Màng RO có lớp rào cản dày đặc chỉ cho phép các phân tử nước đi qua, đồng thời loại bỏ muối hòa tan, khoáng chất, phân tử hữu cơ và vô cơ cũng như các chất gây ô nhiễm khác. Màng RO là một thành phần thiết yếu của hệ thống thẩm thấu ngược và xác định hiệu suất và hiệu quả của nó.
Vật liệu màng RO
Màng RO thường được làm bằng vật liệu polyme, chẳng hạn như polyamit (PA), cellulose axetat (CA) hoặc polysulfone (PS), được đúc thành màng mỏng và gắn trên lớp hỗ trợ xốp. Độ dày của màng thường nằm trong khoảng 100-200 μm và kích thước lỗ thường nhỏ hơn 1 nm.
Màng polyamide (PA) là loại màng RO phổ biến nhất, với tỷ lệ loại bỏ muối hòa tan cao, ít bám bẩn và tính chất cơ học tốt. Chúng được tạo ra bằng cách trùng hợp bề mặt của diamine và diacid clorua trên một lớp hỗ trợ, tiếp theo là các bước xử lý và rửa. Màng thu được có lớp bề mặt mỏng và dày đặc mang lại tính chọn lọc và thông lượng cao.
Màng cellulose axetat (CA) là màng RO thương mại đầu tiên, có tính thấm cao hơn và độ chọn lọc thấp hơn so với màng PA. Chúng được tạo ra bằng cách đổ dung dịch cellulose axetat lên một lớp hỗ trợ, tiếp theo là bước đảo pha để tạo ra cấu trúc xốp với lớp da mỏng. Màng CA ngày nay ít phổ biến hơn do hiệu suất thấp hơn và khả năng bị tắc nghẽn và xuống cấp cao hơn.
Màng Polysulfone (PS) có tính kháng hóa chất và nhiệt cao, tính chất cơ học tốt và khả năng bám bẩn thấp. Chúng được tạo ra bằng cách đổ dung dịch polysulfone lên một lớp hỗ trợ, tiếp theo là bước đảo pha để tạo ra cấu trúc xốp với lớp da mỏng. Màng PS ít phổ biến hơn màng PA do chi phí cao hơn và thông lượng thấp hơn.
Những tiến bộ gần đây trong vật liệu màng RO đã tập trung vào việc phát triển các polyme, vật liệu tổng hợp nano và vật liệu lai mới có thể cải thiện hiệu suất, độ bền và tính chọn lọc của màng. Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã khám phá việc sử dụng ôxít graphene, ống nano carbon và khung hữu cơ kim loại (MOF) để tăng cường độ bền cơ học, tính thấm và tính chọn lọc của màng RO. Những vật liệu này có các đặc tính độc đáo có thể được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu tách cụ thể, chẳng hạn như loại bỏ kim loại nặng, phân tử hữu cơ và khí.
Thiết kế mô-đun màng RO
Màng RO thường được lắp ráp thành các mô-đun bao gồm một kênh cấp liệu, một kênh thấm và một miếng đệm để tạo ra sự phân bố dòng chảy đồng đều và ngăn ngừa tắc nghẽn màng. Thiết kế mô-đun đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất, hiệu suất năng lượng và độ bền của hệ thống RO.
Mô-đun quấn xoắn ốc là loại mô-đun RO phổ biến nhất, bao gồm một màng phẳng quấn quanh một ống thấm trung tâm và được ngăn cách bởi các lớp nạp và đệm. Mô-đun dây quấn xoắn ốc nhỏ gọn, dễ lắp đặt và có thể xử lý nhiều loại chất lượng nước cấp và tốc độ dòng chảy. Tuy nhiên, nó có mật độ đóng gói tương đối thấp, giảm áp suất cao và khả năng mở rộng hạn chế.
Mô-đun sợi rỗng là một loại mô-đun RO khác, bao gồm một bó sợi rỗng với lớp phủ màng chọn lọc, được sắp xếp theo hình trụ hoặc hình chữ nhật rỗng mô-đun sợi quang có mật độ đóng gói cao, giảm áp suất thấp và khả năng mở rộng tốt, nhưng nó đòi hỏi cấu trúc hỗ trợ phức tạp và dễ bị tắc nghẽn và tạo kênh hơn.
Mô-đun tấm và khung là loại mô-đun RO thứ ba, bao gồm một chồng màng tấm phẳng được phân tách bằng miếng đệm và tấm cung cấp các kênh cho dòng cấp và thấm. Mô-đun tấm và khung có mật độ đóng gói cao, giảm áp suất thấp và khả năng mở rộng tốt, nhưng nó yêu cầu bảo trì và làm sạch nhiều hơn hai loại còn lại.
Những tiến bộ gần đây trong thiết kế mô-đun RO đã tập trung vào việc phát triển các dạng hình học mới, chẳng hạn như tấm xoắn ốc và vòng xoắn đồng tâm, có thể cải thiện việc sử dụng màng, giảm tắc nghẽn và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Những thiết kế này sử dụng các kỹ thuật mô hình hóa và tối ưu hóa điện toán tiên tiến để xác định cấu hình mô-đun tối ưu cho thành phần nước cấp và tốc độ dòng chảy nhất định.
Cấu hình hệ thống RO
Màng RO thường được tích hợp vào một hệ thống RO lớn hơn bao gồm các thành phần tiền xử lý, sau xử lý, giám sát và kiểm soát. Bộ phận tiền xử lý loại bỏ cặn lơ lửng, keo ds, chất hữu cơ và các chất gây ô nhiễm khác có thể làm bẩn hoặc làm hỏng màng RO. Thành phần sau xử lý điều chỉnh độ pH, hàm lượng khoáng chất và mức độ khử trùng của nước thấm để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nước mong muốn. Thành phần giám sát và kiểm soát đo tốc độ dòng cấp và thấm, áp suất, nhiệt độ và độ dẫn điện, đồng thời điều chỉnh các thông số vận hành để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống và ngăn ngừa tắc nghẽn và đóng cặn màng.
Hệ thống RO có thể được cấu hình theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào nguồn nước cấp, chất lượng và số lượng cũng như chất lượng và số lượng nước sản phẩm mong muốn. Các cấu hình hệ thống RO phổ biến nhất là:
Hệ thống RO nước lợ: dùng để xử lý nước lợ có nồng độ TDS (tổng chất rắn hòa tan) từ 1.000-10.000 ppm như nước ngầm, nước mặt, nước thải công nghiệp. Hệ thống thường bao gồm các thành phần tiền xử lý như bộ lọc trầm tích, bộ lọc than hoạt tính và định lượng chất chống cặn bã cũng như các thành phần sau xử lý như điều chỉnh độ pH và khử trùng.
Hệ thống RO xử lý nước biển: dùng để xử lý nước biển có nồng độ TDS từ 30.000-40.000 ppm như nước biển, nước biển lấy vào hoặc các nhà máy khử muối. Hệ thống thường bao gồm các thành phần tiền xử lý như bộ lọc cát, bộ lọc đa phương tiện và bộ lọc hộp mực cũng như các thành phần sau xử lý như tái khoáng hóa và sau khử trùng bằng clo.
Hệ thống RO công nghiệp: được sử dụng để xử lý nước xử lý, nước thải hoặc nước thải có TDS, pH hoặc mức độ gây ô nhiễm cụ thể, chẳng hạn như thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, điện tử hoặc nhà máy điện. Hệ thống thường bao gồm các thành phần tiền xử lý như siêu lọc, lọc nano hoặc hấp phụ than hoạt tính và các thành phần sau xử lý như trao đổi ion, khử trùng bằng tia cực tím hoặc ozon hóa.
