KỸ THUẬT QUANG ĐĂNG | 0903 073 130

Sự việc cạn kiệt nhanh chóng nguồn nước ngọt trên hành tinh bắt nguồn từ sự tăng dân số, biển đổi khí hậu,... Một trong những mục tiêu và nhiệm vụ chủ yếu của thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước là dân cư thành thị và 80% dân số ở nông thôn được cấp nước sạch, cần xây dựng quy hoạch bảo vệ và khai thác nguồn nước đáp ứng yêu cầu của sản xuất, đời sống và công nghệ. Trong xử lý nước cấp để sinh hoạt từ nguồn nước tự nhiên, những vật liệu lọc như cát, sỏi,... chỉ giúp ta loại bỏ những chất bẩn thô, những mảng huyền phù và một phần nhỏ các chất kết tủa như sắt, mangan, còn chất độc hại hòa tan trong nước thì hầu như không được lọc. Sau này, những vật liệu khác như gốm, than hoạt tính, nhựa polypropylene, nhựa trao đổi ion,... xuất hiện giúp cho việc lọc nước đạt hiệu quả hơn nhiều.  Tuy nhiên, nó chỉ dừng ở mức giữ lại các hạt chất lượng có kích thước nhỏ.  Đối với vi khuẩn và các chất rắn hòa tan, các loại vật liệu lọc truyền thống không thể  giữ lại được.

     Do những hạn chế của các vật liệu lọc trên nên đẫ xuất hiện các phương pháp xủa lý nước bằng màng lọc.  Màng lọc là một trong những kỹ thuật mới được phát triển và ứng dụng trong công nghệ xử lý nước tự nhiên và nước thải trong gần 30 năm trở lại đây. Phương pháp lọc màng có nhiều ưu điểm về phương diện kỹ thuật, quy mô sản xuất và giá thành hoạt động.  Phạm vi áp dụng của kỷ thuật lọc màng khá rộng, loại bỏ gần như tất cả các tạp chất: chất huyến phù, chất keo, nhũ tương, hữu cơ hòa tan ,các ion có kích thước nhỏ. Màng hoạt động như một hàng rào chắn với dòng chảy của một hỗn hợp chất lỏng và các cấu tử trong đó. Chính vì thế, màng lọc đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước cấp, nước thải sinh hoạt.

1. SƠ LƯỢC VỀ MÀNG LỌC

     - Công nghệ màng lọc là một thuật ngữ chung dùng cho một số các quy trình tách có các đặc trưng khác nhau. Các quy trình này cơ bản là tương tự nhau về nguyên lý hoạt động, chúng đều sử dụng màng để phân tách các chất mong muốn. Nó được sử dụng nhiều trong các quy trình xử lý nước ngầm, nước mặt và nước thải. 

     - Có nhiều phương pháp khác nhau để đưa chất nào đó thấm qua một màng, phương pháp được áp dụng nhiều là sử dụng áp suất cao, duy trì nồng độ ở cả hai bên màng và cung cấp nguồn điện.

     - Hai yếu tố dùng để xác định tính hiệu quả của màng lọc, đó là tính chọn lọc và hiệu suất. Tính chọn lọc được thể hiện qua hệ số phân tách ( tính bằng đơn vị l/m²*h ), trong khi hiệu suất được thể hiện qua tham số gọi là thông lượng, tức là lượng nước qua màng ( tính bằng đơn vị l/m²*h ). Cả tính chọn lọc và hiệu suất đều phụ thuộc vào từng loại màng.

     - Trong xử lý nước, màng lọc là những rào cản cho phép nước đi qua nhưng ngăn chặn các chất không mong muốn đi qua với nó. Các màng lọc hoạt động giống như các thành tế bào trong cơ thể chúng ta, màng kỹ thuật lọc ra muối, tạp chất, virus và các chất khác trong nước.

     - Quy trình hoạt động của màng là phương pháp dựa vào hàng rào (các lỗ rỗng) màng để lọc hoặc loại bỏ các tạp chất khỏi nước. Nước được truyền qua màng vì sự chênh lệch áp suất giữa một bên của màng và bên kia. Chất gây ô nhiễm vẫn ở một bên. Mặc dù nhiều loại vật liệu lọc được sử dụng để xử lý nước, ví dụ: hạt lọc, cát, và đá… tuy nhiên mỗi loại vật liệu lọc chỉ xử lý được một vấn đề của nước. Một trong những đặc tính phân biệt màng là khả năng tách các chất nhỏ hơn như muối và ion từ môi trường nước.

      - Các loại màng được sử dụng trong xử lý nước gồm:

            + Màng lọc MF

            + Màng siêu lọc UF

            + Màng lọc Nano (NF)

            + Màng lọc RO

     - Các quá trình khác nhau đòi hỏi các loại màng khác nhau, nói rộng ra, hoạt động như một cái sàng hoặc tách các tạp chất khỏi nước ở cấp độ phân tử. Các loại màng được làm dựa trên polymer, gốm sứ và các vật liệu khác. Màng lọc có mức độ thấm khác nhau: Màng MF có kích thước lỗ lớn nhất ở mức 0,1 đến 10 micron, tiếp theo là UF ở mức 0,1-0,01 micron, NF ở mức 0,01-035 micron và màng RO có hiệu quả không thay đổi ở mức 0,0001 micron.

2. CÁC LOẠI MÀNG LỌC

2.1. Màng MF

     Cấu tạo: Màng lọc MF (micro filter) được cấu tạo từ Polypropylene (PP) hay Polypropene, đây là các sợi hữu cơ dẻo có đặc tính cơ học tốt và chống chịu được ăn mòn từ axit và các hóa chất tồn tai trong nước. Ngoài ra, màng MF còn được làm bằng gồm sứ, teflon hoặc các loại nhựa khác. Để chế tạo lõi lọc nước thổ, các sợi PP sẽ được nén với áp suất cao và công nghệ tiên tiến để tạo nên hệ thống lọc với các khe lọc nhỏ, thường là khoảng 0,1 đến 5 μm (micromet). Lõi lọc này sẽ bảo đảm chống chịu tốt áp suất nước cao, không bị ảnh hưởng bởi hóa chất trong nước và có đặc tính cơ học bền vững. Màng có độ xốp cao, các chất bị màng MF chặn lại có kích thước từ 0,1 đến 10 micron bao gồm rỉ sét, bùn đất, cát huyền phù và các vi sinh vật trôi nổi nhưng không ngăn được vi khuẩn và các tạp chất hòa tan. Tuy nhiên, màng MF không loại bỏ được các chất hòa tan trong nước.

                                                           

     Nguyên lý hoạt động: Công nghệ MF là công nghệ siêu lọc. Trong đó công nghệ MF sử dụng các lớp màng có kích thước nhỏ từ 0,1 - 5 micromet để loại bỏ các hạt lơ lửng có kích thước lớn hơn kích thước lỗ lọc dưới một áp lực nhất định (khoảng 100 PSI). Nước chưa xử lý sẽ thẩm thấu qua màng lọc MF để giữ lại các cặn bẩn trên bề mặt màng và cho ra nước sạch để tiêu thụ. Lõi lọc nước hoạt động hiệu quả nhất trong khoảng nhiệt độ từ 0^oC – 55^oC.

Ứng dụng

            - Màng lọc MF được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông lâm ngư nghiệp và cả dân dụng. Được sử dụng cho các nhà máy, xí nghiệp, trang trại, .. để loại bỏ cặn có kích thước lớn, các phân tử được tách ra từ các phân tử lớn khác, protein…

            - Trong lọc nước, cơ bản nhất là sử dụng màng lọc MF trong lọc nước trái cây, rượu vang, bia…

            - Màng lọc MF hoạt động ở áp suất tương đối thấp, nên được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực:

            + Khử trùng lạnh đồ uống và thực phẩm

            + Thanh lọc các nước ép trái cây

            + Loại bỏ vi khuẩn từ nước

            + Sử dụng làm bộ tiền xử lý nước qua hệ thống RO nhằm giảm tải cho màng RO và bảo vệ màng RO

            + Xử lý nước thải

            + Tách dầu từ nước

            + Giảm độ đục của nước

            + Chế biến các sản phẩm từ sữa trong khi vẫn giữ hàm lượng protein.

2.2. Màng lọc UF

     Cấu tạo: Màng lọc UF( Ultra Filtration) hay còn gọi là màng siêu lọc sợi rỗng thẩm thấu, mỗi sợi màng có dạng hình ống, màu trắng, khi lọc cho phép nước đi từ ngoài vào trong lòng ống nhờ áp lực dòng chảy của nước, khi ta bịt một đầu ống lại hoặc uốn ống theo hình chữ (U). Dưới áp lực dòng chảy của nước sẽ thấm qua các mao dẫn có kích thước khoảng từ 0,1 ~ 0,001micromet(µm).

     Nguyên lý hoạt động: Bộ lọc UF hoạt động theo 2 nguyên lý:

     - Từ ngoài và trong: Lớp lọc nằm bên ngoài màng lọc. Khi dòng nước đẩy từ ngoài vào trong màng lọc, các chất bẩn bị giữ lại bên ngoài màng lọc, còn phần nước sạch được giữ bên trong màng lọc.

     - Từ trong ra ngoài: Lớp lọc nằm bên trong màng lọc. Dòng nước đẩy vào từ bên trong màng lọc, nước sạch sau khi lọc được giữ lại bên ngoài màng lọc.

     Ứng dụng: Được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như:

            - Làm bộ tiền xử lý cho màng RO, bao gồm cả việc khử mặn nước biển, nước mặt, cũng khử nước muối.

            - Sử dụng trong lĩnh vực lọc nước,sản xuất nước uống tinh khiết đóng bình đóng chai - Khử trùng nước công nghiệp, các chất keo, tạp chất lơ lửng và các phân tử hữu cơ.

            - Xử lý nước tạo nước khoáng, nước suối, nước lọc,lọc nước tổng sinh hoạt gia đình

            - Xử lý nước thải công nghiệp, nước thải và tái sử dụng nước.

            - Lên men công nghiệp, công nghệ dược phẩm tập trung, thanh lọc, làm sạch.

            -  Khử trùng, loại bỏ độ đục trong quá trình sản xuất rượu vang

            - Sử dụng trong việc lọc nước nuôi trồng thủy sản

                                                   

2.3. Màng lọc nano (NF)

     Cấu tạo: Màng lọc nano là các màng lọc có kích thước lỗ rỗng khoảng 0,001μm, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 100 – 600 psi. Đây là một công nghệ cao cấp hơn so với vật liệu nano thông thường. Chúng có khả năng lọc được nước lợ với tỷ lệ loại bỏ vi khuẩn, virus lên đến 100%.

    Nguyên lý hoạt động: Màng lọc Nano hoạt động theo cơ chế ngược lại so với các cơ chế lọc thẩm thấu khác. Nếu như coông nghệ RO sẽ nhờ vào lực hấp dẫn của trái đất để tạo ra sự thẩm thấu của các phân tử nước qua các mao mạch của lõi lọc thì màng Nano lại hoạt động theo cơ chế chuyển động của các phân tử nước nhờ áp lực nén. Các máy lọc nước sử dụng màng Nano sẽ có một máy bơm cao áp tạo ra một dòng chảy mạnh (hay còn gọi là quá trình phân ly nước ở môi trường bình thường dưới áp lực) đẩy các kim loại nặng, các tạp chất, các ion trong nước chuyển động mạnh văng ra vùng có áp lực thấp hoặc trôi theo dòng nước ra đường thải. Còn lại các phân tử nước thì đi qua các lỗ rỗng đó.

                                                       

Bằng việc sử dụng màng lọc Nano, các tạp chất trong nước có kích thước nhỏ như thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, một số chất tạo màu có thể được loại bỏ do chúng không đi qua được lớp màng lọc.

  + Điều kiện hoạt động của công nghệ Nano

            Để đạt được hiệu quả tốt nhất, chất lượng nước đầu vào cần đạt được một vài tiêu chuẩn sau hoặc có thể tuỳ theo dòng máy và yêu cầu của nhà sản xuất như:

            - Mật độ tối đa các kim loại nặng như Fe, Al, Zn, Mn không quá 5ppm

            - Không có Clo tự do trong nước đầu vào

            - Nhiệt độ tối đa là từ 40 đến 500^oC

            - Áp lực vận hành tối đa 45 bar

            - Khoảng pH thích hợp trong quá trình lọc từ 3 - 10, trong quá trình làm sạch từ 2 - 12.

     Ứng dụng

- Loại bỏ thuốc trừ sâu khỏi nước ngầm

- Loại bỏ kim loại nặng từ nước thải

-Tái chế nước thải trong tiệm giặt

-Làm mềm nước

- Loại bỏ nitrat

- Giảm hàm lượng muối trong nước hơi lợ.Các ion đơn hóa trị như Na+, Cl- sẽ đi qua được màng lọc. Hiệu suất màng điển hình cho màng NF được loại bỏ 50% NaCl và 90% (hoặc hơn) cho CaSO4. 

-Trong công nghiệp hóa chất: giúp phục hồi dung môi, trao đổi dung môi

-Trong công nghệ hóa dầu: giúp loại bỏ một số thành phần, làm sạch ngưng tụ khí

 -Trong sản xuất tinh dầu: dùng trong giai đoạn chiết thô, làm giàu các hợp chất

 -Trong sản xuất dược phẩm: chiết xuất acid amin và chất béo từ máu và các tế bào nuôi cấy.

 *Bên cạnh đó, Màng lọc NANO còn được dùng trong công nghiệp sản xuất sữa và nước trái cây

                                                  

2.4. Màng RO

     Cấu tạo: Cấu tạo màng lọc nước RO có thể chia thành 3 phần. Đó là:

     - Bề mặt bên ngoài màng RO: Toàn bộ bề mặt bên ngoài màng RO là một lớp giấy nhựa nhiều lớp. Phần này giúp siết chặt những thứ bên trong.

     - Phần ở giữa màng lọc RO: Phần này được cấu tạo bằng lớp đặc biệt, lớp TFC (Thin Film Composite). Chúng được tạo thành nhiều lớp lọc cuộn chồng lên nhau cuốn quanh ống trung tâm theo hình xoắn ốc. Mỗi lớp lọc bao gồm: Lớp đệm, màng lọc, lớp thẩm thấu.

     - Phần trục định tâm (còn gọi là ống dẫn nước trung tâm): Ở giữa lõi lọc RO có phần trục. Trên thân trục có 1 dãy lỗ nhỏ để cho nước sau khi thẩm thấu qua các lớp màng lọc đi vào trong ống và cho ra nước tinh khiết.

                                                     

Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của màng lọc RO vô cùng đặc biệt.

     + Nước lọc qua 3 lõi lọc thô để đến màng lọc RO: Nước đầu vào sau khi đã được lọc qua bộ 3 lõi lọc thô, nước chuyển đến màng lọc RO. Bộ 3 lõi lọc thô đã lọc phần thô, loại bỏ những tạp chất, chất bẩn, hấp thụ chất hữu cơ, chất độc hại… Từ đó cho nước có chất lượng tốt hơn khi đến màng RO, bảo vệ màng tối đa.

     + Nguyên lý lọc nước tại màng lọc RO: RO là viết tắt của từ Reverse Osmosis, nghĩa là thẩm thấu ngược. Có nghĩa là hoạt động của màng lọc RO sẽ ngược lại hoàn toàn với cơ chế thẩm thấu thông thường.

Ứng dụng

            - Dùng trong công nghệ lọc nước đóng chai

            - Xử lí nước mưa, nước phục vụ nồi hơi công nghiệp, nước cho nhà máy nhiệt điện, dung để xử lí nước thải, nước khử ion cho sản phẩm dược phẩm.

            - Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

            - Công nghệ RO ứng dụng trong rửa xe.

            - Dùng trong xử lí nước biển.

            - Công nghệ RO để khử trùng.