Nguyên lý thẩm thấu ngược

Xử lý nước sử dụng rất nhiều các công nghệ lọc nước khác nhau như lọc chặn, xử lý bằng hóa chất, lọc RO sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược. Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm khác nhau nhưng hiện nay, thẩm thấu ngược vẫn cho một hiệu quả cao. Trong bài viết này các chuyên gia đến từ Famy sẽ cùng chúng ta tìm hiểu sâu hơn Thẩm thấu ngược là gì? Nguyên lý hoạt động như thế nào?

1. Thẩm thấu ngược là gì?

Trước khi tìm hiểu quá trình thẩm thấu ngược, chúng ta sẽ xem xét quá trình thẩm thấu tự nhiên. Nước có xu hướng di chuyển sang các dung dịch hòa tan có nồng độ cao. Thẩm thấu là quá trình xảy ra giữa hai dung dịch, được ngăn bởi một lớp màng bán thấm và một trong hai dung dịch có nồng độ cao có xu hướng làm cân bằng chúng vì nước sẽ di chuyển từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao hơn làm cho cân bằng tỉ lệ hòa tan dung môi.

Thẩm thấu tự nhiên từ nồng độ thấp qua nồng độ cao Hình 1 - Thẩm thấu tự nhiên, nước đi từ dung dịch nồng độ thấp sang dung dịch nồng độ cao qua màng bán thấm

Một ví dụ là sử dụng bình thông nhau có màng bán thấm ở giữa, hai bên chúng ta đổ nước vào, sau đó một bên chúng ta cho thêm muối ăn, khi đó mực nước bên có nồng độ muối lớn hơn sẽ cao hơn so với bên còn lại. Đó là do quá trình thẩm thấu tự nhiên, nước có xu hướng di chuyển từ bên phần có nồng độ muối thấp sang bên phần có nồng độ muối cao, kết quả là mực nước bên phần hòa thêm muối sẽ cao dần lên.

Như vậy trong thẩm thấu tự nhiên, nước tinh khiết sẽ thẩm thấu qua màng sang bên dung dịch có nồng độ muối cao hơn, như vậy nước tinh khiết sẽ mất dần đi bên phần ống bên tay trái. Để có được "nhiều" nước tinh khiết hay để lọc ra nước tinh khiết từ dung dịch có nồng độ muối hoặc chất hòa tan khác, chúng ta phải sử dụng một ngoại lực tác dụng vào tạo ra một áp suất ở phía bên ống có nồng độ cao bắt quá trình thẩm thấu ngược phải diễn ra. Như vậy, nước tinh khiết phía bên ống tay trái sẽ dần nhiều lên.

Thẩm thấu ngược xảy ra dưới tác dụng ngoại lực Hình 2 - Thẩm thấu ngược dưới tác dụng của ngoại lực (áp suất thẩm thấu ngược)

Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO) là một quá trình ngược lại của thẩm thấu tự nhiên dưới tác dụng của ngoại lực.

2. Tính toán hiệu quả thẩm thấu ngược

Về nguyên lý thẩm thấu ngược sử dụng áp lực ngoài để bắt quá trình thẩm thấu ngược diễn ra. Trong quá trình này có một số các thông số được sử dụng để đánh giá hiệu suất của hệ thống RO và được dùng để xem xét trong khâu thiết kế. Hệ thống RO có thiết bị đo chất lượng, lưu lượng, áp suất và đôi khi là các dữ liệu khác như nhiệt độ hoặc giờ hoạt động. Để đo lường chính xác hiệu suất của hệ thống lọc thẩm thấu ngược RO, bạn cần tối thiểu các thông số vận hành sau:

  • Áp lực nước nguồn
  • Áp suất thẩm thấu ngược
  • Áp suất từ nồng độ
  • Độ dẫn điện nước đầu vào
  • Độ dẫn điện nước đã qua thẩm thấu ngược
  • Lưu lượng nước nguồn
  • Lưu lượng thẩm thấu
  • Nhiệt độ

2.1. Hiệu quả thẩm thấu ngược cũng là hiệu quả màng RO

Hiệu quả thẩm thấu (Rejection) = (Độ dẫn điện nước đầu vào - Độ dẫn điện nước qua thẩm thấu) * 100 / Độ dẫn điện nước đầu vào

Hệ thống có hiệu quả thẩm thấu càng cao thì chất lượng nước đầu ra càng tốt.

2.2. Tỉ lệ giữa nước thải và nước tinh khiết - Tỉ lệ thu hồi

Để xem xét một hệ thống lọc sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược RO có tiết kiệm nước hay không, người ta sử dụng thông số tỉ lệ nước thải và nước tinh khiết (Recovery - còn gọi là tỉ lệ thu hồi).

Tỉ lệ nước thải và nước tinh khiết (Recovery) = Lưu lượng nước thẩm thấu (gpm) × 100 / Lưu lượng nước đầu vào (gpm)

Ví dụ: nếu tỉ lệ thu hồi là 75% như vậy nếu nước cấp đầu vào có lưu lượng 100gpm (gallon per minute) tương đương khoảng 378 lít/phút thì qua hệ thống thẩm thấu ngược chúng ta thu về 75gpm hay 283 lít/phút và nước thải ra là 25 gpm hay 95 lít/phút.

2.3. Nhân tố nồng độ

Khi một màng thẩm thấu ngược RO sử dụng sau một thời gian có khả năng bị đóng cặn, gây tắc... chúng ta cần đưa ra một thông số để có thể tính toán khả năng gây tắc.

Nhân tố nồng độ (Concentration Factor) = 1 / (1 – Tỉ lệ thu hồi Recovery)

Hệ số nồng độ 4 nghĩa là nước thải có nồng độ gấp 4 lần nước đầu vào. Ví dụ một nguồn nước có TDS là 500 PPM thì qua hệ thống thẩm thấu ngược, nước thải có TDS sẽ là 500 x 4 = 2000 PPM, do đó chúng ta có thể biết được nó vượt ngưỡng màng RO và có thể đóng cặn gây tắc.

2.4. Diện tích bề mặt hoạt động

Diện tích bề mặt hoạt động màng RO thường được tính bằng ft2 (foot vuông), 1 ft2 = 0.09 m2 (mét vuông). Các màng RO đều có thông số diện tích bề mặt hoạt động, đôi khi nó thể hiện ở số vòng quấn màng RO, thông thường với màng RO lắp trong máy lọc nước gia đình số vòng từ 11 đến 18 vòng.

Ví dụ: màng RO công nghiệp 4040 có diện tích bề mặt khoảng 80-100 ft2.

2.5. Flux - thông lượng

Công thức:

Gfd = (Lưu_lượng_thẩm_thấu × 1,440 min/day) / (số_màng_RO_trong_hệ_thống x diện_tích_bề_mặt_hoạt_động)

Ví dụ: Hệ thống lọc RO công nghiệp Famy xử lý ra 75 gpm (khoảng 285 lít/giờ), giả sử chúng ta sử dụng 3 vỏ màng với mỗi vỏ màng chứa 6 màng RO. Như vậy chúng ta sử dụng 3 x 6 = 18 màng RO. Ở đây chúng ta sử dụng màng lọc RO Famy có diện tích bề mặt hoạt động là 365 ft2.

Như vậy chúng ta có:

Flux = (75 gpm × 1,440 min/day) / (18 màng_RO × 365 ft2) = 108,000 / 6,570 = 16 Gpf

Con số này nói lên rằng, 16 Gallon nước đi qua mỗi một foot vuông của màng RO mỗi ngày. Con số này tốt hay xấu tùy thuộc nguồn nước cấp. Sau đây là một số dải Flux cho các hệ thống xử lý nước nguồn khác nhau.

  • Nước thải: Flux 5 - 10
  • Nước biển: 8 - 12
  • Nước lợ bề mặt: 10 - 14

3. Kết luận

Trên đây là một số kiến thức về thẩm thấu ngược, về cơ bản nguyên lý này rất đơn giản nhưng nó có thể tạo ra những hệ thống lọc RO có hiệu quả rất cao trong ngành xử lý nước. Bạn đọc có thắc mắc vui lòng comment hoặc gửi thư đến bộ phận kỹ thuật Famy, chúng tôi sẽ giải đáp trong thời gian ngắn nhất có thể.

Famy Care Chuyên gia đến từ FAMY

Chia sẻ kiến thức về chuyên ngành xử lý nước đến mọi người. Nước sạch từ tâm là kim chỉ nam trên toàn hệ thống FAMY.

màng ro 3 thẩm thấu ngược 2
Chia sẻ bài viết

THẺ

FACEBOOK

CHÚNG TÔI ONLINE