Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật hoá học, Vật liệu, Luyện kim và Môi trường: Nghiên cứu thiết kế và khảo sát hệ thống chưng cất màng khử mặn nước biển sử dụng năng lượng mặt trời ở quy mô Pilot

- Luận văn Thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường với đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế và khảo sát hệ thống chưng cất màng khử mặn nước biển sử dụng năng lượng mặt trời ở quy mô pilot.
- Các công nghệ khử mặn nước biển trên thế giới.
- Công nghệ chưng cất màng cho khử mặn nước biển.
- Hiệu quả hoạt động của quá trình chưng cất màng khử mặn nước biển.
- Các công nghệ thu hồi năng lượng mặt trời và tiềm năng sử dụng năng lượng mặt trời cho chưng cất màng khử mặn nước biển ở Việt Nam.
- Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất màng MD khử mặn nước biển quy mô pilot với công suất 1 m 3 /ngày.
- Khảo sát hiệu quả hoạt động của hệ thống chưng cất màng khử mặn nước biển.
- Đánh giá hiệu quả năng lượng của hệ thống.
- Điều kiện làm việc và năng lượng tiêu thụ của các công nghệ khử mặn nước biển [7.
- Quá trình khử mặn nước biển bằng công nghệ MSF [7.
- Sơ đồ công nghệ quá trình MED khử mặn nước biển [7.
- Nguyên lý hoạt động của quá trình MD khử mặn nước biển [24.
- Sơ đồ hệ thống tự động hóa của hệ khử mặn nước biển MD ở quy mô pilot lắp đặt tại Đảo Bé.
- Hình ảnh thực tế của hệ thống chưng cất màng khử mặn nước biển công suất 1 m 3 /ngày lắp đặt tại đảo Bé, Lý Sơn.
- Hệ thống tấm thu nhiệt mặt trời để bổ sung nhiệt năng cho hệ thống chưng cất màng MD khử mặn nước biển công suất 1 m 3 /ngày tại Lý Sơn.
- Thông lượng cất nước của quá trình AGMD đối với nước biển tự nhiên và nước biển đã lọc theo thời gian.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ dòng làm mát lên công suất cất nước và chất lượng nước cất thu được của hệ thống MD khử mặn nước biển ở quy mô pilot..
- Ảnh hưởng lưu lượng tuần hoàn nước đến lưu lượng nước cất thu được của hệ thống MD khử mặn nước biển ở quy mô pilot.
- Ảnh hưởng lưu lượng tuần hoàn đến độ dẫn điện dòng nước cất thu được từ quá trình MD khử mặn nước biển ở quy mô pilot.
- Công suất cất nước và độ mặn của nước cất của hệ MD khi vận hành trong thời gian kéo dài với nước cấp là nước biển thật.
- Công suất cất nước và năng lượng tiêu thụ riêng của hệ thống MD khử mặn nước biển quy mô pilot tại Đảo Bé, Lý Sơn trong 30 ngày vận hành sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp điện trở phụ.
- Hình ảnh bà con trên Đảo Bé tập trung lấy nước uống từ hệ thống MD khử mặn nước biển lắp trên đảo.
- Hiện tại, các công nghệ khử mặn nước biển được chia thành hai nhóm chính:.
- công nghệ chưng cất màng cho khử mặn nước biển ở quy mô phòng thí nghiệm..
- Các nghiên cứu này đã chứng tỏ tính khả thi về mặt kỹ thuật và chỉ ra những trở ngại của công nghệ chưng cất màng khử mặn nước biển.
- Song, ở Việt Nam hiện chưa có một nghiên cứu, khảo sát hoạt động của hệ thống chưng cất màng cho khử mặn nước biển ở quy mô pilot, đặc biệt là khi kết hợp với năng lượng mặt trời.
- Từ thực tế này, tôi đã lựa chọn luận văn: “Nghiên cứu thiết kế và khảo sát hệ thống chưng cất màng khử mặn nước biển sử dụng năng lượng mặt trời ở quy mô pilot.”.
- Có thể nói, biển sẽ là nguồn nước ngọt vô tận cho loài người khi có các công nghệ khử mặn nước biển hiệu quả và kinh tế.
- Để khử mặn nước biển (giảm độ mặn xuống ngưỡng tiêu chuẩn của nước ngọt), các công nghệ khử mặn tiếp cận theo hai hướng khác nhau: (1) tách nước ngọt ra khỏi nước biển và (2) tách muối ra khỏi nước biển [6].
- Do vậy, các công nghệ khử mặn nước biển chủ yếu tiếp cận theo cách thứ 2, tách nước sạch ra khỏi nước biển..
- Nhờ đặc điểm này, các công nghệ khử mặn nước biển dùng màng lọc tiêu tốn ít năng lượng hơn nhiều so với các quá trình chưng cất.
- Vì điều này, các công nghệ chưng cất khử mặn nước biển vẫn được ưu tiên lựa chọn ở các nước trong khu vực Trung Đông (Hình 1)..
- Các công nghệ chưng cất ứng dụng cho khử mặn nước biển chủ yếu dựa trên hai quá trình: chưng cất nhanh đa bậc (multi stage flash, MSF) và chưng cất đa phân đoạn (multi effect distillation, MED).
- Các nhà máy khử mặn nước biển sử dụng 2 công nghệ này chiếm đến 28% thị phần khử mặn nước biển trên thế giới (Hình 1).
- Nguồn năng lượng chính của quá trình khử mặn nước biển dùng công nghệ chưng cất là nhiệt năng để đun nóng nước biển..
- Quá trình khử mặn nước biển bằng công nghệ MSF [7]..
- Ưu điểm chính của công nghệ MSF khử mặn nước biển là nó thu được nước sạch (nước cất) có độ tinh khiết rất cao và quá trình vận hành tương đối đơn giản [8, 9].
- Quá trình MSF có thể hoạt động hiệu quả với nước biển có độ mặn cao (như ở khu vực Trung Đông), không yêu cầu quá trình tiền xử lý kỹ càng và có thể đạt được hiệu suất thu hồi nước cao [8, 9].
- Điều kiện làm việc và năng lượng tiêu thụ của các công nghệ khử mặn nước biển [7]..
- 90,0 Một công nghệ khử mặn nước biển dựa trên nguyên lý chưng cất khác là công nghệ MED (Hình 3).
- Sơ đồ công nghệ quá trình MED khử mặn nước biển [7]..
- Công nghệ RO hiện đang dẫn đầu thị trường khử mặn nước biển trên thế giới [3, 10].
- RO sử dụng một màng lọc bán thấm để tách nước ngọt từ dòng nước biển.
- i) Đòi hỏi phải tiền xử lý rất kỹ lưỡng dòng nước biển cấp vào hệ thống (Hình 5).
- Công nghệ ED sử dụng các màng trao đổi ion để thực hiện quá trình khử mặn nước biển [12, 13].
- Năng lượng tiêu thụ chính của quá trình ED là điện năng (Bảng 1) và nó phụ thuộc rất nhiều vào độ mặn của dòng nước biển.
- Nguy cơ bẩn màng cao cũng là một giới hạn của quá trình khử mặn nước biển dùng công nghệ ED [12, 13].
- Tuy nhiên, quá trình EDR mới đang ở giai đoạn nghiên cứu và cần thêm nhiều thời gian để được áp dụng cho khử mặn nước biển ở quy mô công nghiệp [4]..
- Công nghệ chưng cất màng cho khử mặn nước biển 1.2.1.
- Dựa trên nguyên lý chưng cất, hoạt động của quá trình MD khử mặn nước biển ít bị ảnh hưởng bởi độ mặn và chất lượng ban đầu của nước biển cấp vào giống như các công nghệ MSF và MED.
- Do vậy, hiện tượng bẩn cặn màng ít xảy ra với quá trình MD khử mặn nước biển khi vận hành ở chế độ thu hồi nước hợp lý (không quá 70% với nước biển) [18].
- Nguyên lý hoạt động của quá trình MD khử mặn nước biển [24]..
- Trong thực tế, các hệ thống MD khử mặn nước biển được thiết kế và vận hành dựa trên bốn cấu hình cơ bản: chưng cất màng trực tiếp (direct contact membrane distillation, DCMD), chưng cất màng chân không (vacuum membrane distillation, VMD), chưng cất màng khí cuốn (sweep gas membrane distillation, SGMD) và chưng cất màng đệm khí (air gap membrane distillation, AGMD) [16, 17].
- Do đó, cấu hình VMD và SGMD chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng khác không phải là khử mặn nước biển [17]..
- Mục đích của quá trình chưng cất màng MD khử mặn nước biển là thu được nước ngọt có độ tinh khiết cao để phục vụ nhu cầu của con người.
- Do đó, độ tinh khiết của nước cất thu được từ quá trình chưng cất màng khử mặn nước biển thường được đánh giá bằng độ dẫn điện của nước cất thu được.
- Các thông số hoạt động của quá trình chưng cất màng MD khử mặn nước biển phụ thuộc rất nhiều vào đặc trưng màng lọc và điều kiện vận hành của quá trình.
- Bên cạnh đặc trưng của màng lọc, các điều kiện vận hành quá trình gồm: chất lượng và độ mặn của nước biển cấp vào hệ thống, nhiệt độ dòng nước cấp và dòng làm mát, lưu lượng tuần hoàn.
- của dòng cấp và dòng làm mát cũng ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả hoạt động của quá trình chưng cất màng khử mặn nước biển..
- Trong các công nghệ khử mặn nước biển sử dụng màng lọc, chưng cất màng MD khá an toàn khi xét về khía cạnh bẩn, cặn màng.
- Bẩn màng do kết tủa có thể được hạn chế bằng cách khống chế hiệu suất thu hồi nước của quá trình khử mặn nước biển.
- Ví dụ, các quá trình RO khử mặn nước biển thường được vận hành ở hiệu suất thu hồi nước không quá 50%, trong khi đó quá trình.
- Bảng 3, Việt Nam có tiềm năng lớn để sử dụng năng lượng mặt trời cho các hệ thống khử mặn nước biển trong đó có MD.
- Hiện tại, ở Việt Nam chưa có nghiên cứu nào được công bố về hệ thống chưng cất màng MD khử mặn nước biển có sử dụng năng lượng mặt trời..
- Đối tượng nghiên cứu là một hệ thống chưng cất màng MD ứng dụng cho khử mặn nước biển ở quy mô pilot để cung cấp nước uống.
- Nguyên lý hoạt động của toàn bộ hệ thống AGMD khử mặn nước biển được thể hiện trên Hình 10..
- Nước biển được tiền xử lý thông qua một hệ thống vi lọc (lọc MF) với màng lọc là màng dạng sợi chế tạo từ popypropilen (PP) kích thước lỗ màng 1 µm..
- Nước biển sau sơ lọc MF được giữ trong bể chứa 2, bố trí trên cao so với bể cấp của hệ thống chưng cất màng MD.
- Nước biển trong bể cấp của hệ chưng cất màng MD được làm mát để duy trì nhiệt độ làm việc nhờ sử dụng máy lạnh (chiller).
- Độ mặn của nước biển dao động trong khoảng mg/L.
- Những chỉ tiêu này khá thuận lợi cho quá trình khử mặn nước biển dùng công nghệ MD.
- Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn cho hệ thống MD khử mặn nước biển có thể hoạt động tin cậy trong thời gian dài, cần tiến hành lọc sơ bộ nước biển bằng quá trình vi lọc MF..
- Nước biển tự nhiên cũng được sử dụng để đánh giá hoạt động của hệ thống AGMD ở quy mô phòng thí nghiệm.
- Đối với hệ thống chưng cất màng AGMD ở quy mô pilot tại thực địa, nước cấp vào hệ thống là nước biển lấy tại đảo An Bình sau khi qua sơ lọc MF.
- Hệ thống có nhiệm vụ làm nóng môi chất (dầu glyxerin) để trao đổi nhiệt với nước biển..
- tuổi thọ hệ thống.
- Hệ thống năng lượng mặt trời.
- Sơ đồ hệ thống tự động hóa của hệ khử mặn nước biển MD ở quy mô pilot lắp đặt tại Đảo An Bình..
- Hệ thống chưng cất màng MD khử mặn nước biển công suất 1 m 3 /ngày sau khi được thiết kế, chế tạo, và lắp đặt được triển khai tại đảo An Bình (đảo An Bình) huyện đảo Lý Sơn.
- Hình ảnh thực tế của hệ thống chưng cất màng khử mặn nước biển công suất 1 m 3 /ngày lắp đặt tại đảo An Bình, Lý Sơn..
- Hệ thống tấm thu nhiệt mặt trời để bổ sung nhiệt năng cho hệ thống chưng cất màng MD khử mặn nước biển công suất 1 m 3 /ngày tại Lý.
- Hiệu quả hoạt động của hệ thống với nước cấp là nước biển nhân tạo.
- Trong thực tế có tồn tại phân cực nồng độ trong quá trình AGMD với nước biển.
- Khi bắt đầu quá trình, thông lượng cất nước của hệ thống là như nhau khi sử dụng nước biển tự nhiên và nước biển qua lọc.
- Sau 3 giờ vận hành hệ thống với nước biển tự nhiên, thông lượng cất nước bắt đầu giảm từ từ so với quá trình sử dụng nước biển đã qua lọc (Hình 22).
- Sau 13 giờ vận hành, thông lượng cất nước của hệ thống với nước biển tự nhiên giảm chỉ còn 62%.
- so với hệ thống với nước biển đã qua lọc.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ dòng làm mát lên công suất cất nước và chất lượng nước cất thu được của hệ thống MD khử mặn nước biển ở quy mô.
- Do đó, từ kết quả nghiên cứu này, hệ thống chưng cất màng MD khử mặn nước biển ở quy mô pilot sẽ được vận hành ở nhiệt độ dòng làm mát là 20 °C..
- Ảnh hưởng lưu lượng tuần hoàn nước đến lưu lượng nước cất thu được của hệ thống MD khử mặn nước biển ở quy mô pilot..
- Ảnh hưởng lưu lượng tuần hoàn đến độ dẫn điện dòng nước cất thu được từ quá trình MD khử mặn nước biển ở quy mô pilot..
- Công suất cất nước và độ mặn của nước cất của hệ MD khi vận hành trong thời gian kéo dài với nước cấp là nước biển thật..
- Kết quả thu được từ quá trình khảo sát thực nghiệm hệ thống MD ở quy mô pilot trong thời gian 60 ngày chứng tỏ tính khả thi của công nghệ MD cho khử mặn nước biển về phương diện kỹ thuật.
- Hình 31 thể hiện điện năng tiêu thụ riêng và lưu lượng nước cất thu được khi vận hành hệ thống MD khử mặn nước biển trong thời gian 30 ngày sử dụng nguồn điện trở trực tiếp để đốt nóng nguồn nước.
- Công suất cất nước và năng lượng tiêu thụ riêng của hệ thống MD khử mặn nước biển quy mô pilot tại Đảo An Bình, Lý Sơn trong 30 ngày vận.
- Hình ảnh bà con trên đảo An Bình tập trung lấy nước uống từ hệ thống MD khử mặn nước biển lắp trên đảo (chụp ngày .
- Trở ngại lớn nhất là tác động của môi trường biển lên độ bền và tuổi thọ của các hệ thống khử mặn nước biển.
- Nghiên cứu phân tích, đánh giá nguyên lý hoạt động, điều kiện vận hành, và ưu nhược điểm của các công nghệ khử mặn nước biển trong đó có công nghệ chưng cất màng..
- Phân tích nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của các cấu hình chưng cất màng, từ đó lựa chọn cấu hình chưng cất màng đệm không khí (AGMD) cho hệ thống chưng cất màng khử mặn nước biển quy mô pilot..
- Thiết kế và chế tạo hệ thống chưng cất màng MD khử mặn nước biển có sử dụng năng lượng mặt trời với công suất 1 m 3 /ngày: hệ thống gồm 03 mô đun màng lọc có cấu hình AGMD với diện tích bề mặt màng là 77,7 m 2

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt