Nguyên tắc của quá trình phân tách dựa trên công nghệ màng là lọc cơ học môi trường lỏng (nước biển, nước lợ, nước uống, chất thải, nước công nghệ và các loại khác) thông qua mô-đun màng. Bản chất của công nghệ này là các màng bán thấm cho phép các phân tử nước đi qua và tùy thuộc vào loại màng, chỉ các hạt khác có kích thước nhất định.

Công nghệ màng lọc

Các màng bán thấm được đặc trưng chủ yếu bởi kích thước của lỗ chân lông, cũng như kích thước của các hạt đi qua chúng. Vì tất cả các hạt rắn được tách ra bằng cách lọc qua màng nên nước thô được lọc theo cách này rất an toàn về mặt vệ sinh.

Công nghệ màng lọc được ứng dụng trong công nghiệp hóa dầu (xử lý nước thải, tái sử dụng nước công nghệ), công nghiệp dược phẩm (dung dịch tiêm truyền, sản xuất thuốc), công nghiệp thực phẩm (nước sản xuất đồ uống, chế biến nước ép rau quả, chế biến thực phẩm chức năng). sữa) và cả trong xử lý nước trong các nhà máy nước, nhà máy điện và nhà máy sưởi ấm (nước làm mát khử khoáng, nước bổ sung cho nồi hơi cấp liệu).

Quá trình	Kích thước lỗ	Xử lý
Thẩm thấu ngược (RO)	0,001 - 0,0001µm	Ion hóa trị một, tất cả các chất tan
Lọc nano	0,01 - 0,001µm	Ion đa hóa trị, chất hữu cơ hòa tan (thuốc trừ sâu, phụ phẩm khử trùng)
Siêu lọc	0,1 - 0,01µm	Đại phân tử, chất hữu cơ (virus, vi khuẩn), chất keo

1. Thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược là một quá trình vật lý trong đó chất lỏng tinh khiết được dẫn dưới áp suất cao thông qua một màng đặc biệt để giữ lại tất cả các chất không mong muốn. Các lỗ trong màng có kích thước chỉ 0,001 - 0,0001 µm, cho phép loại bỏ ngay cả những chất ô nhiễm nhỏ nhất. Do đó, dưới áp suất cao, chỉ các phân tử nước mới có thể đi qua các lỗ siêu nhỏ. Kết quả là chất lỏng sạch phía sau màng và dung dịch chất thải dành cho việc xử lý. Nước tinh khiết không chứa tất cả các chất độc hại có thể được điều chỉnh thêm tùy theo mục đích sử dụng cụ thể, ví dụ: tái khoáng hóa, kiềm hóa, v.v.

Với công nghệ này, hầu như tất cả các chất không mong muốn có thể được loại bỏ khỏi nước tinh khiết với sự trợ giúp của màng (hiệu suất lên tới 98%): muối khoáng, sunfat, nitrat, nitrit, florua, clorua

kim loại nặng, amiăng, thạch tín, khí radon, vi khuẩn và virus, dược phẩm,...

Mặt tích cực của công nghệ này không chỉ là tiết kiệm năng lượng để lọc nước và đơn giản hóa quy trình, mà còn thực tế là không cần hóa chất có thể làm suy giảm chất lỏng hoặc thay đổi tính chất của nó.

Màng lọc thẩm thấu ngược của các hãng khác nhau có cấu tạo, chất liệu và chất lượng khác nhau. Điều này có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả lọc nước, vì màng chất lượng thấp có thể không thu được tất cả các chất gây ô nhiễm và cũng làm giảm sức đề kháng và độ bền.

Áp suất đầu vào cho một quy trình hiệu quả phải càng cao càng tốt đối với thiết kế của thiết bị và màng được sử dụng. Phạm vi áp suất nước đầu vào là 2 – 6 bar cho các ứng dụng thông thường.

Sản lượng nước đầu ra thấp hơn tùy thuộc vào lượng chất hòa tan trong nước đầu vào ngày càng tăng. Màng thường gặp vấn đề với sắt, tạo thành các tinh thể trong các lỗ xốp. Những điều này dần dần làm giảm hiệu quả của màng và do đó làm giảm chất lượng nước đầu ra. Theo cách tương tự, lượng mangan cao hơn có ảnh hưởng xấu đến tính chất của màng. Silicon và canxi lần lượt làm tắc nghẽn các lỗ của màng. Sự xuống cấp của màng có thể được ngăn chặn bằng cách xử lý trước nước đầu vào, hoặc đơn giản bằng cách thay thế màng thường xuyên hơn.

Chất lượng nước tinh khiết giảm khi nhiệt độ nước đầu vào tăng trên 30 °C và nhiệt độ giảm xuống dưới 5 °C. Nhiệt độ nước đầu vào tối ưu là 25°C.

1.1. Đặc tính tối ưu của nước đầu vào

Nhiệt độ nước phải nằm trong khoảng 15-25°C, với giới hạn trên được coi là lý tưởng.
Giá trị pH của nước đầu vào được giới hạn từ 2 – 11 để có kết quả thẩm thấu ngược tối ưu.
Áp suất phụ thuộc vào điều kiện cá nhân và sử dụng, nó thay đổi trong khoảng 2 - 6 bar.
Hàm lượng sắt và mangan tối đa gây hại cho màng ở liều lượng cao hơn là 0,15 mg/l.
Hàm lượng clo hoạt tính tối đa là 0,1 mg/l.

1.2. Tiền xử lý nước trước khi thẩm thấu ngược

Như đã đề cập, một số chất có hàm lượng cao hơn, chẳng hạn như sắt, có thể gây hỏng màng hoặc giảm khả năng lọc. Vì vậy, nếu vượt quá giới hạn này, nước đầu vào phải được xử lý phù hợp trước khi sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược. Tiền xử lý nước được thực hiện, ví dụ: nước khử sắt, làm mềm nước, cát lọc nước, khử clo nước,...

1.3. Ứng dụng:

Nhà máy xử lý và nhà máy xử lý nước thải
Xử lý và khử mặn nước biển
Làm sạch và xử lý nước từ giếng
Công nghiệp dược phẩm và phòng thí nghiệm (cũng như một chất thay thế cho quá trình chưng cất)
Pha loãng các chế phẩm hóa học và mỹ phẩm
Hoạt động phục vụ ăn uống và sản xuất bia
Công nghiệp thực phẩm
Xử lý nước với yêu cầu về hàm lượng muối nhất định
Nước để nạp lại bình tích áp, thiết bị xử lý và hệ thống làm mát
Làm sạch nhà và xử lý nước
Nước cho máy điều hòa không khí, máy làm ẩm không khí, hệ thống sưởi ấm, bàn là,...
Thủy canh và làm vườn
Thủy sinh
Và nhiều trường hợp sử dụng máy chống thấm ngược hiệu quả khác

2. Màng lọc Nano

Lọc nano hoạt động trên nguyên tắc tương tự thẩm thấu ngược, nhưng sử dụng màng xốp có kích thước lỗ 0,01 - 0,001 µm và chủ yếu mang các nhóm chức mang điện tích âm (ví dụ: nhóm sulfo). Trong màng lọc nano, hiệu ứng mắt lưới (các phân tử lớn hơn lỗ màng không thể đi qua màng), một phần là tác dụng hòa tan các phân tử trong màng, tiếp theo là sự khuếch tán của các phân tử qua màng và giải hấp ở phía bên kia của màng, và các hiệu ứng do sự hiện diện của điện tích trên polyme của màng, được áp dụng. Lọc nano được vận hành ở áp suất làm việc thấp hơn 0,5 – 1,5 MPa.

Màng lọc nano có khả năng thu giữ có chọn lọc các ion có điện tích cao hơn, được sử dụng trong quá trình 'làm mềm' nước, vì màng lọc nano thu giữ đáng kể các ion hóa trị hai (98%) so với các ion hóa trị một (60%).

Các mô-đun được sử dụng phổ biến nhất được sử dụng cho lọc nano là dạng quấn xoắn ốc, dạng tấm, dạng ống, sợi rỗng, gốm hoặc mao quản. Để chọn một màng phù hợp, chúng tôi thường tính đến các yêu cầu về năng lượng, dòng chảy và kiểm soát tắc nghẽn (tắc nghẽn với trầm tích có nguồn gốc sinh học) và nhân rộng (tắc nghẽn với trầm tích có nguồn gốc vô cơ - thường là muối canxi và magiê kết hợp với cacbonat).

Một lĩnh vực sử dụng khác của lọc nano là loại bỏ các chất gây bệnh, tiền chất dẫn xuất clo của các chất hữu cơ có trong quá trình khử trùng nước, các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử trên 200, thuốc trừ sâu, v.v.

3. Siêu lọc

Siêu lọc được phân loại là một quá trình màng. Đó là một phương pháp lọc nước trong đó các hạt được tách ra khi dung dịch đi qua một vách ngăn - một màng. Màng có độ xốp 0,1 - 0,01 µm được mô tả là màng siêu lọc. Động lực là chênh lệch áp suất thủy tĩnh. Nước đầu vào được phân tách trên màng thành phần thấm còn lại ở phía đầu vào và sản phẩm thấm qua màng.

Trong trường hợp siêu lọc, có hai cơ chế tách hạt chiếm ưu thế:

Các hạt lớn hơn đường kính của các lỗ màng bị giữ lại trên bề mặt của vách ngăn (màng).
Các hạt nhỏ hơn đường kính lỗ rỗng đi vào lỗ chân lông và hấp phụ trên bề mặt của chúng. Sự hấp phụ (hấp phụ vật lý và hóa học) cũng xảy ra bên ngoài các lỗ xốp, trên bề mặt của màng.

Tùy thuộc vào cơ chế nào chiếm ưu thế, phương pháp làm sạch màng sau đó được sử dụng. Trong trường hợp đầu tiên, một ứng dụng rửa ngược đơn giản là đủ để loại bỏ các hạt bị mắc kẹt. Trong trường hợp cơ chế thứ hai chiếm ưu thế, thông thường cần phải sử dụng hóa chất và do đó sử dụng cái gọi là xả tăng cường hóa học. Việc sử dụng hóa chất tẩy rửa màng cũng cần thiết khi các hợp chất vô cơ kết tủa trên màng hoặc khi màng bị bám bẩn bởi các chất hữu cơ. Trong cả hai trường hợp, nguyên nhân là do nước đầu vào chưa được xử lý sơ bộ đầy đủ. Từ những điều trên, rõ ràng rằng điều kiện bắt buộc là nước đầu vào đã chứa các hạt ổn định tổng hợp có đường kính lớn hơn đường kính lỗ rỗng đến màng. Vì lý do này, nước thô thường được gọi là xử lý sơ bộ trước khi đưa vào siêu lọc, tùy thuộc vào bản chất của nguồn.

Hầu hết các màng hiện nay được làm bằng polyme, vật liệu gốm được sử dụng khá ít. Hoạt động của màng siêu lọc là theo chu kỳ, do đó sau giai đoạn lọc là giai đoạn rửa - chính xác hơn là rửa ngược.

Siêu lọc là một giải pháp thay thế nhỏ gọn cho các công nghệ lọc truyền thống để xử lý nước. Tuy nhiên, nhờ đường kính nhỏ của các lỗ màng, nó cho phép loại bỏ các hạt có độ lớn nhỏ hơn, ví dụ như lọc cát, do đó, ngay cả vi khuẩn, vi rút hoặc các chất cao phân tử hữu cơ cũng không thể đi qua màng. Quá trình này có thể dễ dàng tự động hóa, nhưng nó vẫn cần sự giám sát hàng ngày của người vận hành, đặc biệt là giám sát chất lượng nước thô và phản ứng với bất kỳ thay đổi nào trong đó. Giống như tất cả các hệ thống mô-đun, nó có thể được mở rộng tương đối dễ dàng theo nhu cầu thay đổi của hoạt động.