Các quy trình tách dựa trên màng trừu tượng đã cách mạng hóa việc xử lý nước bằng cách cung cấp các giải pháp hiệu quả, theo mô-đun và thân thiện với môi trường để khử muối, tái sử dụng nước thải và sản xuất nước uống. Bài viết này xem xét bốn công nghệ màng chính—Thẩm thấu ngược (RO), Lò phản ứng sinh học màng (MBR), Siêu lọc (UF) và Lọc nano (NF)—tập trung vào nguyên tắc hoạt động, ứng dụng, chỉ số hiệu suất và những tiến bộ gần đây của chúng.1. Màng Thẩm thấu ngược (RO)Nguyên tắc: RO sử dụng màng bán thấm để loại bỏ muối hòa tan, chất hữu cơ và vi sinh vật bằng cách áp dụng áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu của nước cấp.Ứng dụng:Khử muối nước biển và nước lợ (ví dụ: Nhà máy khử muối Ras Al-Khair của Ả Rập Xê Út).Làm sạch nước thải công nghiệp (ví dụ: loại bỏ kim loại nặng trong nước thải khai thác).Sản xuất nước siêu tinh khiết cho ngành dược phẩm và chất bán dẫn.Các chỉ số chính:Tỷ lệ loại bỏ muối (>99% đối với các ion đơn hóa trị như NaCl).Lưu lượng nước (thường là 10–30 L/m²·h đối với RO nước biển).Những tiến bộ gần đây:Màng composite màng mỏng (TFC) với khả năng chống bám bẩn được tăng cường (ví dụ: lớp phủ ưa nước).Thiết bị thu hồi năng lượng (ERD) giảm chi phí vận hành tới 60%.2. Hệ thống Lò phản ứng sinh học màng (MBR)Nguyên tắc: Kết hợp xử lý sinh học (bùn hoạt tính) với lọc màng (vi lọc/siêu lọc) để thay thế các bộ làm trong thứ cấp.Ứng dụng:Xử lý nước thải đô thị (ví dụ: các nhà máy NEWater của Singapore).Nước thải công nghiệp có độ bền cao (ví dụ: thực phẩm và đồ uống, nước thải dệt may).Ưu điểm so với các hệ thống thông thường:Diện tích nhỏ hơn (giảm tới 50%).Chất lượng nước thải cao hơn (loại bỏ mầm bệnh và chất rắn lơ lửng).Thách thức:Bám bẩn màng (được giảm thiểu bằng cách cọ rửa bằng khí và làm sạch hóa học).Chi phí vốn và bảo trì cao hơn.3. Màng Siêu lọc (UF) và Lọc nano (NF)Siêu lọc (UF):Nguyên tắc: Tách các hạt, keo và phân tử lớn (0,01–0,1 μm) bằng màng xốp, được điều khiển bằng áp suất.Ứng dụng: Tiền xử lý cho hệ thống RO, khử trùng nước uống và cô đặc protein sữa.Lọc nano (NF):Nguyên tắc: Loại bỏ các ion hóa trị hai (ví dụ: Ca²⁺, Mg²⁺) và các chất hữu cơ nhỏ (1–10 nm) ở áp suất thấp hơn RO.Ứng dụng:Làm mềm nước cứng (loại bỏ canxi và magiê).Loại bỏ thuốc trừ sâu và dược phẩm trong nước uống.So sánh:Thông sốUFNFMWCO10–1.000 kDa200–1.000 DaÁp suất vận hành0,1–1 MPa0,5–4 MPaLoại bỏ ionThấp (<20%)Trung bình (50–90% đối với các ion hóa trị hai)4. Xu hướng và thách thức trong tương laiTính bền vững: Phát triển màng sinh học (ví dụ: cellulose acetate) và các quy trình tiết kiệm năng lượng.Kiểm soát bám bẩn: Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) để theo dõi thời gian thực và bảo trì dự đoán.Khả năng mở rộng: Hệ thống mô-đun để xử lý nước phi tập trung ở các vùng xa xôi.Kết luậnCác công nghệ RO, MBR, UF và NF đóng vai trò bổ sung trong xử lý nước hiện đại. Trong khi RO chiếm ưu thế trong khử muối, MBR vượt trội trong tái sử dụng nước thải và UF/NF rất quan trọng để tiền xử lý và tách chọn lọc. Sự đổi mới liên tục trong vật liệu màng và tối ưu hóa quy trình sẽ thúc đẩy việc áp dụng chúng trong việc giải quyết tình trạng khan hiếm nước toàn cầu.Tài liệu tham khảoWang, Z. et al. (2023). "Những tiến bộ trong công nghệ màng thẩm thấu ngược để khử muối." Tạp chí Khoa học Màng.Lee, S. H. et al. (2022). "Lò phản ứng sinh học màng để xử lý nước thải: Tổng quan." Nghiên cứu về nước.Meng, F. et al. (2021). "Màng siêu lọc và lọc nano: Nguyên tắc và ứng dụng." Khoa học & Công nghệ Môi trường.
