Viện khoa học và công nghệ môi trường Báo cáo thực tập tốt nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU
Nhu cầu về nước của con người không ngừng tăng lên. Ở hiện tại nguồn nước đang
thiếu và trong tương lai điều này sẽ ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn, đặc biệt ở các
quốc gia đang phát triển và các nước nghèo có dân số đông thì vấn đề về nước sinh hoạt
chưa được quan tâm đầy đủ. Việt Nam là quốc gia đang phát triển, nằm trong khu vực
nhiệt đới gió mùa chúng ta không phải là quốc gia khan hiếm về nguồn nước nhưng khả
năng trữ nước là không cao do đó không thể phân bố đều theo thời gian trong năm.
Hơn nữa Việt Nam có hơn 3260 km chiều dài bờ biển vùng biển có nhiều đảo và quần
đảo, đồng bằng ven biển là nơi tập trung dân cư đông đúc nhất, thời gian đánh bắt trên biển
của tàu thuyền ngày càng kéo dài. Đồng thời, trên đà phát triển nhiều thành phố ven biển
sẽ được mọc lên. Do đó, nhu cầu về nước cho sinh hoạt ở các khu vực này cần được quan
tâm giải quyết vì nước biển và nước lợ không thể dùng trực tiếp cho sinh hoạt.
Trên thế giới, từ lâu con người đã nghĩ đến việc khử mặn nước biển bằng cách bay hơi
và ngưng tụ nhưng hiệu quả chưa cao. Một giải pháp mang tính đột phá được đưa ra và
ứng dụng thành công đầu tiên ở Mỹ vào những năm 60 của thế kỷ trước đó là lọc nước
biển và nước lợ để sử dụng cho sinh hoạt bằng công nghệ thẩm thấu ngược RO. Cho đến
nay kỹ thuật này ngày càng được hoàn thiện . Tuy nhiên, ở Việt Nam chưa được nghiên
cứu ứng dụng nhiều.
Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này em tập trung tìm hiểu về công nghệ màng RO và
ứng dụng trong lĩnh vực khử mặn.
Báo cáo này l là những kết quả thu thập bước đầu cho đề tài tốt nghiệp trên trong thời
gian thực tập tốt nghiệp.
Kết thúc lời mở đầu em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Xuân Hiển, Người đã tạo
điều kiện và tận tình giúp đỡ chúng em có được những buổi tham quan các công trình xử lý
nước cấp và nước thải rất thiết thực.
Sinh viên
Nguyễn Đình Mãi
I.16. Vấn đề môi trường nảy sinh từ các nhà máy khử muối:............................................................26
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ THẨM THẤU NGƯỢC RO..................27
II.1. Sơ lượt về các loại màng và quá trình màng:..............................................................................27
II.2. Các loại màng chính:[4]..............................................................................................................27
II.3. Các quá trình màng:.....................................................................................................................27
II.4. Các khái niệm liên quan: [5].......................................................................................................27
II.5. Giới thiệu quá trình lọc màng:....................................................................................................27
II.6. Hiện tượng thẩm thấu và thẩm thấu ngược:...............................................................................30
II.7. Mô hình áp suất thẩm thấu:.........................................................................................................31
II.8. Tính toán áp suất thẩm thấu:.......................................................................................................31
II.9. Các cơ chế vận chuyển:[ 4].........................................................................................................32
II.10. Giới thiệu hai cơ chế vận chuyển chính:...................................................................................32
II.11. Mô hình khuếch tán:..................................................................................................................34
II.11.1.1. Gradient độ và Gradient áp suất trong màng:.....................................................................34
II.11.1.2. Áp dụng mô hình khuếch tán cho thẩm thấu ngược:..........................................................39
II.12. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu ngược:[ 7]......................................................42
II.13. Ảnh hưởng của cấu trúc dung dịch:..........................................................................................42
II.14. Ảnh hưởng của chất điện ly:.....................................................................................................43
II.15. Ảnh hưởng của áp suất làm việc:..............................................................................................43
II.16. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch:..........................................................................................44
II.17. Ảnh hưởng của cấu trúc màng:.................................................................................................45
II.18. Hiện tượng phân cực nồng độ:..................................................................................................45
II.19. Ứng dụng thẩm thấu ngược trong khử mặn nước biển:[ 4]......................................................46

Nghiên cứu khử mặn nước biển bằng công nghệ màng thẩm thấu ngược
Trang 2
Viện khoa học và công nghệ môi trường Báo cáo thực tập tốt nghiệp

II.20. Cơ sở lý thuyết của quá trình khử muối:...................................................................................46
II.21. Ảnh hưởng của áp suất dòng, nồng độ muối (NaCl) và nhiệt độ của nước cần xử lý đến quá

DANH MỤC CÁC HÌNH
Chương I
Hình I.1 Tỷ lệ các loại nước trên trái đất
Hình I.2 Thành phần các nguyên tố cơ bản trong nước biển
Hình I.3 Nhà máy biến nước biển thành nước ngọt tại vịnh Tampa, Mỹ.
Hình I.4 Nhà máy biến nước biển thành nước ngọt với công suất 800m
3
/ngày ở Israel, sử
dụng công nghệ thẩm thấu ngược
Hình I.5 Farasan - nhà máy biến nước biển thành nước ngọt lớn nhất trên thế giới nằm tại
Ả-Rập Xê-út.
Hình I.6 Nhà máy khử muối Tuas. Công trình đầu tiên ở Singapore - Nó cung cấp 10%
nhu cầu nước cho nước này
Hình I.7 Sơ đồ nguyên tắc quá trình khử muối
Hình I.8 Sơ đồ phân loại các quá trình khử muối
Hình I.9 Hệ thống khử muối bay hơi nhanh nhiều bậc - tuần hoàn dung dịch muối (MSF -
BR)
Hình I.10 Hệ thống bay hơi nhanh nhiều bậc - dòng đi qua một lần ( MSF-OT)
Hình I.11 Hệ thống bay hơi đa bậc - trộn dòng (MSF – M)
Hình I.12 Hệ thống bay hơi đa bậc - nén hơi (MSF – VC)
Hình I.13 Hệ thống chưng đa hiệu ứng với dòng vào song song (MED - PF)
Hình I.14 Quá trình bay hơi đơn hiệu ứng nén hơi cơ học (SEE - MVC)
Hình I.15 Sự loại bỏ các ion trong quá trình điện thẩm
Hình I.16 Sự di chuyển các ion trong quá màng điện thẩm
Hình I.17 Sơ đồ quy trình khử mặn bằng màng thẩm thấu ngược RO
Hình I.18 Đồ thị biểu diễn lượng nước được khử mặn bằng công nghệ thẩm thấu ngược ở
một số nước
Chương II
Hình II. 1 Các loại màng cơ bản
Hình II.2 Các quá trình màng cơ bản và kích thước lỗ các màng

Hình III.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lọc nước bằng công nghệ RO cấp nước cho hệ thống
sản xuất hiđrô
Hình III.6 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt khu công nghiệpBắc Thăng
Long
Hình III.7 Mặt bằng trạm xử lý nước thải sinh hoạt cho khu công nghiệp Bắc Thăng Long
Hình III.8 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy giấy Bãi Bằng
Hình III.9 Cơ cấu cào rác
Hình III.10 Khuấy trộn hoá chất
Hình III.11 Ngăn phản ứng

Nghiên cứu khử mặn nước biển bằng công nghệ màng thẩm thấu ngược
Trang 5
Viện khoa học và công nghệ môi trường Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Hình III.12 Bể lắng ngang và cơ cấu hút bùn
Hình III. 13 Sơ đồ điều khiển hệ thống cho bể cân bằng, tháp làm mát và bể tiếp xúc sinh
học
Hình III.14 Sơ đồ điều khiển và kiểm soát cho bể tiếp xúc sinh học và aeroten
Hình III.15 Sơ đồ điều khiển và kiểm soát tháp khử khí, bể lắng thứ cấp và bơm bùn
Hình III.16 Sơ đồ điều khiển cho bể chứa bùn, và hệ thống ép bùn băng tải
Hình III.17 Bùn tồn đọng ở cuối bể lắng ngang
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng I.1 Tình hình sản xuất nước ngọt từ nước biển ở một số nước trên thế giới
Bảng I.2 So sánh phương pháp khử muối bằng phương pháp nhiệt và màng
Bảng II. 1 Thể hiện kích thước mao quản và áp suất cần đặt vào cho một số quá trình màng

Nghiên cứu khử mặn nước biển bằng công nghệ màng thẩm thấu ngược
Trang 6
Viện khoa học và công nghệ môi trường Báo cáo thực tập tốt nghiệp


đồng đều theo thời gian. Có một sự mất cân đối về lượng nước giữa mùa khô hạn và mùa
mưa và giữa các năm.

Nghiên cứu khử mặn nước biển bằng công nghệ màng thẩm thấu ngược
Trang 7
Viện khoa học và công nghệ môi trường Báo cáo thực tập tốt nghiệp

I.3.Vai trò của nước: [2]
Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi
trường.
Nước là thành phần cấu tạo chính yếu trong cơ thể sinh vật, chiếm từ 50% - 97% trọng
lượng của cơ thể, chẳng hạn như ở người nước chiếm 70% trọng lượng cơ thể và ở Sứa
biển nước chiếm tới 97%.
Trong lĩnh vực nông nghiệp thì nước lại càng không thể thiếu, không có nước sẽ không
có lương thực nuôi sống con người và cung cấp năng lượng cho sự vận động của các hệ
sinh thái trong tự nhiên. Một nghiên cứu toàn cầu gần đây do các nhà nghiên cứu Viện
Quản lý Nước Quốc tế cho thấy ít nhất 30% các dòng chảy của sông ngòi trên thế giới cần
được sử dụng để duy trì điều kiện của các hệ sinh thái nước ngọt.
Tuy không sử dụng nước nhiều như nông nghiệp nhưng nước cũng không thể thiếu
trong hầu hết các hoạt động công nghiệp.
Ngày nay dịch vụ và du lịch ngày càng được chú trọng phát triển và đây cũng là lĩnh
vực tiêu tốn nhiều nước.
I.4.Thành phần và tính chất của nước và nước biển:
I.5.Những đặc tính chung của nước tinh khiết:[1]
Nước tính khiết có công thức hoá học là H
2
O, trong phân tử nước có hai phân tử hyđro
và một nguyên tử ôxy. Các phân tử nước không tồn tại riêng rẽ mà tạo thành từng nhóm
phân tử nhờ các liên kết hyđro.
Nước có thể tồn tại ở thể rắn, lỏng hoặc hơi. Ở áp suất khí quyển 1at, nước đông đặc ở

- Nước có tỷ trọng tối đa ở 4
o
C cho nên băng nổi trên mặt nước.
- Nhiệt bay hơi của nước lớn hơn nhiệt bay hơi của các chất lỏng khác cho nên nó
thường được sử dụng trong các quá trình truyền nhiệt.
- Nhiệt hoà tan của nước cao hơn các chất lỏng khác và tạo điều kiện giữ nhiệt độ ổn
định ở điểm tinh khiết của nước.
- Nhiệt dung riêng của nước cao hơn nhiệt dung riêng của các chất lỏng khác.
I.6.Thành phần của nước biển:[1]
Nước biển là sản phẩm kết hợp giữa những khối lượng khổng lồ các axit và bazơ từ
những giai đoạn đầu của sự hình thành trái đất. Các axit HCl, H
2
SO
4
và CO
2
sinh ra từ
trong lòng đất do sự hoạt động của núi lửa kết hợp với các bazơ sinh ra do quá trình phong
hoá các đá thời nguyên thuỷ và tạo thành muối và nước.
Thành phần chủ yếu của nước biển là các anion như Cl
-
, SO
4
-2
, CO
3
-2
, SiO
3
-2

Nghiên cứu khử mặn nước biển bằng công nghệ màng thẩm thấu ngược
Trang 9