thiết kế trạm xử lý nước cấp từ nguồn nước biển cho đảo hòn lớn, quần đảo nam du, huyện kiên hải, tỉnh kiên giang

Một trong những phương án được đưa ra là khử mặn nguồn nước biển có sẵn thành nước ngọt để phục vụ cho sinh hoạt của người dân và du khách trên đảo.. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử l

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC CẤP TỪ NGUỒN NƯỚC BIỂN CHO ĐẢO HÒN LỚN, QUẦN ĐẢO NAM DU, HUYỆN KIÊN HẢI,

TỈNH KIÊN GIANG

Trong những năm gần đây, quần đảo Nam Du đang đứng trước tình hình thiếu nước ngọt nghiêm trọng, đặc biệt là đảo Hòn Lớn – nơi có tập trung dân cư đông nhất Đứng trước tình hình đó, chính quyền cần có những giải pháp kịp thời và lâu dài nhằm đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt cho dân cư trên đảo, cũng như tình phát triển kinh tế - xã hội của địa phương Một trong những phương án được đưa ra là khử mặn nguồn nước biển có sẵn thành nước ngọt để phục vụ cho sinh hoạt của người dân và du khách trên đảo

Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước cấp từ nguồn nước biển cho đảo Hòn Lớn, quần đảo Nam Du, huyện Kiên Hải, tỉnh Kiên Giang” đã tìm hiểu các phương pháp

xử lý nước biển; xác định thành phần, tính chất nguồn nước và tính toán lưu lượng nước cần cung cấp cho 5.000 dân trên đảo là 580 m3/ngày Từ đó, đề xuất và tính toán phương

án xử lý nước biển bằng công nghệ lọc Nano (NF) kết hợp lọc Reserve Omosis (RO),

để xử lý nguồn nước biển tại Hòn Lớn với các thông số như sau: pH là 8,21; Nhiệt độ nước 25oC; Độ muối 31,4 o/oo; Độ đục 12 NTU; Hàm lượng TSS 29,8 mg/l; Coliform

5715 MNP/100ml,… Nước cấp sau xử lý đạt QCVN 01:2009/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống Sau khi khai toán kinh phí xây dựng và vận hành

hệ thống, đã tính toán được chi phí xử lý nước cấp là 129.000 đồng/m3

ABSTRACT

DESIGN WATER SUPPLY SEWING FROM SEA WATER SOURCES FOR LARGE ISLANDS, NAM DU ISLANDS, KIEN HAI DISTRICT,

KIEN GIANG PROVINCE

In recent years, the Nam Du archipelago has been facing serious shortage of freshwater, especially Hon Lon Island, the highest population Island in Nam Du In the situation, the authority needs to have timely and long-term solutions to meet the demand

of municipal water for residents on the island, as well as socio-economic development

of locality One of the options is to desalinate the available sea water to fresh water to serve people and visitors on the island

Graduation project "Designing water treatment plant using sea water for Hon Lon Island, Nam Du archipelago, Kien Hai district, Kien Giang province" has studied some methods of sea water treatment, determined compositions, characteristics of the water source and calculated the plant’s capacity of 580 m3/day which provided to 5,000 inhabitants of the island Hence, treatment technology of sea water was proposed and calculated, using the dual NF-SWRO process to treat the ocean water at Hon Lon with following parameters: pH 8.21; Water temperature 25 oC; Salinity 31.4 o/oo; Turbidity

12 NTU; TSS 29.8 mg/l; Coliform 5715 MNP/100ml, Effluent satisfied the requirement of QCVN 01:2009/BYT, National technical standards on drinking water quality Estimated cost of water treatment was 129,000 VND/m3 accounting for both construction and operation cost

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Tính cấp bách của đề tài 1

3 Mục tiêu đồ án tốt nghiệp 2

4 Phạm vi đề tài 2

5 Phương pháp thực hiện đề tài 2

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ QUẦN ĐẢO NAM DU VÀ ĐẢO HÒN LỚN, HUYỆN KIÊN HẢI, TỈNH KIÊN GIANG 3

1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 3

1.2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 3

1.2.1 Điều kiện khí hậu 3

1.2.2 Điều kiện thủy văn 4

1.2.3 Điều kiện địa hình 4

1.3 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI 4

1.4 TÌNH HÌNH NƯỚC CẤP TẠI QUẦN ĐẢO NAM DU 5

1.5 NHỮNG THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN KHI XÂY DỰNG TRẠM XỬ LÝ NƯỚC CẤP SINH HOẠT TRÊN ĐẢO 6

CHƯƠNG 2 7

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC BIỂN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC BIỂN 7

2.1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ NGUỒN NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT VÀ SỰ CẦN THIẾT PHẢI KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN 7

2.2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC BIỂN 8

2.2.1 Những đặc trưng của nước biển 8

2.2.2 Thành phần tính chất nước biển trên thế giới 9

2.3.1 Công trình thu nước biển 11

2.3.2 Công trình vận chuyển nước 13

2.3.3 Xử lý nước cấp bằng phương pháp cơ học 13

2.3.4 Xử lý nước cấp bằng phương pháp hóa lý 17

2.4 QUÁ TRÌNH KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN 19

2.4.1 Khái quát về tình hình khử mặn trên thế giới 20

2.4.2 Sự cần thiết của ứng dụng công nghệ khử mặn để xử lý nước cấp cho dân cư vùng ven biển và hải đảo Việt Nam 21

2.4.3 Các phương pháp khử mặn nước biển bằng lọc màng trên thế giới hiện nay 22 2.4.3.1 Khát quát về các quá trình lọc màng 23

2.4.3.2 Giới thiệu chung về màng lọc 24

2.4.3.3 Lọc thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis) 29

2.4.3.4 Lọc nano (Nanofiltration – NF) 33

2.5 MỘT SỐ LƯU Ý KHI XỬ LÝ NƯỚC BIỂN LÀM NƯỚC CẤP CHO SINH HOẠT 34

CHƯƠNG 3 35

ĐỀ XUẤT – PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 35

3.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ 35

3.1.1 Dự đoán dân số tính toán 35

3.1.2 Tính toán lưu lượng thiết kế 36

3.1.3 Các thông số cần xử lí trong nước biển cấp cho sinh hoạt 39

3.2 CƠ SỞ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ 40

3.3 ĐỀ XUẤT, PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 42

3.3.1 Đề xuất và thuyết minh phương án 42

3.3.2 Đề xuất và thuyết minh phương án 2 44

3.3.3 Phân tích ưu nhược điểm và lựa chọn công nghệ 47

CHƯƠNG 4 48

TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 48

4.1 TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THU NƯỚC 48

4.2 TÍNH TOÁN BỂ TIẾP NHẬN 54

4.3 TÍNH TOÁN LƯỢNG HÓA CHẤT CẦN DÙNG 54

4.3 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG CỤM XỬ LÝ 65

4.3.1 Bể lắng đứng với ngăn phản ứng xoáy hình trụ 66

4.3.2 Tính toán Bồn lọc áp lực 72

4.3.3 Tính toán Bồn lọc áp lực than hoạt tính 80

4.3.4 Tính toán Bể chứa nước trung gian 89

4.3.5 Tính toán Cột lọc tính MF 5 Micromet 89

4.3.5 Tính toán Lọc màng NF 90

4.3.6 Tính toán bồn chứa trung gian 95

4.3.7 Tính toán Lọc màng RO 96

4.3.8 Tính toán bể chứa nước sạch 99

4.3.9 Tính toán bể chứa nước cô đặc 99

4.4 TÍNH TOÁN BƠM 100

CHƯƠNG 5 105

KHAI TOÁN KINH PHÍ THỰC HIỆN 105

5.1 TÍNH TOÁN CHI PHÍ XÂY DỰNG, THIẾT BỊ VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG 105

5.2 TÍNH TOÁN CHI PHÍ VẬN HÀNH 111

6.3 TỔNG CHI PHÍ 114

CHƯƠNG 6 115

VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ 115

6.1 CÁC YÊU CẦU QUẢN LÝ KỸ THUẬT TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TRẠM XLNC 115

6.1.1 Tổ chức quản lý 115

6.1.2 Kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị, công trình trong trạm XLNC 115

6.1.3 Các sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục khi vận hành hệ thống XLNC 116

6.2 AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG VẬN HÀNH HTXLNC 119

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

PHỤ LỤC 124

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD5 :Nhu cầu oxy sinh học trong 5 ngày ở nhiệt độ 20oC

COD :Nhu cầu oxy hóa học

NF – SWRO :Nanofiltration – Seawater Reverse Osmosis

NTU :Đơn vị đo độ đục

NXB :Nhà xuất bản

PAA :Chất phụ trợ keo tụ - Poliacrylamid

QCVN :Quy chuẩn Việt Nam

RO :Màng thẩm thấu ngược - Reverse Osmosis

SDI :Chỉ số mật độ bùn

TCVN :Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXDVN :Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

TDS :Tổng chất rắn hòa tan

TSS :Tổng chất rắn lơ lửng

UF :Màng siêu lọc - Ultrafiltration

WHO :Tổ chức y tế thế giới

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Thành phần ion cơ bản của nước biển 9

Bảng 2 2 Độ muối của các biển trên thế giới 10

Bảng 2 3 Thành phần các nguyên tố có trong nước biển 10

Bảng 2 4 Các chỉ tiêu pH, Cl- và SO42- trong nước biển một số khu vực 11

Bảng 3 1 Bảng dự tính dân số qua các năm tại Hòn Lớn, quần đảo Nam Du giai đoạn 2017 – 2030 35

Bảng 3 2 Tính toán lưu lượng nước đầu vào cần cung cấp cho hệ thống xử lý 37

Bảng 3 3 Các yếu tố hiệu quả chính cho quá trình khử muối biển 38

Bảng 3 4 Tham số hoạt động của nhà máy UMM LUJJ khi chuyển đổi sang công nghệ kết hợp NF - SWRO 39

Bảng 3 5 Thông số chất lượng nước đầu vào và đầu ra 39

Bảng 3 6 Độ mặn của nước 40

Bảng 3 7 Phân tích, so sánh ưu - nhược điểm giữa hai phương án 47

Bảng 4 1 Liều lượng phèn để xử lý nước đục 54

Bảng 4 2 Các thông số bể hoà trộn phèn 56

Bảng 4 3 Các thông số thiết kể bể tiêu thụ phèn 58

Bảng 4 4 Thống số Bể lắng đừng với ngăn phản ứng xoáy hình trụ 71

Bảng 4 5 Thông số thiết kế Bồn lọc áp lực 79

Bảng 4 6 Thông số thiết kế Bể lọc than hoạt tính 88

Bảng 4 7 Thông số Bộ lọc tinh 5μm AF-FH-0705 89

Bảng 4 8 Thông số modul màng NF 91

Bảng 4 9 Thông số thiết kế công trình màng lọc Nano 94

Bảng 4 10 Thông số của modul màng RO 97

Bảng 4 11 Thông số thiết kế công trình màng lọc RO 99

Bảng 5 1 Tính toán chi phí xây dựng 105

Bảng 5 2 Tính toán chi phí thiết bị 106

Bảng 5 3 Tổng chi phí xây dựng, thiết bị và lắp đặt hệ thống 110

Bảng 5 4 Tính toán chi phí điện năng tiêu thụ 111

Bảng 5 5 Tính toán chi phí xây hóa chất và vật liệu 113

Bảng 5 6 Tổng chi phí vận hành hệ thống 114

Bảng 5 7 Tổng chi phí xây dựng và vận hành công trình 114

Bảng 6 1 Các sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục khi vận hành hệ thống XLNC 116

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Bản đồ quần đảo Nam Du 3

Hình 2 1 Phần trăm các loại nước trên Trái đất 7

Hình 2 2 Nguồn nước từ thiên nhiên tính theo phần trăm tài nguyên tái sinh ở các quốc gia 8

Hình 2 3 Công trình thu nước biển 12

Hình 2 4 Một trong những tấm lưới chắn rác 13

Hình 2 5 Bể lắng cát 14

Hình 2 6 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động bể lắng cát ngang 15

Hình 2 7 Sơ đồ nguyên tắc làm việc của bể lắng trong 16

Hình 2 8 Bể lọc nước 16

Hình 2 9 Quá trình tạo bông cặn 18

Hình 2 10 Nhà máy khử mặn nước biển Sorek lớn nhất thế giới ở Israel, với công suất 600.000 m3/ngày 21

Hình 2 11 Mô tả màng lọc 24

Hình 2 12 Hình dạng lỗ rỗng màng đồng nhất 25

Hình 2 13 Hình dạng màng bất đối xứng 26

Hình 2 14 Sơ đồ vận chuyển các chất trong nước biển qua hệ thống màng lọc 28

Hình 2 15 Cấu tạo và nguyên lý màng lọc RO 29

Hình 2 16 Sơ đồ hệ thống xử lý nước biển thành nước sinh hoạt 32

Hình 4 1 Sơ đồ ngăn thu - ngăn hút 51

Hình 4 2 Bồn hòa trộn phèn 600l 57

Hình 4 3 Bồn tiêu thu phèn dung tích 1200l 58

Hình 4 4 Bơm định lượng dạng màng Blue White – Mỹ C6250 – P 61

Hình 4 5 Cụm công trình chuẩn bị dung dịch phèn 62

Hình 4 6 Bơm định lượng Blue White C645 – P 65

Hình 4 7 Bể lắng đứng với ngăn phản ứng xoáy hình trụ 66

Hình 4 8 Bơm bùn Tsurumi NKZ3-D4 70

Hình 4 9 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bể lọc áp lực 72

Hình 4 10 Bơm tăng áp U 3-50/2 79

Hình 4 11 Lõi lọc tinh dài 40 inches (1016 mm) 90

Hình 4 12 Cấu tạo mô đun màng dạng quấn xoắn 91

Hình 4 13 Thông số kích thước và khối lượng màng lọc Nano ESNA1-LF2-LD 92

Hình 4 14 Sơ đồ bố trí rửa màng NF bằng hóa chất 93

Hình 4 15 Bồn chứa trung gian Inox 304 Tân Á, thể tích 4000l 96

Hình 4 16 Cấu tạo màng lọc thẩm thấu ngược RO 97

Hình 4 17 Thông số kích thước và khối lượng màng lọc Nitto Denko ESPA2 1640 98 Hình 4 18 Bơm U 18S-400/4T 101

Hình 4 19 Bơm U 18LG-1000/11T 103

Hình 4 20 Bơm li tâm trục đứng MSVD 104

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Cách đất liền Rạch Giá – trung tâm tỉnh lỵ tỉnh Kiên Giang khoảng 52 hải lí, Nam

Du (Thuộc huyện đảo Kiên Hải) là một trong hai quần đảo xa xôi nhất nằm trên vùng biển Tây Nam của Tổ quốc Nơi đây có hơn 21 hòn đảo lớn nhỏ tạo thành quần thể tuyệt đẹp giữa biển Nam Du được mệnh danh là thiên đường biển mùa hè, thu hút hàng nghìn lượt khách du lịch đến tham quan, nghỉ dưỡng vào những năm trở lại đây Thế nhưng lượng nước ngọt cung cấp cho phát triển du lịch và người dân sinh sống trên các hòn đảo đang ngày trở nên khan hiếm, đặt biệt là Hòn Lớn nơi tập trung đông dân cư nhất của quần đảo, chiếm gần 40% dân số nơi đây Hòn Lớn đang phải đối mặt với những ngày cao điểm của mùa khô hàng năm, thiếu nước ngọt trầm trọng, ảnh hưởng bất lợi đến đời sống dân cư và phát triển kinh tế - xã hội của địa phương Vì vậy, cần phải những có giải pháp để cung cấp nguồn nước sinh hoạt kịp thời cho nơi đây

Cho đến nay đã có nhiều phương án khác nhau được đề xuất để thực hiện giải quyết vấn đề khan hiếm nước ngọt tại những vùng ven biển và hải đảo như quần đảo Nam Du

Và một trong những phương pháp được quan tâm, phổ biến hiện nay là phương pháp khử mặn bằng công nghệ Nano (hay còn gọi là NF) kết hợp Reserve Omosis (hay còn gọi là lọc RO) để khử mặn nước biển có độ muối trên 22o/oo

2 Tính cấp bách của đề tài

Hiện nay nguồn nước cấp chủ yếu cho Hòn Lớn, quần đảo Nam Du, huyện Kiên Hải, tỉnh Kiên Giang gồm 2 nguồn chính: Một là 06 giếng nước trên địa bàn do người dân và chính quyền tự khoan để tìm kiếm nước ngọt, nhưng những năm gần đây lại ít mưa, tình trạng khô hạn thường xuyên xảy ra làm nguồn nước trở nên khan hiếm và bị nhiễm phèn, nhiễm mặn Nguồn cung cấp nước thứ hai cho quần đảo là hồ nước An Sơn, nhưng công trình này lại không phát huy được tính hiệu quả, chỉ chứa được khoảng 50% thể tích và cung cấp cho dân sử dụng trong những tháng đầu mùa khô là hết Trong tình trạng thiếu nước ngọt để sinh hoạt, hơn 700 hộ dân trên đảo sử dụng nước hàng ngày hết sức tiết kiệm và phải mua nước từ đất liền với giá từ 150.000 – 200.000 đồng/m3

để sinh hoạt Không có nước, từ chuyện giặt giũ, tắm rửa đến nấu ăn, bà con đều phải tiết kiệm tối đa Nhiều gia đình trên đảo cũng đã đào tìm mạch nước ngầm ở khắp hòn đảo, nhưng với hiện trạng mạch nước ngầm đang cạn kiệt thì việc gặp được mạch nước

là rất khan hiếm Với những khó khăn về nguồn nước ngọt như hiện nay, thì việc xây

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

sống và phát triển của địa phương Một trong những giải pháp được đưa ra là tận dụng,

xử lý nguồn nước biển có sẳn để cấp nước cho nhu cầu sinh hoạt tại đây

3 Mục tiêu đồ án tốt nghiệp

Thiết kế trạm xử lý nước cấp từ nguồn nước biển cho đảo Hòn Lớn, quần đảo Nam

Du, huyện Kiên Hải, tỉnh Kiên Giang, bằng phương pháp khử mặn Chi phí xử lý 1m3nước cấp không lớn hơn chi phí mua 1m3 nước ngọt từ đất liền

Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia

về chất lượng nước ăn uống

4 Phạm vi đề tài

Phạm vi ứng dụng của đề tài là xử lý nước cấp phục vụ cho mục đích sinh hoạt của dân cư trên đảo Hòn Lớn, quần đảo Nam Du, huyện Kiên Hải, tỉnh Kiên Giang

5 Phương pháp thực hiện đề tài

- Phương pháp thu thập tài liệu: Thu thập các tài liệu về quần đảo như: Diện tích, dân số, nhu cầu sử dụng nước, tiềm năng xây dựng trạm xử lí…và tìm hiểu thành phần, tính chất nguồn nước biển cần xử lí

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu những công nghệ xử lý nước cấp bằng phương pháp khử mặn qua các tài liệu chuyên ngành

- Phương pháp so sánh: Ưu nhược điểm của công nghệ xử lý hiện có và đề xuất công nghệ xử lý hiệu quả nhất; so sánh chất lượng và giá thành của nguồn nước sau xử lí với nguồn nước cấp mua từ đất liền

- Phương pháp toán: Sử dụng các công thức toán đã học để tính toán lưu lượng nước cấp thông qua dân số và tiêu chuẩn nước cấp, tính toán các công trình đơn

vị trong hệ thống xử lý và dự toán chi phí xây dựng, vận hành, bảo dưỡng các thiết bị của hệ thống xử lý

- Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm Autocad để mô tả kiến trúc các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUẦN ĐẢO NAM DU VÀ ĐẢO HÒN LỚN, HUYỆN

KIÊN HẢI, TỈNH KIÊN GIANG

1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ

Quần đảo Nam Du là một hòn đảo nằm về phía đông nam đảo Phú Quốc trong vịnh Thái Lan, cách bờ biển Rạch Giá 65 hải lí, diện tích tự nhiên hơn 1.054 ha, nằm dưới sự quản lý của xã An Sơn và xã Nam Du thuộc huyện Kiên Hải, tỉnh Kiên Giang

Hình 1 1 Bản đồ quần đảo Nam Du

Hòn Lớn (Còn gọi là Hòn Củ Tron) là đảo có diện tích lớn nhất quần đảo Nam Du, với diện tích khoảng 776 ha, nằm dưới sự quản lý của xã An Sơn

1.2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

1.2.1 Điều kiện khí hậu

Quần đảo Nam Du có khí hậu chí tuyến gió mùa Khí hậu mang những đặc điểm

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

- Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau

- Tổng lượng mưa trung bình năm từ 1890 – 2800 mm, mưa nhiều nhất vào tháng

7, tháng 8 từ 378 tới 408 mm Mưa ít nhất vào tháng 1 từ 8 – 15mm Vào những ngày cao điểm của mùa khô khóc liệt, việc thiếu nước ngọt trầm trọng, ảnh hưởng bất lợi đến đời sống cư dân và phát triển kinh tế - xã hội của địa phương

- Nhiệt độ trung bình năm khoảng 26 - 27oC

- Gió mùa đông bắc chiếm ưu thế từ tháng 11 tới tháng 4 năm sau, tốc độ từ 2,8 - 4,0m/s Gió mùa Tây Nam từ tháng 5 - 10, với tốc độ từ 3,0 tới 5,1m/s

1.2.2 Điều kiện thủy văn

Quần đảo Nam Du có chế độ nhật triều không đều, mức triều cao nhất đạt 0,8m Dòng chảy chịu ảnh hưởng của dòng chảy vịnh Thái Lan theo hai mùa, tốc độ dòng chảy trong cả hai mùa gió mùa thường nhỏ hơn 30 cm/s

1.2.3 Điều kiện địa hình

Quần đảo Nam Du thuộc hệ thống đảo ven bờ của vùng biển Việt Nam Địa hình bao gồm các đảo núi thấp, do bóc mòn - thạch học mài mòn Quần đảo gồm 21 đảo lớn nhỏ cấu tạo từ đá macma xâm nhập và gồm hai dãy đảo song song theo hướng Bắc – Nam, đảo lớn nhất là đảo Nam Du có độ cao 309m Bề mặt đỉnh đảo tương đối bằng phẳng kể từ độ cao 160m trở lên Bề dày lớp phủ tàn tích không đáng kể, gồm sét, sạn

và mảnh đá nhỏ và hầu như không có khe rãnh xâm thực (Nguồn: Lê Đức An; Địa mạo Việt Nam, Cấu trúc – Tài nguyên – Môi trường; NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ; 2012)

1.3 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI

Quần đảo Nam Du gồm 21 hòn đảo lớn nhỏ, thuộc hai xã Nam Du và An Sơn, trong

đó có 11 hòn đảo có dân cư tập trung sinh sống, ngoài những hòn đông dân cư như: hòn

Củ Tron, hòn Ngang, hòn Mấu thì các hòn, đảo còn lại đều mang vẻ đẹp hoang sơ, có hòn chỉ vài chục hộ dân sinh sống như: hòn Nồm, hòn Dấu, hòn Đụng…Đảo lớn nhất ở quần đảo là Hòn Lớn, thuộc xã An Sơn (còn gọi là hòn Củ Tron), dân số khoảng 5.000 người, chiếm gần 40% số dân toàn quần đảo Kinh tế nơi đây chủ yếu bằng nghề khai thác và nuôi trồng thủy sản, phong trào nuôi cá lồng bè cũng đang được phát triển mạnh Đặc biệt trong 3 năm trở lại đây, nơi này trở thành điểm đến hấp dẫn của du khách trong

và ngoài nước, cho thấy tiềm năng du lịch của quần đảo Nam Du đã được đánh thức Với tiềm năng phát triển du lịch như hiện nay, lượng khách đến Nam Du không ngừng tăng nhanh qua từng năm Năm 2015, Nam Du đón hơn 47.000 lượt khách đến

du lịch; năm 2016 chỉ tính đến 3 tháng đầu năm, Nam Du đón gần 20.000 lượt khách

tham quan và nghỉ dưỡng Du lịch trên đà phát triển đã góp phần tích cực trong chiến lượt phát triển kinh tế - xã hội của Nam Du Mũi nhọn kinh tế thủy sản với nghề khai thác đánh bắt và nuôi cá lồng bè trên biển năm 2015 đạt tổng giá trị sản xuất hơn 264 tỷ đồng Đời sống vật chất và tinh thần của người dân được nâng lên đáng kể

Vào tháng 9 – 2015, dự án cấp điện lưới quốc gia cho 9 xã đảo tỉnh Kiên Giang (trong đó có An Sơn và Nam Du) đã được khởi công xây dựng Trong giai đoạn 2018 -

2020 sẽ hoàn thành đồng bộ với tiến độ cấp điện cho các tuyến đường dây 22kV vượt biển và các lưới điện trung hạ thế, trạm biến thế trên các xã đảo An Sơn và Nam Du thuộc quần đảo Nam Du Dự kiến tổng mức đầu tư 623 tỷ đồng Như vậy, việc hoàn thành mạng lưới điện quốc gia tại Nam Du không những tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế xã hội, nâng cao đời sống người dân trên đảo mà còn tạo đà để xây dựng và hoàn thành hệ thống cấp nước cho sinh hoạt tại đây

1.4 TÌNH HÌNH NƯỚC CẤP TẠI QUẦN ĐẢO NAM DU

Đi cùng với sự phát triển du lịch, quần đảo Nam Du còn nhiều bất cập cần được giải quyết kịp thời, đặt biệt là vấn đề thiết hụt nghiêm trọng nguồn nước ngọt, ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của người dân nơi đây, cũng như du khách đến tham quan và nghỉ dưỡng

Để hạn chế tình trạng thiếu nước ngọt sinh hoạt thời gian qua, chính quyền địa phương cùng với các tổ chức từ thiện nhân đạo xã hội, nhà hảo tâm đã hỗ trợ mỗi hộ gia đình trên đảo từ 4 đến 5 bồn nhựa chứa nước mưa, dung tích 500 - 600 m³/bồn Lượng nước mưa chứa trong bồn cũng chỉ cầm cự được tháng đầu mùa khô là hết Một số hộ gia đình khá giả đã xây bể chứa nhưng sử dụng vài năm bị nứt dưới đáy, nước chảy hết Vào đầu mùa khô, khi hết nước trữ lại trong bồn và bể chứa, các giếng bắt đầu khô cạn, dân Nam Du sử dụng nguồn nước từ An Sơn vận chuyển sang với mức giá 70.000

- 100.000 đồng/m³ Trong những ngày cao điểm của mùa khô, cả quần đảo Nam Du thiếu nước, cư dân phải mua nước từ đất liền chuyển ra với giá 180.000 - 200.000 đồng/m³ để sinh hoạt Một số hộ dân tự đầu tư hàng chục triệu đồng khoan cây nước nhưng vẫn không tìm được nguồn nước ngọt, chất lượng nước không đảm bảo, nhiễm mặn, nhiễm phèn vàng sậm

Tại Hòn Ngang, Hòn Mấu đã xây dựng hoàn thành trạm nước vốn đầu tư 600 triệu đồng, với bồn chứa, lắng lọc, xử lý nước, giếng khoan, ống dẫn, lắp đặt đồng hồ phục

vụ cho 100 hộ dân, mức giá 70.000 đồng/m³ Tuy nhiên, chất lượng nước chưa thật sự tốt, chủ yếu dùng cho tắm giặt, rửa đồ đạc trong sinh hoạt hàng ngày

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

đó có 5.000 dân số thuộc Hòn Lớn hầu như không còn nước Vào những mùa khô, cư dân ở đây vừa phải đợi từng chiếc ghe đổi nước ngọt từ đất liền ra, vừa ngước mặt trông chờ những cơn mưa trái mùa xuất hiện giải hạn

Như vậy, việc thiếu nước nghiêm trọng hàng năm chưa khắc phục được, sẽ gây bất lợi trong đời sống của người dân, thiếu nước sinh hoạt mà tận dụng những nguồn nước không đảm bảo vệ sinh để sử dụng sẽ khó tránh khỏi dịch bệnh xảy ra Mặt khác, điều này còn ảnh hưởng nhiều mặt đến chiến lượt phát triển kinh tế - xã hội của cả quần đảo

1.5 NHỮNG THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN KHI XÂY DỰNG TRẠM XỬ LÝ NƯỚC CẤP SINH HOẠT TRÊN ĐẢO

 Thuận lợi

- Nguồn nước biển dồi dào, khổng lồ

- Đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước của dân cư trên đảo

- Đạt được sự đồng thuận của chính quyền và người dân trên đảo

 Khó khăn

- Vấn đề kinh phí để xây dựng và vận hành trạm xử lí nước cấp cao Đa số dân cư nơi đây sinh sống bằng nghề nuôi trồng và đánh bắt thủy sản, chỉ mới phát triển ngành du lịch trong 3 năm trở lại đây, nên đời sống còn khó khăn, nếu chi phí xử

lí nước quá cao thì người dân không có khả năng chi trả

- Không như đất liền, Nam Du gồm các hòn, đảo cách xa nhau, nên việc cung cấp nước cho các đảo khác phải tốn kém thêm chi phí vận chuyển nước ngọt sang các hòn, đảo Nên phạm vi của đồ án chỉ xây dựng trạm xử lý nước cấp trên đảo Hòn Lớn, và không có mạng lưới phân phối nước

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC BIỂN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

số toàn cầu tăng tới 8 tỷ người vào năm 2025, 5,3 tỷ người trong số này chắc chắn sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước

NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT

Hình 2 1 Phần trăm các loại nước trên Trái đất

(Nguồn: Tài nguyên nước, Bách khoa từ điển về khí hậu và thời tiết, Quyển II; NXB

Đại học Oxford, New York 1996)

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

Hình 2 2 Nguồn nước từ thiên nhiên tính theo phần trăm tài nguyên tái sinh ở các

quốc gia

Như vậy, khả năng tái sinh nguồn nước ngọt là không hoàn toàn, cùng với bùng nổ dân số như hiện nay, đã tạo sức ép lên chính sách tài nguyên nước đối với các quốc gia, vùng hải đảo khan hiếm nguồn nước ngọt Vì vậy, việc tìm kiếm nguồn tài nguyên thay thế là cần thiết, mà nước biển là nguồn nước ổn định và có trữ lượng khổng lồ có tiềm năng giúp các quốc gia, vùng hải đảo đáp ứng đủ nhu cầu nước sinh hoạt nhất hiện nay

2.2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC BIỂN

2.2.1 Những đặc trưng của nước biển

Nước biển là nước từ các biển hay đại dương Trong nước biển, chứa 96,5% là nước tinh khiết, phần còn lại là các tạp chất, bao gồm: các muối hòa tan, các chất khí khí quyển hòa tan, các hợp chất hữu cơ và các hạt lơ lửng không hòa tan

Nhờ bốc hơi và giáng thủy, nước trên bề mặt Trái Đất, nước tự nhiên, ở trong trạng thái tuần hoàn liên tục Trên hành trình từ lục địa và đại dương, nước biển được bổ sung mỗi năm 5,4 tỷ tấn các chất tan, muối từ các lục địa, điều này làm phong phú thêm lượng muối tan trong lòng đại dương

Về trung bình, nước biển của các đại dương trên thế giới có độ mặn khoảng 31o/oo tới 38 o/oo Điều này có nghĩa là cứ mỗi lít (1.000 mL) nước biển chứa khoảng 31 tới 38 gam muối, phần lớn (nhưng không phải toàn bộ) là clorua natri (NaCl) hòa tan trong đó dưới dạng các ion Na+ và Cl- Nước với mức độ thẩm thấu như thế tất nhiên không thể uống được

Nước biển giàu các ion hơn so với nước ngọt Tuy nhiên, tỷ lệ các chất hòa tan khác

nhau rất lớn Chẳng hạn, mặc dù nước biển chứa nhiều các bicacbonat hơn so với nước sông dựa trên nồng độ phân tử gam, nhưng tỷ lệ phần trăm của bicacbonat trong nước biển trên tỷ lệ toàn bộ các ion lại thấp hơn so với tỷ lệ phần trăm tương ứng của nước sông do các ion bicacbonat chiếm tới 48% các ion có trong nước sông trong khi chỉ chiếm khoảng 0,41% các ion của nước biển Các khác biệt như vậy là do thời gian cư trú khác nhau của các chất hòa tan trong nước biển; các ion natri và clorua có thời gian

cư trú lâu hơn (chúng chiếm 85% tổng các chất hòa tan trong nước biển), trong khi các ion canxi (thiết yếu cho sự hình thành cacbonat) có xu hướng trầm lắng nhanh hơn Đây chính là nguyên nhân tạo nên độ mặn của nước biển

Bảng 2 1 Thành phần ion cơ bản của nước biển

Thành phần các ion cơ bản của nước biển (g/Kg)

Axit bo 0,027 (Nguồn: [10])

Như vậy là kể cả oxy và hidro, trong nước biển có 13 nguyên tố có mặt với khối lượng đáng kể nhất, chúng được gọi là những nguyên tố cơ bản trong phần hóa học của nước biển

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 vậy, nước biển nặng hơn nước ngọt

Do đệm hóa học, độ pH của nước biển giới hạn trong khoảng 7,5 đến 8,4

2.2.2 Thành phần tính chất nước biển trên thế giới

Nước biển có độ mặn không đồng đều trên toàn thế giới mặc dù phần lớn có độ mặn nằm trong khoảng 31o/oo tới 38 o/oo

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

Bảng 2 2 Độ muối của các biển trên thế giới

Nguồn gốc Độ muối (g/l) Nguồn gốc Độ muối (g/l)

Bảng 2 3 Thành phần các nguyên tố có trong nước biển

Nguyên tố Phần trăm Nguyên tố Phần trăm

Hàm lượng sinh vật nổi biến đổi rất lớn tùy theo điều kiện địa lý (biển nông, ít động)

và khí hậu (ví dụ thời kì tảo nở rộ ở biển Bắc)

Trong 40 năm qua, độ mặn ở các vùng biển nhiệt đới đã tăng đáng kể trong khi nước biển ở các vùng cực ngày càng ít muối hơn Sự thay đổi nồng độ muối trong nước biển trở nên đặc biệt nhanh chóng trong thập kỷ 90, thập kỷ nóng nhất kể từ khi con người bắt đầu lưu trữ dữ liệu thời tiết bài bản

2.2.3 Thành phần tính chất nước biển tại Việt Nam

Ở Việt Nam, độ muối của nước biển chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác nhau như: chế độ gió mùa của mùa đông và mùa hạ, sự trao đổi nước giữa biển Đông và Thái Bình Dương và các biển lân cận Ngoài ra còn chịu ảnh hưởng của mưa, của các con

sông lớn như Mê Công, Cửu Long,… chảy vào biển Đông Vì vậy, độ muối của nước biển Việt Nam diễn biến theo mùa và theo điều kiện địa phương (độ sâu hay xa bờ) Độ muối vùng ven bờ và vùng ngoài khơi phân bố khá khác biệt Độ muối ở vùng biển khơi

bị ảnh hưởng bởi hoàn lưu gió mùa nên khá cao, biên độ nằm khoảng 1 – 2 o/oo Ở vùng biển phía Nam, độ muối của tầng mặt trung bình từ 30 – 32 o/oo và khá đồng nhất giữa các khu vực

Theo số liệu khảo sát năm 2002 của Trần Đức Hạ và các cộng sự thuộc ĐHXD, một

số chỉ tiêu chính liên quan đến khả năng sử dụng nước biển để cấp cho sinh hoạt được nêu trong Bảng 2.4

Bảng 2 4 Các chỉ tiêu pH, Cl - và SO 4 2- trong nước biển một số khu vực

Biển Hòn Gai Biển Hải Phòng Biển Đà Nẵng Biển Bắc Mỹ

Cl- , g/L 6,5 – 18 9,0 – 17,8 0,4 – 12,1 18

SO42-, g/L 0,2 – 1,2 0,002 – 1,1 0,2 – 0,9 1,4

(Nguồn: Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp CEETIA, 2002)

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC CẤP CHO SINH HOẠT

2.3.1 Công trình thu nước biển

Công trình thu nước có nhiệm vụ thu nước từ nguồn nước

Có 3 loại công trình thu nước:

 Công trình thu nước xa bờ

 Công trình thu nước ven bờ

 Công trình thu nước di động: Dạng nổi và dạng ray trượt

Nước biển có những đặc thù riêng khác xa so với các loại nước mặt khác Độ giao động mực nước biển tương đối lớn và diễn ra hàng ngày theo chu kì của thủy triều Vì vậy cửa thu nước thường được bố trí dưới mực nước thấp nhất Sóng biển lớn và có thể trở nên dữ dội vào những ngày gió lớn hoặc có bão Áp lực lực sóng tác dụng lên công trình cũng tương đối lớn Mặt khác sóng còn tạo nên những bãi cát bồi di động dọc theo

bờ Khi tính công trình thu nước cần có biện pháp chống lại hiện tượng cát bồi và làm giảm áp lực sóng tác dụng lên công trình

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

Trong nước biển có các sinh vật như rong, rêu, tảo, sứa … chúng bám vào song chắn rác, cửa thu nước, ống tự chảy làm giảm tiết diện thu nước, gây tổn thất mực nước, giảm khả năng làm việc của công trình Để ngăn ngừa hiện tượng trên có thể dùng Clo nồng độ 5 ÷ 10 mg/l rửa mỗi ngày một lần hoặc đồng sunfat (CuSO4) nồng độ 6 ÷ 7 mg/l rửa hai ngày 1 lần

Tùy vào điều kiện cụ thể của bờ biển nơi đặt công trình thu mà có thể sử dụng công trình thu nước loại ven bờ hay xa bờ Tuy nhiên do mực nước dao động hàng ngày nên thường sử dụng công trình thu nước xa bờ Loại thu nước ven bờ chỉ có thể sử dụng khi đặt trong vịnh hay cảng là những nơi bờ dốc và lại được gia cố chắc chắn

Công trình thu nước vùng ven biển và hải đảo phải được đặt sau công trình chắn sóng hoặc trong vùng không có sóng vỗ

Hình 2 3 Công trình thu nước biển

1 Đập chặn; 2 Mương; 3 Song chắn rác; 4 Lưới chắng rác phẳng; 5 Lưới quay; 6 Cửa van phẳng; 7 Ống hút bơm cấp I; 8 Đá hộc; 9 Bê tông (Nguồn: Công trình thu nước và trạm bơm cấp thoát nước, Lê Dung, NXB Xây Dựng)

2.3.2 Công trình vận chuyển nước

Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đưa nước thô từ công trình thu lên trạm xử lý nước Thường đặt riêng biệt bên ngoài trạm xử lý nước, có trường hợp lấy nước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý có thể tới vài kilomet đến hàng chục kilomet Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết hợp với công trình thu hoặc xây dựng riêng biệt Công trình có thể dùng cửa thu và ống tự chảy, ống xiphông hoặc cá biệt có trường hợp chỉ dùng cửa thu và ống tự chảy đến trạm xử lý khi mức nước ở nguồn nước cao hơn cao độ ở trạm xử lý

2.3.3 Xử lý nước cấp bằng phương pháp cơ học

 Song chắn rác và lưới chắn rác

Song chắn và lưới chắn rác đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý Vật nổi và vật lơ lửng trong nước có thể có kích thước nhỏ như que tăm nổi, hoặc nhành cây non khi đi qua máy bơm vào các công trình

xử lý có thể bị tán nhỏ hoặc thối rữa làm tăng hàm lượng cặn và độ màu của nước Song chắn rác có cấu tạo gồm các thanh thép tiết diện tròn cỡ 8 hoặc 10, hoặc tiết diện hình chữ nhật kích thước 6 x 50 mm đặt song song với nhau và hàn vào khung thép Khoảng cách giữa các thanh thép từ 40 ÷ 50 mm

Vận tốc nước chảy qua song chắn khoảng 0,4 ÷ 0,8 m/s Song chắn rác được nâng thả nhờ ròng rọc hoặc quay tay bố trí trong ngăn quản lý

Hình 2 4 Một trong những tấm lưới chắn rác

 Bể lắng cát

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

nhanh được giữ lại ở bể lắng cát Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng 2,5

để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng

tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng

Hình 2 5 Bể lắng cát Nguyên lý hoạt động: Các hạt cát dưới tác dụng của trọng lực sẽ chuyển động chậm

dần theo hướng lắng xuống đáy bể

 Bể lắng

Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Công trình thường đứng sau bể phản ứng và đứng trước bể lọc

Dùng để lắng các hạt cặn lớn và các hạt cặn kết dính bới keo tụ - tạo bông xuống đáy

bể Lắng được là do tốc độ lắng xuống nhỏ hơn tốc độ nước bị đẩy lên trên, chúng kết dính lại với nhau và tăng dần kích thước và sẽ rơi xuống

 Bể lắng ngang

Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000 m3/ngày đối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và

áp dụng với công suất bất kì cho các trạm xử lý không dùng phèn

Nguyên lý hoạt động: Nước được dẫn vào bể theo phương ngang, cặn lắng rơi theo

phương thẳng đứng do tổng hợp của lực rơi tự do và lực đẩy của dòng nước Nước đã lắng được thu bởi máng đặt cuối bể Đáy bể nghiêng để thu cặn lắng

Hình 2 6 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động bể lắng cát ngang

(1) Ống dẫn nước từ bể phản ứng sang (2) Máng phân phối nước

(3) Vách phân phối đầu bể (4) Vùng lắng

(5) Vùng chứa cặn (6) Vách ngăn thu nước cuối bể (7) Máng thu nước

(8) Ống dẫn nước sang bể lọc (9) Ống xả cặn

 Bể lắng đứng

Cấu tạo bể lắng đứng: Thường có hình vuông hoặc hình tròn và được dùng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ (< 5000 m3/ngày đêm) Bể lắng đứng thường được

bố trí với bể phản ứng xoáy hình trụ

Nguyên lý hoạt động: Nước chảy vào ống trung tâm giữa bể, đi xuống dưới vào bể

lắng Nước chuyển động theo chiều từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đáy bể Nước

đã lắng trong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và đưa sang bể lọc

Cặn tích lũy ở vùng chứa cặn được thải ra ngoài theo chu kỳ bằng ống và van xả cặn

Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%

 Bể lắng trong có lớp cặn lơ lững

Cấu tạo bể lắng trong: thương có mặt bằng hình chữ nhật hoặc hình vuông, được chia

làm 3 ngăn: ngăn nén cặn ở giữa, 2 ngăn lắng 2 bên Góc giữa các tường nghiêng phần đáy của vùng cặn lơ lững α = 50 – 700

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

lững, các hạt cặn tự nhiên có trong nước sẽ va chạm và kết dính với các hạt cặn lơ lững

và được giữ lại

Hình 2 7 Sơ đồ nguyên tắc làm việc của bể lắng trong

 Bể lọc

Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước

Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị khít lại, làm tăng tổn thất áp lực, tốc

độ lọc giảm dần Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rữa bể lọc bằng nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc

Hình 2 8 Bể lọc nước

Quá trình lọc xảy ra theo những cơ chế sau:

- Sàng lọc để tách các hạt rắn hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học

- Lắng trọng lực

- Giữ hạt rắn theo quán tính

- Hấp phụ hóa học; Hấp phụ vật lý

- Quá trình dính bám

- Quá trình lắng tạo bông

Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị lọc hở dao động trong khoảng 1-2 m và trong thiết bị lọc kín từ 0,5 – 1 m

Ưu điểm

 Bể lọc có cấu tạo đơn giản, dễ xây dựng, dễ sử dụng, dễ bảo dưỡng

 Rửa cát dễ dàng, không phải xúc cát ra ngoài để rửa cũng như thay cát

 Loại bỏ sắt trong nước ngầm cao, tăng hiệu quả loại bỏ asen trong nước

 Nguyên vật liệu rẻ tiền và dễ kiếm

Nhược điểm

 Kích thước bể khá nhỏ

 Hiệu quả loại bỏ sắt và asen không cao nếu nguồn nước bị nhiễm amoni

 Hiệu quả loại bỏ asen giảm nếu hàm lượng sắt trong nước ngầm thấp

2.3.4 Xử lý nước cấp bằng phương pháp hóa lý

 Keo tụ - Tạo bông

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt ø < 1µm Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách để loại khỏi dòng nước Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

tĩnh điện Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông

Hình 2 9 Quá trình tạo bông cặn

Những chấy keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối như: Al2(SO4)3, Al2(SO4)2.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, FeCl3, Fe2(SO4)2.2H2O, Fe2(SO4)2.3H2O, Fe2(SO4)2.7H2O

 Chất trợ keo tụ

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo

tụ (flucculant) Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O) Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallyldimetyl-amon

 Khử trùng nước

Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng Sau các quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước Hiện nay có nhiều

biện pháp khử trùng có hiệu quả như: khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh, các tia vật

lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim loại nặng,…

 Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo

Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào Khi Clo tác dụng với nước tạo thành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh Khi cho Clo vào nước, chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau:

Cl2 + H2O <=> HOCl + HCl Hoặc có thể ở dạng phương trình phân ly:

Cl2 + H2O <=> 2H+ + OCl- + ClKhi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau:

-Ca(𝑂𝐶𝑙)2+ H2O <=> CaO + 2HOCl 2HOCl <=> 2H+ + 2OCl-

 Dùng ozone để khử trùng

Ozone là một chất khí có màu ánh tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với con người Ở trong nước, ozone phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử Ozone có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rất nhiều lần Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đó diện tích bề mặt thiết bị giảm, không gây mùi vị khó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa phênol

 Khử trùng bằng tia cực tím (UV)

Tia cực tím là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm, có tác dụng diệt trùng rất mạnh Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước Các tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc

và mất khả năng trao đổi chất, vì thể chúng sẽ bị tiêu diệt Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng Khử trùng bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước

2.4 QUÁ TRÌNH KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN

Khử mặn (desalination) là quá trình trình loại bỏ các muối hòa tan và các chất khác

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

Trong nhiều trường hợp, nước cấp có lượng muối hòa tan cao hơn tiêu chuẩn trong nước sử dụng như:

- Nước sử dụng cho sinh hoạt, ăn uống vì có hại cho sức khỏe

- Nước sản xuất, vì muối gây nguy hiểm nghiêm trọng cho hệ thống do ăn mòn

và đóng cặn

Vì vậy, cần phải loại bỏ muối trước khi đưa vào sử dụng

2.4.1 Khái quát về tình hình khử mặn trên thế giới

Tình trạng thiếu nước trầm trọng do gia tăng dân số, đô thị hóa và chất lượng cuộc sống trên thế giới ngày càng cao hơn đã khiến nhiều quốc gia thiếu nước ngọt (nhất là các vùng khô hạn và bán khô hạn) phải chấp nhận các công nghệ khử mặn, trước hết là

để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt

Ngành công nghiệp khử mặn đã trở thành một ngành thương mại từ những năm

1950 và 1970 Do giảm được nhiều về giá thành và tăng hiệu quả, đặc biệt trong những năm 1970, công việc khử mặn, trong đó, màng lọc chiếm ưu thế trong công nghệ xử lý nước biển, đã trở thành một chiến lược và nguồn cung cấp nước đáng tin cậy để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt

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 thế giới, với tổng công suất lên tới 40 triệu m3/ngày Trong đó

xử lý nước biển chiếm tới 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 sử dụng nước sinh hoạt Tỷ lệ gia tăng dân số trung bình của khu vực (hơn 3,4%) đã làm cho dân số từ 14 triệu người năm 1970 lên gần 30 triệu dân năm 2000 Nhu cầu nước sinh hoạt tăng từ 2,6 tỷ m3 lến gần 4 tỷ m3 trong gian đoạn

1990 – 2000 Nhu cầu này sẽ tăng lên tới 10,4 tỷ m3 vào năm 2030 Như vậy, với tình hình nguồn nước ngọt ngày càng khan hiếm và nhu cầu sử dụng nước lại tăng cao, việc ứng dụng công nghệ khử mặn nguồn nước biển là rất cần thiết

Hình 2 10 Nhà máy khử mặn nước biển Sorek lớn nhất thế giới ở Israel, với công

suất 600.000 m 3 /ngày (Nguồn: Báo Khoahoc.tv, ngày 24/03/2016)

2.4.2 Sự cần thiết của ứng dụng công nghệ khử mặn để xử lý nước cấp cho dân cư vùng ven biển và hải đảo Việt Nam

Sự cạn kiệt nhanh chống của nguồn nước ngọt trên hành tinh bắt nguồn từ sự gia tăng dân số, biến đổi khí hâu,…Vì vậy, việc đảm bảo cấp nước sinh hoạt ổn định và an toàn cho dân cư vùng ven biển và hải đảo là rất cần thiết, đặc biệt là các nước ven biển như Việt Nam

Nước ngọt là nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày của con người Việc cung cấp đầy đủ nước sạch đảm bảo chất lượng và số lượng luôn là thách thức đối với các quốc gia Nhu cầu dùng nước trong quá trình phát triển kinh tế xã hội ở Việt Nam đang tăng mạnh Hiện nay, dân số nước ta đã vượt qua con số 90 triệu người Theo ước tính, lượng nước ngọt dùng vào năm 2012 ở nước ta là hơn 130 tỷ m2 Mức này tương đương với nguồn nước vào mua khô trên các lưu vực song của cả nước Như vậy, việc thiếu nước ngọt rất rõ ràng Bên cạnh đó, mục tiêu trong Chiến lượt Quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn theo Quyết định số 104QĐ/TTG ngày 20/08/2000 của Thủ tướng Chính phủ đặt ra đến năm 2020 là ‘Tất cả dân cư nông thôn sử dụng nước sạch đạt tiêu chuẩn quốc gia với số lượng 60l/người/ngày’ Đây là nhiệm vụ nặng nề và khó khăn đối với một nước đang phát triển như Việt Nam

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

vùng ven biển Mặt khác khai thác, sử dụng nước dưới đất không hợp lý đã gây ra sụt lún đất, hạ thấp mực nước ngầm ở một số nơi, nhiễm mặn khá phổ biến ở nhiều vùng ven biển, ảnh hưởng đến tầng nước ngọt Lượng mưa có thể giảm đáng kể ở Việt Nam trong thập kỷ tới và hơn 12 triệu người sẽ phải chịu tác động của tình trạng thiếu nước ngày càng gia tăng này

Với trên 3.260 km đường biển, Việt Nam có tiềm năng lớn về kinh tế biển Dân số các tỉnh ven biển và hảo đảo rất đông dân số, chiếm khoảng 60% dân số cả nước Vùng ven biển và hảo đảo nước ta có 115 huyện thị với gần 18 triệu người sinh sống

Trong những năm gần đây, với chiến lược phát triển đất nước theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, sự xây dựng công trình và khai thác tài nguyên ven biển và hải đảo rất sôi động Chiến lược Biển Việt Nam đến năm 2020 nêu rõ: ‘Nước chúng ta phải xây dựng các trung tâm kinh tế lớn vùng duyên hải gắn liền với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng đối với sự phát triển của đất nước Biến đổi khí hậu sẽ mang lại nhiều rủi ro thiên tai cho Việt Nam Mực nước biển dâng cao là yếu tố liên quan trực tiếp đến vấn đề nước sạch và vệ sinh môi trường nông nghiệp và nông thôn ở nước ta, làm tăng rủi ro lũ lụt cho các vùng đất ven biển và hải đảo Hơn nữa, tình trạng nguồn nước ngầm ngày càng khan hiếm, nước bị nhiễm mặn, thiếu nước vào mùa khô trên các đảo đang xảy ra thường xuyên, dẫn đến những khó khăn cho đời sống sinh hoạt và lao động của cư dân vùng ven biển và hải đảo

Từ những yếu tố trên, cần thiết phải tìm một nguồn tài nguyên nước ổn định để cấp nước sinh hoạt cho người dân vùng ven biển và hảo đảo Nguồn tài nguyên ổn định và phong phú nhất vẫn là nước biển Tìm kiếm công nghệ và triển khai lắp đạt công trình, thiết bị xử lý nước biển là một nhiệm vụ cấp bách và cần thiết, đặc biệt trong tình hình biến đổi khí hậu như hiện nay

2.4.3 Các phương pháp khử mặn nước biển bằng lọc màng trên thế giới hiện nay

Để khử mặn nước biển cấp cho sinh hoạt có rất nhiều phương pháp như: chưng cất, thủy điện phân, trao đổi ion và các quá trình màng lọc Theo đó cũng có rất nhiều công nghệ để áp dụng được, nhưng tùy điều kiện cụ thể của từng đại phương mà áp dụng phương pháp nào là hợp lý nhất Các phương pháp như: chưng cất, điện phân hay trao đổi ion cho phép thu được nước rất sạch và tin cậy, cho dù nước tự nhiên là dạng gì, nhưng các phương pháp này thường được áp dụng với quy mô nhỏ Hiện nay, xu hướng ứng dụng trong phạm vi lớn, người ta thường sử dụng các công nghệ màng với áp suất cao để khử muối biển, vì chúng kinh tế và sử dụng dễ dàng hơn Sau đây là tổng quan

về công nghệ khử mặn bằng màng lọc được ứng dụng trong dây chuyền công nghệ của các nhà máy khử mặn trên thế giới hiện nay

2.4.3.1 Khát quát về các quá trình lọc màng

a) Đặc điểm chung

Các quá trình lọc màng tuy mới chỉ được áp dụng vào thực tế chỉ vài chục năm trở lại đây, nhưng chúng đã nhanh chóng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và đời sống con người Cùng với sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật vật liệu và chế tạo màng ngày càng phát triển, các quá trình màng ngày càng được áp dụng rộng rãi và không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau ở nhiều nước trên thế giới Ở nước ta hiện nay, kỹ thuật màng chưa được nghiên cứu đầy đủ, tuy vậy với nhu cầu phát triển của xã hội, nhu cầu hiện đại hóa công nghiệp và sản xuất, việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào các lĩnh vực sản xuất đã và đang phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây Để triển khai áp dụng công nghệ này hiệu quả cần phải nắm vững các nguyên

lý cơ bản và các đặc tính của các hệ thống lọc màng

Ưu điểm: Lọc màng là phương pháp phân ly màng, có rất nhiều ưu điểm so với các

phương pháp truyền thống, như tiêu hao ít năng lượng thiết bị gọn nhẹ, có thể tiến hành liên tục, có thể tiến hành dưới điều kiện bình thường, dễ dàng kết hợp với các phương pháp phân ly khác, dễ chuyển đổi quy mô, dễ vận hành lắp đặt, chất lượng nước rất tốt, tính ổn định cao Đặc biệt, hệ thống này có thể tự động hóa hoàn toàn, không đòi hỏi trình độ cao về kỹ thuật vận hành và quản lý giám sát

Nhược điểm: Thiết bị cấu tạo phức tạp, giá thành chế tạo cao, công suất cấp nước

nhỏ, chi phí dùng điện rất cao

b) Lịch sử hình thành và phát triển

Năm 1748, Abbe Nollet là người đầu tiên có ý tường nghiên cứu kỹ thuật màng phân ly khi dùng bong bóng cá để thử rượu nho Sau đó vào năm 1920 kỹ thuật màng phân ly được áp dụng vào qui mô công nghiệp là khi người ta dùng phương pháp thẩm tích để thu hồi kiềm từ dung dịch nhão trong công nghiệp sản xuất tơ nhân tạo Nhưng sau đó kỹ thuật này được hầu như không được phát triển

Đến năm 1940, Meyer và Strauss mới lần đầu tiên đề xuất ý tưởng về điện thẩm tích mới dạng nhiều ngăn Phát triển ý tưởng này, năm 1950 Juda đã phát minh được loại màng đáp ứng nhu cầu sử dụng Sau đó, đặ biệt là ở Nhật Bản, khi kỹ thuật này được ứng dụng trong sản xuất muối ăn, phương pháp thẩm tích điện mới thực sự phát triển nhanh chóng Năm 1952, giáo sư Raid của trường đại học Florida với mục đích tìm kiếm những phương pháp mới để làm ngọt nước biển đã đưa ra ý tưởng về thẩm thấu

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

Tiếp theo đó, cùng với sự tăng nhanh của nhu cầu sư dụng trong các lĩnh vực khác nhau, sự phát triển của khoa học kỹ thuật, quá trình phân ly màng được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ và đa dạng hơn Từ đó, các phương pháp phân ly màng mới như siêu lọc, vi lọc, phân ly khí, thẩm thấu hóa khí, thẩm tích áp suất lần lượt được áp dụng vào thực tế

2.4.3.2 Giới thiệu chung về màng lọc

a) Khái niệm màng lọc

Màng lọc là một lớp màng vật liệu mỏng có khả năng phân tách vật chất bằng các

lỗ rỗng theo đặc tính vật lý và hóa học của chúng khi chịu một áp lực nhất định Màng lọc ngăn cách giữa hai pha, có khả năng tạo ra sức cản để tách một số phân tử có trong nước như cặn lơ lưng, ion, vi sinh vật,… khi cho dung dịch qua màng

Thông qua quá trình làm việc của màng lọc, dòng hỗn hợp đầu vào được phân tách làm hai phần: một phần là dung dịch sau lọc và phần những vật chất bị giữ lại trước màng lọc

Các ưu điểm của màng lọc:

- Quá trình lọc màng xảy ra ở điều kiện nhiệt độ bình thường và các dung dịch tham gia không có sự thay đổi về pha, đây là ưu điểm so với phương pháp tách bằng chưng cất

- Quá trình phân tách vật chất qua màng không cần có hóa chất phụ gia như các quá trình khác trong xử lý nước

Nguyên lý lọc màng dựa trên sự phân tách các phân tử trong nước qua lớp vách ngăn (màng) nhờ lực tác dụng Lực tác dụng có thể là chênh lệch áp suất (∆P), điện thế (∆E), nồng độ dung dịch (∆C), nhiệt độ (∆T),… Các thông số cơ bản của màng lọc là: Áp lực,

Cơ chế phân tách, Cấu truc màng, Pha dung dịch

Hình 2 11 Mô tả màng lọc

b) Cơ chế lọc màng

Nguyên tắc cơ bản của lọc màng là việc sử dụng áp lực để tách các chất hòa tan trong nước bằng cách sử dụng một màng bán thấm Theo đó màng sẽ tách loại theo cơ chế giữ lại những phân tử có kích thước lớn hơn kích lỗ rỗng màng Như vậy, dòng chất lỏng dẫn vào màng sẽ được phân ra hai dòng khác nhau:

- Dòng thải bao gồm nước và các phân tử vật chất có kích thước lớn hơn kích thước

lỗ rỗng, hàm lượng chất bản trong dòng này lớn hơn trong dòng chất lỏng đầu vào

- Dòng sản phẩm thu được sau lọc bao gồm nước và những phân tử vật chất có kích thước nhỏ hơn so với kích thước lỗ rỗng, hàm lượng chất bẩn trong dòng này sẽ nhỏ hơn so với dòng chất lỏng đầu vào

c) Đặc tính màng

Màng lọc có thể được chia ra màng đối xứng và không đối xứng

- Màng đối xứng là màng đồng chất có các lỗ rỗng được tạo thành do kỹ thuật bắn phá bằng chùm tia, sau đó cho hóa chất tác dụng cố định lại

Màng có lỗ rỗng hình trụ Màng có lỗ rỗng dạng xốp

Hình 2 12 Hình dạng lỗ rỗng màng đồng nhất

- Màng không đối xứng là màng hỗn hợp, thường làm từ vật liệu là polymer, composite gồm nhiều lớp mỏng có kích thước lỗ rỗng khác nhau theo thứ tự giảm dần độ rỗng chồng lên nhau, giữa các lớp là các sợi đỡ, mục đích nhằm ngăn cản các phân tử có kích thước khác nhau và chúng được phân bố đồng đều trên tất cả các lớp Loại màng này thường có độ bền cơ học cao và được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ lọc hiện nay

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

Hình 2 13 Hình dạng màng bất đối xứng

Màng lọc đối xứng có thành phần cấu tạo và bản chất vật lý đồng nhất theo mặt cắt ngang của màng Ngược lại, màng không đối xứng không đồng nhất và thường gồm nhiều lớp khác nhau về cấu trúc và thành phần hóa học

d) Vật liệu màng

Màng có thể là đồng chất hoặc nhiều thành phần khác nhau hợp thành Màng lọc được chế tạo từ các vật liệu có nguồn gốc vô cơ như gốm nung chảy, các hợp chất cacbon, silic hoặc từ nguồn gốc hữu cơ như cao su, vải amiăng, axetat xellulo, polyethylene, polypropylene Bề dày màng từ 0,05mm – 2mm Các lỗ nhỏ trên màng được chế tạo bằng cách chiếu tia phóng xạ, lazer, các phản ứng hóa học,…

Hầu hết các màng lọc MF, UF, RO VÀ NF được làm từ vật liệu polime hữu cơ Thường vật liệu chết tạo màng giống nhau, tuy nhiên quá trình sản xuất ở các điều kiện khác nhau tạo nên các kích thước lỗ rỗng khác nhau

Màng có thể được chế tạo từ vật liệu vô cơ như gốm và kim loại Màng gốm là loại màng có lỗ rỗng, chịu nhiệt và trơ với hóa chất, thường dùng cho màng MF Tuy nhiên các màng này có chi phí cao và dễ gãy vỡ nên chưa được ứng dụng rộng rãi Màng kim loại thường làm từ sắt không gỉ và có kích thước lỗ rỗng rất bé Chúng dùng chủ yếu trong quá trình phân tách khí, và một số quá trình lọc nước ở nhiệt độ cao

e) Môdul màng

Để đảm bảo cường độ nước tuần hoàn trên bề mặt màng lọc, tránh hiện tượng phân cực nồng độ gây tắc, hỏng màng lọc, đồng thời tăng tối đa diện tích bề mặt tiếp xúc với nước và giảm kích thước thiết bị, người ta thường sản xuất các modul màng lọc và ghép chúng lại với nhau

Các modul (còn gọi là các thiết bị tách đơn) sử dụng các màng ngăn được thiết kế cần đạt hai mục đích cơ bản:

- Bảo đảm ở ngay bề mặt của màng ngăn có sự lưu thông chất lỏng đủ lớn để hạn chế hiện tượng phân cự nồng độ và các hạt kết tủa

- Các modul được chế tạo gọn, chắc, có bề mặt trao đổi cực đại một đơn vị thể tích Hai mục đích này nhằm giảm giá thành trong sản xuất, giúp quá trình rửa lọc, tháo lắp được thực hiện dễ dàng, nhưng các modul cũng đồng thời gây nên tổn thất áp lực lớn do vận tốc dòng chảy cao, do đó tốn nhiều năng lượng (điện năng) Có 4 loại modul màng thông dụng: modul dạng khung tắm, modul dạng cuốn xoắn, modul dạng ống và modul dạng sợ rỗng

và màng lọc nano (NF) Màng MF có kích thước lỗ rỗng lớn nhất, có thể giữ lại các hạt

có kích thước lớn và nhiều loại vi sinh vật Màng UF có có kích thước lỗ rỗng nhỏ hơn

MF, do đó có thể giữ lại cả vi khuẩn và mộ số phân tử lớn hòa tan như protein Màng

NF mới phát triển gần đây, và còn có tên gọi “màng RO thưa” và hiệu quả lọc các chất

trong nước tuy không bằng RO nhưng cao hơn UF

Trong nước biển chứa rất nhiều các ion hòa tan, đặc biệt là các ion hóa trị cao, các phương pháp siêu lọc (UF) và vi lọc (MF) không thể giữ lại được các phân tử ô nhiễm cũng như các thành phần muối của nước biển Hiện nay, phương pháp phổ biển và tối

ưu nhất trong các công trình chính để xử lý nước biển thành nước sinh hoạt là sử dụng màng lọc thẩm thấu ngược (RO) và màng nano (NF) Tùy theo, thành phần và độ mặn của nước biển mà có thể sử dụng công nghệ nano hai bậc hoặc công nghệ kết hợp màng

RO và NF Các phương pháp vi lọc và siêu lọc trong trường hợp này thường được áp dụng vào giai đoạn tiền xử lý nước biển, nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm, bảo vệ màng lọc nano, RO và làm tăng hiệu quả xử lý nước

Các phương pháp lọc được áp dụng như hình sau:

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

Hình 2 14 Sơ đồ vận chuyển các chất trong nước biển qua hệ thống màng lọc

Dưới đây là nội dung chi tiết của công nghệ lọc màng thẩm thấu ngược (RO) và màng nano (NF) để xử lý nước biển

2.4.3.3 Lọc thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis)

Màng lọc RO có kích thước lỗ rỗng nhỏ hơn 0,001 μm, chúng được hoạt động dưới

áp suất cao, thông thường từ 400 – 1000 PSI, cho phép loại bỏ hầu hết các thành phần

có trong nước như cacbuahydrat, các chất khoáng, các ion, amino acid,… gần như chỉ còn nước nguyên chất chảy qua

a) Nguyên lý lọc RO

Cơ chế hoạt động của lọc RO sử dụng tính chất của màng bán thấm, tất cả các chất hòa tan bị giữ lại, trừ một vài phân tử hữu cơ rất gần với nước, có khối lượng mol nhỏ, phân cực mạnh Khi có sự chênh lệch về thế năng hóa học thì xu hướng nước chuyển từ ngăn có thế năng hóa học thấp sang ngăn có thế năng hóa học cao để pha loãng, đó là hiện tượng thẩm thấu tự nhiên Nếu muốn ngăn cản sự khuếch tán này, cần phải đặt một

áp suất bên ngoài lên dung dịch có thế năng hóa học thấp, sự chênh lệch áp suất được tạo ra gọi là áp suất thẩm thấu ngược của hệ thống Thẩm thấu ngược được sử dụng để loại bỏ muối cũng như các tạp chất khác nhằm cải thiện màu, mùi vị hoặc các tính chất của nước Nước lọc thu được sau RO hầu như chỉ có nước tinh khiết Công nghệ RO được sử dụng để lọc nước đáp ứng được các chỉ tiêu khắc khe nhất hiện nay

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

Dòng nước đi vào màng lọc được bơm tư máy bơm nên có áp lực rất lớn chảy theo hướng xoắn ốc đi qua bề mặt màng lọc, nước sẽ bị văng xuống các tầng dưới tập trung

ở ống lọc nước thành phẩm hay còn gọi là nước thẩm thấu Nhờ có lớp thẩm thấu được gắn ở giữa tấm lọc giúp nước chảy đều trên màng lọc Sau quá trình tạo ra nước sạch các chất thải được giữ lại sẽ được hòa vào nước và đẩy ra ngoài

b) Các yếu tố ảnh hưởng đến thẩm thấu ngược

Quá trình phân tách bằng thẩm thấu ngược phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Áp suất

- Nhiệt độ

- Điều kiện thuỷ động

- Độ dày của màng

- Bản chất và nồng độ của nước thải

 Sự phụ thuộc vào áp suất và độ dày của màng

Lưu lượng nước qua màng bán thấm có chiều dày d:

R.T.d (P - ) Trong đó:

Dw – Hệ số khuếch tán

Cw – Nồng độ nước thải

V – Thể tích mol của nước

P - Áp suất tạo động lực cho quá trình

Ta thấy lượng nước trong chuyển qua một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian

tỉ lệ nghịch với bề dày của màng Do đó, màng không đồng nhất có ưu điểm hơn

Gọi Wp = R T d

V Cw Dw

Thông thường người ta đặt áp suất P gấp từ 2 2,5 lần so với áp suất thẩm thấu Với nước biển áp suất thẩm thấu khoảng 350 psi do đó áp suất vận hành thẩm thấu ngược thay đổi từ 350 1500 psi, thường dùng P tối ưu khoảng 600 - 800 psi

 Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt và khối lượng riêng của dung dịch giảm nên làm tăng độ thấm qua Nhưng đồng thời áp suất thẩm thấu lại làm giảm độ thấm qua

Mặt khác, khi nhiệt độ tăng, các mao quản của màng bị co ngót, thắt lại làm giảm

độ thấm qua đồng thời cũng làm giảm tuổi thọ của màng

 Ảnh hưởng của bản chất và nồng độ chất cặn :

Nồng độ dung dịch tăng dần sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu của dung môi, tăng độ nhớt của dung dịch và tăng sự phân cực nồng độ, dẫn đến giảm sự thấm qua và độ chọn lọc

Phương pháp thẩm thấu ngược được áp dụng khi chất điện ly có nông độ:

 Khoảng 5-10% đối với muối hoá trị I

 Khoảng 10-15% đối với muối hoá trị II

 Khoảng 15-20% đối với muối hoá trị cao

 Đối với các chất hữu cơ nồng độ sẽ cao hơn một chút

Bản chất của chất tan có ảnh hưởng tới tốc độ chọn lọc Với khối lượng phân tử như nhau, chất vô cơ bị giữ lại trên màng tốt hơn chất hữu cơ

 Ảnh hưởng của điều kiện thuỷ động:

Trong quá trình lọc, khi nước dịch chuyển, các phần tử và ion giữ lại có xu hướng tích tụ dọc theo màng có vai trò như lớp vật liệu lọc, nhưng áp suất thẩm thấu lại tăng lên Khi đó cần đặt một áp suất lớn hơn để thắng áp suất thẩm thấu nên chi phí năng lượng cao hơn

Để giảm sự phân cực nồng độ, tiến hành tuần hoàn để tăng mức độ xoáy của lớp chất lỏng gần màng để giảm sự đóng cặn của màng Có thể dùng bộ phận khuấy trộn cơ học, bộ phận tạo rung để làm tăng tốc độ dòng chảy

c) Ứng dụng của phương pháp thẩm thấu ngược trong khử mặn

SVTH: Nguyễn Phạm Thùy Như – 0250020261

Trong quá trình làm việc màng dễ bị tắc nghẽn do một số nguyên nhân sau: Các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, chất keo và một số chất ô nhiễm khác có trong nước bám vào màng Do vậy, nước vào hệ thống lọc màng cần qua các thiết bị xử lý sơ bộ trước

để làm sạch hết cặn lơ lửng, không có chất hữu cơ, không quá cứng, không có ion sắt và mangan để ngăn chặn mùi hôi thối và các gỉ sắt đóng trên màng Một số thiết bị phụ trợ trong thiết bị lọc bằng phương pháp thẩm thấu ngược như: thiết bị xử lý trước (thiết bị lọc), bơm để cung cấp áp suất vận hành, thùng chứa nước rửa, hệ thống loại bỏ cặn, thiết

bị khử cặn

Sau đây là sơ đồ xử lý nước biển thành nước sinh hoạt bằng phương pháp thẩm thấu ngược có các thiết bị bổ trợ:

Hình 2 16 Sơ đồ hệ thống xử lý nước biển thành nước sinh hoạt

Như hình minh họa, xử lý trước nói chung bao gồm: thiết bị lọc hạt, thiết bị lọc vỏ đạn (kích thước ô lưới 25 m), thiết bị axit hoá, thiết bị khử cặn Ở những trạm xử lý lớn, thiết bị lọc hạt này có thể dùng phương pháp đông tụ để bớt độ đục hoặc keo tụ làm mềm nước Nếu nước chứa hợp chất hữu cơ hoà tan, phương pháp chung là sau khi lọc qua than hoạt tính, khử trùng để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật Còn giảm pH =

6 bằng cách cho H2SO4 vào để khử CO32- thành CO2, làm giảm khả năng tạo kết tủa CaCO3 trên màng và sự ion hoá của ion Mangan

Ngoài ra để ổn định khả năng thẩm thấu, cần tiến hành đuổi khí CO2 tạo ra trong quá trình axit hoá, để ngăn nó xuyên qua lớp màng cùng với nước Cuối cùng thêm xôđa

để trung hoà nước, điều chỉnh pH cuối cùng

Nước trong

Thiết bị

lọc hạt

Kiềm

TB lọc thẩm thấu

Bơm axit

Nước cặn Nước

biển