Sự cần thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu đang tạo ra nhiều rủi ro thiên tai cho Việt Nam, đặc biệt là tỉnh Quảng Ninh, với sự thay đổi về lượng mưa và gia tăng tần suất giông bão Mực nước biển dâng cao ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề nước sạch và vệ sinh môi trường, làm tăng nguy cơ lũ lụt tại các vùng đất trũng ven biển Khoảng 70% dân cư sống gần bờ đang phải đối mặt với những đe dọa không thể dự đoán từ mực nước biển dâng và các thiên tai khác Biến đổi khí hậu có thể dẫn đến tình trạng ngập lụt và nhiễm mặn, gây khó khăn cho nông nghiệp và cung cấp nước sinh hoạt Theo báo cáo của Ngân hàng Thế giới (WB) và Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), nếu mực nước biển dâng cao 1m, gần 12% diện tích và 11% dân số Việt Nam sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng Nghiên cứu của Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) cho thấy sản xuất lúa gạo tại Việt Nam có thể giảm mạnh, và hàng chục ngàn hécta đất canh tác có nguy cơ bị nhấn chìm vào cuối thế kỷ này, buộc hàng ngàn gia đình ven biển phải tái định cư.
Trong những năm gần đây, Việt Nam đã tập trung vào công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ trong xây dựng công trình và khai thác tài nguyên ven biển Chiến lược Biển Việt Nam đến năm 2020 hướng tới việc xây dựng một quốc gia mạnh về biển, bảo vệ chủ quyền quốc gia và phát triển kinh tế - xã hội gắn liền với quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trường Chính phủ đã đề ra các chính sách hấp dẫn để thu hút nguồn lực cho phát triển kinh tế biển và xây dựng các trung tâm kinh tế lớn tại vùng duyên hải, góp phần quan trọng vào sự phát triển toàn diện của đất nước.
Quyết định 47/2006/QĐ-TTg, ban hành ngày 1-3-2006, nhằm mục tiêu tăng cường công tác điều tra về điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên và môi trường biển Việt Nam Quyết định này cũng xác lập cơ sở khoa học và pháp lý để nâng cao quản lý nhà nước, phát huy tiềm năng và lợi thế, đồng thời phục vụ cho sự phát triển bền vững của các vùng biển, ven biển và hải đảo của đất nước.
Trong thập kỷ tới, Việt Nam có thể đối mặt với tình trạng giảm lượng mưa đáng kể, ảnh hưởng đến hơn 12 triệu người do thiếu nước ngày càng gia tăng Đặc biệt, các khu dân cư ven biển và hải đảo, nơi nguồn nước bị nhiễm mặn và chưa có hệ thống cấp nước tập trung, cần nghiên cứu các phương pháp xử lý nước nhiễm mặn để xây dựng hệ thống cấp nước nhỏ Khi nguồn nước ngầm cạn kiệt, việc ưu tiên sử dụng nguồn nước mặt trở thành giải pháp quan trọng để đảm bảo cung cấp nước theo mục tiêu đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đến năm 2020.
Xuất phát từ thực trạng ô nhiễm nước nhiễm mặn và cơ sở khoa học hiện có, nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn trở nên cần thiết Trên thế giới, phương pháp màng lọc đã được áp dụng rộng rãi để xử lý nước mặn Do đó, tác giả chọn đề tài “nghiên cứu sử dụng màng lọc NF trong dây chuyền công nghệ xử lý nước lợ thành nước cấp sinh hoạt khu vực ven biển Quảng Ninh” Đề tài này không chỉ kế thừa các nghiên cứu toàn cầu về ứng dụng màng lọc mà còn hướng đến việc lựa chọn mô hình phù hợp cho khu vực nghiên cứu.
Mục tiêu của đề tài
Tìm hiểu về lý thuyết màng lọc NF trong xử lý nước lợ và nước biển thành nước cấp phục vụ sinh hoạt là cần thiết Bài viết này sẽ phân tích quy trình và tính toán dây chuyền xử lý nước lợ để cung cấp nước sinh hoạt cho khu vực ven biển Quảng Ninh.
Đối tượng và phạm vi của đề tài
* Đối tượng: - Nước sông bị nhiễm mặn ( nước lợ)
* Phạm vi:- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình khử mặn nước lợ bằng màng NF
- Nghiên cứu để lựa chọn công nghệ xử lý nước lợ thành nước sinh hoạt cho khu vực các hộ dân- ven biển tỉnh Quảng Ninh
Nội dung chủ yếu của luận văn
- Tìm hiểu tình hình ứng dụng màng NF để xử lý nước cấp hiện nay trên thế giới và Việt Nam
- Nghiên cứu lý thuyết quá trình khử muối bằng lọc màng NF để cấp nước sinh hoạt
- Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước lợ thành nước sinh hoạt cho vùng ven biển Quảng Ninh
- Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ đề xuất
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, dựa trên các tài liệu khoa học đã được công bố và áp dụng rộng rãi trên thế giới
Phương pháp nghiên cứu được áp dụng dựa trên những thành tựu khoa học đã đạt được, đồng thời phân tích và liên hệ với các đặc điểm riêng biệt của vùng biển Quảng Ninh.
- Tham khảo ý kiến chuyên gia
- Phương pháp thự nghiệm: lấy mẫu phân tích và cập nhật các số liệu về chất lượng nước nguồn
- Phương pháp dung phần mềm ROSA để xác định chất lượng sau khi đi qua màng lọc NF.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Phát triển một phương pháp luận hiệu quả để xử lý nước lợ với chi phí thấp và thân thiện với môi trường là cần thiết nhằm giải quyết vấn đề khan hiếm nước tại các vùng ven biển, đặc biệt là khu vực ven biển Quảng Ninh.
Dây chuyền công nghệ tinh toán thiết kế xử lý nước lợ bằng công nghệ lọc màng NF có thể được áp dụng để phát triển hệ thống cung cấp nước sinh hoạt cho các khu dân cư ven biển tại tỉnh Quảng Ninh, đặc biệt là cho các trạm xử lý nước nhỏ với công suất dưới 150 m³/ngày.
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MÀNG NF ĐỂ XỬ LÍ NƯỚC LỢ VÀ NƯỚC BIỂN
Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Nước biển ngày càng trở nên quan trọng trong việc cung cấp nước uống do nguồn nước ngọt tự nhiên ngày càng hạn chế Theo khảo sát, 97,5% nước trên Trái đất là nước biển, trong khi chỉ 2,5% là nước ngọt, chủ yếu dự trữ trong sông băng, tảng băng và dưới lòng đất Nguồn nước ngọt dễ sử dụng như trong sông và hồ chỉ chiếm 0,01% tổng lượng nước ngọt Đến năm 2025, dân số toàn cầu dự kiến sẽ đạt 8 tỷ người, trong đó 3,5 tỷ người sẽ phải đối mặt với tình trạng thiếu nước.
Tình trạng thiếu nước nghiêm trọng do gia tăng dân số và đô thị hóa đã khiến nhiều quốc gia áp dụng công nghệ khử mặn để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt Khử mặn (desalination) là quá trình loại bỏ muối và các chất hòa tan từ nước biển, nước lợ hoặc nước ngầm bị nhiễm mặn Tùy thuộc vào công nghệ xử lý và mục đích sử dụng, quá trình này có thể tạo ra nước đạt tiêu chuẩn cho sinh hoạt, công nghiệp hoặc tưới tiêu.
Trong quá trình xử lý nước cấp từ nguồn nước tự nhiên, các vật liệu lọc như cát và sỏi chỉ có khả năng loại bỏ chất bẩn thô và một phần nhỏ hợp chất đã kết tủa như sắt, mangan, trong khi các chất độc hại hòa tan vẫn không được lọc hiệu quả Sự xuất hiện của các vật liệu như gốm, than hoạt tính (đặc biệt là than dừa), nhựa polypropylene và nhựa trao đổi ion đã cải thiện đáng kể khả năng lọc nước Tuy nhiên, các vật liệu này chủ yếu chỉ giữ lại các hạt chất bẩn nhỏ, còn vi sinh vật vẫn chưa được lọc tốt.
Do hạn chế của các vật liệu lọc truyền thống, kỹ thuật màng lọc đã được phát triển và ứng dụng trong xử lý nước và nước thải trong gần 30 năm qua Phương pháp này có nhiều ưu điểm về kỹ thuật, quy mô sản xuất và chi phí hoạt động Kỹ thuật màng có khả năng loại bỏ nhiều loại tạp chất như chất huyền phù, chất keo, chất hữu cơ và các ion nhỏ Màng hoạt động như một hàng rào, cho phép dòng chảy của chất lỏng nhưng ngăn chặn các cấu tử không mong muốn Phương pháp thẩm thấu ngược (RO) lần đầu tiên được áp dụng tại Mỹ để sản xuất nước tinh khiết, có khả năng loại bỏ tới 99% chất tan Tuy nhiên, quá trình này cũng làm giảm nồng độ các ion canxi và magie, dẫn đến sản phẩm nước cần được bổ sung chất dinh dưỡng để đạt tiêu chuẩn nước uống theo WHO.
Ngành công nghiệp khử nước mặn đã phát triển thành một lĩnh vực thương mại quan trọng từ những năm 1950 và 1960 Đặc biệt trong những năm 1970, nhờ vào việc giảm giá thành và tăng hiệu quả, công nghệ khử mặn với màng lọc đã trở thành một giải pháp chiến lược, cung cấp nguồn nước đáng tin cậy để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt.
Hiện nay ước tính toàn cầu có hơn 12,000 nhà máy xử lý nước biển và nước lợ trên
Trên toàn cầu, có 140 quốc gia đang hoạt động với tổng công suất xử lý nước lên tới 40 triệu m³/ngày, trong đó 57,4% là từ xử lý nước biển (WHO, 2008) Công suất khử mặn toàn cầu đạt gần 9,6 tỷ m³, với các quốc gia thuộc Hội đồng Hợp tác Vùng Vịnh (GCC) như Ả Rập, Kuwait, Tiểu Vương quốc Ả Rập thống nhất, Bahrain, Qatar và Oman chiếm 47% tổng công suất này.
Trong hơn 30 năm qua, các nước thuộc GCC đã xây dựng và mở rộng 36 nhà máy khử mặn để đáp ứng nhu cầu nước ngày càng tăng Hiện tại, có 21 nhà máy trên bờ biển Đỏ và 15 nhà máy trên vùng vịnh, với sản lượng khử mặn tăng từ 1,5 tỷ m³ vào năm 1990 lên 2,7 tỷ m³ vào năm 2000 Năm 2001, một nhà máy ở Ả Rập Saudi đã đạt công suất hơn 1 tỷ m³, trở thành nhà máy khử mặn lớn nhất thế giới Hơn 85% nhà máy khử mặn trong khu vực sử dụng công nghệ chưng cất nhanh nhiều tầng (MSF), đồng thời sản xuất điện Phần lớn các nhà máy còn lại áp dụng công nghệ lọc thẩm thấu ngược (RO).
Công nghệ thẩm thấu ngược RO có khả năng xử lý nước biển với nồng độ muối 35.000 mg/l thành nước đạt tiêu chuẩn sinh hoạt (nồng độ muối không vượt quá 250 mg/l) nhưng yêu cầu áp lực tổng cộng từ 60 đến 100 atm Do đó, chi phí đầu tư, vận hành và quản lý của công nghệ RO rất cao.
Vật liệu chế tạo chịu được áp suất cao
Bơm tạo được áp suất cao
Chi phí điện năng cao
Màng lọc phải thay thể thường xuyên do tắc nghẽn
Do đó, nhu cầu cấp thiết là phải giảm được áp lực cần cung cấp trong xử lý bằng
Màng lọc Nano Filtration (NF) đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia như Mỹ và Nhật Bản, đạt được nhiều thành tựu quan trọng Hiện nay, công nghệ NF đang được tích cực áp dụng trong lĩnh vực xử lý nước, góp phần giải quyết vấn đề nước sạch Các nhà khoa học xem NF là một giải pháp tiềm năng cho việc cung cấp nước sạch hiệu quả.
NF carbon là những ống carbon siêu nhỏ với đường kính chỉ vài phần tỷ mét, nhỏ hơn 100.000 lần so với sợi tóc Chúng nhẹ hơn thép đến 6 lần nhưng bền hơn vật liệu này đến 100 lần.
NF carbon nổi bật với các đặc tính như siêu cứng, siêu bền và nhẹ, đồng thời có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt Màng lọc NF (nanofilter, hyperfilter) có kích thước lỗ nhỏ (10^-7 cm) và có khả năng chặn các phân tử có trọng lượng từ 200-500 Loại màng này rất phù hợp cho quá trình làm mềm nước, loại bỏ một số chất hữu cơ hòa tan, cũng như các ion natri, chì, sắt, niken và thủy ngân (II) Áp suất động lực của màng lọc NF thấp hơn so với màng thẩm thấu ngược, với cấu trúc bất đối xứng và tổ hợp composite Độ dày của màng bao gồm lớp đỡ 150 μm và lớp da màng 1 μm, với kích thước lỗ xốp 0,05 m³.m^-2.ngày^-1.bar^-1 Cơ chế hoạt động của màng dựa trên sự hòa tan và khuếch tán, được chế tạo từ vật liệu polome Màng lọc NF được ứng dụng trong xử lý nước lợ, làm mềm nước, loại bỏ chất hữu cơ và sản xuất nước siêu tinh khiết mà không cần sử dụng các phản ứng hóa học.
Công nghệ xử lý nước thông thường bao gồm các bước như lọc, bức xạ tử ngoại, xử lý hóa học và khử muối, trong đó công nghệ NF được ứng dụng rộng rãi với nhiều loại màng lọc và bộ lọc, bao gồm ống NF cacbon, gốm xốp NF, hạt NF từ tính và các vật liệu NF khác Các màng tách rời với cấu trúc NF có thể được sử dụng trong các phương pháp chi phí thấp để cung cấp nước uống hiệu quả Ưu điểm nổi bật của màng lọc NF là khả năng loại bỏ tạp chất và cung cấp nguồn nước sạch, an toàn cho người sử dụng.
Chí phí vận hành thấp
Chi phí năng lượng thấp
Lượng thải sau xử lý ít (so với RO)
Giảm lượng TDS, đặc biệt hiệu quả đối với nước lợ
Loại bỏ các chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu, các hóa chất hữu cơ
Loại bỏ kim loại nặng, nitơrat và sunfat
Loại bỏ mầu, độ đục, làm mềm nước cứng
Không cần bất cứ hóa chất nào trong quá trình xử lý
Màng lọc NF nổi bật so với các công nghệ vi lọc, siêu lọc và thẩm thấu ngược nhờ khả năng đáp ứng tốt yêu cầu chất lượng xử lý nước Với hiệu ứng điện tích bề mặt, màng NF có thể giữ lại các ion hóa trị cao trong khi các ion hóa trị I gần như không bị giữ lại, tạo ra sự chênh lệch nồng độ rõ rệt giữa nước đầu vào và nước đi qua màng Công nghệ lọc nano mang lại nhiều ưu điểm như áp suất hoạt động thấp, tốc độ lọc cao, khả năng bắt giữ chọn lọc các ion và hợp chất hữu cơ, cùng với chi phí vận hành và bảo trì hợp lý, trở thành giải pháp hiệu quả để loại bỏ ô nhiễm trong nước thải, đặc biệt là đối với nước có độ cứng, asen và sunphat.
Cuối thế kỷ 20, công nghệ NF đã có sự phát triển mạnh mẽ, cho phép sản xuất các vật liệu với hạt hoặc màng kích thước nanô Công nghệ này tận dụng khả năng lọc nước hiệu quả từ các vật liệu mới, mở ra nhiều ứng dụng trong xử lý nước và bảo vệ môi trường.
Công nghệ lọc nano (NF) đã cho phép chế tạo các máy lọc tinh, có khả năng loại bỏ các hạt bẩn nhỏ, bao gồm cả vi khuẩn, trong khi vẫn giữ lại các khoáng chất và nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể Ưu điểm này xuất phát từ tính chất đặc biệt của vật liệu nano, điều mà các chất liệu lọc khác không có Việc ứng dụng màng lọc trong sản xuất nước uống bắt đầu từ Mỹ và các nước Trung Đông, và hiện nay, công nghệ này đã được phát triển rộng rãi trên toàn thế giới Theo J.C Schipers (2000), mỗi ngày có khoảng 9 triệu m³ nước uống được xử lý bằng phương pháp RO và 1 triệu m³ bằng NF và UF Mặc dù màng lọc NF có nguyên tắc lọc tương tự như RO, nhưng với kích thước lớn hơn, nó thường chỉ giữ lại ion hóa trị hai, trong khi ion hóa trị một như Na+ hay Cl- có thể đi qua Tuy NF không hiệu quả cao trong việc khử mặn nước biển, nhưng một số màng NF đặc biệt có khả năng giữ lại đến 90% ion hóa trị hai và gần 90% ion hóa trị một nhờ vào nguyên lý làm việc dựa trên khối lượng phân tử và điện hóa Các màng NF này hiện đang được phát triển và sản xuất bởi các công ty như TORAY Industry Inc (Nhật Bản), DOOSAN HYRO Techno (Hàn Quốc) và Dowfirm tech (Mỹ).
Tình hình nghiên cứu trong nước
Việt Nam sở hữu hơn 3.260 km đường biển, mang lại tiềm năng kinh tế biển to lớn Khoảng 60% dân số cả nước sinh sống tại các tỉnh ven biển, chủ yếu dựa vào việc khai thác tài nguyên biển Khu vực ven biển và hải đảo có 115 huyện thị với gần 18 triệu người, chủ yếu làm nghề cá, kết hợp với các nghề truyền thống như làm muối, vận tải ven bờ, dịch vụ du lịch và nông nghiệp, cùng với một số vùng có nghề thủ công.
Trong những năm gần đây, Việt Nam đã thúc đẩy chiến lược phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, đặc biệt trong việc xây dựng công trình và khai thác tài nguyên ven biển Chiến lược Biển Việt Nam đến năm 2020 đặt mục tiêu trở thành quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ biển, đồng thời bảo vệ chủ quyền quốc gia và phát triển bền vững Chính phủ đã phê duyệt “Đề án tổng thể về điều tra cơ bản và quản lý tài nguyên môi trường biển đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020” nhằm đẩy mạnh công tác điều tra và quản lý tài nguyên biển, phục vụ cho phát triển bền vững các vùng biển, ven biển và hải đảo.
Biến đổi khí hậu đang tạo ra nhiều rủi ro thiên tai cho Việt Nam, đặc biệt là tỉnh Quảng Ninh, với sự thay đổi về lượng mưa và gia tăng giông bão Mực nước biển dâng cao ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước sạch và vệ sinh môi trường, làm tăng nguy cơ lũ lụt cho các vùng đất trũng ven biển Khoảng 70% dân cư sống gần vùng ven bờ đang phải đối mặt với những đe dọa không lường trước từ mực nước biển dâng và các thiên tai khác Theo báo cáo của Ngân hàng Thế giới và ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu, mực nước biển dâng cao 1m có thể gây ra "khủng hoảng sinh thái", ảnh hưởng đến gần 12% diện tích và 11% dân số Việt Nam Nghiên cứu của Ngân hàng Phát triển Châu Á cũng chỉ ra rằng sản xuất lúa gạo ở Việt Nam có thể giảm mạnh, và hàng chục ngàn hécta đất canh tác có thể bị nhấn chìm vào cuối thế kỷ này, buộc hàng ngàn gia đình ven biển phải tái định cư.
Trong thập kỷ tới, lượng mưa ở Việt Nam có thể giảm mạnh, dẫn đến việc hơn 12 triệu người sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước ngày càng nghiêm trọng Do đó, việc tìm kiếm một nguồn tài nguyên nước ổn định là vô cùng cần thiết để cung cấp nước sinh hoạt cho cư dân vùng ven biển và hải đảo.
Từ năm 2006 đến 2008, PGS.TS Nguyễn Văn Tín đã chủ trì đề tài nghiên cứu khoa học trọng điểm cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo mang mã số B2006-03-12TĐ, với mục tiêu nghiên cứu mô hình cấp nước cho các khu dân cư ven biển và hải đảo Đề tài này tập trung vào việc sử dụng nguồn nước thô từ nước ngầm, nước mặt và nước mưa, vốn ít bị nhiễm mặn tại các vùng ven biển, do đó các mô hình đề xuất áp dụng công nghệ xử lý nước truyền thống.
Tại Việt Nam, nghiên cứu về công nghệ khử mặn nước biển và chế tạo vật liệu NF đã bắt đầu từ cuối những năm 1990 Viện Hoá học đang ứng dụng công nghệ cất nước biển bằng năng lượng mặt trời với chi phí khoảng 1 triệu đồng/m³ khi triển khai đại trà Hiện tại, công nghệ này đang được thử nghiệm tại Bến Tre và Thừa Thiên-Huế, trong đó một hệ thống tại ngư trường Bình Đại cung cấp 120-150 lít nước sạch mỗi ngày cho 8 công nhân, trong khi hệ thống nhỏ hơn ở thị xã Bến Tre đã đạt hiệu quả cao.
Vào năm 2003, Trung tâm tư vấn và chuyển giao công nghệ nước sạch và môi trường (CTC) đã nghiên cứu, thiết kế và lắp đặt hệ thống xử lý nước biển tại đảo Bạch Long Vĩ với tỷ lệ nội địa hóa đạt 70% Dây chuyền này bao gồm 5 thiết bị xử lý nước biển qua các công đoạn khác nhau, bắt đầu bằng việc lọc sạch rong, rêu và tảo bằng màng lọc 50 micromet Tiếp theo, thiết bị lọc đa năng loại bỏ các chất lớn hơn 20 micromet, sau đó, cation như Ca, Mg, Br được tách ra dưới dạng muối carbonat Thiết bị thứ tư tiếp tục loại bỏ các chất lớn hơn 5 micromet, và cuối cùng, nước biển được bơm áp suất cao 70 atm qua màng lọc RO đặc biệt để thực hiện quá trình thẩm thấu ngược Kết quả là thu được nước ngọt chiếm 36% lượng nước biển đầu vào, với giá thành khoảng 20.000 đồng/m³.
Nguyễn Bá Thắng, trong năm 2005, đã thực hiện nghiên cứu trong luận án tiến sĩ với đề tài “Nghiên cứu mô hình quy hoạch và quản lý hiệu quả hệ thống cấp nước đô thị Việt Nam đến năm 2020” Ông đã áp dụng bộ lọc màng UF lắp đặt sau các công đoạn xử lý nước ngầm truyền thống tại trạm cấp nước của trường Cao đẳng xây dựng công trình đô thị, nhằm nghiên cứu khả năng cấp nước uống trực tiếp.
Năm 2005, Viện Khoa học công nghệ nhiệt lạnh thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nghiên cứu thành công quy trình chưng cất nước ngọt từ nước biển bằng năng lượng mặt trời Với phương pháp bay hơi cưỡng bức, mỗi mét vuông vật liệu hấp thụ nhiệt của máy có khả năng sản xuất từ 15 đến 20 lít nước ngọt mỗi ngày, mặc dù năng suất thực tế hiện nay chỉ đạt khoảng 12 đến 13 lít/ngày.
Vào ngày 02/06/2008, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã chính thức đưa vào vận hành thiết bị xử lý nước biển thành nước ngọt với công suất 300 lít nước ngọt mỗi giờ, đáp ứng tiêu chuẩn của Bộ Y tế về nước sinh hoạt Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý thẩm thấu ngược, phục vụ nhu cầu nước sạch cho ngư dân Đà Nẵng.
Công nghệ RO sử dụng màng lọc của Mỹ giúp tách nước biển thành nước ngọt sạch dưới áp lực phù hợp, với nước mặn được dẫn ra ngoài Sau đó, nước ngọt được xử lý qua hệ thống lọc và tia cực tím UV, hoàn tất trong vòng 2 phút Nghiên cứu "Công nghệ chế tạo vật liệu lọc nanô từ axetat xenlulo" do TS Nguyễn Hoài Châu và nhóm khoa học Viện Công nghệ môi trường thực hiện năm 2007, đã chế tạo thiết bị lọc nanô công suất 100 lít nước/h, có khả năng xử lý nước sinh hoạt và nước thải ô nhiễm asen vượt mức cho phép 4-5 lần, cùng với nước thải có COD lớn hơn 5000 mg/L Kết quả cho thấy, màng lọc nanô có khả năng tách Albumin và bắt giữ chọn lọc các chất điện ly như NaCl, Na2SO4 và MgCl2, tương đương với màng Osmonics.
Màng lọc Axentat xenlulo được sử dụng để lọc nước biển thành nước sinh hoạt, đặc biệt hữu ích ở những khu vực thiếu nước ngọt Công nghệ lọc nanô không cần thêm hóa chất hay vi sinh vật, vẫn có thể loại bỏ tạp chất hiệu quả Nó có khả năng xử lý nước có độ cứng cao, COD lớn, cũng như nước bị ô nhiễm màu và nhiễm phèn chua mặn.
Nghiên cứu mới trên quy mô nhỏ cho thấy vấn đề xã hội hóa cấp nước cho cư dân ở vùng nước nhiễm mặn và thiếu nước ngọt vẫn là một thách thức lớn cần được tiếp tục điều tra.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ LỢ VÀ NƯỚC BIỂN BẰNG MÀNG NF ĐỂ CẤP NƯỚC CHO SINH HOẠT
Đặc điểm nguồn nước lợ
2.1.1.Sự phân bố nguồn nước
Theo khảo sát của các tổ chức quốc tế, 97% nước trên Trái đất là nước biển và 3% là nước ngọt.
Hình 2.1: biểu đồ phân bố nước trên trái đất
Bảng 2.1: Ước tính phân bố nước trên trái đất Nguồn nước Thể tích nước tính bằng km3
% của khối lượng nước Đại dương, biển và vịnh 1338.000.000 96,5 Đỉnh núi băng, song băng, và vùng tuyết phủ vĩnh cửu
Băng chìm và băng tồn tại vĩnh cửu
Nguồn: Gleck, P.H., 1996: tài nguyên nước, Bách Khoa từ điển về khí hậu và thời tiết S.H.Schereice, Nhà xuất bản Đại học OxFord, NewYork, quyển 2, trang 817-
Phần lớn nước ngọt trên Trái Đất được lưu trữ trong các sông băng, tảng băng và dưới lòng đất, trong khi chỉ có 0,01% nước ngọt có thể sử dụng dễ dàng từ sông và hồ Với dân số toàn cầu dự kiến đạt 8 tỷ vào năm 2025, 4,5 tỷ người sẽ phải đối mặt với tình trạng thiếu nước nghiêm trọng.
2.1.2 Sự hình thành nước lợ
Nước lợ hình thành do các nguyên nhân chính sau:
- Nước nhiễm mặn từ các Đại dương cổ bị chia cắt thay đổi bởi kết cấu của kiến tạo địa tầng trái đất
- Nước lợ hình thành từ kết cấu địa chất của lòng hồ, bị nhiễm mặn do thẩm thấu nước từ biển qua các lớp địa tầng
- Muối được các dòng sông tràn bờ hay các cơn lũ mang theo vào hồ nước
Sự hạ thấp mực nước ngầm dẫn đến hiện tượng xâm nhập mặn từ biển khi cột thuỷ áp của nước ngầm giảm xuống dưới mực nước biển Hiện tượng này xảy ra do sự thay đổi điều kiện cân bằng nước ngầm tự nhiên hoặc do khai thác nước ngầm quá mức, làm cho mực nước ngầm giảm và biên mặn dịch chuyển vào đất liền.
Biến đổi khí hậu đang làm tăng mực nước biển, dẫn đến tình trạng ngập lụt và xâm nhập mặn tại Việt Nam Sự gia tăng mực nước biển không chỉ nhấn chìm đất liền mà còn gây ra nhiễm mặn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sinh kế của người dân.
Các sông, hồ và đầm nước ngọt thường bị ảnh hưởng bởi thủy triều, đặc biệt là những đoạn sông gần cửa biển, nơi có hiện tượng xâm nhập mặn do sự tiến của nước biển.
- Khai thác nước ngầm ven biển quá mức gây xâm nhập mặn Ví dụ: khai thác nước ngọt để nuôi tôm trên cát phá vỡ cân bằng nước ngầm…
- Sử dụng nước mặn trong các hoạt động công nghiệp như khai thác titan…
- Do các cửa sổ địa chất làm xâm nhập nước mặn
Theo báo cáo của Ngân hàng Thế giới, Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất bởi mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu Đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng là những khu vực dễ bị tổn thương nhất, thường xuyên đối mặt với ngập lụt, xâm nhập mặn và các hiện tượng thời tiết cực đoan.
2.1.3 Thành phần và đặc tính nước lợ
Nước lợ là sự kết hợp giữa nước ngọt và nước mặn, dẫn đến nồng độ các chất trong nước lợ tuân theo các định luật hóa học và bảo toàn khối lượng Do đó, nước lợ sở hữu đầy đủ các tính chất của cả nước mặn và nước ngọt, nhưng với nồng độ các chất khác biệt so với hai nguồn nước đã hòa trộn.
Nước lợ là khái niệm có sự thay đổi tùy theo quan điểm, với các tiêu chuẩn kỹ thuật của Anh-Mỹ định nghĩa nước lợ chứa từ 0,5 hoặc 1 đến 17 gam muối hòa tan trong mỗi lít nước, thường được biểu diễn dưới dạng phần nghìn (ppt hay ‰) Trong khi đó, Bách khoa Toàn thư Việt Nam xác định nước lợ có độ mặn từ 1 đến 10 g/L hay 1 đến 10 ppt Đặc điểm nổi bật của nhiều bề mặt nước lợ là độ mặn có thể dao động mạnh theo thời gian và không gian.
Nước biển chủ yếu chứa các anion như Cl-, SO4²-, CO3²-, SiO2 và cation như Na+, Ca²+ Nồng độ muối trong nước biển cao gấp 2000 lần so với nước ngọt Biển và các đại dương kết nối với nhau, dẫn đến sự đồng nhất về thành phần hóa học trong nước biển Ngoài H2 và O2, các ion Na+, Cl- và Mg cũng chiếm tỷ lệ đáng kể trong nước biển.
90%; K + , Ca 2+ , S (Dưới dạng SO4 -2) chiếm 7% tổng lượng các chất → nước lợ tồn tại các anion như Cl - , SO4 2-, CO3 2-, SiO2,…và các cation như Na + , Ca 2+ ,…
Ngoài các đặc tính của nước mặn, nước lợ còn mang các tính chất của nước ngọt như: độ màu, mùi, nồng độ chất hữu cơ, …
Bảng 2.2: thành phần của nước lợ, nước biển Thành phần Đơn vị
Giếng khoan b hồ nước c nước bề mặt d nước xử lý sơ bộ qua tầng địa chất e
(COD) mg/L 1.5 10 3.6 2.4 20 - 30 - Độ màu Pt