Vấn đề lựa chọn công nghệ xử lý

GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 28 CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.1. LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG PHÂN XƯỞNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA PHÂN XƯỞNG Vĩnh Long là một tỉnh nằm ở trung tâm khu vực đồng bằng sông Cửu Long, miền Nam Việt Nam Tỉnh Vĩnh Long nằm giữa sông Tiền và sông Hậu giáp các tỉnh Tiền Giang, Đồng Tháp về phía bắc, Bến Tre về phía đông, Trà Vinh về phía đông nam, Hậu Giang, Sóc Trăng và thành phố Cần Thơ về phía tây và nam. Bản đồ hành chánh tỉnh Vĩnh Long Chú thích: Tp vĩnh Long (Thị xã Vĩnh Long cũ) Huyện Tam Bình Huyện Long Hồ Huyện Vũng Liêm Huyện Mang Thít Huyện Trà Ôn Huyện Bình Minh Huyện Bình Tân GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 29 Vĩnh Long có 1 thành phố Vĩnh Long và 7 huyện là:  Huyện Bình Minh  Huyện Long Hồ  Huyện Mang Thít  Huyện Tam Bình  Huyện Trà Ôn  Huyện Vũng Liêm  Huyện Bình Tân (thành lập theo Nghị định 125/2007/NĐ-CP ngày 31 tháng 7 năm 2007) Theo kết quả điều tra ngày 01/04/2009, dân số tỉnh Vĩnh Long là 1.028.365 người. Chính vì mật độ dân số dầy đặc 697 người/km² , tỉ lệ người tập chung ở thành thị là 14.84% và ở nông thôn là 85.16% . Đồng thời với tốc độ phát triển kinh tế như hiện nay và trình độ dân trí ngày một nâng cao cho nên nhu cầu sử dụng nước uống đống chai là rất lớn .Vì đây là mặt hàng dể sử dụng và tạo được phong cách lịch sự phù hợp cho mọi nơi . Theo nghiên cứu ban đầu và quan sát thực tế thị trường thì mặt hàng nước uống đống chai còn rất ít cơ sở cung cấp. Các cơ sở sản xuất còn nhỏ lẻ , công nghệ lạc hậu thiếu tính cạnh tranh . Tiềm năng lớn nhất để xây dựng phân xưởng là huyện Long Hồ . Huyện Long Hồ có diện tích 192,9 km². Dân số 147.200 người , nằm ở phía bắc tỉnh Vĩnh Long, giáp tỉnh Tiền Giang qua sông Mỹ Tho (sông Tiền), phía đông bắc giáp tỉnh Bến Tre (huyện Chợ Lách), phía đông và đông nam giáp huyện Mang Thít, phía nam giáp huyện Tam Bình, phía tây giáp thành phố Vĩnh Long, phía tây nam giáp tỉnh Đồng Tháp (huyện Châu Thành). Huyện gồm 1 thị trấn huyện lị là Long Hồ và 14 xã: Long An, Phú Đức, An Bình, Bình Hoà Phước, Hoà Ninh, Đồng Phú, Tân Hạnh, Thanh Đức, Phước Hậu, Lộc Hoà, Hoà Phú, Long Phước, Phú Quới, Thạnh Quới.Ngay cạnh đó là một TpVL có diện tích là 48.01km2 , 147.039 nhân khẩu và mật độ dân số là 3.062 người / km2 . Trong Huyện còn có khu công nghiệp Hòa Phú với tốc độ phát triển cao , thu hút được nhiều đầu tư và nhân công lao động khắp mọi nơi đổ về . Ngoài ra huyện còn có một trường đại học , hai trường cao đẳng và nhiều trường trung cấp, trung học ,tiểu học, mẫu giáo nằm trải dài khắp huyện . Có số lượng sinh viên và học sinh khá lớn so với các tỉnh lân cận . Chính những thuận lợi về địa lý, mật độ dân số, tốc độ phát triển kinh tế và trên hết là nhu cầu về NUĐC ngày càng lớn góp phần tạo tiềm năng cho việc xây dựng phân xưởng NUĐC 4m3/h là cần thiết . GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 30 3.2. LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC ĐỂ SẢN XUẤT Trên địa bàn tỉnh Vĩnh Long nước dùng cho sản xuất NUĐC chủ yếu là từ nguồn nước máy hoặc là nước giếng vì công nghệ xử lý đơn giản, chi phí đầu tư ít. Tuy nhiên, hầu hết các nguồn nước ngầm trên địa bàn của Tỉnh đều đã bị ô nhiễm do quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa nên hầu như không còn đảm bảo chất lượng nguồn nước để sản xuất NUĐC theo quy trình cổ điển mà buộc phải là theo một quy trình cụ thể cho từng nguồn nước. Chính vì thế mà chất lượng của nguồn nước ngầm ở đây rất xấu, không đạt tiêu chuẩn chất lượng để sản xuất NUĐC. Nếu ta lấy nguồn nước này đi xử lý thì chi phí xử lý rất cao, dẫn đến không đạt hiệu quả về kinh tế, giảm khả năng cạnh tranh trên thị trường. Vì thế chúng ta cần phải tiến hành kiểm tra chất lượng nguồn nước bằng cách khoan thăm dò, gửi mẫu đến các cơ quan chức năng để đánh giá chất lượng nguồn nước và sau đó phải được sự cho phép của Sở Tài nguyên và Môi trường. Quy trình này phức tạp, tốn kém và tốn thời gian. Trong khi đó chất lượng nguồn nước máy tương đối ổn định và sẵn có. Chính vì lý do này mà ở đây chúng ta chọn nguồn nước máy để thiết kế quy trình sản xuất NUĐC đạt tiêu chuẩn. Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu kỹ về đặc điểm của nguồn nước máy tại phân xưởng. 3.2.1. NGUỒN NƯỚC THỦY CỤC ( NƯỚC MÁY ) TẠI HUYỆN LONG HỒ Huyện xử dụng nguồn nước chủ yếu là nhà máy nước Vĩnh Long cấp, một số xã còn lại xử dụng nước do các trạm xử lý vừa và nhỏ ở xã cấp ( chủ yếu cấp cho chính địa phương , khu vực nông thôn và vùng sâu ) Bảng 3.1 Kết quả chất lượng nước ( tháng 09 đến tháng 12 năm 2008) Chỉ tiêu Đơn vị Nhà máy nước Vĩnh Long Trạm xử lý nước xã An Bình Trạm xử lý nước xã Phước Hậu pH Clor dư Độ đục mg/l NTU 6,5 – 7,3 0,8 – 1,0 0,3 – 1,1 6 – 7,5 0,4 – 1,7 0,39 – 2,15 6,5 – 7,7 0,55 – 0,72 0,27 – 0,55 GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 31 Kiềm Mặn Cứng SS Độ dẫn NO2  NO3  SO4 2 Fe Mn Flour mg/l mg/l Cl  mg/l CaCO3 mg/l  s/cm mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 15 – 18 0,5 20 – 28 4 25 0,002 0,7 18 0 0,004 0,4 – 0,65 9 – 14 - 50 – 52 0,5 – 1,5 - 0,009 1,1 24 – 37 0,01 – 0,03 0,006 – 0,036 - 24 – 32 - 64 – 68 - - - - - 0,12 – 0,17 0,005 – 0,007 0,45 – 0,55 3.3. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.3.1. THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ Bảng 3.3 Thông số đầu vào và yêu cầu chất lượng nước uống đóng chai Chỉ tiêu Đơn vị Đầu vào Đầu ra Tiêu chuẩn chất lượng NUĐC ( TCVN 6096 – 2004) Yêu cầu chất lượng NUĐC đầu ra pH Clor dư Cứng TDS - mg/l mg/l CaCO3 mg/l 6,5 – 8,5 0,2 - 0,5 20 - 60 120 6,5 – 8,5 - - 500 6,5 – 8,5 0 0,1 30 GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 32 Mặn SS Độ dẫn điện mg/l Cl  mg/l  s/cm 10 – 20 1 – 4 - - - - - - 3.3.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Hình 3.2 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý NUĐC của phân xưởng dd NaCl 10% Nguồn nước thủy cục Cống xả Than đem đi chôn lấp Bồn chứa nước Lọc cát áp lực Trao đổi ion (Cation) Lọc than hoạt tính Nước thải bỏ Hóa chất thải bỏ Vệ sinh nhà xưởng Cống xã dd H2O2 dd H2O2 ozone ddNaOH;ddHCl ddH2O2 Lọc tinh 5 m RO(khửTDS) Ozone(diệtkhuẩn) Lọc tinh 0,2 m Đóng chai UV (diệt khuẩn) Bồn chứa nước tinh GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 33 3.4. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.4.1. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Nước thủy cục được đưa vào bồn chứa, sau đó được bơm vào bồn lọc cát áp lực nhằm loại các hạt cặn bẩn lơ lửng ra khỏi nước. Sau đó nước tiếp tục qua cột lọc than hoạt tính nhằm mục đích loại các chất độc hại gây mùi, các chất hữu cơ và khử Clor dư trong nước (vì Clor là chất oxy hóa mạnh, có thể làm cho nhựa và màng RO dễ bị lão hóa). Khi than hoạt tính không còn sử dụng được nữa thì được đem đi chôn lấp. Tiếp theo, nước tiếp tục qua cột trao đổi ion làm mềm nước, nhựa sử dụng là nhựa R-Na để loại bỏ các ion Ca2+, Mg2+ và các ion khác. Phần nước dơ chứa các ion gây cứng được thải bỏ ra cống xả. Nước mềm trước khi vào RO được lọc sơ bộ qua thiết bị lọc tinh (tránh làm tắc nghẽn màng RO), ở đây các hạt cặn có kích thước lớn hơn 5 m sẽ được giữ lại bằng các lõi lọc 5 m. RO là thiết bị lọc thẩm thấu ngược có nhiệm vụ chủ yếu là khử TDS tạo sự tinh khiết cho nước. Nước qua RO đạt tiêu chuẩn lý hóa về chất lượng nước uống đóng chai. Trước khi vào bồn chứa nước tinh, nước sau RO được tiệt trùng bằng phương pháp Ozone. Dưới tác dụng oxy hóa của Ozone trong nước, các tế bào vi sinh vật còn sót lại trong nước sẽ bị tiêu diệt. Xác vi sinh vật được giữ lại trong thiết bị lọc tinh bằng lõi lọc 0,2 m . Sau cùng, công đoạn thành phẩm (đóng chai), nước tinh được tiệt trùng lần nữa bằng tia UV trước khi đóng chai, đảm bảo chất lượng an toàn vệ sinh tuyệt đối cho nước uống đóng chai. 3.4.2. ĐẶC TÍNH CỦA CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.4.2.1. Bồn lọc cát áp lực a. Nhiệm vụ : Loại bỏ các hạt cặn bẩn lơ lửng vô cơ, hữu cơ có trong nước, đảm bảo không gây tắc nghẽn cột trao đổi ion và ảnh hưởng đến nhựa trao đổi. GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 34 b. Ưu điểm:  Gọn, có thể chế tạo tại công xưởng, lắp ráp nhanh, tiết kiệm đất xây dựng, thích hợp cho những nơi chật hẹp và quy mô xử lý nhỏ.  Nước có áp lực nên không xảy ra hiện tượng chân không trong lớp lọc, chiều cao lớp nước trên mặt cát chỉ cần 0,4 – 0,6 m đủ để thu nước rửa không kéo cát lọc ra ngoài.  Có thể tăng chiều dày lớp lọc để tăng vận tốc lọc. Tốc độ lọc trung bình khoảng 8 – 12 m/h. Khi lọc nước tuần hoàn vận tốc lọc có thể lấy từ 20 – 35 m/h. Khi lọc sơ bộ, khử sắt trong nước ngầm vận tốc khoảng 8 – 12 m/h. c. Khuyết điểm :  Hiệu quả kém khi xử lý nước đã qua keo tụ tạo bông (do phải dùng bơm, bơm nước vào bể lọc áp lực, dẫn đến cánh bơm làm phá vỡ bông cặn).  Do bể lọc kín, khi rửa không quan sát được nên không khống chế được lượng cát mất đi, bể lọc làm việc kém hiệu quả dần.  Không theo dõi được hiệu quả của quá trình rửa lọc do bể lọc làm việc trong hệ thống kín.  Được ứng dụng chủ yếu để lọc sơ bộ với nước có hàm lượng cặn thấp và công suất đòi hỏi không lớn khoảng dưới 5000 m3/ngày.  Khi mất điện đột ngột, nếu van một chiều bị hỏng hay rò nước hoặc xảy ra tình trạng rửa ngược thì cát lọc sẽ bị đưa về bơm. d. Cấu tạo và vận hành:  Vật liệu: Thép không gỉ hoặc composite  Hệ số giãn nở lớp vật liệu lọc: 10 – 50%  Đường kính lớn nhất: 4 – 5 m  Lớp vật liệu lọc dày: 0,7 – 1,2 m  Tốn thất áp lực lớn nhất: 6 – 8 m GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 35  Lớp nước trên mặt cát: 0,4 – 0,6 m  Rửa lọc có thể dùng nước thuần túy hoặc gió trước, nước sau.  Tốc độ lọc v = 8 – 20 m/h 3.4.2.2. Cột lọc than hoạt tính (hấp phụ) a. Nhiệm vụ: Xử lý bổ sung (loại Clor dư có trong nước thủy cục, bảo vệ nhựa và màng RO không bị lão hóa, do Clor là chất oxy hóa mạnh), loại các hợp chất sinh mùi vị, các chất dẫn xuất phenol hoặc hydroxyl, các chất ô nhiễm vi lượng (thuốc trừ sâu), kim loại nặng…đảm bảo nước có độ tinh khiết nhất định. b. Nguyên tắc hấp phụ:  Loại than hoạt tính sử dụng là GAC (Granule Activated Carbon), sử dụng trong cột lọc vật liệu cố định với dòng chảy từ trên đi xuống, tương tự bể lọc áp lực.  Hiện tượng chuyển hóa khối lượng: chất bẩn lỏng hoặc rắn được giữ lại trên bề mặt chất rắn ( than hoạt tính).  Một số chất nào đó có khả năng cố định trên bề mặt của chất rắn ( than hoạt tính). Hình 3.3 Nguyên tắc hấp phụ của than hoạt tính  Khả năng hấp phụ phụ thuộc chủ yếu vào những yếu tố sau:  Tính chất vật lý của than hoạt tính: như kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp xúc.  Tính chất lý hóa của các loại tạp chất cần loại bỏ.  Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt tính càng lâu, việc hấp phụ càng tốt. GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 36 c. Than hoạt tính (Activated carbon – AC):  Là loại than được xử lý từ nhiều nguồn vật liệu như tro của vỏ lạc ( đậu phộng), than gáo dừa hoặc than đá. Những nguyên liệu này được nung nóng từ từ ở nhiệt độ khoảng 6000C trong môi trường chân không, sau đó được hoạt tính hóa bằng các khí có tính oxy hóa ( như hơi nước, CO2 hoặc O2 ) ở nhiệt độ cao ( 800 – 9000C). Quá trình này tạo nên những lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp phụ và giữ các tạp chất.  Diện tích tiếp xúc của than hoạt tính rất lớn, khoảng 1000 – 1500 m2/g.  Các dạng kết cấu của than hoạt tính:  Dạng bột cám (Powdered – PAC): đây là loại được chế tạo theo công nghệ cũ, nay thường được sử dụng trong sản xuất pin, ac-quy.  Dạng hạt: (Granulated – GAC): là những hạt than nhỏ, rẻ tiền, thích hợp cho việc khử mùi, hiện nay được sử dụng cũng khá phổ biến. Tuy nhiên, nước thường có xu hướng chảy xuyên qua những khoảng trống giữa những hạt than thay vì phải chui qua những lỗ nhỏ.  Dạng khối đặc ( Extruded Solid Block – SB): là loại hiệu quả nhất để lọc cặn, khuẩn Coliform, chì, độc tố, khử màu, và khử mùi Clorine. Loại này được làm từ nguyên một thỏi than, được ép định dạng dưới áp suất tới 800 tấn nên rất chắc. Hình 3.4 GAC ( trái) và PAC  Than hoạt tính hấp phụ các chất ô nhiễm theo 3 bước sau:  Chất bị hấp phụ bị hấp phụ vào bề mặt ngoài của hạt than  Tiếp đó chất bị hấp phụ sẽ đi sâu vào trong các lỗ nhỏ của than hoạt tính GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 37  Cuối cùng chất bị hấp phụ bị giữ lại trong các lớp lỗ sâu của than hoạt tính.  Than hoạt tính chỉ có tác dụng với một lượng nước nhất định. Sau khi lọc được một khối lượng nước theo chỉ định của nhà sản xuất, than sẽ không còn khả năng hấp phụ nữa. Khi đó cần phải tái sinh than hoặc thay lớp than mới 3.4.2.3. Cột trao đổi ion (Cation) a. Nhiệm vụ: Khử các Cation có trong nước, ở đây chủ yếu khử cứng ( Ca2+, Mg2+…);giúp giảm bớt ảnh hưởng của các ion Canxi, Magie gây tắc nghẽn cho quá trình hoạt động của màng RO, nâng cao tuổi thọ của màng. Nước cấp cho RO nếu có độ cứng cao sẽ nhanh chóng gây đóng cặn màng, giảm đáng kể thời gian hoạt động của màng vì vậy người vận hành phải tiến hành rửa màng thường xuyên hơn khiến cho tuổi thọ của màng bị giảm nhanh chóng, ta sẽ phải tốn chi phí hóa chất nhiều hơn. Trong khi đó giá màng RO rất đắt, việc thay màng thường xuyên sẽ gây tốn kém trong sản xuất. b. Hoạt động: Cột trao đổi ion hoạt động gần giống như bồn lọc cát áp lực nhưng vật liệu lọc được thay bằng nhựa trao đổi ion là một loại nhựa tổng hợp được trùng ngưng từ Styren và Divinylbenzen. Khi tiếp xúc với nước đầu vào thì các cation trong nước như Ca2+, Mg2+ sẽ được thay bằng một lượng tương đương các ion Na+ từ nhựa trao đổi. Quá trình hoạt động của cột trao đổi có 2 giai đoạn chính, làm mềm và hoàn nguyên. Quá trình làm mềm được hiểu như sau: Nước đầu vào với các thành phần cation như Na+, Ca2+, Mg2+ và các anion như HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-,… thì khi qua lớp nhựa trao đổi ( ở đây là nhựa axit mạnh có tên C100 của hãng Purolite) thì các ion Ca2+, Mg2+ sẽ bị giữ lại trên hạt nhựa và lượng ion này sẽ được thay bằng một lượng tương đương ion Na+ như vậy nước đã được làm mềm. Sau quá trình hoạt động khi mà toàn bộ ion Na+ trong nhựa đã trao đổi hết thì để tiếp tục sử dụng nhựa ta phải hoàn nguyên chúng. Nhựa được hoàn nguyên như sau: Nhựa sau khi trao đổi hết sẽ được ngâm vào dung dịch NaCl có nồng độ khoảng 10% tại đây xảy ra quá trình nhả các ion Ca2+, Mg2+ trong GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 38 nhựa và lấy vào các ion Na+, muối NaCl biến thành dung dịch của các muối CaCl2, MgCl2 và một lượng dư của NaCl và được thải bỏ. Như vậy nhựa đã được trả về trạng thái ban đầu và bắt đầu một chu kỳ hoạt động mới. c. Nhựa Cation ( R – K):  Nhựa cation acid mạnh:  Nhóm chức: HSO3-, H2PO3-, nhóm chức phenolic OH-  Dung dịch hoàn nguyên:  R – H: HCl hoặc H2SO4  R – Na: NaCl R -K Acid yếu Chu trình Na+ R - Na Chu trình H+ R - H Acid mạnh GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 39 Hình 3.5 Cấu trúc nhựa Cation acid mạnh  Nhựa Cation acid yếu:  Trao đổi với muối kiềm ( HCO3-, CO32- ) thành acid yếu tương ứng nhưng không trao đổi với muối không kiềm ( NaCl, CaSO4)  Nhóm chức: carboxylic  Dung dịch hoàn nguyên: HCl hoặc H2SO4 Hình 3.6 Cấu trúc nhựa Cation acid yếu  Tính lựa chọn ion theo thứ tự:  Nhựa cation acid mạnh: Fe3+ > Al3+ > Ra2+ > Ba2+ > Ca2+ > Mg2+ > Cs+ > Rb+ > Na+ > H+ > Li+  Nhựa cation acid yếu: H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+ GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 40 d. Lưu ý:  Khử cứng ( Ca2+, Mg2+…) cho nước ăn uống, nước cấp nồi hơi ( ảnh hưởng do đóng cặn) thường sử dụng R – Na ( Nhựa cation acid mạnh chu trình Na) vì không tạo ra H+ gây pH thấp < 4,3 không sử dụng được): 2R – Na + Ca2+2R – Ca + 2Na+ Tuy nhiên cần phải cân nhắc lượng Na ( Na > 200 mg/l ảnh hưởng sức khỏe) sinh ra có ảnh hưởng đến sức khỏe không để quyết định có dùng trao đổi ion để khử cứng hay không.  Hàm lượng Fe > 0,3 mg/l: Không nên sử dụng trao đổi ion vì trong điều kiện có O2, Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ ( kết tủa) bám trên bề mặt nhựa làm giảm khả năng trao đổi ion.  TDS > 1000 mg/l: Không nên sử dụng trao đổi ion vì hiệu quả trao đổi kém ( do phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch) và chi phí hóa chất cao ( do nhựa có dung lượng trao đổi giới hạnphải hoàn nguyên nhiều  Nếu nước lấy từ mạng lưới nước cấp ( nước thủy cục) thì trong nước có chứa một lượng Clor dư ( là chất oxy hóa mạnh) sẽ oxy hóa nhựa, do đó cần khử Clor dư rồi mới trao đổi ion.  Trường hợp nước có vi sinh vật và điều kiện chất dinh dưỡng, vi sinh vật sẽ bám trên bề mặt nhựa làm giảm bề mặt tiếp xúc trao đổi, vì vậy cần phải khử trùng trước bằng tia UV ( không được sử dụng Clorine). 3.4.2.4. Lọc tinh a. Nhiệm vụ: Lọc tinh hay còn gọi là lọc cartridge là quá trình lọc để loại bỏ các cặn lơ lửng có kích thước rất nhỏ khoảng vài micron. Lọc tinh được ứng dụng trong nhiều quá trình xử lý nước nhưng tiêu biểu nhất là để loại bỏ cặn trước khi xử lý bằng màng thẩm thấu ngược. Việc sử dụng lọc cartridge sẽ lấy đi các cặn kích thước nhỏ giúp giảm bớt hiện tượng tắc GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 41 nghẽn màng RO do cặn nhờ vậy mà chu kỳ hoạt động của màng được kéo dài và tuổi thọ được nâng cao, tránh làm ảnh hưởng đến màng lọc RO khi có sự cố xảy ra cho các thiết bị phía trước. b. Cấu tạo: Thành phần cấu tạo chính của thiết bị lọc cartridge bao gồm lõi lọc ( cartridge) và vỏ lọc ( housing) trong đó lõi lọc là bộ phận đóng vai trò lọc loại bỏ cặn lơ lửng. Các loại lõi lọc trên thị trường hiện nay rất đa dạng cả về chủng loại lẫn kích thước phù hợp với nhiều mục đích và công suất khác nhau. Về chủng loại hiện nay thường có các loại như hình sau: Hình 3.7 Lõi lọc Cartridge GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 42 Trong các loại lõi lọc kể trên thì lõi dạng quấn ( string – wound) được sử dụng khá phổ biến trong quá trình loại bỏ cặn kích thước nhỏ trước khi xử lý bằng RO. Các lõi lọc than thường được ứng dụng để khử chất ô nhiễm trong nước ở qui mô nhỏ. Trong các loại lõi lọc trên thì lõi lọc ceramic là loại có khả năng loại bỏ cặn có kích thước nhỏ nhất có thể đến 0,2 m . Về kích thước của các lõi cũng rất đa dạng, đường kính lõi thường được chế tạo với kích thước 2,5 inch là phổ biến nhưng bên cạnh đó còn có loại Big Blue với đường kính 4,25 inch. Chiều dài của các loại lõi rất đa dạng, hiện nay thường có các lõi với các chiều dài như: 9,75”; 10”, 20”, 30”, 40”. Bên cạnh lõi lọc thì thành phần không thể thiếu đó là vỏ lọc ( housing), các nhà sản xuất vỏ lọc cũng sản xuất rất nhiều mẫu mã tương ứng với sự đa dạng của các loại lõi lọc. Vỏ lọc có 2 loại, loại đơn ( chỉ chứa 1 lõi lọc) và loại có khả năng chứa nhiều lõi lọc. Các vỏ lọc thường được chế tạo bằng nhựa hoặc thép không gỉ trong đó loại vỏ đơn thường được chế tạo bằng nhựa và loại chứa nhiều lõi thường được làm bằng thép không gỉ. GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 43 Hình 3.8 Vỏ lọc các loại 3.4.2.5. Thiết bị lọc màng RO a. Nhiệm vụ: chủ yếu là khử TDS, ngoài ra còn khử vi khuẩn,virus,khử màu,mùi. b. Màng ( Membrane):  Màng là bất cứ vật liệu nào hình thành lớp mỏng và có khả năng chịu được áp suất lớn để tách các thành phần trong dung dịch như chất lơ lửng, dung môi, chất hòa tan.  Màng thường được chế tạo từ cellulose acetate ( như màng thẩm thấu ngược), polymer hữu cơ (polymide), polymer vô cơ.  Màng có cấu trúc không đối xứng. c. Các dạng màng:  Màng xoắn (spiral–wound membrane): sử dụng phổ biến trong RO, xử lý nước cấp.  Màng sợi rỗng ( hollow – fiber membrane): Tăng kích thước màng, sợi rỗng có đường kính nhỏ hơn nhiều và kết đỡ phải chắc chắn, có thể sử dụng trong xử lý nước thải.  Màng đĩa (plate and frame membrane).  Màng ống (tubular membrane): ống chế tạo từ sứ (ceramic membrane), carbon, plastic, Dống = 2,5 – 3,2 mm. Bảng 3.4 So sánh giữa các loại màng GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 44 ( Nguồn: Jorgen Wagner, B.Sc. Chem. Eng, Membrane Filtration Handbook Practical Tips and Hints, 2001) Hình 3.9 Màng sợi rỗng Hình 3.10 Stainless steel membrane GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 45 Hình 3.11 Dạng màng xoắn 3.4.2.6. Thiết bị tiệt trùng a. Nhiệm vụ: Diệt vi khuẩn, virus có hại. Không giống như khử trùng nước sinh hoạt, việc khử trùng trong sản xuất nước uống đóng chai không sử dụng hóa chất như Clorine để đảm bảo không có mùi vị trong sản phẩm đầu ra, vì vậy người ta thường sử GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 46 dụng các phương pháp không hóa chất như dùng đèn UV hay sục khí Ozone để khử khuẩn. b. Tiệt trùng bằng tia cực tím ( UV)  UV là bức xạ điện từ có bước sóng từ 100 – 400 nm. UV có khả năng diệt khuẩn ở bước sóng 220 – 320 nm ( UV – C), khả năng diệt khuẩn cao nhất ở bước sóng 254nm.  UV có khả năng phá hủy cấu trúc AND, phá vỡ cấu trúc tế bào vi khuẩn làm chúng mất đi khả năng trao đổi chất. Các loại đèn UV:  Đèn UV cường độ thấp – áp suất thấp ( low-pressure low-intensity UV lamps)  Đèn UV cường độ cao – áp suất thấp ( low-pressure high-intensity UV lamps)  Đèn UV cường độ cao – áp suất trung bình ( medium-pressure low-intensity UV lamps) Bảng 3.5 Đặc tính vận hành các loại đèn UV Đơn vị Loại đèn Low-pressure low-intensity Low-pressure high-intensity Medium- pressure low- intensity Năng lượng tiêu thụ Dòng điện Điện áp Nhiệt độ Áp suất Kích thước đèn W mA v 0C mmHg m 70 – 100 350 – 550 220 35 – 45 0,007 0,75 – 1,5 200 – 500 Có thể thay đổi Có thể thay đổi 90 – 150 0,001 – 0,01 - 2 – 5 Có thể thay đổi 600 – 800 - GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 47  Chiều dài  Đường kính mm 25 – 30 Có thể thay đổi Có thể thay đổi Có thể thay đổi Có thể thay đổi ( Nguồn: Mefcaf & Eddy, Wastewater Engineering Treatment anh Reuse) Lưu ý:  Trước khi cho qua đèn UV, cần lọc thô ( 5 m ) trước để loại bỏ cặn. Bởi vì các hạt cặn có thể hấp thụ hoặc cản trở tia cực tím và có thể bám trên bề mặt của đèn, gây ảnh hưởng đến hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím.  Mặc dù có khả năng diệt 99,99% vi khuẩn, virus nhưng UV không có tác dụng với bất kỳ hóa chất hoặc kim loại nào. Do đó UV chỉ là công đoạn cuối cùng của quy trình xử lý nước uống. Ứng dụng:  Nuôi trồng, chế biến thủy sản  Chế biến thực phẩm, dược phẩm  Diệt khuẩn cho bệnh viện, khử trùng chất thải bệnh viện  Sản xuất điện tử  Nhà hàng, khách sạn  Sản xuất nước đóng chai Ưu điểm:  Nhỏ gọn, dễ lắp đặt và vận hành  Không sản sinh ra các chất độc hại và sản phẩm phụ  Không nguy hiểm khi quá liều  Cần thời gian tiếp xúc rất ngắn (vài giây) GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 48  Không gây mùi, không ảnh hưởng đến các khoáng chất trong nước  Không yêu cầu chỗ chứa các hóa chất độc hại Nhược điểm:  Chi phí vận hành cao  Độ vẩn đục của nước và chất nhờn bám vào đèn có thể ngăn cản tia cực tím tác dụng vào vi khuẩn, do đó hiệu quả khử trùng thấp. c. Khử trùng bằng Ozone Đặc tính của Ozone:  Công thức hóa học: O3  Là một chất khí màu xanh, có mùi hắc đặc trưng.  Tỉ trọng: 1,65 so với không khí  Nhiệt độ hóa lỏng: -1120 C  Nhiệt độ hóa rắn: -2510 C - Ozone hòa tan trong nước gấp 10 lần độ hòa tan của oxy - Là chất khí không bền vững, nhất là khi có mặt của xúc tác, Ozone nhanh chóng phân rã thành O2+O. - Tác dụng oxy hóa của Ozone mạnh hơn oxy nhiều. Ở nhiệt độ thường nó có thể biến: sulfit thành sulfat; Amoniac thành Acide Nitric; Carbon thành khí Carbonic. Liều lượng tiêu thụ Ozone: Bảng 3.6 Liều lượng tiêu thụ Ozone Ứng dụng Liều lượng cho 1m3 Ghi chú Sự tẩy uế, tổng quát 0,4g Sự tẩy uế đủ để đạt được nếu nồng độ đo được sau 4 phút tiếp xúc. GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 49 Nước uống Tối thiểu: 0,5 g Bình thường: 1 – 1,5 g Tối đa: 5 g Liều lượng tùy thuộc rất nhiều vào sự hiện diện của sắt, mangan, chất hữu cơ… Dư lượng Ozone ( Vài kinh nghiệm thực tế với nước suối):  PC bottles: 0,2 – 0,4 ppm, trên 0,5 ppm có vấn đề về vị;  PET bottles: 0,1 – 0,2 ppm, trên 0,2 ppm sẽ có vấn đề về vị;  PE bags: trên 0,1 ppm: có vấn đề về vị. Nước hồ bơi 0,8 – 1,5 g Liều lượng tùy thuộc vào nhiệt độ nước ( < 280C hoặc > 350C) ( Nguồn: www.sapuwa.com.vn) Ưu điểm của Ozone so với các phương pháp khử trùng khác  Có khả năng tiệt trùng tuyệt đối ( vi trùng, vi khuẩn, nấm mốc…), không gây ô nhiễm vì Ozone dễ dàng phân hủy thành Oxy  Có khả năng biến các muối kim loại nặng độc hại như Mn, Zn, Cd, Pb, Hg… thành các oxid vô hại, không tan, có thể lắng lọc và loại bỏ chúng dễ dàng.  Có thể thanh trùng cho cả môi trường nước và môi trường khí, có thể thấm vào tất cả mọi ngõ ngách, khe kẽ… GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý SVTH: Trần Huỳnh Kim Loan Trang 50  Nước được xử lý bằng Ozone sẽ trở nên tinh khiết: trong, không mùi, không màu, không độc tố, không vi sinh và giàu oxy.  Có khả năng phá hủy các chất độc hữu cơ như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, có khả năng phân hủy các nhóm chức của các chất màu, chất mùi. Vì vậy Ozone có khả năng khử màu, khử mùi rất tốt.  Không có sản phẩm phụ gây độc hại  Không gây phỏng các mô, tế bào như H2O2 Nhược điểm:  Dễ xảy ra hiện tượng ngắn mạch do thời gian tiếp xúc ngắn  Giá thành cao  Không duy trì khả năng bảo vệ lâu dài như Clorine  Ozone là khí có khả năng gây nổ  Việc lắp đặt và vận hành phức tạp Tuy còn một số hạn chế nhưng Ozone vẫn là lựa chọn chủ yếu trong sản xuất NUĐC, để nâng cao hiệu quả khử trùng người ta thường kết hợp xử lý bằng Ozone sau khi dùng đèn UV, việc sử dụng Ozone sẽ giúp ngăn cản sự nhiễm khuẩn trở lại nước do quá trình vận chuyển trên đường ống và trong quá trình đóng chai.