Tầm quan trọng của thẩm thấu ngược trong xử lý nước

Sau hơn 50 năm thương mại hóa, màng lọc thẩm thấu ngược (reverse osmosis - RO) đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý nước, từ công nghiệp vũ trụ cho tới các bếp ăn gia đình. Màng lọc RO được sử dụng rất nhiều trong các nhà máy lọc nước biển, các nhà máy điện tử, dược phẩm, điện hạt nhân.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tầm quan trọng của thẩm thấu ngược trong xử lý nước Tầm quan trọng củathẩm thấu ngược trong xử lý nướcSau hơn 50 năm thương mại hóa, màng lọc thẩm thấu ngược (reverseosmosis - RO) đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý nước, từcông nghiệp vũ trụ cho tới các bếp ăn gia đình. Màng lọc RO được sửdụng rất nhiều trong các nhà máy lọc nước biển, các nhà máy điện tử, dượcphẩm, điện hạt nhân.Sau đây chúng tôi hân hạnh giới thiệu tới quý khách về vai trò của thẩm thấungược trong lọc nước, xử lý nước. Trước tiên chúng ta cùng tìm hiểu sơ bộvề công nghệ thẩm thấu ngược là gì.Thẩm thấu ngược là gì?Thẩm thấu ngược (reverse osmosis-RO) là quá trình xảy ra khi nước dichuyển qua màng ngược với gradient nồng độ, nước sẽ di chuyển từ nơi cónồng độ thấp hơn tới nơi có nồng độ cao hơn. Hãy tưởng tượng một màngbán thấm với dung dịch là nước tinh khiết ở một bên và nước thông thường(có muối khoáng) ở một bên (H1). Nếu một quá trình thẩm thấu thôngthường diễn ra, nước tinh khiết sẽ đi qua màng sang bên kia nước thường.Để làm điều ngược lại (thẩm thấu ngược), người ta dùng một áp lực đủmạnh để đẩy ngược nước từ nơi có hàm lượng muối khoáng cao “thấm” quamột loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc có ít muối khoáng hơn. Dođó, trong thẩm thấu ngược, một áp lực sẽ được tác động lên phía màng cóchứa dung dịch nước thông thường để buộc các phân tử nước này đi quamàng phía có nước tinh khiết.Màng mỏng được làm từ vật liệu Cellulose Acetate (CTA), Polyamide hoặcmàng TFC (thin film composite) có những lỗ nhỏ tới 0.001 micron. Kíchthước lỗ màng có thể khác nhau từ 0,1-5.000nm tùy thuộc vào loại lọc,với hạt lọc loại bỏ hạt có kích thước ³1micromet, “vi lọc” loại bỏ các hạttừ ³50nm, siêu lọc loại bỏ các hạt khoảng ³3nm. nano loại bỏ các hạt từ1nm hoặc lớn hơn. Thẩm thấu ngược là hạng mục cuối cùng của mànglọc, là phương pháp lọc nhạy cảm và có thể loại bỏ các hạt ³ 0,1nm. Tất cảcác màng này đều chịu áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorinekhông giống nhau, tùy theo từng loại. Với tốc độ và áp lực lớn, dòng nướcchảy liên tục trên bề mặt của màng RO. Một phần trong số những phân tửnước “chui” qua được những lỗ lọc. Các tạp chất bị dòng nước cuốn trôi và“thải” bỏ ra ngoài. Các loại tạp chất (cặn, vi khuẩn, virus) không qua được lỗlọc, bị dòng nước rửa trôi trên bề mặt màng lọc cũng được thải ra.Quá trình phát triểnThẩm thấu ngược được chính thức khởi nguồn từ thế kỷ XVIII. Nhiều bằngchứng ghi nhận nhà vật lý thực hành người Pháp Jean Antoine Noilett, thànhviên Viện Hàn lâm Paris, là người đầu tiên nghiên cứu và sử dụng thuật ngữThẩm thấu ngược vào năm 1748. Phát hiện của ông về hiện tượng nướcthẩm thấu ra ngoài bàng quang đã đặt nền móng cho một công nghệ mới.Sau đó là các công trình có liên quan đến công nghệ thẩm thấu ngược như:Năm 1855, Adolph Fick, nhà khoa học Đức, lần đầu chế tạo được màng lọcbằng vật liệu cellulose nitrate (nitrocellulose) để làm “da” nhân tạo; Năm1866, Thomas Graham, nhà vật lý học, nhà hoá học người Anh, lần đầudùng từ “thận nhân tạo”; Năm 1869, Schoenbein nghiên cứu và chế tạothành công loại polymer nhân tạo; Năm 1907, Bechold lần đầu giới thiệuthuật ngữ Siêu lọc – ultrafiltration; Năm 1927, Công ty Sartorius sản xuấtđại trà màng lọc thẩm thấu ngược; Năm 1934, G. R. Elder nghiên cứu về lọcthận nhân tạo; Năm 1950, Gerald Hassler giới thiệu màng thẩm thấu ngượclọc nước biển; Năm 1958, C. E. Reid và E. J. Breton chứng minh celluloseacetate là loại vật liệu hiệu quả nhất để chế tạo màng lọc nước biển; Năm1960, Sidney Loeb và Srinivasa Sourirajan chế tạo thành công màng lọcnước biển với quy mô công nghiệp; Năm 1960, H. K. Londsdale phát triểnloại màng dùng tấm composite siêu mỏng; Năm 1963, H. I. Mahon pháttriển loại màng hình ống (Hollow Fiber); Năm 1965, nhà máy lọc nước côngnghệ thẩm thấu ngược đầu tiên được khánh thành tại Coalinga, California;Và năm 1977, John Cadotte được chính phủ cấp bằng sáng chế ra màng lọcsiêu mỏng.Thời kỳ bùng nổ công nghệ thẩm thấu ngượcVào những năm cuối thập kỷ 40 của thế kỷ, các nhà nghiên cứu bắt đầu thửnghiệm tách nước ngọt từ dung dịch muối. Ở Mỹ, dưới thời Tổng thốngKennedy, công nghệ này được đặc biệt ưu tiên nghiên cứu để phục vụ mụctiêu “chinh phục mặt trăng và bắt sa mạc nở hoa” và các nhà khoa học đãnhanh chóng hoàn thiện công nghệ lấy nước ngọt từ biển. Nhưng mãi đếnnăm 1959, UCLA (University of California at Los Angeles) mới là cơ quanđầu tiên trình làng một dây chuyền có thể ứng dụng vào thực tế. Thời điểmnày, Samuel Yuster và 2 sinh viên của ông là Sidney Loeb và SrinivasaSourirajan đã chế tạo được màng RO từ vật liệu polymer cellulose acetate.Loại màng mới này có thể loại bỏ muối và cho nước chảy qua với một lưulượng lý tưởng. Màng lọc này có độ bền cao và có thể được chế tạo phù hợpvới nước biển ở các vùng địa lý khác nhau. Đến cuối năm 2001, khoảng15.200 nhà máy khử mặn hoạt động trên khắp thế giới. Tại Ashkelon trên bờbiển Đị ...