Hiện nay, công nghệ lọc nước RO hiện đang là công nghệ tiên tiến và hiện đại nhất được được các nước phát triển hàng đầu trên thế giới như Mỹ, Singapore, Nhật Bản, Hàn Quốc hay sử dụng cho các máy công nghiệp, lọc nước biển, dân dụng, sử dụng trong y tế… Vậy tại sao công nghệ lọc RO lại được ứng dụng rộng rãi như vây? Hãy cùng Việt An tìm hiểu ở nội dung dưới đây.

Công nghệ lọc nước RO

Công nghệ lọc nước thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis- RO) là một giải pháp màng lọc kỹ thuật nhằm loại bỏ nhiều loại phân tử lớn, tách ly các ion tồn tại dưới dạng muối khoáng hòa tan bằng cách dùng áp lực của máy bơm đẩy nước qua màng bán thấm. Kết quả là các muối khoáng hòa tan được giữ lại ở phía bên áp lực của màng và chỉ cho nước sạch (gần tinh khiết) đi qua một cách chọn lọc.

Mô tả nguyên lý, quá trình thẩm thấu ngược RO

Trong tự nhiên thẩm thấu được định nghĩa: là sự vận chuyển nước từ môi trường nhược trương sang môi trường ưu trương. Thẩm thấu là hiện tượng khi hai chất lỏng có nồng độ khác nhau được ngăn cách bởi một màng bán thấm, chất lỏng có xu hướng để di chuyển từ nồng độ thấp đến nồng độ chất tan cao cho đến khi cân bằng hóa học hoàn toàn.

Màng RO hoạt động ngược lại với hiện tượng này nên được gọi là màng thẩm thấu ngược gọi tắt là RO. Thẩm thấu ngược là cách di chuyển dung môi từ nồng độ cao đến nồng độ thấp ngăn cách bởi một màng bán thấm để ngăn không cho các muối khoáng hòa tan cân bằng nồng độ. Màng bán thấm không cho phép các chất tan di chuyển qua màng, nhưng cho phép các dung môi đi qua. Các xu hướng dung môi chảy qua màng tế bào có thể được diễn tả như "áp suất thẩm thấu", vì nó là tương tự như dòng chảy gây ra bởi một sự khác biệt giữa áp lực. Thẩm thấu nằm trong quá trình vận chuyển thụ động của khuếch tán bao gồm: thẩm thấu, thẩm tách và chọn lọc.

Quá trình thẩm thấu qua màng bán thấm lần đầu tiên được quan sát thấy năm 1748 bởi Jean Antoine Nollet. 200 năm sau, thẩm thấu chỉ là một hiện tượng được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Năm 1949, trường Đại học California tại Los Angeles (UCLA) lần đầu tiên tiến hành kiểm tra khử muối của nước biển bằng cách sử dụng các màng bán thấm. Các nhà nghiên cứu từ cả UCLA và Đại học Florida sản xuất thành công nước ngọt từ nước biển. Đến cuối năm 2001, khoảng 15.200 nhà máy khử muối đã hoạt động hoặc trong các giai đoạn xây dựng trên toàn thế giới.

Quá trình lọc nước RO không yêu cầu năng lượng nhiệt. Lưu lượng thông qua hệ thống RO có thể được quy định bởi bơm áp lực cao. Việc thu hồi nước tinh khiết phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau bao gồm kích thước màng, màng kích thước lỗ màng, nhiệt độ, áp suất vận hành và diện tích bề mặt màng. Các màng RO có một lớp dày đặc trong các ma trận lọc (màng tế bào). Trong hầu hết trường hợp, màng RO được thiết kế để cho phép chỉ có nước đi qua lớp ma trận lọc dày đặc này, và giữ lại các chất tan ( như các ion muối).

Lọc tinh loại bỏ các hạt 1 micromet hoặc lớn hơn. Siêu lọc loại bỏ các hạt từ 0.2 micromet hoặc lớn hơn. Thẩm thấu ngược là trong hạng mục cao cấp nhất của lọc màng, loại bỏ các hạt lớn hơn 0,0001 micromet. Quá trình này đòi hỏi phải có một áp suất cao có tác dụng lên phía nồng độ cao của màng tế bào, áp suất để lọc nước ngọt là 2-17 bar (30-250 psi ), nước lợ 15,5-26 bar, hoặc 1,6-2,6 MPa (225 đến 375 psi) và cho nước biển khoảng 55 đến 81,5 bar hoặc 6-8 MPa (800 đến 1.180 psi) để xé tan sức căng của nước hay còn gọi đảo ngược quá trình thẩm thấu. Màng RO được biết đến nhiều nhất trong khử muối (loại bỏ muối và khoáng chất khác từ nước biển để có được nước ngọt), nhưng kể từ đầu những năm 1970, nó cũng được sử dụng để làm sạch nước ngọt cho các ứng dụng y tế, công nghiệp, và trong nước.

Một số ứng dụng của công nghệ lọc nước RO

1. Trong công nghệ lọc nước đóng chai

Bộ lọc trao đổi ion để loại bỏ các hạt lơ lửng, sắt và Ca, Mg; Lọc tinh; -Bộ lọc than hoạt tính để giữ lại các tạp chất hữu cơ và clo, nếu không xử lý triệt để sẽ tấn công và làm suy giảm màng thẩm thấu ngược (TFC); Bộ lọc thẩm thấu ngược (RO), là một phim màng mỏng bán thấm cao phân tử (TFM hoặc TFC ); Một bộ lọc carbon thứ hai để chụp những hợp chất không được gỡ bỏ được bởi các màng RO; Một bộ đèn cực tím để khử vi khuẩn có thể thoát khỏi màng lọc thẩm thấu ngược;

RO là thiết bị dễ dàng sử dụng để lọc nước sông, nước mưa, và nước lợ (nước mặn cần màng đặc biệt). Trong sản xuất nước khoáng đóng chai, nước đi qua một bộ xử lý nước RO để loại bỏ các chất ô nhiễm và vi sinh vật. Ở các nước châu Âu, chế biến nước khoáng tự nhiên không được phép sử dụng hệ thống RO do họ lo ngại RO sẽ loại bỏ mất các khoáng chất có lợi trong nước. Trong thực tế, một phần nhỏ của các vi khuẩn sống và có thể đi qua màng RO thông qua các khiếm khuyết nhỏ, hoặc đi qua màng thông qua các rò rỉ nhỏ. Vì vậy, hệ thống RO nên sử dụng ánh sáng tia cực tím hoặc ozon để ngăn chặn ô nhiễm vi sinh cho chắc chắn. RO được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác như xử lý nước mưa, nước phục vụ nồi hơi công nghiệp, nước cho nhà máy nhiệt điện, xử lý nước thải, nước khử ion cho sản xuất dược phẩm…

Xem thêm: Dây chuyền lọc nước công nghệ RO giá tốt.

2. Ứng dụng của RO trong công nghiệp thực phẩm

Ngoài mục đích khử muối, thẩm thấu ngược còn ứng dụng lọc chất lỏng thực phẩm (chẳng hạn như nước ép trái cây) so với quá trình xử lý thông thường. Nghiên cứu đã được thực hiện trên nồng độ của nước cam và nước ép cà chua. Lợi thế của nó bao gồm chi phí vận hành thấp hơn và khả năng để tránh quá trình xử lý nhiệt, mà nó phù hợp với các chất nhạy cảm với nhiệt như các protein và enzyme được tìm thấy trong hầu hết các sản phẩm thực phẩm. Thẩm thấu ngược được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sữa để sản xuất bột whey protein (chất lỏng còn lại sau khi sản xuất pho mát) và nồng độ của sữa để giảm chi phí vận chuyển, được cô đặc bởi RO có tổng chất rắn từ 5% thành 18-22% để làm giảm kết tinh và chi phí làm khô bột lactose. Trong ngành công nghiệp rượu vang, RO được sử dụng rộng rãi. 

3. Xử lý nước biển (khử muối)

Các khu vực không có nước mặt, nước ngầm có thể chọn để khử muối trong nước biển hoặc nước lợ để có được nước ngọt. Thẩm thấu ngược là phương pháp phổ biến nhất của khử muối, mặc dù 85% của nước khử muối được sản xuất ở nhiều nhà máy chưng cất. Khử muối trong nước biển là một quá trình khử muối bằng màng thẩm thấu ngược đã được sử dụng thương mại kể từ đầu những năm 1970. Sử dụng thực tế đầu tiên của nó đã được chứng minh bởi Sidney Loeb và Srinivasa Sourirajan từ UCLA tại Coalinga, California. Bởi không sử dụng nhiệt, nên yêu cầu năng lượng thấp hơn khi so sánh với các phương pháp khác của khử muối, nhưng vẫn cao hơn nhiều so với các hình thức cung cấp nước khác nếu nước không nhiễm mặn. 

4. Khử trùng

Thẩm thấu ngược là một rào cản có hiệu quả để ngăn các vi khuẩn gây bệnh. Tuy nhiên trong quá trình xử nước, màng có thể bị tổn hại và các vấn đề tái nhiễm vi khuẩn. Khử trùng bằng đèn tia cực tím (còn gọi là diệt khuẩn hoặc tiệt khuẩn) được sử dụng để đảm bảo nước hoàn toàn tiệt trùng.