Xử lý nước sử dụng rất nhiều các công nghệ lọc nước khác nhau như lọc chặn, xử lý bằng hóa chất, lọc RO sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược. Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm khác nhau nhưng hiện nay, thẩm thấu ngược vẫn cho một hiệu quả cao. Trong bài viết này các chuyên gia đến từ Famy sẽ cùng chúng ta tìm hiểu sâu hơn Thẩm thấu ngược là gì? Nguyên lý hoạt động như thế nào?
1. Thẩm thấu ngược là gì?
Trước khi tìm hiểu quá trình thẩm thấu ngược, chúng ta sẽ xem xét quá trình thẩm thấu tự nhiên. Nước có xu hướng di chuyển sang các dung dịch hòa tan có nồng độ cao. Thẩm thấu là quá trình xảy ra giữa hai dung dịch, được ngăn bởi một lớp màng bán thấm và một trong hai dung dịch có nồng độ cao có xu hướng làm cân bằng chúng vì nước sẽ di chuyển từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao hơn làm cho cân bằng tỉ lệ hòa tan dung môi.
Một ví dụ là sử dụng bình thông nhau có màng bán thấm ở giữa, hai bên chúng ta đổ nước vào, sau đó một bên chúng ta cho thêm muối ăn, khi đó mực nước bên có nồng độ muối lớn hơn sẽ cao hơn so với bên còn lại. Đó là do quá trình thẩm thấu tự nhiên, nước có xu hướng di chuyển từ bên phần có nồng độ muối thấp sang bên phần có nồng độ muối cao, kết quả là mực nước bên phần hòa thêm muối sẽ cao dần lên.
Như vậy trong thẩm thấu tự nhiên, nước tinh khiết sẽ thẩm thấu qua màng sang bên dung dịch có nồng độ muối cao hơn, như vậy nước tinh khiết sẽ mất dần đi bên phần ống bên tay trái. Để có được "nhiều" nước tinh khiết hay để lọc ra nước tinh khiết từ dung dịch có nồng độ muối hoặc chất hòa tan khác, chúng ta phải sử dụng một ngoại lực tác dụng vào tạo ra một áp suất ở phía bên ống có nồng độ cao bắt quá trình thẩm thấu ngược phải diễn ra. Như vậy, nước tinh khiết phía bên ống tay trái sẽ dần nhiều lên.
Thẩm thấu ngược [Reverse Osmosis - RO] là một quá trình ngược lại của thẩm thấu tự nhiên dưới tác dụng của ngoại lực.
2. Tính toán hiệu quả thẩm thấu ngược
Về nguyên lý thẩm thấu ngược sử dụng áp lực ngoài để bắt quá trình thẩm thấu ngược diễn ra. Trong quá trình này có một số các thông số được sử dụng để đánh giá hiệu suất của hệ thống RO và được dùng để xem xét trong khâu thiết kế. Hệ thống RO có thiết bị đo chất lượng, lưu lượng, áp suất và đôi khi là các dữ liệu khác như nhiệt độ hoặc giờ hoạt động. Để đo lường chính xác hiệu suất của hệ thống lọc thẩm thấu ngược RO, bạn cần tối thiểu các thông số vận hành sau:
- Áp lực nước nguồn
- Áp suất thẩm thấu ngược
- Áp suất từ nồng độ
- Độ dẫn điện nước đầu vào
- Độ dẫn điện nước đã qua thẩm thấu ngược
- Lưu lượng nước nguồn
- Lưu lượng thẩm thấu
- Nhiệt độ
2.1. Hiệu quả thẩm thấu ngược cũng là hiệu quả màng RO
Hiệu quả thẩm thấu [Rejection] = [Độ dẫn điện nước đầu vào - Độ dẫn điện nước qua thẩm thấu] * 100 / Độ dẫn điện nước đầu vào
Hệ thống có hiệu quả thẩm thấu càng cao thì chất lượng nước đầu ra càng tốt.
2.2. Tỉ lệ giữa nước thải và nước tinh khiết - Tỉ lệ thu hồi
Để xem xét một hệ thống lọc sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược RO có tiết kiệm nước hay không, người ta sử dụng thông số tỉ lệ nước thải và nước tinh khiết [Recovery - còn gọi là tỉ lệ thu hồi].
Tỉ lệ nước thải và nước tinh khiết [Recovery] = Lưu lượng nước thẩm thấu [gpm] × 100 / Lưu lượng nước đầu vào [gpm]
Ví dụ: nếu tỉ lệ thu hồi là 75% như vậy nếu nước cấp đầu vào có lưu lượng 100gpm [gallon per minute] tương đương khoảng 378 lít/phút thì qua hệ thống thẩm thấu ngược chúng ta thu về 75gpm hay 283 lít/phút và nước thải ra là 25 gpm hay 95 lít/phút.
2.3. Nhân tố nồng độ
Khi một màng thẩm thấu ngược RO sử dụng sau một thời gian có khả năng bị đóng cặn, gây tắc... chúng ta cần đưa ra một thông số để có thể tính toán khả năng gây tắc.
Nhân tố nồng độ [Concentration Factor] = 1 / [1 – Tỉ lệ thu hồi Recovery]
Hệ số nồng độ 4 nghĩa là nước thải có nồng độ gấp 4 lần nước đầu vào. Ví dụ một nguồn nước có TDS là 500 PPM thì qua hệ thống thẩm thấu ngược, nước thải có TDS sẽ là 500 x 4 = 2000 PPM, do đó chúng ta có thể biết được nó vượt ngưỡng màng RO và có thể đóng cặn gây tắc.
2.4. Diện tích bề mặt hoạt động
Diện tích bề mặt hoạt động màng RO thường được tính bằng ft2 [foot vuông], 1 ft2 = 0.09 m2 [mét vuông]. Các màng RO đều có thông số diện tích bề mặt hoạt động, đôi khi nó thể hiện ở số vòng quấn màng RO, thông thường với màng RO lắp trong máy lọc nước gia đình số vòng từ 11 đến 18 vòng.
Ví dụ: màng RO công nghiệp 4040 có diện tích bề mặt khoảng 80-100 ft2.
2.5. Flux - thông lượng
Công thức:
Gfd = [Lưu_lượng_thẩm_thấu × 1,440 min/day] / [số_màng_RO_trong_hệ_thống x diện_tích_bề_mặt_hoạt_động]
Ví dụ: Hệ thống lọc RO công nghiệp Famy xử lý ra 75 gpm [khoảng 285 lít/giờ], giả sử chúng ta sử dụng 3 vỏ màng với mỗi vỏ màng chứa 6 màng RO. Như vậy chúng ta sử dụng 3 x 6 = 18 màng RO. Ở đây chúng ta sử dụng màng lọc RO Famy có diện tích bề mặt hoạt động là 365 ft2.
Như vậy chúng ta có:
Flux = [75 gpm × 1,440 min/day] / [18 màng_RO × 365 ft2] = 108,000 / 6,570 = 16 Gpf
Con số này nói lên rằng, 16 Gallon nước đi qua mỗi một foot vuông của màng RO mỗi ngày. Con số này tốt hay xấu tùy thuộc nguồn nước cấp. Sau đây là một số dải Flux cho các hệ thống xử lý nước nguồn khác nhau.
- Nước thải: Flux 5 - 10
- Nước biển: 8 - 12
- Nước lợ bề mặt: 10 - 14
3. Kết luận
Trên đây là một số kiến thức về thẩm thấu ngược, về cơ bản nguyên lý này rất đơn giản nhưng nó có thể tạo ra những hệ thống lọc RO có hiệu quả rất cao trong ngành xử lý nước. Bạn đọc có thắc mắc vui lòng comment hoặc gửi thư đến bộ phận kỹ thuật Famy, chúng tôi sẽ giải đáp trong thời gian ngắn nhất có thể.
FamyCare
Chuyên gia trong lĩnh vực xử lý nước, lọc nước, có 15 năm kinh nghiệm.
Bài viết này có nhiều vấn đề. Xin vui lòng giúp đỡ cải thiện nó hoặc thảo luận về những vấn đề này trên trang thảo luận.
|
Thẩm thấu ngược [tiếng Anh gọi là reverse osmosis, viết tắt R.O.] là một quy trình công nghệ dùng để sản xuất nước sạch cho dân dụng.
Định nghĩa
Thẩm thấu ngược bao gồm một quá trình làm sạch nước ban đầu được phát triển để khử muối có trong nước biển. Ý tưởng tạo ra quá trình này là làm cho nước biển có thể sử dụng được cho các hoạt động của cuộc sống như uống, giặt giũ, tái chế và thậm chí là sản xuất năng lượng. Quá trình này đã rất thành công và nó hoạt động một cách hiệu quả trong việc loại bỏ muối và các khoáng chất biển khác ra khỏi nước biển. Các nhà máy xử lý nước và các hệ thống thiết bị làm sạch đã sử dụng nhiều quá trình thẩm thấu ngược để lọc sạch và làm thanh khiết nước.
Theo Hiệp hội khử muối Quốc tế [International Desalination Association-IDA], có hơn 1300 nhà máy nước đang vận hành thành công với công nghệ thẩm thấu ngược. Nước đã được làm sạch được sử dụng cho các mục đích công nghiệp cũng như sản xuất nước đóng chai.
Quy trình xử lý
Để hiểu được quá trình thẩm thấu ngược, đầu tiên chúng ta phải xem xét quá trình thẩm thấu. Nước có xu hướng di chuyển sang các dung dịch hòa tan có nồng độ cao. Thẩm thấu là quá trình xảy ra giữa hai dung dịch, được ngăn bởi một lớp màng bán thấm và một trong hai dung dịch có nồng độ cao có xu hướng làm cân bằng chúng vì nước sẽ di chuyển từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao hơn làm cho cân bằng tỉ lệ hòa tan dung môi. Khi thẩm thấu ngược, áp suất được áp dụng để giữ nước khỏi di chuyển sang dung dịch có nồng độ cao. Khi nước được đẩy sang dung dịch có nồng độ thấp hơn và đi qua một lớp màng được đục lỗ, chất tan được tách ra khỏi dung dịch và chỉ có nước nguyên chất đi qua được lớp màng bán thấm.
Màng lọc RO
Màng lọc RO được sản xuất từ chất liệu Polyamit, công nghệ lọc RO được phát minh và nghiên cứu từ những năm 50 của thế kỷ trước và phát triển hoàn thiện vào thập niên 70 sau đó. Đầu tiên nó nó được nghiên cứu và ứng dụng chủ yếu cho lĩnh vực hàng hải và vũ trụ của Hoa Kỳ. Được phát minh bởi nhà khoa học Oragin. Sau này công nghệ RO được ứng dụng rộng rãi vào trong đời sống và sản xuất, như sản xuất nước uống, cung cấp nước tinh khiết cho sản xuất thực phẩm, dược phẩm hay phòng thí nghiệm...
Nguyên lý hoạt động của màng RO
Theo một cơ chế ngược lại với các cơ chế lọc thẩm thấu thông thường, nhờ lực hấp dẫn của trái đất để tạo ra sự thẩm thấu của các phân tử nước qua các mao mạch của lõi lọc [chẳng hạn như lõi lọc dạng gốm Ceramic]. Màng lọc RO hoạt động trên cơ chế chuyển động của các phần tử nước nhờ áp lực nén của máy bơm cao áp tạo ra một dòng chảy mạnh [đây có thể gọi là quá trình phân ly trong chính dòng nước ở môi trường bình thường nhờ áp lực] đẩy các thành phần hóa học, các kim loại, tạp chất..có trong nước chuyển động mạnh, văng ra vùng có áp lực thấp hay trôi theo dòng nước ra ngoài theo đường thải [giống như nguyên lý hoạt động của thận người]. Trong khí đó các phân tử nước thì lọt qua các mắt lọc cỡ kích cỡ 0,0001 micromet [nhỏ hơn 500,000 lần so với đường kính một sợi tóc của con người] nhờ áp lực dư, với kích cỡ mắt lọc này thì hầu hết các thành phần hóa chất kim loại, các loại vi khuẩn đều không thể lọt qua.
Quy trình xử lý nước uống tinh khiết theo công nghệ R.O. [trên máy lọc nước RO gia đình tiêu chuẩn] gồm có các công đoạn như sau:
- PP [Polipropylen]: kích thước của cặn lọc được, từ 1 µm đến 5µm; Lọc giữ lại tạp chất dạng như: cát, rong rêu, gỉ sắt...
- Carbon [UDF]: Hấp thụ ion kim loại nặng, khử hóa chất, độc tố.
- Carbon [CTO]: Khử màu, khử mùi, làm trong nước, cân bằng độ pH.
- Màng lọc R.O [R.O. membrane]: Kích thước của cặn lọc được là 0,001µm; Lọc thải vi khuẩn, làm giảm độ TDS, tạo ra nguồn nước tinh khiết.
- Carbon T/33: Làm từ than hoạt tính của dừa, có tác dụng làm cho nước uống có vị ngọt mát tự nhiên.
Các loại nước mà một hệ thống thẩm thấu ngược xử lý được:
Đối với một hệ thống thẩm thấu ngược, nước đầu vào có thể lấy từ ba nguồn chủ yếu. Nước máy, nước ngầm và nước biển. Nước máy là nguồn phổ biến nhất sử dụng cho các hệ thống thẩm thấu ngược. Các tạp chất và cặn có trong nước máy có thể được loại bỏ dễ dàng với một hệ thống RO và hơn nữa, nó cũng làm mềm nước và loại bỏ được các loại mùi vị. Nước lấy từ các nguồn này, sau khi đi qua hệ thống RO được phân loại dựa trên cơ sở hàm lượng Tổng chất rắn hòa tan [Total Dissolved Solid-TDS] có trong nước. Hiệp hội sức khỏe Mỹ [American Health Association-AHA [1]] đã công bố rằng chỉ số TDS có trong nước uống nên nhỏ hơn 1,000 PPM. Nước có hàm lượng TDS cao hơn có thể được dùng cho các mục đích công nghiệp khác như phục vụ nông nghiệp, khai thác mỏ, đóng chai…
Ứng dụng của hệ thống thẩm thấu ngược trong hộ gia đình
Các hệ thống thẩm thấu ngược được thiết kế cẩn thận hơn cho các mục đích của hộ gia đình và có các lớp màng lọc có chất lượng cao để đảm bảo có được nước uống chất lượng cao với hàm lượng TDS ít nhất. Một vài điểm đặc trưng quan trọng hơn của các hệ thống thẩm thấu ngược trong hộ gia đình được đề cập dưới đây:
- Nước lọc qua hệ thống lọc sẽ đạt mức tinh khiết và có thể uống được ngay
- Quá trình lọc được chia thành các giai đoạn như: Tiền xử lý, lọc thô, loại bỏ các tạp chất như bùn đất, rỉ sét...
- Các lớp màng lọc có thể được thay thế dễ dàng và chỉ mất ít chi phí.
- Vòi nước lọc có thể kết nối dễ dàng với các thiết bị phân phối nước của bạn.
- Hệ thống hoạt động tự động, có thể tự ngắt quá trình lọc khi bình nước đầy, hoặc nguồn nước đầu vào không có.
- Các máy lọc nước RO hiện nay có thể có từ 5 đến 10 cấp lọc tùy thuộc các đặc điểm sử dụng
Một số bộ phận cơ bản của hệ thống thẩm thấu ngược dùng trong các hộ gia đình:
Lọc sơ cấp:
Một bơm áp suất được sử dụng để tạo ra áp lực bên ngoài đẩy nước đi qua hệ thống lọc. Ở công đoạn này, nước được trải qua quá trình tiền xử lý loại bỏ các chất gây ô nhiễm như cát, chất bẩn và các khoáng chất lắng đọng khác. Các lõi lọc sử dụng ở đây gọi là lõi lọc cặn. Thỉnh thoảng khi nước bị hoài nghi nhiễm xăng dầu, lõi lọc cacbon cũng sẽ được sử dụng trong công đoạn lọc sơ cấp để bảo vệ các lớp màng lọc.
Thiết bị thẩm thấu ngược [Màng lọc RO]:
Thiết bị thẩm thấu ngược là yếu tố cơ bản của hệ thống. Các lớp màng thẩm thấu ngược được thiết kế đặc biệt được sử dụng trong thiết bị này để lọc nước và loại bỏ khỏi nước tất cả các loại tạp chất, vi khuẩn. Có hai dạng màng thẩm thấu ngược được sử dụng phổ biến. Màng làm từ vật liệu Cellulose tri-acetate [CTA] dạng cuộn xoắn có khả năng chịu được clo và sẽ không bị hư hại bởi sự có mặt của clo trong nước. Màng mỏng bằng chất liệu đặc biệt không có khả năng chịu được clo và cần phải có các lõi lọc cacbon trong công đoạn xử lý sơ cấp. Với một nguồn nước vào đều đặn, thiết bị thẩm thấu ngược có thể sản xuất một triệu galông nước trong một ngày.
Lọc thứ cấp:
Các lõi lọc thứ cấp được sử dụng để loại bỏ các loại mùi vị có thể có trong nước. Lọc thứ cấp thường là các lõi lọc cacbon và nước sẽ đi qua chúng sau khi đi ra khỏi thiết bị thẩm thấu ngược.
Bộ khống chế dòng chảy và hệ thống nước thải:
Thiết bị thẩm thấu ngược cũng có một đường nước thải để cho thoát tất cả các tạp chất và chất gây ô nhiễm ra khỏi hệ thống. Ống nước thải và ống cấp nước sạch đều được gắn vào thiết bị thẩm thấu ngược, do đó cần phải có một bộ phận khống chế dòng chảy để giữ nước sạch không đi xuống đường nước thải.
Bình chứa nước:
Một bình chứa lớn được sử dụng để tích trữ nước đã được lọc. Bình nước này thường có thể tích trữ lên đến 2.5 galông nước. Nước này có thể được dùng cho các mục đích để uống hoặc bất cứ nhu cầu sử dụng hàng ngày nào khác.
| Tra thẩm thấu ngược trong từ điển mở tiếng Việt Wiktionary |
Tham khảo
- ^ American Health Association
Bài viết này vẫn còn sơ khai. Bạn có thể giúp Wikipedia mở rộng nội dung để bài được hoàn chỉnh hơn.
|
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Thẩm_thấu_ngược&oldid=68254670”