6. Ý nghĩa của đề tài
1.6.2. Phân loại
Màng lọc có thể phân chia theo kích cỡ lọc và mức độ áp lực. Ngoài ra màng lọc còn có thể phân loại theo vật liệu cấu tạo màng, hình dáng hình lọc…
Một số loại màng được sử dụng trong công nghệ xử lý nước cấp và nước thải như: màng vi lọc (microfiltration MF), màng siêu lọc (ultrafiltration UF), màng lọc thẩm thấu ngược (RO) và màng lọc nano (NF).
Hình 1.3: Kích thước lỗ rỗng của một số loại màng
Vi lọc (microfiltration MF)
Các màng lọc loại này có các lỗ rỗng 0.1 – 1 micromet, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 10-100 psi, nó có thể loại bỏ các phần tử lơ lửng, huyền phù, chất keo, men, phân tử protein có trong sữa hay ngũ cốc, vi khuẩn hoạc chất rắn hòa tan có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng. Nó làm thay đổi thàng phần dung dịch lọc, chỉ có các phần tử nêu trên được lọc đi.
Dòng hỗn hợp đầu vào Dung dịch sau màng lọc Phần tử giữ lại trước màng lọc R O N F UF MF 0.0001 0.001 0.01 0.1 1
Có 2 loại vi lọc:
Lọc chặn : Trong đó nước bị cưỡng bức chuyển qua màng lọc, các phần tử bị giữ lại tích tụ dưới dạng bánh lọc. Chiều dày của nó tăng dần theo thời gian lọc, còn tính xốp giảm dần làm giảm lưu lượng thàng phần, hiện tượng này gọi là sự bịt kín màng lọc. Lọc chặn trong vi lọc được ứng dụng trong màng lọc phẳng trong phòng thí nghiệm dùng để đo chất huyền phù. Đối với lọc chặn trong vi lọc, ống lọc bọc bên ngoài màng lọc phẳng được bỏ đi khi màng lọc bị bịt kín lỗ, nó rất khó thực hiện khi rửa ngược để tái sử dụng lại màng lọc.
Lọc trượt : Quá trình lọc được thực hiện sao cho mặt tiếp xúc được quét bằng phân tử lượng được đưa vào để hạn chế việc tích tụ các bả lọc phát sinh trong quá trình lọc và dễ dàng đưa chúng ra ngoài hệ thống, tránh được hiện tượng bịt kín lỗ rỗng của màng lọc trước khi đến chu kì rửa lọc. Quá trình lọc dạng này có thể thay cho giai đoạn keo tụ, kết bông và tách loại được 2 pha rắn – lỏng. Công nghệ này được ứng dụng phổ biến để lọc tinh các sản phẩm khác nhau trong công nghệ xử lý nước cấp, nước thải, nước uống đóng chai.
Siêu lọc (ultrafiltration UF)
Các màng siêu lọc có cấu trúc mềm không đối xứng, kích thước lỗ từ 0.001- 0.1 micromet, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 70-200 psi. cho phép lọc được các chất keo, chất rắn hòa tan có kích thước nhỏ và các phân tử như vi khuẩn, vi rút, protein có khối lượng mol nhỏ, carbohydrates, enzymes…
Lưu lượng trong quá trình diễn ra ở màng UF phụ thuộc nhiều vào hàm lượng chất keo bởi 2 lý do cơ bản sự phân cực và sự bịt kín lỗ rỗng, các chất keo là nguyên nhân chính làm giảm lưu lượng và tạo nên áp lực truyền qua màng tăng cao. Sự vượt quá nồng độ của các chất hòa tan ở gần màng lọc gây nên hiệu ứng làm tăng đáng kể áp suất thẩm thấu và sức kháng lại việc vận chuyển của các phân tử. Để tăng lưu lượng qua màng nên áp dụng phương pháp lọc tiếp tuyến và chú ý thời gian rửa lọc thích hợp.
Đối với hiện tượng bịt kín lỗ rỗng của màng UF do hình thành lớp cặn keo trên bề mặt màng, hay do sự hấp phụ các chất hòa tan khác và các hạt keo quá nhỏ
trong các lỗ rỗng, hiện tượng này cần xử lý bằng các hóa chất phù hợp. Do vậy đối với các ứng dụng ta cần chọn một vật liệu chất tạo màng thích hợp, sao cho chúng ít nhạy cảm với sự lắng đọng các chất hòa tan và để loại bỏ chúng bằng thủy lực.
Lọc nano ( nanofiltrafiltration NF)
Màng lọc nano có kích thước lỗ rỗng khoản 0.001 micromet, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 100-600 psi. Là màng trung gian giữa 2 hình thức lọc màng là RO và UF. Nó có thể lọc được các phần tử muối có hóa trị thấp và các khoáng, được ứng dụng trong lọc cặn các protein, gelatin, công nghệ chế biến nước hoa quả, phân ly chất rắn hòa tan trong dung dịch và sản xuất nước sạch phục vụ sinh hoạt.
Lọc thẩm thấu ngược ( Reverse osmosis- RO)
Màng lọc RO có kích thước lỗ rỗng nhỏ hơn 0.001 micromet, chúng được hoạt động dưới áp suất cao, thông thường từ 400-1000 psi. Cho phép loại bỏ hết các thành phần có trong nước như: cacbuahydrat, phân tử chất, cặn lơ lửng, các chất khoáng, ion, amino acid…gần như chỉ còn nước nguyên chất khi qua màng lọc.
Cơ chế hoạt động của lọc RO sử dụng tính chất của màng bán thấm, tất cả các chất hòa tan bị giữ lại, trừ một và phần tử hữu cơ rất gần với nước có khối lượng mol nhỏ, phân cực mạnh. Khi có sự chênh lệch về thế năng hóa học thì xu hướng làm nước chuyển từ ngăn có thế năng hóa học thấp sang ngăn có thế năng cao để pha loãng, đó là hiện tượng thẩm thấn tự nhiên. Nếu muốn cản lại sự khuyêch tán này, cần phải đạt một áp suất lên dung dịch có thế năng hóa học thấp, sự chênh lệch áp suất được tạo ra gọi là áp suất thẩm thấu ngược của hệ thống.
Bảng 1.2: Đặc tính một số loại màng và cơ chế tách lọc
Loại màng Động lực
điều khiển Cơ chế tách lọc Cấu trúc màng
Vi lọc Áp suất Sàng lọc Lỗ rỗng lớna)
Siêu lọc Áp suất Sàng lọc Lỗ rổng lớn
Lọc nano Áp suất Sàng lọc+khuếch tán+chọn lọc Lỗ rổng nhỏb) Thẩm thấu
ngược Áp suất Sàng lọc+khuếch tán+chọn lọc Màng chặt sít
c)
Điện phân tách Áp suất Trao đổi ion Trao đổi ion
Ghi chú: a) lỗ rỗng lớn: kích thước lỗ rỗng > 0.05 micron b) lỗ rỗng nhỏ: kích thước lỗ rỗng < 0.002 micron c) màng không có lỗ rỗng Bảng 1.3: Bảng tổng kết các công nghệ lọc màng TT Tên Kích thước lỗ rỗng(µm) Áp suất làm
việc (bar) Khả năng xử lý
Chi phí sản xuất
1 MF 0,1-1,0 1 - 8,6
Độ đục, chất lơ lửng, huyền phù, chất keo, men, phân tử, vi khuẩn hoạc các chất rắn hòa tan có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng.
Thấp
2 UF 0,01-0,1 4,8 - 13,8
Như MF, ngoài ra còn giữ được vi rút, protein có khối lượng mol nhỏ, enzymes, carbohydrates.
Trung bình
3 NF 0,01-0,001 6,9 - 41,4
Như UF, ngoài ra còn giữ được phân tử muối, các chất khoáng, protein, gelatin.
Cao
4 RO <0,001 27,6 - 68,9 Gần như hoàn toàn, chỉ còn