Nguyên Nhân Gây Tắc Màng Lọc Và Cách Xử Lý

Một trong những hạn chế của công nghệ màng lọc là sự giảm lưu lượng nước qua màng theo thời gian. Lượng nước thấm có thể giảm đến 80% trong vài phút hoặc sau vài ngày, tùy loại nước xử lý và loại màng sử dụng. Đó là do màng bị tắc do chất bẩn trong quá trình vận hành. Trong nội dung dưới đây, Môi trường Hợp Nhất tổng hợp một số nguyên nhân gây tắc màng và cách xử lý.

1. Nguyên nhân gây tắc màng

Nghiên cứu hiện tượng tắc màng polyme cho thấy hiệu quả lọc màng bị giảm là do hiện tượng phân cực (nồng độ, nhiệt độ), mặc dù mức độ phân cực có thể xảy ra khác nhau đáng kể. Và khi đạt đến ngưỡng, thì lưu lượng không giảm nữa dù thời gian lọc kéo dài đến đâu. (Điều này được thể hiện trong hình 2.23 trang 89).

Sự suy giảm liên tục của lưu lượng qua màng là do các hạt keo, nhũ tương, cặn lơ lửng, các đại phân tử, muối,… đọng trên bề mặt màng, lắp các lỗ rỗng, làm giảm khả năng thấm lọc của nước.

Đối với màng xốp bằng polyme, tắc màng chủ yếu xảy ra đối với màng vi lọc và siêu lọc. Trong khi đó đối với màng đặc sử dụng quá trình lọc bằng bay hơi hay tách khí, sự tắc màng hiếm khi xảy ra. Vì vậy, điều kiện ứng dụng, công nghệ màng lọc và loại vật liệu màng sẽ quyết định mức độ tắc của màng.

Ngoài ra, các thông số hoạt động như nồng độ chất bẩn, nhiệt độ, độ pH, cường độ ion và các tương tác cụ thể (liên kết hydro, tương tác cực – lưỡng cực) cũng ảnh hưởng đến quá trình tắc màng. Xác định được điều kiện tối ưu cho các thông số này rất cần thiết trong thiết kế xử lý nước dùng công nghệ màng lọc.

Các chất bẩn có thể gây tắc màng bao gồm:

• Chất bẩn hữu cơ (chất có khối lượng phân tử lớn, chất bẩn sinh học,…);
• Chất bẩn vô cơ (hydroxit kim loại, muối canxi,…);
• Hạt cặn lơ lửng.

Theo nghiên cứu của Baker, các ion chủ yếu gây tắc màng là canxi, magie, bari, bicarbonate và sulfat. Những chất này có thể dẫn tới sự kết tủa các muối khi nồng độ dung dịch ngày càng tăng: CaSO4, CaCO3, BaSO4, Mg(OH)2 hay Silica (SiO2).

Nếu sử dụng hóa chất chống đóng cặn hiệu quả thì màng sẽ ít bị đóng cặn hơn, tuổi thọ màng được nâng lên. Đây là lý do tại sao gần 6% chi phí hoạt động chi cho việc sử dụng hóa chất chống đóng cặn trong quá trình hoạt động. Cần nhớ rằng hiệu quả chống đóng cặn chỉ đạt cao ở nồng độ pH nhất định, do đó phải kiểm soát pH tốt khi đưa hóa chất vào công trình xử lý dùng màng.

Trong xử lý nước thải dùng màng MBR, các hợp chất polyme màng tế bào là một trong những nguyên nhân gây tắc màng phổ biến. EPS Là chất nhầy, hầu hết là các carbohydrate và protein, do các vi sinh vật tiết ra trong quá trình phát triển của vi khuẩn. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng sự hiện diện của EPS và vi khuẩn sợi ảnh hưởng đến quá trình lọc màng do tạo thêm một lớp cản trở trên bề mặt màng lọc.

Các chất gây tắc màng lọc và quá trình gây tắc

Các quá trình gây tắc màng có thể bao gồm:

• Hấp phụ: Hiện tượng này xảy ra khi có phản ứng giữa màng và chất tan trong nước, hình thành một đơn lớp của các hạt và chất tan, làm tăng tổn thất qua màng. Nếu mức độ hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ thì sự phân cực nồng độ sẽ làm quá trình hấp phụ xảy ra nhiều hơn.
• Bịt lỗ rỗng: Trong quá trình lọc, các hạt cặn lớn có thể bịt lỗ rỗng của màng, dẫn đến sự giảm lưu lượng (một phần hoặc hoàn toàn) qua các lỗ.
• Kết tủa trên bề mặt: Sự lắng đọng các hạt có thể phát triển theo từng lớp ở bề mặt màng, hình thành lớp cản thủy lực.
• Tạo lớp gel: Đối với một số phân tử có khối lượng phân tử (KLPT) lớn, nồng độ phân cực có thể dẫn đến sự hình thành lớp gel ở vùng lân cận bề mặt màng tế bào, ví dụ như một dung dịch protein cô đặc.

Như vậy, sự tắc màng làm cho màng luôn có độ cản (resistance) nhất định. Khí lọc nước sạch, màng chỉ có độ cản màng Rm. Khi nước có nồng độ chất rắn lơ lửng nhất định, các hạt này lắng đọng trên bề mặt màng tạo thành lớn bánh và chúng tạo nên độ cản bánh (cake filtration resistance) Rcf. Khi các hạt làm tắc nghẽn  lỗ xốp của màng, chúng tạo nên độ cản lắp lỗ (complete blocking resistance) Rcb, ở đây tác động chủ yếu là sự kết tủa của các chất rắn hòa tan nên còn gọi là đóng cặn (scaling).

Thêm vào đó, vật chất bị hấp phụ trên hoặc trong màng cũng gây nên độ cản, được gọi là độ cản hấp phụ (adsorption resistance) Rads - phần lớn gây nên bởi các vi khuẩn, do vậy còn gọi là tắc sinh học (biofouling). Các độ cản này được minh họa trên. Nếu không tính đến độ cản của màng thì trên đây là ba nhóm gây tắc màng chính trong công nghệ màng:

R tổng = Rm + Rcb + Rcf + Rads

Trong quá trình hoạt động, hiệu suất lọc của màng tỉ lệ nghịch với độ cản của màng (R tổng) và tỉ lệ thuận với áp suất qua màng (ΔP). Trong trường hợp hoạt động lý tưởng, độ cản của màng (hay trở khối) do cấu trúc màng quyết định, tuy nhiên trở khối sẽ tăng lên do các hiện tượng mô tả ở trên. Khi đó sẽ làm giảm năng suất lọc của màng.

2. Giải pháp làm giảm tắc màng và làm sạch màng

Năng suất lọc màng giảm gây ảnh hưởng lớn đến sản lượng nước sạch cũng như khối lượng nước thải được xử lý, từ đó ảnh hưởng đến tính kinh tế của hệ thống xử lý.

Do đó, áp dụng các giải pháp để phòng tắc màng cũng như khắc phục tắc màng bằng phương pháp làm sạch là chủ đề được nhiều nhà nghiên cứu và công ty màng quan tâm. Bảng tóm tắt một số giải pháp có thể áp dụng để giảm tắc màng.

Khi nghiên cứu xử lý nước thải dùng màng Ro cải tiến ít tắc (Low- fouling RO), các nhà nghiên cứu thấy rằng 80% vấn đề xảy ra trong quá trình vận hành màng RO đều do màng bị bẩn và tắc. Để tránh điều này, ba yếu tố cần phải chú ý khi vận hành màng lọc.

• Thứ nhất, chọn module màng phù hợp.
• Thứ hai, tiến hành tiền xử lý nước thải trước khi vào bể màng RO.
• Thứ ba, tiến hành rửa màng thích hợp.

Khi nghiên cứu xử lý nước thải dùng màng Ro cải tiến ít tắc (Low- fouling RO), các nhà nghiên cứu thấy rằng 80% vấn đề xảy ra trong quá trình vận hành màng RO đều do màng bị bẩn và tắc. Để tránh điều này, ba yếu tố cần phải chú ý khi vận hành màng lọc..

Trên đây là một số nội dung về nguyên nhân gây tắc màng lọc và cách xử lý. Hy vọng nội dung có ích với bạn và có thể giúp bạn khắc phục sự cố gây tắc màng lọc nếu gặp phải.