Phương Pháp Xử Lý Nước Nhiễm Mặn, Nước Lợ Công Nghiệp

Những năm gần đây, biến đổi khí hậu ngày càng trở nên phức tạp với nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan. Trong đó hiện tượng nóng lên toàn cầu đã dẫn đến hệ lụy là mực nước biển ngày càng dâng cao gây ra tình trạng nước nhiễm mặn, nước lợ tại nhiều địa phương, đặc biệt là vào mùa khô. Để ứng phó với thực trạng này, nhiều phương pháp xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ đã ra đời. Trong nội dung dưới đây, mời các bạn cùng Môi trường Hợp Nhất tham khảo một số phương pháp phổ biến.

1. Sự cần thiết của việc xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ

Ở nước ta, mùa hạn mặn cao điểm diễn ra từ tháng 1 đến tháng 4 hằng năm gây ra tình trạng thiếu nước ngọt dùng trong sinh hoạt và sản xuất đặc biệt là các tỉnh vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

Trước tình hình đó, việc tìm kiếm phương pháp, công nghệ để chuyển hóa nước nhiễm mặn, nước nước lợ thành nước ngọt với mức chi phí hợp lý là một giải pháp lâu dài để giúp người dân có thể sống chung với tình trạng xâm nhập mặn.

Ngoài ra việc xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ còn giữ vai trò quan trọng như sau:

• Đảm bảo cung cấp nguồn nước sinh hoạt: Nước nhiễm mặn chứa hàm lượng muối cao (như natri và clorua) có thể gây ra các vấn đề sức khỏe như tăng huyết áp, bệnh thận, và ảnh hưởng tiêu cực đến hệ tiêu hóa nếu sử dụng lâu dài.
• Tránh gây ảnh hưởng đến nông nghiệp: Nước nhiễm mặn hoặc nước lợ làm tăng độ mặn trong đất, gây hại cho cây trồng và giảm năng suất nông nghiệp. Các loại cây lương thực và cây ăn quả nhạy cảm với độ mặn thường không thể phát triển trong môi trường này. Ngoài ra, nước mặn khi thấm vào đất có thể làm đất mất đi khả năng giữ nước và dinh dưỡng, dẫn đến bạc màu và khó cải tạo.
• Tránh gây ảnh hưởng đến chăn nuôi và thủy sản: Nước mặn và nước lợ đều không thích hợp cho vật nuôi uống, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe và sản xuất chăn nuôi. Trong các vùng nuôi thủy sản nước ngọt, nếu nước bị nhiễm mặn sẽ làm thay đổi môi trường sống của cá, tôm và các loài khác, dẫn đến giảm sản lượng.
• Bảo vệ cơ sở hạ tầng: Nước nhiễm mặn có tính ăn mòn cao, gây hỏng hóc các thiết bị, đường ống, và công trình hạ tầng, đặc biệt là trong các nhà máy xử lý nước và hệ thống cấp nước.
• Ứng phó biến đổi khí hậu: Biến đổi khí hậu dẫn đến nước biển dâng cao và xâm nhập mặn ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt ở các vùng ven biển. Việc xử lý nước nhiễm mặn trở thành yếu tố quan trọng để đảm bảo nguồn nước ngọt trong bối cảnh thay đổi môi trường.
• Phát triển kinh tế bền vững: Nguồn nước sạch là yếu tố thiết yếu để duy trì sự phát triển bền vững của các ngành kinh tế, bao gồm công nghiệp, nông nghiệp, và du lịch. Nước nhiễm mặn không phù hợp cho các hoạt động sản xuất, kinh doanh quy mô lớn.

2. Các giải pháp xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ

Để xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ hiện nay có nhiều phương pháp như công nghệ lọc màng (RO - Reverse Osmosis), công nghệ màng nano – NF, công nghệ CDI khử ion, loại bỏ muối, chưng cất nước, sử dụng hóa chất để giảm độ mặn trong một số trường hợp cụ thể. Dưới đây chúng ta cùng lần lượt tìm hiểu chi tiết về từng phương pháp.

2.1. Sử dụng các công nghệ màng

Hai công nghệ màng phổ biến hiện nay được ứng dụng trong xử lý nước nhiễm mặn và nước lợ là màng thẩm thấu ngược RO và công nghệ màng nano - NF.

2.1.1. Công nghệ thẩm thấu ngược RO

Hiện nay công nghệ màng lọc thẩm thấu ngược RO đang được sử dụng nhiều nhất trong xử lý nước nhiễm mặn và chiếm ưu thế trong các công nghệ xử lý nước biển.

Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên, nước di chuyển qua màng từ nơi có nồng độ muối thấp đến nơi có nồng độ muối cao hơn. Quá trình này xảy ra cho đến khi nồng độ muối ở hai bên cân bằng.

Quá trình thẩm thấu ngược hoạt động trên nguyên lý ngược lại. Tại đây, một áp lực lớn hơn áp lực thẩm thấu đẩy ngược nước từ nơi có hàm lượng muối cao để thấm qua màng bán thấm đến nơi có nồng độ muối thấp hơn. Thẩm thấu ngược được sử dụng để loại bỏ muối, các tạp chất khác nhau và đồng thời còn có khả năng cải thiện màu, mùi vị của nước. Tuy nhiên, để có thể cung cấp nguồn nước uống đạt tiêu chuẩn chất lượng theo yêu cầu thì nguồn nước đã qua xử lý RO cần được bổ sung thêm các dưỡng chất cần thiết.

Để vận hành công nghệ thẩm thấu ngược RO cần đảm bảo các yếu tố như vật liệu chế tạo màng chịu được áp suất cao, bơm áp suất cao.

Ưu điểm:

• Lọc nước nhiễm mặn ở nhiều cấp độ khác nhau.
• Công suất lọc lớn.
• Chất lượng nước đầu ra cao.

Nhược điểm:

• Năng lượng tiêu thụ điện lớn.
• Lượng nước thải sau quá trình lọc lớn.
• Yêu cầu thay màng định kỳ.
• Việc thay thế màng lọc gây tốn kém chi phí dẫn đến việc lọc nước bằng công nghệ này cũng có phi phí cao.

2.1.2. Công nghệ màng nano – NF

Công nghệ màng lọc NF được ứng dụng phổ biến trong việc khử muối nước lợ. Màng lọc nano có thể được chế tạo từ vật liệu polyme hay vật liệu vô cơ. Đây là loại màng có kích thước lỗ nhỏ từ 0,5 đến 2nm. Nhờ kích thước lỗ nhỏ hơn nhỏ hơn kích thước của ion nên tương tác điện tích này đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân tách bằng màng NF. Tính chất này được ứng dụng tách các ion có hóa trị khác nhau.

Quy trình lọc diễn ra như sau: Nước muối > Lọc cát > Siêu lọc > Lọc nano bậc 1 > Lọc nano bậc 2 > Nước sạch.

Màng NF có thể loại trừ được khoảng 95% muối kim loại hóa trị II và 40-60% muối kim loại hóa trị I nên NF được sử dụng để khử độ mặn của nước biển và nước lợ.

Nguyên lý lọc màng dựa trên sự phân tách các phần tử trong nước qua lớp vách ngăn (màng) nhờ lực tác dụng. Lực tác dụng có thể là chênh lệch áp suất, điện thế, nhiệt độ, nồng độ dung dịch,…

Ưu điểm:

• Chi phí vận hành thấp;
• Chi phí năng lượng thấp;
• Lượng thải sau xử lý ít (so với RO);
• Giảm lượng tổng chất rắn hòa tan (TDS), đặc biệt hiệu quả trong nước lợ;
• Loại bỏ các chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu, các hóa chất hữu cơ;
• Loại bỏ kim loại nặng, nitrate và sulphate;
• Loại bỏ màu, độ đục, làm mềm nước cứng;
• Không cần bất cứ hóa chất nào trong quá trình xử lý.

Nhược điểm: Chỉ thích hợp với việc xử lý nước nước lợ.

Hiện nay người ta đang sử dụng kết hợp màng NF và RO. Ưu điểm của công nghệ kết hợp NF/RO như sau:

• Sử dụng NF để xử lý sơ bộ nước biển hạn chế việc tắc màng lọc RO;
• Sử dụng NF để xử lý sơ bộ nước biển, hạn chế việc bám cặn trên màng lọc RO;
• Sử dụng NF để xử lý sơ bộ nước biển giúp loại bỏ 40 – 70% hàm lượng TDS, giúp giảm đáng kể áp lực cần cung cấp cho hệ thống màng RO sau đó.

2.2. Các công nghệ điện thẩm tách (khử muối bằng thiết bị điện)

Dưới đây là 2 công nghệ điện thẩm tách được đánh giá cao trong xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ: 

2.2.1. Công nghệ điện thẩm tách – ED

Công nghệ điện thẩm tách – ED khử muối nước nhiễm mặn bằng cách tách điện hóa học. Theo đó, dưới tác dụng của dòng điện một chiều, các ion dịch chuyển qua màng trao đổi ion từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao. Hệ thống ED bao gồm tập hợp các màng (các màng cation và anion đặt xen kẽ nhau giữa hai điện cực âm, dương ngăn cách bởi các miếng đệm), đặt giữa đường đi của dòng điện một chiều phát ra từ 2 điện cực ở hai đầu.

Màng ion chắn và chỉ cho một loại (hoặc cả hai loại – tùy vật liệu làm màng) chạy qua mà không cho các phân tử nước (trung hòa điện) đi qua. Kết quả là có ngăn sẽ giảm bớt muối, có ngăn thì tăng lượng muối. Nước đầu ra ở các ngăn này được dẫn ra hai ống riêng.

Do sự di chuyển của các ion, nước trong một ngăn có hàm lượng ion giảm đi trong khi lượng ion trong ngăn kế bên đậm đặc hơn, như vậy sẽ tạo ra hai dòng: dòng nước mặn loãng và dòng nước mặn đậm đặc.

- Ưu điểm: Cấu tạo hệ thống đơn giản

- Nhược điểm: Chỉ phù hợp với quy mô nhỏ

2.2.2. Công nghệ khử điện dung khử ion - CDI

Là công nghệ lọc nước bằng điện cực kết hợp, người ta cho dòng nước đi song song với màng điện cực và dùng điện phân lực hút siêu hấp phụ để hút các kim loại nặng, chất ô nhiễm.

Nguyên lý hoạt động của công nghệ khử điện dung ion gồm 2 quá trình:

- Quá trình điện hấp phụ (lọc nước): Ở quá trình này, dưới tác dụng của dòng điện một chiều, các ion sẽ điện đi về phía điện cực tích điện trái dấu và hấp phụ lên điện cực, nước thành phẩm thu được là nước ngọt.

- Quá trình giải hấp phụ (tái sinh, loại bỏ muối từ điện cực): Khi các ion đã hấp phụ bão hòa, tiến hành đảo chiều nguồn điện DC (tái sinh), các ion sẽ được phóng thích và rửa trôi vào dòng nước thải, sau khi điện cực được tái sinh hoàn toàn sẽ tiếp tục một chu trình lọc mặn kế tiếp.

Đối với phương pháp này, vật liệu điện cực compozit chính là yếu tố then chốt quyết định hiệu suất khử mặn của thiết bị CDI. Vật liệu có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ cũng như xử lý độ cứng của nước.

Hệ thống này có cấu tạo gồm nhiều bộ phận, trong đó một số chi tiết cơ bản như: hệ khung vỏ, bơm cấp nước, van điều khiển, hệ lọc tinh, bộ nguồn DC, tủ điều khiển, màn hình hiển thị PLC, hệ thống khử mặn (module CDI) và bồn chứa… Trong đó, tủ điều khiển được lập trình có thể vận hành tự động hoặc bằng tay với các kỹ thuật và thao tác đơn giản.

- Ưu điểm:

• Chi phí chế tạo và vận hành thấp.
• Quy trình vận hành thiết bị đơn giản.
• Hiệu quả khử muối cao.

- Nhược điểm:

• Công suất xử lý nhỏ;
• Hiệu suất của điện cực có thể giảm dần theo thời gian;
• Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển thêm các vật liệu lọc điện cực tiên tiến.

2.3. Phương pháp xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ khác

- Phương pháp chưng cất thủ công: Cách thực hiện là đun sôi nước sau đó nước bốc hơi và ngưng tụ. Lượng muối hòa tan sẽ ở lại thiết bị đun. Ưu điểm của phương pháp này là có thể dùng để xử lý nước nhiễm mặn với tất cả mức độ. Tuy nhiên nhược điểm là chỉ thích hợp trong việc xử lý với công suất nhỏ.

- Công nghệ chưng cất bằng năng lượng mặt trời: Quy trình hoạt động là đưa nước mặn vào bể chứa và nước sẽ được đun nóng nhờ vào quá trình bức xạ nhiệt nhờ vào bộ phận hấp thu nhiệt. Theo đó, nước nóng bốc hơi sẽ tiếp xúc với không khí đối lưu bên ngoài và lớp nước mỏng chảy tràn sẽ ngưng tụ, chảy xuống máng ở phía dưới.

Trong các công nghệ trên thì công nghệ RO hiện đang được ưa chuộng và ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay và đã có nhiều hệ thống khử mặn quy mô vùng nông thôn dùng công nghệ này.

Trên đây là một số thông tin về các phương pháp xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ phổ biến hiện nay. Việc sử dụng nước ngọt là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống và việc cung cấp nguồn nước sạch để đảm bảo yêu cầu về chất lượng và số lượng luôn là vấn đề thách thức với nhiều địa phương ở nước ta.

Công ty Cổ phần Xây dựng và Công nghệ Môi trường Hợp Nhất là nhà thầu chuyên tư vấn, thiết kế và lắp đặt các hệ thống xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ với công suất lớn, đảm bảo chất lượng nước đạt tiêu chuẩn quy định. Các hệ thống xử lý nước của chúng tôi đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng nước sản xuất của doanh nghiệp hoặc nước sinh hoạt của các cụm dân cư.

Quý Khách có nhu cầu lắp đặt hệ thống xử lý nước nhiễm mặn, nước lợ xin vui lòng liên hệ Hotline: 0938.857.768 để được tư vấn thông tin cụ thể hơn.