1
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn,
giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô, gia đình, bạn bè.
Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô trường Đại học xây dựng., đặc biệt là
các thầy cô bộ môn Cấp thoát nước-Đại học Xây dựng.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Đức Hạ đã dành rất nhiều thời gian và tâm
huyết hướng dẫn nghiên cứu cũng như đã cho phép tôi được công bố số liệu thí nghiệm đề
tài NCKH đọc lập cấp nhà nước do thầy làm chủ nhiệm để tôi hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn khoa Sau Đại học- trường Đại học Xây dựng đã tạo
rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực
của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng
góp quí báu của quí thầy cô và các bạn.
Hà Nội, Ngày 16 tháng 01 năm 2013
Học viên
Phạm Duy Đông
2
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................ 8
1. Sự cần thiết của đề tài ....................................................................................................... 8
2. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................................ 9
3. Đối tượng và phạm vi của đề tài ....................................................................................... 9
4. Nội dung chủ yếu của luận văn ......................................................................................... 9
5. Phương pháp nghiên cứu: ............................................................................................... 10
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................................ 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................. 11
1.1. Nhu cầu cấp nước và đặc điểm nước biển ven bờ Việt Nam. ......................................... 11
1.1.1. Nhu cầu cấp nước ....................................................................................................... 11
1.1.2. Đặc điểm nước biển ven bờ Việt Nam. ...................................................................... 12
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước và ở Việt Nam. ......................................................... 15
1.2.1. Các phương pháp khử muối trong nước lợ và nước mặn. .......................................... 17
1.2.2. Khử muối bằng nhiệt .................................................................................................. 17
1.2.3. Khử muối bằng quá trình điện thẩm tách ................................................................... 17
1.2.4. Khử muối bằng quá trình trao đổi ion. ........................................................................ 19
1.2.5. Công nghệ màng lọc ................................................................................................... 23
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC QUÁ TRÌNH LỌC MÀNG ................................ 24
2.1. Phương pháp xử lý nước mặn bằng màng lọc. ............................................................... 24
2.1.1. Khái niệm màng lọc. ................................................................................................... 24
2.1.2. Các loại màng lọc. ...................................................................................................... 25
2.1.3. Đặc tính màng. ............................................................................................................ 27
2.1.4. Vật liệu màng .............................................................................................................. 29
2.1.5. Môđun màng ............................................................................................................... 29
2.1.6. Cơ chế lọc màng. ........................................................................................................ 32
2.1.7. Các thông số thiết kế và vận hành các hệ thống lọc màng. ........................................ 33
2.2. Màng NF để xử lý nước lợ và nước mặn. ....................................................................... 34
2.2.1. Tính chất của lọc nano NF .......................................................................................... 34
2.2.2. Cơ chế tách trong quá trình lọc màng NF ................................................................... 35
CHƯƠNG 3:NGHIÊN CỨU TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM ........................................... 36
3.1. Mục tiêu nghiên cứu. ...................................................................................................... 36
3.2. Phương pháp thực nghiệm. ............................................................................................. 37
3.2.1. Nước mẫu thí nghiệm: ................................................................................................ 37
3.2.2. Mô tả tóm tắt thực nghiệm: ......................................................................................... 37
3.2.3. Phương pháp phân tích. .............................................................................................. 38
3.2.4. Mô hình thực nghiệm .................................................................................................. 38
3.3. Kết quả và thảo luận ....................................................................................................... 42
3
3.3.1. Đánh giá khả năng khử muối với các nồng độ khác nhau bằng NF 1 bậc. ................ 42
3.3.2. Đánh giá khả năng khử muối bậc 2 bằng trao đổi ion. ............................................... 48
3.3.3. Đánh giá khả năng khử muối bậc 2 bằng màng NF ................................................... 50
3.3.4. Đánh giá khả năng khử muối bậc 2 bằng màng RO ................................................... 51
3.4. Kết luận và đề xuất các dây chuyền công nghệ thích hợp cho các nồng độ muối khác
nhau. ..................................................................................................................................... 53
KẾT LUẬN ............................................................................................................................ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 57
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 59
4
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sự loại bỏ ion trong quá trình điện thẩm tách .......................................................... 18
Hình 1.2 Sự di chuyển các ion trong quá trình điện thẩm tách............................................... 19
Hình 1.3 Cơ chế trao đổi ion của các hạt trao đổi ion ............................................................ 20
Hình 2.1 Mô tả màng lọc ........................................................................................................ 25
Hình 2.2 Kích thước lỗ rỗng của một số loại màng ................................................................ 26
Hình 2.3. Hình dạng lỗ rỗng màng đồng chất ......................................................................... 28
Hình 2.4. Hình dạng màng bất đối xứng ................................................................................. 28
Hình 2.5. Các mô đun màng dạng khung tấm và dạng ống .................................................... 30
Hình 2.6. Các mô đun màng dạng quấn xoắn và dạng sợi rỗng ............................................. 31
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý phần tử chuyển dịch qua màng ..................................................... 32
Hình 3.1. Mô hình thí nghiệm khử mặn có sử dụng màng NF ............................................... 39
Hình 3.2. Sơ đồ bộ lọc cát áp lực ............................................................................................ 39
Hình 3.3. Sơ đồ bộ lọc UF ...................................................................................................... 40
Hình 3.4. Sơ đồ bộ lọc NF ...................................................................................................... 41
Hình 3.5. Sơ đồ cột trao đổi ion .............................................................................................. 41
Hình 3.6. Sơ đồ bộ lọc RO ...................................................................................................... 42
Hình 3.7. Kết quả chạy mô hình với nồng độ muối đầu vào là 7,5‰ với điều kiện thay đổi áp
suất làm việc của màng NF (Thứ tự P = 8bar, P = 9 bar và P= 10 bar) ................ 43
Hình 3.8. Kết quả chạy mô hình với nồng độ muối đầu vào là 12,5‰ với điều kiện thay đổi
áp suất làm việc của màng NF(Thứ tự P = 8bar, P = 9 bar và P= 10 bar) ............ 44
Hình 3.9. Kết quả chạy mô hình với nồng độ muối đầu vào là 17,5‰ với điều kiện thay đổi
áp suất làm việc của màng NF (Thứ tự P = 8bar, P = 9 bar và P= 10 bar) ........... 45
Hình 3.10. Kết quả chạy mô hình với nồng độ muối đầu vào là 22,5‰ với điều kiện thay đổi
áp suất làm việc của màng NF (Thứ tự P = 8bar, P = 9 bar và P= 10 bar) ........... 46
Hình 3.11. Kết quả chạy mô hình với nồng độ muối đầu vào là 27,5‰ với điều kiện thay đổi
áp suất làm việc của màng NF (Thứ tự P = 8bar, P = 9 bar và P= 10 bar) ........... 47
Hình 3.12. Kết quả chạy mô hình với nồng độ muối đầu vào là 32,5‰ với điều kiện thay đổi
áp suất làm việc của màng NF(Thứ tự P = 8bar, P = 9 bar và P= 10 bar) ............ 48
Hình 3.13. Khả năng khử muối bằng trao đổi ion với nồng độ muối Co = 7,5‰, CNF1-out =
1,0‰ ...................................................................................................................... 49
Hình 3.14. Khả năng khử muối bằng trao đổi ion với nồng độ muối Co = 12,5‰, CNF1-out
= 2,5‰ ................................................................................................................... 49
Hình 3.15. Khả năng khử muối bằng trao đổi ion với nồng độ muối Co = 17,5‰, CNF1-out
= 7,5‰ ................................................................................................................... 50
Hình 3.16. Khả năng khử muối bậc 2 bằng màng NF với nồng độ muối Co = 12,5‰, CNF1-
out = 2,5‰ ............................................................................................................. 50
5
Hình 3.17. Khả năng khử muối bậc 2 bằng màng NF với nồng độ muối Co = 17,5‰, CNF1-
out = 7,5‰ ............................................................................................................. 51
Hình 3.18. Khả năng khử muối bậc 2 bằng màng RO với nồng độ muối Co = 12,5‰, CNF1-
out = 2,5‰ ............................................................................................................. 51
Hình 3.19. Khả năng khử muối bậc 2 bằng màng RO với nồng độ muối Co = 17,5‰, CNF1-
out = 7,5‰ ............................................................................................................. 52
Hình 3.20. Khả năng khử muối bậc 2 bằng màng RO với nồng độ muối Co = 22,5‰, CNF1-
out = 11.9‰ ........................................................................................................... 52
Hình 3.21. Khả năng khử muối bậc 2 bằng màng RO với nồng độ muối Co = 27,5‰, CNF1-
out = 17.5‰ ........................................................................................................... 52
Hình 3.22. Khả năng khử muối bậc 2 bằng màng RO với nồng độ muối Co = 32,5‰, CNF1-
out = 21.9‰ ........................................................................................................... 53
Hình 3.23. Sơ đồ tổng quát các quá trình xử lý nước lợ và nước mặn vùng ven biển, cửa sông
để cấp nước sinh hoạt ............................................................................................ 55