Thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn cấp cho khu du lịch vàm sát - Cần giờ công suất 60m3/ngày đêm

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Vấn đề cấp nước hiện nay tại các khu vực ngoại thành thành phố Hồ Chí Minh như huyện Cần Giờ, Nhà Bè, Quận 7…đang là một vấn đề nan giải cho các nhà máy cấp nước. Vì đặc điểm địa thế quá xa xôi gây khó khăn trong việc xây dựng đường ống cấp nước cho nên người dân ở các khu vực này không có nguồn nước sạch, đảm bảo chất lượng để sử dụng. Đặc biệt là tại các địa điểm du lịch thu hút khách như Vàm Sát và Cần Giờ, nếu không đảm bảo lượng nước và chất lượng nước sử dụng, một ngày nào đó những khu du lịch sinh thái đầy tiềm năng chúng ta sẽ không còn thấy du khách dừng chân tham quan. 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 nước ngập mặn của Cần Giờ. Và một trong những phương pháp được quan tâm và phổ biến hiện nay là phương pháp thẩm thấu ngược Reserve Omosis hay còn gọi là lọc RO. Tính cấp thiết của đề tài Ngành du lịch Việt Nam hiện đang trên đà phát triển mạnh, đặc biệt là những khu du lịch sinh thái, khu bảo tồn thiên nhiên hoang dã…đã và đang thu hút hàng ngàn khách du lịch trong và ngoài nước mỗi năm. Và khu du lịch sinh thái rừng ngập mặn Vàm Sát - Cần Giờ hiện nay là một địa điểm dừng chân lý tưởng cho du khách. Do đó vấn đề cấp nước cho khu du lịch Vàm Sát - Cần Giờ là một nhiệm vụ thiết yếu. Đề tài này được thực hiện nhằm tách riêng toàn bộ nước cấp dành cho khu du lịch Vàm Sát để đảm bảo một lượng nước ổn định và tránh để tình trạng thiếu nước của huyện ảnh hưởng đến nhu cầu về sử dụng nước cho ngành du lịch sinh thái Cần Giờ. Tên và mục tiêu của luận văn Tên đề tài: Xử lý nước nhiệm mặn trên sông Vàm Sát cấp cho khu du lịch Vàm Sát-Cần Giờ với công suất 60m3/ngày.đêm. Mục tiêu luận văn: Khảo sát chất lượng nước, đề ra công suất và công nghệ thực hiện cung cấp nước ngọt cho lượng du khách tham quan và nghỉ dưỡng tại Vàm Sát-Cần Giờ. Nội dung của đề tài Khảo sát thu thập các số liệu thực tế phục vụ cho công tác thiết kế. Xác định yêu cầu và tiêu chuẩn cho hệ thống xử lý. Lựa chọn và đề xuất công nghệ xử lý. Tính toán thiết kế các thông số kỹ thuật của các công trình đơn vị. Tính toán chi phí đầu tư, chi phí hóa chất, chi phí xử lý 1m3 nước nhiễm mặn. Thực hiện các bản vẽ kỹ thuật cho các công trình đơn vị. Hướng dẫn vận hành và đưa ra một số biện pháp khắc phục sự cố. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Tổng quan về khu du lịch Vàm Sát-Cần Giờ Vị trí địa lý Vàm Sát-Cần Giờ Huyện Cần Giờ trước đây gọi là huyện Duyên Hải thuộc tỉnh Đồng Nai. Từ năm 1997 huyện Duyên Hải chính thức sát nhập vào Tp Hồ Chí Minh và được đổi tên thành huyện Cần Giờ. Trước đây toàn bộ huyện Cần Giờ được bao phủ bởi rừng ngập mặn hay còn gọi là Rừng Sác ( nay gọi là Vàm Sát). Trong chiến tranh, hệ thống rừng ngập mặn này bị tàn phá nặng nề. Trong những năm gần đây, chính quyền và nhân dân đã quyết tâm trồng lại rừng. Cho đến nay, rừng đã hồi phục và phát triển với ba tầng sinh thái đã mang lại nguồn lợi lớn về kinh tế, du lịch và đặc biệt là du lịch sinh thái rừng ngập mặn. Khu du lịch sinh thái Vàm Sát thuộc xã Lý Nhơn, huyện Cần Giờ, cách trung tâm TP.Hồ Chí Minh khoảng 55 km về phía Đông Nam. Nằm giữa dòng chảy của hai nhánh sông Vàm Sát và Lòng Tàu, khu Du Lịch Sinh Thái Rừng Ngập Mặn Vàm Sát là một quần thể động thực vật đa dạng, được tổ chức UNESCO công nhận như là khu dự trữ sinh quyển và Tổ chức Du lịch Thế giới (WTO) đã công nhận Khu Du Lịch Sinh Thái. Điều kiện tự nhiên của Vàm Sát Khí hậu: có hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 - 10 và mùa khô từ tháng 11 – 4. Nhiệt độ trung bình 25,8oC, lượng mưa thấp, trung bình từ 1.300mm – 1.400mm/năm. Thổ nhưỡng: có bốn loại đất cơ bản: đất mặn, đất mặn phèn ít, đất mặn phèn nhiều, đất cát mịn có pha ít bùn ven biển. Chế độ thủy triều: có chế độ bán nhật triều không đều (hai lần nước lớn và hai lần nước ròng một ngày). Biên độ triều trung bình khoảng 2m và khi triều cao là 4m. Độ mặn: độ mặn trung bình vào khoảng 18‰– 20‰ , độ mặn cao khi triều cường và độ mặn thấp khi triều kém. / Hình 2.1 Bản đồ Hệ sinh thái Rừng ngập mặn Vàm Sát-Cần Giờ có điều kiện môi trường rất đặc biệt, là hệ sinh thái trung gian giữa hệ sinh thái thủy vực với hệ sinh thái trên cạn, hệ sinh thái nước ngọt và hệ sinh thái nước mặn. Rừng Cần Giờ nhận một lượng lớn phù sa từ sông Đồng Nai, cùng với ảnh hưởng của biển kế cận và các đợt thủy triều mà hệ thực vật nơi đây rất phong phú với trên 150 loài thực vật, trở thành nguồn cung cấp thức ăn và nơi trú ngụ cho rất nhiều loài thủy sinh, cá và các động vật có xương sống khác. Đây là một khu rừng mà theo đánh giá của các chuyên gia nước ngoài là được khôi phục, chăm sóc, bảo vệ thuộc loại tốt nhất ở Việt Nam và toàn thế giới. Đây cũng là địa điểm lý tưởng phục vụ cho việc nghiên cứu khoa học, du lịch sinh thái. Rừng ngập mặn Cần Giờ đã trở thành "lá phổi" đồng thời là "quả thận" có chức năng làm sạch không khí và nước thải từ các thành phố công nghiệp trong thượng nguồn sông Ðồng Nai - Sài Gòn để ra biển Ðông. Quy mô khu du lịch Vàm Sát có diện tích hơn 1.800 ha và trên 800 ha rừng đước (5 - 20 tuổi), hơn 300 ha rừng tạp… Kể từ khi thành lập vào năm 2000, khu du lịch Sinh thái Vàm Sát đã xây dựng các điểm tham quan dựa trên môi trường tự nhiên sẳn có. Nhờ bàn tay con người, rừng đã dần hồi sinh và được trả về dáng vẻ uy nghiêm và sự rộng lớn vốn có trước đây. Theo đánh giá của các chuyên gia nước ngoài, rừng ngập mặn Vàm Sát-Cần Giờ là khu rừng được khôi phục, chăm sóc, bảo vệ và quản lý thuộc vào loại tốt nhất ở Việt Nam và thế giới. Du lịch sinh thái còn là hình thức mới với người dân Việt Nam. Trung bình mỗi tháng, Vàm Sát đón được 250-300 khách (90% là khách nội địa). Nhiều dự án quy hoạch đang được triển khai sẽ giúp Vàm Sát nói riêng và Cần Giờ nói chung trở thành điểm du lịch hấp dẫn đối với du khách. Tình hình nước cấp tại khu vực Hiện nay, nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt của người dân trên địa bàn huyện là 6.284m³/ngày (2,2 triệu m3/năm). Trong khi đó, tổng lượng nước thực tế mà Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn (Sawaco) cấp cho huyện Cần Giờ tại 3 họng nước ở các quận – huyện: 2, 7, Nhà Bè chỉ được 5.400m³/ngày. Vì vậy, hiện mỗi ngày địa bàn huyện Cần Giờ còn thiếu khoảng 900m³ nước sinh hoạt. Hơn 20 năm nay đã có hàng chục phương án cấp nước cho huyện Cần Giờ thay thế phương thức truyền thống là chở nước từ nơi khác đến, nhưng chưa có phương án nào thật sự hiệu quả. Hiện nay còn tồn tại ba phương án có tính khả thi: Dẫn nước bằng đường ống từ thành phố về Xây hồ chứa nước ngọt tại chỗ Xử lý nước nhiễm mặn thành nước cấp. Việc xây hồ nước ngọt tại chỗ đã được đề xuất từ lâu nhưng phương án này gặp nhiều trở ngại. Vì lượng mưa tại Cần Giờ thấp trong khi lượng nước bốc hơi lại khá lớn. Vào những năm 80 hồ nước ngọt thử nghiệm đã được xây dựng tại Vàm Sát, xã Lý Nhơn nhưng kết quả là chất lượng nước vẫn không phù hợp cho sản xuất nông nghiệp. Nước mưa người dân dự trữ trong mùa mưa được sử dụng rất hạn chế. Các ngành sản xuất thì được cấp nước bằng các tổ chức công ích. Các dịch vụ công ích này được thực hiện bởi Xí nghiệp giao thông đô thị của huyện. Cách thức ở đây là dùng xà lan đưa nước từ họng lấy nước ở cầu Tân Thuận của công ty cấp nước Sài Gòn. Lượng nước phục vụ hàng năm là 100.000m3/năm. Giá nước bán xỉ tại Lý Nhơn là 20.000VNĐ/m3, có khi lên tới 50.000VNĐ/m3. Tại trung tâm xã Lý Nhơn, lực lượng thanh niên xung phong làm nhiệm vụ vận chuyển nước. UBND huyện Cần Giờ đang kiến nghị Sawaco sớm triển khai thực hiện dự án đầu tư tuyến ống cấp nước Nhà Bè - Cần Giờ. Được biết, trong năm 2007, số tiền mà ngân sách thành phố chi phí cho việc vận chuyển hơn 1,6 triệu m³ nước sạch về cho huyện Cần Giờ là 37 tỷ đồng. Khảo sát nguồn nước tại Cần Giờ Nước ngầm Theo các tài liệu khảo sát thì trên địa bàn huyện Cần giờ không có nguồn nược ngọt trữ lượng lớn dưới đất. Nguồn nước ngầm ít ỏi phải khai thác ở độ sâu hơn 80m và thường có pH thấp, hàm lượng Fe cao, nhiễm Nitrat, sulphua, chlorua…không đạt tiêu chuẩn cấp nước ăn uống. Với nguồn nước ngầm hiếm hoi như vậy thì về lâu dài không thể là nguồn khai thác cấp cho ngành du lịch ngày một lớn mạnh ở Cần Giờ. Nước mưa Nguồn nước mưa cũng hạn chế và không đạt tiêu chuẩn về chất lượng lẫn số lượng để đáp ứng cho quy mô khu du lịch. Theo khảo sát của đài khí tượng thủy văn thì lượng mưa hàng năm tại Cần Giờ thấp, chỉ khoảng 1.300-1.700mm/năm. Nước mặt Toàn bộ địa bàn huyện chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều không đều với biên độ khá lớn: 3.6m-4.1m ở phía Nam và 2.8m-3.3m ở phía Bắc. Các sông rạch tại Cần Giờ đều bị nhiễm mặn. Nhưng đây là nguồn nước duy nhất có tính ổn định về trữ lượng và chất lượng phù hợp cho dự án xử lý nước nhiễm mặn cấp cho khu du lịch Vàm Sát-Cần Giờ. Đề xuất công suất phục vụ Bảng 2.1 Tiêu chuẩn dùng nước Đối tượng dùng nước  Tiêu chuẩn cấp nước tính theo đầu người (ngày trung bình trong năm) l/người.ngày   Thành phố lớn, thành phố du lịch, nghỉ mát, khu công nghiệp lớn.  300 - 400   Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, khu công nghiệp nhỏ  200 - 270   Thị trấn, trung tâm công - nông nghiệp, công - ngư nghiệp, điểm dân cư nông thôn  80 - 150   Nông thôn  40 - 60   Ghi chú: Cho phép thay đổi tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt của điểm dân cư ±10 ÷20% tuỳ theo điều kiện khí hậu, mức độ tiện nghi và các điều kiện địa phương khác. (Nguồn: Điều 2.3 TCXD 33-2006 ) Dựa vào quy mô khu du lịch ta xác định được công suất như sau: Số lượng du khách trung bình trên một ngày: 100 người/ngày.đêm. Số nhân viên phục vụ tại khu nghỉ dưỡng: 50 nhân viên/ngày.đêm. Với mức tiêu thụ nước theo tiêu chuẩn cấp cho khu du lịch là 300l-400l/người/ngày.đêm.(Lấy Max là 400l/người/ngày.đêm) Vậy lượng nước cần cung cấp là: Q = 150 người × 0.4 m3/người/ngày.đêm = 60 m3/ngày.đêm. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM MẶN Các phương pháp khử muối Phương pháp chưng cất / Hình 3.1 Quá trình chưng cất Quá trình chưng cất là quá trình đun nóng nước tới điểm sôi để chuyển thành dạng hơi, sau đó ngưng tụ lại thành nước tinh khiết. Thường ta áp dụng công nghệ chưng cất nhiều bậc (Multi-Stage Flash Distillation-MSF), nén hơi (Vapor Compress-VC) và chưng cất đa hiệu ứng (Multiple-Effect Distillation-MED). Nén hơi là làm bốc hơi nước đầu vào rồi nén hơi đó. Sau đó hơi nước được ngưng tụ và nhiệt giải phóng tiếp tục được sử dụng làm nhiệt cấp đầu vào. Công nghệ nén hơi dựa vào việc giảm áp suất vận hành để nước bốc hơi. Nhiệt lượng để nước bay hơi được cung cấp bởi một máy nén hơi: máy nén cơ khí (Mechanical Vapor Compression) hoặc injector hơi nước (Thermal Vapor Compression). Công nghệ nén hơi thích hợp cho các trạm chưng cất nước công suất vừa và nhỏ từ 3.000m3/ngày.đêm – 20.000m3/ngày.đêm. Chưng cất đa hiệu ứng chính là bốc hơi nước theo dạng chuỗi. Hơi nước từ một chuỗi được sử dụng làm bốc hơi trong hiệu ứng tiếp theo. Để tăng cường hiệu suất, mỗi giai đoạn sau được vận hành ở áp suất thấp hơn giai đoạn trước. Điều này cho phép nhà máy có thể hoạt động ở nhiệt độ cao (> 90oC) cũng như nhiệt độ thấp. Nhiệt độ bay hơi cao nhất là 55oC giúp giảm sự an mòn và đóng cặn đồng thời cho phép thải muối ở nhiệt độ thấp. Quy trình MED có thể có nhiều kiểu kết cấu khác nhau phụ thuộc vào bề mặt trao đổi nhiệt và hướng chuyển động tương đối của dòng nước muối so với dòng hơi nước. Phương pháp lọc màng Đối với các quá trình lọc, màng được hiểu theo nghĩa thông thường là rào chắn nhằm ngăn cách giữa các pha, hạn chế sự vận chuyển qua lại giữa các cơ chất một cách có chọn lọc. Màng có thể được cấu tạo thuần nhất hoặc tổng hợp; có thể có cấu trúc đối xứng hoặc không đối xứng, có thể mang điện dương hoặc âm, có thể trung hoà về điện tích nhưng cũng có thể mang cả 2 loại điện tích kể trên. Quá trình vận chuyển vật chất qua màng có thể được thực hiện dưới tác động của quá trình đối lưu, quá trình khuyếch tán phân tử, do trường điện từ, do nồng độ, do áp suất, do nhiệt độ….Độ dày của màng có khoảng thay đổi khá rộng, từ 100 µm đến vài mm. Quá trình lọc màng có thể tách 1 dòng thành 2 dòng riêng biệt : dòng thấm và dòng cô đặc. Dòng thấm là phần chất lỏng đi qua màng, trong khi dòng đậm đặc là dòng chứa những phân tử bị giữ lại ở màng. Các quá trình lọc màng được phân loại dựa vào động lực chuyển cơ chất qua màng, đặc tính loại màng và kích thước mao quản màng….Quá trình lọc màng trong công nghệ xử lí nước dùng để khử khoáng và làm mềm nước, khử màu và chất hữu cơ hoà tan,... Đặc biệt là quá trình xử lí nước tinh khiết, sản xuất dược phẩm hay xử lí bậc cao trong xử lý nước thải khi có nhu cầu hoàn lưu. Phân loại màng Bảng 3.1 : Các loại màng bán thấm Quá trình lọc  Microfiltration  Ultrafitration  Nanofiltration  Reverse osmosis   Kích thước lỗ rỗng (µm)  0.1-10  0.1-0.01  0.01-0.001  0.001-0.0001   Áp suất vận hành ( bar )  < 1  1-10  20-40  30-60   Microfiltration Microfiltration ( MF ) hay còn gọi là vi lọc là quá trình lọc có khả năng tách các phần tử có khích thước vài µm ra khỏi dòng thấm như : các vi khuẩn, vi sinh vật, các chất lơ lững có kích thước nhỏ, các phân tử có phân tử lượng lớn, các hạt sơn trong công nghệ sơn phun…..Kích thước thông thường của các phần tử này là 0.1-10µm. Có 2 loại vi lọc phổ biến: Lọc theo dòng chảy ngang ( crossflow filtration ) : dòng lưu chất vận chuyển song song với màng, áp suất làm cho một phần dòng lưu chất thấm qua bên kia màng lọc, trong khi các phần tử có kích thước lớn hơn mao quản màng ( lỗ màng ) sẽ được giữ lại và theo dòng đậm đặc ra ngoài. Lọc theo dòng chảy vuông góc ( dead-end filtration ) : hầu hết lưu chất đều đi qua màng và tất cả các phần tử rắn có kích thước lớn hơn lỗ màng sẽ bị giữ lại. / Hình 3.2 Lọc MF Lọc M F Hình 3.3 Lọc dòng vuông góc ( a ) và dòng ngang ( b ) Ultrafiltration Ultrafiltration ( UF ) là quá trình sử dụng màng để phân tách dòng chất lỏng hoặc loại các phần tử chất hoà tan có trong dòng. Về cơ bản UF không cho hiệu quả cao như NF ( nanofiltration ) nhưng lại không đòi hỏi nhiều năng lượng như NF. UF có khả năng loại trừ vi khuẩn, một vài loại protein, thuốc nhuộm và các cơ chất có phân tử lượng lớn hơn 10 000 dalton, và các hạt có kích thước từ 10-1000 A0. UF rất hiệu quả trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ. Hình 3.4 Lọc UF Nanofiltration Hình 3.5 Lọc NF Nanofiltration ( NF ) là quá trình sử dụng màng để tách dòng chất lỏng hoặc các phân tử có trong dòng. Về cơ bản, NF không cho hiệu quả cao như RO ( Reverse osmosis ) nhưng không tốn nhiều năng lượng như RO. NF có khả năng giữ các phân tử đường, muối kim loại hoá trị II, vi khuẩn, proteins,…Hiệu quả NF chịu ảnh hưởng bởi điện tích phân tử, các hạt có điện tích càng lớn càng dễ bị giữ lại. Màng lọc NF thường làm bằng cellulose acetate hoặc polyarmide có khả năng loại trừ 95% muối kim loại hoá trị II , 40% muối của kim loại hoá trị I và các hợp chất hữu cơ khối lượng phân tử từ 300 trở lên. Reverse Osmosis ( RO ) Hiện tượng thẩm thấu ngược RO (Reverse Omosis) Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên. Nước bao giờ cũng chuyển dịch từ nơi có nồng độ muối/ khoáng thấp đến nơi có nồng độ cao hơn. Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ muối khoáng từ 2 nơi này cân bằng.  Để làm điều ngược lại (thẩm thấu ngược), người ta dùng một áp lực đủ để đẩy ngược nước từ nơi có hàm lượng muối/ khoáng cao “thấm” qua một loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc có ít muối/ khoáng hơn. Hình 3.6 bên dưới minh họa cho 2 quá trình trên. Nước từ nơi sạch đến nơi có nồng độ muối cao hơn Áp suất cao đẩy nước qua màng, đến nơi tinh khiết Hình 3.6 Quá trình thẩm thấu tự nhiên và thẩm thấu ngược Màng RO có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau như: Cellulose Acetate, Aromatic Polyamide, Polymide hoặc màng TFC có những lỗ nhỏ tới 0.001 micron. Tất cả các màng này đều chịu áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorine không giống nhau. Tốc độ dòng chảy qua màng bán thấm rất chậm nên cần một diện tích màng lớn, do đó màng thường được quấn thành vòng xoắn hoặc quấn tạo thành từng ống có đầu bịt phía cuối. Với tốc độ và áp lực cực lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt của màng RO. Một phần trong số những phân tử nước “chui” qua được những lỗ lọc. Các tạp chất bị dòng nước cuốn trôi và “thải” bỏ ra ngoài. Với cách thức này, bề mặt của màng RO liên tục được rửa sạch và có tuổi thọ tới 2 - 5 năm. Hình 3.7 Cơ chế lọc của màng RO Màng lọc RO có khả năng loại trừ các loại vi sinh vật, khoáng chất, protein, thuốc nhuộm và đặc biệt là các muối vô cơ. Các hợp chất này có phân tử lượng từ 150-250 daltons và kích thước từ 1-10 A0. Các loại tạp chất không qua dược lỗ lọc, bị dòng nước rửa trôi trên bề mặt màng lọc và thải ra ngoài. RO được ứng dụng sản xuất nước tinh khiết hoặc các dung môi hữu cơ như ethanol, glycol. Các dung chất này có thể đi qua màng lọc trong khi các ion khác bị giữ lại trên bề mặt màng RO phổ biến nhất là sử dụng dòng chảy ngang, phương pháp này cho phép bề mặt màng luôn được làm sạch bởi dòng nước chảy ngang bề mặt, hạn chế tích tụ cặn. Quá trình này đòi hỏi một đông lực khá lớn để chuyển nước đi qua bề mặt màng, động lực này thường được tạo ra bởi các bơm cao áp. Áp lực tạo ra càng cao thì động lực càng lớn, màng lọc sẽ bị nén chặt dẫn đến giảm độ thấm qua màng. Khi nồng độ các dòng chất đưa vào càng cao thì đòi hỏi phải tạo ra động lực càng lớn. Quá trình tách chất bởi RO được tăng thêm hiệu quả nhờ điện tích của chính các ion. Điện tích ion càng lớn càng dễ bị màng giữ lại, chẳng hạn như các hợp chất khoáng thì dễ bị loại trừ ra khỏi dòng hơn so với các hợp chất hữu cơ không mang điện. Hình 3.8 Lọc RO Đặc điểm quy trình lọc RO RO có thể xử lý hầu hết các nguồn nước, tuy nhiên khi độ mặn của nước nguồn càng lớn thì hiệu quả xử lý càng thấp. Sản lượng nước thu được có thể lên tới 70% đối với nước lợ. Công suất tiêu biểu từ vài lít/ngày đến 20.000m3/ngày và có thể lắp đặt dây chuyền để đạt công suất cần thiết. Tổng chất rắn hòa tan đầu ra tiêu biểu (TDS) là 20mg/l đối với nước lợ. Nhà máy vận hành ở nhiệt độ thường, áp suất khoảng 15-25 bar cho nước lợ. Nếu áp suất vận hành càng lớn thì lưu lượng dòng thấm càng lớn, tỉ lệ dòng thấm nước đầu vào có thể từ 15-80%. Khi hàm lượng TDS càng cao làm cho áp suất thẩm thấu càng cao dẫn đến áp suất vận hành càng cao làm tăng chi phí xử lý. Ngoài ra khi TDS lớn sẽ dễ gây nghẹt màng và làm giảm tuổi thọ của màng. Do đó cần có hệ thống xử lý sơ bộ để loại TDS trước khi dẫn dòng nước vào hệ thống RO. Nhà máy RO chỉ đòi hỏi điện năng. Năng lượng tiêu thụ trung bình cho nước lợ là 1-2.5kWh/m3. Các loại module RO phổ biến trên thị trường Module dạng tấm ( Plate type module ) Kiểu này được cấu tạo từ việc xếp chồng các màng và các tấm đỡ. Chất lỏng cần xử lí lưu thông giữa các màng của 2 tấm kề nhau. Bề dày lớp chất lỏng từ 0.5-3 mm. Đồng thời các tấm phẳng bảo đảm hỗ trợ cơ học của màng và máng thấm lọc. Sự sắp xép chủa chúng cho phép dịch chuyển song song hoặc nối tiếp. Như vậy các tập hợp đơn có thể cấu tạo cho đến 50 m2 diện tích bề mặt. Với độ xiết chặt trung bình, các module có ưu điểm là dễ tháo gỡ, cũng như thay thế các màng và khi cần thiết có thể làm sạch toàn bộ. Chiều dài và hình ngoằn ngoèo của máng vận chuyển làm làm cho tổn thất tải tương đối lớn. / Hình 3.9 Một kiểu module dạng tấm Module dạng ống ( Tubular module ) / Hình 3.10 Module dạng ống Ống được chế tạo từ sứ, cacbon hoặc plastic rỗ có đường kính từ 3.2 mm (1/8 inch) đến 2.54 mm ( 1 inch ). Dòng thấm chảy qua thành ống và được thu ở phía ngoài ống. Các ống tiếp theo được đặt song song hoặc nối tiếp trong vỏ hình trụ tạo thành module đơn vị. Chế độ thuỷ động lực của dòng chảy được xác định hoàn hảo và tốc độ lưu thông có thể đạt tới 6 m/s, khi cần một chế độ chảy rối mạnh. Kiểu này không cần thiết bị lọc mịn sơ bộ chất lỏng và cũng rất dễ làm sạch.Chúng đặc biệt phù hợp cho xử lí chất lỏng có độ nhớt lớn. Nhược điểm là độ chặt nhỏ và giá thành cao. Kiểu sợi rỗng ( Hollow Fibre module ) / Hình 3.11 Kiểu sợi rỗng Sợi rỗng được chế tạo bằng máy ép đùn qua khuôn hình. Sợi có đường kính thay đổi từ vài chục micron tới vài milimet. Sợi rỗng này tương tự dạng ống, màng đặt bên trong. Nhưng sợi rỗng có đường kính nhỏ hơn nhiều và kết cấu đỡ đòi hỏi rắn chắc hơn. Những sợi rỗng được gom lại thành bó có từ hàng nghìn đến hàng triệu sợi. Độ rắn chắc của bó sợi có thể đạt giá trị rất cao. Dòng chất lỏng qua xử lí sẽ chảy từ bên trong ( lớp mặt trong ) hay bên ngoài ( lớp mặt ngoài ). Kiểu xoắn ( Spiral Wound Module ) Hình 3.12 Kiểu xoắn Tấm màng lọc được quấn quanh ống có khoan lỗ để thu nước thấm. Tiền xử lý cho RO Hầu hết các hệ thống lọc bằng màng đều đòi hỏi tiền xử lí cho nước đầu vào. Mục đích là để ngăn ngừa sự bít kín, tắc nghẽn và đóng cặn trong màng , tăng tối đa thời gian giữa các lần rửa màng đồng thời kéo dài tuổi tho của màng. Lựa chọn hệ thống để thực hiện quá trình tiền xử lí phụ thuộc vào chất lưọng dòng vào, loại màng và yêu cầu thiết kế của nó. Dưới dây là những thông số cần kiểm soát khi thiết kế RO: Hàm lượng chất rắn lơ lửng kiểm soát hàm lượng chất rắn lơ lững trong dòng vào nhằm ngăn ngừa sự bít kín hệ thống màng lọc, giảm số lần phải rữa lọc. Các nhà sản xuất màng lọc thường định sẵn hàm lượng rắn lơ lững và độ đục tối đa cho phép trong dòng vào đối với mỗi thiết bị lọc riêng biệt. Đối với hệ thống RO và NF, dòng vào hầu như không được có chất rắn lơ lững. Vi sinh Vi sinh bám màng lọc có thể phá huỷ màng. Thêm vào đó, màng cellulose acetate của lọc RO và màng lọc NF có thể bị thoái hoá bởi một vài chủng vi sinh. Khử trùng bằng chlorine là phương pháp được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, một số loại màng như polyamide RO không thể chịu được chlorine hoặc những chất oxy hoá mạnh khác. Do đó, nếu chlorine được sử dụng thì phải có hệ thống khử chlorine trước khi nước được đưa vào hệ thống lọc. Sắt và mangan Nếu có sự hiện diện của sắt hay mangan hay bất kỳ kim loại nặng nào đều có khả năng phá huỷ màng lọc. Quá trình tiền xử lí có thể vận dụng để loại sắt và mangan ra khỏi dòng vào như : Oxy hoá bằng oxy không khí, chlorine hoặc kali permangannate (KMnO4) theo sau là quá trình lọc cát. Dùng quá trình trao đổi ion. Hàm lượng chất hữu cơ Dầu, chất béo, các hydro carbon và một số các chất hữu cơ hoà tan có thể phá huỷ màng. Do đó, chúng không được phép hiện diện trong dòng vào. Quá trình keo tụ tạo bông, lắng, làm mềm bằng vôi có thể làm giảm hàm lượng hữu cơ trước khi vào hệ thống lọc. Lọc bằng than hoạt tính đôi khi được sử dụng để loại chất hữu cơ hoặc khử chlorine của nước đầu vào nhưng nó có thể gây ra các bụi than hoặc làm nhiễm vi sinh. pH Mỗi loại màng lọc được thiết kế để vận hành với khoảng pH khác nhau. Màng polyamide trong lọc RO và NF chịu được khoảng pH 4-10. Trong khi đó, một số loại màng cellulose acetate đòi hỏi pH ở mức nghiêm ngặt hơn từ 4 đến 6,4. Nhiệt độ nhiệt độ có thể làm biến đổi đặc điểm vật liệu và tuổi tho của màng, làm thay đổi tính tan của các hợp chất vô cơ, giảm khả năng khử khoáng của màng. Các thông số đánh giá hiệu suất làm việc của hệ thống lọc RO Tỉ lệ nước sạch ( Water recovery ) Phần trăm lượng nước cấp vào thành nước thành phẩm ( nước khử muối )
Trong đó : Qp : Lưu lượng nước sạch ( m3/ngày ) Qf : Lưu lượng nước vào ( m3/ngày ) Hệ thống RO thường được thiết kế với : Rc = 50-60 % cho nước lợ Rc = 20-35% cho nước biển Tỷ lệ thải muối ( Rejection) Lượng muối tổng cộng thải bỏ trong dòng đậm đặc ( dòng nước muối )
Trong đó : Cp : Hàm lượng muối của dòng nước sạch Cf : Hàm lượng muối của dòng nước vào. Hàm lượng muối được đánh giá bằng chỉ tiêu TDS hoặc độ dẫn điện ( Rj > 90% đối với nước lợ ). Tỷ lệ muối qua màng (Overall Salt Passage)
Thông thường, RO có : SP = 0.5-15% đối với các ion hoá trị 1. SP = 0.05-8% đối với ion hoá trị 2 Bảng 3.2 Hiệu suất loại bỏ tạp chất của màng RO Nhôm  97-98%  Nickel  97-99%   Ammonia  85-95%  Nitrate  93-96%   Arsenic  94-96%  Phosphate  99+%   Vi khuẩn  99+%  Polyphosphate  98-99%   Bicarbonat  95-96%  Potassium  92%   Bromide  93-96%  Pyrogen  99+%   Cadmium  96-98%  Radioactivity  95-98%   Canxi  96-98%  Radium  97%   Chloride  94-95%  Selenium  97%   Chromate  90-98%  Silica  85-90%   Chromiu  96-98%  Silicate  95-97%   Đồng  97-99%  Bạc  95-97%   Cyanide  90-95%  Natri  92-98%   Ferrocyanide  98-99%  Sulphate  99+%   Flouride  94-96%  Sulphite  96-98%   Sắt  98-99%  Thiếc  98-99%   Chì  96-98%  * Virus  99+%   Magiê  96-98%  * Insecticides  97%   Mangan  96-98%  * Detergents  97%   Thủy ngân  96-98%  * Herbicides  97%   TDS  95-99%       Phương pháp trao đổi ion IE (Ion Exchange) Trao đổi ion là quá trình lý hóa trong đó các ion chuyển từ pha rắn sang pha lỏng và ngược lại. Các ion đối ở các nhóm chức mang điện trên bề mặt pha rắn sẽ trao đổi với các ion cùng dấu trong dung dịch khi tiếp xúc với pha rắn của hạt nhựa. Phân loại nhựa trao đổi ion: Nhựa cation axit mạnh (R-H hoặc R-Na) Trao đổi muối trung tính thành axit tương ứng. Dung dịch hoàn nguyên là HCl và H2SO4 đối với R-H và NaCl đối với R-Na. RH + NaCl → RNa + HCl Nhựa cation axit yếu (R-XH) Trao đổi muối kiềm thành axit yếu tương ứng nhưng không trao đổi với muối trung tính (NaCl, H2SO4). Nhựa này có nhóm chức Cacboxylic và sử dụng HCl hoặc H2SO4 để hoàn nguyên. Ca(HCO3) + 2R-H → CaR2 + 2H2CO3 Nhựa anion kiềm mạnh (R-OH hoặc R-Cl) Chuyển hóa muối trung tính thành các bazơ mạnh tương ứng (NaCl, CaSO4) nếu hoạt động theo chu trình hydroxit. Nhựa này thường có nhóm chức ammonium. Dung dịch hoàn nguyên là NaOH cho chu trình OH-, NaCl cho Cl-. SO42- + 2R-OH → R2SO4 + 2OH- Nhựa anion kiềm yếu (R-OH): Trao đổi các axit khoáng tự do như HCl, H2SO4 thành nước nhưng không trao đổi với các axit phân ly yếu như H2CO3, H2Si03. Dung dịch hoàn nguyên là NaOH và dung lượng trao đổi khá lớn. Quá trình trao đổi ion thường được áp dụng cho khử cứng và khử khoáng cho nước cấp nồi hơi, nước tinh khiết cho công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý các ion gây độc như NO3-, NO2- hoặc xử lý nước thải chứa các kim loại nặng như đồng (Cu), chì (Pb), kẽm (Zn), crom (Cr), và Amonia (NH3) trong công nghiệp xi mạ, hóa chất để thu hồi các kim loại có giá trị kinh tế. Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp này để khử mặn sẽ không hiệu quả kinh tế bằng phương pháp thẩm thấy ngược (RO) và điện thẩm tích. Khử muối của nước bằng phương pháp trao đổi ion tức là lọc qua bể lọc H-cationit và OH-anionit. Khi lọc nước qua bể lọc H-cationit, các muối hòa tan trong nước sẽ trao đổi cation với các ion H+ và tạo ra các acid tương ứng. RH + NaCl → RNa + HCl 2RH + Na2SO4 → 2RNa + H2SO4 2RH + Ca(HCO3)2 → R2Ca +2CO2 + 2H2O Khi lọc tiếp qua bể lọc OH-anionit, các hạt anionit này sẽ trao đổi với các anion của các acid mạnh trong nước như Cl-, SO42- và nhả vào nước một lượng tương đương ion OH-. [An]OH + HCl → [An]Cl + 2H2O 2[An]OH + H2SO4 → [An]2SO4 + 2H2O Phương pháp làm lạnh (Freezing Seperation_FS) Phương pháp làm lạnh FS bao gồm hai quy trình: quy trình làm lạnh trực tiếp và quy trình làm lạnh gián tiếp. Trong quy trình làm lạnh trực tiếp, tác nhân lạnh được trộn trực tiếp với nước muối. Trong quy trình gián tiếp, tác nhân lạnh được tương tác với nước thông qua một bề mặt trao đổi nhiệt. Quy trình này cần sử dụng một máy nén lạnh tuần hoàn tác nhân lạnh, tác nhân này sẽ bốc hơi khi nước đóng băng và ngưng tụ khi đá tan. Các tinh thể đá tạo thành tuyết trong nước muối và được tách khỏi nước muối bằng phương pháp ly tâm. Lượng đá thu được sau đó sẽ đưa vào thiết bị nóng chảy để tạo nước ngọt. Một thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng để thu lại năng lượng từ nước ngọt và làm lạnh nước muối đầu vào của mẻ sau. So sánh các phương pháp khử mặn Bảng 3.3 Ưu nhược điểm của các phương pháp khử muối lựa chọn Phương pháp  Ưu điểm  Khuyết điểm   Làm lạnh  - Nồng độ TDS không ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình - Vấn đề ăn mòn và đóng cặn rất ít.  - Chi phí đầu tư cao - Kinh nghiệm vận hành còn hạn chế - Không phù hợp ở nơi có nhiệt độ cao.   Chưng cất  - Nhà máy không cần phải đóng cửa một bộ phận lớn để làm sạch hoặc thay thế thiết bị thường xuyên.  - Chiếm nhiều diện tích - Việc tẩy rữa cặn lắng đọng ở các bề mặt tiếp xúc rất khó khăn.   Trao đổi ion  - Xử lí các ion trong nước gần như triệt để  - Chi phí cao trong cả thiết kế và vận hành. - Thường xuyên phải gián đoạn để tiến hành hoàn nguyên cột nhựa.   Lọc màng RO  - Không có pha chuyển tiếp trong tách tạp chất cho phép tiến hành quá trình với chi phí năng lượng thấp. - Có thể tiến hành ở nhiệt độ phòng và không có bổ sung hoặc ít bổ sung hoá chất - Đơn giản trong kết cấu, chiếm ít diện tích mặt bằng xây dựng  - Phát sinh hiện tượng phân cực nồng độ do sự tăng nồng độ ở bề mặt màng dẫn đến giảm năng suất, giảm mức độ phân tách các cấu tử và giảm tuổi thọ của màng - Tiến hành quá trình ở áp suất cao nên cần có bộ phận làm kín đặc biệt và rất khó khăn trong sữa chữa, bảo trì.   CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ Chất lượng nước thô Theo kết quả quan trắc chất lượng nước sông tại trạm Vàm Sát năm 2007 của Chi cục Bảo vệ Môi trường Tp Hồ Chí Minh, ta có được bảng số liệu sau: Bảng 4.1 Số liệu quan trắc nước sông Vàm Sát_Năm 2007 Chỉ tiêu  Đơn vị tính  Nồng độ đầu vào   pH  -  6,8   Tổng chất rắn lơ lửng_TSS  mg/l  219,4   Độ dẫn điện_EC  mS/m  1.683,5   Độ mặn_Salinity  ‰  18-20   Mg2+  mg/l  615   Ca2+  mg/l  125   COD  mg/l  7,32   BOD5  mg/l  2,93   Tổng chất rắn hòa tan_TDS (1)  mg/l  8.417,5   Nồng độ Cl- (2)  mg/l  9.963-11.070   Độ cứng tổng (3)  eq/m3  57,5   Ta có công thức chuyển đổi từ độ dẫn điện EC (Electrical Conductivity) sang TDS (Total dissolved Solid) như sau: TDS (mg/L) = 0,5 × EC (µS/cm) = 0,5 × 16.835 µS/cm = 8.417,5 (mg/L). (Nguồn: Công thức chuyển đổi từ độ mặn (Salinity_‰) sang nồng độ Cl- (mg/L) như sau: Salinity (g/L) = 1,8066 [Cl-] (g/L) →[Cl-] = 9,963 – 11,07 (g/L) = 9.963 – 11.070 (mg/L). (Ta có: 1‰ = 1.000 mg/L = 1g/L) (Nguồn: ) (3) Tính toán độ cứng: Ca2+ : 125 × 50 20 = 312,5 mg/l CaCO3 Mg2+ : 615 × 50 12 = 2562,5 mg/l CaCO3 → Độ cứng tổng: 2875 mg/l CaCO3 = 57,5 eq/m3. Yêu cầu thiết kế Yêu cầu theo tiêu chuẩn chất lượng nước đầu ra Nhiệm vụ cần hoàn thành của hệ thống xử lý nước nhiễm mặn này là cần phải đảm bảo chất lượng nước cấp ăn uống và sinh hoạt theo tiêu chuẩn của Bộ Y Tế Việt Nam. Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống 1329/2002/BYT/QĐ Bảng 4.2 Chỉ tiêu cảm quan và thành phần vô cơ STT  Tên chỉ tiêu  Đơn vị tính  Giới hạn tối đa  Phương pháp thử   1  pH  NTU  6,5-8,5  AOAC hoặc SMEWW   2  Độ cứng  mg/l  300  TCVN 6224-1996   3  Độ đục  mg/l  2  (ISO 7027-1990) TCVN 6184-1996   4  Mg2+  mg/l  30    5  Ca2+  mg/l  75    6  Độ oxy hóa  mg/l  2  Chuẩn bằng KMnO4   7  Ammoniac  mg/l  1,5  TCVN 5988-1995 (ISO 5664-1984)   8  Nitrat  mg/l  50  TCVN 6180-1996 (ISO 7890-1988)   9  Nitrit  mg/l  3  TCVN 6178-1996 (ISO 6777-1984)   10  Clorua  mg/l  250  TCVN 6194-1996 (ISO 9297-1989)   11  Sulfat  mg/l  250  TCVN 6200-1996 (ISO 9280-1990)   12  Natri  mg/l  200  TCVN 6196-1996 (ISO 9964-1993)   13  Kali  mg/l  12    14  TDS  mg/l  1000  TCVN 6053-1995 (ISO 9696-1992)   Yêu cầu về chi phí xử lý và giá thành 1 m3 nước Theo số liệu tham khảo từ hệ thống xử lý nước nhiễm mặn tại Cần Giờ của tập đoàn Đặng Đoàn Nguyễn đã chính thức đi vào hoạt động từ ngày 8/8/2008, với tổng chi phí đầu tư là 95 tỉ đồng, công suất xử lý là 5.300m3/ngày.đêm. Nước sạch được bán cho Công ty dịch vụ công ích với giá 12.000VNĐ/m3. Tuy nhiên lượng nước này vẫn còn thiếu so với nhu cầu 10.000m3/ngày.đêm, do đó ngân sách thành phố hàng năm phải trợ giá gần 50 tỉ đồng để bù giá nước và chi phí vận chuyển nước bằng xà lan từ nội thành ra cung cấp cho người dân. Theo tình hình vận chuyển nước từ Thành phố đến địa bàn huyện cũng phải tiêu tốn một khoản chi phí từ 20.000 VNĐ-50.000 VNĐ/m3 nước ngọt. Do đó yêu cầu của hệ thống đang thiết kế phải đảm bảo giá nước nhỏ hơn 15.000VNĐ/m3. Yêu cầu về diện tích đất sử dụng Vì giá đất hiện nay khá cao và phải hạn chế khai thác sang phần đất ngập mặn dùng cho mục đích bảo tồn và du lịch nên khi thiết kế hệ thống cần chú ý đến diện tích đất sử dụng. Nếu cần thiết nên sử dụng đất không còn có thể khai thác kinh tế để xây dựng hệ thống. Do đó diện tích đất được yêu cầu ở đây là phải nhỏ hơn 650m2 (chọn kích thước bãi đất như sau dài×rộng là 32m×20m). Yêu cầu về quản lý và vận hành hệ thống Tất cả hệ thống trong dây chuyển xử lý đều hoạt động tự động, do đó cần một nhân viên chuyên môn kỹ thuật có khả năng giải quyết sự cố trong quá trình vận hành. Đề xuất lựa chọn công nghệ xử lý Một số công nghệ xử lý nước nhiễm mặn Mô hình RO theo tiêu chuẩn ngành / Hình 4.1 Sơ đồ kiểu mẫu cho hệ thống RO Trên đây là sơ đồ tiêu biểu cho các hệ thống RO dùng xử lý nước biển, nước nhiễm mặn cũng như nước thủy cục. RO luôn cần bước tiền xử lý để tránh cho màng RO bị nghẹt làm chất lượng nước kém và cũng làm giảm tuổi thọ màng. Bước 1: Tiền xử lý bằng các phương pháp truyền thống như lắng, lọc thô hoặc lọc màng và lọc tinh. Bước 2: Sử dụng màng lọc RO với bơm áp suất cao để khử muối Bước 3: Ổn định hóa nước sau lọc bằng các phương pháp như điều chỉnh hóa chất, khử trùng …vv. Dự án xử lý nước nhiễm mặn tại Cần Giuộc-Long An Công nghệ xử lý nước nhiễm mặn Cần Giuộc cấp cho khu dân cư với công suất 100m3/ngày.đêm. (Viện MT và TN-Trung tâm công nghệ Môi trường CEFINEA) Thuyết minh công nghệ: Nước mặt từ sông qua công trình thu nước, sau đó được bơm trực tiếp vào bể keo tụ. Bể keo tụ có tác dụng làm kết dính các chất rắn lơ lửng trong nước. Từ bể keo tụ nước được chảy thủy lực vào bể tạo bông. Bể tạo bông có tác dụng kết hợp các chất keo tụ ở dạng kích thước nhỏ thành các hạt bông kích thước lớn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng. Tiếp đó nước tự chảy qua bể lắng. Các chất bẩn hữu cơ tồn tại ở trạng thái lơ lửng sẽ kết tủa và lắng xuống đáy bể dưới tác dụng của trọng lực. Lượng chất bẩn này sẽ được định kỳ xả bỏ. Nước sau lắng tự chảy vào bể chứa trung gian. Từ bể chứa này, nước được bơm qua bồn lọc áp lực. Bể lọc này có tác dụng giữ lại những cặn bẩn, các chất rắn lơ lửng khó lắng ở bể lắng. Sau đó nước tự chảy tiếp vào bồn lọc tinh 5µm và chảy tiếp vào bồn chứa nước. Tiếp đó nước được bơm vào hệ thống lọc RO, hệ thống này sẽ loại bỏ ion Cl- là tác nhân gây ra độ mặn trong nước.Nước sau quá trình lọc thẩm thấu ngược sẽ tự chảy vào bề chứa thành phẩm. Nhà máy khử mặn Tajura, Libya Nhà máy khử mặn Tajura được xây dựng năm 1983 với công suất 10.000m3/ngày.đêm. Nhà máy Tajura khử mặn bằng công nghệ RO ( SWRO – Seawater Reverse Osmosis ) với mục đích cung cấp nước chất lượng cao cho ăn uống và một số ngành công nghiệp. Hệ thống xử lí được chia thành 3 phần : Công trình thu nước biền, các công trình tiền xử lí ( pretreament ), 2 giàn lọc màng RO chia thành 2 cụm riêng biệt. B Hình 4.2 Sơ đồ công nghệ nhà máy khử mặn Tajura Bảng 4.3 Chất lượng nước vào và ra hệ thống Thành phần  Nước biển ( mg/l )  Nước sau xử lí ( mg/l )   Calcium Ca2+ Magnesium Mg2+ Sodium Na+ Potassium K+ Silica Si+ Chloride Cl- Biocarbonate HCO3- Sulphate SO42- Nitrate NO3- TDS pH  455 1.427 11.600 419 2 20.987 163 2.915 0 38.000 8,3  0 0 67 3 0 97 16,8 - 0 232 8   Công trình thu : Nước biển từ Địa trung hải được bơm qua hai ống chìm đến bể chứa 1 920 m3. Sau đó, nước được bơm đến khu tiền xử lí bằng 3 bơm chìm ( 2 bơm hoạt động, 1 bơm dữ trữ ). Tiền xử lí: Vai trò của tiền xử lí là khử nước biển đến chất lượng có thể chấp nhận được cho hệ thống RO xử lí tiếp. Tiền xử lí bao gồm các công trình chính sau: - Lọc Media (lọc thô) - Bơm rửa ngược - Ống thổi khí ( dùng để rửa lọc ) - Lọc Cartridge (lọc tinh) - Hệ thống trộn hoá chất Hệ thống lọc RO: Nhà máy SWRO bố trí 2 giai đoạn lọc RO riêng biệt để tạo 10000 m3/ngày nước sạch với chất lượng cao ( TDS < 200mg/l). Giai đoạn 1 gồm 4 cột RO hoạt động song song. Mỗi cột có 99 ống lọc. Mỗi ống lọc chứa chứa 6 màng RO kiểu xoắn. Tỷ lệ nước sạch tại nhà máy là 30%. Công nghệ đề xuất cho khu du lịch Vàm Sát-Cần Giờ Sơ đồ công nghệ: cấp nước ăn uống sinh hoạt 1329/2002. Thuyết minh công nghệ: Nước từ sông Vàm Sát được bơm vào bể chứa trung gian nhằm điều hòa hàm lượng SS, độ mặn, lượng ion hòa tan, hàm lượng vi sinh, độ màu, chất hữu cơ…vv của nước sông. Từ bể chứa nước được bơm vào bể phản ứng kết hợp lắng vách ngăn để làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng trong nước. Trên đường bơm đến ngăn phản ứng tạo bông ta châm dung dịch phèn trực tiếp vào nước qua ống trộn để hòa trộn nước và hóa chất. Để gia tăng sự kết dính của các hạt cặn trong nước ta dùng thêm Polymer trợ keo được châm vào ngăn phản ứng của bể. Sau đó nước ở ngăn lắng tự chảy qua bồn chứa trung gian, từ đây ta dùng bơm áp lực để bơm nước vào bồn lọc áp lực, bồn này có nhiệm vụ giữ lại các cặn nhỏ khó lắng trong ngăn lắng. Bồn lọc cần được kiểm tra và rửa lọc định kỳ. Nước từ đây chảy tiếp qua bồn lọc than hoạt tính để khử màu, mùi, tiếp theo là bồn lọc tinh 10µm và 5 µm nhằm bảo vệ màng lọc RO phía sau. Kế đến là bồn chứa trung gian để tạo lưu lượng ổn định trước khi lọc qua RO. Sau khi lọc RO, nước cần được khử trùng bằng Clo nhằm tạo dư lượng Clo như chất lượng nước thủy cục và tạo cảm giác an toàn cho người sử dụng. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ Công trình thu Lưu lượng cần lấy mỗi ngày Trạm xử lý có nhiệm vụ cung cấp toàn bộ lượng nước cung cấp cho khu du lịch Vàm Sát-Cần Giờ với công suất 60 m3/ngày.đêm. Như ta đã biết, hệ thống RO được thiết kế với phần trăm lưu lượng nước lợ cấp vào thành nước ngọt Rc = 50-60 %. Chọn tỷ lệ nước sạch qua RO là 50%. Vậy lưu lượng cần lấy vào hệ thống mỗi ngày là: 60 0,5 = 120 m3/ngày.đêm Ngoài ra còn cần thêm lượng nước phục vụ cho việc rửa bồn lọc và bế lắng khoảng 5% lượng nước cấp vào. (Được phép lấy thêm 5- 10% tổng lưu lượng cấp ăn uống và sinh hoạt TCXD 33-2006). Vậy lưu lượng cần lấy vào mỗi ngày là: 120 + 120 × 0,05 = 126 m3/ngày.đêm. Chọn Q = 130m3/ngày.đêm Tiến hành thu nước Việc thu được tiến hành khá đơn giản, chỉ cần đặt đầu hút của máy bơm tại điểm cần lấy nước và tiến hành bơm nước. Mép dưới cửa thu nước phải đặt cao hơn đáy sông hồ tối thiểu 0,5m. Mép trên của cửa thu hay của các công trình đặt ngập thì phải đặt thấp hơn lòng trũng của sóng 0,3m.(Nguồn: TCXD 33-2006). Xung quanh đầu thu nước có bố trí lưới chắn rác làm bằng các thanh thép có kích thước ô lưới 4mm × 4mm, đường kính thép 1mm để giữ lại cặn, rong rêu có kích thước nhỏ với mục đích là bảo vệ bơm và đường ống. Lưới chắn này phải được kiểm tra thường xuyên để ngăn chặn sự cố bít đầu ống hút và gây nghẹt đường ống dẫn vào công trình tiếp nhận phía sau. Tính toán đường ống bơm Lưu lượng cần bơm mỗi ngày là 130m3/ngày.đêm hay 11m3/h (một ngày làm việc 2 lần, mỗi lần 6 tiếng vào lúc thủy triều kém, tránh hàm lượng cặn cao và độ mặn cao lúc triều cường). Chọn bơm có lưu lượng 12 m3/h, và sử dụng 2 bơm. Bảng 5.1 Đường kính ống hút và ống đẩy Đường kính ống (mm)  Vận tốc nước (m/s)    Ông hút  Ông đẩy   <250 300 – 800 >800  0,7 – 1,0 1,0 – 1,3 1,3 – 2,0  1,0 – 1,5 1,2 – 1,8 1,9 – 3,0   (Nguồn: Cấp nước đô thị_Nguyễn Ngọc Dung_Đại học Kiến Trúc Hà Nội). Chọn vận tốc ống hút là vh = 0,7 m/s. Vậy đường kính ống hút là: Dh = 4×𝑄 𝑣×п = 4×0,003 𝑚 3 /𝑠 0,9𝑚/𝑠×п = 74 mm. Chọn đường kính ống hút là 75mm. Tính lại vận tốc trong ống hút: vh = 4×𝑄 𝐷 ℎ 2 ×п = 4×0,003 𝑚 3 /𝑠 0,075 2 ×п = 0,69 ~ 0,7m/s. Chọn vận tốc ống đẩy vđ = 1,0 m/s Dđ = 4×𝑄 𝑣×п = 4×0,003 𝑚 3 /𝑠 1,0𝑚/𝑠×п = 65mm. Chọn đường kính ống đẩy là 63mm. Tính lại vận tốc trong ống đẩy: vđ = 4×𝑄 𝐷 đ 2 ×п = 4×0,003 𝑚 3 /𝑠 0,063 2 ×п = 0,96m/s ~1,0m/s. Cột áp toàn phần của máy bơm: H = Hhh + Hđ + Hh Hhh: Chiều cao bơm nước hình học ( Bể chứa đặt sau trạm bơm và có độ chênh cao trình tối đa là 10 m )
Hhh = 10 m Hd + Hh: Tổng tổn thất thuỷ lực trên ống đẩy và ống hút của bơm. Các tổn thất này bao gồm tổn thất dọc đường, tổn thất cục bộ. Tổn thất trên đường ống đẩy: Hđ = Hdđ + Hcb Tổn thất trên đường ống hút: Hh = Hdđ + Hcb Với Hcb = ξ 𝑉 2 2𝑔 ≈ 0 Hdđ = i × l, với i là độ dốc thủy lực của đường ống l là chiều dài ống (m) Trên ống hút ( dài 30 m ), tra i = 0,0218 Trên ống đẩy ( dài 10 m ), tra i = 0,0501 (Nguồn: Các bảng tính toán thủy lực_Bảng độ dốc thủy lực của ống nhựa dẻo_Th.S Nguyễn Thị Hồng_NXB Xây dựng). ΣHdđ = 0,0218 × 30 + 0,0501 × 10 = 1,155m Vậy cột áp toàn phần của máy bơm là: H = 10m + 1,155m = 11,155m ~11,2m Công suất tiêu thụ của máy bơm N= 𝑄.𝐻.𝜌 75.𝜂 (Hp) Trong đó: Q là lưu lượng bơm (Q = 12m3/h) H là cột áp toàn phần của máy bơm (m) 𝜌 là khối lượng riêng của nước (ρ = 1000kg/m3) η là công suất máy bơm, η = 0,72 ÷ 0,93. Chọn η = 0,75. → N = 12×11,2×1000 3600×75×0,75 = 0,6 Hp. Công suất động cơ bằng công suất tiêu thụ nhân với hệ số K = 1,5 ÷ 2,0. Công suất tiêu thụ = 0,6 Hp × 1,6 = 0,96 Hp. Chọn bơm Goulds có công suất 1Hp. Hồ chứa nước thô Hồ chứa có nhiệm vụ ổn định nồng độ muối, chất rắn hòa tan và chất rắn lơ lửng trước khi được bơm vào bể keo tụ phía sau. Chọn thời gian lưu là 3 ngày, mỗi ngày bơm vào bể chứa 12 tiếng. Thể tích bể chứa: V = Q × t = 11 m3/h × 36h = 396m3. Chọn kích thước hồ H × B × L = 2m ×12m × 15m. Tính đường ống dẫn qua ngăn phản ứng Với ống có dùng bơm, vận tốc nước chảy trong ống dao động trong khoảng 0,8 – 1,2 m/s. Chọn v = 1,0 m/s, lưu lượng nước từ bể chứa nước thô là 6,5m3/h ứng với thời gian làm việc 20h/ngày thì tiết diện ống dẫn là: F = 𝑄 𝑣 = 6,5 𝑚 3 /ℎ 1,0𝑚/𝑠 = 0,0018m2. → d = 4.𝐹 п = 4.0,0018 3,14 = 47,9 mm. Chọn d = 49mm. Tính lại vận tốc nước chảy: v = 0,954m/s (thõa). Chọn 2 bơm Goulds làm việc luân phiên có công suất 1Hp để bơm nước qua ngăn phản ứng của bể phản ứng tạo bông kết hợp lắng. Trên đường ống dẫn tới ngăn phản ứng tạo bông ta dùng bơm định lượng bơm dung dịch phèn nhôm vào hòa trộn ngay trên đường ống (sử dụng ống trộn). Và trước ngăn phản ứng ta châm thêm Polymer làm chất trợ keo tụ. Hình 5.1 Bơm định lượng Tính tóan lượng phèn nhôm cần thiết cho quá trình keo tụ tạo bông Thời gian làm việc của các công trình phía sau bể chứa được chọn là 20h/ngày. Vậy công suất tính toán là 6,5m3/h. Ta thấy pH của nước chúng ta đang tiến hành xử lý là 6,8 nên ta sử dụng phèn nhôm là thích hợp nhất, hơn nữa phèn nhôm không gây ra nguy cơ ăn mòn như phèn sắt. Bảng 5.2 Lượng phèn để xử lý nước đục Hàm lượng cặn của nước nguồn(mg/l)  Liều lượng phèn nhôm(Al2(SO4)3) không chứa nước (mg/l)   đến 100  25÷35   101-200  30÷45   201-400  40÷60   401÷600  45÷70   601÷800  55÷80   801÷1000  60÷90   1001÷1400  65÷105   1401÷1800  75÷115   1801÷2200  80÷125   2201÷2500  90÷130   (Nguồn: Xử lý nước cấp_ Trần Ngọc Dung ) Nước mà chúng ta xử lý có hàm lượng cặn là SS = 216,3mg/l nên chọn hàm lượng phèn là 40mg/l (hay 40g/m3). Vậy lượng phèn Nhôm cần sử dụng trong 1 ngày là: 40g/m3 × 130m3 = 5200g = 5,2 kg/ngày. Để hòa trộn phèn, ta sử dụng một bồn nhựa PE có dung tích 200 lít dùng trong một ngày. Bể phản ứng tạo bông kết hợp lắng vách nghiêng Ngăn phản ứng Dùng cánh khuấy turbin với Gradient vận tốc từ 20-30s-1 nhằm tạo điều kiện cho cặn lơ lửng kết dính với phèn Al có thêm chất trợ keo là Polymer. Ngăn phản ứng nằm ngay trước ngăn lắng vách nghiêng và được ngăn cách bởi một tấm đục lỗ nhằm phân phối nước đều vào ngăn lắng mà không làm xáo trộn bùn cặn ở phễu thu. Chọn thời gian lưu nước 20 phút.(Qui chuẩn từ 10-30 phút). Thể tích bể: V = Q.t = 0,0018m3/s×1200s = 2,16 m3. Trong đó chiều cao ngăn phản ứng phải bằng chiều cao ngăn lắng trừ đi chiều cao vùng chứa cặn, và chiều rộng cũng bằng chiều rộng ngăn lắng. Vậy kích thước ngăn phản ứng H ×B × L = 2,3m× 0,8m× 1,2m. Chọn cánh khuấy chân vịt 3 cánh (có hệ số sức cản nhỏ và phù hợp với công suất nhỏ). Công suất của máy khuấy: P = G2.µ.V Trong đó: G là gradient vận tốc, chọn G = 30-1 µ là độ nhớt động lực của nước, ở 25oC µ = 0,001kg.m2/s V là thể tích khuấy trộn của máy, m3 → P = 302 × 0,001 × 2,16 = 1,944 W. Tốc độ chuyển động của cánh khuấy: v = 2.п.𝑅.𝑛 60 (m/s) Trong đó: R (m) là bán kính chuyển động của cánh khuấy, tính từ mép ngoài của cánh đến tâm trục quay. Chọn đường kính cánh khuấy là 0,5m. n là số vòng quay trong một phút, chọn n = 3 vòng/phút. Vậy : v = 2×3,14×0,25×3 60 = 0,078 m/s. Tính toán lượng Polymer cần sử dụng Theo quy phạm, lượng Polymer được sử dụng như chất trợ keo tụ là 1 - 2 mg/l. Chọn lượng Polymer cần là 1mg/l (hay 1g/m3). Vậy lượng Polymer trong 1 ngày làm việc là: 1g/m3 × 130m3 = 130g = 0,13kg/ngày. Ngăn lắng Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào diện tích bề mặt lắng F, chế độ thủy lực của dòng chảy. Bể cho hiệu quả cao nhất khi chế độ chảy tầng Re 10-5. Bằng cách đưa vào vùng lắng của bể lắng ngang các ô lắng hình trụ đặt nghiêng một góc 60o so với phương ngang làm tăng diện tích bề mặt đáy bể lắng (cặn lắng chạm đáy hình trụ và trượt theo góc nghiêng xuống vùng thu cặn của bể). Nước trong đi lên vùng thu nước chảy vào máng thu ra ngoài, chế độ chảy trong các ống hình trụ luôn là chế độ chảy tầng Re < 2000 và dòng luôn ở trạng thái ổn định. 4 3 1 2 5 Hình 5.2 Sơ đồ cấu tạo bể lắng lớp mỏng kết hợp ngăn phản ứng Bể phản ứng tạo bông cặn; 2. Vùng phân phối nước; 3. Vùng đặt các ô lắng; 4. Máng răng cưa thu nước; 5. Vùng thu cặn và xả cặn. Diện tích cần thiết của bể lắng Công suất nước đi vào bể lắng: QL = α × Q = 1,05 ×6,5 m3/h = 0,0018 m3/s. Trong đó α là hệ số dự phòng kể đến ảnh hưởng của dòng chảy rối trong vùng lắng. Tính diện tích mặt bằng cần sử dụng công thức: uo = 𝑄 𝐿 𝐹 × 𝑊 𝐻.𝑐𝑜𝑠𝛼+𝑊. 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 Trong đó uo là tốc độ lắng của hạt bông cặn đã keo tụ. Chọn hiệu quả lắng các hạt bông cặn keo tụ R = 90% ứng với vận tốc lắng uo = 0,25mm/s. (Nguồn: Đường cong lắng của các hạt cặn keo tụ theo cách chiều cao lắng khác nhau_Trịnh Xuân Lai_Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp). Trong bể lắng đặt các tấm thép hình chữ nhật được đặt cách nhau 50cm, chiều dài lắng l = 1m đặt nghiêng 60o. Chiều cao khối trụ lắng H = l×sinα = 1×sin 60o = 0,867m Khoảng cách giữa các ống trụ W = 0,05m. → F = 𝑄 𝐿 𝑢 𝑜 × 𝑊 𝐻.𝑐𝑜𝑠𝛼+𝑊. 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 F = 1,8. 10 −3 2,5. 10 −4 × 0,05 0,867×𝑐𝑜𝑠 60 𝑜 +0,05× 𝑐𝑜𝑠 2 60 𝑜 = 0,85 m2. Chọn diện tích mặt bằng ngăn lắng F = 0,9 m2 với kích thước B × L= 0,8m × 2,1m. Kiểm tra lại vận tốc nước và hệ số Re: uo = 1,8. 10 −3 0,9 × 0,05 0,867×𝑐𝑜𝑠 60 𝑜 +0,05× 𝑐𝑜𝑠 2 60 𝑜 = 2,3.10-4 m/s. Vận tốc nước chảy trong ống lắng: vo = 𝑄 𝐿 𝐹.𝑠𝑖𝑛𝛼 = 1,8. 10 −3 0,9.𝑠𝑖𝑛 60 0 = 2,38.10-3 m/s. Ở nhiệt độ nước sông 25oC, υ = 0,91.10-6 m2/s, Re = 𝑣 𝑜.𝑅 𝜐 Bảng 5.3 Độ nhớt động học của nước to C  10  12  15  20  30  40   υ.10-6m2/s  1,31  1,24  1,14  1,01  0,81  0,66   (Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch_Trịnh Xuân Lai). Với R là bán kính thủy lực: R = 𝐵.𝐻 𝐵+2𝐻 = 1×0,867 1+2.0,867 = 0,317 m Re = 2,38. 10 −3 .0,317 0,91. 10 −6 = 829 < 2000. Nước trong bể chuyển động theo chế độ chảy tầng. Chuẩn số Froude: Fr = 𝑣 𝑜 2 𝑔.𝑅 = (2,38. 10 −3 ) 9,81×0,317 = 7,6.10-4 > 10-5. Dòng chảy trong bể là dòng chảy ổn định. Chiều cao bể lắng Chiều cao bể lắng gồm: Chiều cao phần nước trong bên trên các ống lắng h1 = 0,8m. Chiều cao đặt ống lắng nghiêng h2 = 0,867m. Chiều cao phần không gian phân phối nước dưới các tấm lắng đặt nghiêng h3= 0,6m. Chiều cao phần chứa cặn: cặn thu vào đáy hình chóp có cạnh xiên một góc 60o so với phương ngang. Kích thước dáy là 1m×1,5m. Vậy chiều cao phần chứa cặn là: h4 = 1,5/4 𝑡𝑔 30 𝑜 = 0,65 m Vậy tổng chiều cao xây dựng là: H= h1 + h2 + h3 + h4 = 2,9 m. Chọn chiều cao xây dựng là 3m. Vậy kích thước ngăn lắng B× H× L = 0,8m×3m×2,1m. Tính toán máng thu nước ra Máng thu nước được bố trí ở hai bên hông của bể. Chọn chiều dài cần thiết của máng bằng 2 lần chiều rộng của bể: Lm = 0,8m × 2 = 1,6m. Tải trọng máng thu: q = 𝑄 𝐿 𝑚 = 0,0018 𝑚 3 /𝑠 1,6𝑚 ×1000 𝑙 𝑚 3 = 1,125 l/s.m. (Quy phạm từ 1-3 l/s.m) Chọn tấm xẻ khe chữ V góc đáy 90o, chiều cao chữ V là 5cm, đáy 10 cm. Vậy với chiều dài máng là 0,8m thì số khe chữ V là 8 khe.