Khử Muối Bằng Kỹ Thuật Lọc Màng Thẩm Thấu Ngược

Kỹ thuật lọc màng thẩm thấu ngược không chỉ được ứng dụng trong xử lý nước thải mà hiện nay còn được dùng để khử muối trong xử lý nước, đặc biệt là nước bị nhiễm mặn. Mời các bạn cùng Môi trường Hợp Nhất tìm hiểu nguyên lý khử muối bằng kỹ thuật này qua nội dung bên dưới.

1. Nguyên lý khử muối bằng thẩm thấu ngược (RO)

Trong quá trình thẩm thấu ngược, nước từ nguồn dung dịch muối áp lực cao được tách muối hòa tan bằng cách thấm qua màng bán thấm. Dòng chất lỏng thấm qua màng (dòng lọc) được sinh ra do chênh lệch áp suất giữa dung dịch muối áp lực cao và dòng sản phẩm. Dòng sản phẩm có áp suất xấp xỉ với áp suất của khí quyển. Phần còn lại của dung dịch cấp vào tiếp tục chảy qua màng bên phía áp lực cao tạo ra dòng đặc (có hàm lượng muối cao). Ở đây hoàn toàn không cần gia nhiệt và cũng không có biến đổi pha.

Trong sơ đồ này bơm cao áp bơm 2V thể tích nước biển vào module lọc bằng màng bán thấm. Do tính đặc biệt, màng chỉ cho phép nước đi qua còn muối bị chặn lại. Giả sử V thể tích nước đi qua màng, phần thể tích này được gọi là nước lọc hay nước đã được khử muối, như vậy còn V thể tích còn lại bị chặn phía trước màng. Do muối không có khả năng đi qua màng nên nồng độ muối trong phần thể tích còn lại sẽ tăng lên, người ta gọi phần thể tích này là dung dịch đặc. Dung dịch đặc qua van điều chỉnh áp suất ra ngoài.

Trong thực tế, nước cấp được bơm vào bình kín để tạo ra áp suất trên bề mặt màng. Một phân nước sẽ thấm qua màng, phần còn lại sẽ có nồng độ muối cao hơn nồng độ muối cấp vào. Để giảm nồng độ các muối hòa tan trong phần còn lại, người ta xả bớt một phần ra khỏi bình chứa. Nếu không xả bớt thì nồng độ muối trong dung dịch cấp vào sẽ không ngừng tăng lên dẫn tới yêu cầu năng lượng cấp vào cũng phải gia tăng để khắc phục hiện tượng gia tăng áp suất thẩm thấu.

Áp suất thẩm thấu P_s được xác định bởi phương trình Van't Hoff:

P_s = C.R.T

Trong đó:

• C: Nồng độ mol ion
• R: Hằng số lý tưởng, R = 0,0821.bar, K-1 mol -1
• T: Nhiệt độ tuyệt đối Kelvin 0K. Ở 27^oC có T = 300^oK

Nồng độ mol ion muối của nước biển thường C = 1,1 mol.l. Khi đó áp suất thẩm thấu tương đương sẽ là:

P_sea = 1,1 x 0,0182 x 300 = 27 bar

Lưu lượng qua màng ký hiệu là Jp được tính bằng công thức sau:

Jp = K_f (P Pump – Ps)

Trong đó:

• K_f: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào đặc tính của màng và điện tích của nó;
• P Pump: Áp suất bơm;
• P_s: Áp suất thẩm thấu của dung dịch muối trong mo đun.

Áp suất bơm phải lớn hơn áp suất thẩm thấu để tạo ra động lực cho dòng nước qua màng và dòng lọc ra khỏi mô đun. Lưu lượng tỷ lệ với hiệu số áp suất. Khi chúng bằng nhau thì nước không thể qua màng và nếu hiệu suất bơm thấp hơn thì nước lọc sẽ quay trở lại dung dịch muối đặc.

Trong ví dụ trên, tỷ lệ thu hồi nước là 0,5. Điều đó có nghĩa là cứ 2 thể tích nước biển bơm vào module thì thu được 1 thể tích nước lọc và 1 thể tích dung dịch có nồng độ muối gấp đôi. Năng lượng tiêu thụ của bơm bằng áp suất bơm nhân với thể tích nước qua bơm. Do đó, công thức tiêu thụ trong trường hợp này sẽ là:

W = P.2V

Mặt khác áp suất thẩm thấu tỷ lệ với nồng độ C, do đó, áp suất thẩm thấu của dung dịch muối trong module màng lọc là: Ps = 2. P_sea.

Áp suất bơm cần phải cung cấp sẽ là:

P = 2.P_sea + ΔP

ΔP: Là chênh lệch áp suất cần thiết để tạo ra động lực cho nước chảy qua màng. Khi đó sẽ được tính theo công thức sau:

W = (4.P_sea + 2 ΔP).V

Như vậy, có nghĩa là năng lượng tiêu tốn trong trường hợp này lớn hơn 4 lần năng lượng tiêu tốn tối thiểu (P_sea. V).

Tóm lại, công thức tiêu tốn năng lượng thực tế lớn hơn tối thiểu vì 2 lý do:

• Thể tích nước biển vào lớn hơn thể tích nước lọc;
• Áp suất thẩm thấu của dung dịch muối trong module lọc lớn hơn áp suất thẩm thấu của nước biển.

2. Hệ thống khử muối nước biển

Hệ thống khử muối nước biển bao gồm các module mắc nối tiếp nhau (sơ đồ module mắc mối tiếp minh họa ở trên).

Trong thực tế hệ thống có thể có từ 6 đến 7 module mắc nối tiếp nhau.

Nước biển được đưa vào module thứ nhất, tại đó khoảng 10% nước lọc sinh ra. Phần còn lại có nồng độ muối lớn hơn chảy qua module thứ 2 và tại đó phần nước lọc lại được sinh ra, quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến module cuối cùng.

Nồng độ muối và áp suất thẩm thấu tăng lên dần trong mỗi module tiếp theo, một cách gần đúng có thể coi áp suất bơm trong mỗi module là như nhau. Như đã biết lưu lượng của nước lọc tỷ lệ với chênh lệch áp suất bơm và áp suất thẩm thấu. Vì vậy chênh lệch áp suất và lưu lượng lọc tại module thứ nhất là lớn nhất. Chúng giảm dần trong module tiếp theo, thấp nhất tại chỗ module cuối cùng.

Trong hệ thống này không cần quá áp để tạo động lực qua màng nếu có các module mắc nối tiếp. Gần như toàn bộ nước lọc sinh ra từ module thứ nhất và chỉ có một số lượng nhỏ được sinh ra từ các module sau, vì ở đó chênh lệch giữa áp suất bơm và và áp suất thẩm thấu là không đáng kể.

Để thu hồi 50% nước thì công tiêu tốn sẽ là:

W = 4.P_sea.V

Bởi vì màng bán thấm không cho phép thành phần chất tan đi qua nó nên hàm lượng muối trong nước lọc sinh ra tại các module có hàm lượng muối thấp hơn, kết quả là hàm lượng muối trong nước lọc thấp hơn.

Trên đây là một số thông tin về việc khử muối bằng kỹ thuật lọc màng thẩm thấu ngược. Hy vọng bài viết đã cung cấp hữu ích cho bạn đọc. Hãy theo dõi chúng tôi để thường xuyên nhận được tin tức mới nhất về Môi trường và xử lý môi trường.

Nếu bạn đang có có nhu cầu lắp đặt hệ thống lọc màng thẩm thấu ngược cho cơ sở của mình, hãy liên hệ Môi trường Hợp Nhất qua Hotline: 0938.857.768 để được tư vấn cụ thể hơn.

Bộ phận Marketing & Truyền thông: Tổng hợp