Sơ đồ hệ thống DCMD trong quá trình xử lý nước nhiễm mặn

Nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng và đưa ra nhiều thách thức lớn trong những thập kỷ tới (Pugsley et al., 2016). Hơn nữa, sự biến đổi khí hậu đang diễn biến ngày càng phức tạp, đặc biệt hiện tượng mực nước biển dâng cao đã ảnh hưởng đến sự xâm nhập mặn vào nội địa và làm giảm lượng nước ngọt. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu nước ngọt, các nhà máy khử mặn xuất hiện ngày càng nhiều. Vào năm 2014, có khoảng 19.000 nhà máy khử mặn với tổng công suất gần 60 triệu m3/ngày đã được lắp đặt trên toàn thế giới (Gorjian and Ghobadian, 2015). Một số ví dụ điển hình như nhà máy khử mặn ứng dụng công nghệ chưng cất đa hiệu ứng (MED) - JWAP do SIDEM của Pháp xây với công suất 800.000 m3/ngày sử dụng 27 đơn vị MED; nhà máy khử mặn bằng công nghệ RO - Sorek, Israel 624.000 m3/ngày sử dụng các màng 16 inch; một số đơn vị ED được lắp đặt tại Texas… Trong số các công nghệ khử mặn đó, công nghệ chưng cất và công nghệ màng chiếm phần lớn trong các nhà máy khử mặn trên thế giới, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế như tiêu thụ năng lượng lớn và chi phí xây dựng, vận hành cao, không xử lý được nước muối cô đặc có độ mặn cao. Để khắc phục những vấn đề trên, công nghệ chưng cất màng (MD) ra đời và được sử dụng để khử mặn với nồng độ cao (Khalifa et al., 2017). So với các công nghệ khác, MD ngày càng hấp dẫn vì ít chiếm diện tích, giá thành thấp, xây dựng dễ dàng, tiêu thụ năng lượng thấp và có khả năng loại bỏ gần như 100% các ion và chất hữu cơ không bay hơi (Duong và ctv., 2015).

MD là một sự kết hợp của công nghệ chưng cất và công nghệ màng (Tijing et al., 2015). Nguyên tắc hoạt động của MD là quá trình vận chuyển hơi nước bằng nhiệt qua màng kỵ nước (Eykens et al., 2017). Chưng cất màng tiếp xúc trực tiếp (DCMD) là một trong những cấu hình đơn giản nhất của MD và vận hành dễ dàng, không đòi hỏi một bình ngưng bên ngoài (Khayet, 2011). Trong hệ thống DCMD, cả dòng vào và dòng thấm đều tiếp xúc trực tiếp với màng, sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai bề mặt màng tạo ra sự chênh lệch về áp suất hơi qua màng, làm cho hơi nước phía dòng nóng thấm qua các lỗ màng và ngưng tụ ở dòng lạnh (Khalifa et al., 2017). Mục tiêu của nghiên cứu này nhằm nghiên cứu và phát triển công nghệ DCMD trong xử lý nước nhiễm mặn, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến thông lượng và khả năng xử lý của hệ thống sử dụng màng kỵ nước được làm từ vật liệu Polytetrafluoroethylene (PTFE). Nhiệt độ dòng vào được thay đổi và tăng dần từ 40, 50, 60oC. Thông lượng dòng thấm và hàm lượng nồng độ tổng chất rắn hòa tan (TDS) đầu ra được đo liên tục trong suốt quá trình nghiên cứu.

Chưng cất màng tiếp xúc trực tiếp (DCMD) trong nghiên cứu này là một cấu hình đơn giản có thể được phát triển và sử dụng phổ biến trong công nghệ chưng cất màng. Nghiên cứu này đã phát triển và thử nghiệm công nghệ DCMD để xử lý nước nhiễm mặn với việc sử dụng màng Polytetrafluoroethylene. Đồng thời, sự thay đổi của nhiệt độ đầu vào cũng được khảo sát nhằm đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến thông lượng dòng thấm cũng như chất lượng nước cất. Nhiệt độ đầu vào được thay đổi từ 40 đến 60oC với các thông số cố định bao gồm nhiệt độ làm mát ở 22 ± 1oC, kích thước lỗ rỗng màng 0,45 µm, và nồng độ tổng chất rắn hòa tan đầu vào khoảng 5.000 mg/L. Kết quả khảo sát cho thấy thông lượng dòng thấm tăng lên cùng với sự tăng lên của nhiệt độ nước đầu vào, tuy nhiên khi nhiệt độ quá cao, màng dễ bị suy giảm cấu trúc (bị phá huỷ) và ảnh hưởng đến chất lượng nước cất dòng ra. Trong nghiên cứu này, nhiệt độ nước đầu vào 60oC cho hiệu quả chưng cất cao với thông lượng dòng thấm đạt được 4,47 L/m2h. Hệ thống DCMD thử nghiệm này có khả năng xử lý nước nhiễm mặn đạt hiệu suất xử lý muối cao, trên 99,45%.