Bí mật công nghệ lọc nước biển thành nước ngọt đến từ Hàn Quốc

Lọc nước biển thành nước ngọt từ lâu đã là mong muốn của tất cả chúng ta. Do dân số ngày càng gia tăng, nhu cầu sử dụng nước ngọt ngày càng cao. Tuy vậy những tác động từ hoạt động khai thác tự nhiên, sản xuất và sinh hoạt của con người đã làm cho nguồn nước ngọt ngày càng cạn kiệt.

Trong khi đó 75% lượng nước trên bề mặt trái đất là nước mặn. Nếu có thể lọc nước biển trở thành nước ngọt để sử dụng thì chắc chắn đây là cuộc cách mạng trong công nghệ lọc nước biển ngày nay.
 

Sự phát triển của công nghệ lọc nước biển từ trước đến nay

Công nghệ khử mặn nước biển từ lâu đã được sử dụng để cung cấp nước cho các tàu hoạt động dài ngày trên biển. Tuy nhiên, những tiến bộ kỹ thuật mới chỉ thực sự được phát triển từ những năm 1940.

Công nghệ bay hơi và ngưng tụ

Vào những năm 1950, công nghệ lọc nước biển phổ biến vẫn là công nghệ bay hơi và ngưng tụ. Phương pháp bay hơi sử dụng sự chuyển pha giữa chất lỏng và khí. Khử muối để loại bỏ muối ra khỏi nước và phương pháp bay hơi bằng chưng cất nhiệt, sau đó cho ngưng tụ lại.
 

Phương pháp điện phân Electrodialysis (ED)

Cho đến giữa những năm 1960, một công nghệ khử muối mới, tách màng (Na +), magie (Mg2 +), ion clo (Cl-) đã được tìm ra để xử lý nước biển. Tổng nồng độ chất rắn hòa tan (TDS) của nước biển là 35.000 mg/L và nồng độ TDS của nước uống thường đòi hỏi 500 mg/L hoặc ít hơn. Và 99% yêu cầu loại bỏ TDS là cần thiết khi nước biển được sử dụng làm nước thô.

Đó chính là phương pháp điện phân Electrodialysis (ED) là một phương pháp trong đó muối được loại bỏ bằng cách cho nước đi qua giữa các màng điện tích. Phương pháp này tỏ ra hiệu quả hơn phương pháp cho bay hơi như truyền thống. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó là điện năng tiêu thụ quá lớn, dẫn đến chi phí cao.

Phương pháp thẩm thấu ngược (RO)

Vào giữa những năm 1970, 1980, công nghệ lọc nước biển thành nước uống có được những sự đột phá mới. Lần đầu tiên, công nghệ thẩm thấu ngược RO được giới thiệu như một giải pháp đột phá trong xử lý nước biển thành nước ngọt.

Phương pháp thẩm thấu ngược (RO) bao gồm các công đoạn thu nhận nước, tiền xử lý, RO và sau xử lý.

Trong giai đoạn thu nhận nước, điều quan trọng là chọn điểm và phương pháp lấy nước để có được nước biển sạch. Đây là một yếu tố rất quan trọng. Nước dùng trong phương pháp này phải lấy từ độ sâu 60m trở lên để lấy nước biển sạch.

Trước khi công đoạn tiền xử lý diễn ra, nước biển được đưa qua một bộ lọc và thiết bị lọc để loại bỏ cát và tạp chất.

Giai đoạn tiền xử lý giúp loại bỏ chất rắn lơ lửng, các hợp chất vô cơ và các chất ô nhiễm hữu cơ. Chất rắn nổi bao gồm keo và
Các hợp chất dạng hạt và vô cơ bao gồm sắt, mangan, canxi cacbonat, canxi sulfat, stronti sulfate, và silica, và các chất ô nhiễm hữu cơ là các chất hữu cơ và vi sinh vật trong nước biển.

Giai đoạn tách muối ra khỏi nước sử dụng màng RO. Nước biển được bơm qua màng lọc R.O dưới áp lực cao tạo thành dòng nước ngọt tinh khiết và dòng nước muối đậm đặc.

Giai đoạn sau xử lý, nước sau khi được tách muối thì được ổn định pH, sau đó được khử trùng và đưa vào sử dụng.

Phương pháp thẩm thấu ngược tiêu tốn nhiều năng lượng: 4kWh/1m3nước. Công nghệ R.O có chi phí đầu tư, vận hành và quản lý rất cao. Màng lọc R.O phải thay thế thường xuyên do tắc nghẽn. Việc xử lý nước muối (là nước thải của nhà máy) rất khó khăn. Nếu nhà máy đóng ở vùng duyên hải thì nước muối có thể thải trở lại biển, nhưng nếu nhà máy khử mặn nằm trong đất liền thì mọi chuyện sẽ phức tạp hơn nhiều. Nhiều địa phương có quy định không cho xả nước thải (nước muối) từ nhà máy khử mặn ra hồ ao, đầm ruộng, cống rãnh.

Phương pháp dùng màng lọc Nano – Nano Filter

Những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ phân tử. Các nhà khoa học đã từng bước hoàn thiện màng lọc Nano dùng trong lọc nước biển thành nước sinh hoạt. Công nghệ thẩm thấu ngược R.O được đánh giá là có chi phí điện năng cao nên người ta đã nghiên cứu dùng phương pháp tiêu tốn ít năng lượng hơn là dùng màng lọc nano (nanofilter – NF) để biến nước biển thành nước ngọt.

Bên cạnh đó người ta cũng có thể kết hợp công nghệ màng NF với màng R.O để biến đổi nước mặn thành nước ngọt cấp cho sinh hoạt và sản xuất của con người.

Màng thẩm thấu ngược cho nước biển Nano Filter, kết hợp công nghệ tiên tiến của Nano Composites vào màng phim mỏng (TFN) giúp cho chi phí khử muối giảm, trong khi đó chất lượng nước được cải thiện. Công nghệ loại bỏ muối trong nước biển có thể loại bỏ 99,85% muối. Màng thẩm thấu Nano Filter đã chứng minh khả năng thông qua các dự án tại nhiều nước.

Công nghệ lọc nước biển thành nước ngọt đến từ Hàn Quốc

Hàn Quốc là một trong những quốc gia đi đầu trong triển khai các giải pháp lọc nước biển trở thành nước sinh hoạt. Với công nghệ lọc nước biển hiện đại Seawater RO (SWRO) để loại bỏ một lượng lớn muối và các khoáng chất khác từ nước biển. Thiết bị lọc nước biển sử dụng một máy bơm áp lực cao để nước mặn buộc nó qua màng bán xốp phủ nhận muối và các chất hữu cơ khác chảy qua.

Các màng SWRO loại bỏ các chất rắn hòa tan trong khi phân chia nước cấp vào nước tinh khiết và loại bỏ các muối đậm đặc. Muối và các chất hữu cơ khác được loại bỏ sau đó xả ra ngoài theo hệ thống đường dẫn. Cuối cùng nước tinh khiết được tạo ra với lượng muối hòa tan được loại bỏ tới 99%. Các hệ thống lọc nước biển SWRO này có khả năng lọc nước TDS cực cao.

Các hệ thống lọc nước biển SWRO có thể sử dụng được từ bất kỳ đâu. Hệ thống thẩm thấu ngược RO có thể được triển khai để lọc nước cho sinh hoạt, lọc nước phục vụ nuôi trồng thủy hải sản…