Mô tả

   Hiện nay công nghệ xử lý nước bằng hệ thống lọc nước Ro không còn xa lại gì với người dân chúng ta nước, hệ thống Ro được áp dụng rộng rãi từ các hệ thống lọc nước uống đóng bình 20 lít, các loại máy lọc nhỏ sử dụng cho hộ gia đình rất tiện lợi, chi phí hợp lý mà chất lượng nước lại rất ổn định.

Quá trình hình thành theo: Wikipedia tiếng việt.

Nói về công nghệ lọc Ro chúng ta hãy dành vài phút để hiểu về lịch sử ra đời của công nghệ lọc Ro. Ro là chữ viết tắt của cụm từ Reverse Osmosis. Công nghệ lọc Ro được nghiên cứu và phát triển tại Hoa Kỳ, mục đích nghiêm cứu nhằm để sử dụng trong lĩnh vực vũ trụ ( Tái tạo nước thải thành nước uống ) và hàng hải ( Xử lý nước mặn thành nước ngọt ).

Công nghệ lọc Ro được mát minh bởi nhà khoa học Oragin. Sau này công nghệ RO được ứng dụng rộng rãi vào trong sản xuất và đời sống, như sản xuất nước uống trực tiếp, cung cấp nước cho sản xuất thực phẩm, dược phẩm hay các phòng thí nghiệm.

Lịch sử màng lọc RO trải qua lịch sử phát triển từ việc phát hiện ra hiện tượng thẩm thấu ngược tới màng lọc áp lực thấp. Dưới dây là sơ lược lịch sử quá trình

• Năm 1748 thẩm thấu qua màng bán thẩm được quan sát lần đầu tiên vào năm 1748 bởi Jean-Antoine Nollet (nhà khoa học người Pháp). Trong các thí nghiệm của mình, Nollet đã sử dụng bàng quang lợn làm màng lọc, thí nghiệm cho thấy các phân tử hòa tan trong nước có nồng độ thấp có thể đi xuyên qua thành bàng quang thành nồng độ chất tan cao hơn. Do đó, ông trở thành người đầu tiên chứng minh quá trình dung môi có thể đi qua qua màng bán thấm ngược với quá trình thẩm thấu trong tự nhiên.
• Năm 1861 Graham. Đầu tiên ông quan sát nguyên lý thẩm thấu.
• Năm 1903 Morse và Pierce. Họ sử dụng các điện cực và màng bán thẩm để lọc tách các chất hòa tan một cách nhanh chóng..
• Năm 1906 Bechold. Đầu tiên tạo ra một màng lọc siêu nhỏ với kích thước 0,01 micron.
• Năm 1913, Abel cùng cộng sự của mình là Rowntree và Turner làm việc tại phòng thí nghiệm dược phẩm đã đề xuất ý tưởng về quá trình lọc máu nhân tạo sử dụng màng bán thẩm. Đây là quá trình sơ khai hình thành khái niệm chạy lọc thận nhân tạo đầu tiên trên thế giới, thúc đẩy sự phát triển cải tiến màng bán thẩm
• Năm 1943 Willem Kolff. Hoàn thành ý tưởng về quá trình thận nhân tạo. Bác sĩ Willem Kolff được coi là cha đẻ của chạy thận nhân tạo. Bác sĩ trẻ người Hà Lan này đã chế tạo máy lọc máu đầu tiên (thận nhân tạo) vào năm 1943. Ý nghĩa việc ứng dụng chạy thận nhân tạo góp phần giải quyết nhiều pha cấp cứu và góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ màng lọc.
• Năm 1950, Tiến sĩ S Sourirajan. Phát minh ra một màng thẩm thấu sinh học nhân tạo. Cơ sở của thẩm thấu ngược.
• Năm 1953 Reid. Bắt đầu nghiên cứu thẩm thấu ngược.
• Năm 1959 UCLA. Phát triển thẩm thấu ngược ở California.
• Năm 1960 Loeb & Sourirajan. Tạo màng thẩm thấu ngược axit axetic đầu tiên. Nó có thông lượng nước cao với loại bỏ được muối hòa tan trong nước.
• Nhà máy RO đầu tiên sản xuất 22 m3 mỗi ngày vào năm 1965.
• Đến năm 1970 sản xuất màng thương mại bắt đầu phát triển mạnh. Thương hiệu màng lọc RO Filmtec bắt đầu đi vào hoạt động – bây giờ là tên thương hiệu Dow Filmtec xuất hiện trên toàn thế giới. Ban đầu các màng bán thẩm RO này được sử dụng trong quân sự, vũ trụ, nghiên cứu… như: tàu ngầm và tàu vũ trụ đã có một cách khử muối và tái chế nước hiệu quả. Tàu ngầm có thể lọc nước biển thành nước ngọt tinh khiết. NASA Mỹ là người đầu tiên sử dụng RO. để phục hồi và làm sạch nước tiểu và nước thải phi hành gia tàu con thoi “để uống…
• Ngày nay công nghệ RO phát triển, màng RO được sản xuất công nghiệp với mắt lưới siêu nhỏ (kích thước 0.0001 – 0.001 µm) lưu lượng nước đi qua lớn, màng lọc RO được áp dụng vào dân dụng và công nghiệp rất phổ biến, từ thiết bị máy lọc nước gia đình tới hệ thống lọc nước Ro công suất lớn phục vụ trong y tế và sản xuất công nghiệp.

Giời thiệu về hệ thống Ro ở nước ta.

Hệ thống lọc nước Ro được phát triển ở nước ta từ những năm 1998, sau này đến những năm 2005 bắt đầu phát triển mạnh về các máy lọc nước Gia Đình công suất nhỏ, sau giai đoạn đó nhiều công ty đã nắm bắt thời cơ và phát triển các hệ thống lọc nước Ro để sản xuất nước đóng chai. Thị trường lắp đặt thiết bị lọc nước đóng chai được phát triển mạnh từ năm 2008 – 2012 thì bắt đầu bĩ chững lại một phần do suy thoái kinh tế, một phần do phát triển quá nhanh lên nhiều cơ sở đầu tư hệ thống sau đó không bán được sản phẩm, mức lợi nhuận bị thu hẹp và đi vào phá sản.

Hệ thống Ro được phát triển ở Việt Nam từ nhưng năm 2002 và tôi là 1 trong những người được đánh giá là lớp đầu trong làng cung cấp hệ thống Ro. Trải qua quãng thời gian gần 20 năm trong ngành, hệ thống Ro càng ngày càng hoàn thiện hơn vì nguồn nước ở Việt Nam vô cùng phức tạp, hệ thống Ro nếu không đưa ra phương án xử lý hiệu quả thì màng lọc Ro sẽ bị tắc và chi phí thay thế sẽ rất tốn kém.

Bài viết này tôi chia sẽ đến các bạn cách làm một hệ thống Ro thực sự chuẩn, để có tuổi thọ màng lọc Ro từ 3 – 8 năm. Thực ra khi đầu tư bài bản thì chi phí ban đầu sẽ rất cao, nhưng về sau sẽ không bị hỏng nhiều, theo năm tháng những chi phí ban đầu đó sẽ bù đắp lại.

Tìm hiểu về cách làm hệ lọc Ro:

Nước đầu vào cung cấp cho hệ thống lọc Ro cần là nước máy hoặc nước Giếng Khoan, nếu như các bạn đưa nước Giếng Khoan trực tiếp vào hệ thống sẽ gây hỏng thiết bị, vì sao lại gây hỏng thiết bị? Vâng nước Giếng Khoan là nguồn nước chưa được ô xy hóa, các hàm lượng như Fe đang tồn tại ở dạng Fe2+ một dạng hòa tan vào trong nước, những bể lọc chặn ban đầu thiết kế để bảo vệ màng Ro không còn ý nghĩa ở đây nữa và màng lọc Ro của bạn sẽ bị tắc sau vài tháng sử dụng. Cũng giống như Fe trong nước còn tồn tại dạng vật chất tương đồng mà nó còn làm tắc màng Ro nhanh hơn Fe đó là hàm lượng Mangan, khi trong nước Giếng Khoan hàm lượng Mangan đang tồn tại dưới dạng Mn2+ cần phải chuyển đổi thành Mn4+ thì các bể lọc mới có khả năng giữ lại.

==>Chính vì vậy trước khi cấp nước vào hệ thống lọc nước Ro, các bạn phải làm một hệ thống lọc nước Giếng Khoan như sau: Nước Giếng Khoan ==> Dàn mưa ==> Bể lắng ( thời gian ngưng tụ 2 – 3h ) ==> bể lọc cát ( Lớp cát 80 – 100Cm ) ==> Bể lọc than ( Lớp than 30 – 50Cm ) ==> Bể chứa nước sau lọc ==> Cấp nước cho hệ lọc Ro.

Hệ thống bơm cấp đầu nguồn.

Hệ thống bơm cấp đầu nguồn các bạn lên lựa chọn các dòng máy bơm có cột áp tốt ( Vì cần áp xuất để đầy qua các cột lọc ) Cột áp được lựa chọn từ 25 – 35m. Máy bơm này sẽ được tính toán để phù hợp với lưu lượng xử lý. Ví dụ: Hệ thống lọc nước Ro 1000 lít/ giờ cần sử dụng máy bơm có thể cấp nước được 2 m3/h.

Hệ thống bơm cấp lên lựa chọn các dòng máy bơm có đầu máy và cánh bằng Inox, khi sử dụng các dòng bơm bằng inox nhìn chúng sẽ rất sạch sẽ, hợp với vệ sinh an toàn thực phẩm.

Hệ thống bơm cấp lên sử dụng hai máy bơm, mục đích là để hai máy bơm chạy luân phiên. Nếu cớ sự cố hỏng hóc máy bơm sảy ra sẽ được bật bổ xung bơm kia ngay, không bị gián đoạn trong quá trình hoạt động.

Hệ thống xử lý sơ cấp trong hệ thống lọc nước Ro

Bể xử lý sơ cấp là hệ thống xử lý giúp bảo vệ màng lọc Ro.

Bể xử lý gồm 5 phần chính:

1. Phần bể lọc thô
2. Phần bể lọc than hoạt tính.
3. Phần bể lọc trao đổi Cationit.
4. Phần lọc chặn 5Micron.
5. Phần Màng lọc Ultrafiltration.
6. Phần bể lọc Anion.

Chúng ta cùng đi tìm hiểu cung dụng của từng loại bể lọc.

Bể lọc thô: Bể lọc thô chức năng chính là loại bỏ các thành phần gây ô nhiễm như Fe, Mn và các huyễn phù hòa tan.

Kết cấu của bể lọc thô gồm có:

• Lớp sỏi đỡ dày 10 – 15Cm.
• Lớp cát thạch anh dày 50Cm
• Lớp vật liệu Mangan dày 30Cm.

Lớp sỏi thạch anh tác dụng chính là làm thoáng chó hệ thống thu nước dưới đáy bể lọc. Lớp sỏi đỡ ngăn chặn không cho những hạt cát có kích thước nhỏ bám dính vào các rãnh thu nước dưới đáy bể. Nếu không có lớp sỏi đỡ các hạt cát có kích thước nhỏ sẽ bám vào các rãnh thu nước làm bể lọc bí tắc, lưu lượng qua bể lọc không ổn định.

Lớp cát thạch anh có chức năng loại bỏ các loại bông cặn lơ lửng có kích thước lớn.

Lớp vật liệu lọc Mangan có chức năng loại bỏ Fe và Mn.

Bể lọc than hoạt tính trong hệ thống lọc nước Ro

Bể lọc than hoạt tính có chức năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ, các hợp chất hữu cơ chúng ta hay thấy trong nước có màu hơi vàng nhạt. Tại sao các chất hữu cơ trong nước lại có màu vàng nhạt như vậy? thực chất ở đây là các hợp chất hữu cơ tạo thành các lớp màng mỏng, bao quanh các hạt sắt có kích thước rất nhỏ, chính vì vậy những hạt sắt này không bị giữ lại ở các bể lọc.

Than hoạt tính là một loại vật liệu lọc có cấu tạo rất nhiều các lỗ nhỏ ở trong mỗi hạt than, chính vì bản chất đó lên các hạt cặn hữu cơ khi đi vào cột lọc than hoạt tính sẽ chui vào bên trong các lỗ rỗng của than hoạt tính, đồng thười các lỗ rỗng này có nhiều cạnh sắc, lên khi đi qua sẽ bị phá tan lớp màng bọc bên ngoài của lớp cặn sắt, điều kiện này giúp cho các hạt bông cặn sắt có khả năng bám dính vào nhau và bị chặn lại ở bể lọc than hoạt tính.

Than hoạt tính khi sử dụng cho hệ thống lọc Ro lên lựa chọn các dòng sản phẩm có chất lượng cao trên thị trường như than: Norit, than Calgon.

Bể lọc cationit trong hệ thống lọc nước Ro

Bể lọc cationit là bể lọc chứa các hạt ion có điện tích dương, Các hạt ion ở trong bể lọc Cation sẽ có tác dụng loại bỏ các hàm lượng như Ca, Mg để nước sau xử lý không có các loại cáu cặn bám dính vào màng lọc Ro, Nếu không có bể lọc trao đổi Cation ở những vùng đồi núi của Việt Nam nơi có hàm lượng CaCo3 cực cao sẽ gây tắc màng lọc Ro thường xuyên.

Bể lọc Cation sau một thời gian sử dụng những hạt nhựa sẽ hút đầy các ion Ca và Mg lên hạt, vì vậy sau mỗi quá trình lọc chúng ta phải xả rửa lớp vật liệu lọc bằng các nguyên tố Na ( có 2 loại là NaCl và NaoH dùng để tái tạo hạt lọc ).

Lưu ý: Ở trong bể lọc trao đổi Ion chỉ sử dụng Sỏi đỡ và hạt lọc Cation, tuyệt đối các bạn không lên sử dụng cát thạch anh. Bởi vì cát thạch anh vốn dĩ ở biển, sẽ có tính chất giữ mặn rất tốt, lên khi tái sinh hạt lọc bằng NaCl nếu quá trình rửa không đủ sẽ có một lượng muối đi vào màng lọc Ro gây tắc màng lọc.

Hệ lọc chặn 5Micron:

Hệ lọc chặn 5Micron có chức năng loại bỏ các huyễn phù có kích thước lớn hơn 5Micron ra khỏi nguồn nước cấp.

Phần Màng lọc Ultrafiltration. ( UF )

Màng lọc UF là một màng lọc có kích thước nhỏ có dải lọc từ 0,01 – 0,2Micron, áp xuất làm việc của loại màng lọc này từ 10 – 150PSI tùy theo những lĩnh vực hoạt động.

Màng lọc UF có hai dòng là dòng cho xử lý nước thải áp xuất làm việc từ 2 – 30PSI. dòng dùng cho nước cấp áp xuất từ 50 – 150PSI,

Màng lọc UF là một bước xử lý rất hiệu quả nhằm bảo vệ màng lọc Ro. Màng lọc UF có khả năng xử lý được các chất rắn hòa tan có kích thước lớn hơn 0,2Micron. Theo tài liệu đi kèm màng siêu lọc có khả năng loại bỏ được một phần các loại vi khuẩn, virut.

Màng lọc UF có khả năng xử lý tốt các chắt rắn hòa tan nhưng nếu không hoạt động màng này chính xác sau một thời gian các chất keo sẽ bám vào lớp màng lọc dẫn đến lưu lượng của hệ thống lọc UF bị giảm đi đáng kể.

Màng lọc UF có cơ chế lọc gần giống với màng lọc Ro nghĩa là trong quá trình vận hành luôn có một lượng nước được xả bỏ, mục đích của quá trình xả bỏ này là để đẩy ra ngoài những hạt cặn có kích thước lớn giúp vệ sinh màng lọc tránh bị bí tắc.

Phần bể lọc trao đổi Anionit trong hệ thống lọc nước Ro

Chắc các bạn vẫn đang thắc mắc tại sao lại đặt bể lọc trao đổi Anionit sau hệ thống màng lọc UF vì rất đơn giản thôi, hạt lọc anion nếu muốn phát huy hiệu quả tốt thì chất lượng nước đầu vào bể lọc phải tốt.

Phần màng lọc Ro.

 Nguyên lý hoạt động:

Theo một cơ chế ngược lại với các cơ chế lọc thẩm thấu thông thường, nhờ lực hấp dẫn của trái đất để tạo ra sự thẩm thấu của các phân tử nước qua các mao mạch của lõi lọc (chẳng hạn như lõi lọc dạng gốm Ceramic). Màng lọc RO hoạt động trên cơ chế chuyển động của các phần tử nước nhờ áp lực nén của máy bơm cao áp tạo ra một dòng chảy mạnh (đây có thể gọi là quá trình phân ly trong chính dòng nước ở môi trường bình thường nhờ áp lực) đẩy các thành phần hóa học, các kim loại, tạp chất…có trong nước chuyển động mạnh, văng ra vùng có áp lực thấp hay trôi theo dòng nước ra ngoài theo đường thải (giống như nguyên lý hoạt động của thận người). Trong khí ấy các phân tử nước thì lọt qua các mắt lọc cỡ kích cỡ 0,0001 micromet nhờ áp lực dư, với kích cỡ mắt lọc này thì hầu hết các thành phần hóa chất kim loại, các loại vi khuẩn đều không thể lọt qua.

Cấu tạo màng lọc Ro:

Lõi lọc RO hiện tại được biết đến là lõi lọc được cấu thành bởi các cụm (module) màng lọc được cuộn tròn lại, mỗi một cụm (module) màng lọc bao gồm một màng dẫn nước sạch, một màng lọc thẩm thấu ngược và một màng dẫn nước cấp. Những màng trên được xếp chồng lên nhau và quấn quanh ống thu hồi nước sạch trung tâm. Màng thẩm thấu ngược được quấn tròn để hình thành kênh nước cấp ở giữa hai bề mặt ngoài liền kề của màng. Kênh nước sạch được hình thành từ mặt trong liền kề của màng lọc thẩm thấu ngược. Màng dẫn nước sạch nằm giữa kênh nước sạch này.

Lõi lọc thẩm thấu ngược RO loại này các mép được dán kín ở 2 mép bên của kênh nước sạch và 1 mép một ở cách xa ống thu hồi nước sạch trung tâm. Do đó, nước sau khi thẩm thấu sẽ chảy tập trung về một bên mép còn lại và nối với ống dẫn nước sạch trung tâm.

Sau khi cụm (module) màng lọc được quấn quanh ống nước sạch trung tâm, toàn bộ mặt ngoài của lõi lọc sẽ được bọc bởi một màng nhựa mỏng bên ngoài được dán kín trừ 2 đầu của lõi lọc.

Đối với lõi lọc loại này, đầu tiên nước sẽ vào kênh nước cấp ở một đầu của lõi lọc: một phần của nước cấp sẽ được lọc bởi màng RO và chảy vào ống nước sạch trung tâm thông qua màng dẫn nước; một phần khác mà không được lọc qua màng RO là nước thải sẽ chảy dọc theo màng dẫn nước cấp và được thải ra ngoài ở đầu còn lại của lõi lọc.

Với lõi lọc loại này thì hướng của nước cấp và hướng của nước thải ra là cùng một hướng.

Tuy nhiên, do kênh nước cấp rộng và đường đi của nước ngắn thì tốc độ dòng chảy của nước cấp dọc theo kênh nước cấp là tương đối thấp và dẫn đến hiện tượng phân cực nồng độ rất dễ xảy ra trên bề mặt của màng lọc. Điều này dẫn đến làm tăng tốc độ bám bẩn màng lọc, giảm tỉ lệ loại bỏ tạp chất, năng suất lọc thấp và tuổi thọ lõi lọc ngắn.

Màng lọc nước RO là là thiết bị thực hiện chức năng chính của máy lọc nước RO với các nhiệm vụ như sau:

• Loại bỏ các hợp chất hữu cơ như thuốc trừ sâu, phẩm nhuộm công nghiệp… thường có kích thước phân tử lớn nên không thể đi qua màng lọc nước RO được.
• Các ion kim loại tuy nhỏ nhưng lại bị Hydrat hóa( bị các phân tử nước bao quanh) nên cũng trở nên cồng kềnh hơn và không hể chui lọt được qua các khe hở có trên lỗ lọc của màng RO
• Các vi khuẩn( kích thước vài micromet) hay các loại virus nhỏ hơn kích thước vài chục nanomet đều to gấp hàng chục lần kích thước của lỗ trên màng nên đều bị chặn lại.
• Loại bỏ hoàn toàn các chất rắn, khí hòa tan trong nước
• Do đó kết quả sau khi đi qua màng RO là nước rất sạch.

  Lưu ý: Chất lượng nước sau Hệ thống lọc nước Ro không được gọi là nước Tinh Khiết, bởi nước tinh khiết chỉ có hai nguyên tố chính là Hidro và ô xy ( H2O ). Còn nước sau khi qua màng lọc Ro chỉ đảm bảo bạn có nguồn nước sạch, đảm bảo quy chuẩn nước uống trực tiếp đối với con người được thế giới công nhận.