Lý thuyết màng lọc công nghệ RO

Công nghệ lọc RO được phát minh ở Mỹ từ nhiều năm trước để dành cho lĩnh vực hàng hải, quân đội. Mãi đến sau này công nghệ RO mới được ứng dụng rộng rãi phục vụ cho đời sống và sản xuất trong xã hội Màng lọc RO (Reverse osmosis) là cơ chế lọc thẩm thấu ngược, nó ngược với các cơ chế lọc thẩm thấu thông thường khác như lõi lọc Nano và lọc UF không dùng điện.

Công nghệ RO

I Lý thuyết chung về màng lọc.

1 Khái ni m ệ : Màng l c là m t l p màng v t li u ọ ộ ớ ậ ệ

m ng có kh năng phân tách v t ch t theo đ c tính ỏ ả ậ ấ ặ

v t lý và hóa h c c a chúng khi ch u m t áp l c ậ ọ ủ ị ộ ự

nh t đ nh Màng l c ngăn cách gi a hai pha, có kh ấ ị ọ ữ ả năng t o ra s c c n đ tách m t s ph n t có ạ ứ ả ể ộ ố ầ ử trong n ướ c nh c n l l ng, ion, vi sinh v t khi cho ư ặ ơ ử ậ dung d ch đi qua màng ị

Màng l c có th đ ọ ể ượ c phân lo i theo kích th ạ ướ c c a ủ

v t ch t và áp l c trên màng ậ ấ ự Thông qua quá trình làm vi c c a màng l c, dòng ệ ủ ọ

h n h p đ u vào đ ỗ ợ ầ ượ c phân tách làm hai ph n: m t ầ ộ

ph n là dung dich sau l c và ph n nh ng v t ch t b ầ ọ ầ ữ ậ ấ ị

gi l i tr ữ ạ ướ c màng l c Màng l c có th áp d ng đ ọ ọ ể ụ ể làm s ch hay làm đ m đ c m t dung d ch hay phân ạ ậ ặ ộ ị tách m t h n h p ộ ỗ ợ

2.Các u đi m c a màng l c: ư ể ủ ọ

Quá trình màng l c x y ra đi u ki n nhi t đ ọ ả ở ề ệ ệ ộ bình thường và các dung d ch tham gia không có s ị ự thay đ i v pha, đây là u đi m l n so v i phổ ề ư ể ớ ớ ương pháp tách b ng ch ng ch t.ằ ư ấ

Quá trình phân tách v t ch t qua màng không ậ ấ

c n có hóa ch t ph gia nh m t s các quá trình ầ ấ ụ ư ộ ố khác trong x lý nử ước, ví d : l ng và l cụ ắ ọ

3 Phân lo i và ng d ng màng l c: ạ ứ ụ ọ

Màng l c có th đọ ể ược phân lo i theo kích c ạ ỡ

l c và m c đ áp l c Ngoài ra màng l c có th ọ ứ ộ ự ọ ể phân lo i theo v t li u c u t o màng, hình dáng ạ ậ ệ ấ ạ hình h c.ọ

M t s lo i màng độ ố ạ ược s d ng trong công ử ụ ngh x lý nệ ử ước c p và nấ ước th i nh :ả ư

+ Màng vi l c (micro filtration MF).ọ + Màng siêu l c (ultra filtration UF)ọ + Màng l c th m th u ngọ ẩ ấ ược (RO)

+ Màng l c nano (Nano fitration NF).ọ

Màng vi l c MF ọ có kích th ướ ỗ ỗ c l r ng l n nh t, dùng đ ớ ấ ể

lo i b các c n có kích th ạ ỏ ặ ướ ớ c l n, các đ i phân t đ ạ ử ượ c tách

ra t các phân t l n khác, protein, hay các m nh v t bào ừ ử ớ ả ỡ ế

ng d ng quan tr ng trong l c n c đ n gi n các chu trình

cu i, ví d dùng trong l c n ố ụ ọ ướ c ép trái cây, s a, r ữ ượ u vang, bia và d ượ c ph m vô trùng Màng tinh l c ho t đ ng áp ẩ ọ ạ ộ ở

su t t ấ ươ ng đ i th p ố ấ

Màng siêu l c UF ọ có kích th ướ ỗ c l kho ng 0,01 micron có ả

th lo i b m t s virus, trong khi màng tinh l c có kích ể ạ ỏ ộ ố ọ

th ướ ỗ c l kho ng 0,1 micron, ch có th lo i b m t s loài vi ả ỉ ể ạ ỏ ộ ố sinh v t không bao g m virus.Màng UF ng d ng trong l c ậ ồ ứ ụ ọ

d u, n ầ ướ c ép trái cây, s a và s a chua, s n, d ữ ữ ơ ượ c ph m, ẩ

r ượ u n ướ c u ng, và n ố ướ c th i c p ba ả ấ Tuy nhiên c tinh l c ả ọ

và siêu l c đ u không th lo i b các ch t hòa tan, tr khi ọ ề ể ạ ỏ ấ ừ các ch t này đ ấ ượ c h p ph tr ấ ụ ướ c b ng than ho t tính ho c ằ ạ ặ

đ ượ c keo t b ng phèn nhôm ho c s t ụ ằ ặ ắ

Màng RO: có kích th ướ ỗ c l kho ng 0,0001 micron Ngoài ả

vi c lo i b t t c các phân t h u c và virus, màng RO ệ ạ ỏ ấ ả ử ữ ơ

lo i b h u h t các ion đ n tr , các khoáng ch t có m t ạ ỏ ầ ế ơ ị ấ ặ

trong n ướ c Do đó màng RO đ ượ ứ c ng d ng ph bi n trong ụ ổ ế

kh mu i, kh m n, kh khoáng đ s n xu t n ử ố ử ặ ử ể ả ấ ướ c tinh

khi t v i tính kinh t cao h n so v i ph ế ớ ế ơ ớ ươ ng pháp ch ng ư

c t ấ

Màng NF: có kích th ướ ỗ c l kho ng 0,001 micron Có ả

ch c năng t ứ ươ ng t nh màng th m th u ng ự ư ẩ ấ ượ c, nh ng ư

th ườ ng đ ượ c s d ng đ lo i b các ion đa hóa tr , các ử ụ ể ạ ỏ ị

ch t h u c đ n phân t , g n nh t t c các virus, h u ấ ữ ơ ơ ử ầ ư ấ ả ầ

h t các v t ch t h u c t nhiên và các mu i Các ion đ n ế ậ ấ ữ ơ ự ố ơ

tr nh Na, Cl s đi qua nó, do đó nó th ị ư ẽ ườ ng đ ượ c s d ng ử ụ cho quá trình ti n l c trong kh mu i n ề ọ ử ố ướ c m n Trong x ặ ử

lý n ướ c, màng NF có th đ ể ượ c s d ng đ làm m m n ử ụ ể ề ướ c,

lo i b thu c tr sâu, kh màu ạ ỏ ố ừ ử

II.Công nghệ RO

• Công nghệ lọc RO được phát minh ở Mỹ từ nhiều năm trước để dành cho lĩnh vực hàng hải, quân đội Mãi đến sau này công nghệ RO mới được ứng dụng rộng rãi phục vụ cho đời sống và sản xuất trong xã hội.

• Màng lọc RO (Reverse osmosis) là cơ chế lọc thẩm thấu ngược, nó ngược với các cơ chế lọc thẩm thấu thông thường khác như lõi lọc Nano và lọc UF không dùng điện.

1.Cấu tạo màng

Lõi lọc RO hiện tại được biết đến là lõi lọc được cấu thành bởi các cụm (module) chồng màng lọc được cuộn tròn lại, mỗi một cụm (module) màng lọc bao gồm một màng dẫn nước sạch, một màng lọc thẩm thấu ngược và một màng dẫn nước cấp

Những màng trên được xếp chồng lên nhau và quấn quanh ống thu hồi nước sạch trung tâm Màng thẩm thấu ngược được quấn tròn để hình thành kênh nước cấp ở giữa hai bề mặt ngoài liền kề của màng Kênh nước sạch được hình thành từ mặt trong liền kề của màng lọc thẩm thấu ngược.

.

Lõi lọc thẩm thấu ngược RO được dán kín ở 2 mép bên của kênh nước sạch và 1 mép một ở cách xa ống thu hồi nước sạch trung tâm Do đó, nước sau khi thẩm thấu sẽ chảy tập trung về một bên mép còn lại và nối với ống dẫn nước sạch

trung tâm

Sau khi cụm (module) màng lọc được quấn quanh ống nước sạch trung tâm, toàn

bộ mặt ngoài của lõi lọc sẽ được bọc bởi một màng nhựa mỏng bên ngoài được dán kín trừ 2 đầu của lõi lọc

Đầu tiên nước sẽ vào kênh nước cấp ở một đầu của lõi lọc: một phần của nước cấp sẽ được lọc bởi màng RO và chảy vào ống nước sạch trung tâm thông qua màng dẫn nước; một phần khác mà không được lọc qua màng RO là nước thải sẽ chảy dọc theo màng dẫn nước cấp và được thải ra ngoài ở đầu còn lại của lõi lọc

Hướng của nước cấp và hướng của nước thải ra là cùng một hướng

Tuy nhiên, do kênh nước cấp rộng và đường đi của nước ngắn thì tốc độ dòng

chảy của nước cấp dọc theo kênh nước cấp là tương đối thấp và dẫn đến hiện

tượng phân cực nồng độ rất dễ xảy ra trên bề mặt của màng lọc Điều này dẫn đến làm tăng tốc độ bám bẩn màng lọc, giảm tỉ lệ loại bỏ tạp chất, năng suất lọc thấp và tuổi thọ lõi lọc ngắn

2 Một số ứng dụng của RO

2.1 Trong công nghệ lọc nước đóng chai

Trong sản xuất nước khoáng đóng chai, nước đi qua một bộ xử lý nước

RO để loại bỏ các chất ô nhiễm và vi sinh vật Trong thực tế, một phần nhỏ của các vi khuẩn sống và có thể đi qua màng RO thông qua các

khiếm khuyết nhỏ, hoặc đi qua màng thông qua các rò rỉ nhỏ

Vì vậy, hệ thống RO nên sử dụng ánh sáng tia cực tím hoặc ozon để

ngăn chặn ô nhiễm vi sinh cho chắc chắn RO được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác như xử lý nước mưa, nước phục vụ nồi hơi công

nghiệp, nước cho nhà máy nhiệt điện, xử lý nước thải, nước khử ion cho sản xuất dược phẩm…

• 2.2 Ứng dụng của RO trong công nghiệp thực phẩm

Thẩm thấu ngược được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp

sữa để sản xuất bột whey protein (chất lỏng còn lại sau khi sản xuất pho mát) và nồng độ của sữa để giảm chi phí vận chuyển, được cô

đặc bởi RO có tổng chất rắn từ 5% thành 18-22% để làm giảm kết tinh

và chi phí làm khô bột lactose Trong ngành công nghiệp rượu vang,

RO được sử dụng rộng rãi

tiệt khuẩn) được sử dụng để đảm bảo nước hoàn toàn tiệt trùng

2.3 Ứng dụng trong Công nghệ rửa xe

Do hàm lượng khoáng chất thấp hơn, nước thẩm thấu ngược thường được sử dụng trong rửa xe trong chiếc xe cuối cùng rửa sạch để ngăn chặn nước đốm trên xe Nước thẩm thấu ngược cũng cho phép các

nhà khai thác rửa xe để giảm nhu cầu về các thiết bị xe khô, chẳng hạn như máy thổi khí

2.4 Khử trùng

Thẩm thấu ngược là một rào cản có hiệu quả để ngăn các vi khuẩn gây bệnh Tuy nhiên trong quá trình xử nước, màng có thể bị tổn hại và các vấn đề tái nhiễm vi khuẩn Khử trùng bằng đèn tia cực tím (còn gọi là diệt khuẩn hoặc tiệt khuẩn) được sử dụng để đảm bảo nước hoàn toàn tiệt trùng

3 Thông số tính toán

• Trong đó:

• Qw: lưu lượng nước qua màng có chiều dày d Dw: hệ số khuếch tán

Cw: Nồng độ nước thải V: thể tích mol của nước P: áp suất tạo động lực cho quá trình.

( )

w

.

.d

D C V

• Qn – lưu lượng nước qua màng

• Kn – Hệ số thấm của nước qua màng

• S – diện tích bề mặt của màng

• e – chiều dày màng

• P – độ chênh lệch áp lực qua màng

• П – độ chênh lệch áp lực thẩm thấu của dung dịch trước và sau màng

• Kt hệ số nhiệt độ

S