HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RO Pt-…

Màng lọc thẩm thấu ngược (Reverse osmosis membrane) làm vật liệu đặc biệt, hoạt động theo một nguyên lý riêng giúp hầu hết các tạp chất trong nước với một tỷ lệ (>95%).

Một số nguồn nước có hàm lượng muối khoáng cao, các phương pháp lọc bình thường không có tác dụng loại bỏ lượng muối này. Hoặc với yêu cầu chất lượng nước cho quy trình sản xuất đảm bảo tiệt trùng hoặc ít tạp chất nhất để đảm bảo quá trình sản xuất thì yêu cầu phải có hệ thống xử lý nước đáp ứng vấn đề này.

Có ít nhất hai phương pháp để giải quyết vấn đề trên, Ptech đưa ra so sánh sau để Quy khách hàng có hình dung rõ hơn về xử lý nước.

So sánh Hệ thống RO và Hệ thống DI:

STT	Hệ thống RO	Hệ thống DI
1	Hệ thống RO sử dụng màng lọc bán thấm RO với nguyên lý thẩm thấu ngược loại bỏ hoàn toàn các chất có hại trong nước, đặc biệt là các kim loại nặng như Mn, Cu, Pb, Hg, As,… Nước sau khi được xử lý bằng hệ thống RO là nước tinh khiết.	Hệ thống khử khoáng DI sử dụng hạt nhựa trao đổi ion để loại bỏ các ion có trong nước. Các hạt nhựa cation sẽ giúp loại bỏ các ion âm và hạt nhựa anion sẽ loại bỏ các ion dương. Nước sau khi được xử lý bằng hệ thống DI là nước tinh khiết.
2	Phải có hệ thống tiền xử lý phía trước để giảm tải cho hệ thống RO, bảo vệ màng lọc RO nhằm đảm bảo hiệu quả làm việc của hệ thống và tăng tuổi thọ màng RO	Phải có hệ thống tiền xử lý phía trước đề giảm tải cho hệ thống DI nhằm đảm bảo hiệu quả làm việc của hệ thống, tăng tuổi thọ của hạt nhựa đồng thời giảm số lần hoàn nguyên vật liệu.
3	Các chất cần loại bỏ tự động chuyển hướng đến ống thải, tuy nhiên vẫn có một phần nhỏ tạp chất bám lại trên bề mặt màng lọc, gây nghẹt màng RO → cần sử dụng hóa chất chống nghẹt màng để bảo vệ màng RO.	Các ion cần loại bỏ bám lại trên bề mặt hạt nhựa nên sau một thời gian ngắn hoạt  động, hạt nhựa sẽ bị trơ và cần được hoàn nguyên để đảm bảo hiệu quả làm việc của hệ thống→ phải có hệ thống hoàn nguyên hạt nhựa.
4	Thân thiện với môi trường.	Hạt nhựa được hoàn nguyên bằng axít (hạt nhựa Cation) và bazơ (hạt nhựa Anion) → không an toàn trong vận hành và gây ô nhiễm môi trường
5	Hoạt động liên tục.	Hoạt động gián đoạn do phải ngưng hệ thống để hoàn nguyên vật liệu lọc, muốn hệ thống hoạt động liên tục thì phải có hệ thống dự phòng.
6	Chất lượng nước đầu ra ổn định.	Chất lượng nước đầu ra không ổn định và phụ thuộc vào quá trình hoàn nguyên vật liệu.
7	Lưu lượng nước cấp vào hệ thống RO phải lớn hơn lưu lượng yêu cầu (khoảng 1,5 ÷2 lần) do một phần nước được thải bỏ theo tạp chất.	Lưu lượng nước cấp vào và nước ra khỏi hệ thống DI là như nhau. Tuy nhiên, để đảm bảo công suất hệ thống, khi tính toán cần chú ý đến lượng nước cần dùng để hoàn nguyên vật liệu lọc và thời gian nghỉ hệ thống để hoàn nguyên.
8	Chi phí đầu tư cao	Chi phí đầu tư thấp.
9	An toàn trong vận hành, bảo dưỡng	Mức độ an toàn trong vận hành thấp do hóa chất sử dụng hoàn nguyên là các loại hóa chất nguy hiểm.
10	Chi phí vận hành thấp	Chi phí vận hành cao.

Chúng tôi xin phép mô tả nguyên tắc Hệ thống xử lý nước RO (Pt-…)

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA HỆ THỐNG

Nước được bơm cấp đưa vào cột lọc khử khử kim loại nặng, đưa chỉ tiêu này về mức giới hạn yêu cầu, đồng thời loại bỏ 1 phần tạp chất chứa trong nước. Tiếp đến, nước từ cột lọc khử kim loại nặng dưới áp lực dư, tự chảy đến cột lọc làm mềm loại bỏ các inon Ca2+ và Mg2+ . Sau cột lọc làm mềm tiếp tục đi qua cột lọc tinh để sơ bộ lọc bỏ các chất rắn lơ lửng có trong nước. Hệ thống tiền xử lý này là bắt buộc phải có để giảm tải và bảo vệ hệ thống RO. Để đảm bảo sự hoạt động liên tục của hệ thống RO, trước khi được bơm cấp vào RO, nước từ cột lọc tinh được đưa đến bồn chứa trung chuyển. Từ đây, nước được  bơm cấp cao áp bơm lên hệ thống lọc RO. Sau RO có gắn đầu dò TDS. Nếu đầu dò báo hiệu TDS thấp hơn hoặc bằng giới hạn yêu cầu thì nước được cấp trực tiếp vào sản xuất. Nếu đầu dò báo hiệu TDS cao hơn mức yêu cầu thì nước được hồi về bồn chứa trung chuyển. Khi đó, cần kiểm tra toàn bộ hệ thống để phát hiện sự cố và khắc phục.

Chi tiết các công trình trong hệ thống

a. Cột lọc khử kim loại nặng – TK01

Nhiệm vụ:  Nước thô được bơm cấp vào cột lọc theo chiều từ trên xuống dưới đi qua lớp vật liệu lọc. Cột lọc khử sắt được thiết kế với 3 lớp vật liệu lọc gồm cát, sỏi và cát khử sắt. Trong đó, cát khử sắt có tác dụng loại bỏ sắt và mangan; cát, sỏi có nhiệm vụ giữ lại một phần các tạp chất lơ lửng kích thước lớn có trong nước.

Cát khử sắt là một loại cát được bọc chất ôxy hóa mạnh KMnO4 bên ngoài, có tác dụng ôxy hóa khử sắt Fe2+ và mangan Mn2+ thành sắt Fe3+ và mangan Mn5+. Fe3+ và Mn5+ sau đó được giữ lại trong lớp vật liệu lọc và lớp cát, sỏi bên dưới. Nước sạch tiếp tục được dẫn đến công trình tiếp theo.

Khi các tạp chất đã bám đầy trên bề mặt lớp vật liệu lọc, để đảm bảo hiệu quả làm việc, ta cần súc rửa cột lọc để tách lớp tạp chất này ra và làm sạch lại bề mặt vật liệu lọc. Thông thường, khoảng 1-2 ngày ta sẽ súc rửa cột lọc 1 lần.

Sau một thời gian sử dụng (khoảng 1-2 năm tùy theo chất lượng nước nguồn), lớp vật liệu lọc trên sẽ bị trơ và mất khả năng ôxy hóa. Khi đó, cần phải thay thế bằng vật liệu cát khử sắt mới hoặc hoạt hóa bằng KMnO4.

 

b. Cột lọc làm mềm – TK02

Nhiệm vụ:  Làm giảm độ cứng của nước, bên trong cột có chứa hạt nhựa Cation. Nước đi qua lớp vật liệu theo chiều từ trên xuống dưới và các ion Ca²⁺, Mg²⁺ sẽ bị giữ lại trên bề mặt hạt nhựa dựa trên nguyên lý trao đổi ion.

Nguyên lý trao đổi ion ở đây dựa trên tính chất của một số chất không tan hoặc hầu như không tan trong nước nhưng có khả năng trao đổi ion.

Lúc đầu ngâm hạt nhựa Cation vào dung dịch NaCl đậm đặc thì các ion H+ trên bề mặt hạt nhựa Cation sẽ tham gia vào phản ứng trao đổi với ion Na+ hòa tan trong dung dịch, kết quả ion Na+ được cấy lên toàn bộ bề mặt hạt nhựa Cation thay cho ion H+ và Cationit biến thành Na-Cationit.

Khi lọc nước qua lớp vật liệu hạt Na-cationit sẽ xảy ra các phản ứng sau:

2RNa +Ca(HCO3)2 ↔ R2Ca + 2NaHCO3

2RNa + Mg(HCO3)2  ↔R2Mg + 2NaHCO3

2RNa + CaCl2 ↔ R2Ca + 2NaCl
2RNa + CaSO4 ↔ R2Ca + Na2SO4
2RNa + MgSO4 ↔ R2Mg + Na2SO4

Ký hiệu R chỉ lõi không hòa tan của hạt nhựa Cation tổng hợp.

Theo quá trình nước đi qua lớp hạt nhựa Cation, ngày càng nhiều ion Na+ trên bề mặt của nó được thay thế bằng ion Ca2+, Mg2+  của nước. Cuối cùng, khi tất cả các ion Na+ trên bề mặt của hạt nhựa Cation bị thay thế bằng Ca2+ và Mg2+, hạt nhựa Cationit không còn khả năng trao đổi ion để tách ion Ca2+ và Mg2+ khỏi nước nữa. Khi đó, để khôi phục lại khả năng trao đổi cation của hạt nhựa, chúng ta cần tiến hành hoàn nguyên vật liệu lọc bằng dung dịch muối NaCl.

Quá trình hoàn nguyên vật liệu lọc diễn ra theo phản ứng sau:

R-Ca2+ + 2NaCl = R–Na+ + CaCl2

R-Mg2+ + 2NaCl = R–Na+ + MgCl2

Nước sau khi qua khỏi cột lọc làm mềm sẽ tự chảy sang cột lọc tinh.

c. Cột lọc tinh – TK03

Nhiệm vụ: Cột lọc tinh bao gồm vỏ bồn lọc tinh bằng inox và các lõi lọc tinh 5μm chứa bên trong có tác dụng loại bỏ các tạp chất lơ lửng có trong nước. Lõi lọc tinh được cấu tạo từ Polypropylene được nén ép với áp suất cao để tạo thành hệ thống lọc có kích thước mao quản 5μm. Nước được đưa vào bồn lọc tinh và đi vào các lõi lọc theo các mao quản theo hướng từ ngoài vào. Các tạp chất và cặn bẩn có kích thước > 5μm sẽ bị giữ lại trên bề mặt vật liệu lọc, nước sạch sau khi đi vào trung tâm của lõi lọc sẽ được tập trung tại đáy bồn và đưa ra ngoài. Sau khi qua cột lọc tinh nước sẽ không còn cặn và tạp chất.

Lõi lọc tinh được sử dụng liên tục không hoàn nguyên. Tuổi thọ của lõi lọc tinh khoảng từ 6 tháng đến 1 năm tùy theo hãng sản xuất và chất lượng nước cấp vào. Vì vậy, sau 6 tháng hoặc 1 năm ta nên thay lõi lọc tinh 1 lần.

d. Bồn chứa trung chuyển – TK04

Nhiệm vụ:  Nhằm đảm bảo cho hệ thống RO hoạt động liên tục, nước sau khi qua lọc tinh được đưa vào bồn chứa trung chuyển Từ đây, nước được bơm hút đẩy vào hệ thống RO.

e. Hệ thống lọc RO – TK05

Nhiệm vụ: Nước sau khi qua lọc tinh và được loại bỏ các tạp chất kích thước lớn sẽ được bơm cao áp chuyển đến RO. Hệ thống này ứng dụng công nghệ thẩm thấu ngược để loại bỏ hầu hết các virut, vi khuẩn, các ion trong nước với hiệu suất  rất cao. Hệ thống lọc RO là quá trình mà trong đó, các phân tử nước được cho qua một màng bán thấm 0,0001 micron bởi áp lực nước. Tấm  dài chứa màng tế bào được khéo léo kẹp lại với nhau và cuộn lại xung quanh một ống rỗng  theo hình xoắn ốc. Cấu hình cuộn lại này thường được gọi là mô-đun. Ứng với  các mô-đun có kích cỡ khác nhau sẽ cho ra lưu lượng và chất lượng nước khác nhau.

Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên. Nước bao giờ cũng chuyển dịch từ nơi có nồng độ muối/ khoáng thấp đến nơi có nồng độ cao hơn để tạo nên thế cân bằng trong dung dịch. Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ muối/khoáng từ 2 nơi này cân bằngThẩm thấu ngược: Thì ngược ngược lại, nước sẽ đi từ nơi có nồng độ muối cao đến nơi không có hoặc có ít muối hơn, bằng tác dụng của một ngoại lực áp lực đủ lớn để đẩy ngược nước thấm qua một loại màng đặc biệt này. Áp lực lớn sẽ đẩy nước chứa hàm lượng muối/ khoáng cao “thấm” qua một loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc có ít muối/ khoáng hơn. Đây là một loại màng đặc chủng, chịu được áp suất cao, màng mỏng, trên màng có các lỗ có kích thước rất nhỏ (0.001 micro). Màng được làm từ vật liệu Cellulose Acetate, Polyamide hoặc màng TFC có những lổ nhỏ 0.001 micro. Tất cả các màng này đều chịu áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorine không giống nhau.                                                                                                                                         

                                                               Hình 4 – Quá trình thẩm thấu tự nhiên                            Hình 5 – Quá trình thẩm thấu ngược

Với tốc độ và áp lực cực lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt của màng RO. Một phần trong số những phân tử nước “chui” qua được những lỗ lọc. Các tạp chất bị dòng nước cuốn trôi và “thải” bỏ ra ngoài. Với cách thức này, bề mặt của màng RO liên tục được rửa sạch và có tuổi thọ tới 1– 4 năm tùy vào mục đích và cách thức sử dụng.

Màng RO lọc được 99.9% tạp chất có trong nước gồm cả vi khuẩn và ion trong nước tồn tại dưới dạng muối khoáng hòa tan.

ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG LỌC RO:

Ưu điểm nữa của RO là các chất cần loại bỏ được tự động chuyển hướng đến ống thải nên tiết kiệm việc xây dựng  hệ thống  so với các thiết bị lọc thông thường. Hệ thống lọc nước RO hoạt động theo nguyên lý thẩm thấu ngược tự động xử lý và loại bỏ hoàn toàn chất có hại trong nước như: thuốc diệt côn trùng, chất phóng xạ, viruts, amoniac, các độc tố có nguồn gốc Nitơ. Đặc biệt xử lý được hoàn toàn những kim loại nặng trong nước: Mn, Cu, Pb, Hg, As, và các kim loại khác... Sau khi ra khỏi hệ thống RO, nước được cấp trực tiếp vào sử dụng.

TÍNH TOÁN LỌC RO:

Dựa vào công suất hệ thống và các yếu tố phân tích nước đầu vào và yêu cầu chất lượng nước thành phầm.

Công suất lõi lọc theo tiêu chuẩn hiện nay được liệt kê như sau:

STT	Kích thước (Inch)	Dạng kết hợp	Công suất làm việc (m3/h)	Số lõi lọc cho công suất 6 m3/h
1	4040	Lõi đơn	0.25	24
		Lõi đôi	0.5	12
2	8040	Lõi đơn	1.25	4 (4.8)
		Lõi đôi	2.5	3 (2.4)

Lựa chọn thiết kế cho phù hợp và đảm bảo chi phí đầu tư, vận hành thấp nhất.