Tắc màng là một hiện tượng vơ cùng phức tạp và khó có thể định nghĩa chính xác. Nói chung, thuật ngữ này được dùng để mô tả sự kết phủ không mong muốn của các tiểu phân chất tan bị lưu giữ lại trên bề mặt và bên trong các lỗ xốp của màng trong quá trình tách lọc [21,45,72].
Tùy thuộc vào bản chất hóa học của các tiểu phân gây tắc màng (foulants), có thể phân biệt một vài kiểu tắc màng xảy ra trên màng, như tắc màng gây bởi các hợp chất vô cơ (cặn), tắc màng gây bởi các hợp chất keo, tắc màng gây bởi các hợp chất hữu cơ hay tắc màng sinh học [90,117].
Tắc màng gây bởi các chất vô cơ hay sự tạo thành cặn bám (scale) trên bề mặt màng là do sự tăng nồng độ của một hay nhiều muối vô cơ khi vượt quá giới hạn độ tan của chúng, và bị kết tủa trên bề mặt màng [25]. Sự đóng cặn thường liên quan đến sự tạo thành kết tủa của các muối tan thuận nghịch như CaCO3, CaSO4.xH2O, và Ca3(PO4)2. Các tiểu phân có nguy cơ gây đóng cặn lớn nhất trong quá trình lọc là CaCO3 và CaSO4.2H2O, các tiểu phân tiềm năng khác là BaSO4, SrSO4, Ca3(PO4)2 và Fe(OH)3 [90,117].
Khi hiện tượng tắc màng xảy ra bởi các tiểu phân keo và các hạt lơ lửng có kích thước trong khoảng một vài nanomet đến một vài micromet, ví dụ như các khống sét, muối silic và hydroxide của các kim loại nặng [90,117], nồng độ của các tiểu phân keo bị lưu giữ trên bề mặt màng tăng lên, tạo điều kiện cho sự kết tụ của các hợp chất hữu cơ khơng tan, ví dụ các chất hữu cơ tự nhiên (NOM), tạo thành các hạt keo bám phủ trên bề mặt màng [25,90,117].
Với sự tắc màng gây bởi các hợp chất hữu cơ, các chất màu, protein, các hợp chất humic và polysacarit là các chất gây tắc màng mạnh, và là bất thuận nghịch (khó rửa) [90,117]. Protein là thành phần gây tắc màng chính trong cơng nghiệp thuốc, thực phẩm
và sinh học. Các chất màu và các hợp chất NOM là tác nhân gây tắc chủ yếu khi màng được dùng để xử lý nước thải nhuộm, nước mặt, nước lợ và nước biển. Các thành phần kỵ nước của các phân tử chất màu hay NOM bị hấp phụ mạnh trên bề mặt màng, là yếu tố chính gây ra sự suy giảm năng suất lọc qua màng, trong khi các thành phần ưa nước của NOM hay các phân tử chất màu ít gây tắc màng [90,117].
Tắc màng sinh học là thuật ngữ dùng để mô tả các kiểu tắc màng có liên quan đến vi sinh vật [90,117]. Quá trình này xảy ra do vi khuẩn phát triển, dẫn dến sự hình thành lớp màng vi khuẩn bám trên bề mặt. Thông thường, hiện tượng tắc màng sinh học được khơi mào bởi sự bám dính của một hay vài kiểu vi khuẩn trên bề mặt màng, sau đó phát triển nhanh và được nhân lên với sự có mặt của các chất dinh dưỡng có trong nước [49]. Sự hình thành màng sinh học là một quá trình gồm nhiều giai đoạn với sự tích tụ dần dần của các vi sinh vật trên bề mặt màng. Khi sử dụng màng trong xử lý nước thải, lớp màng sinh học có thể dày 20 - 30 µm [25]. Tại đây, các vi sinh vật sẽ phát triển và sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước. Qua đó, chúng sẽ bài tiết các chất cao phân tử ngoại bào (EPS) ra bề mặt xung quanh tế bào, tạo thành một lớp chất nhờn để bảo vệ các vi sinh vật, và được gọi là màng sinh học, gây tắc màng trong quá trình lọc [25,117]. Tuy nhiên, hầu hết nỗ lực để giảm tắc màng sinh học đều không hiệu quả, bởi lớp màng sinh học thường bám rất lâu, và rất khó có thể tách ra khỏi bề mặt màng. Việc sử dụng các dung dịch làm sạch màng là các hợp chất chứa chlor hoạt động (giaven) có thể xử lý được lớp tắc màng sinh học [104]. Tuy nhiên, dung dịch chứa chlor hoạt động có thể phá vỡ cấu trúc màng polyamid, làm ảnh hưởng đến đặc tính tách lọc sau đó của màng [104].
Khi quá trình tắc nghẽn tiến triển, năng suất lọc qua màng giảm mạnh, áp suất làm việc tăng, do đó, cần tiêu hao năng lượng để duy trì năng suất lọc phù hợp [44,90,117]. Thông thường, việc rửa màng được áp dụng để làm sạch và loại bỏ các chất gây tắc nhằm phục hồi năng suất lọc cho màng, tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, tắc màng là bất thuận nghịch và đến một mức độ nào đó thì buộc phải thay thế màng [90]. Các cơ chế gây tắc màng được thể hiện trên hình 1.7.
Hình 1.7. Các cơ chế gây tắc màng [44]