Mặc dù hơn 70% bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi nước, nhưng phần lớn trong số đó là nước biển – thứ không thể sử dụng trực tiếp! Trước tình trạng khủng hoảng nước toàn cầu ngày càng trầm trọng, công nghệ khử mặn nước biển đang đóng vai trò ngày càng quan trọng như một giải pháp;
A nhà máy xử lý nước biển, còn được gọi là nhà máy khử mặn nước biển, là một công trình quan trọng sử dụng các công nghệ đặc biệt để chuyển đổi nước biển thành nước ngọt và giữ vai trò then chốt trong lĩnh vực tài nguyên nước; Tại nhiều vùng khô cằn và những nơi thiếu hụt nguồn nước ngọt, các nhà máy xử lý nước biển đóng vai trò không thể thay thế.
Về mặt hiệu quả, nhiệm vụ cốt lõi của nhà máy xử lý nước biển là loại bỏ muối, tạp chất và các chất độc hại khác khỏi nước biển thông qua một chuỗi các quy trình công nghệ phức tạp và chính xác, nhằm sản xuất nước ngọt đáp ứng các nhu cầu sử dụng đa dạng; các nguồn nước ngọt này có thể được sử dụng cho các mục đích thông thường và làm nguồn cung cấp nước uống hàng ngày đáng tin cậy cho người dân, giải quyết vấn đề nước uống cho cộng đồng! Nó cũng có thể được sử dụng cho tưới tiêu nông nghiệp, giúp cây trồng phát triển mạnh mẽ và đảm bảo tiến độ suôn sẻ của sản xuất nông nghiệp. Ngoài ra, nó còn hỗ trợ sản xuất công nghiệp, đáp ứng các nhu cầu nước công nghiệp đa dạng và thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp.
Một nhà máy xử lý nước biển, còn được gọi là cơ sở khử muối nước biển, có mục tiêu chính là chuyển đổi nước biển có hàm lượng muối khoảng 35.000 mg/L thành nước ngọt có hàm lượng muối dưới 500 mg/L thông qua các phương pháp vật lý hoặc hóa học, giúp nước này phù hợp để làm nước uống hoặc sử dụng trong công nghiệp và nông nghiệp;
Nguyên lý của quy trình này chủ yếu dựa trên hai phương pháp chính: phương pháp nhiệt và phương pháp màng; Các phương pháp nhiệt (như chưng cất) sử dụng năng lượng nhiệt để thúc đẩy quá trình chuyển pha trong nước biển và khiến các phân tử nước tách ra khỏi muối, phân bố ở các pha khác nhau, từ đó đạt được hàm lượng nước có nồng độ muối cao! Trong khi đó, phương pháp màng dựa vào năng lượng bên ngoài và hiện tượng thẩm thấu chọn lọc qua màng, cho phép các phân tử nước đi qua trong khi muối bị giữ lại.
Các nhà máy khử muối nước biển hiện đại thường bao gồm bốn giai đoạn xử lý chính: lấy nước và tiền xử lý, khử muối tập trung, hậu xử lý và phân phối nước thành phẩm! Tiền xử lý là một bước quan trọng nhằm loại bỏ các chất rắn lơ lửng, tảo và vi sinh vật khỏi nước biển, đồng thời ngăn ngừa hiện tượng đóng cặn và tắc nghẽn trong các giai đoạn tiếp theo.
Có ba loại công nghệ khử muối nước biển chính đã được ứng dụng thương mại trên quy mô lớn trên toàn cầu: thẩm thấu ngược, bay hơi chớp nhiều giai đoạn và chưng cất đa hiệu ứng nhiệt độ thấp!
1. Công nghệ thẩm thấu ngược Thẩm thấu ngược hiện là công nghệ khử muối bằng màng được sử dụng rộng rãi nhất; Nguyên lý hoạt động của công nghệ này là tạo ra một áp suất bên ngoài lên nước biển lớn hơn áp suất thẩm thấu của nó (thường là 5,5–6,8 MPa), khiến các phân tử nước đi qua màng bán thấm ngược lại với hướng thẩm thấu tự nhiên, trong khi các ion muối bị giữ lại.
Ưu điểm lớn nhất của phương pháp thẩm thấu ngược nằm ở mức tiêu thụ năng lượng thấp, chỉ bằng một nửa so với phương pháp điện thẩm tách và bằng 1/40 so với phương pháp chưng cất! Với sự phổ biến rộng rãi của thiết bị thu hồi năng lượng, Hiệu suất sử dụng năng lượng của các nhà máy thẩm thấu ngược hiện đại có thể đạt trên 90%, và mức tiêu thụ điện năng trên mỗi tấn nước đã được giảm xuống dưới 3-4 kWh.
2. Khả năng bay hơi bằng tia lửa điện nhiều giai đoạn Quá trình bay hơi chớp nhoáng nhiều giai đoạn thuộc công nghệ khử muối bằng nhiệt, trong đó nước biển được làm nóng được đưa vào một chuỗi các buồng bay hơi chớp nhoáng có áp suất giảm dần, làm bay hơi một phần nước biển ngay lập tức và ngưng tụ hơi nước để thu được nước ngọt; Công nghệ này có kỹ thuật tiên tiến và yêu cầu thấp về xử lý sơ bộ nước biển, khiến nó đặc biệt phù hợp với các nhà máy khử muối quy mô lớn và siêu lớn, đồng thời được áp dụng rộng rãi tại các quốc gia vùng Vịnh;
3. Khả năng chưng cất đa hiệu ứng ở nhiệt độ thấp Chưng cất đa hiệu ứng nhiệt độ thấp là một trong những kỹ thuật tiết kiệm năng lượng nhất trong quá trình chưng cất. Công nghệ này hoạt động ở nhiệt độ dưới 70 ℃, kết nối nhiều thiết bị bay hơi theo chuỗi và sử dụng hơi nước được tạo ra từ hiệu ứng phía trước làm nguồn nhiệt cho hiệu ứng phía sau. Thông qua nhiều lần bay hơi và ngưng tụ, công nghệ này thu được lượng nước cất gấp nhiều lần lượng hơi nước được gia nhiệt! Khả năng này giúp ngăn chặn hiệu quả vấn đề đóng cặn muối vô cơ và có thể tận dụng các nguồn nhiệt có hiệu suất thấp.
Bảng sau đây so sánh các đặc điểm chính của ba công nghệ khử muối nước biển phổ biến:
| Thông số kỹ thuật | Lọc thẩm thấu ngược | Chưng cất Flash nhiều giai đoạn | Chưng cất đa tác dụng ở nhiệt độ thấp |
|---|---|---|---|
| Nguyên lý hoạt động | Phương pháp tách bằng màng | Bay hơi nhiệt | Bay hơi nhiệt |
| Mức tiêu thụ năng lượng | 3–4 kWh/m³ | 10–14 kWh/m³ | 6–8 kWh/m³ |
| Chất lượng nước sản phẩm | Tốt | Tuyệt vời | Tuyệt vời |
| Yêu cầu về tiền xử lý | Cao | Thấp | Trung bình |
| Thang điểm áp dụng | Lớn, siêu lớn | Lớn, siêu lớn | |
| Các khu vực thao tác chính | Trên toàn cầu | Các nước vùng Vịnh | Các khu công nghiệp ven biển |
Việc vận hành một nhà máy xử lý nước biển là một công trình kỹ thuật hệ thống phức tạp và tinh vi. Lấy ví dụ về một nhà máy khử mặn nước biển bằng phương pháp thẩm thấu ngược, quy trình vận hành của nó chủ yếu bao gồm các điểm chính sau:
Điểm mấu chốt của việc uống nước: Thông thường, nước được lấy từ vùng biển ở độ sâu nhất định tính từ bờ biển thông qua các đường ống chuyên dụng, hoặc “hồ nước biển” ven bờ được thiết kế để tích trữ nước biển vào lúc thủy triều lên; ;
Giai đoạn tiền xử lý: Nước biển được đưa qua lưới lọc thô và bể cát lọc lại để loại bỏ các chất rắn lơ lửng có đường kính lớn hơn 1 mm. Sau đó, nước được lọc qua bộ lọc đa tầng và bộ lọc chính xác để giảm chỉ số mật độ trộn xuống dưới 3, nhằm bảo vệ màng thẩm thấu ngược ở các công đoạn tiếp theo! Quá trình tiền xử lý cũng bao gồm khử trùng và xử lý diệt tảo, và các máy tạo natri hypoclorit từ nước biển thường được sử dụng để sản xuất natri hypoclorit nhằm tiêu diệt vi sinh vật.
Quy trình khử muối bằng phương pháp Focus: Nước biển đã qua xử lý sơ bộ được bơm áp lực cao nén lên áp suất khoảng 5,5–6,8 MPa, sau đó đi vào cụm màng thẩm thấu ngược; các phân tử nước đi qua thành màng để trở thành nước ngọt, trong khi muối bị giữ lại để tạo thành nước mặn cô đặc!
Giai đoạn xử lý sau: Nước ngọt được sản xuất cần được bổ sung khoáng chất và khử trùng. Bằng cách bổ sung khí carbon dioxide và các khoáng chất cần thiết, đồng thời khử trùng bằng natri hypoclorit, nước thành phẩm sẽ đáp ứng tiêu chuẩn nước uống của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO)!
Mặc dù công nghệ xử lý nước biển đã được áp dụng rộng rãi, nó vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức như tiêu thụ năng lượng, chi phí và tác động môi trường, trong khi các đột phá công nghệ liên tục xuất hiện.
Những thách thức về tiêu thụ năng lượng và sự đổi mới Quá trình khử muối nước biển là một quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng, và việc giảm mức tiêu thụ năng lượng chính là mục tiêu chính của sự đổi mới công nghệ! Công nghệ thẩm thấu ngược đã giúp giảm đáng kể lượng điện tiêu thụ trên mỗi tấn nước nhờ các thiết bị thu hồi năng lượng hiệu quả;
Thách thức về chi phí và cải tiến Chi phí khử mặn nước biển, vốn từng lên tới 1.410 nhân dân tệ mỗi mét khối vào những năm 1970, hiện đã giảm xuống còn 1.405–1.000 nhân dân tệ mỗi mét khối. Dự án khử mặn nước biển tại Huaxia Qingdao đã giảm đáng kể chi phí nhờ việc thúc đẩy tỷ lệ nội địa hóa;
Tác động môi trường và gian lận tài nguyên Việc xả trực tiếp nước mặn cô đặc sinh ra trong quá trình khử mặn nước biển có thể gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển, nhưng các công nghệ mới đang biến nó thành một nguồn tài nguyên; Công ty Cấp nước Haidan Thanh Đảo đã ký hợp đồng vào năm 2023 để triển khai dự án khai thác lithium từ nước mặn cô đặc đầu tiên trên thế giới, có khả năng sản xuất 40 tấn carbonat lithium từ nước mặn cô đặc mỗi năm, mở ra một hướng đi mới cho việc khai thác tài nguyên lithium.
Bảng: So sánh mức tiêu thụ năng lượng và chi phí đầu tư trong các quy trình khử muối nước biển chính
| Kỹ năng | Tiêu thụ điện (kWh/m³) | Tiêu thụ năng lượng nhiệt (kJ/kg) | Chi phí đầu tư | Khó khăn trong vận hành và bảo trì |
|---|---|---|---|---|
| Thẩm thấu ngược | 3.8-5.0 | Không cần nguồn nhiệt | Thấp | Trung bình |
| Quá trình bay hơi bằng tia lửa điện nhiều giai đoạn | 2.5-5.0 | 290-390 | Cao | Trung bình |
| Chưng cất đa tác dụng | 1.5-2.5 | 230-370 | Cao | Trung bình cao |
Quá trình khử muối nước biển đã trở thành một thành phần chủ chốt của hệ thống cấp nước toàn cầu, đặc biệt là ở các vùng khô cằn và các thành phố ven biển.
Theo Hiệp hội Khử muối Quốc tế, hiện có 18.000 nhà máy khử muối hàng đầu được xây dựng trên toàn thế giới, cung cấp hơn 950.000 mét khối nước ngọt mỗi ngày cho hơn 150 quốc gia với mức tiết kiệm lên tới 300 triệu! Các cơ sở này không chỉ giải quyết vấn đề cung cấp nước uống tại địa phương, mà còn đóng góp chủ yếu vào việc quản lý bền vững tài nguyên nước toàn cầu!
Tại Israel, một trong những quốc gia phải đối mặt với tình trạng khan hiếm nước trầm trọng nhất trên thế giới, việc ứng dụng rộng rãi công nghệ khử mặn nước biển đã giúp đất nước này đạt được mức tự cung tự cấp cơ bản về nguồn nước. Năm nhà máy khử mặn nước biển quy mô lớn của Israel có công suất sản xuất hàng năm khoảng 600 triệu mét khối, đáp ứng 60% nhu cầu nước của toàn quốc; Việc khử mặn nước biển cũng đang nhận được sự quan tâm ngày càng tăng; 121 dự án khử mặn nước biển đã được hoàn thành trên toàn quốc, với công suất sản xuất nước hàng ngày là 1008800 tấn;f
Cùng với sự phát triển của công nghệ và việc giảm chi phí, khử mặn nước biển đang chuyển từ một “nguồn nước dự phòng” sang một “nguồn nước thông thường” và trở thành một giải pháp quan trọng nhằm giảm bớt cuộc khủng hoảng nước toàn cầu. Thông qua đổi mới vật liệu và tối ưu hóa quy trình, mức tiêu thụ năng lượng của các hệ thống hiện đại nhà máy khử mặn nước biển đã giảm 80% so với các giai đoạn trước. Trong tương lai, chúng sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong việc đảm bảo an toàn nguồn nước toàn cầu!
Công nghệ khử muối, với tư cách là giải pháp chủ chốt để giải quyết tình trạng khan hiếm nước trên toàn cầu, đang không ngừng nâng cao hiệu quả, giảm chi phí và giảm thiểu tác động môi trường thông qua đổi mới công nghệ; cùng với sự phát triển hoàn thiện của công nghệ kết hợp năng lượng tái tạo và sự cải thiện của toàn bộ chuỗi ngành, việc khử muối nước biển được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong việc xây dựng một hệ thống sử dụng tài nguyên nước bền vững, tạo ra những đảm bảo vững chắc cho nhân loại trong việc ứng phó với các thách thức về tài nguyên nước.
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
