BÀI THI MÔN KỸ THUẬT MÀNG Đề bài: Nêu cách bố trí các thiết bị trong hệ thống màng và cấu tạo các loại mô đun màng Theo anh/chị, loại mô đun màng nào phù hợp dùng trong lĩnh vực sản xử lý nước thải tại Việt Nam? Thực hiện: Lê Mai Oanh Nguyễn Ngọc Mai Nguyễn Hoàng Chung Lớp KTHH 2009 – 2010 HÀ NỘI, 06/2010 HÀ NỘI 2009 NỘI DUNG 1. CÁCH BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG MÀNG 1 1.1. Các kiểu bố trí thiết bị trong hệ thống màng 1 1.1.1. Bố trí nối tiếp 1.1.2. Bố trí song song 1.1.3. Bố trí kiểu cây thông 1.1.4. Cách bố trí kiểu tuần hoàn 1.2. Ưu nhược điểm của bố trí cây thông và bố trí tuần hoàn 3 2. CẤU TRÚC CÁC LOẠI MÔ ĐUN MÀNG 4 2.1. Mô đun màng phẳng 6 2.1.1. Mô đun khung bản 2.1.2. Mô đun hộp Ưu điểm: Nhược điểm: 2.1.3. Mô đun quấn 2.1.4. Ưu điểm của mô đun màng quấn 2.2. Mô đun ống 10 2.2.1. Mô đun ống Tóm tắt một số đặc điểm của mô đun màng ống: Ưu điểm: Nhược điểm: 2.2.2. Mô đun màng sợi rỗng 2.2.3. Mô đun mao quản 3. ỨNG DỤNG MÔ ĐUN MÀNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM 14 3.1. Hiện trạng nước thải tại Việt Nam 14 BÀI THI MÔN KỸ THUẬT MÀNG Đề bài: Nêu cách bố trí các thiết bị trong hệ thống màng và cấu tạo các loại mô đun màng Theo anh/chị, loại mô đun màng nào phù hợp dùng trong lĩnh vực sản xử lý nước thải tại Việt Nam? Thực hiện: Lê Mai Oanh Nguyễn Ngọc Mai Nguyễn Hoàng Chung Lớp KTHH 2009 – 2010 HÀ NỘI, 06/2010 HÀ NỘI 2009 3.2. Ðề xuất giải pháp 15 3.3. Nguyên lý hoạt động chung 17 3.4. Một số ví dụ 18 3.4.1. Xử lý nước thải sinh hoạt 3.4.2. Xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 1. CÁCH BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG MÀNG 1.1. Các kiểu bố trí thiết bị trong hệ thống màng Một hệ thống màng gồm các thiết bị: mô đun màng, bơm, ống dẫn, van và thiết bị điều khiển. Các mô đun màng được bố trí theo 2 cách cơ bản: Nối tiếp và song song. 1.1.1. Bố trí nối tiếp Hình 1.1: Bố trí hệ thống màng kiểu nối tiếp Đặc điểm của hệ thống: - Dung dịch đầu vào sẽ được đưa vào mô đun thứ nhất, dịch đặc của hệ thống sau khi qua các mô đun sẽ được thu hồi lại. - Dịch đặc ra khỏi mô đun trước là dung dịch đầu vào của mô đun sau. - Nước trong ra khỏi từng mô đun được gộp lại. Nhận xét: - Cách bố trí này không có tác dụng làm tăng năng suất. - Có thể thay đổi được nồng độ của dịch đặc. 1.1.2. Bố trí song song Hình 1.2: Bố trí hệ thống màng kiểu song song 1 Đặc điểm của hệ thống: - Dung dịch đầu được đưa vào tất cả các mô đun. - Dịch đặc và nước trong của hệ thống lấy ra từ tất cả các mô đun. Nhận xét: - Có thể tăng năng suất dung dịch vào. - Không làm thay đổi nồng độ dịch đặc và nước trong. Từ 2 cách bố trí cơ bản, để tăng chất lượng của sản phẩm mà vẫn đảm bảo năng suất lớn, người ta đưa ra nhiều cách bố trí phối hợp, trong đó có 2 kiểu bố trí thường gặp: 1.1.3. Bố trí kiểu cây thông Hình 1.3: Bố trí hệ thống màng kiểu cây thông Đặc điểm của hệ thống: - Mỗi bậc của hệ thống gồm một hay nhiều mô đun làm việc song song. - Các bậc ghép với nhau theo cách bố trí nối tiếp. - Số mô đun của bậc trước lớn hơn số mô đun bậc sau. - Nước trong ra khỏi từng mô đun được gộp lại. - Dịch đặc được lấy ra từ mô đun cuối cùng. Nhận xét: - Có thể tăng được chất lượng dịch đặc hoặc nước trong mà vẫn đảm bảo năng suất dòng đầu vào. - Hiệu quả phân tách và chất lượng tốt, chi phí đầu tư rẻ. Cách bố trí kiểu cây thông thường được sử dụng trong các hệ thống khử mặn cho nước. 2 1.1.4. Cách bố trí kiểu tuần hoàn Hình 1.4: Bố trí hệ thống màng kiểu tuần hoàn Đặc điểm của hệ thống: - Dung dịch đầu vào cùng với dịch đặc ra khỏi mô đun trước thì được đưa vào mô đun sau. - Bố trí thêm một bơm tuần hoàn trước mỗi mô đun. - Các mô đun mắc với nhau theo kiểu nối tiếp. Nhận xét: - Vòng tuần hoàn bảo đảm sự lưu thông trên màng màng tốt do không có sự phân cực nồng độ, tăng hiệu quả chuyển chất, đảm bảo sự chênh lệch áp suất. - Nước trong thu được có chất lượng tốt. - Tốn năng lượng bơm. Cách bố trí kiểu tuần hoàn thường được sử dụng cho các hệ thống màng trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp hóa chất và dược phẩm. 1.2. Ưu nhược điểm của bố trí cây thông và bố trí tuần hoàn Bố trí hệ thống kiểu tuần hoàn thì luôn luôn hoạt động, trong khi đó bố trí hệ thống theo kiểu cây thông thì chỉ hoạt động tốt khi mà dòng chảy được ổn định trong một thời gian dài.MULTI Ưu điểm chính của cách bố trí kiểu cây thông chính là tính đơn giản của nó. Chỉ có 1 bơm và đường ống thì ngắn. Vấn đề chủ yếu là dòng vào được lựa chọn thường giới hạn ở mức quá thấp hoặc quá cao, và bất kỳ sự nhiễu nào của dòng vào sẽ có xu hướng gây bất ổn định cho hệ thống. 3 Cách bố trí hệ thống kiểu cây thông làm việc tốt nhất khi diện tích màng trong mỗi bậc không khác nhau nhiều. Nhưng trong thực tế thì mỗi bậc khác nhau một hay hai mô đun. Còn ưu điểm của việc bố trí hệ thống tuần hoàn là việc mở rộng hay thay đổi hệ thống tuần hoàn không phức tạp lắm. Trong hầu hết trường hợp có thể thêm hoặc bớt một hay nhiều vòng tuần hoàn cho mỗi chu trình. Hơn nữa, người ta cũng thường thêm hoặc bỏ đi một hay nhiều chu trình tuần hoàn. Nói cách khác, việc mở rộng một nhà máy chính hay thay đổi các điều kiện vận hành có thể tiến hành mà không cần việc xây dựng lại nhà máy đó. Ngược lại, đối với cách bố trí kiểu cây thông thì rất khó hoặc không thể thay đổi mà không phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống. Tùy theo mục đích sử dụng thì người ta sẽ lựa chọn bố trí hệ thống màng theo kiểu cây thông hay theo kiểu tuần hoàn.E PLANT DESIGN 2. CẤU TRÚC CÁC LOẠI MÔ ĐUN MÀNG Để ứng dụng màng ở phạm vi kỹ thuật cần yêu cầu diện tích màng lớn. Những đơn vị nhỏ nhất trong đó màng được sắp xếp lại cùng nhau được gọi là mô đun. Mô đun là phần trung tâm của hệ thống màng. Đơn giản nhất là kiểu mô đun một trong một đơn lẻ (hình 2.1.). Hình 2.1. Mô tả nguyên lý cơ bản của mô đun màng Dòng dịch vào đi vào mô đun với thành phần và tốc độ dòng đã biết trước. Do màng có khả năng ưu tiên một cấu tử hơn các cấu tử khác, nên cả thành phần và tốc độ dòng đưa vào trong mô đun sẽ thay đổi theo hàm của quãng đường đi. Khi đi vào mô đun màng, dòng dịch vào được chia thành hai dòng: dòng nước trong và dòng dịch đặc. Dòng nước trong là phần dòng dịch chui qua được màng, phần còn lại là dịch đặc. Các thiết kế mô đun có thể được dựa trên hai loại cấu hình màng: 1) dạng phẳng; 2) dạng ống. Mô đun khung bản và mô đun cuốn được thiết kế dựa trên các màng phẳng trong khi mô đun ống, môn đun mao quản hay mô đun sợi rỗng lại dựa trên các cấu 4 Nước trongNước trong Dịch vào Dịch đặc Mô đun hình màng ống. Sự khác biệt giữa 3 loại mô đun này chủ yếu ở đường kính các ống (Bảng II.1.). Bảng II.1. Kích thước gần đúng của các loại màng ống Cấu hình màng Đường kính (mm) Ống >10.0 Mao quản 0.5 – 10.0 Sợi rỗng < 0.5 Nếu màng sợi rỗng/ ống được xếp lại cùng nhau trong một cấu trúc song song thì diện tích màng trên một đơn vị thể tích chỉ là hàm của các đường kính ống. Bảng II.2. chỉ ra diện tích riêng màng theo bán kính ống, minh họa rõ ràng sự khác nhau về diện tích riêng đối với các hệ thống màng ống (r ~ 5 mm) và hệ màng sợi rỗng (r ~ 50 µm = 0.05 mm). Bảng II.2. Diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích đối với một vài loại ống [3] Bán kính ống (mm) Diện tích bề mặt trên 1 đơn vị thể tích (m 2 / m 3 ) 5 360 0.5 3.600 0.05 36.000 Tuy nhiên, nói chung, một hệ thống không chỉ gồm một mô đun riêng lẻ mà phải gồm một số các mô đun được sắp xếp với nhau thành một hệ thống. Thực tế, mỗi ứng dụng kỹ thuật phải có thiết kế hệ thống riêng của nó tùy theo những yêu cầu riêng. Khi thiết kế mô đun màng cần thỏa mãn những yêu cầu sau: - Dòng thấm qua màng lớn và đều (không có khu vực chết) - Bền nhiệt, hóa, cơ học - Kết cấu nhỏ gọn - Giá thành rẻ - Chi phí thay màng rẻ - Ít tổn thất áp suất 5 Tính khả dụng của quá trình màng phụ thuộc vào việc thiết kế mô đun màng vì diện tích phân tách màng hiệu dụng chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi cấu trúc mô đun màng. Mô đun khung – bản và mô đun ống là hai kiểu mô đun màng ra đời sớm nhất dựa trên công nghệ lọc đơn giản. Đến nay cả hai hệ thống vẫn còn ứng dụng, tuy nhiên giá thành cao và ít hiệu quả nên chủ yếu người ta sử dụng mô đun màng kiểu sợi rỗng và mô đun dạng quấn. 2.1. Mô đun màng phẳng 2.1.1. Mô đun khung bản Mô đun khung – bản là một trong những hệ thống màng đầu tiên, thiết kế của nó về cơ bản dựa trên những thiết bị lọc truyền thống. Cửa dẫn dịch vào và cửa lấy sản phẩm ra được đặt thành lớp giữa hai lớp cuối, như ở hình 2.2. Giá thành sản phẩm cao (so với các mô đun màng khác) cùng với sự rò rỉ ở những chỗ nối trong hệ thống đã hạn chế ứng dụng của hệ thống này ở những ứng dụng quy mô nhỏ. Hình 2.2. Mô đun màng khung bản Hình 2.3. Đường đi của các dòng trong mô đun khung bản 6 Loại mô đun khung bản có nhiều ưu điểm như các mảng màng được thay thế riêng rẽ, ít bị đóng cặn bẩn, có thể được sử dụng mà không cần keo dán. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là phải dùng nhiều bản phụ trợ. Ngoài ra khi chuyển hướng dòng chảy trong mô đun gây ra tổn thất áp suất cao. Mô đun khung bản cũng có diện tích tương đối nhỏ (< 400m 2 / m 3 ). Mô đun màng khung bản có ứng dụng rộng rãi, như trong vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược, bay hơi qua màng và điện thẩm tích. 2.1.2. Mô đun hộp Ưu điểm: - Ít dùng đệm hơn mô đun quấn - Tính chịu áp cao - Tổn thất áp suất phía trong thấp - Ít bị đóng cặn Nhược điểm: - Diện tích riêng nhỏ (< 400 m 2 / m 3 ) - Phải dùng đến keo để kết dính Phạm vi ứng dụng: - Thẩm thấu ngược, lọc nano, tách khí 7 [...]... phẳng được tạo ra từ cùng loại vật liệu Phần lớn các mô đun sợi rỗng ứng dụng trong xử lý nước được sản xuất dựa trên các màng UF hoặc MF Cũng như tên gọi, loại mô đun này bao gồm các màng sợi rỗng, đó là các ống dài và hẹp có thể được tạo chế tạo từ các vật liệu màng khác nhau nhau Các sợi này có thể được bó lại theo một vài cách sắp xếp Trong cấu hình chung được nhiều nhà sản xuất sử dụng, các sợi rỗng... rỗng Các kỹ thuật chuẩn bị màng đã được mô tả không còn được phát triển để sản xuất các loại màng phẳng Tuy nhiên, những kỹ thuật này có thể được thay đổi để sản xuất những loại màng ở dạng ống mỏng hay dạng sợi Ưu điểm lớn nhất của loại màng sợi rỗng là có thể tạo các mô đun nhỏ gọn với diện tích bề mặt màng rất cao Tuy nhiên, ưu điểm này lại tạo ra nhược điểm là tốc độ dòng thấp hơn so với các loại màng. .. có thể và sẽ phát triển mô đun màng quấn cho nhiều ứng dụng khác nữa vẫn bị hạn chế Hình 2.4 Mô đun màng quấn (Wagner, 2001, Membrane Filtration Handbook) Thi t kế màng quấn gồm các tấm màng và các tấm đệm (feed spacers) được cuốn xung quanh một ống trung tâm có đục lỗ Cấu tạo cơ bản của mô đun màng quấn được chỉ ra ở hình 2.4 Theo hình vẽ này, dịch đi vào theo hướng tâm và thấm qua các tấm màng Một... tách 13 2.2.3 Mô đun mao quản Mô đun mao quản cũng tương tự như mô đun màng sợi rỗng chỉ khác về kích thước các mao quản Thông thường đường kinh các mao quản màng khoảng từ 0.6 – 6 mm Không như mô đun sợi rỗng, dòng dịch có thể đi trong ống hoặc đi ngoài ống, ở mô đun mao quản, dịch vào chảy trong tâm ống, nước trong sẽ thấm qua thành mao quản và được lấy ra ngoài So với các mô đun ống, mô đun mao quản... thay màng và mất nhiều thời gian - Hệ thống ống với đường kính lớn (1 inch) tốn nhiều năng lượng - Khó chế tạo và chi phí đắt để thay đổi thi t kế ống 11 Những ưu điểm của mô đun ống đôi khi lớn hơn những nhược điểm, nên mô đun màng vẫn có một vị trí trong ngành công nghiệp màng, tuy rằng khá nhỏ Mô đun màng ống thương ứng dụng nhiều trong vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược một bậc 2.2.2 Mô đun màng. .. Một phần dịch sẽ thấm vào các tấm màng, còn nước trong thì chuyển động xoáy trong ống trung tâm và đi ra ngoài ở đầu kia qua ống thu Những mô đun này được thi t kế nhằm làm giảm bề mặt màng nhiều nhất có thể trong một thể tích cho trước Ở quy mô nhỏ, mô đun màng cuốn gồm một tấm màng đơn được bao quanh một ống thu Trong mô đun có diện tích màng lớn, sử dụng tấm màng đơn có thể tạo ra chênh lệch áp suất... như các quá trình thẩm thấu ngược, lọc nano và siêu lọc Mặc dù các mô đun khung bản và mô đun ống có khả năng kiểm soát đóng cặn tốt hơn, nhưng những loại mô đun này chưa hoàn toàn thích hợp do giá thành cao, trừ quá trình phân tách gây bám cặn nghiêm trọng So sánh giữa các mô đun sợi rỗng và mô đun màng quấn, ta thấy mô đun màng quấn ra đời nhằm thay thế mô đun sợi rỗng do chúng ngăn chặn việc bám cặn... Một số màng ống được sắp xếp vào trong một cái vỏ và thi t bị trao đổi nhiệt dạng ống Dịch vào đi trong các lumen, còn nước trong thấm qua thành ống, và được thu ở phía ngoài gần vỏ Dịch đặc còn lại được lấy ở cuối các ống khác Hình 2.7 Mô đun màng gốm dạng ống (Kerasep – Techsep) 10 Hình 2.8 Hệ thống mô đun màng ống khi cắt Đường kính ống 0.5 – 1 inches Màng được đúc trong một ống hỗ trợ, phía ngoài... nước trong tới ống thu trung tâm dài hơn Để giữ áp suất của mô đun ở mức có thể kiểm soát được, người ta dùng nhiều tấm màng ngắn hơn 8 2.1.4 Ưu điểm của mô đun màng quấn Trong kỹ thuật thẩm thấu ngược (RO), lọc nano (NF) và siêu lọc (UF), phần lớn các mô đun màng được chế tạo theo thi t kế sợi rỗng hoặc dạng quấn Độ nén chặt cao và giá thành sản xuất thấp là những yếu tố chính khiến những mô đun màng. .. hai đầu và được bọc trong một lớp vỏ chịu áp như một phần của mô đun Các mô đun này thường được đặt thẳng đứng, mặc dù đặt nằm ngang cũng có thể dùng được Một kiểu tương tự như mô đun màng quấn ở đó cả hai được chèn vào trong vỏ chịu áp độc lập với bản thân mô đun Mô đun này được đặt nằm ngang Một cấu hình khác trong đó các sợi rỗng đã được bó lại với nhau được đặt nằm ngang và được nhúng chìm trong . CÁCH BỐ TRÍ CÁC THI T BỊ TRONG HỆ THỐNG MÀNG 1.1. Các kiểu bố trí thi t bị trong hệ thống màng Một hệ thống màng gồm các thi t bị: mô đun màng, bơm, ống dẫn, van và thi t bị điều khiển. Các mô. BÀI THI MÔN KỸ THUẬT MÀNG Đề bài: Nêu cách bố trí các thi t bị trong hệ thống màng và cấu tạo các loại mô đun màng Theo anh/chị, loại mô đun màng nào phù hợp dùng trong lĩnh vực. CÁCH BỐ TRÍ CÁC THI T BỊ TRONG HỆ THỐNG MÀNG 1 1.1. Các kiểu bố trí thi t bị trong hệ thống màng 1 1.1.1. Bố trí nối tiếp 1.1.2. Bố trí song song 1.1.3. Bố trí kiểu cây thông 1.1.4. Cách bố