Lịch sử phát triển công nghệ màng lọc nước thẩm thấu ngược - Màng RO

18/03/2024
Lịch sử phát triển công nghệ màng lọc nước thẩm thấu ngược - Màng RO

Công nghệ màng RO hay màng thẩm thấu ngược được xem là giải pháp lọc nước lý tưởng hiện nay. Đây là thành tựu khoa học công nghệ mang tính nhân loại thời đại mới. Công nghệ này sở hữu một lịch sử phát triển đáng để tìm hiểu.

Thẩm thấu ngược là gì?

Muốn biết thẩm thấu ngược là gì thì trước tiên cần hiểu đúng về hiện tượng thẩm thấu. Hiện tượng thẩm thấu là hiện tượng tự nhiên, thường xảy ra khi có 2 dung dịch khác nồng độ bị ngăn cách bởi 1 màng bán thấm. Lúc này, dung môi (thường là nước) sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ muối/khoáng thấp sang nơi có nồng độ muối/khoáng cao hơn cho đến khi nồng độ chất tan ở 2 dung dịch được cân bằng. Quá trình thẩm thấu diễn ra nhanh, thụ động và không cần tiêu thụ năng lượng. Một số hiện tượng thẩm thấu trong đời sống hằng ngày:

  • Cây hút nước thông qua lông hút ở rễ để cân bằng áp suất bên ngoài và bên trong cây.
  • Trong tế bào sinh học, các phân tử nước di chuyển qua màng sinh chất bán thấm của tế bào để cân bằng nồng độ chất tan trong và ngoài tế bào.
  • Trong cơ thể người, thận hấp thụ nước từ máu theo cơ chế thẩm thấu tự nhiên.

Mô phỏng quá trình thẩm thấu và thẩm thấu ngược

Đi ngược với thẩm thấu chính là quá trình thẩm thấu ngược. Trong thẩm thấu ngược, dòng dung môi (nước) đi từ nơi có nồng độ muối/khoáng cao sang nơi có nồng độ muối/khoáng thấp. Vì đi ngược chiều gradient nồng độ nên cần dùng áp lực để đẩy nước xuyên màng, bắt quá trình thẩm thấu ngược phải diễn ra. Áp suất áp dụng phải cao hơn áp suất xảy ra tự nhiên trong quy trình thẩm thấu để lấy nước tinh khiết và giữ lại các tạp chất. Chính vì khả năng tạo ra dung môi tinh khiết nên thẩm thấu ngược được ứng dụng để phát triển công nghệ màng lọc nước RO, công nghệ phổ biến nhất tạo ra dòng nước tinh khiết hiện nay.

Công nghệ màng lọc nước thẩm thấu ngược RO

RO là viết tắt của Reverse Osmosis, có nghĩa là thẩm thấu ngược. Màng lọc nước RO là một phát minh dựa trên hiện tượng thẩm thấu ngược, công nghệ siêu lọc phổ biến nhất hiện nay. Về cơ bản, màng RO có khả năng loại bỏ vi khuẩn, muối, đường, protein, thuốc nhuộm, kim loại nặng, Clo và các sản phẩm phụ liên quan cũng như các chất gây ô nhiễm khác có trọng lượng phân tử lớn hơn 150-250 dalton (đơn vị khối lượng nguyên tử). Việc tách các ion bằng thẩm thấu ngược được hỗ trợ bởi các hạt tích điện. Điều này có nghĩa là các ion hòa tan mang điện tích như muối hòa tan dễ loại bỏ hơn các ion không mang điện, chẳng hạn như chất hữu cơ. Điện tích càng lớn và kích thước hạt càng lớn thì khả năng bị loại bỏ càng cao.

Màng RO lọc được tất cả các tạp chất mà các công nghệ màng khác không lọc được

Màng RO lọc được tất cả các tạp chất mà các công nghệ màng khác không lọc được

Về nguyên tắc hoạt động, chỉ có 1 phần chất lỏng đi qua màng, phần còn lại tiếp tục xuôi dòng và kéo theo các chất gây ô nhiễm ra khỏi màng, đổ vào dòng thải hoặc được dẫn đến đơn nguyên RO tiếp theo, tùy vào nhu cầu. Khi dòng chất lỏng được cấp vào màng thì các phân tử nước nhờ áp lực nén của máy bơm cao áp được đẩy lọt qua các mắt lưới kích cỡ 0.0001 micromet (nhỏ hơn 500,000 lần so với đường kính tóc người). Trong công nghệ RO, bơm cao áp được sử dụng để tăng áp lực đẩy nước qua màng bán thấm. Áp suất cần thiết không cố định mà phụ thuộc vào nồng độ muối của nước cấp. Nếu nồng độ muối cao hơn trong nước cấp thì rõ ràng áp suất cần thiết cũng sẽ cao và ngược lại.

Hiện tượng tách dòng bởi áp suất trong màng RO

Hiện tượng tách dòng bởi áp suất trong màng RO

Về chất liệu, hiện tại có hai loại màng thẩm thấu ngược thường được sử dụng: Thin Film Composite (TFC) và Cellulose Triacetate (CTA). Màng TFC có tỷ lệ loại bỏ cao hơn đáng kể so với màng CTA. Tuy nhiên màng TFC dễ bị phân hủy bởi Clo hơn màng CTA. Đây là một trong những lý do tại sao hệ thống RO phải bao gồm các bộ lọc thô và tinh trước khi đến màng RO.

Lịch sử phát triển công nghệ màng lọc nước thẩm thấu ngược RO

Hiện tượng thẩm thấu được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1748 bởi Jean-Antoine Nollet, một giáo sĩ và là nhà vật lý người Pháp. Ông đã tái hiện quá trình thẩm thấu bằng thí nghiệm cân bằng nồng độ rượu ở 2 bên của màng bán thấm được làm từ bàng quang lợn. Thí nghiệm đã chứng minh được dung môi đi qua màng bán thấm 1 cách chọn lọc thông qua quá trình áp suất thẩm thấu tự nhiên và dung môi sẽ liên tục đi qua màng tế bào (bàng quang lợn) cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng động ở cả hai bên bàng quang.

Những nhà nghiên cứu đã đặt nền móng cho công nghệ màng lọc thẩm thấu ngược RO

Những nhà nghiên cứu đã đặt nền móng cho công nghệ màng lọc thẩm thấu ngược RO

Nghiên cứu về thẩm thấu gần như biến mất trong khoảng 200 năm tiếp theo cho đến cuối những năm 1940 khi các nhà nghiên cứu từ các trường đại học hàng đầu của Mỹ (tiêu biểu là UCLA) bắt đầu xem xét lại chủ đề này. Vấn đề xuất phát từ mong muốn tìm ra cách lọc muối trong nước biển, là mục tiêu của chính quyền Kennedy đặt ra nhằm phát triển các giải pháp giải quyết tình trạng thiếu nước cho Hoa Kỳ.

Năm 1959, Samuel và 2 nghiên cứu sinh (Sidney Loeb và Srinivasa Sourirajan) của Đại học UCLA (Mỹ) đã trình làng dây chuyền công nghệ màng RO tổng hợp từ polymer cellulose acetate có thể ứng dụng vào thực tế. Màng thẩm thấu ngược được UCLA phát minh có thể loại bỏ muối và cho nước đi qua với lưu lượng lý tưởng, đi ngược lại quá trình thẩm thấu tự nhiên nên nó nhanh chóng được gọi là công nghệ màng thẩm thấu ngược. 

Đặc biệt, màng này có độ bền cao và phù hợp với nước biển ở nhiều vùng địa lý khác nhau. Phát minh này lập tức được ứng dụng rộng rãi khắp nơi trên thế giới, đặc biệt là những khu vực thiếu nguồn nước ngọt tự nhiên như Trung Đông và Bắc Phi. Hiện có khoảng 60% các nhà máy nước ứng dụng màng RO tọa lạc tại các nước Ả Rập. 

Năm 1065, nhà máy màng RO thương mại đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại Coalinga, California, dự án được phát triển cố vấn bởi Joseph W.McCutchan - người đứng đầu phòng thí nghiệm chuyển đổi nước biển (Saline Water Conversion Laboratory). Nhà máy chuyển đổi gần 23,000 lít nước lợ ( 6,000 gallons) thành nước ngọt mỗi ngày, tương đương với 1 nhà máy lọc RO loại nhỏ ngày nay. Một nhà máy khác được xây dựng tại La Jolla trong cùng năm, nhà máy này ứng dụng công nghệ màng RO vào xử lý nước biển có nồng độ muối cao hơn nhà máy tại Coalinga. Ngoài ra, do xây dựng ở vùng nông thôn nên màng RO còn phải lọc các chất thải nông nghiệp trong nước biển.

Nhà máy màng RO thương mại đầu tiền được đặt tại Coalinga, California, Hoa Kỳ.

Sau đó, màng RO còn được cải tiến thêm nhiều lần với nhiều chất liệu vượt trội hơn. Hàng loạt ngành công nghiệp xem đây là giải pháp lý tưởng cho dây chuyền sản xuất của mình, từ sản xuất thực phẩm, dược phẩm cho tới thu hồi kim loại quý và xử lý nước thải. Ngày nay, công nghệ màng RO được sử dụng cho hàng nghìn quy trình từ dân dụng cho đến công nghiệp trên khắp thế giới. Một số thành phố và thậm chí là quốc gia nhỏ đang sử dụng nguồn cấp nước chính từ công nghệ thẩm thấu ngược này. Với sự khan hiếm của nước ngọt tự nhiên và xu hướng sa mạc hóa liên tục như hiện nay thì công nghệ RO thực sự là một trong những thành tựu khoa học hàng đầu của lịch sử nhân loại thời đại mới.


Hiện tại, Thiết Bị Lọc Miền Nam đang cung cấp các loại màng RO, màng lọc nước lợ, nước biển cho công nghiệp và dân dụng. Các sản phẩm của chúng tôi được nhập khẩu trực tiếp với CO/CQ đầy đủ, giá cả cạnh tranh. Nếu quý khách hàng có nhu cầu xin vui lòng liên hệ theo thông tin dưới đây để được tư vấn và báo giá sớm nhất.