TIỂU LUẬN CUỐI KỲ TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC TRONG THỰC PHẨM

KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN CUỐI KỲ
TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ
LÝ NƯỚC TRONG THỰC PHẨM

MÃ MƠN HỌC: PVFB422050_03CLC
Thực hiện

: Nhóm 1, Thứ 2, Tiết 10-11

GVHD

: Th.S Đặng Thị Ngọc Dung

 Thành phố Thủ Đức, ngày 31 tháng 5 năm 2021 


DANH SÁCH NHÓM THAM GIA
VIẾT TIỂU LUẬN
HỌC KỲ II NĂM HỌC 2020 - 2021
Nhóm số 1 (Lớp thứ 2 tiết 10-11)
Tên đề tài: Tổng quan về các công nghệ xử lý nước dùng trong thực phẩm

Danh sách thành viên

STT

HỌ VÀ TÊN

MÃ SỐ

TỶ LỆ %

SINH VIÊN

SINH VIÊN

HỒN THÀNH

01

Phịng Ngọc Dung

19116070

100%

02

Nguyễn Thị Ly Na

19116016

100%

03

Ngơ Thanh Thúy

19116131

100%

04

Hồ Ngọc Minh Thư

19116008

100%

Ghi chú:
-

Nhóm trưởng: Ngơ Thanh Thúy

SĐT: 0967699576

_____________________________________________________________________
Nhận xét của Giáo viên:
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Ngày.…. tháng 5 năm 2021
Giáo viên chấm điểm


KẾ HOẠCH PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ VIẾT TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI

MÔN CNSX NƯỚC GIẢI KHÁT VÀ RAU QUẢ
HỌC KỲ II NĂM HỌC 2020-2021
1. Mã lớp môn học: PVFB422050_03CLC
2. Giảng viên hướng dẫn: Th.S Đặng Thị Ngọc Dung
3. Tên đề tài: Tổng quan về các công nghệ xử lý nước dùng trong thực phẩm
4. Bảng phân cơng nhiệm vụ:
Nội dung hồn thành
1.
Giới thiệu về các
công nghệ xử lý nước trong
thực phẩm
2.
Phương pháp vật lý

Sinh viên hồn thành Mức độ hồn thành
Ngơ Thanh Thúy

Tốt

Phòng Ngọc Dung

Tốt

Nguyễn Thị Ly Na

Tốt

Hồ Ngọc Minh Thư

Tốt

Hồ Ngọc Minh Thư

Tốt

Ngọc Dung, Ly Na,
Minh Thư

Tốt

7.
Ý nghĩa kiểm định
nước

Ngô Thanh Thúy

Tốt

8.
Tiêu chuẩn nước
uống

Ngơ Thanh Thúy

Tốt

3.
Phương pháp hóa
học
4.

Phương pháp xử lý
chuyên sâu năng lượng
5.
Phương pháp hóa lý
6.

Khử mùi nước một

lần nữa

1

Sinh viên ký tên


MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU .............................................................................................................................. 3
1.

Giới thiệu về các công nghệ xử lý nước trong thực phẩm ....................................................... 4

NỘI DUNG.......................................................................................................................................... 5
2.

PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ ......................................................................................................... 5
2.1.

2.1.1.

Phương pháp lắng .......................................................................................................... 5

2.1.2.

Phương pháp lọc bằng màng Membrane ....................................................................... 7

2.2.

3.

4.

Phương pháp cơ học .............................................................................................................. 5

Phương pháp khử trùng ....................................................................................................... 20

2.2.1.

Phương pháp khử trùng bằng nhiệt ............................................................................. 20

2.2.2.

Khử trùng bằng tia cực tím UV .................................................................................... 20

2.2.3.

Phương pháp sóng siêu âm .......................................................................................... 21

PHƯƠNG PHÁP HĨA HỌC................................................................................................... 21
3.1.

Trung hòa - neutralization ................................................................................................... 21

3.2.

Trao đổi ion – ion exchange ................................................................................................ 22

3.3.

Oxy hóa khử - Oxidation and Reduction ............................................................................. 23

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHUYÊN SÂU VỀ NĂNG LƯỢNG (ENERGY INTENSIVE

TREATMENT TECHNOLOGIES) ............................................................................................... 24

5.

4.1.

Khí quyển (Ozone) .............................................................................................................. 24

4.2.

Tia cực tím (UV Light) ........................................................................................................ 25

PHƯƠNG PHÁP HĨA LÝ ...................................................................................................... 26
5.1.

Q trình keo tụ tạo bơng .................................................................................................... 26

5.2.

Phương pháp trích ly ........................................................................................................... 27

5.3.

Phương pháp tuyển nổi ........................................................................................................ 27

5.4.

Phương pháp hấp phụ .......................................................................................................... 29

6.

KHỬ MÙI NƯỚC MỘT LẦN NỮA (WATER DISINFECTION ONE MORE TIME) ... 30

7.

Ý NGHĨA KIỂM ĐỊNH NƯỚC .............................................................................................. 33

8.

TIÊU CHUẨN NƯỚC UỐNG HIỆN NAY ............................................................................ 36

KẾT LUẬN ....................................................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................... 42

2


LỜI GIỚI THIỆU

Nước đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong cuộc sống của chúng ta, nước tham gia vào các
phản ứng hóa sinh trong cơ thể, là dung mơi hịa tan các chất, nó có vai trị vận chuyển các chất và là
môi trường cho vi sinh vật phát triển… Đặc biệt đối với ngành Công nghệ Thực phẩm thì nước lại
càng đóng một vai trị vơ cùng thiết thực, nước luôn chiếm số lượng nhất định trong hầu hết tất cả
thực phẩm, từ thực phẩm dạng khô đến thực phẩm dạng lỏng. Thơng qua việc kiểm sốt hoạt độ nước
cho phép sản phẩm đó được bảo quản trong bao lâu.
Với đề tài “Tổng quan về các công nghệ xử lý nước dùng trong thực phẩm” nhóm 1 chúng
em rất vinh dự khi được đón nhận đề tài này. Nhóm đã cố gắng tìm hiểu từ các nguồn thơng tin trên
sách khoa học, hướng dẫn của giáo viên, báo chí, mạng xã hội, sách thư viện...và tổng hợp, lựa chọn
cái nào phù hợp, thật sự đúng để làm nên bài tiểu luận này.

3


1. Giới thiệu về các công nghệ xử lý nước trong thực phẩm
Cả bốn nhóm cơng nghệ này có thể được kết hợp trong xử lý nước, hoặc chúng có thể được sử
dụng trong một số tổ hợp lựa chọn tùy thuộc vào mục tiêu xử lý nước. Trong số mỗi lớp cơng nghệ
chung, có một loạt các cơng nghệ phần cứng và riêng lẻ mà người ta có thể lựa chọn. Việc lựa chọn
khơng chỉ quy trình đơn vị và phần cứng thích hợp từ bên trong mỗi nhóm công nghệ, mà sự kết hợp
tối ưu giữa phần cứng và quy trình đơn vị từ bốn nhóm phụ thuộc vào các yếu tố như:
a. Nước thải cuối cùng ra khỏi nhà máy của chúng ta phải sạch đến mức nào.
b. Số lượng và tính chất của nước đầu vào mà chúng ta cần xử lý.
c. Các tính chất vật lý và hóa học của các chất ơ nhiễm mà chúng ta cần loại bỏ hoặc làm cho
trung tính trong nước thải đầu ra.
d. Tính chất vật lý, hóa học và nhiệt động học của chất thải rắn sinh ra từ q trình xử lý nước.
e. Chi phí xử lý nước, bao gồm cả chi phí xử lý, xử lý và tìm nhà tập kết chất thải rắn.
Để hiểu rõ hơn điều này, chúng ta hãy lùi lại và bắt đầu từ một quan điểm rất cơ bản. Tất cả
các quy trình đều bao gồm một số quy trình đơn vị, các quy trình này lần lượt được tạo thành từ các
hoạt động đơn vị. Các quy trình đơn vị là các giai đoạn riêng biệt của một hoạt động sản xuất. Mỗi
người đều tập trung vào một công đoạn trong một loạt các công đoạn, đưa sản phẩm đến dạng cuối

cùng thành cơng. Và các tiêu chí tập trung vào chất lượng của nước cuối cùng.

4


NỘI DUNG
2. PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ
2.1.

Phương pháp cơ học

2.1.1. Phương pháp lắng
Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành q trình
làm trong nước. Theo chiều dịng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể
lắng lớp mỏng và bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo
phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 16,3 mm/s. Các bể lắng ngang thường được sử dụng
khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000 m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương
thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,3-0,5 mm/s. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng
thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%.
• Bể lắng đứng
Nguyên lý hoạt động
Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn các hạt
rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. Khi xử lý nước không dùng chất
keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dịng nước sẻ lắng xuống được. Cịn các hạt
có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ dâng của dòng nước sẽ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dịng
nước leenn phía trên bể.
Khi sử dụng nước có chất keo tụ, tức là trong nước chứa các hạt kết dính, thì ngồi các hạt cặn
có tốc độ rơi ban đầu lớn hơn tốc độ rơi của dòng nước lắng xuống được, còn các hạt cặn khác cũng
lắng xuống được. Tuy nhiên hiệu quả trong lắng đứng không chỉ phụ thuộc vào chất keo tụ, mà còn
phụ thuộc vào sự phân bố đều của dòng nước đi lên và chiều cao vùng lắng phải đủ lớn thi các hạt cặn

mới kết dính với nhau đươc.

Hình 1: Bể lắng đứng
Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang thông thường, nhưng khác với bể lắng
ngang là trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng được đặt thêm các bản vách ngăn bằng thép không gỉ
hoặc bằng nhựa. Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 450 ÷ 600 so với mặt phẳng nằm ngang và
song song với nhau.
5


Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng có hiệu suất cao hơn so
với bể lắng ngang. Diện tích bể lắng lớp mỏng giảm 5,26 lần so với bể lắng ngang thuần túy. Bể lắng
trong có lớp cặn lơ lửng có ưu điểm là khơng cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì q trình phản ứng và
tạo bơng kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng.
Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn. Tuy nhiên, bể lắng
trong có cấu tạo phức tạp, kỹ thuật vận hành cao. Vận tốc nước đi từ dưới lên ở vùng lắng nhỏ hơn
hoặc bằng 0,85 mm/s và thời gian lưu nước khoảng 1,5 – 2 giờ.
• Bể lắng ngang
Nguyên lý hoạt động
Nước vào hệ thông phân phối các hạt cặn lớn lắng xuống, nước sẻ đi qua vách hướng dòng
ngăn chuyển động rối của nước vào vùng lắng tại đây các hạt cặn nhỏ sẻ lắng xuống từ từ. Nước trên
bề mặt là nước sạch sẻ được thu lại qua ống thu nước bề mặt.

Hình 2: Bể lắng ngang
• Bể lắng ly tâm
Ngun lý hoạt động
Nước cần xử lý theo ống trung tâm vào giửa ngăn phân phối, rồi được phân phối vào vùng
lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài. Ở đây cặn được lắng xuống
đáy nước trong thì được thu vào máng vịng và theo đường ống sang bể lọc. Để thu bùn có thiết bị gạt
gồm dầm chuyển động theo ray vòng tròn dầm reo giàn cào bằng thép có các bàn gạt ở phía dưới. nhở

những bàn gạt này, cặn lắng ở đáy được dẩn vào phểu và xã ra ngồi theo ống cặn.

Hình 3: Bể lắng ly tâm
6


2.1.2. Phương pháp lọc bằng màng Membrane
2.1.2.1. Phương pháp vi lọc (MF)
❖ Định nghĩa
Vi lọc là một loại quá trình lọc vật lý trong đó chất lỏng bị ơ nhiễm được đi qua một màng có
kích thước lỗ đặc biệt để tách các vi sinh vật và các hạt lơ lửng khỏi chất lỏng của quá trình. Thường
được sử dụng kết hợp với nhiều quy trình phân tách khác nhau như siêu lọc và thẩm thấu ngược để để
cung cấp dịng sản phẩm khơng có các chất gây ơ nhiễm không mong muốn.
❖ Cấu tạo
Vật liệu màng: Các vật liệu tạo thành màng được sử dụng trong hệ thống vi lọc có thể là hữu
cơ hoặc vơ cơ tùy thuộc vào các chất gây ô nhiễm muốn được loại bỏ hoặc loại ứng dụng.
Màng hữu cơ được tạo ra bằng cách sử dụng nhiều loại polyme khác nhau bao gồm cellulose
acetate (CA), polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyethersulfone và polyamide. Chúng được sử
dụng phổ biến nhất do tính linh hoạt và tính chất hóa học của chúng.
Màng vơ cơ thường được cấu tạo từ kim loại thiêu kết hoặc nhôm xốp. Chúng có thể được
thiết kế với nhiều hình dạng khác nhau, với một loạt các kích thước lỗ và độ thấm trung bình.
Thiết bị màng
Bộ lọc màn hình (Các hạt và vật chất có cùng kích thước hoặc lớn hơn các khe hở của màn
hình được quá trình này giữ lại và được thu thập trên bề mặt màn hình)
Bộ lọc độ sâu (Vật chất và các hạt được nhúng trong các hằng số bên trong phương tiện lọc,
bề mặt bộ lọc chứa các hạt lớn hơn, các hạt nhỏ hơn được thu giữ trong phần hẹp hơn và sâu hơn của
phương tiện lọc.)
Mô-đun màng vi lọc: Tấm và khung (Tấm phẳng)
Mơ-đun màng cho vi lọc dịng chết chủ yếu là cấu hình tấm và khung. Chúng sở hữu một tấm
composite phẳng và màng mỏng, nơi tấm không đối xứng. Da chọn lọc mỏng được nâng đỡ trên một

lớp dày hơn có lỗ chân lơng lớn hơn. Các hệ thống này nhỏ gọn và có thiết kế chắc chắn, So với lọc
dịng chảy chéo, cấu hình tấm và khung có chi phí đầu tư giảm; tuy nhiên chi phí vận hành sẽ cao
hơn. Việc sử dụng các mô-đun tấm và khung được áp dụng nhiều nhất cho các ứng dụng quy mơ nhỏ
hơn và đơn giản hơn (phịng thí nghiệm) để lọc các dung dịch loãng.
Xoắn ốc
Thiết kế đặc biệt này được sử dụng để lọc dòng chảy chéo. Việc thiết kế liên quan đến
một pleated màng được gấp xung quanh một đục lõi thấm nhập, giống như một vịng xốy, mà thường
được đặt trong nồi áp suất. Thiết kế đặc biệt này được ưu tiên khi các dung dịch được xử lý có nồng
độ đậm đặc và trong điều kiện nhiệt độ cao và độ pH khắc nghiệt. Cấu hình cụ thể này thường được
sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn hơn của vi lọc.
❖ Nguyên tắc
Vi lọc thường đóng vai trị là q trình xử lý trước cho các quá trình phân tách khác như siêu
lọc và xử lý sau cho quá trình lọc phương tiện dạng hạt . Kích thước hạt điển hình được sử dụng cho
vi lọc nằm trong khoảng từ 0,1 đến 10 μm. Về trọng lượng phân tử gần đúng, các màng này có thể
7


tách các đại phân tử có trọng lượng phân tử thường nhỏ hơn 100.000 g / mol. Các bộ lọc được sử dụng
trong quá trình vi lọc được thiết kế đặc biệt để ngăn chặn các hạt như cặn , tảo , động vật nguyên
sinh hoặc vi khuẩn lớnđi qua một bộ lọc được thiết kế đặc biệt. Các vật liệu siêu nhỏ, nguyên tử hoặc
ion hơn như nước (H2O), các dạng đơn hóa trị như ion Natri (Na+) hoặc Clorua (Cl-), chất hữu cơ hòa
tan hoặc tự nhiên , và các chất keo nhỏ và vi rút vẫn có thể đi qua qua bộ lọc.
Chất lỏng lơ lửng được đi qua với vận tốc tương đối cao khoảng 1-3 m / s và ở áp suất thấp
đến trung bình (khoảng 100-400 kPa ) song song hoặc tiếp tuyến với màng bán thấm ở dạng tấm hoặc
hình ống. Một máy bơm thường được lắp vào thiết bị xử lý để cho phép chất lỏng đi qua bộ lọc
màng. Ngoài ra cịn có hai cấu hình bơm, được điều khiển bằng áp suất hoặc chân không . Một đồng
hồ đo áp suất chênh lệch hoặc áp suất thông thường thường được gắn để đo độ giảm áp suất giữa dòng
đầu ra và dịng vào.

Hình 4: Thiết lập tổng thể cho một hệ thống vi lọc

Màng vi lọc được sử dụng nhiều nhất là trong các ngành công nghiệp chế biến nước , nước
giải khát và chế biến sinh học. Dòng quy trình thốt ra sau khi xử lý bằng bộ lọc vi mơ có tỷ lệ phục
hồi thường dao động trong khoảng 90-98%.
❖ Ứng dụng
Có lẽ cơng dụng nổi bật nhất của màng vi lọc liên quan đến việc xử lý các nguồn cung cấp
nước sạch. Màng lọc là một bước quan trọng trong việc khử trùng chính của dịng nước hấp thụ. Một
dịng chảy như vậy có thể chứa các mầm bệnh như động vật nguyên sinh Cryptosporidium và Giardia
lamblia là nguyên nhân gây ra nhiều đợt bùng phát dịch bệnh. Cả hai loài đều cho thấy khả năng kháng
dần dần với các chất khử trùng truyền thống (tức là clo). Việc sử dụng màng MF thể hiện một phương
tiện phân tách vật lý (một rào cản) thay vì một phương pháp thay thế hóa học. Theo nghĩa đó, cả quá
trình lọc và khử trùng đều diễn ra trong một bước duy nhất, loại bỏ chi phí bổ sung của liều lượng hóa
chất và thiết bị tương ứng (cần thiết để xử lý và lưu trữ).
Tương tự, màng MF được sử dụng trong nước thải thứ cấp để loại bỏ độ đục nhưng cũng để
xử lý khử trùng. Ở giai đoạn này, chất đơng tụ (sắt hoặc nhơm ) có thể được thêm vào các chất kết tủa
như phốt pho và asen mà nếu khơng thì có thể hịa tan được.
Một ứng dụng quan trọng khác của màng MF nằm trong việc khử trùng lạnh đồ uống và dược
phẩm. Trong lịch sử, nhiệt được sử dụng để khử trùng đồ uống giải khát như nước trái cây, rượu và
bia nói riêng, tuy nhiên, sự mất mát hương vị dễ thấy rõ ràng khi đun nóng. Tương tự, dược phẩm đã
được chứng minh là mất tác dụng khi bổ sung nhiệt. Màng MF được sử dụng trong các ngành công
8


nghiệp này như một phương pháp để loại bỏ vi khuẩn và các chất huyền phù không mong muốn
khác khỏi chất lỏng, một quy trình được gọi là 'khử trùng lạnh', loại bỏ việc sử dụng nhiệt.
Ngoài các ứng dụng trên, màng MF đã được sử dụng năng động trong các lĩnh vực chính trong
ngành cơng nghiệp sữa, đặc biệt là chế biến sữa và whey. Màng MF hỗ trợ loại bỏ vi khuẩn và các
bào tử liên quan khỏi sữa, bằng cách loại bỏ các lồi có hại đi qua. Đây cũng là tiền chất cho quá
trình thanh trùng , cho phép kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm. Tuy nhiên, kỹ thuật hứa hẹn nhất
cho màng MF trong lĩnh vực này liên quan đến việc tách casein khỏi whey protein (tức là protein sữa
huyết thanh. Điều này dẫn đến hai luồng sản phẩm đều được người tiêu dùng tin cậy

nhiều; một casein- dịng cơ đặc phong phú được sử dụng để làm pho mát và dòng protein whey / huyết
thanh được xử lý thêm (sử dụng siêu lọc ) để tạo ra whey protein cô đặc. Dịng whey protein trải qua
q trình lọc thêm để loại bỏ chất béo nhằm đạt được hàm lượng protein cao hơn trong bột WPC
(Whey Protein Concentrate) và WPI (Whey Protein Isolate) cuối cùng.
❖ Đặc điểm
Q trình lọc màng có thể được phân biệt bởi ba đặc điểm chính: động lực, retentate suối
và thấm nhập suối. Quá trình vi lọc được điều khiển bằng áp lực với các hạt lơ lửng và nước như thấm
vào và các chất hòa tan hòa tan cộng với nước khi thấm qua. Việc sử dụng áp suất thủy lực đẩy nhanh
quá trình phân tách bằng cách tăng tốc độ dịng chảy (thơng lượng ) của dịng chất lỏng nhưng khơng
ảnh hưởng đến thành phần hóa học của các lồi trong dịng sản phẩm và dịng sản phẩm.
Một đặc điểm chính hạn chế hiệu suất của vi lọc hoặc bất kỳ công nghệ màng nào là một q
trình được gọi là tắc nghẽn . Fouling mơ tả sự lắng đọng và tích tụ của các thành phần thức ăn như
các hạt lơ lửng, chất tan hòa tan khơng thấm hoặc thậm chí chất hịa tan thấm, trên bề mặt màng và
hoặc trong các lỗ của màng. Sự bong tróc của màng trong q trình lọc làm giảm thơng lượng và do
đó hiệu quả tổng thể của hoạt động. Điều này được chỉ ra khi giảm áp suất tăng đến một điểm nhất
định. Nó xảy ra ngay cả khi các thông số vận hành không đổi (áp suất, tốc độ dòng chảy, nhiệt độ và
nồng độ) Sự bám cặn hầu như không thể đảo ngược mặc dù một phần của lớp bám bẩn có thể được
đảo ngược bằng cách làm sạch trong thời gian ngắn.
Màng vi lọc thường hoạt động theo một trong hai cấu hình
Lọc dịng chéo: Nơi chất lỏng đi qua theo phương tiếp tuyến đối với màng. Một phần của
dịng cấp có chứa chất lỏng đã qua xử lý được thu thập bên dưới bộ lọc trong khi một phần của nước
được đi qua màng chưa qua xử lý. Lọc dòng chảy chéo được hiểu là một hoạt động đơn vị chứ không
phải là một q trình.

Hình 5: Hình dạng dịng chảy chéo
9


Lọc cuối cùng: tất cả các dòng chảy của quá trình chất lỏng và tất cả các hạt lớn hơn kích
thước lỗ của màng đều bị dừng lại ở bề mặt của nó. Tất cả nước cấp được xử lý cùng một lúc để tạo

bánh. Quá trình này chủ yếu được sử dụng để lọc hàng loạt hoặc bán liên tục các dung dịch có nồng
độ thấp.

Hình 6: Hình dạng dịng chảy cuối
❖ Ưu điểm
Các mơ-đun vi lọc thường được thiết lập để hoạt động ở áp suất từ 100 đến 400kPa. Áp suất
như vậy cho phép loại bỏ các vật liệu như cát, khe và đất sét, cũng như vi khuẩn và động vật nguyên
sinh.
❖ Nhược điểm
Khi xử lý chất lỏng bị ô nhiễm thô, các vật liệu cứng sắc nhọn có thể làm mịn và làm rách các
khoang xốp trong bộ lọc vi mơ, khiến nó khơng hiệu quả. Chất lỏng phải được xử lý sơ bộ trước khi
đi qua bộ lọc vi mơ. Điều này có thể đạt được nhờ sự biến đổi của các quy trình phân tách vĩ mô
như sàng lọc hoặc lọc phương tiện dạng hạt.
Khi thực hiện các chế độ làm sạch, màng khơng được khơ khi nó đã được tiếp xúc với dịng
q trình. Nên xả nước kỹ lưỡng các mơ-đun màng, đường ống dẫn, máy bơm và các kết nối đơn vị
khác cho đến khi nước cuối có vẻ sạch.
Khi các mô-đun màng được sử dụng lần đầu tiên, tức là trong quá trình khởi động nhà máy,
các điều kiện cần được thiết lập tốt. Nói chung, cần phải khởi động chậm khi nguồn cấp dữ liệu được
đưa vào các mô-đun, vì ngay cả những xáo trộn nhỏ trên thơng lượng quan trọng cũng sẽ dẫn đến tắc
nghẽn không thể phục hồi.
Cách làm sạch mành vi lọc khi bị bám bẩn
Giống như bất kỳ loại màng nào khác, màng vi lọc rất dễ bị bám bẩn. Do đó, cần thực hiện
bảo dưỡng thường xuyên để kéo dài tuổi thọ của mô-đun màng.
Quy trình 'rửa ngược': được sử dụng để đạt được điều này. Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể
của màng, việc rửa ngược được thực hiện trong khoảng thời gian ngắn (thường từ 3 đến 180 giây) và
trong khoảng thời gian thường xuyên vừa phải (5 phút đến vài giờ). Điều kiện dòng chảy rối với số
Reynolds lớn hơn 2100, lý tưởng nhất là từ 3000 - 5000 nên được sử dụng. Tuy nhiên, không nên
10

nhầm lẫn điều này với 'backflushing', một kỹ thuật làm sạch nghiêm ngặt và kỹ lưỡng hơn, thường
được thực hiện trong các trường hợp bám bẩn dạng hạt và dạng keo.
Khi cần làm sạch lớn để loại bỏ các hạt bị cuốn theo , kỹ thuật CIP (Làm sạch Tại chỗ) được
sử dụng. Chất tẩy rửa / chất tẩy rửa , chẳng hạn như natri hypoclorit , axit xitric , xút ăn da hoặc thậm
chí các enzym đặc biệt thường được sử dụng cho mục đích này. Nồng độ của các hóa chất này phụ
thuộc vào loại màng (độ nhạy của màng với hóa chất mạnh), cũng như loại vật chất (ví dụ như đóng
cặn do sự hiện diện của các ion canxi) cần loại bỏ.
Một phương pháp khác để tăng tuổi thọ của màng có thể khả thi là thiết kế hai màng vi lọc
nối tiếp . Bộ lọc đầu tiên sẽ được sử dụng để xử lý trước chất lỏng đi qua màng, nơi các hạt và cặn
lớn hơn được giữ lại trên hộp mực. Bộ lọc thứ hai sẽ hoạt động như một "kiểm tra" bổ sung cho các
hạt có thể đi qua màng thứ nhất cũng như cung cấp khả năng sàng lọc các hạt trên phổ thấp hơn của
dải.
2.1.2.2. Phương siêu lọc (UF)
❖ Định nghĩa
Siêu lọc là một công nghệ lọc dùng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có kích thước lớn ra
khỏi nguồn nước. Dưới một áp suất 1.5~3kgf/cm², nước tinh, muối khoáng và các phân tử ion nhỏ
hơn lỗ lọc (0.1- 0.001 micron) sẽ “chui” qua màng dễ dàng để tạo ra một nguồn nước tinh khiết.
❖ Cấu tạo màng lọc UF
Màng lọc UF (UltraFiltration) hay còn gọi là màng siêu lọc sợi rỗng thẩm thấu, mỗi sợi màng
có dạng hình ống, màu trắng, khi lọc cho phép nước đi từ ngồi vào trong lịng ống nhờ áp lực dịng
chảy của nước, khi ta bịt một đầu ống lại hoặc uốn ống theo hình chữ (U). Dưới áp lực dịng chảy của
nước sẽ thấm qua các mao dẫn có kích thước khoảng từ 0,1~0,001micromet (µm). Các phân tử có lớn
hơn, các loại virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngồi.

Hình 7: Cấu tạo màng lọc UF
Mơ-đun hình ống
Thiết kế mơ-đun hình ống sử dụng màng polyme đúc bên trong các thành phần nhựa hoặc giấy
xốp với đường kính thường trong khoảng 5 - 25 mm với chiều dài từ 0,6 - 6,4 m. Nhiều ống được đặt
trong vỏ PVC hoặc thép. Nguồn cấp dữ liệu của mô-đun được đưa qua các ống, tạo điều kiện cho sự
truyền xuyên tâm của chất thấm sang mặt bên của vỏ. Thiết kế này cho phép làm sạch dễ dàng tuy

nhiên nhược điểm chính là tính thấm thấp, khối lượng chứa nhiều trong màng và mật độ đóng gói thấp
11


Hình 8: Mơ-đun hình ống
Sợi rỗng

Hình 9: Sợi rỗng
Thiết kế này về mặt khái niệm tương tự như mơ-đun hình ống với sự sắp xếp vỏ và ống. Một
mô-đun đơn lẻ có thể bao gồm 50 đến hàng nghìn sợi rỗng và do đó có thể tự hỗ trợ khơng giống như
thiết kế hình ống. Đường kính của mỗi sợi dao động từ 0,2 - 3 mm với nguồn cấp dữ liệu chảy trong
ống và sản phẩm thẩm thấu hướng tâm ra bên ngồi. Lợi thế của việc có màng tự hỗ trợ là dễ dàng
làm sạch nó do khả năng bị vùi ngược của nó. Tuy nhiên, chi phí thay thế cao, vì một sợi quang bị lỗi
sẽ yêu cầu tồn bộ gói được thay thế. Xem xét các ống có đường kính nhỏ, sử dụng thiết kế này cũng
làm cho hệ thống dễ bị tắc nghẽn.
Mơ-đun xoắn ốc

Hình 10: Mô-đun màng quấn xoắn ốc
Được cấu tạo bởi sự kết hợp của các tấm màng phẳng được ngăn cách bởi một vật liệu đệm
lưới mỏng đóng vai trị như một tấm đỡ màn nhựa xốp. Các tấm này được cuộn quanh một ống đục
lỗ ở giữa và được lắp vào vỏ bình chịu áp lực bằng thép hình ống. Dung dịch cấp đi qua bề mặt màng
và thấm theo hình xoắn ốc vào ống thu trung tâm. Mơ-đun quấn xoắn ốc là một giải pháp thay thế nhỏ
gọn và rẻ tiền trong thiết kế siêu lọc, cung cấp thông lượng thể tích cao và cũng có thể dễ dàng làm
sạch. Tuy nhiên, nó bị giới hạn bởi các kênh mỏng nơi dung dịch cấp có chất rắn lơ lửng có thể dẫn
đến tắc nghẽn một phần các lỗ màng.
12


Tấm và khung
Điều này sử dụng một màng được đặt trên một tấm phẳng được ngăn cách bởi vật liệu giống

như lưới. Nguồn cấp dữ liệu được đi qua hệ thống mà từ đó chất thấm được tách ra và thu thập từ mép
của tấm. Chiều dài kênh có thể từ 10 - 60 cm và chiều cao kênh từ 0,5 - 1 mm. Mô-đun này cung cấp
khả năng giữ thể tích thấp, thay thế tương đối dễ dàng màng và khả năng nạp các dung dịch nhớt do
chiều cao kênh thấp, duy nhất cho thiết kế đặc biệt này.
❖ Ứng dụng
Siêu lọc có thể được sử dụng để loại bỏ các hạt và đại phân tử khỏi nước thô để tạo ra nước
uống. Nó đã được sử dụng để thay thế các hệ thống lọc thứ cấp (keo tụ, tạo bông, lắng) và lọc thứ cấp
(lọc cát và khử trùng bằng clo) hiện có được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước hoặc như các hệ
thống độc lập ở các vùng biệt lập có dân số đang phát triển. Khi xử lý nước có chất rắn lơ lửng cao,
UF thường được tích hợp vào quy trình, sử dụng sơ cấp (sàng lọc, tuyển nổi, lọc) và một số xử lý thứ
cấp làm giai đoạn tiền xử lý.

Hình 11: Xử lý nước uống 300 m 3 / h sử dụng siêu lọc trong nhà máy nước Grundmühle (Đức)
❖ Nguyên lý hoạt động của màng UF
Ultra Filtration (UF) là một công nghệ lọc dùng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có
kích thước lớn ra khỏi nguồn nước. Dưới một áp suất 1.5~3kgf/cm², nước tinh, muối khoáng và các
phân tử ion nhỏ hơn lỗ lọc (0.1- 0.001 micron) sẽ “chui” qua màng dễ dàng để tạo ra một nguồn nước
tinh khiết.

Hình 12: Nguyên lý hoạt động của màng siêu lọc

13


Từ ngoài vào trong: Lớp lọc nằm bên ngoài màng, dịng nước có chất ơ nhiễm được đẩy vào
từ bên ngoài vào trong màng lọc tất cả các chất độc hại được giữ lại bên ngoài màng lọc. chỉ duy nhất
nước sạch nguyên khoáng, nước tinh khiết sau lọc được thu ở bên trong màng lọc.
Từ trong ra ngoài: Lớp lọc nằm bên trong màng, dịng nước có chất ơ nhiễm được thấm vào
từ bên trong màng lọc. Nước sạch sau lọc được thu ở bên ngoài màng lọc.
❖ Ưu điểm

• Màng lọc UF được làm thành từ những ống nhỏ kích thước tầm 1,3mm. Một màng lọc
UF được tạo thành từ rất nhiều các ống lọc nhỏ đó chính vì vậy nên diện tích lọc của nó
rất lớn, giúp tăng khả năng xử lý nước lên rất nhiều lần.
• Tuổi thọ của màng lọc này khá cao, từ 3 – 5 năm.
• Q trình lọc diễn ra ở điều kiện bình thường, áp suất thấp nên hệ thống tiêu thụ ít điện
năng.
• Kích thước màng lọc và cả hệ thống nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt tại nhiều nơi khác nhau.
• Quy trình vận hành đơn giản, khơng cần nhiều nhân cơng xử lý.
• Độ bền cao, giúp cho vật liệu làm màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước.
• Được ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất nước đóng chai.
• Q trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường từ (0~ 35°C) và áp suất thấp từ (1~5 bar)
nên tiêu thụ ít điện năng, cắt giảm chi phí hoạt động đáng kể. Kích thước của hệ thống
gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không tốn mặt bằng lắp đặt.
• Khơng có nước thải lãng phí như RO tiếp kiệm lớn cho người sử dụng.
• Quy trình vận hành đơn giản, khơng cần nhiều nhân cơng.
• Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất sử dụng phương pháp lọc cơ học nên khơng làm
biến đổi tính chất hóa học của nguồn nước.
• Vật liệu của màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước, đảm bảo độ tinh khiết trong
suốt quy trình xử lý.
❖ Nhược điểm
• Chỉ loại bỏ chất lơ lửng và vi khuẩn
• Nhạy cảm với các chất oxy hóa (acid citric, acid sulfuaric, peroxide và hồng ngoại ở
nồng độ cao)
• Có thể xảy ra nghẽn màng lọc khi gặp các hạt cứng và sắc > 0,1mm
• Ở áp suất > 3 bar, hoạt động của màng sẽ bị kém và có thể gây thiệt hại cho màng lọc
2.1.2.3. Phương pháp lọc Nano (NF)
❖ Định nghĩa
Lọc nano là một quá trình lọc màng tương đối gần đây được sử dụng thường xuyên nhất với
nước có tổng chất rắn hòa tan thấp như nước bề mặt và nước ngầm ngọt, với mục đích làm mềm và
loại bỏ các sản phẩm phụ khử trùng tiền chất như chất hữu cơ tự nhiên và chất hữu cơ tổng hợp.

❖ Cấu tạo
Sự phân cực nồng độ
Sự phân cực nồng độ mơ tả sự tích tụ của các lồi được giữ lại gần bề mặt của màng làm giảm
khả năng phân tách. Nó xảy ra bởi vì các hạt được qui ước về phía màng với dung mơi và tầm quan
14


trọng của nó là sự cân bằng giữa sự đối lưu này gây ra bởi dung môi thông và vận chuyển hạt ra khỏi
màng do gradient nồng độ (chủ yếu là do sự khuếch tán) Mặc dù sự phân cực nồng độ dễ dàng đảo
ngược, nó có thể dẫn đến tắc nghẽn của màng.
Mô-đun quấn xoắn ốc
Mô-đun quấn xoắn ốc là kiểu mô-đun được sử dụng phổ biến nhất và được thiết kế 'tiêu chuẩn
hóa', có sẵn trong một loạt các đường kính tiêu chuẩn (2,5 ", 4" và 8 ") để phù hợp với bình áp suất tiêu
chuẩn có thể chứa một số mô-đun nối tiếp với nhau bằng O -rings. Mô-đun sử dụng các tấm phẳng
quấn quanh ống trung tâm. Các màng được dán dọc theo ba cạnh trên một miếng đệm thấm để tạo
thành 'lá'. Miếng đệm thấm hỗ trợ màng và dẫn chất thấm đến ống thấm trung tâm. Giữa mỗi l, một
lưới giống như bộ đệm nguồn cấp dữ liệu được chèn vào. Lý do cho kích thước giống như lưới của
bộ đệm là để cung cấp thủy động lực học môi trường gần bề mặt của màng ngăn cản sự phân cực nồng
độ. Khi các lá đã được quấn quanh ống trung tâm, mô-đun được bọc trong một lớp vỏ và các nắp được
đặt ở phần cuối của hình trụ để ngăn hiện tượng 'lồng ống' có thể xảy ra trong điều kiện áp suất và tốc
độ dịng chảy cao.
Mơ-đun hình ống
Mơ-đun hình ống trông tương tự như thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống với các bó ống có
bề mặt hoạt động của màng ở bên trong. Dòng chảy qua các ống thường hỗn loạn, đảm bảo phân cực
nồng độ thấp nhưng cũng làm tăng chi phí năng lượng. Các ống có thể tự hỗ trợ hoặc được hỗ trợ
bằng cách chèn vào các ống kim loại đục lỗ. Thiết kế mơ-đun này bị giới hạn đối với q trình lọc
nano bởi áp suất mà chúng có thể chịu được trước khi vỡ ra, hạn chế thơng lượng tối đa có thể [19] Do
cả chi phí vận hành năng lượng cao của dòng chảy rối và áp suất nổ hạn chế, các mơ-đun hình ống
phù hợp hơn với các ứng dụng 'bẩn' nơi nguồn cấp dữ liệu có các hạt như lọc nước thơ để lấy nước
uống được.trong q trình Fyne. Các màng có thể được làm sạch dễ dàng thơng qua kỹ thuật ' lợn

cợn ' với các quả bóng bọt được ép qua các ống, làm sạch cặn bẩn đóng cục.
Các chiến lược nâng cao Flux
Các chiến lược này làm việc để giảm mức độ phân cực nồng độ và tắc nghẽn. Có một loạt các
kỹ thuật có sẵn, tuy nhiên, phổ biến nhất là bộ đệm kênh nguồn cấp dữ liệu như được mô tả trong các
mô-đun quấn xoắn ốc. Tất cả các chiến lược này hoạt động bằng cách tăng xoáy và tạo ra lực cắt
lớn trong dòng chảy gần bề mặt màng. Một số chiến lược này bao gồm rung màng, quay màng, có
một đĩa rơto phía trên màng, làm rung tốc độ dịng cấp và đưa bọt khí vào gần bề mặt của màng.
❖ Nguyên lý hoạt động của màng Nano
Màng lọc Nano hoạt động theo cơ chế ngược lại so với các cơ chế lọc thẩm thấu khác. Nếu
như công nghệ RO sẽ nhờ vào lực hấp dẫn của trái đất để tạo ra sự thẩm thấu của các phân tử nước
qua các mao mạch của lõi lọc thì màng Nano lại hoạt động theo cơ chế chuyển động của các phân tử
nước nhờ áp lực nén. Các máy lọc nước sử dụng màng Nano sẽ có một máy bơm cao áp tạo ra một
dịng chảy mạnh (hay cịn gọi là q trình phân ly nước ở mơi trường bình thường dưới áp lực) đẩy
các kim loại nặng, các tạp chất, các ion trong nước chuyển động mạnh văng ra vùng có áp lực thấp
hoặc trơi theo dịng nước ra đường thải. Cịn lại các phân tử nước thì đi qua các lỗ rỗng có

15


Hình 13: Cơ chế lọc Nano
Bằng việc sử dụng màng lọc Nano, các tạp chất trong nước có kích thước nhỏ như thuốc diệt
cỏ, thuốc trừ sâu, một số chất tạo màu có thể được loại bỏ do chúng khơng đi qua được lớp màng lọc.
❖ Ứng dụng
Trong lịch sử, công nghệ lọc nano và màng lọc khác được sử dụng để phân tách phân tử được
áp dụng hoàn toàn trên các hệ thống nước. Các ứng dụng ban đầu của lọc nano là xử lý nước và đặc
biệt là làm mềm nước. Bộ lọc nano có thể "làm mềm" nước bằng cách giữ lại các ion hóa trị hai ngậm
nước, tạo cặn (ví dụ Ca2+, Mg2+) trong khi truyền các ion đơn hóa trị ngậm nước nhỏ hơn.
Trong những năm gần đây, việc sử dụng lọc nano đã được mở rộng sang các ngành công
nghiệp khác như sản xuất sữa và nước trái cây. Nghiên cứu và phát triển màng ổn định dung môi đã
cho phép ứng dụng của màng lọc nano mở rộng sang các lĩnh vực mới như dược phẩm , hóa chất tốt,

và các ngành cơng nghiệp hương liệu và hương thơm.
❖ Ưu điểm
•
•
•
•
•
•
•

Giảm hàm lượng muối và hàm lượng các chất hòa tan trong nước lợ
Làm mềm nước rất hiệu quả, đặc biệt khi sử dụng màng mềm đặc hiệu
Giảm kim loại nặng
Giảm nitrat và sunfat
Khơng cần thêm hóa chất trong q trình vận hành
Với những vật liệu lọc được bổ sung thêm phân tử Ag+ còn giúp khử trùng cho nước
Khả năng tự động hóa lên đến 95% q trình làm sạch có thể hoàn toàn tự động trừ việc
thay thế màng lọc được làm bằng tay.

❖ Nhược điểm
•
•
•
•

Tiêu thụ điện năng cao hơn công nghệ lọc màng UF và MF
Cần xử lý nước trước khi đưa vào màng lọc Nano
Màng lọc Nano đắt hơn so với màng lọc RO
Màng có độ nhạy cao với Clo tự do. Vì thế, nước cần được khử Clo bằng một bộ lọc
than hoạt tính trước khi vago màng lọc NF.

2.1.2.4. Phương pháp thẩm thấu ngược (màng lọc RO)
❖ Định nghĩa
Thẩm thấu ngược (RO) là một quá trình lọc nước sử dụng một màng thấm một phần để
tách các ion , các phân tử không mong muốn và các phần tử lớn hơn ra khỏi nước uống. Trong thẩm
thấu ngược, một áp suất được sử dụng được sử dụng để vượt qua áp suất thẩm thấu , một tính chất đối
chiếu được điều khiển bởi sự khác biệt tiềm năng hóa học của dung mơi, một thơng số nhiệt động lực
học . Thẩm thấu ngược có thể loại bỏ nhiều loại hóa chất hịa tan và lơ lửng cũng như các loại sinh
16


học (chủ yếu là vi khuẩn) khỏi nước, và được sử dụng trong cả quy trình cơng nghiệp và sản xuất nước
uống. Kết quả là chất tan được giữ lại ở phía có áp suất của màng và dung mơi tinh khiết được phép
đi qua phía bên kia. Để có tính "chọn lọc", màng này khơng được cho phép các phân tử hoặc ion lớn
đi qua các lỗ (lỗ), mà phải cho phép các thành phần nhỏ hơn của dung dịch (chẳng hạn như các phân
tử dung môi, tức là nước, H2O) đi qua một cách tự do.
Trong quá trình thẩm thấu thông thường , dung môi di chuyển tự nhiên từ vùng có nồng độ
chất tan thấp (thế nước cao ), qua màng, đến vùng có nồng độ chất tan cao (thế nước thấp). Động lực
cho sự chuyển động của dung môi là sự giảm năng lượng tự do Gibbs của hệ khi giảm sự chênh lệch
nồng độ dung môi ở hai bên của màng, tạo ra áp suất thẩm thấu do dung môi di chuyển vào dung dịch
đậm đặc hơn. Áp dụng một áp suất bên ngoài để đảo ngược dịng chảy tự nhiên của dung mơi ngun
chất, do đó, là thẩm thấu ngược. Q trình này tương tự như các ứng dụng công nghệ màng lọc khác.
Thẩm thấu ngược khác với lọc ở chỗ cơ chế của dòng chất lỏng là thẩm thấu qua màng. Cơ
chế loại bỏ chủ yếu trong lọc màng là căng hoặc loại trừ kích thước, trong đó các lỗ nhỏ hơn
0,01 micromet hoặc lớn hơn, vì vậy quy trình về mặt lý thuyết có thể đạt được hiệu quả hồn hảo bất
kể các thông số như áp suất và nồng độ của dung dịch. Thay vào đó, thẩm thấu ngược bao gồm sự
khuếch tán dung môi qua màng không xốp hoặc sử dụng màng lọc nano với các lỗ có kích thước 0,001
micromet. Cơ chế loại bỏ chủ yếu là do sự khác biệt về độ hòa tan hoặc độ khuếch tán, và quá trình
này phụ thuộc vào áp suất, nồng độ chất hòa tan và các điều kiện khác.
Thẩm thấu ngược được biết đến nhiều nhất với việc sử dụng trong việc lọc nước uống từ nước

biển , loại bỏ muối và các chất thải khác ra khỏi các phân tử nước.
❖ Ứng dụng
Ngoài khử muối, thẩm thấu ngược là một hoạt động kinh tế hơn để cô đặc chất lỏng thực phẩm
(chẳng hạn như nước trái cây) so với quy trình xử lý nhiệt thơng thường. Nghiên cứu đã được thực
hiện về nồng độ của nước cam và nước ép cà chua. Ưu điểm của nó bao gồm chi phí vận hành thấp
hơn và khả năng tránh các quá trình xử lý nhiệt, điều này làm cho nó phù hợp với các chất nhạy cảm
với nhiệt như protein và các enzym 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 và để cơ đặc sữa nhằm giảm chi phí vận chuyển. Trong các ứng dụng whey, whey (chất lỏng
còn lại sau khi sản xuất pho mát) được cô đặc với phương pháp thẩm thấu ngược từ 6% tổng chất rắn
đến 10–20% tổng chất rắn trước khi xử lý siêu lọc . Sau đó, siêu lọc retentate có thể được sử dụng để
tạo ra các loại bột whey khác nhau, bao gồm cả whey protein cơ lập . Ngồi ra, chất thấm siêu lọc, có
chứa lactose , được cơ đặc bằng cách thẩm thấu ngược từ 5% tổng chất rắn đến 18–22% tổng chất rắn
để giảm chi phí kết tinh và làm khô của bột lactose.
❖ Cấu tạo
Cấu tạo màng lọc nước RO có thể chia thành 3 phần. Đó là:
Bề mặt bên ngoài màng RO: Toàn bộ bề mặt bên ngoài màng RO là một lớp giấy nhựa nhiều
lớp. Phần này giúp siết chặt những thứ bên trong.
Phần ở giữa màng lọc RO: Phần này được cấu tạo bằng lớp đặc biệt, lớp TFC (Thin Film
Composite). Chúng được tạo thành nhiều lớp lọc cuộn chồng lên nhau cuốn quanh ống trung tâm theo
hình xoắn ốc. Mỗi lớp lọc bao gồm: Lớp đệm, màng lọc, lớp thẩm thấu.
17


Phần trục định tâm (còn gọi là ống dẫn nước trung tâm): Ở giữa lõi lọc RO có phần trục. Trên
thân trục có 1 dãy lỗ nhỏ để cho nước sau khi thẩm thấu qua các lớp màng lọc đi vào trong ống và cho
ra nước tinh khiết.

Hình 14: Cấu tạo màng lọc RO
❖ Nguyên lý hoạt động

Nước đầu vào sau khi đã được lọc qua bộ 3 lõi lọc thô, nước chuyển đến màng lọc RO. Bộ 3
lõi lọc thô đã lọc phần thô, loại bỏ những tạp chất, chất bẩn, hấp thụ chất hữu cơ, chất độc hại… Từ
đó cho nước có chất lượng tốt hơn khi đến màng RO, bảo vệ màng tối đa.

Hình 15: Nguyên lý hoạt động của màng RO
Màng lọc này hoạt động trên cơ chế chuyển động của các phần tử nước nhờ áp lực nén của
máy bơm. Theo đó, máy bơm – bộ phận của máy lọc nước RO sẽ tạo lực mạnh giúp nước đi xuyên
qua được các màng lọc. Từ đó, đẩy các thành phần hóa học, tạp chất, kim loại, ion kim loại, vi khuẩn,
virus… có trong nước chuyển động văng ra vùng có áp lực thấp. Sau đó sẽ trơi theo dịng nước thải
ra ngồi.
Có thể thấy, dịng nước đi vào màng lọc sẽ có áp lực rất lớn do được bơm từ máy bơm lên.
Theo đó, nước chảy theo hướng xoắn ốc đi qua bề mặt màng lọc, nước sẽ bị văng xuống các tầng dưới
và tập trung lại ở ống dẫn nước trung tâm (nước tinh khiết). Nhờ có lớp thẩm thấu được gắn ở giữa
tấm lọc giúp nước chảy đều trên màng lọc.
Sau quá trình tạo ra nước sạch, chất lại được giữ lại sẽ được hịa vào nước và đẩy ra bên ngồi.
18


❖ Nhược điểm
• Màng RO có mắt lọc rất nhỏ nên một số thiết bị sử dụng công nghệ này có thể có một
số nhược điểm như: tốn điện nước, thời gian lọc kéo dài, tuổi thọ màng lọc thấp, nguồn
nước ra khơng có khống.
• Lọc q sạch, q triệt để, từ đó vơ tình loại bỏ những khống chất tự nhiên cần thiết
cho sức khỏe có trong nguồn nước. Để khắc phục vấn đề trên, nhiều máy lọc nước đã
được trang bị thêm lõi lọc có tác dụng bổ sung chất khoáng và dinh dưỡng cần thiết đảm
bảo sức khỏe cho người tiêu dùng.
❖ Ưu điểm
• RO loại bỏ 99,9% vi khuẩn, an tồn tuyệt đối, có thể uống và sử trực tiếp mà không cần
thêm công đoạn nào khác như đun sơi.
• RO loại bỏ tất cả các vi khuẩn, vi sinh vật, các chất nguy hại và những hố chất tìm thấy

trong mọi nguồn nước đầu vào như nước ngầm, nước sơng, nước mưa, giếng khoan…
• Cơng nghệ lọc nước RO vẫn là công nghệ cho ra nước tinh khiết nhất hiện nay, có khả
• năng lọc cao hơn Công nghệ siêu lọc, công nghệ tinh lọc và tất nhiên là cả cơng nghệ sơ
lọc.
• Màng lọc RO có khe hở chỉ 0.001 micron nên có hiệu suất lọc và loại bỏ các tạp chất rất
cao. Sau đây là bảng số liệu chi tiết của hiệu suất màng lọc RO.

Hình 15: Hiệu suất lọc RO
❖ Những lưu ý khi sử dụng màng lọc RO
Thay lõi lọc định kỳ: Các máy lọc nước RO thường bố trí cốc lọc số 1 trong suốt để bạn có thể
tự nhận biết khi nào nên cần thay thế lõi lọc, thông thường là khoảng 2 năm hoặc sau khi lọc 90 lít
nước.
Sử dụng màng lọc thế hệ mới: Các loại màng lọc RO thế hệ mới có xu hướng tiết kiệm điện
năng, giảm lượng nước thải ra và tăng tuổi thọ của màng lọc. Tuy nhiên bạn vẫn nên áp dụng các mẹo
tiết kiệm điện để không phải lăn tăn mỗi khi cuối tháng.
19


Dùng thêm các lõi tạo khoáng: Các loại máy lọc nước sử dụng công nghệ lọc RO thường được
bổ sung thêm các lõi có chức năng bù khống để mang lại nguồn nước tốt cho cơ thể.
Xả van tay để vệ sinh màng lọc RO: Để vệ sinh máy lọc nước RO hiệu quả, bên cạnh van xả
tự động của thiết bị, người dùng có thể dùng van xả tay để vệ sinh màng lọc RO định kỳ. Khi đó lượng
cặn bẩn tích tụ trên bề mặt màng lọc sẽ bị cuốn trôi, giúp tăng tuổi thọ của màng lọc.
2.2.

Phương pháp khử trùng

Khử trùng à một thuật ngữ dùng để chỉ bất kỳ quá trình nào dùng để loại trừ hoặc tiêu diệt tất
cả các hình thái sự sống bao gồm các tác nhân gây truyền nhiễm như nấm, vi khuẩn, virus, các dạng
bào tử,... hiện diện trên bề mặt, hay tồn tại trong canh trường, dung dịch thuốc, hay các hợp chất dùng

trong nuối cấy sinh học. Khử trùng có thể thực hiện được bằng các phương pháp như dùng nhiệt, hóa
chất, chiếu xạ, áp suất cao, và lọc hay có thể kết hợp nhiều yếu tố trên.
2.2.1. Phương pháp khử trùng bằng nhiệt
Khi đun sôi nước ở nhiệt độ 100oC đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt cịn một số ít khi nhiệt độ
tăng lên cao liền chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc. Chúng không bị tiêu diệt khi đun
sôi liên tục trong vòng 15 đến 20 phút. Tuy nhiên xử lý bằng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tối đa của vi
sinh vật làm biến tính các phân tử (cấu trúc, chức năng) của tế bào vi sinh vật. Vì vậy cần đun sơi
nước đến 120oC hoặc đun theo trình tự sau: Đun sơi nước ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút, để
cho nước nguội đi đến dưới 35oC và giữ trong vòng hai giờ cho các bào tử phát triển trở lại, sau đó
đun sơi nước một lần nữa. Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn năng lượng nên thường chỉ
được áp dụng ở quy mô nhỏ.
2.2.2. Khử trùng bằng tia cực tím UV
Khử trùng bằng tia cực tím (UV) là một phương pháp tiêu diệt vi sinh vật gây hại bằng tia cực
tím bằng cách phá hủy các acid nucleic và DNA của vi sinh vật và được thực hiện trong một môi
trường chuyên dụng. Với phương pháp khử trùng này có khả năng tiêu diệt được rất nhiều vi sinh vật,
từ viruts đến tảo hay những động vật đơn bào.

Hình 15: Thiết bị khử trùng nước bằng tia cực tím UV
Tia cực tím là bức xạ điện từ có bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy được. Ở bước sóng
nhất định, UV có thể phá hủy acid nucleic, phá vỡ liên kết DNA làm cho chúng khơng thể phân chia
được, từ đó có thể tiêu diệt hoặc vơ hiệu hóa khả năng hoạt động và phát triển của vi sinh vật. Chính
vì vậy, để có thể khử trùng hồn tồn, khử trùng bằng tia UV thường được tiến hành trong một môi
trường chuyên dụng khép kín, tia UV diệt trùng được phát ra với bước sóng chính xác (với bước sóng
254 nm sẽ mang lại hiệu quả diệt khuẩn cao nhất), chiếu xạ tồn bộ mơi trường đảm bảo tiêu diệt hồn
tồn và khơng bỏ sót bất cứ một vi sinh vật nào.
20


Phương pháp này được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: khử trùng khơng khí, khử trùng
nước, bảo vệ thực phẩm và đồ uống. Trong xử lý nước, việc sử dụng tia cực tím để khử trùng mang

lại hiệu quả cao, nhanh và khơng cịn tồn dư những hóa chất gây hại sau quá trình khử trùng.
2.2.3. Phương pháp sóng siêu âm
Dịng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên 5
phút có khả năng tiêu diệt tồn bộ vi sinh vật trong nước. Phương pháp lọc Đại bộ phận vi sinh vật có
trong nước (trừ siêu vi trùng) có kích thước 1 – 2 µm. Nếu đem lọc nước qua lớp lọc có kích thước
khe rỗng nhỏ hơn 1 µm có thể loại trừ được đa số vi khuẩn. Lớp lọc thường dùng là các tấm sành, tấm
sứ có khe rỗng cực nhỏ. Với phương pháp này, nước đem lọc phải có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2mg/l.
Khử trùng bằng các phương pháp vật lý, có ưu điểm cơ bản là khơng làm thay đổi tính chất lý hóa của
nước, khơng gây nên tác dụng phụ. Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy mô
nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép.

Hình 16: Thiết bị khử trùng nước bằng sóng siêu âm
3. PHƯƠNG PHÁP HĨA HỌC
Phương pháp hóa học làm sạch nước thải bao gồm trung hịa, oxi hóa và khử, trao đổi ion. Tất
cả các phương pháp này đều liên quan đến việc tiêu hao tác chất, vì vậy chi phí lớn. Người ta ứng
dụng các phương pháp này để loại các chất hịa tan và trong hệ thống nước khép kín.
3.1.

Trung hòa - neutralization

❖ Định nghĩa
Bản chất của phương pháp trung hồ là phản ứng hóa học giữa axit và kiềm hoặc giữa muối
với axit hoặc kiềm có trong nước thải. Chất được chọn để thực hiện phản ứng với các axit hoặc kiềm
có trong nước thải gọi là tác nhân trung hồ hố học.
Tác nhân trung hồ thường được dùng để xử lý chất thải chứa axit là đá vôi, đá dolomit
(CaMg(CO3)2), vôi các loại, xút, soda (NaHCO3) và để xử lý các chất thải chứa kiềm. Q trình trung
hồ có thể thực hiện theo phương thức gián đoạn hoặc liên tục.
Phương pháp trung hồ thường sử dụng
•

Trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm với nhau

•

Xử lý nước thải bằng vôi (cho nước thải chảy qua lớp đệm đá vôi)
CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3
21


•

Trung hoà bằng xút (NaOH) hoặc soda (Na2CO3)
2NaOH + H2CO3 → Na2SO4 + 2H2O
Na2CO3 + H2CO3 → 2NaHCO3
hay NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O
NaHSO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O

•

Nếu dịng thải thiếu dinh dưỡng (N và P) thì dùng Na3PO4 hoặc NH4H2PO4 thêm vào dung
dịch (nếu tiếp theo sẽ là xử lý sinh học)

•

Xử lý nước thải chứa kiềm bằng cách sục khí CO2, trung hịa bằng axit sunfuric, axit clohydric
(thêm axit H2SO4 hoặc HCl vào dòng thải).
CO2 + H2O → H2CO3
H2CO3 + 2NaOH → Na2CO3 + 2H2O
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O

❖ Mục đích
Nước thải chứa các axit vơ cơ hoặc kiềm cần được trung hịa đưa pH về khoảng 6.5 – 8.5 trước
khi thải vào nguồn nhận.
Phản ứng trung hòa
Acid + Base => Muối + Nước
3.2.

Trao đổi ion – ion exchange

❖ Định nghĩa
Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong
pha rắn.
Trao đổi ion là một q trình gồm các phản ứng hố học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion
trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (ví dụ như hạt nhựa trao đổi).
Có thể hiểu, trao đổi ion là quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi.
Trao đổi ion có thể sử dụng với cation và anion hữu cơ hoặc vô cơ. Tuy nhiên, phần lớn ứng
dụng trao đổi ion đều liên quan đến các loại chất vơ cơ vì các chất hữu cơ thường địi hỏi chất tái sinh
có nồng độ rất cao hoặc sử dụng các dung môi hữu cơ để khử chất hữu cơ.
Có hai phương pháp trao đổi ion chính:
•

Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục.

•

Trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên, vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó, phương
pháp trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến hơn cả.

❖ Ứng dụng
Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao. Trao đổi ion

được ứng dụng rộng rãi để khử muối trong nước cấp và nước thải.
22


Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng để khử các muối, độ
cứng, khoáng, nitrat, màu và các kim loại.
Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại ra khỏi nước các kim
loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan…), các hợp chất asen, phốt pho,
xianua và phóng xạ. Đồng thời, thu hồi các chất có giá trị với mức độ làm sạch nước cao.
❖ Ưu điểm
Xử lý triệt để và có tính chọn lọc đối tượng.
Nhựa ion có thể sử dụng lâu dài, tái sinh nhiều lần với chi phí thấp, tiêu hao năng lượng thấp.
Phương pháp thân thiện môi trường (hấp thu các chất độc trong nước).
❖ Nhược điểm
Nước tồn tại các hợp chất hữu cơ hay Fe3+, chúng sẽ bám dính vào các hạt nhựa ion, làm giảm
khả năng trao đổi.
Chi phí đầu tư và vận hành khá cao (ít được sử dụng cơng trình lớn và thường dùng cho trường
hợp địi hỏi mức độ xử lý cao).
3.3.

Oxy hóa khử - Oxidation and Reduction

❖ Định nghĩa
Sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh như Cl, O3, KMnO4, H2O2 để giảm tiềm năng ơ nhiễm,
độc tính bằng cách chuyển hóa thành các chất ít độc.
•

Khử trùng bằng clo:

Các hợp chất clo thường dùng ở các trạm xử lý nước thải bao gồm: Cl2, Ca(OCl)2, NaClO,

ClO2.
Cl2 + H2O ↔ HOCl + H+ + ClHOCl ↔ H+ + OClCa(OCl)2 + 2H2O → 2HOCl + Ca(OH)2
NaOCl + H2O → HOCl + NaOH
•

Ozon:

Là chất oxy hố có hoạt tính cao và độ hồ tan trong nước lớn gấp 10 lần O2 được sử dụng xử
lý nước thải có chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hồ tan và keo.
Ozon làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu H2S, hợp chất của As, hợp chất bề mặt,
CN-, các chất màu, hydrocarbon thơm, thuốc trừ sâu và còn có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn.
CN- + O3 → CNO- + O2
Nếu kết hợp chiếu tia cực tím thì tốc độ oxy hố bằng ozon sẽ tăng 102 - 104 lần.
•

H2O2

23