Hiện nay, mất cân bằng giữa lượng mưa và hạn hán, khai thác quá mức nguồn nước ngầm cũng như tồn tại nhiều lỗ hổng trong quy trình xả thải đang đe dọa nguồn nước ngọt vốn chỉ có 3% trên trái đất. Dấu hiệu xâm nhập mặn đang ngày càng rõ rệt ở các khu vực ven biển đe dọa lượng nước sinh hoạt vốn ít ỏi. Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng nhau đi tìm hiểu các phương pháp xử lý nước nhiễm mặn đang được các nước trên thế giới áp dụng.

1. Các phương pháp xử lý nước nhiễm mặn phổ biến

Hiện nay đang có nhiều phương pháp được nghiên cứu và thử nghiệm, nhưng nhìn chung sẽ có 2 công nghệ chính hay được sử dụng là:

• Khử mặn sử dụng nhiệt
• Khử mặn bằng màng lọc

Ngoài ra còn có phương pháp làm lạnh và trao đổi ion,.. nhưng chưa được phổ biến.

Xem thêm: Hiểu thêm về độ mặn

Tất cả những công nghệ này đều hoạt động bằng năng lượng thông thường hoặc năng lượng tái tạo.

Bảng các phương pháp xử lý nhiễm mặn phổ biến:

1. Phương pháp nhiệt năng:

Phương pháp này còn có tên gọi khác là chưng cất, đã sử dụng từ lâu để chuyển nước mặn thành nước ngọt. Tuy nhiên để khử mặn, khử lợ với số lượng nhiều sẽ ít khi được sử dụng do tốn kém trong quá trình xử lý.

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc đun sôi nước mặn khiến nước bay hơi rồi ngưng tụ để tạo thành nước tinh khiết, để lại phần muối cô cặn dưới đáy.

2.1: Phương pháp chưng cất đa tầng ( MSF)

Nguyên tắc của quá trình là việc nước được chưng cất qua nhiều tầng liên tiếp với mức áp suất thấp dần. Nước cấp đi vào được làm nóng với áp suất cao trước khi cho vào tầng đầu tiên. Khi đó, áp suất giải phóng đẩy nhanh quá trình bay hơi. Quá trình được lặp lại ở các tầng nguyên tiếp theo do áp suất tầng sau nhỏ hơn tầng trước. Hơi nước được ngưng tụ trên các ống trao đổi nhiệt trong mỗi tầng.

Phương pháp này bắt đầu được sử dụng từ cuối những năm 1950. Một bộ xử lý MSF có thể chứa đến 10 – 15 tầng.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của phương pháp chưng cất đa tầng MSF

Ưu nhược điểm của phương pháp MSF:

• Bộ xử lý MSF có cấu tạo tương đối đơn giản và dễ vận hành
• Nước đầu ra sau lọc chỉ chứa 2 – 10 ppm hàm lượng chất rắn hòa tan, đồng nghĩa khả năng lọc nguyên chất của phương pháp này cao. Tuy nhiên để dễ sử dụng cho mục đích sinh hoạt thường ngày cần thêm quy trình tái khoáng, bổ sung hàm lượng khoáng để tạo vị cho nước.
• Thường xuyên phải xử lý các vấn đề do đóng cặn muối trên bề mặt ống tránh trường hợp tắc nghẽn trong đường ống
• Quá trình chưng cất đòi hỏi sử dụng cả năng lượng nhiệt và cơ học, chi phí tốn kém cao
• Bổ sung càng nhiều tầng càng cải thiện hiệu quả lọc nhưng sẽ tăng chi phí lắp ráp và phức tạp trong vận hành

2.2 Phương pháp chưng cất liên hoàn ( MED)

Phương pháp chưng cất liên hoàn bắt đầu được sử dụng từ đầu năm 1960 với nguyên lý hoạt động tương tự như phương pháp chưng cất đa tầng nhưng áp dụng ngưng tụ trong các bình hình cầu với áp suất giảm dần.

Chưng cất liên hoàn được biết đến là phương pháp chưng cất có quy mô lớn nhất để khử mặn. Mang lại nước cất chất lượng cao với công suất lớn, hiệu suất nhiệt cao.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

Phương pháp chưng cất liên hoàn

Ưu nhược điểm của phương pháp chưng cất liên hoàn:

• Hoạt động ở lượng nhiệt thấp hơn 70 độ C nên giảm thiểu sự ăn mòn và cáu cặn trong đường ống
• Xử lý được nhiều loại nước cấp đầu vào
• Tiêu thụ ít năng lượng và hiệu suất cao hơn so với phương pháp MSF
• Phù hợp xử lý nước cấp đầu vào với quy mô lớn
• Tốn kém diện tích và chi phí

2.3. Phương pháp chưng cất nén hơi (VC)

Phương pháp chưng cất nén hơi có thể vận hành riêng lẻ hoặc đi cùng phương pháp khác như MED. Trong phương pháp này nhiệt làm bay hơi nước cấp đến từ quá trình nén hơi khác với lượng nhiệt đến từ lò hơi như các biện pháp thông thường.

  Công nghệ nén hơi dựa vào việc giảm áp suất vận hành để nước bốc hơi. Nhiệt lượng vận hành đến từ máy nén cơ khí chạy bằng điện hoặc dầu diesel và máy phun hơi nước. Công nghệ này thích hợp cho các trạm chưng cất nước công suất vừa và nhỏ từ 3000 m3.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

Phương pháp chưng cất nén hơi

Ưu nhược điểm của phương pháp VC:

• Nhiệt độ hoạt động thấp giảm khả năng hình thành cáu cặn và ăn mòn trong đường ống
• Tiết kiệm năng lượng so với các phương pháp chưng cất khác.

1. Phương pháp sử dụng màng lọc:

Ban đầu màng lọc được áp dụng trong xử lý vi khuẩn và lọc mặn nhưng với sự tiến bộ của công nghệ giờ đây màng lọc còn được áp dụng trong việc tách hóa chất, cô đặc enzyme, lọc nước uống trực tiếp,..Có hai phương pháp chính có sử dụng màng để khử muối là: thẩm thấu ngược RO và thẩm tách điện ED

3.1: Phương pháp thẩm thấu ngược RO:

Nguyên tắc hoạt động của RO là dùng áp suất đẩy nước cấp qua màng bán thấm tạo thành dòng nước thành phẩm và dòng nước muối đậm đặc. Áp suất cho hoạt động thẩm thấu ngược cần trong khoảng từ 50 đến 1000 psi.

Một hệ thống thẩu ngược bao gồm 4 quá trình chính:

• Tiền xử lý: Nước cấp được xử lý để tương thích với màng lọc bằng cách loại bỏ các chất rắn lơ lửng, điều chỉnh độ pH để giảm thiểu tình trạng tắc màng lọc.
• Điều áp: Tăng áp suất của nước cấp đã qua tiền xử lý lên một áp suất thích hợp để phù hợp với màng lọc và độ mặn của nước cấp.
• Tách: Các màng thấm có công dụng tách muối trong nước cấp. Chúng có nhiều cấu hình khác nhau phổ biến nhất là màng xoắn ốc và màng sợi mịn rỗng bằng vật liệu polymer tổng hợp.
• Ổn định: Nước sau khi đi qua màng thường được chỉnh lại độ pH và khử khí hòa tan do áp suất trước khi thành nước uống thành phẩm.

Xử lý nước nhiễm mặn bằng màng RO

Ưu nhược điểm của RO:

• Ít xảy ra hiện tượng ăn mòn kim loại hơn quá trình chưng cất.
• Chi phí vận hành tiết kiệm hơn chưng cất.
• Hệ thống đơn giản, có năng suất hoạt động cao.
• Công nghệ sử dụng ít hoặc không hóa chất, thân thiện với môi trường.
• Loại màng này khá nhạy cảm nên cần xử lý loại bỏ các hạt rắn trong nước để kéo dài tuổi thọ.

3.2: Phương pháp thẩm tách điện ED

ED là một quy trình điện hoá, trong đó có sự dịch chuyển của các ion qua các màng bán thấm ion chọn lọc – là kết quả của lực hút tĩnh điện giữa ion và 2 điện cực. Ngoài chức năng khử mặn, ED còn có thể loại bỏ được các thành phần ô nhiễm trong nước dưới dạng các ion hoà tan, nhờ lực hút tĩnh điện. Hệ thống ED bao gồm tập hợp các màng, đặt giữa đường đi của dòng điện một chiều phát ra từ 2 điện cực ở hai đầu. Nước muối đi qua giữa các màng đặt.

Nguyên tắc của quá trình ED là tách các ion ra khỏi nước bằng cách đẩy các ion qua lớp màng thấm ion vuông góc với hướng dòng điện và vận tốc dòng muối phải đủ lớn để xáo trộn hoàn toàn. Về cấu tạo, các màng cation và anion đặt xen kẽ nhau giữa hai điện cực âm, dương ngăn cách bởi các miếng đệm plastic và hình thành nên cụm ngăn (membrane stack). Cụm màng này có hàng trăm cặp ngăn, mỗi cặp gồm ngăn loãng (dilute cell) và ngăn đậm đặc (concentrate cell) cạnh nhau. Dòng đậm đặc và loãng được thu qua ống thu riêng, như trong hình:

Phương pháp thẩm tách điện

Do sự di chuyển của các ion, nước trong một ngăn có hàm lượng ion giảm đi trong khi lượng ion trong ngăn kế bên đậm đặc hơn, như vậy sẽ tạo ra hai dòng: dòng nước mặn loãng và dòng nước mặn đậm đặc.

Ưu nhược điểm:

• Hoạt động đơn giản, chi phí vận hành ít tốn kém
• Không phù hợp cho nước có độ cứng cao, cần phải thêm bước tiền xử lý

1. Tổng kết:

Mặc dù chi phí khử mặn dường như đang giảm dần nhưng nhìn chung chúng vẫn đắt hơn so với quá trình xử lý nước cấp thông thường. Với tình hình chung ở Việt Nam, sử dụng màng thẩm thấu ngược RO là hiệu quả và tiết kiệm kinh tế.

Hy vọng bài viết trên đã cung cấp cho bạn những thông tin rõ hơn về công nghệ xử lý mặn hiện nay.

Liên hệ với SWD để được tư vấn hệ thống xử lý nước nhiễm mặn phù hợp nhé!