thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân vùng hạn hán

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
TP.HCM, ngày … tháng … năm 2018
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PGS. TS Phan Đình Tuấn TS. Lý Cẩm Hùng

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

v


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
TP.HCM, ngày … tháng … năm 2018
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

PGS.TS LÊ VĂN LỮ

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

vi


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... vii
DANH SÁCH HÌNH VẼ............................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................ xi
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN QUY TRÌNH TÁCH ẨM ..................................................1
1.1 NGUYÊN LÝ TÁCH ẨM TẬN DỤNG HIỆN TƯỢNG ĐỌNG SƯƠNG
TRÊN BỀ MẶT ...........................................................................................................1
1.1.1

Nguyên lý .....................................................................................................1

1.1.2

Vật liệu sử dụng ...........................................................................................3

1.1.3

Một số thiết bị áp dụng ................................................................................5

1.2

NGUYÊN LÝ TÁCH ẨM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TÁCH ẨM ................13

1.2.1

Chất hút ẩm dạng lỏng ...............................................................................15

1.2.2

Chất hút ẩm dạng rắn .................................................................................16

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NINH THUẬN ..........................................................22
2.1

VỊ TRÍ ĐỊA LÝ ...............................................................................................22

2.2

KHÍ HẬU .........................................................................................................22

2.3

NGUỒN NƯỚC SỬ DỤNG HIỆN NAY .......................................................23

2.3.1

Nước mặt....................................................................................................23

2.3.2

Nước ngầm .................................................................................................25

2.4

NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC Ở NINH THUẬN ..........................................25

2.5 TÁC ĐỘNG CỦA HẠN HÁN ĐỐI VỚI ĐỜI SỐNG VÀ SINH HOẠT CỦA
NGƯỜI DÂN .............................................................................................................27
2.5.1

Đối với đời sống sinh hoạt của nhân dân ...................................................27

2.5.2

Đối với sản xuất trồng trọt .........................................................................27

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

vii


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân

vùng hạn hán
2.5.3

Đối với phát triển chăn nuôi ......................................................................28

2.5.4

Đối với công tác phòng chống cháy rừng ..................................................28

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ .........................................................................29
3.1

TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG KHÔNG KHÍ ĐẦU VÀO ................................29

3.2

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG .............................37

3.3

TÍNH CHỌN DÀN LẠNH ..............................................................................37

3.3.1

Thông số của không khí đi vào và ra khỏi dàn lạnh ..................................37

3.3.2

Tính dàn lạnh .............................................................................................38

3.4 TÍNH CHỌN MÁY LỌC NƯỚC THEO CÔNG NGHỆ LỌC THẨM THẤU
NGƯỢC (R.O) ...........................................................................................................45
3.4.1

Tổng quan về thẩm thấu ngược .................................................................47

3.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc nước sử dụng phương pháp thẩm
thấu ngược ..............................................................................................................48
3.4.3
3.5

Tính chọn màng lọc R.O ............................................................................56

TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .........................................................59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................62

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

viii


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Nguyên lý tách ẩm bề mặt. ...............................................................................2
Hình 1.2 Bọ cánh cứng Stenocara. ..................................................................................3
Hình 1.3 Lưới có kích thước lỗ hỏng khoảng 1 mm. ......................................................4
Hình 1.4 Các dạng lưới được thiết kế và sử dụng các vật liệu khác nhau (a) Sợi
polyethylene phủ một lớp nhôm (Aluminet) (b) Sợi poly kết hợp với sợi bằng inox (c)
Mẫu cấu trúc 3D của sợi poly kết hợp với sợi bằng inox. ...............................................5
Hình 1.5 Bộ thu thập sương mù DropNet. ......................................................................6
Hình 1.6 Tháp warka. ......................................................................................................6
Hình 1.7 Cấu tạo tháp Warka. .........................................................................................7
Hình 1.8 Xe đạp gắn thiết bị Fontus. ...............................................................................8
Hình 1.9 Thiết bị thu nước tại Israel. ..............................................................................9
Hình 1.10 Nhà sản xuất bia sử dụng máy thu sương. ....................................................10
Hình 1.11 Vị trí thu thập sương mù trên thế giới. .........................................................12
Hình 1.12 Chu kỳ tái ngưng tụ nước từ không khí trong khí quyển. ............................14
Hình 1.13 Hệ thống ngưng tụ nước từ không khí thông qua năng lượng mặt trời. .......15
Hình 1.14 Tháp hút ẩm dạng hấp thụ. ...........................................................................16
Hình 1.15 Rotor hút ẩm. ................................................................................................17
Hình 1.16 Cấu tạo dạng tổ ong của rotor hút ẩm. .........................................................17
Hình 1.17 Hoạt động của rotor. .....................................................................................18
Hình 1.18 Dàn lạnh........................................................................................................19
Hình 2.1 Bản đồ Tỉnh Ninh Thuận. .............................................................................. 22
Hình 3.1 Giản đồ Mollier của không khí ẩm. ................................................................ 29
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ. ............................................................................................37
Hình 3.3 Chi tiết thiết bị. ...............................................................................................43
Hình 3.4 Máy tách ẩm. ..................................................................................................44
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

ix

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán
Hình 3.5 Mặt sau máy tách ẩm. .....................................................................................44
Hình 3.6 Tổng thể về máy tách ẩm................................................................................45
Hình 3.7 Máy lọc nước. .................................................................................................48
Hình 3.8 Lõi lọc tinh. ....................................................................................................50
Hình 3.9 Lõi than hoạt tính............................................................................................51
Hình 3.10 Lõi than hoạt tính ép (CTO). ........................................................................51
Hình 3.11 Màng lọc R.O. ..............................................................................................52
Hình 3.12 Lõi than hoạt tính T33. .................................................................................53
Hình 3.13 Lõi bóng gốm.. .............................................................................................54
Hình 3.14 Hạt bóng gốm .............................................................................................. 66
Hình 3.15 Lõi lọc Alkaline. ...........................................................................................54
Hình 3.16 Lõi đá khoáng Maifan. .................................................................................55
Hình 3.17 Lõi hồng ngoại. .............................................................................................55
Hình 3.18 Thông số kỹ thuật của màng TW30 – 4014. ................................................57
Hình 3.19 Màng R.O và vỏ. ..........................................................................................58
Hình 3.20 Hướng đi của nước trong màng R.O. ...........................................................58
Hình 3.21 Tấm pin năng lượng mặt trời. .......................................................................60
Hình 3.22 Hình thực tế tấm pin năng lượng mặt trời. ...................................................60

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

x

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Ưu điểm và hạn chế của các công nghệ tách ẩm tạo ra nước từ không khí
(AWG) ...........................................................................................................................19
Bảng 3.1 Nhiệt độ t1= 20oC, độ ẩm 50% ...................................................................... 30
Bảng 3.2 Nhiệt độ t1= 25oC, độ ẩm 50% .......................................................................31
Bảng 3.3 Nhiệt độ t1= 27oC, độ ẩm 50% .......................................................................31
Bảng 3.4 Nhiệt độ t1= 30oC, độ ẩm 50% .......................................................................31
Bảng 3.5 Nhiệt độ t1= 35oC, độ ẩm 50% .......................................................................32
Bảng 3.6 Nhiệt độ t1= 40oC, độ ẩm 50% .......................................................................32
Bảng 3.7 Nhiệt độ t1= 20oC, độ ẩm 75% .......................................................................32
Bảng 3.8 Nhiệt độ t1= 25oC, độ ẩm 75% .......................................................................33
Bảng 3.9 Nhiệt độ t1= 27oC, độ ẩm 75% .......................................................................33
Bảng 3.10 Nhiệt độ t1= 30oC, độ ẩm 75% .....................................................................33
Bảng 3.11 Nhiệt độ t1= 35oC, độ ẩm 75% .....................................................................34
Bảng 3.12 Nhiệt độ t1= 40oC, độ ẩm 75% .....................................................................34
Bảng 3.13 Nhiệt độ t1= 20oC, độ ẩm 100% ...................................................................34
Bảng 3.14 Nhiệt độ t1= 25oC, độ ẩm 100% ..................................................................35
Bảng 3.15 Nhiệt độ t1= 27oC, độ ẩm 100% ...................................................................35
Bảng 3.16 Nhiệt độ t1= 30oC, độ ẩm 100% ...................................................................35
Bảng 3.17 Nhiệt độ t1= 35oC, độ ẩm 100% ...................................................................36
Bảng 3.18 Nhiệt độ t1= 40oC, độ ẩm 100% ...................................................................36
Bảng 3.19 Lưu lượng của không khí khô (m3) ..............................................................36
Bảng 3.20 Kết quả quan trắc chất lượng không khí tỉnh Ninh Thuận khu vực dân cư năm
2014 ...............................................................................................................................45
Bảng 3.21 Thông số kỹ thuật màng FILMTEC .............................................................56

Bảng 3.22 Các thông số giới hạn hoạt động của màng .................................................56
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

xi


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán
Bảng 3.23 Kích thước màng ..........................................................................................56

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

xii


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN QUY TRÌNH TÁCH ẨM
Theo như khảo sát của Liên Hợp Quốc [2] trong tổng số mười người thì sẽ có hai
người không có nguồn nước uống an toàn, phần lớn là trẻ em, chết vì các bệnh liên quan
đến việc thiếu nước sạch, vệ sinh và ô nhiễm môi trường mỗi năm.
Nhưng ở một số khu vực sa mạc, nơi có rất ít mưa, sương mù và sương là những

nguồn ẩm độ dồi dào đang được thu hoạch để sản xuất nước ngọt.
Việc thu hoạch sương mù lấy nước đã được phát triển từ thời kỳ cổ đại, bằng chứng
được tìm thấy tại Israel bởi các nhà khảo cổ học, họ thấy rằng tại đó có các bức tường
thấp được xây dựng xung quanh cây cối và cây nho để thu hoạch nước tưới cây, và cũng
tương tự như vậy tại sa mạc Atacama của Nam Mỹ và Ai Cập các đống đá được sắp xếp
sao cho ngưng tụ có thể chảy xuống các bức tường bên trong nơi nó được thu thập và
lưu trữ.
Nguyên lý hoạt động
Không khí ẩm được thu và đưa qua thiết bị ngưng tụ, tại thiết bị này nhiệt độ của
không khí sẽ giảm xuống dưới nhiệt độ đọng sương từ đó xảy ra hiện tượng chuyển pha
từ pha khí sang pha lỏng, dung dịch lỏng được dẫn đến bể chứa bằng các đường ống
không thấm nước, nước sẽ qua các thiết bị lọc nếu sử dụng cho nhu cầu ăn uống còn
cung cấp cho sinh hoạt hay là cho nông nghiệp thì không cần qua các thiết bị lọc nước.
Tách ẩm là quá trình làm giảm độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm. [3] Có 2 nguyên
lý tách ẩm thông dụng nhất là nguyên lý tách ẩm tận dụng hiện tượng đọng sương và
nguyên lý tách ẩm sử dụng công nghệ tách ẩm.
1.1
NGUYÊN LÝ TÁCH ẨM TẬN DỤNG HIỆN TƯỢNG ĐỌNG SƯƠNG
TRÊN BỀ MẶT
1.1.1 Nguyên lý
Không khí ẩm sẽ được đưa đến tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
đọng sương của không khí ẩm, nước trong không khí ẩm sẽ ngưng tụ trên bề mặt đó.
Hiện tượng này thường hay xảy ra khi dòng không khí đi qua dàn lạnh, hay giọt sương
đọng lại trên cỏ, những mạng nhện chứa đầy nước… mà chúng ta có thể thấy hằng ngày.

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

1

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

Hình 1.1 Nguyên lý tách ẩm bề mặt.
Áp dụng những đặc tính đó đã có nhiều nghiên cứu và phát triển của các nhà sưu
tập sương mù trên khắp thế giới diễn ra từ cuối năm 1980 [4], do Tiến sĩ Robert
Schemenauer và Giáo sư Pilar Cereceda (Univ Chile) khởi xướng.[5] Nhiều dự án thu
hoạch sương mù đã thực hiện và hoạt động ở nhiều nước bao gồm Chile, Peru, Ghana,
Eritrea, Nam Phi và California.
Các nhà khoa học ở Úc [2] phát triển bộ thu thập sương mù dựa trên mô hình bọ
cánh cứng Stenocara của sa mạc Namib. Sa mạc Namib ở phía Tây Nam Châu Phi là
một trong những nơi khô nhất trên trái đất, nhận được ít hơn 2 cm mỗi năm, nhưng đêm
và sương mù sáng từ Đại Tây Dương là huyết mạch của hệ thực vật và sa mạc. Khi
sương mù quét vào, con bọ cánh cứng Stenocara có kích thước nhỏ xíu leo lên những
cồn cát, gài vào phía sau của nó vào không trung và đối mặt với ánh mặt trời trở lại
sương mù. Cấu tạo của các vết bẩn nước (water-loveing) và các đáy nước (waterrepellent) giữa các vết sẹo trên vỏ của nó thu thập độ ẩm và các giọt nước kênh ngay
vào miệng của bọ cánh cứng.

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

2


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân

vùng hạn hán

Hình 1.2 Bọ cánh cứng Stenocara.
Hàm lượng nước trong sương mù chứa từ 0,05 gram đến 3 gram nước trên mét
khối, đường kính của nó nằm khoảng từ 1 đến 40 micro. Để thu thập nước có trong
sương mù các bộ thu sương yêu cầu phải có bề mặt các tấm lưới đứng thẳng đứng theo
góc phải của gió vì sương mù có tỷ lệ lắng đọng rất thấp và nó được mang bởi gió bất
cứ nơi nào nó có thể đi. Các cơn gió mang theo sương mù sẽ đi qua tấm lưới và tại đó
nước có trong sương mù sẽ được giữ lại, việc từ các bộ thu sương này thu được lượng
nước nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích cỡ của các giọt sương mù, tốc độ
gió, kích cỡ và vật liệu làm lưới (khoảng 1 mm là tối ưu) mà phải chiếm đến 70% diện
tích. Hai lớp lưới bảo vệ tia cực tím, được dựng lên để chà xát với nhau, tạo ra những
giọt nhỏ để nối và xả vào các ống nhựa PVC gắn với đáy lưới. Tuổi thọ của lưới là
khoảng 10 năm.
1.1.2 Vật liệu sử dụng
Vào năm 1987 trên đỉnh núi El Tofo tại Chungungo, Chile các nhà nghiên cứu đã
cho xây dựng thí điểm 94 bộ thu sương mù trên đỉnh cao 2600 ft, và lượng nước thu
được là 2000 lít mỗi ngày tức là 3 lít/m2/ngày. [6] Đầu tiên ý tưởng được hình thành vào
năm 1956 do đợt hạn hán đặc biệt nghiêm trọng, nhà khoa học Carlos Espinosa
Arancibia đã nảy ra ý tưởng bắt sương bằng những tấm lưới có kích thước lỗ nhỏ hơn
xấp xỉ khoảng 1 mm, dự án thí nghiệm được tiến hàng ở những ngọn đồi cao nhất gần
thành phố Antofagasta, và cuộc nghiên cứu vẫn còn tiếp tục.

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

3

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

Hình 1.3 Lưới có kích thước lỗ hỏng khoảng 1 mm.
Việc thu được lượng nước nhiều hay ít cũng phụ thuộc vào loại vật liệu làm lưới.
[11] (tạp chí Langmuir) Nhiều loại được dệt từ lưới polyolefin - một loại nhựa sẵn có
và không đắt tiền. Thật không may, kích thước của lỗ chân lông của polyolefin thường
là quá lớn, cho phép có nhiều nước trôi qua các vết nứt.
Theo MIT, bao gồm tiến sĩ postdoc Kyoo-Chul Park, giáo sư Gareth McKinley,
giáo sư Robert Cohen, sinh viên Shreerang Chhatre và sinh viên Siddarth Srinivasan tin
rằng bằng cách đóng những khoảng trống trong vật liệu lưới, có thể cải thiện đáng kể
hiệu quả của hệ thống thu hoạch sương mù.
"Các tính toán chi tiết và xét nghiệm cho thấy hiệu suất tốt nhất là từ lưới thép
không gỉ gấp ba hoặc bốn lần độ dày của một sợi tóc người, và với khoảng cách khoảng
hai lần giữa các sợi", [12] một thông cáo báo chí giải thích. "Ngoài ra, các lưới được lau
dập, sử dụng một giải pháp giảm một đặc trưng gọi là hysteresis góc tiếp xúc. Điều này
cho phép các giọt nhỏ dễ dàng trượt xuống trong ống thu gom ngay khi chúng hình
thành, trước khi gió thổi chúng ra khỏi bề mặt và trở lại sương mù." Ngoài vật liệu lưới
làm bằng [13] polypropylene hoặc polyethylene thì các nhà khoa học đã tìm hiểu các
loại vật liệu khác để có thể làm tăng năng suất lượng nước thu được. Như [4] Lưới
Raschel (35% bóng, bảng điều khiển bên trái) (hình 1.4) đã được áp dụng thành công
trong nhiều năm tại 35 quốc gia tại năm châu lục. Nó được sử dụng hai lớp trong SFC
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

4

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán
và LFC (chỉ có một lớp được hiển thị ở đây). Các bảng điều khiển trong cho thấy một
loại vật liệu mạnh mẽ với một lưới không gỉ, đồng dệt kim với chất liệu poly, đã được
sử dụng ở Nam Phi. Các bảng bên phải cho thấy một thiết kế mới được đề nghị của một
cấu trúc lưới ba chiều (độ dày 1 cm) vật liệu poly. Lưu ý rằng không có sự so sánh tổng
thể về tỷ lệ thu thập lưới và hiệu năng kỹ thuật đã được tiến hành. Chiều dài cạnh của
các phần lưới được hiển thị là 6,5 cm. Ngoài ra còn có vật liệu mới như MOF giúp thu
hoạch sương tốt.
Các tấm lưới bằng polyethylene phủ một lớp nhôm (Aluminet) đã được sử dụng,
kết quả đạt được 1,235 l/ngày, chiếm 96% so với lượng nước cung cấp bởi các tấm lưới
vật liệu mới [14]. Một thiết kế khác đã được ứng dụng để đáp ứng với điều kiện khí hậu
gió nhiều tại khu vực Nam Phi. Thiết kế này làm bằng sợi poly kết hợp với sợi bằng
inox, nhằm nâng cao độ bền chắc của vật liệu thay vì tối ưu hóa để tăng hiệu suất thu
nước, có thể chịu được điều kiện khắc nghiệt của khu vực [15] và không làm giảm hiệu
suất ban đầu của hệ thống.

Hình 1.4 Các dạng lưới được thiết kế và sử dụng các vật liệu khác nhau
(a) Sợi polyethylene phủ một lớp nhôm (Aluminet) (b) Sợi poly kết hợp với sợi
bằng inox (c) Mẫu cấu trúc 3D của sợi poly kết hợp với sợi bằng inox.
1.1.3 Một số thiết bị áp dụng
Năm 2010 [7], bộ thu thập sương mù DropNet ra đời bởi cô Imke Hoehler tại Học
viện Mỹ thuật Muthesius ở Đức, bộ thu thập này có thể thu sương tại khu vực có hàm
lượng sương mù mỏng, lượng nước thu được trên mỗi đơn vị là 10 – 20 lít nước mỗi
ngày.

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

5


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

Hình 1.5 Bộ thu thập sương mù DropNet.
Một thiết kế khác [10] tại Ethiopia nhà kiến trúc sư người Italia tên là Arturo Vittori
đã phát minh ra một công trình có khả năng thu hơi nước và độ ẩm trong không khí rồi
biến nó thành nước uống với tên gọi là Warka Water, những vật liệu để xây dựng rất rẻ
và dễ tìm đó là tre, sợi gai dầu… kết hợp thiết kế nên một dạng tháp đơn giản nhưng đặc
biệt, một ngọn tháp thu thập khoảng 100 lít nước mỗi ngày. Dự án được xây dựng ở
Ethiopia, Lebanon và Brazil. Ông còn có dự dịnh sẽ phát triển dự án tại Indonesia và
Colombia.

Hình 1.6 Tháp warka.
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

6


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

Hình 1.7 Cấu tạo tháp Warka.

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

7


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán
Ngoài các phương pháp thu sương mù bằng những tấm lưới đặt trên những ngọn
núi cao, thế giới cũng có các phương pháp như lấy nước bằng cách đạp xe đạp được biết
đến với cái tên [17] Fontus, thiết bị này có đặc điểm nhỏ gọn, rất thích hợp cho những
ai thích đạp xe đi dã ngoại, hoạt động tốt tại nơi có ẩm độ cao, lượng nước thu được
trong một giờ là 0,5 lít nước sạch. Phát minh này được phát triển bởi ông Kristof Retezar
đang công tác tại Austria’s University of Applied Arts. Thiết bị này hoạt động rất dễ
dàng, gắn thiết bị vào xe đạp, trong quá trình đạp xe, nó sẽ làm lạnh không khí nóng ẩm,
qua quá trình làm lạnh này sẽ ngưng đọng hơi nước, lấy nước sạch.

Hình 1.8 Xe đạp gắn thiết bị Fontus.
Thiết bị Fontus hoạt động tốt nơi có độ ẩm cao, vậy nơi có độ ẩm thấp đã được
Học viện Công Nghệ Massachusetts (MIT) [18] nghiên cứu ra sử dụng vật liệu MOF
(do giáo sư Yaghi phát minh ra bằng việc kết hợp các kim loại như magiê hoặc nhôm
với các phân tử hữu cơ để tạo ra các cấu trúc cứng, nhưng có độ xốp nhất định để chứa
chất lỏng và khí), và vật liệu MOF này là sản phẩm của việc kết hợp kim loại ziriconi
và acid adipic có tác dụng ngưng tụ nước ngoài ra thiết bị còn sử dụng năng lượng mặt
trời làm năng lượng chính để hoạt động thu 2,8 lít nước từ không khí trong 12 giờ, trong
điều kiện độ ẩm 20 – 30%. Ngoài ra còn có thiết bị mà được đánh giá là sử dụng được
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn

GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

8


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán
tại Việt Nam, đây là thiết bị được phát minh tại một công ty ở Israel. [19] Các nhà nghiên
cứu sử dụng hệ thống bao gồm nhiều lá nhựa mỏng xếp chồng lên nhau để làm ngưng
tụ hơi nước từ dòng không khí di chuyển qua thiết bị theo các hướng khác nhau.

Hình 1.9 Thiết bị thu nước tại Israel.
Công ty Water-Gen hiện nay phát triển thiết bị với ba kích thước khác nhau. Ở
điều kiện nhiệt độ 26oC và độ ẩm 60%, cỗ máy lớn nhất ngưng tụ được 3.122 lít nước
mỗi ngày. Cỗ máy trung bình tạo ra 446 lít nước/ngày trong cùng điều kiện, và cỗ máy
nhỏ nhất sử dụng trong nhà hoặc văn phòng tạo ra 15 lít nước/ngày.
Water-Gen ước tính, với mức giá năng lượng hiện tại, chi phí để các thiết bị sản
xuất một lít nước chưa đến 0,03 USD. Công ty này đang tìm cách đưa công nghệ tới
những nơi không có nước sạch để dùng và khu vực nóng ẩm như Mỹ Latinh, Đông Nam
Á, châu Phi. "Tại khu vực có khí hậu nóng hoặc ẩm ướt hơn, hệ thống sẽ sản xuất được
nhiều nước hơn so với mức trung bình", Kohavi nói.
Water-Gen đang thử nghiệm thiết bị mới ở thành phố Mumbai (Ấn Độ), Thượng
Hải (Trung Quốc), Mexico City (Mexico) cũng như nhiều vùng nông thôn khác. Sản
phẩm của công ty dự kiến có mặt trên thị trường vào cuối năm 2017.
Thị trấn Pena Blanca tự hào có một trong những trung tâm nghiên cứu lớn nhất
cho những người bắt giữ sương mù. Có sáu cái lưới lớn trên những ngọn đồi nhìn ra thị
trấn.
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn

GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

9


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán
Người ta ứng dụng công nghệ bắt sương mù để sản xuất nhà máy bia Catcher
Sương mù nhỏ, ông chủ của nhà máy là Miguel Carcuro. Nó có ba thùng và một cửa
hàng lạnh sản xuất khoảng 24.000 lít mỗi năm. Và ông tự hào về điều này.

Hình 1.10 Nhà sản xuất bia sử dụng máy thu sương.
Một máy thu sương cỡ trung bình có kích thước 40 m2, chi phí từ 1.000 đô la (635
đô la) đến 1.500 đô la tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng.
Khu vực khai thác sương mù lớn nhất nằm ở Tojquia ở Guatemala, nơi 60 người
bắt giữ sương mù bắt giữ 4.000 lít nước mỗi ngày.
Giáo sư Pilar Cereceda của Đại học Chile nói rằng cô hy vọng rằng trong vòng
một thập niên Chile sẽ có đủ số người bắt giữ sương mù để cung cấp toàn bộ khu vực
Atacama.
"Tôi ước mơ trong ngày mà những người bắt giữ sương mù có thể cạnh tranh với
các nhà máy lọc nước, không thân thiện với môi trường."
21 địa điểm khác tại Chile và bờ biển Thái Bình Dương của Mỹ cũng có các nhà
thu gom sương mù tiếp tục cung cấp nước cho các dự án nông nghiệp và lâm nghiệp.
Trong vài năm qua, FogQuest (một tổ chức phi chính phủ) đã tiến hành một số dự
án thành công tại Yemen, Guatemala (Lake Atitlan) và Haiti (Cao nguyên
Salignac). Nhiều kế hoạch đang được lên ở nước Hồi giáo của Oman, Ethiopia và
Nepal. Dự án Yemen nằm ở vùng núi gần Hajja, nơi hầu như không có mưa trong những
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn

GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

10


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán
tháng mùa đông. Tuy nhiên, có sương mù đủ để biện minh cho việc xây dựng các bộ thu
sương mù lớn. Sản xuất tốt nhất khoảng 4,5 lít/m2/ngày. Năng suất ở các địa điểm tốt
nhất ở Haiti là khoảng 5,5 lít/m2/ngày. Nói cách khác, mỗi mét vuông lưới sản xuất
khoảng 165 lít/tháng. Một nhà sưu tập lớn (50 m2 ) sẽ sản xuất khoảng 175 lít/ngày, đủ
để cung cấp nhu cầu của chín người.
Những người thu gom rác ở Sultanate của Oman đã mang lại 70 lít/m2/ngày.
Một bộ thu 48 m2 có năng suất trên 3000 lít/ngày. Mỗi thôn đòi hỏi từ 30 đến 80 người
thu gom (chi phí khoảng 400 USD mỗi cái) để cung cấp nhu cầu của mình.
Tại phía tây nam núi Morocco [8] với khu vực rộng 600 m2 người ta sử dụng các
tấm lưới lớn đặt dọc theo rìa Sahara, ở độ cao 1.225 mét lượng nước thu được trung
bình là 6.000 lít nước mỗi ngày và tại thời điểm đó nó được tổ chức phi chính phủ Tổ
chức Dar Si Hmad gọi là "Đây là dự án thu thập sương mù lớn nhất thế giới". Hiện nay
đang cung cấp nước sạch cho 500 người ở 5 làng nằm trong vùng Anti Atlas, nơi chịu
ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hạn hán. Nó đã góp phần thay đổi cuộc sống của người dân
địa phương.
Tại các sườn dốc Lima của Peru [9], một khu vực có lượng sương mù dày vào mùa
đông do lượng hơi ẩm từ Thái Bình Dương đổ về, Kai Tiedemann và Anne Lummerich
(FogQuest) đã tận dụng điểm này, họ sử dụng các tấm lưới nghiên cứu để tạo ra các thiết
bị thu nước hiện đại, mỗi tấm lưới có kích thước 13” x 33” (3,96 m x 10,06 m), mỗi
ngày có thể thu được 66 gallons nước (tương đương 249,84 lít), được biết khu vực này
có lượng sương mù dày đặc duy trì trong 8 tháng, người dân ở đây phải chi trả gấp 6 lần
giá thông thường để mua về nguồn nước không sạch lắm, nhưng từ khi có các hệ thống

thu sương này thì vấn đề nước không còn đáng lo ngại như trước nữa. Ngoài việc cung
cấp nước uống cho người dân, hệ thống còn cung cấp nước trồng cây Tara của địa
phương. Ý nghĩa sâu xa hơn, khi những cây này lớn lên, chúng có thể tự thu thập nước
cho riêng mình, tái trồng rừng và bổ sung nguồn nước ngầm.

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

11


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

Hình 1.11 Vị trí thu thập sương mù trên thế giới.
Những ví dụ về các phương pháp thu sương thụ động mang đến những lợi ích
không những cung cấp một lượng nước phục vụ cho sinh hoạt (UNISA, 2008, WaterAid)
bên cạnh đó còn phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, tưới cây hay cả việc cung cấp nước
cho sản xuất bia quy mô gia đình. [16] Tác động môi trường của việc cài đặt và bảo trì
công nghệ là tối thiểu (WaterAid). Quá trình xây dựng không đòi hỏi nhiều công lao
động, chỉ cần có những kỹ năng cơ bản và khi đã được cài đặt thì hệ thống không đòi
hỏi năng lượng để vận hành. [4] Hệ thống này có tính mô đun, dễ bảo trì và có thể mở
rộng khi nhu cầu tăng lên hoặc mở rộng đầu tư. Chi phí đầu tư thấp - ít hơn nhiều so với
các nguồn thông thường trong các lĩnh vực mà công nghệ này có thể được áp dụng. Chất
lượng nước thường là tốt, mặc dù một số điều trị có thể là cần thiết cho người tiêu dùng.
Do việc khai thác sương mù đặc biệt phù hợp với các vùng miền núi, nơi mà cộng đồng
thường sống trong điều kiện xa.
Bên cạnh những lợi ích mà nó mang lại thì đi cùng vẫn có những mặt hại của công

nghệ này: công nghệ này phụ thuộc vào nguồn nước không phải lúc nào cũng đáng tin
cậy vì sự xuất hiện sương mù không chắc chắn. Tuy nhiên, một số khu vực nhất định có
xu hướng phát triển sương mù, đặc biệt là các vùng duyên hải miền núi phía tây lục địa
Nam Mỹ. Hơn nữa, tính toán ngay cả một lượng nước xấp xỉ có thể thu được tại một địa
điểm cụ thể là rất khó (Schemenauer và Cereceda, 1994). Công nghệ này có thể là một
rủi ro đầu tư trừ phi một dự án thí điểm được thực hiện lần đầu tiên để định lượng năng
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

12


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán
suất nước có thể dự đoán được trong khu vực được xem xét, vị trí cũng như thảm thực
vật và động vật khu vực có cũng ảnh hưởng một phần đến hàm lượng nước thu được.
[8] Đối với những khu vực mà hàm lượng ẩm độ bị ảnh hưởng bởi sự phát triển của
ngành công nghiệp hàm lượng kim loại cũng như nồng độ pH có trong bụi bị nhiễm vào
đám mây sương mù… thì cần lắp đặt thêm các thiết bị lọc trước khi sử dụng nước cho
sinh hoạt. Vì thế nên không khí ở vùng đặt lưới càng ít bị ô nhiễm càng tốt.
1.2

NGUYÊN LÝ TÁCH ẨM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TÁCH ẨM

Phương pháp thứ hai sử dụng công nghệ tách ẩm lấy nước trong không khí
(Atmospheric water generation technology – AWG), bằng cách [20] làm lạnh không khí
đến dưới điểm sương, sử dụng năng lượng mặt trời để làm khô hoặc tạo áp lực không
khí. Hai kỹ thuật chính được sử dụng là tách ẩm bằng ngưng tụ và tách ẩm sử dụng chất

hút ẩm. Công nghệ tách ẩm sử dụng khá phổ biến trên thế giới và được xem là một công
nghệ thân thiện với môi trường, đóng vai trò chính trong việc phát triển bền vững sinh
thái. Công nghệ tách ẩm được xem như là một sự lựa chọn mang tính đột phá cho các
hệ thống cung cấp nước ở các khu vực có vấn đề về nguồn nước hay chất lượng nước.
Công nghệ tách ẩm có khả năng cung cấp sản lượng nước cao hơn rất nhiều so với
phương pháp thu sương thụ động.
Các chu trình lý thuyết cho sự hấp thụ hơi nước từ không khí với tái ngưng tụ,
bằng cách nhiệt được mô tả và phân tích bởi Hamed [21]. Tác giả đã đưa ra lý thuyết về
giới hạn cho khả năng tối đa thu thập nước từ không khí bằng cách sử dụng chất hút ẩm
thông qua các chu kỳ tái ngưng tụ ở điều kiện vận hành nhất định của các thông số môi
trường xung quanh.[22] Chu kỳ lý thuyết được vẽ trên sơ đồ áp suất và nồng độ hơi
nước, bao gồm bốn quá trình (Hình 1.12):
• Chu trình 1-2: Sự hấp thụ đẳng nhiệt hơi nước trong không khí.
• Chu trình 2-3: Đun nóng chất hấp thụ giữ nguyên nồng độ.

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

13


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán
• Chu trình 3-4: Hoàn nguyên chất hấp thụ ở áp suất không đổi.
• Chu trình 4-1: Làm lạnh chất hấp thụ giữ nguyên nồng độ.
Hình 1.12 Chu kỳ tái ngưng tụ nước từ không khí trong khí quyển.

Hall đề xuất một hệ thống sản xuất nước từ không khí sử dụng ethylene glycol làm

chất hút ẩm và sử dụng năng lượng mặt trời để hoàn nguyên chất hút ẩm. Alayli thì sử
dụng vật liệu composite hình chữ S điển hình để hấp thụ hơi ẩm từ không khí và sử dụng
năng lượng mặt trời để tái sinh sau đó. Hamed đã kiểm tra hai phương pháp để lấy nước
từ không khí bằng năng lượng mặt trời, đầu tiên là làm mát không khí ẩm đến nhiệt độ
thấp hơn điểm sương và sử dụng năng lượng mặt trời hệ thống làm mát hấp thụ LiBrH2O. Phương pháp thứ hai là dựa trên hấp thụ độ ẩm từ không khí trong khí quyển vào
ban đêm bằng cách sử dụng canxi clorua như chất hút ẩm, với việc thu hồi nước thu
được trong thời gian ngày. Theo kết quả của nghiên cứu này, phương pháp thứ hai là
phù hợp nhất để phục hồi nước từ không khí.
Abualhamayel và Gandhidasan kết hợp thu sương thụ động bằng bức xạ mặt trời
(Hình 1.13 )
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

14


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

Hình 1.13 Hệ thống ngưng tụ nước từ không khí thông qua năng lượng mặt trời.
Hệ thống này bao gồm bề mặt bị nghiêng và được phủ bởi một tấm kính đơn với
một khoảng cách không khí khoảng 45 cm, phần dưới của lớp kính được cách điện tốt.
Vào ban đêm, chất hấp thụ mạnh chảy xuống dưới dạng một màng mỏng trên lớp vỏ
kính khi tiếp xúc với không khí xung quanh. Nếu áp suất hơi của chất hút ẩm mạnh hơn
mức áp suất hơi của nước trong không khí trong bầu khí quyển, việc truyền khối lượng
diễn ra từ bầu khí quyển tới chất hấp thụ. Do sự hấp thụ độ ẩm từ không khí xung quanh
vào ban đêm, chất hấp thụ sẽ bị pha loãng. Chất hấp thụ giàu nước phải được làm nóng
vào ban ngày để lấy nước khỏi chất hấp thụ yếu.

Đối với nguyên lý tách ẩm sử dụng chất hút ẩm, khi không khí ẩm tiếp xúc với bề
mặt chất hút ẩm, nước trong không khí ẩm sẽ được hấp phụ vào chất hút ẩm. Chất hút
ẩm có 2 dạng là dạng lỏng (LiCl, Trietylenglycol) hoặc dạng rắn (than hoạt tính,
Silicagel, nhôm hoạt tính và rây phân tử).
1.2.1 Chất hút ẩm dạng lỏng
Chất hút ẩm dạng lỏng [23] thường là dung dịch liti clorua (LiCl), trietylen glycol.
Khi không khí ẩm tiếp xúc với dung dịch chất hút ẩm, nước trong không khí ẩm sẽ bị
hấp thụ, không khí trở nên khô. Để tăng diện tích tiếp xúc với chất hút ẩm, người ta phun
sương dung dịch chất hút ẩm và thổi dòng không khí đi ngược lại. Để hoàn nguyên chất
hút ẩm, người ta dùng một tháp hoàn nguyên. Tại đây, dung dịch chất hút ẩm sẽ được
phun sương, dòng khí hoàn nguyên với nhiệt độ cao khi tiếp xúc với dung dịch chất hút
ẩm sẽ lấy bớt nước ra khỏi dung dịch này, sau đó dung dịch này lại được dùng để hút ẩm
không khí.
Nhược điểm của phương pháp này:
SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

15


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán





Tháp hút ẩm có kích thước lớn.

Lắp đặt khó khăn.
Giá thành rất cao.
Nếu dòng khí công tác và dòng khí hoàn nguyên không được lọc sạch
thì sau một thời gian vận hành, dung dịch chất hút ẩm sẽ bị nhiễm bẩn.
 Sau một thời gian sử dụng phải định kỳ súc rửa tháp hút ẩm, điều này sẽ
làm gián đoạn sản xuất.

Hình 1.14 Tháp hút ẩm dạng hấp thụ.
1.2.2 Chất hút ẩm dạng rắn
Chất hút ẩm dạng rắn gồm 3 loại chính: LiCl, Silicagel và rây phân tử
(molecular sive). Trong kỹ thuật điều hòa không khí, Silicagel là được sử dụng nhiều
nhất, khi dòng không khí ẩm tiếp xúc với các hạt Silicagel, nước trong không khí bị
hấp thụ và không khí trở nên khô hơn. Trong công nghiệp chất hút ẩm dạng rắn được
sử dụng nhiều, bởi lợi thế diện tích bề mặt lớn, giá thành rẻ. Để tăng diện tích tiếp
xúc với chất hút ẩm, người ta sử dụng rotor tổ ong.

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

16


Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế hệ thống tách ẩm từ không khí để sản xuất nước uống cho người dân
vùng hạn hán

Hình 1.15 Rotor hút ẩm.
Vật liệu mang cấu trúc tổ ong: chất liệu thường là vải bằng sợi thủy tinh, nhựa
chịu nhiệt và các chất dính dạng gốm. Các vật liệu mang này được xếp thành các lớp

phẳng gợn sóng xen kẽ nhau, sau đó được cuốn lại thành dạng tròn, với chiều cao
sóng dao động từ 0,85 – 5,2 mm, bề rộng sóng dao động từ 2 – 8,5 mm, diện tích bề
mặt công tác dao động từ 900 – 5400 m2/m2 rotor. Số lượng các sóng trên 1 cm2 từ
15 – 500.

Hình 1.16 Cấu tạo dạng tổ ong của rotor hút ẩm.

SVTH: Hồ Thị Bích Thu
GVHD: PGS TS. Phan Đình Tuấn
GVHD: TS. Lý Cẩm Hùng

17