Thẩm thấu ngược là gì? Ứng dụng của công nghệ thẩm thấu ngược

Chúng ta thường nghe tới thuật ngữ thẩm thấu ngược trong ngành lọc nước. Vậy cụ thể thì thẩm thấu ngược là gì, nguyên lý thẩm thấu ngược ra sao và ứng dụng của công nghệ thẩm thấu ngược như thế nào? Câu trả lời sẽ được Điện máy Tấn Đức chia sẻ trong bài viết ngày hôm nay bạn nhé. 

Thẩm thấu ngược là gì? 

Thẩm thấu ngược là một quá trình lọc nước sử dụng các màng bán thấm (lớp lót tổng hợp) để lọc bỏ đi các phần tử không mong muốn. Các phần tử này thường là những chất gây ô nhiễm như virus, vi khuẩn, thuốc bảo vệ thực vật, clo,…. Ngoài ra các khoáng chất có lợi trong nước cũng bị lọc bỏ qua màng bán thấm. Nước sau lọc chỉ còn lại nước tinh khiết, gần như không chứa bất kỳ thành phần tạp chất nào trong đó, tức là chỉ còn lại H2O nguyên chất.

Nguyên lý thẩm thấu ngược là gì?

Thẩm thấu tự nhiên là quá trình nước đi qua màng bán thấm và trở thành một dung dịch đậm đặc hơn từ dung dịch ít đậm đặc ban đầu. Quá trình lọc màng này tách ra thành 2 dòng riêng biệt là dòng thấm và dòng cô đặc.  Dòng thấm chính là phần chất lỏng đi qua màng còn dòng cô đặc là dòng chứa những phần tử bị giữ lại ở màng.

Thẩm thấu ngược hoạt động bằng cách đảo ngược nguyên tắc thẩm thấu tự nhiên của nước, cụ thể là các muối hòa tan sẽ chảy qua màng từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao hơn. Quá trình này có thể được tìm thấy trong tự nhiên, ví dụ như thực vật hút nước và chất dinh dưỡng từ đất. Hay như ở người và động vật, đó là quá trình thận lấy nước từ máu. 

Trong hệ thống lọc thẩm thấu ngược, máy bơm sẽ tạo ra áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu tự nhiên, đẩy nước cấp có chứa muối hòa tan và các tạp chất khác đi qua màng bán thấm để loại bỏ chúng. Khi ra khỏi màng bán thấm, nước sẽ có độ tinh khiết cao. 

Các muối và tạp chất bị giữ lại trên màng sẽ được chuyển sang một quá trình khác hoặc một hệ thống thoát nước. Hệ thống lọc thẩm thấu ngược sử dụng nguyên lý lọc chéo, trong đó dung dịch đi qua bộ lọc có 2 đầu ra với 1 đầu là nước tinh khiết, 1 đầu là nước thải. Để tránh sự tích tụ của của các chất độc hại, dòng lọc chảy chéo cho phép nước cuốn trôi các chất bẩn để giữ cho bề mặt lọc được sạch sẽ. 

Chi tiết về công nghệ thẩm thấu ngược và màng lọc thẩm thấu ngược RO

Công nghệ thẩm thấu ngược hay còn gọi là công nghệ RO (Reverse Osmosis, viết tắt: RO) hoạt động theo nguyên lý thẩm thấu ngược, sử dụng màng lọc RO để lọc sạch các tạp chất, chất rắn hữu cơ, kim loại nặng, vi khuẩn, virus,… có trong nước. Nhờ đó mà nước đầu ra là nguồn nước tinh khiết, an toàn và có thể uống trực tiếp tại vòi. 

Màng lọc thẩm thấu ngược RO là một loại màng mỏng làm từ vật liệu Polyamide, Cellulose Acetate hoặc màng TFC với kích thước lỗ lọc siêu nhỏ, nhỏ tới 0.001 micron. Tất cả những màng này đều chịu được áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorine lại không giống nhau. Theo kết quả nghiên cứu đã được kiểm chứng thì màng RO có thể loại bỏ tới 99,9% các tạp chất không tinh khiết. 

Ngày nay, màng lọc RO được ứng dụng nhiều trong ngành lọc nước, cụ thể là xử lý nước trong dây chuyền sản xuất nước đóng chai, sản xuất thực phẩm, dược phẩm, tái chế nước thải,….

Cách tính hiệu quả thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược hoạt động theo nguyên lý là sử dụng áp lực ngoài để buộc quá trình thẩm thấu ngược diễn ra. Trong quá trình này có một số thông số có thể được dùng để đánh giá hiệu suất của hệ thống lọc và được sử dụng để xem xét trong khâu thiết kế. Hệ thống RO có thiết bị đo chất lượng, áp suất, lưu lượng nước, đôi khi còn có các dữ liệu khác như số giờ hoạt động, nhiệt độ nước. Để đo lường chính xác hiệu suất lọc của hệ thống lọc RO, bạn phải có những thông số sau đây:

• Áp lực nguồn nước đầu vào

• Áp suất thẩm thấu ngược

• Độ dẫn điện của nước đầu vào

• Áp suất từ nồng độ các chất có trong nước

• Độ dẫn điện của nước đã qua thẩm thấu ngược

• Lưu lượng nước đầu nguồn (gpm)

• Lưu lượng thẩm thấu ngược (gpm)

• Nhiệt độ nước

Sau khi có những thông số này, chúng ta sẽ tính được hiệu quả thẩm thấu ngược. Cụ thể như sau: 

Hiệu quả màng RO cũng chính là hiệu quả thẩm thấu

Hiệu quả thẩm thấu = (Độ dẫn điện của nước đầu vào - Độ dẫn điện của nước qua thẩm thấu) x 100 / Độ dẫn điện của nước đầu vào

Hệ thống có hiệu quả thẩm thấu ngược càng cao thì chất lượng nước đầu ra để uống càng tốt.

Diện tích bề mặt hoạt động

Diện tích bề mặt hoạt động màng thẩm thấu ngược thường được tính bằng ft2, trong đó 1 ft2 = 0.09 m2. Các màng RO đều có thông số diện tích bề mặt hoạt động và đôi khi thông số này thể hiện ở số vòng quấn màng RO. Thường thì số vòng quấn trong máy lọc RO gia đình dao động từ 11 - 18 vòng. Còn màng RO công nghiệp có số vòng lớn hơn, ví dụ màng lọc RO 4040 có diện tích bề mặt hoạt động khoảng 80-100 ft2.

Flux - Thông lượng

Công thức tính thông lưu là: 

Flux = (Lưu lượng thẩm thấu ngược x 1,440 phút/ngày)/( số màng RO trong hệ thống x diện tích bề mặt hoạt động)

Ví dụ như hệ thống lọc RO công nghiệp xử lý ra 75 gpm (tương đương khoảng 285 lít/giờ). Giả sử hệ thống lọc dùng 3 vỏ màng với mỗi vỏ màng chứa 6 màng lọc RO và diện tích bề mặt của màng RO là 365 ft2. Vậy số màng RO cần dùng là 3 x 6 = 18 màng RO. 

Ta có: Flux = (75 gpm × 1,440 phút/ngày) / (18 màng × 365 ft2) = 108,000 / 6,570 = 16

Con số này có nghĩa là mỗi ngày sẽ có 16 Gallon nước đi qua mỗi một foot vuông của màng RO. Con số này tốt hay xấu còn tùy thuộc nguồn nước cấp. Dưới đây là một số dải Flux cho các hệ thống xử lý nước với từng nguồn nước khác nhau: 

• Nước thải: 5 - 10

• Nước lợ bề mặt: 10 – 14

• Nước biển: 8 - 12

Tỉ lệ nước thải và nước tinh khiết 

Tỉ lệ nước tinh khiết và nước thải (Tỉ lệ thu hồi) cũng là một yếu tố dùng để đánh giá hiệu quả thẩm thấu ngược. 

Tỉ lệ thu hồi = Lưu lượng thẩm thấu ngược × 100 / Lưu lượng nước đầu nguồn

Ví dụ: Nếu tỉ lệ thu hồi là 75% và nước cấp đầu vào có lưu lượng 100 gpm (gallon per minute) (khoảng 378 lít/phút) thì qua hệ thống thẩm thấu ngược, chúng ta sẽ thu được 75gpm hay 283 lít/phút nước tinh khiết và thải ra là 25 gpm hay 95 lít/phút.

Nhân tố nồng độ

Sau một thời gian sử dụng, màng RO sẽ bị tích tụ nhiều chất bẩn. Lúc này chúng ta cần đưa ra một thông số khác để có thể tính toán khả năng gây tắc màng lọc.

Nhân tố nồng độ = 1 / (1 – Tỉ lệ thu hồi)

Khi hệ số nồng độ 4 thì nó đồng nghĩa với việc nước thải có nồng độ gấp 4 lần nước đầu vào. Ví dụ một nguồn nước có chỉ số chất rắn lơ lửng TDS là 500ppm thì khi qua hệ thống RO, chỉ số TDS của nước thải sẽ là 500 x 4 = 2000ppm. Chỉ số này vượt ngưỡng màng RO và nó có thể khiến màng bị tắc.

Một số ứng dụng của công nghệ thẩm thấu ngược

Công nghệ thẩm thấu ngược được ứng dụng nhiều nhất trong các hệ thống lọc nước, từ lọc nước gia đình cho đến dây chuyền lọc nước tinh khiết. Ví dụ như:

• Dùng để lọc nước tinh khiết trong các nhà máy sản xuất nước đóng chai, đóng bình, nước giải khát

• Lọc nước tiểu của các nhà du hành vũ trụ trên các trạm vũ trụ thành nước uống.

• Chạy thân nhân tạo trong y tế

• Lọc nước uống trong các máy lọc RO gia đình

• Lọc nước biển thành nước ngọt để dùng trong ăn uống,….

Sau khi cùng Điện máy Tấn Đức theo dõi bài viết trên, các bạn chắc hẳn đã hiểu rõ thẩm thấu ngược là gì rồi đúng không. Để xem thêm nhiều bài viết bổ ích hơn nữa, đừng quên thường xuyên ghé thăm website https://dienmaytanduc.vn/ của chúng tôi nhé.