Nước là nguồn gốc của sự sống, nhưng tình trạng khan hiếm tài nguyên nước trên toàn cầu đang ngày càng trở nên nghiêm trọng, và nước có hàm lượng muối cao không thể uống trực tiếp hay sử dụng được. Công nghệ khử muối trong nước đã trở thành một giải pháp quan trọng để giải quyết cuộc khủng hoảng nước ngọt!
Đây là quá trình loại bỏ các muối hòa tan khỏi nước bằng các phương pháp vật lý hoặc hóa học, tập trung vào việc giảm nồng độ các anion và cation trong nước để đáp ứng các yêu cầu cụ thể về chất lượng nước; Mục tiêu chính để đánh giá hiệu quả khử muối là tỷ lệ khử muối. Ví dụ, công thức tính tỷ lệ khử muối của màng thẩm thấu ngược là: (1 - hàm lượng muối trong nước thành phẩm / hàm lượng muối trong nước đầu vào) × 100%;
Theo nguyên tắc phán quyết, công nghệ khử muối có thể được chia thành ba loại: phương pháp tách màng, phương pháp chuyển pha và phương pháp thay thế hóa học; Công nghệ tách màng bao gồm hai quy trình chính là điện thẩm tách và thẩm thấu ngược. Các quy trình chuyển pha được đại diện bởi chưng cất và đông lạnh, trong khi các quy trình thay thế hóa học cụ thể đề cập đến công nghệ trao đổi ion;
| Ví dụ kỹ thuật | Hiệu suất loại bỏ muối | Phạm vi hàm lượng muối áp dụng | Những ưu điểm chính | Những hạn chế chính |
|---|---|---|---|---|
| Phương pháp thẩm thấu ngược | 98% -99.5% | Đơn đăng ký chung | Quá trình khử muối hiệu quả, thiết bị nhỏ gọn | Yêu cầu cao về chất lượng nước đầu vào và chi phí cao |
| Phương pháp điện thẩm tách | Tùy thuộc vào cấu hình | 200–4.000 mg/L | Yêu cầu thấp về độ đục của nước thải đầu vào | Tiêu thụ năng lượng tăng lên khi hàm lượng muối tăng |
| Phương pháp trao đổi ion | Hơn 95% | Hàm lượng muối thấp (quá trình khử muối sâu) | Thích hợp để sản xuất nước có độ tinh khiết cao | Nhựa cần được tái sinh đúng lịch trình, và chi phí vận hành bị ảnh hưởng bởi lượng chất tái sinh được sử dụng |
| Quá trình bay hơi đa tác động | Hiệu quả | Nước có độ mặn cao | Có khả năng xử lý nước có độ mặn cao | Tiêu thụ năng lượng cao, thiết bị dễ bị đóng cặn |
| Phương pháp thẩm thấu thuận | Trong nghiên cứu | Giai đoạn thử nghiệm | Tiêu thụ năng lượng thấp, không cần áp suất | Công nghệ chưa đủ trưởng thành |
Thẩm thấu ngược là một quá trình vật lý sử dụng màng bán thấm để tách muối dưới áp suất; Phương pháp này sử dụng màng bán thấm có cấu trúc bất đối xứng làm từ vật liệu axetat cellulose hoặc polyamide để đạt được sự thẩm thấu chọn lọc của các phân tử nước và ion muối dưới áp suất làm việc dao động từ 2,8 đến 8,0 MPa;
Cấu trúc của màng thẩm thấu ngược được đặc trưng bởi các lỗ rỗng ở cấp độ nano, có kích thước được kiểm soát chính xác – chỉ lớn hơn một chút so với các phân tử nước, nhưng có khả năng tách hiệu quả các ion muối hòa tan trong nước. Khi nước biển chảy qua bề mặt màng dưới áp suất cao, các phân tử nước đi qua các lỗ rỗng sang phía bên kia của màng, trong khi muối và tạp chất bị giữ lại và thải ra ngoài, từ đó đạt được mục đích nhà máy khử muối bằng công nghệ thẩm thấu ngược nước biển . Công nghệ thẩm thấu ngược không ngừng được cải tiến, và Trung Quốc đã thành công trong việc vượt qua ba thách thức công nghệ chính liên quan đến màng thẩm thấu ngược và hiệu suất năng lượng trong các hệ thống khử muối nước biển cỡ nhỏ và vừa sản xuất trong nước! Tỷ lệ khử muối của màng thẩm thấu ngược do thành phố Weihai phát triển đạt tới 99,81%, và thiết bị này đã được ứng dụng rộng rãi trên các tàu đánh cá biển sâu, các đảo ngoài khơi và các dự án khử muối nước biển khác nhau;
Điện thẩm tách là công nghệ tận dụng tính thấm chọn lọc của màng trao đổi anion/cation để thực hiện quá trình di chuyển và tách ion dưới tác động của điện trường một chiều; cấu trúc chồng màng được thiết kế với khoảng cách giữa buồng nước cô đặc và buồng nước ngọt. Dưới tác động của điện trường, các anion và cation di chuyển về phía các điện cực đối diện, nhưng do tính chọn lọc của màng trao đổi ion, các ion muối được giữ lại trong buồng nước cô đặc, từ đó đạt được quá trình khử muối!
Có hai chế độ vận hành chính trong quá trình điện thẩm tách: chế độ một lần (quá trình khử muối được thực hiện chỉ qua một lần lưu thông của nước thô) và chế độ tuần hoàn theo mẻ (quá trình khử muối được thực hiện bằng cách tuần hoàn nước thô cho đến khi đạt được tốc độ khử muối đã định trước); Công nghệ này yêu cầu độ đục của nước đầu vào phải dưới 1 FTU, và mật độ dòng điện làm việc cần được kiểm soát ở mức 80-100 mA/cm². Công nghệ này phù hợp với nước có hàm lượng muối từ 200-4000 mg/L!
Nhờ ứng dụng công nghệ tích hợp EDR (Điện thẩm tách xoay), hiệu suất sử dụng nước của phương pháp điện thẩm tách đã đạt mức tương đương với phương pháp thẩm thấu ngược, đồng thời yêu cầu về kiểm soát chất lượng nước cũng thấp hơn so với phương pháp thẩm thấu ngược, giúp phương pháp này vẫn giữ được tính cạnh tranh trong một số trường hợp ứng dụng cụ thể.
Phương pháp trao đổi ion sử dụng sự kết hợp giữa nhựa trao đổi cation axit mạnh và nhựa trao đổi anion kiềm mạnh để tạo thành hệ thống. Các nhóm chức của nhựa thay thế các cation như Ca²⁺ và Na⁺ trong nước cũng như các anion như Cl⁻ và SO₄²⁻ thông qua các phản ứng có thể đảo ngược;
Đặc điểm chính của phương pháp này là hiệu suất khử muối đạt trên 95%, nhưng chi phí vận hành lại bị ảnh hưởng lớn bởi lượng chất tái sinh tiêu thụ; Các cột nhựa đã hết tác dụng cần được tái sinh định kỳ bằng axit sunfuric, axit clohydric hoặc dung dịch natri hydroxit với nồng độ 5–10% hoặc 4–5%. Dung dịch thải sau khi tái sinh cần được trung hòa để ngăn ngừa ô nhiễm thứ cấp!
Phương pháp trao đổi ion phù hợp hơn với các hệ thống xử lý nước tinh khiết quy mô nhỏ, có yêu cầu cao hơn về hàm lượng muối trong nước đầu vào, và thích hợp cho các ứng dụng khử muối sâu; So với công nghệ màng, phương pháp trao đổi ion có lợi thế về mặt kinh tế trong việc xử lý các nguồn nước có hàm lượng muối thấp, nhưng khi nồng độ muối trong nước cao, chi phí vận hành sẽ tăng lên đáng kể!
Khả năng khử muối của phương pháp thay đổi pha chủ yếu bao gồm phương pháp chưng cất và phương pháp đông lạnh; Chưng cất đa hiệu ứng là một hình thức cải tiến của phương pháp chưng cất, tận dụng khả năng giảm áp suất để hạ thấp áp suất vận hành và điểm sôi của dung dịch trong thiết bị chưng cất tiếp theo so với thiết bị trước đó, cho phép hơi nước thứ cấp được thu hồi từ thiết bị chưng cất trước đó được sử dụng làm hơi nước gia nhiệt cho thiết bị tiếp theo, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng nhiệt.
Phương pháp chưng cất xác định sự thay đổi pha thông qua quá trình bay hơi đa hiệu ứng, nhưng đòi hỏi phải nghiên cứu kỹ lưỡng về năng lượng nhiệt và dễ gặp phải vấn đề đóng cặn trên thiết bị; Phương pháp đông lạnh sử dụng nhiệt độ thấp từ -5 đến -20 ℃ để đông lạnh nước tinh khiết, và nước muối cô đặc còn lại cần được xử lý riêng. Phương pháp hydrat là một công nghệ mới nổi tạo ra các hydrat tinh thể rắn bằng cách bơm các khí như propan vào nước mặn, nhưng phương pháp này vẫn đang trong giai đoạn xác nhận trong phòng thí nghiệm.
Công nghệ thay đổi pha có phạm vi ứng dụng thực tế tương đối hẹp do tiêu thụ năng lượng cao hoặc mức độ hoàn thiện công nghệ chưa đủ. Các thiết bị chưng cất thường được sử dụng để khử muối nước biển trên tàu, trong khi các phương pháp làm đông lạnh chỉ được áp dụng trong những trường hợp đặc biệt như các cuộc thám hiểm khoa học tại vùng cực.
Thẩm thấu thuận (FO) là một công nghệ tách màng hoạt động theo cơ chế ngược lại với thẩm thấu ngược! Với tư cách là một công nghệ tiềm năng mới trong lĩnh vực lọc nước và khử mặn, thẩm thấu thuận đang được thảo luận và áp dụng từ nhiều góc độ khác nhau cũng như ở mức độ sâu hơn trên toàn thế giới.
Phương pháp thẩm thấu hấp phụ không áp suất (CN92110710.2) là một biến thể của quá trình thẩm thấu thuận, cho phép nước thẩm thấu qua màng xốp vào chất hấp phụ siêu thấm, dung dịch có nồng độ muối cao hoặc vật liệu rắn có nồng độ muối cao hơn cả nước biển, mà không cần áp suất bên ngoài! Lượng muối “tách ra” thêm trong dung dịch có thể dễ dàng bay hơi mà không cần cung cấp quá nhiều nhiệt!
Công nghệ thẩm thấu thuận đã được ứng dụng từ lâu đời; ví dụ, người ta sử dụng muối để bảo quản thực phẩm trong thời gian dài, bởi vì trong môi trường có nồng độ muối cao, phần lớn vi khuẩn, nấm mốc và mầm bệnh sẽ bị mất nước và chết hoặc tạm thời mất hoạt tính do hiện tượng thẩm thấu; Công nghệ tách màng thẩm thấu thuận đã được ứng dụng trong các lĩnh vực như khử mặn nước biển, xử lý nước thải, chế biến thực phẩm, y tế và đặc biệt là trong các hệ thống hỗ trợ sự sống trong cứu hộ khẩn cấp để sản xuất nước ngọt.
Khả năng khử muối cũng có ý nghĩa quan trọng đối với các giàn khoan ngoài khơi, các đảo ngoài khơi và các dự án quy mô lớn các dự án khử mặn nước biển! Tại các giàn khoan dầu khí, đảo Yongxing thuộc thành phố Tam Sa, đảo Xiaoqin thuộc thành phố Yantai và các địa điểm khác, công nghệ khử mặn nước biển đã đảm bảo nguồn nước đáng tin cậy cho cuộc sống hàng ngày và sản xuất công nghiệp của người dân địa phương!
Trong tương lai, công nghệ khử muối sẽ được phát triển theo một số hướng chính: trước hết là đẩy mạnh việc nâng cao và ứng dụng mức độ nội địa hóa thiết bị, tập trung vào những đột phá trong sản xuất trong nước các thiết bị chủ chốt như thiết bị hiệu suất cao sMàng lọc thẩm thấu ngược nước biển, các máy bơm nước biển áp suất cao quy mô lớn và các cụm thiết bị thu hồi năng lượng. Các doanh nghiệp trong nước như Walton Technology và Bishuiyuan đã tự nghiên cứu và phát triển thành công màng thẩm thấu ngược, được ứng dụng thành công trong nhiều dự án khử mặn nước biển và đang dần phá vỡ sự độc quyền của các công ty nước ngoài.
Thứ hai là nỗ lực nâng cao hiệu quả kinh tế của việc khử mặn nước biển, đẩy mạnh nghiên cứu về công nghệ tích hợp giữa năng lượng tái tạo và khử mặn nước biển, đồng thời sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng đại dương để cung cấp điện cho quá trình khử mặn nước biển, từ đó hiện thực hóa mục tiêu “điện xanh tạo nước sạch”. Thúc đẩy việc áp dụng các công nghệ khử mặn nước biển chất lượng cao, duy trì mức sử dụng và giá nước ở mức tối ưu.
Thứ ba, chúng ta sẽ tích cực thúc đẩy việc khai thác toàn diện tài nguyên nước biển, mở rộng nghiên cứu về việc chiết xuất và sử dụng các nguyên tố chiến lược trong nước biển, đẩy mạnh nghiên cứu và thử nghiệm công nghệ kỹ thuật để chiết xuất brom và kali từ nước biển trên quy mô lớn, đồng thời tăng cường khai thác các tài nguyên khoáng sản chiến lược như lithium và cesium trong nước biển; Khả năng cung cấp nước theo nhu cầu cụ thể đã trở thành một hướng đi mới, đó là đáp ứng chính xác nhu cầu về nước sinh hoạt thông qua quá trình xử lý sau phân biệt! Bổ sung một lượng vừa phải các khoáng chất vào nước uống để cải thiện hương vị, đồng thời áp dụng công nghệ thẩm thấu ngược nhiều giai đoạn trong nước làm mát thiết bị để giảm thêm độ dẫn điện của nước và giảm chi phí cho hệ thống làm mát thiết bị!
Với sự đổi mới công nghệ và sự hỗ trợ chiến lược, công nghệ khử mặn sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc giải quyết tình trạng thiếu hụt tài nguyên nước tại các khu vực ven biển, đảm bảo việc sử dụng bền vững tài nguyên nước, đồng thời góp phần vào sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững!
Kysearo là một công ty sản xuất thiết bị xử lý nước hàng đầu có trụ sở tại Trung Quốc, chuyên thiết kế và sản xuất các hệ thống xử lý nước hiệu suất cao.
Với hơn 20 năm kinh nghiệm trong ngành, chúng tôi luôn nỗ lực cải thiện chất lượng các nguồn nước khác nhau, bao gồm nước biển, nước giếng, nước giếng khoan, nước máy và nước ngầm, v.v.
Sản phẩm
Công ty
Liên hệ
