Nhiều nhà máy xử lý nước, thành phố sử dụng hệ thống xử lý Ôzôn để sản xuất nước sạch cho người dùng là các hộ dân cư và khu công nghiệp. Trong khi tất cả các loại hệ thống xử lý nước đều có những lợi thế và bất lợi của họ, hệ thống Ôzôn (O3) cung cấp hệ thống khử trùng tuyệt vời và tránh một số vấn đề về sản phẩm phụ hóa học (byproduct) khi sử dụng clo.
Rất nhiều hệ thống nước sinh hoạt công cộng sử dụng ôzôn để khử vi khuẩn thay vì sử dụng clo. Ôzôn không tạo thành các hợp chất hữu cơ chứa clo, nhưng chúng cũng không tồn tại trong nước sau khi xử lý, vì thế một số hệ thống cho thêm một chút clo vào để ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn trong đường ống.
Hình 1 – Hệ thống xử lý Ozone
Ôzôn là một phân tử không ổn định (unstable molecule) có thể dễ dàng chuyển đổi thành oxy. Là một chất ôxi hóa, nó trở thành một chất khử khuẩn mạnh có thể khử các vi sinh vật nguy hiểm trong nguồn cung cấp nước thô để xử lý nhằm mang lại nguồn nước sinh hoạt an toàn hơn cho người tiêu dùng.
Ôzôn có tính ôxy hóa mạnh hơn ôxy, do cấu trúc phân tử không bền, dễ dàng bị phân huỷ thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử.
O3= O2 + O
Vấn đề đặt ra
Sản xuất Ôzôn là một quá trình tương đối tốn kém. Vì vậy, việc đo kiểm khí Ôzôn một cách chính xác (accurately) và tin cậy (reliably) trong quá trình sản xuất và áp dụng trong các nhà máy xử lý nước là rất cần thiết để kiểm soát chất lượng nước và chi phí đầu vào. Thông thường trong quá trình phân tích, vận hành nhà máy hay hệ thống xử lý có thể kiểm soát theo tỷ lệ phần trăm (percentage), hay theo thể tích (by volume) của khí Ôzôn trong oxy. Tuy nhiên, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật vận hành cũng cần phải biết tổng lưu lượng khối lượng dòng chảy (total mass flow) của khí Ôzôn để đạt được hiệu suất hoạt động tối đa.
Việc lựa chọn loại đồng hồ đo lưu lượng khối lượng khí (gas mass flow meter) có độ chính xác cao cho mục đích này, đảm bảo quá trình khử khuẩn (disinfection) hoạt động hiệu quả hơn (more effectively) và kinh tế hơn (more economically). Trong một nhà máy điển hình, đầu tiên là khí Ôzôn được tạo ra và sau đó được đưa vào quá trình lọc (filtration process) ở ba điểm khác nhau những nơi mà yêu cầu cần có một đồng hồ đo lưu lượng.
Ôzôn được sử dụng trước tiên để làm kết tủa (coagulant prior) trước khi vào quá trình lọc sơ cấp (primary filtration). Sau đó, nó được bơm vào với liều lượng thấp như là chất ôxi hóa. Cuối cùng, nó được áp dụng ở liều cao như là một chất khử khuẩn để khử các chất ô nhiễm có trong nước chẳng hạn như thuốc trừ sâu (pesticides), sắt, asen, sulfua hiđrô (H2S), nitrit, và các chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo ra “màu” của nước. Tại châu Âu, Liên minh châu Âu (EC) cũng đã có chỉ thị đòi hỏi việc loại bỏ các chất diệt cỏ (soluble herbicides) và thuốc trừ sâu hòa tan từ nước uống. Ôzôn là một giải pháp tuyệt vời để đáp ứng chỉ thị này.
Giải pháp
Tại mỗi điểm trong quá trình xử lý nước lại tương ứng với mỗi tốc độ dòng khí Ôzôn khác nhau, do vậy việc đo kiểm chính xác lưu lượng này của các đồng hồ đo thực sự là một thách thức, cộng với việc một hệ thống xử lý dùng khí Ôzôn điển hình thường có dòng khí quá trình là sự kết hợp (combination) của khí Oxy và khí Ôzôn với tỷ lệ tương ứng là 98{6381a78daa30e1c81bf63403ab989c01ef860fe874ccb734762c5c90b16a043c} và 2{6381a78daa30e1c81bf63403ab989c01ef860fe874ccb734762c5c90b16a043c}. Trong khi có rất nhiều loại đồng hồ khác nhau với các công nghệ đo lường khác nhau, thì sự cần thiết phải đo lường trực tiếp lưu lượng khối lượng (Direct mass flow measurement) sẽ thu hẹp đáng kể các lựa chọn này. Công nghệ phân tán nhiệt (Thermal Dispersion Technology) theo nguyên lý đẳng dòng là một sự lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng này.
Các đồng hồ theo Công nghệ phân tán nhiệt (Thermal Dispersion technology) thường xuyên đượcl ựa chọn cho hệ thống xử lý Ozone (Hình 1) và các ứng dụng xử lý nước thải trong các nhà máy khác vì độ chính xác của các thiết bị này, với dải turndown rộng lên đến 100:1, sự sụt áp rất nhỏ, không có bộ phận chuyển động (no-moving parts design), yêu cầu về bảo trì thấp, lắp đặt rất dễ dàng (do sử dụng công nghệ đo cắm trực tiếp trên đường ống) do đó giảm thiểu tối đa chi phí cho việc lắp đặt và bảo trì.
Hãng FCI (Fluid Components International LLC) có trụ sở chính tại San Marcos – California – USA, với việc sở hữu độc quyền công nghệ rất hiện đại hiện nay – công nghệ phân tán nhiệt theo nguyên lý đẳng dòng (Thermal Dispersion Technology) đã đáp ứng tốt các yêu cầu ứng dụng thực tế đòi hỏi trong công nghiệp xử lý nước thải nói riêng cũng như các ngành công nghiệp trọng điểm nói chung.
Được thành lập từ năm 1964, Hãng Fluid Components International (FCI) với hơn 45 năm kinh nghiệm với các sản phẩm truyền thống như đo mức và lưu lượng thuộc thế mạnh của mình (chiếm tới 70{6381a78daa30e1c81bf63403ab989c01ef860fe874ccb734762c5c90b16a043c} thị phần đo lưu lượng khí trên toàn Thế giới)
Trên Hình 2 là một loại đồng hồ theo công nghệ phân tán nhiệt (ST98 FlexMASSter), với hai đầu đo được cắm trực tiếp trên đường ống dẫn khí Ôzôn và có thể hiển thị trực tiếp lưu lượng khối lượng khí Ôzôn tức thời và tích lũy bởi màn hình LCD (transmitter tích hợp hiển thị tại chỗ) Được các chuyên gia của FCI hiệu chỉnh (Calibration) sẵn ở Hãng với môi trường, điều kiện thực tế theo yêu cầu của khách hàng nên ST98 FlexMASSter đảm bảo độ chính xác rất cao và không mất thời gian trong việc lắp đặt, hiệu chỉnh tại hiện trường. ST98 FlexMASSter có các tính năng của nổi bật như:
- Dễ dàng lắp đặt, bảo dưỡng. Có loại In-line và loại Insertion.
- Có thể đo và hiển thị trên màn hình cả lưu lượng và nhiệt độ.
- Đường kính ống từ: 25-1066 mm.
- Dải đo lưu lượng rộng: 0.21 ~ 172 m/giây. (cho khí tại điều kiện tiêu chuẩn 70º F và 14.7 psia [0ºC và 1013,25 mBar(a)].)
- Áp suất tối đa : 250 psig (17 bar g).
- Dải nhiệt độ hoạt động của môi chất : -45 đến 45ºC.
- Độ chính xác cao (Accuracy): 0,5 và 1{6381a78daa30e1c81bf63403ab989c01ef860fe874ccb734762c5c90b16a043c} giá trị đọc.
- Độ lặp đọc (Repeatability): Lưu lượng: ± 0.5{6381a78daa30e1c81bf63403ab989c01ef860fe874ccb734762c5c90b16a043c} giá trị đọc
- Đầu ra 4-20mA, 0-10VDC, RS232, HART, PROFIBUS DP/PA.
- Đạt các tiêu chuẩn, chứng chỉ như: IP 67, NEMA 4X, FM, CSA, CE, CPA.v.v.
- Bù Nhiệt độ (Temperature compesation): Chuẩn: ± 30º F [± -1º C]; Lựa chọn: ± 100º F [± 38º C]
Dưới đây là cấu hình kỹ thuật của ST98 FlexMASSter:
Flow Element
- Vật liệu kết cấu: Thân bằng thép không rỉ 316L hoặc Hastelloy C cho tất cả các phần tiếp xúc môi chất.
- Kết nối:
Standard: 0.75 đến 1 inch male NPT stainless steel compression fitting với ferrule bằng teflon chịu áp suất 10 bar (g) tại 93ºC, hoặc ferrule bằng kim loại chịu áp suất lên tới 17 bar (g) tại 177ºC.
Lựa chọn: Thread-on ANSI or DIN flanges, or retractable sensing element.
Chiều dài cắm vào ống (có thể điều chỉnh tại hiện trường)
1 đến 6 inches [25 đến 152 mm]
1 đến 12 inches [25 đến 305 mm]
1 đến 18 inches [25 đến 457 mm]
- Nhiệt độ làm việc (Process):
Chuẩn: -40º to +350º F [-40º to +177º C]
Lựa chọn nhiệt độ cao: -100º to +500º F [-73º to +260º C];
Lựa chọn nhiệt độ rất cao: -100º to +850º F [-73º to +454º C];
- Áp suất làm việc: tới 250 psig [17 bar(g)]; de-rated with Teflon ferrule.
Flow Transmitter
• Nhiệt độ làm việc: 0º đến 140º F [-18º đến +60º C]
• Nguồn vào (Field Selectable): 85 to 265 Vac, 22 to 30 Vdc; 7 watts max; 230mA max.
• Tín hiệu đầu ra:
Đầu ra tương tự: 4 đến 20 mA, 1-5Vdc, 0-5Vdc, hoặc 0-10Vdc.
Cổng truyền thông:
Chuẩn truyền thông RS-232C I/O nối tiếp
Lựa chọn: HART, full two-way; Profibus, DP/PA, profile 3, certification #Z01212
• Hiển thị số: màn hình LCD, 2 dòng/ 16 ký tự mỗi dòng, hiển thị lưu lượng tức thời và lưu lượng tổng.
• Tùy chọn điều khiển từ xa: Transmitter có thể được lắp tại vị trí cách đầu đo lên tới 1000 ft. [350 m]
Công nghệ phân tán nhiệt là một trong những công nghệ để đo lưu lượng khối lượng, có thể đo lưu lượng trong những đường ống nhỏ (1″, 1 1/2″ và 2″ [DN25,DN40, và DN50]), đường ống lớn (2 1/2″ đến 42″ [64 đến 1066 mm]), hoặc dùng cho ống khói thải các nhà máy.
Công nghệ phân tán nhiệt sử dụng 2 đầu đo nhiệt trong đó một đầu gọi là đầu đo chủ động sẽ được đốt nóng liên tục còn một đầu gọi là đầu đo tham chiếu sẽ đo nhiệt độ của môi chất chảy qua. Sự chênh lệch nhiệt độ Δ T của hai đầu đo sẽ là cơ sở để tính toán ra tốc độ và lưu lượng dòng khí chảy qua.
Kết luận
Trong một hệ thống xử lý Ozone điển hình, một đồng hồ đo lưu lượng theo công nghệ phân tán nhiệt sẽ được cài đặt trên mỗi máy tạo Ozone để tính tổng lưu lượng khối lượng dòng chảy (tota mass flow) của khí Ozone được tạo ra và sau đó theo các đường ống dẫn đến các khu vực xử lý khác nhau. Các đồng hồ này sau đó cũng được lắp đặt tại mỗi vị trí xử lý khác nhau trong hệ thống xử lý nước thải, mà trong ví dụ của chúng tôi ở trên là nhà máy với hệ thống xử lý bao gồm khâu làm kết tủa các chất ô nhiễm trước khi vào lọc, các khí này sẽ khử toàn bộ các chất độc, chất ô nhiểm có hại cho sức khỏe con người nhằm mang lại một nguồn nước sạch hơn, an toàn hơn và thân thiện
hơn với môi trường.
