LỌC MÀNG VÀ ỨNG DỤNG MÀNG LỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

LÝ THUYẾT LỌC MÀNG VÀ ỨNG DỤNG
MÀNG LỌ C ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI


Các tài liệu tham khảo
1.
2.

Lê Văn Cát. Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước.
Trần Đức Hạ, Đỗ Văn Hải, 2002. Cơ sở hóa học quá trình xử lý nước cấp và nước thải. NXB
Khoa học và Kỹ thuật

3.

Jimmy L. Humphrey and Georgy E. Keller II. Separation Process Technology.McGrawHill,1997.

4.

Georgy Tchobanoglous. Wastewater Engineering- Treatment and Reuse. McGraw-Hill,
2004

5.

Nicholas P. Cheremisinof, 2002. Membrane seperation technology. In: Handbook of Water and
Wastewater Treatment Technology.

6.

Bergman, R.AS, 2005. Membrane process. In: Water Treatment Plant Design, 4th edn. New
York: McGraw- Hill.

1.KHÁI NIỆM CHUNG

•

Màng là một pha rắn hoạt động như một hàng rào chắn đối với dòng chảy hỗn hợp
chất lỏng và các cấu tử trong đó.

Dung dịch lọc

Dòng hỗn hợp

Phần tử giữ lại trước màng


Phương pháp màng lọc

•

Q u á t r ì n h l ọ c m à n g : T á ch l ọc cá c ph ầ n tử ch ấ t b ẩ n q ua mà n g c ó k ích th ướ c l ỗ rỗ n g từ m ột v ài p h ần
mư ờ i m i cro me t đ ế n m ộ t v à i p h ần mư ờ i n a no m et d ướ i tá c d ụ n g c ủa g ra di en t á p su ất .

Phần tử hữu cơ lớn

Hợp chất hữu cơ

Keo

100Mm

10

Muối hòa tan

Virut

Vi khuẩn

1

0,1

0,01

0,001

0,0001

Thẩm thấu ngược

Lọc nano

Siêu lọc

Vi lọc

Lọc cát

0,00001

Tách các phần tử bằng màng lọc

Phân tử

T á ch k h í v à

Keo

Hạt

t á c h muối

Ao
1

Thẩm thấu

10

100

Siêu lọc

1.000

10.000

Vi lọc

ngược

Khuếch tán dung
dịch

Quá trình thủy động học

100.000

1.000.000

Lọc


Bản chất hóa học của vật liệu màng là hữu cơ (xenlunozơ, polyacrylic, polyamit…) hoặc vô cơ (oxit nhôm, cácbua silic, oxit
titan…

-Thẩm thấu ngược (RO): tách được tất cả mọi hợp chất trong nước

-Lọc nano: giữ lại ion hóa trị hai và cho lọt ion hóa trị một
-Siêu lọc: lọc huyền phù và các phân tử lớn
-Vi lọc: Chỉ giữ lại các hạt huyền phù và hạt keo lớn.

Chất lỏng cần lọc

Môdul màng

Chất lỏng không qua
lọc

Chất lỏng đã lọc


Sơ đồ vận chuyển các chất trong nước qua màng lọc

Nước

ion hóa trị I Ion hóa trị cao

Nước

ion hóa trị I

Virus

Vi khuẩn

Chất lơ lửng

Vi lọc (MF)

Ion hóa trị cao

Virus

Vi khuẩn Chất lơ lửng

Siêu lọc (MF)

Nước

ion hóa trị I

Ion hóa trị cao

Virus

Vi khuẩn Chất lơ lửng

Lọc nano (NF)

Nước

Thẩm thấu ngược (RO)

ion hóa trị I

Ion hóa trị cao

Virus

Vi khuẩn

Chất lơ lửng


Đặctrưngcơbảncủaquátrìnhlọcmàng
Quá

trình

Động lực

Cơ chế tách

Kíchthướclỗxốp

màng

Vi lọc

Các chất thấm

Áp lực thủy tĩnh

Sàng lọc

Chênh áp lực thủy tĩnh

L ỗ lớ n ,

0,08-2,0

>50nm

Sàng lọc

Lỗ vừa,

0,005-0,2

Các phần tử ô
nhiễm được x ử lý

μm

hoặc chân không

Siêu lọc

Kíchthướcphântử,,

Nước và chất hòa

TSS, Đục, ĐVNS, Vi

tan

khuẩn

Nước và phân tử nhỏ

Phân tử lớn, keo, vi khuẩn

2-50nm

Sàng lọc
Lọc nanô

Chênh áp lực thủy

+ khuếch tán

Nước, phân tử rất

Lỗ nhỏ,
<2nm

0,001-0,1

nhỏ và ion

Phân tử nhỏ, virus

tĩnh
Nước, phân tử rất
Khuếch tán dung dịch
Thẩm thấu ngược

Chênh áp lực thủy

L ỗ n h ỏ d à y,
<2nm

tĩnh

Thẩm tích

0,001

Khuếch tán

rất nhỏ

L ỗ v ừ a , 2-

độ

Trao đổi io n qua màng

Điện chuyển động

Nước và phân tử

Phân tử rất nhỏ, màu, độ
cứng

Phân tử lớn, keo, vi
khuẩn

50nm

Chênh lệch nồng

Điện thẩm tích

0,0001-

nhỏ và ion

Io n

Lỗ nhỏ,
<2nm

Nước và ion

-


2. C Á C L O Ạ I M À N G
Màng vi lọc (MF):

•
•
•
•
•
•
•
•

Loại màng: xốp, đối xứng
Độ dày của màng: 10-150μm
Kích thước lỗ xốp:0,05-10 μm
Áp suất động lực: <0,1-2,0 bar
Tốc độ lọc: >0,5 m3/m2.ngày.bar
Cơ chế hoạt động: rây (sàng) lọc
Vật liệu chế tạo: polymer, sợi, gốm, sứ
Ứng dụng: phân tích, khử trùng, nước siêu sạch…

Màng siêu lọc (UF):

•
•
•
•
•
•
•
•

Loại màng: xốp đối xứng
Độ dày: ~150 μm
Kích thước lỗ xốp:10-100nm
Áp suất động lực: 1-10 bar
Tốc độ lọc: >0,1-0,5 m3/m2.ngày.bar
Cơ chế hoạt động: rây lọc
Vật liệu: polymer, sợi, gốm, sứ
Ứng dụng: XLNT sưa, thực phẩm, dược phẩm. Tách hệ keo, cao phân tử…


Màng lọc nano ( dưới siêu lọc, NF)

•
•
•
•
•

•
•

Loại màng: bất đối xứng, tổ hợp cômposit
Độ dày của màng: lớp đỡ 150μm, lớp da màng 1 μm
Kích thước lỗ xốp: <2nm
Tốc độ lọc: >0,05 m3/m2.ngày.bar
Cơ chế hoạt động: hòa tan, khuếch tán
Vật liệu chế tạo: polyme
Ứng dụng: làm mềm nước, loại bỏ chất hữu cơ, xử lý nước siêu tinh khiết…


•

Màng thẩm thấu ngược (RO):

Ngăn cản sự chuyển dịch tất cả các tạp chất (trừ nước), áp suật động lực cao hơn áp suất
thẩm thấu. Kích thước lỗ nhỏ nên áp suất động lực cao. Thiết bị làm ngọt nước biển hoạt
động với áp suất 40-80 bar.

•

Điện thẩm tích:

Kết hợp phương pháp điện và màng trao đổi ion. Các ion vận chuyển qua màng trao đổi ion
từ vùng nồng độ thấp lên vùng nồng độ cao do dòng điện một chiều. Động lực điện hóa.
Tăng cường hiệu quả hoạt động bằng điện thẩm tích đảo chiều.


Giá thành màng: RO > NF > UF > MF

Áp suất động học: RO > NF > UF > MF


3.CƠ CHẾ CHUYỂN KHỐI QUA MÀNG

•

Nguyên tắc rây lọc:

Nước thải
Da màng

Lớp
màng

Nước lọc

•

Nguyên tắc hấp thụ ion trên màng nước
Màng nước

Nước lọc


Lý thuyết chuyển khối qua màng

Chuyển khối qua màng xốp:
2

J =

βr

∆p

8 ηq

∆x

•

J- dòng thể tích

•

∆p - á p su ấ t đ ộ n g l ự c ; ∆x-chiều dày màng

•

β- độ xốp bề mặt; r -đường kính mao dẫn; q-hệ số lệch (tỷ lệ giữa quãng đường vận chuyển phần tử và
bề dày màng)


Chuyển khối qua màng đặc:

J=

DK

l∆c

•

J-dòng thể tích

•

D- Hệ số khuếch tán; K-Hệ số hóa tan (hấp phụ); l-Độ dày của màng; ∆c- sự chênh lệch nồng độ.

Thẩm thấu ngược:

J=A(∆p- ∆π)

•

J- dòng thể tích dung môi

•

A- hằng số thấm của hệ, p hụ thu ộc vào bản chất của m àng (độ hấp phụ, khuếch tán, độ dày, nhiệt độ)

•

∆p- áp s u ất đ ộ ng lự c ; ∆π -áp suất thẩm thấu.


Độ dày lớp bám

D òng t h ể t í ch

dính

Độ dày lớp bám
D òn g t h ể t ích

dính

Thời gian

Thời gian
Nước lọc
Nước thải

Nước thải

Nước lọc

Nước lọc


HIỆU QUẢ SỬ DỤNG KỸ THUẬT MÀNG ĐỂ XỬ LÝ CÁC CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC MẶT

Nguồn

Hợp chất hữu cơ nước vào

Quá trình màng (ngưỡng tách)

nước

trong nước lọc

1

CHC hòa tan 4,8-2,8
mg/l

2

CHC hòa tan 5,4 mg/l

UF (0,01Mm) UF(0,01Mm)+Than HT

3

CHC hòa tan 5,6 mg/l

CHC hòa tan43,2 mg/l CHC sinh học
0,8mg/l

3,6-2,2 mg/l

bột

2,6-1,3 mg/l

MF(0,2Mm)

3,7 mg/l

UF(0, 1Mm)

3,6 mg/l

UF(50 kilo dalton)

4

Hợp chất hữu cơ

3,3 mg/l

UF (50 kilo dalton)

3,4 mg/l

NF (200 dalton)

0,3 mg/l(CHCHT)
<0,1 mg/l






Mμng ngËp n − í c