Hiệu suất vận hành của màng RO trong một hệ thống lọc thẩm thấu ngược bị ảnh hưởng bởi thành phần và nống độ chất lượng nước đầu vào, nhiệt độ nước đầu vào, áp suất nước đầu vào và tỷ lệ recovery. Độ nén của màng (thông số spacer rộng hay hẹp) và yếu tố chống cáu cặn ngoài ra cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất lọc của màng. Hiệu suất lọc tại các thông số vận hành của hệ thống RO có thể được tính toán dựa vào hiệu suất lọc trung bình của màng tại điều kiện test mà người thiết kế có thể xem tại technical sheet của màng.

Chất lượng nước đầu vào

Nếu các ban vận hành có kinh nghiệm để ý thì sẽ thấy chất lượng nước đầu ra sẽ dao động khi thành phần nước đầu vào có sự thay đổi. Đó có thể là bởi ý sự thay đổi theo mùa và nước cấp đầu vào hay bởi vì sự thay đổi vận hành của một số nguồn nước ví dụ như nước máy khi có súc rửa đường ống từ nhà máy nước cấp. Nếu có sự thay đổi chất lượng nước đầu vào mà người vận hành muốn giữ nguyên chất lượng nước đầu ra thì cần phải thay đổi áp suất vận hành và tỷ lệ recovery.

Ví dụ như hình bên dưới là ví dụ về sự thay đổi của áp suất và tỷ lệ muối trong dòng thành phẩm nếu chất lượng nước thay đổi. Tính toán được làm cho hai loại màng là ESPA and CPA2 của hang hydranautics. Màng ESPA có tỷ lệ flux rate là 0.24 gfd/psi gấp đôi màng CPA2. Có thể thấy rằng ở cả hai màng, áp suất nước đàu vào và tỷ lệ muối qua màng tằng lên khi nồng độ muối trong nước đầu vào tăng lên. Tỷ lệ tăng lên của muối dòng sản phẩm thù cao hơn tỷ lệ tăng lên trong áp suất nước đầu vào.

Do đó, khi TDS trong nước đầu vào tăng lên, tỷ lệ recovery cần được giảm xuống để tránh cáu cặn và duy trì chất lượng nước đầu ra.

Áp suất nước đầu vào

Áp suất nước đầu vào tăng thì lưu lượng dòng sản phẩm và tỷ lệ muối qua màng cũng sẽ tăng.

Hệ thống RO được trang bị màng xoắn ốc được thiết kế tại một tỷ lệ flux rate không đổi, cho ra cùng một lưu lượng dòng thành phẩm. Trong quá trình thiết kế hệ thống RO, Người thiết kế nên xem xem đến vấn đề áp suất nước đầu vào cần bù cho sự dao động của nhiệt độ nước đầu vào, TDS và sự suy giảm của lưu lượng nước qua màng do yếu tố cáu cặn.

 

Để chọ áp suất cho bơm áp cao, người thiết kế thường giả định rằng lưu lượng nước qua màng sẽ giảm đi 20% trong 3 năm. Do đó, bơm phải được thiết kế để đủ cho áp suất ở giai đoạn khi màng còn mới và bù khi lưu lượng nước qua màng giảm. Nếu hệ thống RO được trang bị bơm ly tâm, cách làm truyền thống kaf dùng bơm có kích thước lớn hơn và tăng áp bằng van (giảm độ mở của van để tăng áp suất).

Hiện tại hầu hết cách làm là lắp biến tần cho bơm tăng áp để có thể điều chỉnh được cả lưu lượng và áp suất theo tần số mong muốn. Một số hệ thống RO sử dụng bơm piston như bơm cao áp, tuy nhiên nó không được phổ biến vì bơm này thường có công suất nhỏ, yêu cầu vận hành thường xuyên, tiến ồn và độ rung lớn.

Nhiệt độ nước đầu vào

Thay đổi trong nhiệt độ nước đầu vào sẽ làm thay đổi tỷ lệ TDS và lưu lượng thẩm thấu qua màng. Sự thay đổi này được mô tả như công thức bên dưới:

TCF = exp(K*(1/(273+t) – 1/298))

TCF là hệ số tương quan của nhiệt độ, K là hằng số đặt tính vật liệu màng, t là nhiệt độ nước đầu vào (oC). Trong phương trình này, nhiệt độ 25 oC được dùng nư là một điểm tham khảo, với TCF =1. Sự thay đổi của lưu lượng nước qua màng tại một nhiệt độ của màng có vật liệu là polyamide được thể hiện theo hình bên dưới.

Tỷ lệ thay đổi của fluxrate là khoảng 3% trên mỗi độ. Khi hệ thống RO được thiết kế vận hành tại một đầu ra không đổi, áp xuất được điều chỉnh để bù cho sự thay đổi của fluxrate khi nhiệt độ thay đổi. Tỷ lệ muối qua màng thay đổi theo nhiệt độ cũng giống như tỷ lệ flux rate.

Ảnh hưởng của nhiệt độ nước đầu vào lên áp suất đầu vào và TDS dòng sản phẩm hệ thống RO được mô tả như biểu đồ ở trên. Sự tính toán của các thông số vận hành được tiến hành cho một hệ thống RO vận hành ở tỷ lệ recovery là 85%, dùng hai loại màng, màng thải bỏ muối cao CPA2 và màng có lưu lượng dòng thành phẩm cao ESPA. Xu hướng chung của sự thay đổi hiệu suất lọc là giống nhau cho cả hai loại. Mặc dù vậy, như mong đợi, khi nhiệt độ giảm, áp suất giữa hai màng này tăng khác nhau. TDS dòng sản phẩm thì khác nhau.

Tỷ lệ thu hồi dòng thành phẩm recovery

Tỷ lệ recovery ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống như TDS và áp suất đầu vô tăng khi TDS đầu vào tăng. TDS trung bình nước đầu vô có thể được tính toán từ TDS nước đầu vô dự vào hệ số nồng độ trung bình. Để tính toán hệ số nồng độ trung bình, mootk hành logarit phụ thuộc vào tỷ lệ recovey được giả định:

ACF = ln(1/(1-R))/R

Bởi vì tỷ lệ recovery là thông số then chốt để đánh giá tính kinh tế của hệ thống nên lúc nào khi thiết kế, người vận hành cũng đều tìm cách tăng thông số này lên cao nhất có thể.

Độ nén của màng

Trong suốt quá trình vận hàng màng RO, vật liệu màng làm việc với áp suất cao của nước đầu vào. Tiếp súc với áp cao này sẽ làm cho màng bị nén lại, cái mà sẽ làm giảm khả năng cho thẩm thấu của nước và các thành phần hòa tan đi qua màng. Do đó, khi màng bị nén lại, nó yêu cầu một áp suất cao hơn để đạt cùng một tỷ lệ fluxrate (để giữ lưu lượng dòng thành phẩm như thiết kế). Cùng với đó, tỷ lệ muối qua màng thấp hơn sẽ làm cho TDS trong dòng thành phẩm thấp hơn. Ảnh hưởng của sự nén lại đối với màng có vật liệu là asymmetric cellulose thì cao hơn màng composite polyamide.

Trong các hệ thống lọc nước biển, nơi mà áp xuất nước đầu vào thì cao hơn nhiều so với các hệ thống lọc nước lợ, quá trình nén lại của màng càng cao hơn. Nhiệt độ của nước càng cao cũng sẽ ảnh hưởng đến độ nén của màng. Kết quả màng bị nén làm giảm vài % flux rate và ảnh hưởng mạnh nhất trong giai đoạn đầu vận hành của màng.

Cáu cặn màng RO

Cáu cặn màng là yếu tố chính làm suy giảm hiệu suất lọc của màng. Qúa trình cáu cặn màng là sự tích lũy dần của các thành phần cô cơ hoặc hữu cơ lên bề mặt màng và gây tắt nghẽn. Trong giai đoạn đầu của cáu cặn màng, những thay đổi của hiệu suất màng cũng giống như những thay đổi diễn ra khi màng bị nén (đề cập ở phần trên).

Qúa trình cáu cặn nếu  không được kiểm soát có thể dẫn đến màng bị phá hủy cả cấu trúc. Cách hiệu quả nhất để kiểm soát cáu cặn là xác định loại cáu cặn và thiết kế hệ thống tiền xử lý RO để loại bỏ thành phần gây ra cáu cặn đó. Ngoài ra, cáu cặng màng còn có thể đưcọ loại bỏ bằng cách rửa màng với hóa chất. Mặt dù vậy, màng có được tẩy rửa hiệu quả hay không còn phụ thuộc và thời gian cáu cặn bám trên màng và chọn dung dịch hóa chất tẩy rửa phù hợp.

Để học về cách thiết kế, lắp đặt và vận hành hiệu quả hệ thống lọc RO, các bạn có thể tham khảo tại đây.

Ghi chú: Bài viết trên tham khảo từ ví dụ của thương hiệu màng RO hydranautics.