Nghiên cứu ứng dụng màng lọc Nano (NF) lọc nước nhiễm mặn thành nước sinh hoạt, trường hợp nghiên cứu điển hình tại huyện đội An Minh tỉnh đội Kiên Giang quân khu 9

Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG LỌC NANO (NF) LỌC NƯỚC<br /> NHIỄM MẶN THÀNH NƯỚC SINH HOẠT, TRƯỜNG HỢP<br /> NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH TẠI HUYỆN ĐỘI AN MINH/TỈNH ĐỘI<br /> KIÊN GIANG/QUÂN KHU 9<br /> Nguyễn Thế Tiến, Bùi Hồng Hà, Phạm Công Minh, Nguyễn Thành Luân*<br /> Tóm tắt: Bài viết giới thiệu kết quả nghiên cứu ứng dụng màng lọc Nano (NF) để<br /> thiết kế, chế tạo thiết bị xử lý nước nhiễm mặn thành nước ngọt đạt quy chuẩn Việt<br /> Nam QCVN 02:2009/BYT với công suất 1m3/giờ kịp thời cung cấp nước sinh hoạt cho<br /> bộ đội thuộc huyện đội An Minh/tỉnh đội Kiên Giang/Quân khu 9 trong điều kiện thời<br /> tiết khô hạn, xâm nhập mặn do biến đổi khí hậu và nước biển dâng gây ra.<br /> Từ khóa: Màng lọc nano (NF), Nước nhiễm mặn, Nước sinh hoạt.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nặng nề do biến đổi khí hậu<br /> (BĐKH) và nước biển dâng (NBD), trong đó, khu vực đồng bằng sông Cửu Long<br /> (ĐBSCL) là khu vực chịu ảnh hưởng lớn nhất của Việt Nam. Cuối năm 2015 và<br /> nửa đầu năm 2016, ĐBSCL trải qua một hiện tượng thiên tai lịch sử do xâm nhập<br /> mặn. Do tác động của El Nino, lượng mưa trong khu vực giảm mạnh khoảng 20-<br /> 30% so với trung bình nhiều năm, trong khi đó, lượng nước sông Mê Kông về Việt<br /> Nam giảm 50%, dẫn đến tình trạng mặn lấn sâu vào đất liền ĐBSCL. Nhiều nơi<br /> nước mặn vào sâu đất liền tới 70-90 km, sâu hơn trung bình nhiều năm từ 15 đến<br /> 20 km. Một trong những đơn vị chịu ảnh hưởng lớn của đợt xâm nhập mặn này là<br /> huyện đội An Minh thuộc tỉnh đội Kiên Giang/QK9.<br /> Các nguồn nước cấp tự nhiên tại huyện An Minh (nước ngầm, nước ao hồ và<br /> nước sông) đều bị nhiễm mặn và nhiễm phèn nặng do không có mưa trong thời<br /> gian dài. Kết quả đo đạc vào giữa tháng 3/2016 cho thấy, nước ngầm có độ mặn là<br /> 7-8 g/l; nước ao hồ tại khu vực có độ mặn lên tới 25g/l. Thông thường, nước sông<br /> có độ mặn từ 1-8g/lít. Tuy nhiên, có những thời điểm trong tháng 4, độ mặn của<br /> sông lên tới 25g/l. Từ thực trạng đó, việc nghiên cứu chế tạo hệ thống lọc nước<br /> nhiễm mặn thành nước sinh hoạt vô cùng cấp bách [2].<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Đối tượng nghiên cứu<br /> 2.1.1. Nước nhiễm mặn<br /> Khái niệm nước nhiễm mặn được thay đổi tùy theo các quan điểm nhìn nhận.<br /> Về mặt kỹ thuật, người Anh-Mỹ cho rằng nước nhiễm mặn chứa từ 0,5 hoặc 1 tới<br /> 17 hoặc 30 gam muối hòa tan trong mỗi lít nước, thông thường được biểu diễn<br /> dưới dạng 0,5/1 tới 17/30 phần nghìn (ppt hay ‰). Vì thế, nước lợ bao phủ một<br /> khoảng chế độ mặn và nó không thể có định nghĩa chính xác. Tuy nhiên, Từ điển<br /> Bách khoa Toàn thư Việt Nam coi nước nhiễm mặn là nước có độ mặn từ 1.000 tới<br /> 10.000 mg/l hay 1 tới 10 ppt. Một đặc trưng là độ mặn của chúng có thể dao động<br /> mạnh theo thời gian và/hoặc không gian.<br /> 2.1.2. Màng lọc nano<br /> <br /> <br /> 236 N. T. Tiến, B. H. Hà, …, “Nghiên cứu ứng dụng màng lọc Nano… Quân khu 9.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> Công nghệ xử lý nước nhiễm mặn thành nước ngọt cũng rất đa dạng khác nhau.<br /> Trên thế giới hiện có nhiều phương pháp lọc nước mặn, nước nhiễm mặn thành<br /> nước ngọt. Đó là phương pháp: lọc đa tầng (dùng các hoạt chất than, cát, sỏi… để<br /> lọc); phương pháp chưng cất sử dụng năng lượng mặt trời (SD) (giống như phương<br /> pháp nấu rượu); phương pháp “thẩm thấu ngược” dùng màng lọc RO; phương pháp<br /> điện thẩm tích (ED); phương pháp sử dụng nhựa trao đổi ion và phương pháp sử<br /> dụng màng lọc nano (NF) [3].<br /> Với công nghệ RO như hiện nay, để xử lý nước biển với nồng độ muối 35.000<br /> mg/l thành nước đạt yêu cầu dùng cho sinh hoat (nồng độ muối không vượt quá<br /> 250 mg/l) thì cần cung cấp áp lực tổng cộng là 60 -100 atm. Công nghệ RO, do đó,<br /> có chi phí đầu tư, vận hành và quản lý rất cao.<br /> Phương pháp sử dụng NF là phương pháp mới đang được nghiên cứu ứng dụng<br /> tại Việt Nam và trên thế giới trong những năm gần đây. Các nghiên cứu ban đầu<br /> cho thấy phương pháp này tương đối hiệu quả với nguồn nước có độ mặn từ 1.000<br /> – 10.000 mg/l, với chi phí năng lượng không cao.<br /> Màng NF là loại màng có kích thước lỗ nhỏ (10-7 cm = 10A0), phân tử lượng bị<br /> chặn từ 200-500 g/mol. NF thích hợp cho quá trình làm mềm nước, loại bỏ một số<br /> chất hữu cơ tan, chì, sắt, niken, thủy ngân (II), các vi khuẩn gây bệnh… NF có thể<br /> loại bỏ được khoảng 95% ion kim loại hóa trị 2 và khoảng 40-60% các ion hóa trị<br /> 1/1,2,5/. Áp suất động lực của màng lọc nano thường là 500 mg/l thì nước sau xử lý UF<br /> không thể đạt QCVN 02:2009/BYT.<br /> Nghiên cứu khử mặn bằng màng NF:<br /> Để lựa chọn màng NF khử mặn với nước đầu vào có TDS < 2.500 mg/l, nhóm<br /> nghiên cứu đã sử dụng phần mềm chuyên dụng để kiểm tra tính toán với giả thiết<br /> màng UF đã tiền xử lý hầu hết các thành phần chỉ trừ thành phần muối.<br /> Các kịch bản được chạy với TDS = 1.500 mg/l; 2.000 mg/l; 2.500 mg/l; 3.000<br /> mg/l; 5.000 mg/l.<br /> Tiến hành chạy chương trình phần mềm mô phỏng với sơ đồ như hình 2 và giao<br /> diện phần mềm tính toán như hình 3:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 67<br /> Hình 2. Sơ đồ chạy chương trình phần mềm.<br /> Kết quả chạy chương trình phần mềm được trình bày trong bảng 1. Dựa vào kết<br /> quả được trình bày trong bảng 1 cho thấy, với TDS đầu vào 2.500 mg/l thậm chí<br /> lên đến 4.000 mg/l thì nước sau xử lý vẫn đạt QCVN 02:2009/BYT (TDS < 500<br /> mg/l). Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu suất thu hồi thì khi TDS đầu vào tăng thì áp lực<br /> lọc cũng tăng theo.<br /> <br /> <br /> 238 N. T. Tiến, B. H. Hà, …, “Nghiên cứu ứng dụng màng lọc Nano… Quân khu 9.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Giao diện phần mềm tính toán màng NF.<br /> Bảng 1. Kết quả chạy phần mềm.<br /> Nước cấp vào Nước sau xử lý Hiệu suất<br /> Áp lực lọc<br /> TT TDS Q TDS Q thu hồi<br /> (Bar)<br /> (mg/l) (m3/h) (mg/l) (m3/h) (%)<br /> 1 1.000 2,5 91 1 40% 7,9<br /> 2 1.500 2,5 139 1 40% 8,7<br /> 3 2.000 2,5 195 1 40% 9,0<br /> 4 2.500 2,5 253 1 40% 9,5<br /> 5 3.000 2,5 312 1 40% 11,0<br /> 6 4.000 2,5 425 1 40% 11,5<br /> 7 5.000 2,5 525 1 40% 13,5<br /> 3.2. Thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn<br /> Dựa vào chất lượng nước đầu vào, cùng với kết quả phần mềm tính toán màng<br /> NF nhóm thực hiện tính toán thiết kế hệ thống lọc nước nước nhiễm mặn.<br /> Các thông số kỹ thuật chính của hệ thống:<br /> Hệ thống được thiết kế, lựa chọn và lắp đặt với các thông số chính được trình<br /> bày trong bảng 2.<br /> Bảng 2. Các thông số kỹ thuật chính của hệ thống.<br /> TT NỘI DUNG THÔNG SỐ GHI CHÚ<br /> 1 Hồ chứa nước nhiễm mặn DxRxS Đáy và thành hồ được trải tấm<br /> (30x23x2,5)m HDPE. Kè thành hồ cao 0,2m<br /> 2 Yêu cầu nước đầu vào hệ độ mặn ≤ Nước lấy từ sông Xáng Xẻo Rô<br /> thống xử lý (độ mặn) 2.500mg/l<br /> 3 Công suất hệ thống xử lý 1 m3/giờ<br /> 4 Yêu cầu chất lượng nước Nước sinh hoạt<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 239<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> TT NỘI DUNG THÔNG SỐ GHI CHÚ<br /> sau xử lý đạt QCVN<br /> 02:2009/BYT<br /> 5 Nguồn điện 3 pha Có thể sử dụng điện lưới hoặc máy<br /> phát điện<br /> 6 Công suất tiêu thụ điện 3 - 5 kW/h<br /> 7 Khối lượng thiết bị (tổng < 1 tấn<br /> cộng)<br /> 8 Kích thước mặt bằng lắp 8 m2 Có thể tích hợp trong Container 20ft<br /> đặt DxR = 4x2 m<br /> 9 Chí phí vận hành dự kiến: