Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha

oài Nâu nhạt, hơi đục Bảng 5.6. Tính chất vật lý và hóa học của nhựa Monoplus S100-Lanxess Kích thước hạt * > 90% mm 0,58 (+/-0.05) Kích thước hữu hiệu mm 0,58 (± 0,05) Dung trọng (± 5%) g/l 820 Tỷ trọng xấp xỉ g/ml 1,28 Độ ngậm nước % 42 - 48 Tổng dung lượng * min. eq/l 2,0 Thay đổi thể tích Na+ à H+ xấp xỉ % 8 Độ bền ở nhiệt độ oC (-10) - 120 trong khoảng pH 0 - 14 Khả năng lưu trữ của sản phẩm min. năm 2 ở nhiệt độ oC (-10) - 40 Bảng 5.7. Các điều kiện vận hành đối với nhựa Monoplus S100-Lanxess Nhiệt độ làm việc max. oC 120 Khoảng pH làm việc 0 - 14 Chiều cao lớp resin min. mm 800 Sụt áp riêng (15oC) xấp xỉ kPa*h/m2 1,0 Sụt áp cho phép tối đa kPa 200 Vận tốc dài khi xử lý max. m/h 40 khi rửa ngược (20oC) xấp xỉ m/h 10 - 12 Độ dãn nở lớp resin (20oC, trên mỗi m/h) xấp xỉ % 4 Khoảng trống theo % thể tích resin % 40 Dung dịch tái sinh HCl H2SO4 NaCl Tái sinh ngược chiều liều dùng xấp xỉ g/l 55 80 90 Nồng độ % 4 - 6 1,5/3 8 - 10 ** Vận tồc dài tái sinh xấp xỉ m/h 5 Rửa xấp xỉ m/h 5 Lượng nước rửa xấp xỉ BV 5 Tái sinh cùng chiều liều dùng xấp xỉ g/l 100 150 200 nồng độ % 6 - 10 1,5/3 8 - 10 ** Vận tốc dài tái sinh xấp xỉ m/h 5 rửa xấp xỉ m/h 5 Lượng nước rửa xấp xỉ BV 6 5.2.3.2. Tính toán lượng nhựa cation1,2 Vận tốc nước qua cột lọc (15-45)m/h (Bảng 11.6-trang 366 Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp-TrịnhXuân Lai-2008). Ta chọn V=25m/h Lưu lượng Q=5m3/h tiết diện cột lọc là: Thiết kế cột Cation 1 và Cation 2: Chọn loại nhựa cation R-H của Lanxess S100 và SP112H có đặc tính : Dung lượng trao đổi thấp nhất là as =2 eq/l, chọn as = 2 eq/l. Nhiệt độ làm việc tối đa : Tomax = 140oC. Chiều cao của lớp vật liệu Hmin >800mm (Theo bảng 5.2) Ta chọn chiều cao của lớp vật liệu H=1.3m( Theo qui phạm từ H= 1-1,5m) Nên thể tích vật liệu nhựa là: V= FxH = 0.2x1.3 = 260 lít 5.2.3.3. Kích thước cột trao đổi ion Diện tích bề mặt cột: F= Đường kính cột trao đổi: D = Chọn D=0.5 m Diện tích bề mặt cột trao đổi: F= Vận tốc nước qua lớp nhựa trao đổi: V= Thỏa mãn V (15-45m/h) Độ giãn nở lớp nhựa = 4%. Khoảng trống theo % thể tích của lớp vật liệu nhựa: 40%. (Theo bảng 5.2) Chiều cao bảo vệ: Hbv = (4%+40%)*hnhựa= 44%*1.3 = 0.57m. Chọn hbv = 0.6 m Chiều cao cột trao đổi: H= hd +hnhựa+ hbv Trong đó: H: chiều cao tổng cộng bể lọc, m hd: Chiều cao lớp sỏi đỡ, hd = 0.20m hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0.6 m. hnhựa: Chiều cao lớp nhựa, hnhựa = 1.3m Vậy: H = 0.2+1.3+0.6 = 2.1 m. Chọn H=2.1m 5.2.3.4. Hoàn nguyên nhựa Dung dịch hoàn nguyên Chọn: - Dung dịch hoàn nguyên: dd HCl 10% (Bảng 5.2) - Lượng HCl hoàn nguyên = 100 g/l (Bảng 5.2) Tổng dung lượng trao đổi của Axít: Dung lượng HCl hoàn nguyên: 2.8eq/l. Giả sử tỉ trọng dung dịch HCl 32% = >d=1.2 kg/l Thể tích dd HCl 10%=>d=0.375kg/l VHCl= Vậy thể tích dd HCl 32% cần lấy là:208x0.375= 78kg=>65 lít HCl 32% Vận tốc hoàn nguyên = 1 – 10 m/h (đủ chậm để tạo đủ thời gian tiếp xúc) Chọn: Vận tốc hoàn nguyên = 5 m/h Thời gian hoàn nguyên: t= Hệ thống phân phối dung dịch hoàn nguyên Chọn: Hệ thống tái sinh bằng van tự động (Autoval 268/440 có catalog kèm theo) Bồn pha dung dịch hoàn nguyên: Bồn nhựa V= 300l. Ống dẫn dung dịch hoàn nguyên: Ống inox Æ 27. Bộ phân phối nước kèm theo bộ Autoval 268/440 Bơm hóa chất hoặc bộ ejector: Q= Lượng nước rửa ngược và rửa xuôi Lượng nước rửa = 6x BV= 6x250l = 1500 l (Bảng 5.2) Vận tốc rửa ngược = 10 gpm/ft2 = 29,33 m/h (Tra Fig.2. Backwash Expansion ở 200C) Thời gian rửa ngược và xuôi: tng = Thời gian nước rửa ngược và xuôi = 16 phút Vận tốc rửa nhanh: = 30 m/h 5.2.3. Tính toán về thiết bị trao đổi Anion 5.2.3.1. Thông tin sản phẩm hạt nhựa M500 Lewatit M 500 là resin trao đổi anion (type I), dạng gel, baz mạnh, có phân bố kích thước hạt tiêu chuẩn. Nhờ có tổng dung lượng cao, độ bền hóa học nên Lewatit M 500 đặc biệt thích hợp cho những công dụng sau : Khử khoáng nước để sản xuất hơi nước, đặc biệt trong trường hợp có sử dụng resin trao đổi anion baz yếu đi trước Thu hồi các phức chất anion của kim loại nặng trong các quá trình : Thủy luyện kim loại, ví dụ như uranium Tẩy bằng acid, như sắt trong acid clohydric Thu hồi kim loại quý bằng quá trình hấp phụ không thuận nghịch các phức chất clorua, sulphate, cyanide Lewatit M 500 sử dụng tương hợp với tất cả các quy trình trao đổi ion cơ bản truyền thống. Để áp dụng các quy trình khác, chúng ta sử dụng resin có phân bố kích thước hạt đặc biệt thích hợp (với các quy trình này). Những đặc tính của sản phẩm này chỉ có thể được khai thác một cách đầy đủ nếu công nghệ và quy trình xử lý của của Quý vị được sử dụng tương thích với công nghệ tiên tiến hiện nay. Bayer AG Bảng 5.8. Mô tả tổng quát hạt nhựa M500 Dạng ion nguyên thủy Cl- Nhóm chức amin bậc 4, type I Mạch cao phân tử mạng polystyrene Cấu trúc hạt dạng gel Hình thái bên ngoài vàng nhạt, hơi đục ] Bảng 5.9. Tính chất vật lý và hóa học của hạt nhựa M500 Kích thước hạt * > 90% mm 0,315 - 1,25 Kích thước hữu hiệu mm 0,47 (± 0,06) Hệ số đồng dạng * max. 1,8 Dung trọng (± 5%) g/l 705 Tỷ trọng xấp xỉ g/ml 1,08 Độ ngậm nước % 43 - 49 Tổng dung lượng * min. eq/l 1,4 Thay đổi thể tích Cl- à OH- xấp xỉ % 22 Độ bền ở nhiệt độ oC 1 - 100 trong khoảng pH 0 - 14 Khả năng lưu trữ của sản phẩm min. năm 2 ở nhiệt độ oC 1 - 40 * Các giá trị này được kiểm tra thường xuyên. Bảng 5.10. Các điều kiện vận hành đối với nhựa M500 Nhiệt độ làm việc max. oC 70 Khoảng pH làm việc 0 - 12 Chiều cao lớp resin min. mm 800 Sụt áp riêng (15oC) xấp xỉ kPa*h/m2 1,3 Sụt áp cho phép tối đa kPa 150 Vận tốc dài khi xử lý max. m/h 40 khi rửa ngược (20oC) xấp xỉ m/h 7 Dung dịch tái sinh NaOH Tái sinh ngược chiều liều dùng xấp xỉ g/l 50 nồng độ % 2 - 4 Vận tốc dài tái sinh xấp xỉ m/h 5 rửa xấp xỉ m/h 5 Lượng nước rửa xấp xỉ BV 5 Tái sinh cùng chiều liều dùng xấp xỉ g/l 100 nồng độ % 2 - 4 Vận tốc dài tái sinh xấp xỉ m/h 5 rửa xấp xỉ m/h 5 Lượng nước rửa xấp xỉ BV 10 Độ dãn nở lớp resin (20oC, trên mỗi m/h) xấp xỉ % 11 Khoảng trống theo % thể tích resin % 40 5.2.3.2. Tính toán lượng nhựa Anion Thiết kế cột Anion Chọn loại nhựa cation R-OH của Lanxess M500 có đặc tính : Dung lượng trao đổi thấp nhất là as =1.3 eq/l. Nhiệt độ làm việc tối đa : Tomax = 140oC. Vận tốc nước qua cột lọc (15-45)m/h (Bảng 11.6-trang 366 Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp-TrịnhXuân Lai-2008). Ta chọn V= 25m/h. Lưu lượng Q= 5m3/h tiết diện cột lọc là: Chiều cao của lớp vật liệu Hmin >800mm (Theo bảng 5.10). Ta chọn chiều cao của lớp vật liệu H=1.3m( Theo qui phạm từ H= 1-1,5m) Nên thể tích vật liệu nhựa là: V= FxH = 0.2x1.3 = 260 lít 5.2.3.3. Kích thước cột trao đổi Anion Vận tốc nước qua lớp nhựa V=15-45m/h(Bảng 11.6-trang 366 Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp-TrịnhXuân Lai-2008). Ta chọn V=25m/h. Diện tích bề mặt cột: F= Đường kính cột trao đổi: D = Chọn D=0.56 m Diện tích bề mặt cột trao đổi: F= Vận tốc nước qua lớp nhựa trao đổi: V= Thỏa mãn V(15-45m/h) Độ giãn nở lớp nhựa = 4% ,Khoảng trống theo % thể tích của lớp vật liệu nhựa: 40% (Theo bảng 5.10) Chiều cao bảo vệ: hbv =( 4%+40%)*hnhựa = 44%*1.3 = 0.57m. Chọn hbv = 0.57 m Chiều cao cột trao đổi: H = hd +hnhựa+ hbv Trong đó: H: chiều cao tổng cộng bể lọc, m hd: Chiều cao lớp sỏi đỡ, hd = 0.2 m hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0.6 m. hnhựa: Chiều cao lớp nhựa, hnhựa = 1.3m Vậy: H = 0.2+1.3+0.6 = 2.10 m. Chọn H =2.1m 5.2.3.4. Hoàn nguyên nhựa Dung dịch hoàn nguyên Chọn: - Dung dịch hoàn nguyên: dd NaOH 3-5% (Bảng 5.3) - Lượng NaOH hoàn nguyên = 100 g/l (Bảng 5.3) Tổng dung lượng trao đổi của NaOH : Dung lượng HCl hoàn nguyên: 2.5eq/l Giả sử tỉ trọng dung dịch NaOH 96% = >d=1 kg/l Thể tích dd NaOH 5%=>d=0.052kg/l VNaOH= Vậy thể tích dd NaOH 96% cần lấy là: 500x0.052 = 26kg Vận tốc hoàn nguyên = 1 – 10 m/h (đủ chậm để tạo đủ thời gian tiếp xúc) Chọn: Vận tốc hoàn nguyên = 5 m/h Thời gian hoàn nguyên: t= Hệ thống phân phối dung dịch hoàn nguyên Chọn: Bồn pha dung dịch hoàn nguyên: Bồn nhựa V= 700l. Ống dẫn dung dịch hoàn nguyên: Ống inox Æ 27. Bơm hóa chất hoặc bộ ejector: Q= Lượng nước rửa ngược và rửa xuôi Lượng nước rửa = 10x BV= 10x250l = 2500l (Bảng 5.3) Vận tốc rửa ngược = 10 gpm/ft2 = 29,33 m/h (Tra Fig.2. Backwash Expansion ở 200C) Thời gian rửa ngược và xuôi: tng = Thời gian nước rửa ngược và xuôi = 26 phút Vận tốc rửa nhanh: = 30 m/h 5.3. Tính cơ khí của bồn trao đổi ion khử cứng, khử cation1,2 và anion Chọn vật liệu chế tạo thiết bị là thép không rỉ X18H10T (C<0,1%, Crôm khoảng 18%, Niken khoảng 10%, Titan khoảng 1-1,5%). Tra bảng XII.4 và XII.7 – Sổ tay tập 2, ta có các tính chất của vật liệu như sau: Giới hạn bền chảy: sc = 220 x 106 N/m2 Giới hạn bền kéo : sk = 550 x 106 N/m2 Độ giãn nở tương đối: d = 38% Chiều dài tấm thép: 4 – 25 mm Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m.độ Khối lượng riêng: r = 7,9 x 103 kg/m3 5.3.1. Tính thân thiết bị Chọn công nghệ gia công là hàn bằng hồ quang điện, hàn giáp mối hai bên. Theo bảng XIII.2 và XIII.8. Sổ tay tập 2, ta có các thông số gia công như sau: Hệ số hiệu chỉnh: h=1 Hệ số an toàn bền kéo: nk=2,6 Hệ số an toàn bền chảy: nc=1,5 Hệ số an toàn bền lâu: nbl=1,5 Hệ số an toàn mối hàn: φ=0,95 Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền (bảng XIII.4-Sổ tay tập hai) [ sk]= [ sk]= Ta lấy giá trị bé hơn trong hai ứng suất ở trên làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn [s] =146,67.106N/m2 Điều kiện làm việc của thiết bị xem như trong điều kiện đẳng nhiệt 5.3.2. Áp làm việc của thiết bị Áp suất thủy tĩnh Pt=r.g.H=1000 x 9,81x2,1=20601 N/m2 Áp lực cột lọc: chọn bơm BK là bơm xoáy lốc một cấp nằm ngang để bơm nước sạch , không chưa tạp chất rắn nên áp lực là 4 bar (tính theo II.36-sổ tay tập 1). Pmt= 4x9,81.104=329400N/m2 Áp suất làm việc trong thiết bị: Ptt=Pt+Pmt=20601 + 329400=350001N/m2≈0,35N/mm2 Kiểm tra: Xét Bề dày thân của thiết bị S= Trong đó: Dt=0,5m=500mm là đường kính thân của thiết bị C: Hệ số bổ sung quy tròn kích thước C= Ca + Cb + Cc+ C0(mm) C0: hệ số quy tròn kích thước Ca: hệ số chịu sự ăn mòn môi trường , chọn Ca=1mm Cb: hệ số kẻ đến sự bào mòn môi trường gây ra bên trong thiết bị Cb=0 Cc: sai số do chế tạo lắp đặt Cc= 0,22 (tra bảng XIII.9- sổ tay tập 2) S’= S =S’+1+0,22+1,161= 0,627+1+0,22+1,161= 3,457≈ 3.5 mm >0,417 Đảm bảo điều kiện an toàn 5.3.3. Tính đáy thiết bị Chọn đáy thiết bị dạng elip tiêu chuẩn có gờ bằng vật liệu cùng loại với thân thiết bị. Nắp thiết bị được nối với thân bằng mặt bích. Tra bảng XIII.10 – sổ tay tập 2 ta có nắp elip như sau: Đường kính trong D=500mm Chiều cao cử gờ h=25mm Chiều cao phần lồi của nắp hb=275mm 5.3.4. Áp suất làm việc tác dụng lên đáy của thiết bị Áp suất thủy tĩnh Pt=r.g.H=1000 x 9,81 x (1,6+25.10-3+275.10-3)=18639N/m2 Áp lực cột lọc: chọn bơm BK là bơm xoáy lốc một cấp nằm ngang để bơm nước sạch, không chứa tạp chất rắn nên áp lực là 4 bar (tính theo II.36-sổ tay tập 1). Pmt= 4x9,81.104=329400N/m2 Áp suất làm việc trong thiết bị: Ptt=Pt+Pmt=18639 + 329400=345096N/m2=0,35N/mm2 Kiểm tra: Xét Bề dày thân của thiết bị S= Trong đó: Dt=0,5m=500mm là đường kính thân của thiết bị C: Hệ số bổ sung quy tròn kích thước C= Ca + Cb + Cc+ C0(mm) C0: hệ số quy tròn kích thước Ca: hệ số chịu sự ăn mòn môi trường , chọn Ca=1mm Cb: hệ số kẻ đến sự bào mòn môi trường gây ra bên trong thiết bị Cb=0 Cc: sai số do chế tạo lắp đặt Cc= 0,22 (tra bảng XIII.9- sổ tay tập 2) S’= S =S’+1+0,22+1,152= 0,619+1+0,22+1,152=3mm >0,417 Đảm bảo điều kiện an toàn 5.3.5. Tính nắp thiết bị Sau khi tính thân và đáy thiết bị ta thấy trong khoảng áp suất này bề dày của thân và đáy không thay đổi . Chứng tỏ trong trường hợp này áp suất không ảnh hưởng đến chiều dày. Ta chọn chiều dày của nắp S=3mm. Kết luận: Thiết bị trao đổi ion: Đường kính trong D=500mm Chiều cao h=2100mm, dày S=3,5mm,vật liệu inox Áp lực làm việc: 2,6 kg/cm2 Áp lực thử : 6 kg/cm2 Vật liệu lọc: hạt nhựa trao đổi S1467,S100,M500,SP112 5.4. LỌC THẨM THẤU NGƯỢC ( RO) 5.4.1. Tổng quan về thiết bị Thiết bị thẩm thấu là pha được ưu tiên chuyển qua dưới tác dụng của građien áp suất. Chúng được miêu tả như một màng lọc và được phân loại chức năng theo kích cỡ lỗ khoan. Dùng chính chất của màng bán thẩm thấu cho nước chãy qua, tất cả các chất hoà tan bị giữ lại trừ một vài phân tử hữu cơ rất gần nước ( khối lượng mol nhỏ, phân cực mạnh). Khi ta muốn tách một dung dịch muôi cô đặc từ một dung dịch loãng hơn bằng màng này, điện áp hóa có xu hướng làm nước chuyển từ buồng có điện thế cao để pha loãng ra ( thẩm thấu ra trực tiếp). Nếu muốn cản lại sự khuếch tán này, cần phải đặt lên một áp suất chất lỏng. Khi cần bằng, sự chênh lệch áp suất tạo ra được gọi là áp suất thẩm thấu của hệ thống. Thực vậy, để tạo ra nước “ lọc” từ một dung dịch có muối, cần phải vượt qua áp suất thẩm thấu của dung dịch và cũng có thể nói rằng: để nhận được lưu lượng kinh tế thích hợp, cần phải làm việc với áp suất ít nhất lớn gấp 2 lần áp suất thẩm thấu. Một bơm cao áp cung cấp năng lượng cho hệ thống Một hoặc nhiều modun màng lọc Một van xả áp để duy trì áp suất trong hệ thống. Nước sau quá trình này đạt yêu cầu kỹ thuật ó nước tinh khiết có thể sử dụng uống trực tiếp (về mặt lý hoá) Hình 5.1. Mô tả dòng thấm của màng RO. 5.4.2. Nhiệm vụ Hệ thống này có thể loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm trong nước như: TDS, kim loại nặng, muối, dư lượng thuốc trừ sâu, háo chất, vi khuẩn, màu, mùi, tia phóng xạ …Đây là sản phẩm công nghệ cao lý tưởng nhất để tạo ra nước tinh khiết. Khả năng loại bỏ các chất hào tan của màng RO theo một cách phức tạp và phụ thuộc vào các tương tác hóa học của các chất hòa tan với màng. Đối với các hợp chất vô cơ hào tan Khả năng loại bỏ các ion hòa tan đối với màng RO là theo dãy điện hóa (lyotropic series): khả năng loại bỏ tăng khi bán kính thủy lực tăng. Và những ion hóa trị cao thì dễ bị loại bỏ hơn những ion hóa trị thấp. Thứ tự loại bỏ các cation bởi màng RO: Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ >Ba2+ > Ra2+ >Li2+ >Na+ >K+ Thứ tự loại bỏ các anion bởi màng RO: SO4 2-> Cl- >Br- >NO3- >I- (Nguồn: Water treatment Membrane Processes) Với chất hữu cơ hòa tan Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan đối với màng NF và RO có vẻ như còn phức tạp hơn trường hợp của các chất vô cơ hòa tan. Trong khi đối với màng UF và NF thì khả năng loại bỏ phụ thuộc vào khối lượng phân tử, thì khối lượng nguyên tử lại là kém hiệu quả trong quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ nguyên tử thấp đối với màng RO ( bởi màng RO chủ yếu được cấu tạo từ các hợp chất hữu cơ nhân tạo SOCs). Chính vì vậy mà thành phần cấu tạo màng giữ vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhân tạo có khối lượng nguyên tử nhỏ hơn hoặc bằng 200. Tuy nhiên khối lượng nguyên tử của hợp chất cũng ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán của nó. Những vật chất có khối lượng phân tử lớn thì khuếch tán qua màng với tốc độ chậm, nồng độ của nó trong dòng thấm thấp. Bên cạnh đó cũng có những yếu tố khác ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ tạp chất của màng. Ví dụ như khả năng loại bỏ các acid hữu cơ sẽ cao hơn nếu pH cao. Những điều kiện cần thiết để RO hoạt động đạt hiệu quả tối ưu: Đảm bảo nước đầu vào có [Fe] £ 0,3 mg/l Duy trì đúng áp lực vận hành Nhiệt độ của hệ thống: 250C Giữ cho hệ thống tiền xử lý hoạt động ở điều kiện tốt nhất Tránh để đóng cặn trên màng RO Xả rửa RO khi áp lực dòng tăng (10% so với áp lực vận hành) Không cho phép sự hiện diện của Cl- dư (vì Cl- dư sẽ phá vỡ cấu trúc màng lọc. 5.4.3. Màng (Membrane) Màng là bất cứ vật liệu nào hình thành lớp mỏng va khả năng chịu được áp suất lớn để tách các thành phần trong dung dịch như chất lơ lửng, dung môi, chất hòa tan. Màng thường được chế tạo từ cellulose acetate ( như màng thẩm thấu ngược), polymer hữu cơ (polymide), polymer vô cơ. Màng có cấu trúc không đối xứng. 5.4.4. Các dạng màng Màng đĩa (plate and fram membrane) Màng ống (tubular membrane): ống chế tạo từ sứ (cameric membrane), carbon plastic, Dống = 2,5 – 3,2 mm Kiểu xoắn (Spiral Wound Module). Tấm màng lọc được quấn quanh ống có khoan lỗ để thu nước thấm. Kiểu sợi rỗng (Hollow fibre module) Sợi rỗng được chế tạo bằng máy ép đùn qua khuôn hình. Sợi có đường kính thay đổi từ vài chục micron tới vài mm. Sợi rỗng này tương tự dạng ống, màng đặt bên trong. Nhưng sợi rỗng có đường kính nhỏ hơn nhiều và kết cấu đỡ đòi hỏi rắn chắc hơn. Những sợi rỗng được thu gom lại thành bó có thể đạt giá trị rất cao. Dòng chất lỏng qua xử lý sẽ chảy từ bên trong (lớp mặt trong) hay bên ngoài (lớp mặt ngoài). Module dạng tấm (Plate type module) Kiểu này được cấu tạo từ việc xếp chồng các màng và các tấm đỡ. Chất lỏng cần xử lý lưu thông giữa các màng của hai tấm kề nhau. Bề dày lớp chất lỏng từ 0,5 – 3mm. Đồng thời các tấm phẳng bảo đảm hỗ trựi cơ học của màng và máng thấm lọc. Sự sắp xếp chúng cho phếp dịch chuyển song song hoặc nối tiếp. Như vậy các tập hợp đơn có thể cấu tạo cho đến 50m2 cho diện tích bề mặt. Ưu điểm: với độ xiết chặt trung bình, các module có ưu điểm là dễ tháo gỡ, cũng như thay thế các màng và khi cần thiết có thể làm sạch toàn bộ. Nhược điểm: chiều dài và hình ngoằn nghoèo của máng vận chuyển làm cho tổn thất tải tương đối lớn. Module dạng ống (Tubular module) Ống được chế tạo từ sứ, cacbon hoặc plastic rỗ có đường kính từ 0,49mm (1/8 inch) đến 2,45mm (1inch). Dòng thấm chảy qua thành ống và được thu ở phía ngoài ống. Các ống tiếp theo được đặt song song hoặc nối tiếp trong vỏ hình trụ tạo thành module đơn vị. Ưu điểm: chế độ thủy động lực của dòng chảy được xác định là hoàn hảo và tốc độ lưu thong cso thể đạt tới 6m/s (khi cần một chế độ chảy rối mạnh). Kiểu này không cần thiết bị lọc bụi sơ bộ chất lỏng và cũng rất dễ làm sạch. Chúng đặc biệt phù hợp cho việc xử lý chất lỏng có độ nhớt cao. Nhược điểm: là độ chặt nhỏ và giá thành cao. 5.4.5. Tính toán thiết bị Các bước tính toán chọn lọc màng RO: Bước 1:Xem xét nguồn nước, chất lượng nguồn nước dòng vào, dòng ra và yêu cầu đối với chất lượng nước. Bước 2: Xác định dạng dòng chảy và số dòng chảy. Bước 3: Xác định loại màng và loại element. Bước 4: Thiết kế dòng (xác định dòng chảy qua màng) Bước 5: Tính toán số lượng element cần dùng. Bước 6: Tính toán số lượng vỏ áp suất (pressure vessel) cần sử dụng. Bước 7: Lựa chon số lượng pha. Bước 8: Lựa chọn số lượng pha( hay cách mắc các vỏ màng). Bước 9: Cân bằng tốc độ dòng. Cụ thể: Bước 1: Xem xét nguồn nước, chất lượng nguồn nước ,dòng vào ,dòng ra và yêu cầu đối với chất lượng nước. Nguồn nước sử dụng là nguồn nước phải đạt được tiêu chuẩn 1329/2002/BYT-QĐ SDI< 3,Chỉ số SDI của nguồn nước tiền xử lý có mối liên quan chặc chẽ với các chất gây tắc nghẽn màng có trong nguồn nước . Nồng độ các chất ô nhiễm trên bề mặt màng gia tăng dòng thấm ( Tỉ lệ dòng thấm trên một đơn vị diện tích màng) Một hệ thống mà tốc độ dòng thấm nhanh thì tốc độ mau đóng cặn càng cao và khả năng phải rửa hóa chất càng nhiều. Tổng lưu lượng dòng thấm 48m3/ngày(3m3/h) vì ngày làm 16 giờ. Tổng chất rắn hòa tan là khoảng 120mg/l Tốc độ dòng trung bình của toàn hệ thống là thong số để thiết kế. Dòng của hệ thống là một con số có ý nghiã để định lượng nhanh số lượng element cần thiết. Hệ thống vận hành với nguồn nước có chất lượng cao được thiết kế xó giá trị dòng thấm cao , trong khi hệ thống vận hành ở nguồn nước có chất lượng thấp thì được thiết kế với giá trị dòng thấm thấp . Tuy nhiên trong cùng một điều kiện dòng nước, hệ thống được thiết kế ở giá trị dòng thấm cao hay thấp phụ thuộc vào việc giảm thiểu chi phí đầu tuwcungx như chi phí vận hành hệ thống về mặt lâu dài. Bước 2: xác định dạng dòng chảy và số dòng ra Hình dạng dòng chảy chuẩn cho hệ thống màng lọc là dòng chảy ngang (flug flow), tức là lượng nước vào chảy ngang một lần suốt hệ thống. Loại hình tuần hoàn dòng đậm đặc được áp dụng đối hệ thống nhỏ sử dụng trong thương mại, cũng như trong hệ thống lớn khi mà số lượng màng quá ít để có thể tạo ra được tỉ lệ nước sạch Rc giống như dòng chảy ngang. Một hệ thống RO thường được thiết kế vệ hành lien tục và điều kiện vận hành của từng màng là không đổi theo thời gian. Tuy nhiên, trong từng ứng dụng cụ thể, hệ thống vận hành gián đoạn theo mẻ (semi bacth mode) cũng được sử dụng thùng chứa được làm đầy bằng dòng nước vào trong suốt quá trình vân hành. Hệ thống hai dòng thấm (double pass) là sự kết hợp của hai hệ thống RO đơn giản. Dòng thấm thứ nhất (first pass) sẽ là dòng vào hệ thống thứ hai (second pass). Hệ thống RO có thể ứng dụng cả 2 dạng: 1 dong thấm hoặc 2 dòng thấm với dạng chảy ngang hoặc tuần hoàn dòng đậm đặc. Nước sử dụng trong cấp nước y học hoặc dược phẩm là ứng dụng điển hình của hệ thống 2 dong thấm. Tuy nhiên, ta cũng có thể thay thế pass thứ 1 của hệ thống bằng cột trao đổi ion. Hình 5.2. Tỷ lệ % dòng cô và dòng thấm khi nước qua màng RO Hệ thống xử lý nước tinh khiết RO để cấp cho nhà máy dược phẩm trong luận văn có qui mô nhỏ và chất lượng nước đầu vào tốt nên ta lựa chọn hệ thống một dòng thấm vì vừa đạt yêu cầu về chất lượng, vừa tiết kiệm chi phí. Bước 3: Chọn loại màng Màng được chọn dựa theo khả năng xử lý TDS, khả năng gây bẩn màng, tỉ lệ thải muối cũng như năng lượng vận hành cần thiết. Màng chuẩn cho hệ thống lớn hơn 10gpm (2,3m3/h), đường kính 8 inch và chiều dài 40 inch. Màng có kích thước nhỏ hơn đáp ứng nhu cầu của hệ thống nhỏ hơn theo hướng dẫn chọn màng FM của hãng Osmonic. Nước tinh khiết cấp cho dược phẩm. Nguồn: TDS = 120 < 2000 ppm Số màng (Element) n>2 Áp suất vận hành cao (high, pressure) Suy ra chọn màng AG4040CF Bảng 5.11. Thông số kỹ thuật màng FILMTEC>BW30LE Tên màng Diện tích bề mặt hoạt động ft2(m2) Tốc độ dòng thấm gpd (m3/d) Tỉ lệ loại muối ổn định % AG – 4040CF 82 (7,6) 2400 (9,1) 99,5 Bảng 5.12. Kích thướt màng FILMTEC>BW30LE Loại màng Kích thước inch (mm) AG – 4040CF A B C D 40 (1016) 1,05 (26,7) 0,75 (19) 3,9 (99) 1 inch = 25,4 mm Bảng 5.13. Các thống số giới hạn hoạt động của màng Thông số Giá trị Loại màng Màng Poliamide có lớp composite mỏng Nhiệt độ vận hành tối đa 1130C (450C) Áp suất vận hành tối đa 600 psig (41 bar) Tốc độ dòng chảy tối đa 14 gpm (3,2 m3/hr) Độ giảm áp suất cực đại 13 psig (0,9 bar) pH vận hành 2 – 11 pH rửa dung dịch (trong 30 phút) 1 - 13 Clo dư tối đa < 0,1 ppm SDI 5 Tỉ lệ nước sạch qua element 15% Tỉ lệ thu hồi nước sạch qua cả hệ thống 60% Hình 5.2. Thông số kỹ thuật của màng AG4040CF Chọn loại module: Như ta đã biết có nhiều dạng module lọc . Tuy nhiên trên thị trường Việt Nam phổ biến nhất hiện nay lafdangj module cuộn . Nên ta chọn dạng này ta thiết kế cho hệ thống RO của mình. Hình 5.3. Hình ảnh module lọc cuộn. Chế tạo module bằng cách, đặt tấm xốp mềm giữa 2 tấm màng phẳng, gắn kín 3 viền mép, viền thứ 4 còn lại gắn với ống góp. Nhiều cặp như vậy xép chồng lên nhau qua tấm đệm mềm , sau đó cuộn lai thành ống.Nước đem đi lọc vào khe của tấm đệm với tốc độ đủ lớn , từ khe thấm qua màng lọc tập trung vào tấm rỗng và thu gom về ống góp. Đường kính mỗi cuộn đến 105mm chiều dài 1060mm.module này gắn chặc và có tổn thất áp lực tháp hơn dạng module tấm. Bước 4:Thiết kế dòng và chọn cường độ dòng thấm qua màng. Hệ thống RO thường được thiết kế cho một vận tóc dòng thấm xác định (gdp hoặc l/m2.h và khả năng thu hồi nhất định. Những thong số này cùng với nguồn nước cụ thể là những thông tin cần thiết cho việc xác định số lượng màng lọc ,vỏ lọc áp lực và số lượng dãy lọc hay nói cách khác hơn là cách lắp ghép các module màng lọc. Tỷ lệ nước sạch (%dòng thấm ) cho toàn hệ thống Rc =50-70 % Đối với hệ thống xử lý nước nhiễm mặn khả năng thu hồi của hệ thống là 20-30%; nước lợ 40-60%; nước ngọt từ 60-80% à hệ thống này có nguồn nước vào là nguồn nước đạt tiêu chuẩn 1329/2002/BYT. Nên ta chọn % dòng thấm cho cả hệ thống là 60%. Lưu lượng dòng thấm qua hệ thống : Q=5m3/h x 60%=3m3/h. Bước 5: Tính toán số lượng màng( element) cần dùng. Tổng số lượng màng cần thiết = (lưu lượng dòng thấm cần thiết kế /diện tích bề mặt hoạt động của màng ). N= Trong đó : Q: Lưu lượng dòng thấm qua toàn bộ hệ thống RO, Q=3m3/h. S: Diện tích bề mặt màng, S=7,6 (bảng 5.4) q: cường độ dòng thấm qua một màng Nguồn nước thủy cục làm mềm : q=23l/m2.h n= Chọn n=18 màng Bước 6 : Tính toán số lượng vỏ áp lực cần dùng: Tổng số vỏ áp lực cần dùng = Tổng số màng /cố màng trong một vỏ áp lực Lấy giá trị số nguyên gần nhất. Đối với những hệ số nhỏ : ta lấy vỏ một element Tổng số vỏ màng cần dùng là = 18 màng/(2màng/1vỏ) =9 vỏ màng Hình 5.4. Kỹ thuật lắp ghép 2 màng RO vào 1 vỏ màng Hình 5.4 Kỹ thuật lắp ghép 2 màng RO vào 1 vỏ màng Tuy nhiên, lưu lượng dòng thấm đi qua từng màng là khác nhau do nồng độ muối trong mỗi dòng khi đi qua từng dòng là khác nhau.Lưu lượng dòng thấm đi qua màng đầu tiên là nhiều nhất khi nồng độ muối khi đi qua màng đầu tiên là thấp nhất. Bước 7: Chọn số lượng pha ( hay cách mắc các vỏ màng áp lực vào hệ thống ) Số lượng pha (stage) được định nghĩa là có bao nhiêu vỏ màng trong một dãy mà dòng vào sẽ chảy qua đến khi ra khỏi hệ thống và được thải ra ngoài như một dòng đậm đặc. Mối pha (stage) bao gồm một số lượng xác định vỏ màng được lắp song song với nhau. Số lượng pha là một hàm tỉ lệ theo Rc của hệ thống, số lượng màng trong một vỏ và chất lượng nước đầu ra. Những hệ thống có khả năng thu hồi cao và chất lượng nước nguồn thấp thì hệ thống phải dài hơn và số lượng các màng trong mỗi dãy cũng phải nhiều hơn. Thông thường tỉ lệ dãy các vỏ áp lực có mối quan hệ với tỉ lệ thu hồi của hệ thống và số lượng pha (stage) được minh họa như bảng dưới đây: Hệ thống hai pha (stage) là hệ thống mà trong đó dòng đậm đặc của stage thứ nhất là nguồn của Stage thứ 2, hệ thống này thường được sủ dụng trong các trường hợp lưu lượng dòng vào là rất lớn và cần tuần hoàn để tiết kiệm nguồn nước, ví dụn như khử mặn của nước lợ. Trong hệ thống đang thiết kế, chất lượng nươc đầu vào là tương đối khá sạch (từ nguồn nước thủy cục) và lưu lượng thiết kế nhỏ (dòng vào là 5m3/h) nên ta chọn hệ thống stage. Bước 8: Lựa chọn tỉ lệ hàng dãy (staging ratio) Đối với hệ thống có 4 vỏ màng ở stage thứ nhất và 2 stage ở pha thứ 2 thì tỉ lệ staging là 2:1. Hệ thống 3 stage (4:3:2) là 4 vỏ màng ở stage thứ nhất là 4, ở stage thứ 2 là 3 và ở stage thứ 3 là 2. Trong hệ thống khử nước lợ, tỉ lệ này thường là 2:1 cho 6 màng/vỏ. Đói với hệ thống nước biển hai stage, với 6 màng trên một vỏ thì tỉ lệ này thường là 3:2… Một tiêu chuẩn khác cho việc bố trí các vỏ màng là lưu lượng dòng vào cho vỏ màng ở stage đầu và lưu lượng dòng đậm đặc trên mỗi vỏ màng ở stage cuối. Cả lưu lượng dòng vào và dòng đậm đặc của hệ thống đã được cho từ lưu lượng dòng thấm và tỉ lệ thu hồi. Số lượng vỏ màng trong pha đầu nên được lựa chọn sao cho lưu lượng dòng vào là khoảng 35 – 55 gpm (8 – 12m3/h) trên một vỏ màng lọc có kích thước 8 inches; nếu không ta phải chọn số vỏ màng ở stage cuối sao cho lưu lượng dòng đậm đặc tối thiểu là 16 gpm (3,6m3/h). Trong trường hợp này ta chọn 1 stage nên bỏ qua giai đoạn này. Bước 9: Cân bằng lưu lượng dòng thấm Lưu lượng dòng thấm ở những màng cuối của hệ thống thường thấp hơn so với những lưu lượng ở những màng đầu. Đây là kết quả của sự tổn thất áp lực ở kênh phân phối nước vào và sự gia tăng áp suất thẩm thấu từ dòng vào đến dòng đậm đăc. Tỉ lệ lưu lượng dòng thấm cua màng đầu so với màng cuối có thể rất cao do: Tỉ lệ Rc của hệ thống cao Độ mặn nước vào cao Áp suất qua màng thấp Nhiệt độ nước tăng Màng mới Một thiết kế tốt nhất là phải cân bằng lưu lượng của các màng ở các vị trí khác nhau. Điều này có thể dược thực hiện bằng cách: Tăng tốc độ áp suất dong vào giữa 2 stage:nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng Sử dụng áp suất ngược dòng thấm chỉ cho stage đầu của hệ thống gồm 2 stage: để giảm chi phí của hệ thống Hệ thống hybrid: sử dụng màng có khả năng thấm nước thấp ở những vị trí đầu và màng có khả năng thấm nước cao ở những vị trí cuối. Tóm lại, hệ thống RO có: Lưu lượng dòng vào 5m3/h và dòng thấm (dòng sản phẩm) là 3m3/h Tỷ lệ thu hồi nươc sạch là 60% Loại màng AG – 4040CF, dạng module cuộn Số lượng màng: 18 màng (element) 9 vỏ màng( vessel), mỗi vessel chứa 2 màng( element). Bố trí lắp đặt màng: 4 vỏ màng (vessel) mắc song song ở stage thứ nhất 3 vỏ màng (vessel) mắc song song ở stage thứ hai 2 vỏ màng (vessel) mắc song song ở stage thứ ba 1 vỏ màng (vessel) trong một hàng Tính toán bể trộn hóa chất rửa màng Bể trộn nên được làm bằng Polypropylen hoặc FRP (fiberglass – reinforced plastic). Cách thành công để xác định thể tích bể chứa là tổng thể tích rỗng của các vỏ màng (pressure vessels) theo tính toán và thể tích của các đường ống dẫn nươc tuần hoàn. Thể tích vessels: V1 = Số vessels x Thể tích của 1 vessels = n x (p . r2. l) = 3 x (p x 0,099062 x 1,016) = 0,094 m3 Trong đó: n: Số vessels, n = 3 r: Bán kính vessels, r = 3’’ = 0,09906 m l: Chiều dài vessels, l = 40’’ = 1,016 Thể tích đường ống dẫn: Chọn đường ống dẫn hóa chất có: d = 34 mm ® r = 0,017 l = 50 m V2 = p . r2. l = p x 0,0172 x 50 = 0,0454 m3 Thể tích hóa chất rửa màng V= V1 + V2 = 0,094 + 0,0454 = 0,1394 m3 Vậy thể tích bồn chứa hóa chất = 125 x V = 1,25 x 0,1394 = 0,17425 ≈ 0,2 m3 = 200l.Chọn 3 bồn pha hóa chất 200l: 1 bồn pha dd NaOH 0,1% 1 bồn pha dd HCl 0,2% 1 bồn pha dd H2O2 0,2% Tính toán bơm áp lực cho hệ thống RO Chọn loại bơm cao cấp cho hệ thống RO với áp lực P =16 Kgf/cm2 Để RO cấp 2 hoạt động hiệu quả ta cần nâng áp suất cấp vào nó khoảng 14-16bar. Như vậy áp suất nâng cấp cần thiết là: P = 16 – 14 + Tổn thất áp lực qua RO cấp 1 là lớn nhất là 1 bar Chọn bơm nâng áp của hãng GRUNDFOS-SINGAPORE, lưu lượng 5m3/h. Áp lực 16 bar( Có catalogue kèm theo ở phụ lục) 5.5. LỌC TINH 5.5.1. Lõi lọc 10mm Hệ thống lọc cartridge dùng để loại bỏ những hạt cặn nhỏ trong nước, những hạt cặn mà không bị giữ lại ở bể lọc nhanh. Mục đích chính của lọc cartridge là không cho những cặn bẩn đi vào hệ thống RO (vì nếu như trong dòng nước vẫn còn các hạt cặn lơ lửng thì những hạt cặn này sẽ nhanh chóng gây ra hiện tượng tắc nghẽn màng). Chọn lõi lọc Purtrex-TM của hãng US.FILTER Bảng 5.14. Thông số thiết kế lõi lọc 10mm Thông số Đơn vị Giá trị Vật liệu Kích thước lỗ rỗng Đường kính Chiều dài Nhiệt độ vận hành tối đa Áp suất tối đa (ở 250C) Lưu lượng dòng vào Hiệu quả lọc m m cm (inches) cm (inches) 0C (0F) Psi (bar) 1pm (gpm)/10’’ chiều dài % Polypropylen 10 6.5 (2.5’’) 76.2 (30’’) 70 (160) 50 (3,4) 18,9 (5) 95 (Nguồn: www.appliedmembranes.com) Lưu lượng nước vào: Q= 5 m3/h Lưu lượng qua một lõi lọc 30”: q= 3x18,9x3,75 l/p=212.6 l/p=1,275 l/h (Bảng 5.20) Số lượng lõi lọc cần thiết: Suy ra: n = 4 lõi Tổn thất áp lực ban đầu H = hong + hloi Trong đó: hong: Tổn thất áp lực trên đường ống, lấy hong = 1m hloi: Tổn thất áp lực qua lõi lọc, Tra “Flow Rate vs Intial Clean Pressure Drop” ® Tổn thất áp lực qua 1 lõi = 0,03 bar = 0,3 m ®hloi = 0,3 m x 4 lõi = 1,2 mH2O Vậy: H = 1 +1,2 = 2,2 mH2O Tóm tắc các thông số kỹ thuật của thiết bị lọc tinh 10 và 2 mm Chiều cao H = 1200 mm Đường kính 220mm Độ dày 2.1mm Vật liệu inox 304 5.5.2. Lõi lọc 2mm Hệ thống lọc cartridge dùng để loại bỏ những hạt cặn nhỏ trong nước, những hạt cặn mà không bị giữ lại ở bể lọc nhanh. Mục đích chính của lọc cartridge là không cho những cặn bẩn đi vào hệ thống RO (vì nếu như trong dòng nước vẫn còn các hạt cặn lơ lửng thì những hạt cặn này sẽ nhanh chóng gây ra hiện tượng tắc nghẽn màng). Chọn lõi lọc Purtrex-TM của hãng US.FILTER Bảng 5.15. Thông số thiết kế lõi lọc 2mm Thông số Đơn vị Giá trị Vật liệu Kích thước lỗ rỗng Đường kính Chiều dài Nhiệt độ vận hành tối đa Áp suất tối đa (ở 250C) Lưu lượng dòng vào Hiệu quả lọc m m cm (inches) cm (inches) 0C (0F) Psi (bar) 1pm (gpm)/10’’ chiều dài % Polypropylen 2 6.5 (2.5’’) 76.2 (30’’) 70 (160) 50 (3,4) 18,9 (5) 95 (Nguồn: www.appliedmembranes.com) Lưu lượng nước vào: Q= 5 m3/h Lưu lượng qua một lõi lọc 30”: q= 3x18,9x3,75 l/p=212.6 l/p=1,275 l/h (Bảng 5.20) Số lượng lõi lọc cần thiết: Suy ra: n = 4 lõi Tổn thất áp lực ban đầu H = hong + hloi Trong đó: hong: Tổn thất áp lực trên đường ống, lấy hong = 1m hloi: Tổn thất áp lực qua lõi lọc, Tra “Flow Rate vs Intial Clean Pressure Drop” ® Tổn thất áp lực qua 1 lõi = 0,03 bar = 0,3 m ®hloi = 0,3 m x 4 lõi = 1,2 mH2O Vậy: H = 1 +1,2 = 2,2 mH2O Tóm tắc các thông số kỹ thuật của thiết bị lọc tinh 10 và 2 mm Chiều cao H = 1200 mm Đường kính 220mm Độ dày 2.1mm Vật liệu inox 304 5.5.3. Lõi lọc 0,2 mm Chọn lõi lọc Memtrex PM của hãng US.FILTER Bảng 5.16. Thông số thiết kế lõi lọc 0,2mm Thông số Đơn vị Gía trị Vật liệu Kich thước lỗ rỗng Đường kính Chiều dài Nhiệt độ vận hành tối đa (ở 30 psid) Áp suất tối đa (ở 200C) Lưu lượng dòng vào (/10’’ chiều dài) Hiệu quả lọc mm cm (inches) cm (inches) 0C (0F) Psi (bar) 1pm(gpm)/10’’ % Polypropylen 0,2 6,5 (2,5’’) 508 (20’’) 70 (160) 50 (3,4) 18,9 95 (Nguồn: www.appliedmembranes.com) Lưu lượng nước vào: Q = 3 m3/h. Lưu lượng qua một lõi lọc: q=2x 18,9 x 3,75 l/p=70,88 l/p=850 l/h=0,85m3/h (Bảng 5.6) Số lượng lõi lọc cần thiết: Chọn : n=4 lõi Tổn thất áp lực ban đầu H = hong + hloi Trong đó: hống: Tổn thất áp lực trên đường ống, lấy hông = 1m hmang: Tổn thất áp lực qua lõi lọc, tra “ Flow Rate vs Intial Clean Pressure Drop” (PHỤ LỤC 3) ®Tổn thất áp lực qua 1 lõi = 0,03 bar = 0,3 ®hloi=0,3m x 3 lõi = 0,9m Vậy: H = 1+0,9 = 1,9 m≈0.019 bar Tóm tắc các thông số kỹ thuật của thiết bị lọc tinh 5mm Chiều cao cột lọc = 900 mm Đường kính 220m Độ dày 2.1 mm Vật liệu inox 316L 5.6. THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG Nhiệm vụ: diệt trừ vi khuẩn, vi rút có hại ra khỏi nước trước khi đóng chai. Trong hệ thống xử lý nước uống đóng chai người ta sử dụng hai hình thức tiệt trùng ozone và UV. 5.6.1 Diệt trùng bằng ozone Tổng quan về thiết bị Đặc tính của ozon Công thức hóa học: O3 Là một chất khí màu xanh, có mùi hắc đặc trưng. Tỉ trọng: 1,65 so với không khí Nhiệt độ hóa lỏng: -1120C Nhiệt hóa rắn: - 251 0C Ozon hòa tan trong nước gấp 10 lần so với oxy. Là chất khí không bền vững, nhất là khi có mặt của chất xúc tác, ozon nhanh chóng phân rã thành O2 + O. Tác dụng của chất oxy hóa mạnh hơn oxy nhiều. Ở nhiệt độ thường nó có thể biến: Carbon thành Carbonic; Amoniac thành Acide Nitric; sulfit thành sulfat. Ưu điểm của Ozon so với các phương pháp khác Có khả năng khử trùng tuyệt đối (vi trùng, vi khuẩn, nấm mốc…), không gây ô nhiễm vì ozon dễ dàng phân hủy thành oxy. Có thể thanh trùng cho cả môi trường nước và môi trường không khí, có thể ngấm vào tất cả mọi ngõ ngách, khe hở… Nước được xử lý bằng ozon sẽ trở nên tinh khiết: trong, không màu, không mùi, không độc tố, không vi sinh và giàu oxy. Cs khả năng phá hủy các chất độc hữu cơ như: thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, có khả năng phân hủy các nhóm chức của các chất màu, chất mùi. Vì vậy ozon có khả năng khử màu , khử mùi rất tốt. Không gây phỏng các mô. Bảng 5.17. Hướng dẫn về liều lượng ozone cần sử dụng Ứng dụng Liều lượng cho 1m3 Ghi chú Sự tẩy uế, tổng quát 0,4g Sự tẩy uế đạt dược nếu nồng độ đo được sau 4 phút tiếp xúc. Nước uống Tối thiểu: 0,5g Bình thường: 1 – 1,5 g Tối đa: 5g Liều lượng còn tùy thuộc vào sự hiện diện của sắt, manganese, chất hữu cơ… Dư lượng ozon (vài kinh nghiệm thực tế với nươc suối): PC bottles: 0,2 – 0,4 ppm, trên 0,5ppm có vấn đề về vị. PET bottles: 0,1 – 0,2ppm, trên 0,2ppm có vấn đề về vị. PE bags: trên 0,1ppm có vấn đề về vị. Nước hồ bơi 0,8 – 1,5 g Liều lượng còn tùy thuộc vào nhiệt độ nước (35 0C). 5.6.2. Tính toán thiết bị Thiết bị tiệt trùng bằng ozon bao gồm: Máy chuẩn bị không khí (Air preparation): Làm khô không khí, tránh hiện tượng ăn mòn điện cực. Có 2 loại: Air Dryer hoặc Oxygen Genegation. Máy tạo ozone (Ozone generator): Chuyển hóa không khí thành O3. Ozone injector: Hòa trộn ozone vao trong nước. Bồn tiếp xúc ozone. Lưu lượng nước cần xử lý: Q= 3 m3/h = 13,21gpm ®Chọn: Máy tạo ozone ( Ozone Generator): OZ – 8PC20; Máy chuẩn bị không khí (Air prepation/ Air Dryer): OZ – HD20 Máy trộn ozone vào nước (Ozone Injector): OZ – IN32015 Liều lượng ozone đưa vào trong nước: Î (0,2 - 0,5mg/l) (Nguồn: Trịnh Xuân Lai – Nước cấp tập 2). Kết luận: các thông số thiết kế thiết bị khử trùng bằng ozone Vật liệu inox Liều lượng ozone: 0,26mg/l Thời gian tiếp xúc: 5 phút Thể tích: 0,25m3 Kích thước: cao H=1,3m và đường kính 0,5m 5.6.3. Thiết bị tiệt trùng bằng UV 5.6.3.1. Tổng quan về thiết bị UV là bức xạ điện từ có bước sóng 100 – 400 nm. UV có khả năng diệt khuẩn ở bước song 220 – 320 nm (UV – C), khả năng diệt khuẩn cao nhất 254 nm. UV có khả năng phá hủy DAN, phá vỡ cấu trúc của tế bào vi khuẩn làm chúng có khả năng trao đổi chất. Trước khi cho qua đèn UV, cần lọc thô (5 mm) trước để loại bỏ cặn. Bởi các hạt cặn có thể hấp thụ hoặc cản trở tia cực tím và có thể bám trên bề mặt của đèn, gây ảnh hưởng đến hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím. Mặc dù có khả năng diệt 99,9% vi khuẩn, virus nhưng UV không có tác dụng với bất kỳ hóa chất hoặc kim loại nào. Do đó, UV chỉ là công đoạn cuối cùng của quy trình xử lý nước uống. 5.6.3.2. Tính toán Lưu lượng cần xử lý: Q=3m3/h ® Chọn đèn hiệu SC – 200 của hãng Sterilight do công ty Apollo cung cấp. 5.7. BỒN CHỨA NƯỚC Bồn chứa nước tập trung nước thủy cục để tạo sự ổn định cho khâu xử lý nước với thể tích là 5m3. Bồn chứa nước mềm: ổn định nước sau quá trình trao đổi ion, tiện cho việc vận hành, kiểm tra và theo dõi hệ thống 5m3. Bồn chứa nước tinh: chuẩn bị nước trước khi vào công đoạn thành phẩm tạo sự ổn định cho khâu sản xuất 2m3. CHƯƠNG 6 TÍNH KINH TẾ Thời gian hoạt động của tạm xử lý: Một tuần làm việc 6 ngày Một ngày làm việc 16h 1 năm làm việc 250 ngày. Chi phí nhân công: 2 người x 1.500.000 VNĐ/tháng x 12 tháng = 36.000.000 VNĐ/năm Thông số tính toán: Niên hạn thiết kế: N = 10 năm Lưu lượng xử lý được: Q= 3m3/h = 12.000 m3/năm Tổng chi phí: TC = (Chi phí đầu tư: N) + chi phí xử lý 1m3 tinh khiết) Chi phí xử lý 1 m3 nước tinh khiết = (TC: Q) (VNĐ/1m3 nước tinh). 6.1. CHI PHÍ ĐÀU TƯ 6.1.1. Chi đầu tư xây dựng Với tổng diện tích 40m2 cần xây dựng nhà điều hành hệ thống xử lý nước tinh khiết thì ta đầu tư cho phần xây dựng này với tổng số tiền là 48,000,000VNĐ( bốn mươi tám triệu đồng). 6.1.2. Chi phí lắp đặt thiết bị và vật liệu Bảng 6.1. Chi phí phần thiết bị PHẦN THIẾT BỊ STT THIẾT BỊ QUY CÁCH SL ĐƠN GIÁ (VNĐ) THÀNH TIỀN (VNĐ) XUẤT XỨ 1 Cột trao đổi ion làm mềm, Cation1,Anion, Cation2 Inox 304 dày 3,5mm DxH=(0,5 x 2,1)m 4 Bộ 16,500,000 66,000.000 Việt Nam 2 Cột lọc tinh 10mm,2mm Inox 304 dày 2.1mm DxH=(0,25 x 0,9)m 2 Bộ 6.500.000 13.000.000 Việt Nam 3 Cột lọc tinh 0,2mm Inox SS316L dày 2.1mm DxH=(0,22 x 0,9)m 2 Bộ 8.500.000 17.000.000 Việt Nam 4 Bồn chưa nước trung gian và nước thô V = 2,5 m3 Inox 304 dày 0.7mm DxH=(1.46 x 1,7)m 4 Bộ 9,000,000 36,000,000 Việt Nam 5 Bồn chưa nước thành phẩm(nước tinh khiết) V = 2 m3 Inox SS316 dày 3.5 mm 1.3m x 1,7m 1 Bộ 70.000.000 70.000.000 Việt Nam 6 Thiết bị RO Bao gồm: màng, vỏ màng, van, bơm, đồng hồ đo lưu lượng, ĐH áp suất, ĐH đo độ đẫn điện Inox 304 4’’ x 45’’ 1 Bộ 215,000,000 215,000,000 Mỹ/ Việt Nam 7 Hệ thống ozone (bao gồm: máy chuẩn bị không khí; máy tạo ozone; ejector) Công suất 4g/h N=200W/H 220V/1Phase/50Hz 1 Bộ 55,000,000 55,000,000 Canada 8 Hệ thống đèn UV Sterilight S12QA N=60w 2 Bộ 9.500.000 19.000.000 Canada 9 Hệ thống đường ống, phụ tùng, van Inox , nhựa PVC (1hệ) 1 Bộ 20,000,000 20,000,000 TAIWAN/VN 10 Bơm ly tâm trục ngang, cánh và buồng bơm inox SS316 5m3/h x 37mH2O 2.2KW/380V/50Hz 4Bộ 18.100.000 72,500,000 GRUNDFOS-SINGAPORE 11 Bơm ly tâm trục ngang, cánh và buồng bơm inox SS136L 3m3/h x 50mH2O 0,75KW/380V/ 50Hz 2 Bộ 14,500,000 24,000,000 GRUNDFOS-SINGAPORE 12 Bồn nhựa chứa dung dịch tái sinh và vệ sinh 300lít,PE 2 Cái 850,000 1.700.000 Việt Nam TỔNG CỘNG 609,200,000 Bảng 6.2. Chi phí phần vật liệu PHẦN VẬT LIỆU STT VẬT LIỆU QUY CÁCH SỐ LƯỢNG ĐƠN GIÁ (VNĐ) THÀNH TIỀN (VNĐ) XUẤT XỨ 1 Nhựa trơ (lít) d = 1-2 mm D=0,85Kg/cm3 100kg 37,000 3,700,000 Việt Nam 2 Sỏi đỡ d = 2- 4 mm 100kg 2.500 250.000 Việt Nam 4 Nhựa trao đổi ion làm mềm Nhựa cation Monopluss Lanxess- S1467 250 lít(25 lít/bao) 36.000 9.000.000 Đức 4 Nhựa trao đổi ion làm mềm Nhựa cation Monopluss Lanxess- SP112 250lít(25 lít/bao) 130.000 32.500.000 Đức 4 Nhựa trao đổi Cation1 Nhựa cation Monopluss Lanxess- S100 250 lít(25 lít/bao) 36.000 9.000.000 Đức 4 Nhựa trao đổi Anion Nhựa cation Monopluss Lanxess- M500 250lít(25 lít/bao) 87.000 21,750,000 Đức 5 Lõi lọc tinh 10mmx30” Polypropylen US.FILTER 4lõi 120.000 480.000 KOREA 6 Lõi lọc tinh 2mmx30” Polypropylen US.FILTER 4 lõi 140.000 560.000 KOREA 7 Lõi lọc tinh 0,2 mm Polysulfone – US.FILTER 8 lõi 1.250.000 10,000,000 KOREA TỔNG CỘNG 87,240,000 Bảng 6.3. Bảng tổng kết tổng chi phí lắp đặt thiết bị và vật liệu TỔNG CHI PHÍ ĐẦU TƯ STT CHI PHÍ GIÁ TIỀN (VNĐ) 1 Thiết bị 609,200,000 2 Vật liệu 87,240,000 3 Chi phí xây dựng 48,000,000 TỔNG CỘNG 744,444,000 6.2. CHI PHÍ QUẢN LÝ VẬN HÀNH 6.2.1. Chi phí hóa chất Bảng 6.4. Chi phí hóa chất STT HÓA CHẤT KHỐI LƯỢNG (Kg/lần) THỜI GIAN (Hoàn nguyên ng/lần) SỐ LẦN (Hoàn nguyên /năm) ĐƠN GIÁ (VNĐ) THÀNH TIỀN (VNĐ) 1 NaCl (rắn tinh) 100 40 h 108 2.500 27,000,000 2 NaOH 96% 25 80h 54 9.000 12,150,000 3 HCl 32% 65 80h 54 7.000 24,570,000 4 H2O2 50% 3 2 tháng 6 23.000 414.000 5 Acid cetric 6 3 tháng 4 30.000 720.000 TỔNG CỘNG 64,854,000 6.2.2. Chi phí thay vật liệu Bảng 6.5. Chi phí thay vật liệu STT VẬT LIỆU SỐ LƯỢNG (Sử dụng/lần) THỜI GIAN (Thay /lần) SỐ LẦN (Thay /năm) ĐƠN GIÁ (VNĐ) THÀNH TIỀN (VNĐ) 1 Hạt nhựa trơ 100 kg 2 năm 0.5 37,000 1,850,000 2 Sỏi đở 100 kg 2 năm 0.5 2,500 125,000 3 Hạt nhựa S1467 250lít 2 năm 0.5 36,000 4,500,000 4 Hạt nhựa S100 250 lít 2 năm 0.5 36,000 4,500,000 5 Hạt nhựa M500 250 lít 2 năm 0.5 87.000 10,875,000 6 Hạt nhựa SP112 250 lít 2 năm 0.5 130,000 16,250,000 5 Lõi lọc tinh 5mmx30” 4lõi 4tháng 3 120,000 1,440,000 6 Lõi lọc tinh 1mmx30” 4lõi 4 tháng 3 140,000 1,680,000 7 Lõi lọc tinh 0,2 mm 8 lõi 3 tháng 4 1,250,000 40,000,000 8 Đèn UV S12QA 2 Bóng 6 tháng 2 1,350,000 5,400,000 TỔNG CỘNG 86,620,000 6.2.3. Chi phí điện năng Lượng điện và nước tiêu thụ STT THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG CÔNG SUẤT (KW) THỜI GIAN LÀM VIỆC ( h/ngày) ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ (KWh /ngày) ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ (KW /năm) 1 Bơm ly tâm PW1,2,3,4 04 2,2 8 70,4 17,600 2 Bơm ly tâm PW5,6 02 0,75 8 12 3,000 3 Bơm trục đứng RO 01 3 16 48 12,000 4 Đèn UV 3 0,06 16 2,88 720 5 Máy tạo khí Ozone 1 0,2 1 0,2 50 TỔNG CỘNG 32,770 Tổng chi phí điện - nước tiêu thụ- nhân công: Tổng chi phí điện: 32,770 x1500=49,155,000VNĐ/Năm( 1,500VNĐ/KW) Tổng chi phí nước: 5 m3/h x16h/ngày x 250 ngày/năm x 2500VNĐ/m3=50,000,000 VNĐ/Năm Chi phí nhân công = 2,000,000(VNĐ/người) x 2 người x 12 tháng =48,000,000 VNĐ/Năm Bảng 6.6. Chi phí tổng cộng STT CHI PHÍ GIÁ TIỀN (VNĐ) 1 Hóa chất 64,854,000 2 Thay vật liệu 86,620,000 3 Điện + nước 99,155,000 4 Nhân công 48,000,000 Tổng cộng 298,629,000 Chi phí lắp đặt thiết bị khấu trừ cho 10 năm: Tổng chi phí =(744,444,000:10)+298,629,000=373,073,400(VNĐ) Chi phí xử lý cho 1m3 nước tinh khiết: 373,073,400:12,000=31,089.45≈31,100 (VNĐ/M3) CHƯƠNG 7 VẬN HÀNH VÀ QUẢN LÝ HỆ THỐNG 7.1. NGUYÊN TẮC CHUNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG Trước lúc vào vận hành hệ thống người vận hành phải thực hiện các quy định sau: Phải hiểu rõ các nguyên lý hoạt động của từng thiết bị trong hệ thống và của toàn bộ hệ thống. Kiểm tra toàn bộ thiết bị máy móc và vị trí các van đúng trạng thái hoạt động. Kiểm tra hệ thống điện. Người vận hành không được trong tình trạnh say bia, rượu. 7.2. ĐƯA HỆ THỐNG VÀO HOẠT ĐỘNG Khi hệ thống đưa vào hoạt động đưa vào Sử dụng, sản xuất. Yêu cầu : Hệ thống phải đảm bảo được chất lượng nước đạt theo tiêu chuẩn của GMP-WHO. Chất lượng nước đầu ra phải ổn định trong thời gian dài theo thiết kế. Hệ thống phải đảm bảo tính anh toàn cho người vận hành và khi bảo trì bảo dưỡng thiết bị máy móc. 7.3. QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG HÀNG NGÀY Kiểm tra các van trong toàn hệ thống đã đúng vị trí vận hành chưa? Đóng hệ thống điện cho toàn hệ thống. Chạy bơm 1, bơm 3, bơm 5, bơm cao áp (bơm RO) và đèn UV1,UV2,UV3 và tất cả đồng hồ đo độ dẫn điện phải được hiển thị lên để theo dõi.(bơm 2 dự phòng cho bơm 1, bơm 4 dự phòng cho bơm 3, bơm 6 dự phòng cho bơm 5). Chạy bơm 1, bơm 3, sau 3-4h phải đổi sang bơm 2, bơm 4. Chạy bơm 5, bơm 6phải đặt chế độ chạy luân phiên nhau , sau 45phút-1h phải thay đổi bơm . Vị trí các van : + Mở các van:V1, V2, V3,V4, V5,V6, ,V7, V8, V9, V10, V12, V13, VC1,VC2. + Đóng các van:VĐ1 , VĐ2, VĐ3, VĐ4, VĐ5, VĐ6. Điều chỉnh van hoàn lưu sao cho áp suất đường ống lớn hơn 2.5kgf/cm2. Thường xuyên phải kiểm tra đồng hồ áp lực, nếu áp lực tăng cao thì sẽ tiến hành vệ sinh lõi lọc. Thường xuyên kiểm tra vị trí các van ở đúng vị trí hoạt động. Thường xuyên kiểm tra các phao điện có bị kẹt không! Khi chay chế độ Man phải thường xuyên kiểm tra mức nước trong bồn(vì ở chế độ này bơm được đấu trực tiếp với nguồn không qua phao báo cạn và báo đày). Chú ý: khi vận hành chú ý đến mực nước trong bồn chứa có nhiều trường hợp phao báo cạn bị kẹt hoặc bị cuốn dây làm cho bơm không chạy được hoặc không dừng khi hết nước trong bồn. 7.4. BẢO TRÌ. BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG - Hàng ngày: + Thường xuyên lau chùi, vệ sinh sạch sẽ các thiết bị và khu nhà sản xuất + Xem xét độ rung, tiềng kêu của máy. - Hàng tuần: + Đo độ cáh điện của bơm, dòng điện của bơm + Kiểm tra đồng hồ áp suất. - Hàng tháng: + Tái sinh lõi lọc. + Tái sinh cột trao đổi Cation, anion, mixbeb. - Hàng Quý: + Tái sinh cột trao đổi Cation, anion, mixbeb. - Hàng năm: + Thay thế vật liệu lọc, bổ sung 20% hạt trao đổi, bóng đèn UV Chú ý: Khi thay hạt nhựa trao đổi phải đúng chũng loại đã dùng trong thiết kế, nếu dùng loại khác sẽ làm thay đổi hoạt lực trao đổi của hạt nhựa dẫn tới chất lượng nước không đạt hiệu quả. Đối với hệ thống xử lý nước cấp, việc bảo dưỡng định kỳ hệ thồng thường xuyên là rất cần thiết. Chương trình bảo trì bảo dưỡng hệ thống được lập thành chương trình chi tiết như sau: Bảng 7.1. Theo dõi bảo trì hệ thống. STT Nội dung Thời gian kiểm tra Nội dung – chỉ tiêu Mỗi tuần 3 tuần Ba tháng 02 năm A PHẦN CÔNG NGHỆ 1 Kiểm tra tổng quát x Theo Nước tinh, Dược Điển VN tập III 2 Kiểm tra tại chỗ x x Chỉ tiêu pH, độ cứng, dẫn điện B PHẦN CƠ KHÍ VÀ ĐIỆN 1 Các bồn công nghệ + Bồn Chứa B2,B4,B5 + Thiết bị RO + Thiết bị trao đổi Ion + Đèn U.V tiệt trùng + Thiết bị lọc tinh CF10 – CF02-CF0.2 x Kiểm ra sự rò rỉ của vỏ, sự ổn định của vật liệu lọc 2 Bơm x Kiểm tra: - Vị trí đặt bơm - Độ cách điện - Voltage - Ampere 3 Vật liệu lọc: + Lọi lọc + Hạt nhựa + Than họat tính x Kiểm tra: Chất lượng đầu ra của nước 4 Hệ thống điện x Kiểm tra: sự cách điện, nối đất, cáp điện nguồn, khả năng tiếp xúc của các tiếp điểm các linh kiện. Kiểm tra tổng quát tất cả các bơm đèn tín hiệu. 5 Van, đường ống x Kiểm tra: Sự rò rỉ của đường ống & van CHƯƠNG 8 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Hiện nay số lượng các nhà máy dược phẩm trong nước đa dạng và phong phú. Để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của con người ngày càng cao cũng như để hòa nhập với nền kinh tế thị trường trong và ngoài nước như hiện nay, các nhà máy sản xuất dược phẩm cần phải tuân theo quy định của Cục dược Việt Nam cũng như cả Tổ chức y tế thế giới (WHO) về việc sản xuất sạch từ khâu nhập liệu đến khâu chế biến và kho chứa đều được kiểm soát chặt chẽ theo Quy định Tiêu chuẩn GMP – WHO hoặc GMP – EU. Do vậy, các nhà máy sản xuất dược phẩm cần phải đầu tư dây chuyền thiết bị để sản xuất ngày càng tân tiến và đòi hỏi chất lượng cao. Nhưng vấn đề chính hiện nay đối với các nhà chủ đầu tư là bài toán giữa kinh tế và và chất lượng sản phẩm. Một trong những dây chuyền không kém phần quan trọng trong nhà máy để đưa chất lượng sản phẩm đạt chất lượng cao đó là hệ thống xử lý nước tinh khiết. Do đó, việc thiết kế hệ thống nước tinh khiết nhằm đáp ứng nhu cầu cho sản xuất dược phẩm mà không làm ảnh hưởng đến môi trường là một vấn đề đang được quan tâm. Qua quá trình thực hiện đồ án này, em nhận thấy hệ thống được thiết kế có các ưu điểm sau: Toàn bộ hệ thống là inox không gỉ (inox 304 và 316), đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Quy trình sản xuất khép kín từ khâu khai thác nước ngầm cho đến thành phẩm đều được nhà máy xử lý tại chỗ. Chất lượng nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn đặt ra quan trọng nhất là độ dẫn điện sau RO < 1,3.mS/cm. Hệ thống đơn giản, tự động khi tái sinh các cột trao đổi ion. Không làm ô nhiễm tầng nước ngầm, chi phí phù hợp (31.100VNĐ/m3nước tinh khiết). Như vậy, hệ thống xử lý nước tinh khiết đề xuất trong đồ án có thể đáp ứng được cho các nguồn nước ngầm. Tuy nhiên, đối với những nơi có nguồn nước ngầm ô nhiễm kim loại nặng và một số chỉ tiêu ô nhiễm khác cao hơn so vơi tiêu chuẩn 1329/2002/BYT/QĐ thì cần phải thiết kế lại hệ thống này. TÀI LIỆU THAM KHẢO @&? Trịnh Xuân Lai (2002), “Cấp nước tập 2, Xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt và công nghiệp”, NXB Khoa học và Kỹ thuật. PTS. Nguyễn Ngọc Dung (2005), “Xử lý nước cấp”, Trường ĐH Kiến trúc Hà Nội, NXB Xây dựng”. “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2”, NXB Khoa học và Kỹ thuật. Các Webside: www.google.com.vn MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa Tờ giao nhiệm vụ Đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các các bảng Danh mục các hình vẽ, các đồ thị, các bản vẽ