Công nghệ lọc màng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Màng cho phép một số chất đi qua và ngăn cản một số chất khác. Mức độ lọc của màng phụ thuộc vào kích thước lỗ màng. Từ kích thước có thể phân loại thành: vi lọc, siêu lọc, màng lọc nano và màng thẩm thấu ngược. Màng có các độ dày khác nhau, có cấu trúc đồng nhất hoặc không đồng nhất. Màng có thể trung tính hoặc tích điện và có thể vận chuyển các chất qua màng chủ động hoặc thụ động.

Công nghệ lọc màng: Phân loại màng lọc dựa trên kích thước

Màng thường được phân loại dựa vào kích thước lỗ màng thành các dạng như hình dưới đây:

Hình 1. Các loại màng lọc và kích thước lỗ rỗng của màng

Trong đó:

• Màng MF – Micromet filter: màng vi lọc có kích thước lỗ từ 0.1 – 1 µm. Tách vật liệu thô, chất rắn lơ lửng như: tinh bột, vi khuẩn, khử trùng nước.
• Màng UF (Ultrafilltration):  màng siêu lọc, kích thước lỗ màng dao động từ 0.01 – 0.1 µm. Ứng dụng tương tự màng MF, một số màng siêu lọc cũng đã được sử dụng để loại bỏ các hợp chất hòa tan với trọng lượng phân tử cao. Chẳng hạn như protein và hydrocacbon. Ngoài ra, UF có thể loại bỏ một số vius và nội độc tố.
• Màng NF – Nanofilltration: màng  0.001 – 0.01 µm. Tùy vào điệu kiện hoạt động NF có thể loại bỏ hiệu quả các ion hóa trị hai, ở hiệu suất tương đối cao từ 70 – 99%. Các ion hóa trị một thường đạt mức độ thấp hơn khoảng 30 – 80%. Mục đích chính của màng NF là lọc màu và tách muối. Đóng vai trò là tiền xử lý cho màng lọc RO. Loại bỏ độ cứng của nước, giảm áp suất vận hành cho RO bằng cách giảm TDS, loại bỏ độ đục và vi khuẩn.
• Màng RO – Reverse Osmosis: màng thẩm thấu ngược là màng phức tạp nhất trong các loại màng, có kích thước lỗ < 0.001 µm. Loại bỏ các chất hữu cơ phân tử thấp và muối ion hóa trị một được loại bỏ hiệu quả, cho phép nước và dung môi đi qua. RO được ứng dụng rỗng rãi nhất trong ngành sản xuất nước uống, đặc biệt là nước mặn thành nước ngọt, hoặc nước lợ. RO loại bỏ được hầu hết các ion nhưng yêu cầu phải có áp suất cao.

Áp suất hoạt động

Màng UF và MF hoạt động ở áp suất thấp (< 7 bar). Trong khi NF và RO chạy ở áp suất tương đối cao (> 8 bar). Do đó chúng có thể loại bỏ các chất hữu cơ vi lượng và các ion.

Màng có chức năng giữ lại các chất bẩn hòa tan trong nước thải có kích thước lớn hơn lỗ màng. Cho nước và các chất hòa tan có kích thước nhỏ hơn lỗ màng đi qua. Cơ chế này được mô tả thông qua hình 2

Hình 2. Mô tả cơ chế bắt giữ của quá trình lọc màng

Công nghệ lọc màng: Phân loại màng lọc dựa trên hình dạng

• Dạng hình ống: thường dùng ống sứ, cacbon hay ống nhựa xốp có đường kính trong từ 3.2 mm – 25.4 mm. Màng lọc được tráng và gắng chặt lên bề mặt của thành ống. Nước bẩn chạy dọc theo ống từ đầu vào, nước lọc thấm qua màng đi ra ngoài theo chiều vuống góc với thành ống. Cặn và nước thô đi ra ở đầu ra của ống.

• Dạng hình sợi rỗng: có cấu tạo giống như hình ống, nhưng đường kính sợi nhỏ hơn nhiều, bản thân sợi là màng lọc hình trụ. Do đó, phải bó lại và đựng trong khung cứng. Nước thô đi vào lọc hoặc đi trong lòng sợi thì nước sạch thu ở thành ngoài. Nước thô đi tiếp tuyến với thành ngoài thì nước sạch thu lại từ trong lòng sợi.

• Dạng cuộn lại thành ống:  màng cuốn tròn bọc lấy ống cứng có độ rỗng cao cho nước đi qua thành dạng. Nước thô chảy tiếp xúc với màng, nước lọc thấm qua màng trong ống xốp.

• Dạng khung tấm: màng căng trên khung theo các lớp khác nhau. Giữa các khung có khoảng cách để đưa nước thô vào một phía và lấy nước sạch ra ở một phía khác.

Trong công nghệ lọc màng, màng lọc được làm từ nguyên liệu gì?

Thông thường, màng được sản xuất từ một polymer tổng hợp, màng gốm và kim loại. Đặc biệt các dạng màng sản xuất nước uống đều được làm bằng vật liệu polymer. Vì ít tốn kém hơn so với màng được chế tạo từ các vật liệu khác.

Màng polymer nhân tạo phản ứng với các chất oxy hóa mạnh. Nên không được sử dụng với nước cấp có chứa clo. Màng có thể là màng ưa nước hoặc màng kỵ nước.

So sánh

Màng MF và UF có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau. Bao gồm cellulose acetate, polyvinylidene fluoride hoặc các polyme khác. Mỗi loại vật liệu này có tính chất khác nhau. Liên quan đến điện tích bề mặt, mức độ kỵ nước, độ pH và khả năng chịu chất oxy hóa, độ bền và tính linh hoạt.

Màng NF và RO thường được sản xuất từ ​​vật liệu cellulose acetate hoặc ployamide. Màng Cellulose dễ bị phân hủy sinh học và phải được vận hành trong phạm vi giới hạn, pH từ 4 – 8. Nhưng chúng có khả năng làm việc trong nồng độ chất oxy hóa ở mức thấp. Hàm lượng Clo 0,5 mg/L hoặc ít hơn có thể kiểm soát sự phân hủy sinh học và ô nhiễm sinh học mà không làm gây hại cho lớp màng. Ngược lại, màng polyamide có thể được sử dụng trong các điều kiện pH khác nhau và không bị phân hủy sinh học.

Mặc dù, các màng này rất hạn chế trong môi trường có các chất oxy hóa mạnh. Những chất oxy hóa yếu hơn Cloramine chúng có thể làm việc tốt. Những màng này đòi hỏi áp lực vận hành thấp hơn nên chiếm ưu thế sử dụng so các ứng dụng NF hoặc RO.

Bài liên quan:

Khử trùng nước thải
Các công đoạn xử lý nước thải
Các thành phần trong nước thải được xử lý ở công đoạn nào?
Xử lý nước thải giấy bằng vi sinh WWT