Nghiên cứu, mô phỏng và thiết kế lò UV trong hệ thống xử lý nước Ballast

Qua việc tìm hiểu và nghiên cứu thì việc xử lý nước ballast bằng công nghệ tia cực tím (UV) là phù hợp nhất cho đội tàu biển của Việt Nam. Bài viết này trình bày về phương pháp thiết kế lò UV trong hệ thống xử lý nước ballast dựa trên việc mô phỏng sự phân bố cường độ tia UV trong lò UV.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu, mô phỏng và thiết kế lò UV trong hệ thống xử lý nước Ballast CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ LÒ UV TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC BALLAST SIMULATING, STUDYING AND DESIGNING AN UV REACTOR FOR BALLAST WATER TREATMENT SYSTEM NCS. NGUYỄN ĐÌNH THẠCH; PGS.TS. NGUYỄN CẢNH SƠN; PGS.TS. LƯU KIM THÀNH Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Hiện nay chúng ta đang chuẩn bị tham gia Công ước quốc tế về việc hướng dẫn và quản lý nước Ballast (BWM-2004). Công ước này quy định rằng tất cả các tàu biển chạy tuyến quốc tế phải lắp đặt hệ thống xử lý nước ballast. Nghiên cứu một công nghệ cụ thể trong việc chế tạo hệ thống xử lý nước Ballast phục vụ cho đội tàu biển của Việt Nam một cách phù hợp và hiệu quả là một việc làm cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Qua việc tìm hiểu và nghiên cứu thì việc xử lý nước ballast bằng công nghệ tia cực tím (UV) là phù hợp nhất cho đội tàu biển của Việt Nam. Bài báo này trình bày về phương pháp thiết kế lò UV trong hệ thống xử lý nước ballast dựa trên việc mô phỏng sự phân bố cường độ tia UV trong lò UV. Abstract Recently, Vietnam has planned to participate in international convention for ballast water management (BWM-2004). Accordingly, the ships operated in international routes must to be equipped ballast water treatment systems (BWTS). It is necessary to study the technological solutions for manufacturing the BWTS so that they can effectively and possibly serves in Vietnamese ships. The recent study shows that ballast water treatment using UV technology is one of the most competitive solutions. This paper represents a methodology for designing UV reactor in BWTS based on the distributing simulation of UV ray Key words: Utraviolet, UV reactor, Ballast Water Treatment System 1. Đặt vấn đề Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) đã thông qua Công ước quốc tế về kiểm soát, quản lý nước ballast (BWM-2004). Công ước này quy định rằng tất cả các tàu biển chạy tuyến quốc tế phải lắp đặt hệ thống xử lý nước ballast theo tiêu chuẩn của tổ chức Hàng hải quốc tế. Sẽ phải mất một khoản kinh phí rất lớn nếu Việt Nam chúng ta phải nhập hệ thống này từ nước ngoài. Nghiên cứu một công nghệ cụ thể trong việc chế tạo hệ thống xử lý nước ballast phục vụ cho đội tàu biển của Việt Nam một cách phù hợp và hiệu quả là một việc làm cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Trên thế giới đã có một số hãng sản xuất hệ thống xử lý nước ballast sử dụng các công nghệ khác nhau. Qua việc tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm nghiên cứu nhận thấy việc xử lý nước ballast bằng công nghệ tia cực tím là phù hợp nhất, bởi vì xét về kích thước thì hệ thống sử dụng công nghệ tia cực tím có kích thước nhỏ gọn nhất, có thể lắp đặt được trên các tàu vừa và nhỏ được đóng mới ở nước ta, hoặc là những tàu cũ có yêu cầu lắp đặt bổ sung hệ thống này. Diệt khuẩn bằng tia UV là phương pháp vật lý, không sử dụng hoạt chất vì vậy phương pháp này không có những tồn dư hoá chất gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Xét về hiệu quả kinh tế thì phương pháp diệt khuẩn bằng tia UV có giá thành rẻ hơn so với một số công nghệ diệt khuẩn bằng phương pháp vật lý khác. Hiện nay trên thế giới đã có một số công trình khoa học nghiên cứu về việc tính toán, thiết kế lò UV song việc tính toán thiết kế này chỉ dừng lại ở mức đơn giản, thủ công [3]. Đã có những công trình nghiên cứu về việc mô phỏng sự phân bố cường độ tia UV trong lò UV [4]. Song những nghiên cứu này chỉ dừng lại ở những lò có một đèn UV, chưa nghiên cứu cho những lò UV công suất lớn có nhiều đèn UV trong việc xử lý nước ballast. Bài báo này sẽ xem xét và tập trung vào các vấn đề còn bỏ ngỏ ở trên 2. Công thức tính toán cường độ tia UV tại một điểm bất kỳ trong lò UV bằng phương pháp tổng nguồn đa điểm Nội dung của phương pháp tổng nguồn đa điểm là một đèn UV được mô phỏng như một chuỗi các nguồn điểm bức xạ liên tục. Mỗi một nguồn điểm có công suất bức xạ là Pi sẽ bằng công suất phát xạ của đèn chia cho tổng số nguồn điểm [1]. Cường độ tia UV xung quanh nguồn điểm có thể được xác định chính xác thông qua khoảng cách giữa nguồn điểm đến điểm thu và hệ số hấp thụ của môi trường truyền dẫn tia UV. Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 34  CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 Đối với hệ thống xử lý bằng tia UV, đèn UV được đặt trong một ống thạch anh. Vì vậy tia UV sẽ truyền qua 2 môi trường nước và thạch anh, nên cường độ tại điểm thu bất kỳ trong vùng bức xạ được tính bằng công thức sau [1]: P n l I A   n 2 exp  [( w ( R  rq )   qtq ] i ] (1) i 1 4 li R Khi lò UV sử dụng nhiều đèn UV thì cường độ UV tại một điểm bất kì sẽ bằng tổng cường độ UV của các đèn tại điểm đó:  P  N N  n n l  I A   I Ak    exp  [( w ( Rk  rq )   q tq ] ki ] (2) k 1  i 1 4 lki 2 k 1 Rk    Trong đó: P: Công suất đầu ra của đèn (W) N: Số lượng đèn UV trong lò n: Số lượng các nguồn điểm  i : H ...