Báo cáo Nghiên cứu sử dụng màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho sinh hoạt

Nước là nhu cầu thiết yếu cho con người, động vật và cây cối. Nước có ý nghĩa quan trọng đối với cuộc sống con người nhưng nó phải là nguồn nước sạch. Vùng nông thôn nước ta chiếm khoảng 80% dân số cả nước có nhu cầu nước sạch rất cao nhưng số lượng người dân được sử dụng nước sạch còn hạn chế, đặc biệt là các cụm dân cư ven biển nằm rải rác khắp và gắn bó mật thiết với các vùng nông thôn. Ở những khu vực nhỏ ven biển, điều kiện về nguồn nước rất hạn chế, nguồn nước ngầm và nước mặt bị nhiễm mặn, nguồn nước mưa khó thu gom nên việc đầu tư một hệ thống cấp nước đủ quy mô và tiêu chuẩn là nhu cầu chính đáng của người dân và phù hợp với chủ trương của Chính phủ. Hiện nay nhiều dự án xây dựng công trình cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn do Nhà nước và quốc tế tài trợ như chương trình Unicef, dự án của Chính phủ Nhật Bản (JICA), ngân hàng phát triển Châu Á (ADB), ngân hàng thế giới (WB) đã và đang được triển khai ở các địa phương. Số lượng công trình do nhân dân tự xây dựng còn lớn hơn nhiều. Mặc dù vậy, mới chỉ đáp ứng được khoảng 50% nhu cầu cấp nước sạch của toàn dân. Giải quyết triệt để vấn đề này là một thách thức không nhỏ đối với toàn xã hội. Trên Trái đất, nước biển ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước uống do việc phát triển các nguồn nước ngọt tự nhiên bị hạn chế. 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. 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. Trong xử lý nước cấp cho sinh hoạt từ nguồn nước tự nhiên, những vật liệu lọc như cát, sỏi, chỉ giúp ta khử bỏ những chất bẩn thô, những hạt huyền phù và một phần nhỏ các hợp chất đã kết tủa như sắt, man-gan, còn chất độc hại hòa tan trong nước thì hầu như không lọc được. Sau này, xuất hiện những chất liệu khác như gốm, than hoạt tính (tốt nhất là than dừa), chất liệu nhựa polypropylene, nhựa trao đổi ion. đã giúp cho việc lọc nước khá hơn nhiều. Tuy nhiên, nó mới chỉ dừng ở mức độ giữ lại các hạt chất bẩn có kích thước nhỏ, riêng vi sinh vật thì không được lọc tốt. Do những hạn chế của các vật liệu lọc trên, đã xuất hiện các phương pháp xử lý nước bằng màng lọc. Kỹ thuật màng là một trong những quá trình khá mới được phát triển và ứng dụng trong công nghệ xử lý nước, nước thải trong gần 30 năm trở lại đây. Màng hoạt động như một hàng rào chắn đối với dòng chảy của một hỗn hợp gồm chất lỏng và các cấu tử trong đó. Màng có tính thấm chọn lọc khác nhau đối với các cấu tử khác nhau. Trên cơ sở đó, qua một thời gian nghiên cứu, thu thập tư liệu dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Đức Hạ, Ks Phạm Duy Đông, Ks Trần Hoài Sơn, nhóm sinh viên của ngành Cấp thoát nước - Viện Khoa học và kỹ thuật môi trường đã tiến hành nghiên cứu Đề tài: “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MÀNG LỌC NANO NHIỀU BẬC ĐỂ KHỬ MẶN NƯỚC VEN BIỂN CẤP CHO SINH HOẠT”

doc43 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 07/06/2013 | Lượt xem: 1605 | Lượt tải: 11download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Báo cáo Nghiên cứu sử dụng màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho sinh hoạt, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI NÓI ĐẦU ab Nước là nhu cầu thiết yếu cho con người, động vật và cây cối. Nước có ý nghĩa quan trọng đối với cuộc sống con người nhưng nó phải là nguồn nước sạch. Vùng nông thôn nước ta chiếm khoảng 80% dân số cả nước có nhu cầu nước sạch rất cao nhưng số lượng người dân được sử dụng nước sạch còn hạn chế, đặc biệt là các cụm dân cư ven biển nằm rải rác khắp và gắn bó mật thiết với các vùng nông thôn. Ở những khu vực nhỏ ven biển, điều kiện về nguồn nước rất hạn chế, nguồn nước ngầm và nước mặt bị nhiễm mặn, nguồn nước mưa khó thu gom nên việc đầu tư một hệ thống cấp nước đủ quy mô và tiêu chuẩn là nhu cầu chính đáng của người dân và phù hợp với chủ trương của Chính phủ. Hiện nay nhiều dự án xây dựng công trình cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn do Nhà nước và quốc tế tài trợ như chương trình Unicef, dự án của Chính phủ Nhật Bản (JICA), ngân hàng phát triển Châu Á (ADB), ngân hàng thế giới (WB) đã và đang được triển khai ở các địa phương. Số lượng công trình do nhân dân tự xây dựng còn lớn hơn nhiều. Mặc dù vậy, mới chỉ đáp ứng được khoảng 50% nhu cầu cấp nước sạch của toàn dân. Giải quyết triệt để vấn đề này là một thách thức không nhỏ đối với toàn xã hội. Trên Trái đất, nước biển ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước uống do việc phát triển các nguồn nước ngọt tự nhiên bị hạn chế. 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. 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. Trong xử lý nước cấp cho sinh hoạt từ nguồn nước tự nhiên, những vật liệu lọc như cát, sỏi, … chỉ giúp ta khử bỏ những chất bẩn thô, những hạt huyền phù và một phần nhỏ các hợp chất đã kết tủa như sắt, man-gan, còn chất độc hại hòa tan trong nước thì hầu như không lọc được. Sau này, xuất hiện những chất liệu khác như gốm, than hoạt tính (tốt nhất là than dừa), chất liệu nhựa polypropylene, nhựa trao đổi ion... đã giúp cho việc lọc nước khá hơn nhiều. Tuy nhiên, nó mới chỉ dừng ở mức độ giữ lại các hạt chất bẩn có kích thước nhỏ, riêng vi sinh vật thì không được lọc tốt. Do những hạn chế của các vật liệu lọc trên, đã xuất hiện các phương pháp xử lý nước bằng màng lọc. Kỹ thuật màng là một trong những quá trình khá mới được phát triển và ứng dụng trong công nghệ xử lý nước, nước thải trong gần 30 năm trở lại đây. Màng hoạt động như một hàng rào chắn đối với dòng chảy của một hỗn hợp gồm chất lỏng và các cấu tử trong đó. Màng có tính thấm chọn lọc khác nhau đối với các cấu tử khác nhau. Trên cơ sở đó, qua một thời gian nghiên cứu, thu thập tư liệu dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Đức Hạ, Ks Phạm Duy Đông, Ks Trần Hoài Sơn, nhóm sinh viên của ngành Cấp thoát nước - Viện Khoa học và kỹ thuật môi trường đã tiến hành nghiên cứu Đề tài: “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MÀNG LỌC NANO NHIỀU BẬC ĐỂ KHỬ MẶN NƯỚC VEN BIỂN CẤP CHO SINH HOẠT” Đây là Phương pháp khá mới nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý nước cấp. Nhưng trên cơ sở vừa học, vừa thực nghiệm, áp dụng lý thuyết vào thực tế, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Đức Hạ, Ks Phạm Duy Đông, Ks Trần Hoài Sơn nhóm nghiên cứu đã đạt được kết quả bước đầu khả quan ở quy mô phòng thí nghiệm. Có thể nói phương pháp “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MÀNG LỌC NANO NHIỀU BẬC ĐỂ KHỬ MẶN NƯỚC VEN BIỂN CẤP CHO SINH HOẠT” có những ưu điểm nổi bật. Từ những kết quả đạt được , nhóm nghiên cứu thấy rằng Phương pháp này hoàn toàn khả quan và nó sẽ vừa góp phần giải quyết nhu cầu chính đáng cho người dân vừa góp phần hiện thực hoá chủ trương chính sách của Đảng và Nhà nước. LỜI CẢM ƠN ab Phương pháp “nghiên cứu sử dụng màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho sinh hoạt” là phương pháp khá mới, chưa áp dụng, nghiên cứu rộng rãi ở nước ta. Đó là phương pháp có nhiều ưu điểm về phương diện kỹ thuật, quy mô sản xuất và giá thành hoạt động. Dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Trần Đức Hạ, Ks Phạm Duy Đông, Ks Trần Hoài Sơn nhóm nghiên cứu đã dần hoàn thành được khối lượng công việc đặt ra và thu được kết quả tốt đẹp. Chúng em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến PGS.TS Trần Đức Hạ, Ks Phạm Duy Đông, Ks Trần Hoài Sơn đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài trên. Chúng em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trên phòng thí nghiệm,các thầy cô giáo bộ môn Cấp thoát nước – Viện khoa học và kỹ thuật môi trường đã tạo điều kiện, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Nhóm sinh viên NCKH PHẦN MỞ ĐẦU ab Tên đề tài : “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MÀNG LỌC NANO NHIỀU BẬC ĐỂ KHỬ MẶN NƯỚC VEN BIỂN CẤP CHO SINH HOẠT” Mục đích ngiên cứu: Thông qua nghiên cứu lý thuyết, thực tế, áp dụng thực nghiệm để áp dụng rộng rãi PP vào xử lý nước cấp cho sinh hoạt, phù hợp với các vùng ven biển nước ta. Nội dung nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết: Xây dựng mô hình phục vụ thí nghiệm. Nghiên cứu thực nghiệm: Vận hành mô hình với các thông số khác nhau tìm ra thông số thiết kế, vận hành mô hình thực tế một cách tối ưu nhất. Thời gian nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: từ tháng 9/2010 Nghiên cứu thực nghiệm: từ tháng 6/ 2011. Nhóm tham gia nghiên cứu : Thành viên lớp 53 MN1 – Viện khoa học và kỹ thuật môi trường : 1. Mai Thanh Quang 2. Nguyễn Quang Vinh 3. Ong Khắc Quý Giáo viên hướng dẫn : 1. PGS.TS Trần Đức Hạ 2. KS Phạm Duy Đông 3. KS Trần Hoài Sơn. CHƯƠNG I : ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC CẤP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CỦA CÁC CỤM DÂN CƯ NÔNG THÔN VEN BIỂN HẢI ĐẢO VIỆT NAM ab 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH CẤP NƯỚC VÙNG VEN BIỂN VIỆT NAM 1.1. Lịch sử phát triển cung cấp nước vùng ven biển: Lịch sử phát triển cung cấp nước vùng ven biển cũng chính là lịch sử phát triển và cung cấp nước vùng nông thôn Việt Nam. Ngay sau ngày hòa bình lập lại ở miền Bắc (1954), Đảng và Chính phủ đã quan tâm đến đề sức khỏe và môi trường sống của nhân dân nói chung và ở nông thôn nói riêng. Từ năm 1960 ngành Y tế đã tuyên truyền vận động mạnh mẽ nhân dân xây dựng ba công trình Giếng nước – Nhà tắm – Hố xí. Hưởng ứng Thập kỷ Quốc tế cấp nước và vệ sinh môi trường của Liên Hợp Quốc 1981-1990, chương trình cung cấp nước sinh hoạt nông thôn được bắt đầu triển khai ở Việt Nam với sự tài trợ giúp mạnh mẽ của Quỹ nhi đồng Liên Hợp Quốc (UNICEF. Trong thời gian gần đây, lĩnh vực cung cấp nước và vệ sinh môi trường nông thôn nhất là vùng ven biển đang được Chính phủ Việt Nam và nhiều tổ chức quốc tế, quốc gia và phi chính phủ quan tâm. 1.2. Tình hình cung cấp nước sạch các vùng nông thôn ven biển. - Giai đoạn trước 1980 trước khi triển khai chương trình nước sinh hoạt nông thôn do UNICEF tài trợ: Trong giai đoạn này các công trình cấp nước là các công trình cấp nước cổ truyền như: hồ, lu chứa nước mưa, giếng khơi thu nước ngầm mạch nông, giếng khoan khơi thu nước mặt ven hồ và giếng công cộng. - Giai đoạn từ 1981 – 1994 (trước khi có chỉ thị 200TTg của Thủ tướng chính phủ) Trước ảnh hưởng to lớn của việc cung cấp nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn, hưởng ứng chương trình hành động của Liên hợp quốc về thập niên cung cấp nước uống và vệ sinh môi trường thế giới (1981 – 1990). Năm 1982 Chính phủ Việt Nam đã thành lập ủy ban quốc gia về nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường. Năm 1982, chương trình đã triển khai các dự án đầu tiên có tính thử nghiệm về mô hình cấp nước với hộ nông dân. Sau một năm thực hiện với nguồn nước sinh hoạt hoặc sử dụng nguồn nước không đảm bảo vệ sinh. Từ kết quả này, năm 1984 được sự thỏa thuận của UNICEF, vùng dự án tiếp tục mở rộng ra 3 tỉnh phía Bắc: Thanh Hóa, Nghệ Tĩnh và Hà Nam Ninh. Trên cơ sở những mô hình cấp nước có hiệu quả, được sự đồng ý của chính Phủ và chấp thuận của tổ chức UNICEF, chương trình được mở rộng ra nhiều tỉnh. Năm 1987 chương trình được mở rộng ra 7 tỉnh đưa quy mô cấp nước lên 23 tỉnh, thành phố đồng thời vốn tài trợ của UNICEF cho chương trình được tăng nhanh qua mỗi năm. Năm 1990 có thêm 14 tỉnh tham gia chương trình.Từ năm 1987 được sự đồng ý của Chính phủ, ngân sách địa phương đã góp phần hỗ trợ cho hoạt động của Chương trình cấp tỉnh, thành phố, huy động thêm nguồn vốn của người sử dụng đồng thời chủ trương thay thế hàng nhập khẩu, góp phần giảm được giá thành . Đến hết năm 1990, sau hai tài khóa trợ giúp của UNICEF với tổng kinh phí tài trợ 15,095 triệu USD đã thực hiện được 33.487 giếng trên địa bàn 38 tỉnh, thành phố (tính theo tỉnh mới) đáp ứng cho khoảng 4 triệu nông dân nông thôn có nước sạch cho nhu cầu sinh hoạt. 2. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC 2.1. Tình trạng hoạt động của các công trình Phát triển công trình cấp nước tập trung quy mô thôn, xã, cụm xã hiện nay đang được nhiều địa phương áp dụng và phát triển, nhất là ở những vùng người dân vùng ven biển sống tập trung có thu nhập tương đối ổn định. Người dân đã nhận thức được rằng mặc dù công trình cấp nước tập trung đòi hỏi đầu tư lớn, nhưng chúng có nhiều ưu điểm như hiệu quả kinh tế cao, có chất lượng nước đảm bảo, nước được đưa đến từng hộ gia đình, chi phí sử dụng nước được thanh toán qua đồng hồ theo giá được duyệt của cấp có thẩm quyền, tuổi thọ công trình cao. Tuy nhiên tình trạng hoạt động của các công trình cấp nước tập trung còn có rất nhiều vấn đề cần phải quan tâm xem xét và khắc phục. Nguyên nhân chủ yếu để các công trình xử lý trong hệ thống cấp nước tập trung hỏng hoặc xuống cấp là do chế độ vận hành và bảo dưỡng công trình không đúng theo quy định và trình độ của người quản lý còn thấp không phù hợp. 2.2. Hình thức quản lý vận hành các công trình: Việc quản lý các công trình cấp nước tập trung hiện nay vẫn còn nhiều bất cập và lúng túng, chưa có một mô hình quản lý, vận hành thống nhất cho các địa phương trong cả nước. Tuỳ thuộc vào nguồn vốn đầu tư mà chủ sở hữu các công trình ở các địa phương đưa ra mô hình quản lý vận hành khác nhau. Trong các mô hình quản lý trên chỉ có mô hình do các công ty cấp nước hoặc Trung tâm nước SH và VSMT nông thôn quản lý thì các cán bộ quản lý có chuyên môn và được đào tạo cơ bản. Còn các mô hình quản lý khác thì các cán bộ quản lý đều không có trình độ chuyên môn và chỉ được tập huấn sơ qua. 2.3. Chất lượng nước: Hầu như các hệ thống cấp nước tập trung đang hoạt động cung cấp nước cho nhân dân không được kiểm tra chất lượng nước thường xuyên mà chỉ phân tích chất lượng khi công trình xây dựng xong đưa vào sử dụng. Theo báo cáo của các địa phương và trên cơ sở tổng hợp của Văn phòng Chương trình mục tiêu quốc gia Nước sạch và VSMT nông thôn, thì đến hết năm 2003 có 54,3% dân số ven biển Việt Nam được hưởng nước sạch. Tuy nhiên, chất lượng nước đảm bảo tiêu chuẩn quốc gia (Tiêu chuẩn 1329 của Bộ Y tế) chỉ đạt dưới 20%. 2.4. Công nghệ xử lý nước Thực tế hiện nay công nghệ xử lý cấp nước sinh hoạt cho các vùng ven biển rất đa dạng, từ công nghệ xử lý đơn giản cho các công trình cấp nước nhỏ lẻ đến các công nghệ xử lý hiện đại cho các hệ thống cấp nước tập trung quy mô lớn. Các công nghệ xử lý thường áp dụng bao gồm: - Xử lý nước mặt bằng phương pháp đánh phèn (ở vùng ven biển đồng bằng sông Cửu long). Phương pháp này chỉ có tác dụng làm trong nước, các chỉ tiêu hoá học hoặc vi sinh không xử lý được do vậy chất lượng nước rất kém. - Xử lý nước mặt bằng công nghệ giếng thấm (áp dụng cho hộ hoặc nhóm hộ gia đình). - Xử lý nước mặt bằng bể lọc chậm cho cụm dân cư nhỏ * Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước tập trung: - Dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt bằng bể lọc chậm Nguồn nước Bể lọc chậm Bể chứa nước sạch Mạng phân phối - Dây chuyển công nghệ xử lý nước mặt. TB cấp I Nguồn nước Tháp hoà trộn Bể lọc nổi Phèn Khử trùng TB cấp II BCNS Bể lọc cát - Dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm. TB giếng Giếng khoan Làm thoáng Bể lắng đứng Khử trùng Mạng lưới đường ống Trạm bơm cấp II BCNS Bể lọc nhanh Được xây dựng tại vùng ven biển các tỉnh khu vực đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng sông Hồng. - Dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm sử dụng Katox. TB giếng Giếng khoan Thiết bị trộn khí - nước Khử trùng Mạng lưới đường ống Trạm bơm cấp II BCNS Thiết bị lọc Thiết bị hấp phụ Đã được xây dựng ở Nam Định và một số tỉnh miền Nam. - Dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm. TB giếng Giếng khoan Tháp làm thoáng cao tải Khử trùng Mạng lưới đường ống Trạm bơm cấp II BCNS Bể lọc cát Bể lọc cát Xây dựng tại một số địa phương có hàm lượng sắt trong nước ngầm thấp như Nghĩa Hưng - Nam Định, Cần Thơ, Sóc Trăng... - Dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt sử dụng bể lọc tự rửa. Suối Hồ chứa Bể lọc tự rửa Bể chứa Mạng tiêu thụ Dây chuyền xử lý này đã được xây dựng và sử dụng tại bán đảo Sơn Trà - Đà Nẵng CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH LỌC MÀNG ab 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÀNG LỌC 1.1. Khái niệm màng lọc Màng lọc là một lớp màng vật liệu mỏng có khả năng phân tách vật chất theo đặc tính vật lý và hóa học của chúng khi chịu một áp lực nhất định. Màng lọc ngăn cách giữa hai pha, có khả năng tạo ra sức cản để tách một số phần tử có trong nước như cặn lơ lửng, ion, vi sinh vật…khi cho dung dịch đi qua màng. Màng lọc có thể được phân loại theo: i)Kích thước của vật chất ii) Áp lực trên màng. Thông qua quá trình làm việc của màng lọc, dòng hỗn hợp đầu vào được phân tách làm hai phần: một phần là dung dich sau lọc và phần những vật chất bị giữ lại trước màng lọc. Màng lọc có thể áp dụng để làm sạch hay làm đậm đặc một dung dịch hay phân tách một hỗn hợp. Các ưu điểm của màng lọc: Quá trình màng lọc xảy ra ở điều kiện nhiệt độ bình thường và các dung dịch tham gia không có sự thay đổi về pha, đây là ưu điểm lớn so với phương pháp tách bằng chưng chất. Quá trình phân tách vật chất qua màng không cần có hóa chất phụ gia như một số các quá trình khác trong xử lý nước, ví dụ lắng và lọc. 1.2. Các loại màng lọc Màng lọc có thể được phân loại theo kích cỡ lọc và mức độ áp lực. Ngoài ra màng lọc có thể phân loại theo vật liệu cấu tạo màng, hình dáng hình học... a. Vi lọc (Microfiltration – MF) Các màng lọc loại này 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. b. Siêu lọc (Ultrafiltration – UF) Các màng siêu lọc có cấu trúc mềm không đối xứng, kích thước lỗ rỗng từ 0,001 – 0,1 μm, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 70 - 200 psi ; cho phép lọc được các chất keo, chất rắn hoà tan có kích thước nhỏ và các phần tử như vi khuẩn, vi rút, proteins có khối lượng mol nhỏ, carbohydrates, enzymes.... c. Lọc nano (Nanofiltration – NF) 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. Bảng tổng kết các công nghệ lọc màng TT Tên Kích thước lỗ rỗng (µm) Áp suất làm việc (bar) Khả năng xử lý Chi phí sản xuất 1 MF 0,1- 1,0 1 - 8,6 Độ đục, chất lơ lửng, huyền phù, chất keo, men, phân tử, vi khuẩn hoặc chất rắn hoà tan có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng ; Thấp 2 UF 0,01- 0,1 4,8- 13,8 Như MF, ngoài ra còn giữ được vi rút, proteins có khối lượng mol nhỏ, enzymes, carbohydrates, Trung bình 3 NF 0,01- 0,001 6,9- 41,4 Như UF, ngoài ra còn giữ được phân tử muối hoá trị thấp, các chất khoáng, protein, gelatin Cao 1.3. Đặc tính màng Màng lọc có thể được chia ra màng đối xứng và không đối xứng. Màng đối xứng là màng đồng chất có các lỗ rỗng được tạo thành do kỹ thuật bắn phá bằng chùm tia, sau đó cho hoá chất tác dụng cố định lại. Màng không đối xứng là màng hỗn hợp, thường làm từ vật liệu là polyme, composite gồm nhiều lớp mỏng có kích thước lỗ rỗng khác nhau theo thứ tự giảm dần độ rỗng xếp chồng lên nhau, giữa các lớp là các sợi đỡ; mục đích nhằm ngăn cản các phần tử có kích thước khác nhau và chúng được phân bố đồng đều trên tất cả các lớp. Loại màng này thường có độ bền cơ học cao và được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ lọc màng hiện nay. Màng lọc đối xứngcó thành phần cấu tạo và bản chất vật lý đồng nhất theo mặt cắt ngang của màng. Ngược lại, màng không đối xứng không đồng nhất và thường gồm nhiều lớp khác nhau về cấu trúc và thành phần hóa học. Cả hai loại màng đối xứng và không đối xứng đều có thể được chế tạo theo dạng tấm màng mỏng, hoặc dạng ống nhỏ. Màng lọc dạng ống rỗng có thể có kích thước khe lỗ dày hay thưa như dạng tấm lọc. Loại màng ống được dùng phổ biến hiện nay là màng không đối xứng, cấu tạo gồm một ống rỗng có kích thước lỗ lớn và bên ngoài là lớp màng lọc dày hơn. Ưu điểm của loại màng lọc dạng sống là diện tích lọc (diện tích bề mặt) trên một đơn vị thể tích lớn hơn màng lọc dạng tấm. 1.4. Vật liệu màng Màng có thể là đồng chất, nhiều thành phần khác nhau hợp thành, màng lọc được chế tạo từ các vật liệu có nguồn gốc vô cơ như gốm nung chảy, các hợp chất cacbon, silic, zicron; hoặc từ nguồn gốc hữu cơ như cao su, vải amiăng, axetat xellulo, polyethylen, polypropylen. Bề dày màng từ 0,05mm - 2mm. Các lỗ nhỏ trên màng được chế tạo bằng cách chiếu tia phóng xạ, lazer, các phản ứng hóa học... Hầu hết màng lọc MF, UF, RO và NF được làm từ vật liệu polime hữu cơ. Thường vật liệu chế tạo màng MF và màng UF thường giống nhau, tuy nhiên quá trình sản xuất ở các điều kiện khác nhau tạo nên kích thước lỗ rỗng khác nhau. Màng còn có thể được chế tạo từ vật liệu vô cơ như gốm và kim loại. Màng gốm là loại màng có lỗ rỗng, chịu nhiệt và trơ với hóa chất và thường dùng cho màng lọ MF. Tuy nhiên các màng này có chi phí cao và dễ gãy vỡ nên chưa được ứng dụng rộng rãi. Màng kim loại thường làm từ sắt không gỉ và có thể có kích thước lỗ rỗng rất bé. Chúng dùng chủ yếu trong quá trình phân tách khí, và một số quá trình lọc nước ở nhiệt độ cao.. 1.5. Môđun màng Các thiết bị tách đơn (gọi là các mô đun) sử dụng các màng ngăn được thiết kế cần đạt hai mục đích cơ bản: - Bảo đảm ở ngay bề mặt của màng ngăn có sự lưu thông chất lỏng đủ lớn để hạn chế hiện tượng phân cực nồng độ và các hạt kết tủa. - Các môdun được chế tạo gọn, chắc, có bề mặt trao đổi cực đại cho một đơn vị thể tích. Hai mục đích này nhằm giảm giá thành trong sản xuất một thể tích chất lỏng cần xử lý đã cho, giúp quá trình rửa lọc, tháo lắp được thực hiện dễ dàng; nhưng các môdun cũng đồng thời gây lên tổn thất áp lực lớn do vận tốc dòng chảy cao do đó tiêu tốn nhiều năng lượng (điện năng). Có 4 loại môdun thông dụng: môdun dạng tấm, môdun dạng cuốn xoáy ốc, môdun dạng ống và môdun sợi rỗng. Mô đun màng có 4 loại chính: dạng khung tấm, dạng ống, dạng dây cuốn xoắn, và dạng sợi rỗng. 2. CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH LỌC MÀNG 2.1. Nguyên tắc tách giữ các các chất của màng lọc Nguyên tắc cơ bản của màng lọc nano là việc sử dụng áp lực để tách các chất hòa tan trong nước bằng cách sử dụng một màng bán thấm. Theo đó màng sẽ tách loại theo cơ chế giữ lại những phần tử có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng màng.Như vậy dòng chất lỏng dẫn vào màng sẽ được phân ra hai dòng khác nhau: - Dòng thải bao gồm nước và các phần tử vật chất có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng, hàm lượng chất bẩn trong dòng này lớn hơn trong dòng chất lỏng đầu vào. - Dòng sản phẩm thu được sau lọc bao gồm nước và những phần tử vật chất có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ rỗng, hàm lượng chất bẩn trong dòng này sẽ nhỏ hơn trong so với dòng chất lỏng đầu vào. Tùy theo nhu cầu xử lý để lựa chọn quá trình màng cho phù hợp. Các quá trình màng có thể bố trí hoặc theo cách lọc trượt hoặc theo cách lọc chặn. a. Lọc chặn Trong lọc chặn, toàn bộ nước đưa vào bề mặt màng được ép qua màng. Trong khi nước được chảy qua màng thì một số chất rắn và thành phần khác sẽ bị giữ lại trên màng,
Luận văn liên quan