Máy lọc nước RO: tấm màng giữ lại cả ion muối và cái giá là nhiều nước thải | Viết bởi osx

Nhiều gia đình đặt máy lọc nước RO dưới bồn rửa và quen với cảnh nó vừa cho ra nước uống vừa xả nước thải vào cống. Chữ RO là viết tắt của reverse osmosis, nghĩa là thẩm thấu ngược. Trái tim của máy là một tấm màng mỏng, lọc được tới mức giữ lại cả muối hòa tan trong nước, thứ mà than hoạt tính hay lõi bông không làm được.

Hiện tượng thẩm thấu được nhà khoa học Pháp Jean-Antoine Nollet ghi nhận từ năm 1748. Khi một tấm màng bán thấm, loại chỉ cho nước đi qua, ngăn giữa nước sạch và nước mặn, nước sẽ tự chảy từ phía loãng sang phía đặc để cân bằng nồng độ. Lực đẩy này gọi là áp suất thẩm thấu.

Thẩm thấu ngược làm điều ngược lại. Người ta dùng bơm ép mạnh vào phía nước mặn, vượt qua áp suất thẩm thấu, khiến nước bị đẩy qua màng sang phía sạch, còn muối và tạp chất ở lại. Theo Wikipedia, nước biển có áp suất thẩm thấu tự nhiên khoảng 27 bar, nên hệ thống khử mặn nước biển phải ép ở mức 40 tới 82 bar. Với nước ngọt và nước lợ chỉ cần khoảng 2 tới 17 bar.

Thẩm thấu tự nhiên và thẩm thấu ngược: khi bị ép đủ mạnh, nước đi từ bên mặn sang bên sạch, còn ion muối bị giữ lại. Bên dưới là cỡ hạt mà từng kiểu lọc giữ lại được

Lõi lọc thông thường hoạt động như cái rây, chặn những hạt lớn hơn lỗ lọc. Wikipedia cho biết màng RO thì gần như không có lỗ theo nghĩa đó: nước đi qua bằng cách khuếch tán xuyên qua vật liệu màng, còn các chất khác bị cản lại vì khó hòa tan hoặc khó khuếch tán trong màng. CDC (Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Mỹ) mô tả màng RO có kích thước lỗ khoảng 0,0001 micron.

Theo CDC, hệ thống RO loại bỏ được ký sinh trùng, vi khuẩn và virus, đồng thời loại bỏ một số hóa chất như chì, đồng, crom, clorua và natri. Nó còn có thể giảm asen, florua, sunfat, nitrat cùng các khoáng chất như canxi, magie và kali. Mỗi máy loại bỏ được những chất khác nhau, nên CDC khuyên xem nhãn của từng sản phẩm.

Giữa thập niên 1950, các nhà nghiên cứu ở UCLA và Đại học Florida đã khử mặn được nước biển, nhưng nước qua màng chậm tới mức không dùng thực tế được. Sidney Loeb ở Đại học California, Los Angeles (UCLA) và Srinivasa Sourirajan ở Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada tìm ra cách làm màng bất đối xứng: một lớp da mỏng thực hiện việc lọc, đặt trên một lớp đỡ dày và xốp. Sau đó John Cadotte ở công ty FilmTec tìm ra cách tạo màng bằng phản ứng trùng hợp bề mặt, cho nước qua nhanh và rất ít muối lọt qua. Wikipedia cho biết gần như toàn bộ màng RO thương mại ngày nay được làm theo cách này.

Các lớp của một lõi màng RO cuộn xoắn được mở ra tại Viện Nghiên cứu Sa mạc Jacob Blaustein (Israel): các tấm màng lọc xếp xen với lớp lưới mỏng, cuộn thành nhiều vòng để có diện tích lọc lớn trong một ống nhỏ gọn

Một máy RO dưới bồn rửa thường không chỉ có tấm màng. CDC cho biết nước có thể đi qua các lõi lọc khác trước và sau màng RO, và trang thông tin của Đại học Clemson mô tả cách ghép than hoạt tính trước và sau màng. Một bộ thường gồm:

Lõi lọc cặn : giữ lại cát và hạt lơ lửng để bảo vệ màng. Lõi than hoạt tính : giữ clo và các chất gây mùi. Theo Wikipedia, clo có thể phá hỏng loại màng mỏng composite dùng trong RO. Màng RO : tách nước sạch khỏi phần nước cô đặc chứa muối và tạp chất. Lõi sau màng : thường là than hoạt tính để cải thiện vị nước.

Phần nước bị giữ lại phía trước màng không thể đứng yên, nếu không muối sẽ đóng cặn và bít màng. Vì vậy máy phải liên tục xả dòng nước cô đặc này đi. Theo Wikipedia, máy RO gia đình làm ra một lít nước dùng được thì thải ra khoảng 3 tới 25 lít, do áp lực nước trong nhà thấp. Vì lý do này, Tòa án Xanh Quốc gia Ấn Độ từng đề xuất cấm máy RO ở nơi nước có tổng chất rắn hòa tan dưới 500 mg/lít.

Từ bồn rửa tới nhà máy nước biển

Theo Hiệp hội Khử mặn Quốc tế, năm 2011 RO chiếm 66% công suất khử mặn đã lắp đặt trên thế giới. Năm 2013, nhà máy RO lớn nhất là Sorek ở Israel, cho ra 624.000 m³ nước mỗi ngày. Các nhà máy lớn tận dụng năng lượng còn lại trong dòng nước cô đặc để giảm điện cho bơm, và thu được 40 tới 50% lượng nước biển đưa vào dưới dạng nước ngọt.

Nhà máy khử mặn El Prat gần thành phố Barcelona dùng công nghệ thẩm thấu ngược để biến nước biển thành nước sinh hoạt. Mỗi ống màu xanh là một ống áp lực chứa nhiều lõi màng

Hiểu cách màng hoạt động cũng giúp dùng máy hợp lý hơn. CDC khuyên nên xét nghiệm nước trước, vì nếu nước không chứa hóa chất hay mầm bệnh có hại thì có thể không cần tới hệ thống xử lý. Với nước giếng hay nước lợ có nhiều chất hòa tan, RO là lựa chọn đáng cân nhắc, miễn là các lõi lọc trước màng được thay đúng hạn.

Nguồn: CDC: About Home Water Treatment Systems , CDC: Choosing Home Water Filters , Britannica: Reverse osmosis , Wikipedia: Reverse osmosis , Clemson University HGIC: Water Treatment Options , Wikipedia: Osmosis