Bài giảng Cấp nước quy mô nhỏ: Lọc màng - PGS.TS. Nguyễn Việt Anh

3/31/2013<br /> <br /> N I DUNG TRÌNH BÀY<br /> <br /> LỌC MÀNG<br /> <br /> I<br /> <br /> Đ NH NGHĨA MÀNG L C.<br /> <br /> II CÁC THÔNG S Đ C TRƯNG C A MÀNG L C.<br /> III<br /> <br /> PHÂN CHIA CÁC LO I MÀNG L C.<br /> <br /> IV CÁC HÌNH TH C L C QUA MÀNG.<br /> <br /> V<br /> <br /> CÁC LO I MÀNG L C.<br /> <br /> VI<br /> <br /> CÁC<br /> <br /> NG D NG C A MÀNG L C.<br /> <br /> PGS. TS. NGUY N VI T ANH, Đ I H C XÂY D NG<br /> <br /> Đ NH NGHĨA MÀNG L C<br /> <br /> NGUYÊN T<br /> <br /> Màng l c là m t l p màng v t li u m ng có kh<br /> năng phân tách v t ch t theo đ c tính v t lý và hóa<br /> h c c a chúng khi ch u m t áp l c nh t đ nh.<br /> Đ C ĐI M:<br /> Không c n s d ng nhi u hóa ch t.<br /> Có th lo i b vi khu n, virut mà không c n ch t<br /> kh trùng.<br /> Lo i b đư c h u h t các thành ph n kim lo i, các<br /> ch t có h i trong nư c.<br /> Không c n nhi u di n tích.<br /> X y ra ngay nhi t đ thư ng, không làm thay đ i<br /> pha c a dung d ch ban đ u.<br /> <br /> S<br /> <br /> C HO T Đ NG<br /> <br /> Màng là m t l p v t li u<br /> m ng, có th phân chia<br /> các thành ph n c a nư c<br /> theo nhu c u<br /> Nư c c n x lý khi g p<br /> màng chia thành 2 dòng<br /> ch y:<br /> Nư c b n<br /> (concentrate)<br /> Nư c l c (Permeate)<br /> <br /> KHÁC BI T GI A L C MÀNG VÀ L C H T<br /> <br /> LỌC THÔNG THƯỜNG VÀ LỌC MÀNG<br /> Đ C ĐI M<br /> CH T LƯ NG NƯ C<br /> S<br /> <br /> D NG HÓA CH T<br /> <br /> DI N TÍCH CT<br /> <br /> L C H T TRUY N<br /> TH NG<br /> <br /> L C MÀNG<br /> <br /> CHƯA T T<br /> <br /> R TT T<br /> <br /> NHI U<br /> <br /> ÍT HƠN<br /> <br /> L N<br /> <br /> ÍT HƠN<br /> <br /> LO I B<br /> <br /> KL N NG<br /> <br /> CHƯA T T<br /> <br /> T T<br /> <br /> LO I B<br /> <br /> CHC, VK,VR<br /> <br /> CHƯA T T<br /> <br /> T T<br /> <br /> LO I B<br /> <br /> (N)<br /> <br /> CHƯA T T<br /> <br /> T T<br /> <br /> KHÔNG<br /> <br /> CÓ<br /> <br /> KH<br /> <br /> M N<br /> <br /> Nguyen Viet Anh. IESE<br /> <br /> 1<br /> <br /> 3/31/2013<br /> <br /> ƯU ĐI<br /> <br /> NHƯ<br /> <br /> M C A MÀNG L C<br /> <br /> C ĐI M<br /> <br /> Có th lo i tr virus và vi khu n protozoa m t cách đáng<br /> <br /> Nư c c n x lý ph i đư c làm s ch đ n m t m c đ<br /> <br /> tin c y<br /> <br /> nh t đ nh trư c khi đưa vào thi t b màng l c<br /> <br /> Ít s d ng hóa ch t do đó gi m thi u đáng k ch t th i và<br /> Ch đ v n hành nghiêm ng t<br /> <br /> chi phí mua hóa ch t<br /> Kh trùng đ t hi u qu t i đa mà không t o s n ph m th<br /> c p gây ung thư (như trong trư ng h p s d ng Chlorine)<br /> <br /> Giá thành nư c x lý dùng thi t b màng cao so v i<br /> <br /> H th ng g n nh , ti t ki m di n tích s d ng, thi công<br /> <br /> công ngh truy n th ng<br /> <br /> nhanh<br /> Có kh năng t đ ng hóa cao<br /> <br /> CÁC TH NG S<br /> <br /> Đ C TRƯNG C A MÀNG L C<br /> <br /> PHÂN CHIA CÁC LO I MÀNG L C<br /> <br /> Kích thư c l r ng trên màng.<br /> <br /> Màng l c có th đư c phân lo i theo:<br /> A. Kích thư c v t ch t:<br /> <br /> Lo i v t li u ch t o màng.<br /> <br /> •<br /> <br /> MÀNG L C<br /> <br /> Công su t l c c a màng, t l thu h i c a màng.<br /> Di n tích b m t màng, t l di n tích h u ích.<br /> <br /> Màng vi l c MF - Micro Filtration<br /> <br /> •<br /> <br /> Màng siêu l c UF - Ultra Filtration<br /> <br /> •<br /> <br /> D ng màng ( khung ph ng, ng r ng ).<br /> <br /> Màng nano NF - Nano Filtration<br /> <br /> •<br /> <br /> Màng th m th u ngư c RO - Reverse Osmosis<br /> <br /> B. Áp l c trên màng.<br /> •<br /> <br /> Màng áp l c th p.<br /> <br /> •<br /> <br /> Áp su t ho t đ ng c a màng.<br /> <br /> Màng áp l c cao.<br /> <br /> PHÂN LO<br /> <br /> PHÂN LO<br /> <br /> I MÀNG<br /> <br /> (THEO KÍCH THƯ C L MÀNG)<br /> <br /> Mµng UF<br /> <br /> • L<br /> –<br /> –<br /> –<br /> –<br /> <br /> I MÀNG<br /> <br /> (THEO L C LÀM VI C)<br /> <br /> c hút (Màng ng p nư c)<br /> Có th x lý ch t b n n ng đ cao<br /> Có th dùng đ c i t o, nâng c p nhà máy x lý nư c<br /> Tiêu t n nhi u năng lư ng<br /> Có v n đ v ti ng n và cân b ng<br /> <br /> Läc b»ng c¸t<br /> Mµng MF<br /> <br /> Lo i màng nào có th lo i x<br /> <br /> Nguyen Viet Anh. IESE<br /> <br /> lý đư c nư c bi n?<br /> <br /> 2<br /> <br /> 3/31/2013<br /> <br /> PHÂN LO<br /> <br /> I MÀNG<br /> <br /> PHÂN LO<br /> <br /> (THEO L C LÀM VI C)<br /> <br /> • Áp l c (Màng Canister)<br /> – Thi t b màng g n nh hơn<br /> – Tuy v y không th x lý nư c có n ng đ ch t th i cao<br /> (đ đ c > 100 NTU) trong th i gian dài<br /> <br /> I MÀNG<br /> <br /> (THEO C U TRÚC MÀNG)<br /> <br /> • Màng t m<br /> <br /> Màng cu n trôn c<br /> (Spiral Wound)<br /> <br /> Ch y u dùng v i màng Nano<br /> và RO<br /> <br /> PHÂN LO<br /> <br /> I MÀNG<br /> <br /> PHÂN LO<br /> <br /> (THEO C U TRÚC MÀNG)<br /> <br /> I MÀNG<br /> <br /> (THEO C U TRÚC MÀNG)<br /> <br /> • Màng ng (OD>3mm)<br /> <br /> • Màng s i r ng (ID<br /> 1000 Da<br /> <br /> Chênh l ch<br /> hóa th ,<br /> chênh l ch C,<br /> chênh l ch T<br /> <br /> Khu ch tán<br /> <br /> Phân t tan<br /> trong dung<br /> môi chi t;<br /> ch t bay hơi<br /> <br /> Phân t ko<br /> tan trong<br /> dung môi<br /> chi t; ch t<br /> ko bay hơi<br /> <br /> MBSX<br /> <br /> Chênh l ch<br /> hóa th ho c<br /> chênh l ch<br /> n ng đ<br /> <br /> Phân b<br /> khu ch tán<br /> <br /> Phân t tan<br /> trong dung<br /> môi chi t<br /> <br /> Phân t ko<br /> tan trong<br /> dung môi<br /> chi t<br /> <br /> Chênh l ch<br /> nhi t đ<br /> <br /> Khu ch tán<br /> <br /> Ch t bay hơi<br /> <br /> Ch t không<br /> bay hơi<br /> <br /> Chênh l ch<br /> n ng đ<br /> <br /> Khu ch tán<br /> <br /> Ion, ch t h u<br /> cơ phân t<br /> kh i nh<br /> <br /> Ion, ch t<br /> h u cơ kém<br /> th m<br /> <br /> MR<br /> <br /> Các lo i<br /> <br /> Các lo i<br /> <br /> Các ch t<br /> th m t t<br /> <br /> Các ch t<br /> kém th m<br /> <br /> Các h t ko<br /> ion và h t<br /> có MW l n<br /> <br /> Ch t tan (ion<br /> và h u cơ có<br /> MW nh ),<br /> lư ng dung<br /> môi nh<br /> <br /> MC<br /> Tiếp xúc<br /> màng<br /> <br /> SLM<br /> Màng lỏng<br /> trên giá ñỡ<br /> <br /> Hạt ở<br /> lại<br /> <br /> Hạt<br /> qua<br /> <br /> Pervaporation<br /> <br /> Chiết qua<br /> màng<br /> <br /> MD<br /> Cất màng<br /> <br /> ED<br /> ðiện thẩm<br /> <br /> Chênh l ch<br /> n ng đ<br /> <br /> D<br /> Thẩm tách<br /> <br /> Khu ch tán<br /> <br /> Màng lỏng<br /> trên giá ñỡ<br /> <br /> PHÂN LOẠI MÀNG<br /> <br /> PHÂN LOẠI MÀNG<br /> <br /> Thư c đo tính b ng mét<br /> 10−10 = 10−4 µm<br /> <br /> 10−9 = 0,001µm<br /> <br /> 10−8 = 0,01µm<br /> <br /> 10−7 = 0,1µm<br /> <br /> 10−6 = 1µm<br /> <br /> 1Å = 0,1 nm<br /> <br /> 1 nm<br /> <br /> 10 nm<br /> <br /> 100 nm<br /> <br /> 10−5 = 10µm<br /> <br /> 1000 nm<br /> <br /> 0,01mm<br /> <br /> Phân t kh i đo b ng Dalton, kho ng g n đúng<br /> 200<br /> Nguyên t<br /> t do<br /> <br /> 20.000<br /> <br /> Phân t h u<br /> cơ nh<br /> <br /> 500.000<br /> Các h t keo:<br /> H t albumin<br /> Phân t protein<br /> H t keo silic<br /> <br /> Phân t<br /> đư ng<br /> <br /> Th m th u ngư c<br /> <br /> Cryptosporidia<br /> <br /> Siêu vi trùng<br /> Virus<br /> <br /> Hóa ch t b o v<br /> th c v t<br /> Mu i<br /> hòa tan<br /> <br /> Vi trùng<br /> (t i ∼ 40 µm)<br /> <br /> T bào<br /> h ng<br /> c u<br /> <br /> Endotoxin<br /> Pyrogen<br /> <br /> L c v i l p h t dày,<br /> d > 1mm<br /> <br /> Siêu l c – UltraFiltration – UF<br /> L c nano – NanoFiltration – NF<br /> <br /> Vi l c – MF<br /> <br /> Phân lo i theo hình thái h c<br /> Ngu n: Nunes at al. Membrane Technology in Chem. Ind. Wiley-VCH, 2006, p.9<br /> <br /> Chi u tăng chi phí năng lư ng bơm<br /> <br /> PHÂN LOẠI MÀNG<br /> <br /> Màng polyeterimit (PEI) ch t o b ng phương pháp th dung môi<br /> (trái-17,5% PEI trong dimetylaxetamit; gi a-17,5% PEI trong 5,5% tetraetoxilan và<br /> 77% dimetylaxetamit; ph i-15,5% PEI trong 28% THF và 56% g-butyro lacton<br /> Ngu n: Nunes at al. Membrane Technology in Chem. Ind. Wiley-VCH, 2006, p.9<br /> <br /> Nguyen Viet Anh. IESE<br /> <br /> THEO VẬT LIỆU CHẾ TẠO<br /> <br /> Màng gốm, màng kim loại và màng polymer<br /> <br /> 4<br /> <br /> 3/31/2013<br /> <br /> KÍCH THƯỚC CÁC QUÁ TRÌNH LỌC MÀNG<br /> <br /> MÀNG POLYME<br /> Polym<br /> e<br /> <br /> Ưu ñiểm<br /> <br /> Nhược ñiểm<br /> <br /> Ứng dụng<br /> <br /> CA<br /> <br /> Chịu clo, giá thành<br /> thấp<br /> Chống tắc tốt hơn PA<br /> <br /> Chịu kiềm kém (pH > 6)<br /> Bị vi khuẩn phân hủy<br /> ðộ bền nhiệt, bền hóa kém<br /> Dòng thoát hơi thấp<br /> <br /> RO, NF, UF<br /> <br /> PA<br /> <br /> Nhìn chung bền hơn<br /> CA<br /> <br /> Dễ bị clo phá hủy (~0,1mg/L)<br /> <br /> RO, NF<br /> <br /> PAN<br /> <br /> Bền thủy phân<br /> Bền ôxi hóa<br /> <br /> Ưa nước<br /> Ròn, cần tạo copolyme<br /> <br /> UF, ñệm cho<br /> RO<br /> <br /> PSU,<br /> PES<br /> <br /> Tính cơ-lí-hóa ñều tốt<br /> <br /> Kị nước<br /> <br /> UF, ñệm cho<br /> RO<br /> <br /> PVDF<br /> PTFE<br /> <br /> Rất bền hóa chất<br /> Bền nhiệt<br /> <br /> Rất kị nước, ñắt<br /> UF, MF<br /> Kém bền cơ học, ñộ thấm kém<br /> <br /> PEI<br /> <br /> Rất bền hóa, nhiệt, cơ<br /> <br /> Kị nước, chịu dung môi kém<br /> PVDF, chịu kiềm kém PSU<br /> và PAN<br /> <br /> UF, ñệm cho<br /> RO<br /> <br /> PP<br /> <br /> Rẻ<br /> <br /> Kị nước<br /> <br /> UF, MF<br /> <br /> Khả năng loại bỏ vật chất của các loại màng<br /> Nư c<br /> <br /> ion hóa tr I<br /> <br /> Ion hóa tr cao<br /> <br /> Virus<br /> <br /> Vi khu n<br /> <br /> Quá trình<br /> <br /> CÁC HÌNH TH C L C QUA MÀNG<br /> Ch t lơ l ng<br /> <br /> 1.L C TRƯ T - L C TI P TUY N<br /> <br /> Vi l c (MF)<br /> <br /> Nư c<br /> <br /> ion hóa tr I Ion hóa tr cao<br /> <br /> Virus<br /> <br /> Vi khu n<br /> <br /> Ch t lơ l ng<br /> <br /> Siêu l c (MF)<br /> <br /> Nư c<br /> <br /> ion hóa tr I Ion hóa tr cao<br /> <br /> Virus<br /> <br /> Vi khu n<br /> <br /> Ch t lơ l ng<br /> <br /> Dòng dung d ch đ u vào song song<br /> v i phương ti p tuy n b m t<br /> màng.<br /> Đ c đi m: L c trư t c n áp l c<br /> l n, l c trư t gi m t c màng nh<br /> dòng quét, nhưng dòng th i ra l n.<br /> <br /> L c nano (NF)<br /> Nư c<br /> <br /> ion hóa tr I Ion hóa tr cao<br /> <br /> Virus<br /> <br /> Vi khu n<br /> <br /> Ch t lơ l ng<br /> <br /> Áp d ng: cho nư c có nhi u t p<br /> ch t, cho các dây chuy n l c nư c<br /> công nghi p, quy mô l n.<br /> <br /> Th m th u ngư c<br /> (RO)<br /> <br /> 2. L C CH N – L C VUÔNG GÓC<br /> <br /> CẤU TẠO MÀNG VÀ QUÁ TRÌNH LỌC<br /> Dòng dung d ch đ u vào vuông góc v i b<br /> m t màng. Có d ng khung t m ph ng.<br /> <br /> Đ c đi m: T l<br /> <br /> thu h i cao g n như<br /> <br /> 100%, d b t c màng .<br /> <br /> Áp d ng cho nư c có thành ph n ch t ít.<br /> Phù h p v i màng có kích thư c l r ng<br /> l n và áp l c v n hành th p.<br /> <br /> Nguyen Viet Anh. IESE<br /> <br /> 5<br /> <br />