà máy dùng khí thiên nhiên Những chất ô nhiễm chủ yếu đầu tiên phát

monoxit (CO) và các hạt (PM) Các phát tán khác là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) và ozon [23]

b Môi trường biển

Nguồn tài nguyên biển ở gần khu vực nhà máy khử mặn đều có thể bị ảnh hưởng do

độ mặn, nhiệt độ, các dinh dưỡng và các kim loại như đồng, niken, sắt, crôm và

kẽm tăng lên [23]

1.6 Các biện pháp giảm thiểu tác động của môi trường

Hiện tại và tương lai để đáp ứng nhu cầu về nước thì công suất khử nước mặn trên thế giới sẽ tăng lên, vì vậy cần phải hết sức quan tâm đến các tác động tiềm tàng và ảnh hưởng lâu dài của việc khử mặn ở vùng ven biển Nếu quy hoạch hợp lý thì có thể khắc phục tới mức tối thiểu tác động tiêu cực bằng cách sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu và xây dựng các vùng đệm xung quanh các nhà máy Số lượng và chiều dài các đường ống dẫn nước và các đường dây tải điện dự kiến mở rộng cần phải hạn chế tới mức tối thiểu, đồng thời kích thước của các kết cấu cửa cống lấy nước vào và xả nước ra cũng phải giảm càng nhiều càng tốt Các hóa chất tác động

ít cần được thay thế những hóa chất có tác động nhiều nhằm giảm tới mức tối thiểu những tác động nguy hại đối với các hệ sinh thái biển

Sử dụng vòi phun nhiều tia và pha loãng nước mặn với nước mát sẽ có hiệu quả để loại bỏ những tác động có hại Để đánh giá những tác động của các dự án khử mặn tới sức khỏe con người và môi trường, thì việc tiếp cận có hệ thống từng bước cần được tuân thủ để hướng dẫn đánh giá tác động môi trường, như vậy sẽ giúp làm giảm tác động và xác định các biện pháp giảm thiểu Chẳng hạn, ở Hoa Kỳ các dự

án khử mặn phải được xây dựng và vận hành theo khuôn khổ các quy định của đạo luật quản lý vùng ven biển, đạo luật nước sạch và đạo luật chính sách môi trường quốc gia

Như vậy, bằng những tiến bộ khoa học và công nghệ, các quy trình khử mặn đã được áp dụng ở hơn 120 nước trên thế giới nhằm khắc phục khoảng cách giữa cung

và cầu về nước sinh hoạt, nhất là ở các vùng khô hạn và bán khô hạn Hy vọng, trong tương lai gần các chi phí trong khử mặn sẽ giảm xuống do hoàn thiện quá trình vận hành, các công nghệ màng cũng như các công nghệ tiên tiến khác và tiêu thụ năng lượng Những tác động tới sức khỏe và môi trường của các nhà máy khử mặn có thể được giảm thiểu bằng quy hoạch hợp lý, quản lý phù hợp dòng thải bỏ

và các vấn đề về môi trường

1.7 Phân tích, so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp khử mặn

Để có sự lựa chọn phù hợp cho nguồn nước có độ mặn thích hợp chúng ta cần phải có sự nghiên cứu, phân tích và so sánh các công nghệ khác nhau về nhiều mặt

Xu hướng phát triển của công nghệ khử mặn biểu thị qua đồ thị sau:

Hình 1.9 Xu hướng phát triển các công nghệ khử mặn trên thế giới [13]

Qua đồ thị ta thấy công suất khử mặn bằng màng đang ngày càng tăng theo thời gian, chứng tỏ đây là loại công nghệ khử mặn đầy tiềm năng và cơ hội để phát triển mạnh trong tương lai

Để hiểu rõ hơn về ưu thế của phương pháp khử mặn bằng màng chúng ta cùng xem so sánh những công nghệ khử mặn nước lợ bằng những công nghệ màng phổ biến sau:

Bảng 1.3 Bảng so sánh các công nghệ khử mặn bằng kỹ thuật màng [13]

Yêu cầu của quá trình

Năng lượng tiêu thụ

Công suất (m 3 /ngày) >20.000 <12.000 <20.000

Hiệu suất 99-99.5% 50-95% 50-98% ion hóa trị hai và

20-70% ion hóa trị một

Qua bảng số liệu trên ta nhận thấy mức độ tiêu thụ năng lượng của NF ít hơn

RO và ED/EDR Ở đây ta đi phân tích hai phương pháp phổ biến dùng trong khử mặn là RO và NF Hiệu suất khử mặn của RO cao nhất 99-99,5%, với hiệu suất này thì hàm lượng các nguyên tố khoáng cần thiết cho cơ thể con người còn lại không nhiều Vì thế vào cuối quá trình xử lý của một số quá trình lại phải thêm một công đọan bổ sung vào nước một số khóang chất cần thiết

Còn đối với NF mức độ tiêu thụ năng lượng thấp hơn, điều này sẽ giúp chúng ta tiết kiệm được chi phí xử lý, làm giá thành nước giảm đi nhiều, thêm vào

đó với hiệu suất như vậy, các nguyên tố khoáng còn lại trong nước sau xử lý nhiều chúng ta không có thêm quá trình bổ sung khoáng sau xử lý

Với những ưu điểm trên chúng ta thấy với nước biển có hàm luợng các muối cao thì

RO là lựa chọn tối ưu nhất, nhưng đối với nước lợ với hàm lượng muối không nhiều thì NF là phương pháp có nhiều ưu thế hơn

Kết luận chương 1:

Những điều trình bày trong chương I đã khái quát về nước nhiễm mặn và tầm quan trọng của việc khử mặn ở trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng

Trong phần phân tích ưu, nhược điểm của các công nghệ dùng trong khử mặn ta có những nhận xét sau:

9 Phương pháp nhiệt tốn nhiều năng lượng cho quá trình bốc hơi, tốn nhiều diện tích, vật liệu dễ bị ăn mòn và gây ô nhiễm nhiệt cho môi trường

9 Phương pháp màng có hiệu suất cao, có nhiều vật liệu màng khác nhau để lựa chọn đối với từng loại nước đầu vào, tự động hóa được ở nhiều quy mô

từ hộ gia đình cho tới các nhà máy lớn, không tốn nhiều diện tích lắp đặt và hầu như không gây ô nhiễm nhiệt tới môi trường, nguồn năng lượng có thể

sử dụng có thể là năng lượng tái tạo được như gió, năng lượng mặt trời Đối với nước biển thì RO là công nghệ màng có nhiều ưu điểm vượt trội, nhưng đối với nước lợ hoặc nước nhiễm mặn có độ mặn không lớn thì NF tỏ ra có nhiều ưu thế hơn với mức độ tiêu thụ năng lượng thấp, dòng cao, khả năng chống cặn trên bề mặt màng cao Vì đây cũng là một công nghệ màng mới phát triển và chưa được nghiên cứu nhiều nên công nghệ này được chọn để làm nội dung tìm hiểu trong đề tài luận văn cao học này Trong các chương tiếp theo của luận văn tôi

sẽ tiến hành tìm hiểu tiếp về cơ sỡ lý thuyết của quá trình lọc nano cũng như khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình này và đề xuất hệ thống xử lý nước nhiễm mặn có nồng độ muối không cao bằng công nghệ lọc này