Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình khử mặn nước biển để cấp nước cho sinh hoạt

1.THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC BIỂN 2 1.1.Trên thế giới .2 1.2.Việt Nam 3 2.LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC CẤP CHO SINH HOẠT 3 2.1.Phương pháp trao đổi ion 4 2.2.Phương pháp màng vi lọc và siêu lọc 9 2.3.Phương pháp màng lọc nano và màng lọc RO .11 TÀI LIỆU THAM KHẢO .14 1.THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC BIỂN 1.1. Trên thế giới Theo khảo sát của các tổ chức quốc tế, 97,5% nước trên Trái đất là nước biển và không hơn 2,5% là nước ngọt. Ngoài ra, phần lớn nước ngọt được dự trữ trong các sông băng, tảng băng và dưới lòng đất. Nước mà con người có thể sử dụng dễ dàng chẳng hạn như nước trong sông và hồ chỉ chiếm 0,01% tổng lượng nước ngọt. Trong khi đó, dân số toàn cầu tăng tới tám tỷ vào năm 2025. 3,5 tỷ người trong số này chắc chắn sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước Nước biển có độ mặn không đồng đều trên toàn thế giới mặc dù phần lớn có độ mặn nằm trong khoảng từ 3,1% tới 3,8%. Khi sự pha trộn với nước ngọt đổ ra từ các con sông hay gần các sông băng đang tan chảy thì nước biển nhạt hơn một cách đáng kể. Thành phần nước biển trên trái đất theo các nguyên tố được nêu trong Bảng 1. Bảng 1. Nguyên tố Phần trăm Nguyên tố Phần trăm Ôxy 85,84 Hiđrô 10,82 Clo 1,94 Natri 1,08 Magiê 0,1292 Lưu huỳnh 0,091 Canxi 0,04 Kali 0,04 Brôm 0,0067 Cacbon 0,0028 /Nguồn: vi.wikipedia.org/wiki/ Trong 40 năm qua, độ mặn ở các vùng biển nhiệt đới đã gia 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. Kết quả này cho thấy thêm một hậu quả đáng kể khác của hiện tượng trái đất nóng lên. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy vòng tuần hoàn nước toàn cầu ngày càng trở nên nhanh chóng và dữ dội, các đại dương tại miền nhiệt đới ngày càng bốc hơi nhiều hơn. Ngoài việc làm thay đổi sự phân bố nước ngọt và sự tạo thành bão trên toàn cầu, vòng tuần hoàn nước quá nhanh và mạnh như vậy sẽ làm trầm trọng thêm sự nóng lên của trái đất, vì bản thân hơi nước cũng là một khí nhà kính. 1.2. Việt Nam Ở Việt nam, theo các 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 nước cho sinh hoạt được nêu trong Bảng 2. Bảng 2. Biển Hòn Gai Biển Hải Phòng Biển Đà Nẵng Biển Bắc Mỹ PH 7,8-8,4 7,5-8,3 7,7 7,5 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/

doc15 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 10/01/2013 | Lượt xem: 2566 | Lượt tải: 8download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình khử mặn nước biển để cấp nước cho sinh hoạt, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN ĐỂ CẤP NƯỚC CHO SINH HOẠT MỤC LỤC Trang 1.THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC BIỂN………………………....................2 1.1.Trên thế giới…………………………………………………………………...2 1.2.Việt Nam………………………………………………………………………3 2.LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC CẤP CHO SINH HOẠT………………………………………………………………..3 2.1.Phương pháp trao đổi ion……………………………………………………..4 2.2.Phương pháp màng vi lọc và siêu lọc…………………………………………9 2.3.Phương pháp màng lọc nano và màng lọc RO……………………………….11 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………….14 1.THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC BIỂN 1.1. Trên thế giới Theo khảo sát của các tổ chức quốc tế, 97,5% nước trên Trái đất là nước biển và không hơn 2,5% là nước ngọt. Ngoài ra, phần lớn nước ngọt được dự trữ trong các sông băng, tảng băng và dưới lòng đất. Nước mà con người có thể sử dụng dễ dàng chẳng hạn như nước trong sông và hồ chỉ chiếm 0,01% tổng lượng nước ngọt. Trong khi đó, dân số toàn cầu tăng tới tám tỷ vào năm 2025. 3,5 tỷ người trong số này chắc chắn sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước Nước biển có độ mặn không đồng đều trên toàn thế giới mặc dù phần lớn có độ mặn nằm trong khoảng từ 3,1% tới 3,8%. Khi sự pha trộn với nước ngọt đổ ra từ các con sông hay gần các sông băng đang tan chảy thì nước biển nhạt hơn một cách đáng kể. Thành phần nước biển trên trái đất theo các nguyên tố được nêu trong Bảng 1. Bảng 1. Nguyên tố  Phần trăm  Nguyên tố  Phần trăm   Ôxy  85,84  Hiđrô  10,82   Clo  1,94  Natri  1,08   Magiê  0,1292  Lưu huỳnh  0,091   Canxi  0,04  Kali  0,04   Brôm  0,0067  Cacbon  0,0028   /Nguồn: vi.wikipedia.org/wiki/ Trong 40 năm qua, độ mặn ở các vùng biển nhiệt đới đã gia 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. Kết quả này cho thấy thêm một hậu quả đáng kể khác của hiện tượng trái đất nóng lên. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy vòng tuần hoàn nước toàn cầu ngày càng trở nên nhanh chóng và dữ dội, các đại dương tại miền nhiệt đới ngày càng bốc hơi nhiều hơn. Ngoài việc làm thay đổi sự phân bố nước ngọt và sự tạo thành bão trên toàn cầu, vòng tuần hoàn nước quá nhanh và mạnh như vậy sẽ làm trầm trọng thêm sự nóng lên của trái đất, vì bản thân hơi nước cũng là một khí nhà kính. 1.2. Việt Nam Ở Việt nam, theo các 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 nước cho sinh hoạt được nêu trong Bảng 2. Bảng 2.  Biển Hòn Gai  Biển Hải Phòng  Biển Đà Nẵng  Biển Bắc Mỹ   PH  7,8-8,4  7,5-8,3  7,7  7,5   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. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC CẤP CHO SINH HOẠT. 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 (nhất là các vùng khô hạn và bán khô hạn) phải chấp nhận các công nghệ khử mặn, trước hết là để đáp ứng các nhu cầu sinh hoạt. Khử mặn (desalination) là quá trình loại bỏ các muối hòa tan và các chất khác có trong nước biển, nước lợ, hay nước ngầm hoặc nước mặt bị nhiễm mặn. Dựa vào mức độ công nghệ xử lý nước và mục đích xử lý, quá trình khử mặn có thể xử lý được nước đạt chất lượng dùng cho sinh hoạt hay trong công nghiệp hoặc tưới tiêu. Ngành công nghiệp khử nước mặn đã trở thành một ngành thương mại từ những năm 1950 và 1960. 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 các công nghệ xử lý nước biển, đã trở thành một chiến lược và là nguồn cung cấp nước đáng tin cậy để đáp ứng những 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 thể giới, với tổng công suất lên tới 40 triệu m3 trên ngày. Trong đó xử lý nước biển chiếm 57.4%. (WHO, 2008). Công suất khử mặn trên thế giới đạt gần 9,6 tỷ m3, trong đó các nước thuộc Hội đồng Hợp tác Vùng vịnh (GCC) như Ả Rập, Cô oét, Tiểu Vương quốc Ả Rập thống nhất, Bahrain, Qatar và Oman chiếm 47% tổng công suất. Các quốc gia thuộc GCC là một ví dụ điển hình về đô thị hóa nhanh và gia tăng dân số đã làm tăng mạnh nhu cầu nước sinh họat. Tỷ lệ gia tăng dân số trung bình của khu vực (hơn 3,4%) đã làm cho dân số tăng từ 14 triệu năm 1970 lên gần 30 triệu dân năm 2000. Nhu cầu nước sinh hoạt tăng từ 2,6 tỷ m3 lên gần 4 tỷ m3 trong giai đoạn 1990-2000. Nhu cầu này sẽ tăng lên tới 10,4 tỷ m3 vào năm 2030. Để khử mặn nước biển cấp cho sinh hoạt có rất nhiều phương pháp, theo đó cũng có rất nhiều công nghệ có thể áp dụng được, nhưng tùy theo điều kiện cụ thể của từng địa phương mà áp dụng phương pháp nào là hợp lý nhất.và sau đây là một vài quá trình khử mặn để cấp cho sinh hoạt thường được sử dụng trong các sơ đồ công nghệ nhà máy khử mặn. -Phương pháp trao đổi ion -Phương pháp màng vi lọc -Phương pháp màng lọc nano -Phương pháp thẩm thấu ngược -Phương pháp điện thẩm tách… 2.1. Phương pháp trao đổi ion Giới thiệu Phương pháp trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lý nước thải cũng như nước cấp Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng để khử các muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại và các ion kim loại nặng và các ion kim loại khác có trong nước Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại ra khỏi nước các kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,…),các hợp chất của asen, photpho, xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao - Nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí đầu tư và vận hành khá cao nên ít được sử dụng cho các công trình lớn và thường sử dụng cho các trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao. - Ưu điểm của phương pháp là rất triệt để và xử lý có chọn lựa đối tượng. b. Cơ sở của phương pháp  Hình 1.Cơ chế trao đổi ion của các hạt trao đổi ion Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn .Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế ) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chổ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau . Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion là trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành và tái sinh liên tục ; và trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến. c.Nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ion còn gọi là ionit ,các ionit có khả năng hấp thu các ion dương gọi là cationit, ngược lại các ionit có khả năng hấp thu các ion âm gọi là anionit. Còn các ionit vừa có khả năng hấp thu cation ,vừa có khả năng hấp thu anion thì được gọi là ionit lưỡng tính . - Về cấu tạo : trong cấu tạo của chất trao đổi ion, có thể phân ra hai phần .Một phần gọi là gốc của chất trao đổi ion, một phần khác gọi là nhóm ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính ). Chúng hoá hợp trên cốt cao phân tử. Dùng phương pháp tổng hợp hoá học ,người ta chế tạo được chất trao đổi ion hữu cơ gọi là nhựa trao đổi ion (resin) .Resin được tạo ra bởi sự trùng ngưng từ styren vàdivinylbenzen(DVB). Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ bản của Resin. DVB là những cầu nối giữa các polime có tính không hoà tan và giai bền. Cầu nối trong Resin là cầu nối 3 chiều. Trong Resin có cấu trúc rỗng . Phân loại : có 4 loại Resin - Resin Cation acid mạnh - Resin Cation acid yếu - Resin Anion bazơ mạnh - Resin Anion bazơ yếu - Tính chất vật lý + Màu sắc : vàng, nâu, đen, thẩm. Trong quá trình sử dụng nhựa , màu sắc của nhựa mất hiệu lực thường thâm hơn một chút. + Hình thái : nhựa trao đổi ion thường ở dạng tròn + Độ nở : khi đem nhựa dạng keo ngâm vào trong nước ,thể tích của nó biến đổi lớn. + Độ ẩm : là % khối lượng nước trên khối lượng nhựa ở dạng khô (độ ẩm khô) , hoặc ở dạng ướt (độ ẩm ướt). + Tính chịu nhiệt : các loại nhựa bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ đều có giới hạn nhất định , vượt quá giới hạn này nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng được . Nhiệt độ hoạt động tốt từ 20-50o C. + Tính dẩn điện : chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện của nó phụ thuộc vào dạng ion. + Kích thước hạt : Resin có dạng hình cầu d= 0,04-1,00 mm. + Tính chịu mài mòn : trong vận hành các chất trao đổi ion cọ sát lẫn nhau và nở ngót , có khả năng dể vỡ vụn . Đây là một chỉ tiêu ảnh hưởng đến tính năng thực dụng của nó. + Tính chịu oxy hoá: chất oxy hoá mạnh có thể làm cho nhựa bị lão hoá (trơ) - Tính năng hoá học: +Dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi là biểu thị mức độ nhiều ít của lượng ion có thể trao đổi trong một loại chất trao đổi ion. Có 2 phuơng pháp biểu thị dung lượng trao đổi .Theo thể tích đlg/m3; theo khối lượng mgđl/g. +Tổng dung lượng trao đổi : chỉ tiêu này biểu thị lượng gốc hoạt tính có trong chất trao đổi . + Dung lượng trao đổi cân bằng : biểu thị dung lượng trao đổi lớn nhất của chất trao đổi ion trong một loại dung dịch nào đó đã định ,nên không phải là hằng số + Dung lượng trao đổi làm việc : Dung lượng trao đổi được xác định dưới điều kiện vận hành thực tế. + Tính năng thuận nghịch của phản ứng trao đổi ion: Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch . Dựa trên tính chất này người ta dùng dung dịch chất hoàn nguyên , thông qua chất trao đổi ion đã mất hiệu lực để khôi phục lại năng lực trao đổi của nó . Thí dụ : 2HR + Ca 2+ CaR 2 + 2H +( nhựa trao đổi) CaR 2 + 2H+ 2HR + Ca 2+(hoàn nguyên) + Tính acid , kiềm : tính năng của chất Cationit RH và chất Anionit ROH ,giống chất điện giải acid, kiềm. + Tính trung hoà và thuỷ phân : tính năng trung hoà và thuỷ phân của chất trao đổi ion giống chất điện giải thông thường . + Tính chọn lựa của chất trao đổi ion Ở hàm lượng ion thấp trong dung dịch , nhiệt độ bình thường, khả năng trao đổi tăng khi hoá trị của ion trao đổi tăng. d. Thứ tự ưu tiên khi trao đổi Đối với nhựa Cationit acid mạnh(SAC) , Fe 3+>Al 3+> Ca 2+>Mg 2+ > K+>H+>Li+ Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC) H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+> Na+>Li+ Đối với nhựa Anionit kiềm mạnh (SBA) Đối với nhựa anionit kiềm yếu (WBA) - Ở hàm lượng ion thấp ,nhiệt độ bình thường và những ion cùng hoá trị ,khả năng trao đổi tăng khi số điện tử của ion trao đổi lớn (bán kính hydrat hoá lớn) - Ở hàm lượng ion cao ,khả năng trao đổi của các ion không khác nhau nhiều lắm . e. Cơ chế trao đổi ion Có rất nhiều giả thuyết giải thích cơ chế quá trình trao đổi ion hiện nay còn chưa thống nhất .Trong công nghệ xử lý nước giả thuyết thích hợp nhất coi chất trao đổi ion là vật chất có cấu tạo dạng keo .Trên quan điểm đó ,nguời ta cho rằng trên bề mặt cao phân tử của chất trao đổi ion có rất nhiều lớp điện tích kép giống bề mặt keo. Ion trong lớp điện tích kép theo mức độ hoạt động lớn nhỏ có thể phân ra : lớp hấp phụ và lớp khuếch tán .Lớp ion có tính hoạt động tương đối kém bị hấp phụ bám chặt vào bề mặt cao phân tử gọi là lớp hấp phụ hay lớp cố định ,nó bao gồm lớp ion bên trong và một bộ phận ion ngược dấu .Cạnh ngoài lớp hấp phụ ,các ion có tính hoạt động tương đối lớn , có khả năng khuếch tán vào trong dung dịch nên gọi là lớp khuếch tán . Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, các tác dụng sau đây sẽ diễn ra: - Tác dụng trao đổi : Các ion ngược dấu trong lớp khuếch tán và ion ngựoc dấu khác trong dung dịch trao đổi vị trí lẫn nhau .Nhưnh do quá trình trao đổi ion không giới hạn ở lớp khuếch tán ,do quan hệ cân bằng động ,trong dung dịch cũng có một số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán ,sau đó sẽ trao đổi với các ion ngược dấu trong lớp hấp phụ. - Tác dụng nén ép: Khi nồng độ muối trong các dung dịch tăng lớn ,có thể làm cho lớp khuếch tán bị nén ép lại .Từ đó , một số ion ngược dấu trong lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu trong lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu trong lớp hấp phụ …, Pham vi hoạt động của lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất lợi cho quá trình trao đổi ion . Do đó cần chú ý nếu nồng độ dung dịch hoàn nguyên quá lớn ,không những không thể nâng cao mà còn giảm thấp hiệu quả hoàn nguyên. - Tốc dộ quá trình trao đổi ion Như trong quá trình hấp phụ ,tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc trên tốc độ của các quá trình thành phần sau: + Khuếch tán của các ion từ trong pha lỏng đến bề mặt của hạt rắn . + Khuếch tán của các ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi . + Trao đổi các ion (tốc độ phản ứng ) + Khuếch tán của ion thay thế ra ngoài bề mặt hạt rắn + Khuếch tán của các ion được thay thế từ bề mặt hạt rắn vào trong dung dịch . - Điều kiện sử dụng của nhựa trao đổi ion + Nhựa chỉ sử dụng để trao đổi ion chứ không dùng để lọc huyền phù ,chất keo và nhũ màu .Sự có mặt các chất này có thể rút ngắn tuổi thọ của nhựa . + Loại bỏ các chất hữu cơ bằng nhựa rất phức tạp ,cần có nghiên cứu đặc biệt + Sự có mặt của khí hoà tan trong nước với lượng lớn có thể gây nhiễu loạn hoạt động của nhựa . + Các chất oxy hoá mạnh Cl 2,O3,….có thể tác dụng xấu lên nhựa . 2.2. Phương pháp màng vi lọc và siêu lọc a. Khái niêm màng vi lọc và siêu lọc Màng vi lọc là loại màng có các lỗ rỗng 0,1 – 1 micromet (μm), hoạt động dưới áp suất thông thường từ 10 – 100 psi ; nó có thể loại bỏ các phần tử lơ lửng, huyền phù, chất keo, men, phân tử protein có trong sữa hay ngũ cốc, vi khuẩn hoặc chất rắn hoà tan có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng ; nó không làm thay đổi thành phần dung dịch (nước) lọc,chỉ có các phần tử nêu trên được lọc đi. Lọc chặn : Trong đó nước bị cưỡng bức chuyển qua màng lọc, các phần tử bị giữ lại tích tụ dưới dạng một bánh lọc; chiều dày của nó tăng dần theo thời gian lọc, còn tính xốp giảm dần làm giảm lưu lượng thành phẩm, hiện tượng này gọi là sự bịt kín màng lọc, đại lượng đặc trưng cho sự bịt kín là chỉ số bịt kín FI. Lọc chặn trong vi lọc được ứng dụng trong màng lọc phẳng trong phòng thí nghiệm dùng để đo chất huyền phù (MES), chỉ số bịt kín (FI)...; đối với lọc chặn trong vi lọc, ống lọc bọc bên ngoài màng lọc phẳng được bỏ đi khi màng lọc bị bịt kín lỗ, nó rất khó thực hiện bằng rửa ngược để tái sử dụng lại màng lọc. Lọc trượt : quá trình lọc được thực hiện sao cho mặt tiếp xúc được quét bằng một phần lưu lượng đưa vào để hạn chế việc tích tụ các bã lọc phát sinh trong quá trình lọc và dễ dàng đưa chúng ra ngoài hệ thống, tránh được hiện tượng bịt kín lố rỗng của màng lọc trước khi đến chu kỳ rửa lọc. Quá trình lọc dạng này có thể thay cho giai đoạn keo tụ, kết bông và tách loại được 2 pha rắn - lỏng. Công nghệ này được áp dụng phổ biến để lọc tinh các sản phẩm khác nhau trong công nghệ xử lý nước cấp, nước thải, nước uống đóng chai, công nghệ dược và xử lý vi sinh. b.Cơ chế lọc của MF  Hình 2. Sự vận chuyển các chất qua màng vi lọc và siêu lọc Cơ chế lọc của MF là lọc tách, theo đó khi hỗn hợp nước biển đi qua màng lọc MF sẽ bị giữ lại những phần tử có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng màng. Theo hình 2 ta thấy rằng màng MF chỉ cho phép Nước, ion hóa trị 1, ion hóa trị cao và virus đi qua, vi khuẩn và chất lơ lửng bị giữ lại trên màng. Vì vậy, trong lọc nước biển thì màng MF chỉ có thể loại bỏ được các chất lơ lửng, các loại rong tảo, và vi khuẩn. Màng UF ngoài khả năng giữ những chất như MF thì còn có khả năng tách lọc được vi rus. Nước sau lọc hầu như không thay đổi về độ mặn, MF và UF chỉ có tác dụng như một quá trình tiền xử lý cho các bước sau như RO, trao đổi ion, để tránh xảy ra quá trình tắc màng NF, RO nhanh chóng 2.3. Phương pháp màng lọc nano và màng lọc RO a.Khái niệm Màng lọc nano có kích thước lỗ rỗng khoảng 0,001μm, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 100 – 600 psi; là màng trung gian giữa 2 hình thức lọc màng là RO và UF. Nó có thể lọc được các phân tử muối hoá trị thấp và các chất khoáng ; được ứng dụng trọng lọc cặn các protein, gelatin, công nghệ chế biến nước hoa quả, phân ly chất rắn hoà tan trong dung dịch và sản xuất nước sạch phục vụ sinh hoạt. Màng lọc RO có kích thước lỗ rỗng nhỏ hơn 0,001μm, 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, phân tử chất, cặn lơ lửng, các chất khoáng, các ion, amino acid…, gần như chỉ còn nước nguyên chất chảy qua. b.Cơ chế tách lọc của NF và RO  Hình 3. Sự vận chuyển các chất qua màng NF và RO Cả NF và RO đều hoạt động theo cơ chế sàng lọc + khuếch tán + chọn lọc Với màng NF lỗ rỗng màng bé nên để nước qua được màng thì cần áp suất lớn hơn rất nhiều so với lọc bằng màng MF và UF. Màng lọc NF tuy có nguyên tắc lọc giống như RO, nhưng vì kích thước màng lọc to hơn RO, nên thông thường chỉ giữ lại ion hóa trị hai, còn ion hóa trị một như Na+ hay Cl- thì đi qua được màng lọc. Với đặc tính thế, NF vốn không có hiệu quá cao trong khử mặn với nước biển. Màng NF có kích thước lỗ biểu kiến lớn hơn kích thước ion Na+ và Cl-. Để có thể ứng dụng NF vào quá trình xử lý nước biển thành nước ăn uống, Twardowski (U.S.Pat. No5,587,083) đã sử dụng màng NF tích điện âm tăng cường loại ion hoá trị 2 và Cl-. Lin sử dụng tổ hợp NF(250-350 psi) – RO (áp suất tương đương) để loại Cl- và Br-, lọc được chủ yếu ion hoá trị 2; nước sau NF còn 10-15 g/L muối (U.S. Pat. No.5,458,781). Diem Xuan vuong, 2006, (U.S. Pat. No.7,144,511) dùng NF hai bậc: lọc NF1 (màng FSM135) ở 500-550 psi (hiệu suất khoảng 35%) và lọc NF2 (màng SSM 160) ở áp suất 200-300 psi (hiệu suất khoảng 79%) để xử lý nước biển; tổng hiệu suất của hai giai đoạn là 28%, sản phẩm có hàm lượng muối là 200-1.000 mg/L. Cơ chế hoạt động của lọc RO sử dụng tính chất của màng bán thấm, tất cả các chất hoà tan bị giữ lại, trừ một vài phần tử hữu cơ rất gần với nước có khối lượng mol nhỏ, phân cực mạnh. Khi có sự chênh lệch về thế năng hoá học thì xu hướng làm nước chuyển từ ngăn có thế năng hoá học thấp sang ngăn có thể năng hoá học cao để pha loãng, đó là hiện tượng thẩm thấu tự nhiên. Nêu muốn cản lại sự khuyếch tán này, cần phải đạt một áp suất lên mặt dung dịch có thế năng hoá học thấp, sự chênh lệch áp suất được tạo ra gọi là áp suất thẩm thấu ngược của hệ thống. Nước lọc thu được sau RO hầu như chỉ có nước tinh khiết,có thể còn tồn tại các ion hóa trị I và rất gần với nước. Ion hóa trị cao, chất lơ lửng, chất keo, vi sinh vật được khử sạch hoàn toàn. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Cát, 1999. Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước. NXB Thanh niên,. Trần Đức Hạ, Đỗ Văn Hải, 2002. Cơ sở hóa học quá trình xử lý nước cấp và nước thải. NXB Khoa học và Kỹ thuật. Trần Đức Hạ, 2003. Báo cáo đề tài NCKH cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo và Bộ Tài nguyên và Môi trường “Nghiên cứu đề xuất các biện pháp xử lý chất thải một số cảng biển khu vực phía Bắc nhằm đáp ứng công ước quốc tế về bảo vệ môi trường biển”. Trịnh Xuân Lai, 2002. Cấp nước. Tập 2: Xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. NXB Khoa học và Kỹ thuật. Nguyễn Văn Tín, 2008. Nghiên cứu mô hình cấp nước cho các khu dân cư ven biển và hải đảo. Báo cáo đề tài NCKH trọng điểm cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo, mã số: B2006-03-12TĐ. AWWA committee report “Membrane Processes”. Jour.AWWA, 90(6),1998, pp.91-105. Applegate, L. 1984. Membrane separation process. Chem. Eng. June 11, 1984, pp.64-69. Bergman, R.AS, 2005. Membrane process. In: Water Treatment Plant Design, 4th edn. New York: McGraw-Hill. Jimmy L. Humphrey, George E. Keller II, 1997. Separation Process Technology. New York: McGraw- Hill. Nicholas P. Cheremisinof, 2002. Membrane seperation technology. In: Handbook of Water and Wastewater Treatment Technology. Boston: Butterworth and Heinemann. Taylor J.S., and E.P. Jacobs,1996. Nanofiltration and reverse osmosis. In: Water Treatment Membrane Process. New York: McGraw- Hill. Johannes M.K. Timmer, 2001. Properties of nanofiltration membranes: model development and industrial application. Eindhoven: Techsche Universiteit Eindhoven, N. Hilal, H. Al-Zoubi,..,2004. A comprehensive revew of nanofiltration membranes: Treatment, pretreatment, modelling, and atomic force microscopy. In: Desalination 170 (2004), pp. 281-308. Минц Д.М. Теоретические основы технологии очистки воды. М., Стройиздат, 1964. (Mins D.M. Cơ sở lý thuyết xử lý nước. NXB XD Moscow, 1964).

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình khử mặn nước biển để cấp nước cho sinh hoạt.doc