Công nghệ khử mặn nước và ứng dụng

Biến đổi khí hậu, hạn hán, nước biển dâng và nguồn nước ngọt tự nhiên bị suy giảm đã làm cho vấn đề an ninh nguồn nước đang trở thành một thách thức lớn trên toàn cầu. Nhiều nơi trên thế giới, như ở Trung Đông, Châu Mỹ, Nam Âu… đã phải đối mặt với sự khan hiếm nước ngọt. Từ nhiều năm nay các quốc gia này đã đầu tư xây dựng các nhà máy khử mặn nước biển. Trong lĩnh vực cung cấp nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất, công nghệ khử mặn nước nổi lên như một hướng đi tiềm năng, góp phần biến nguồn tài nguyên nước biển dồi dào thành nước ngọt.

Việt Nam là đất nước có bờ biển dài, có nhiều khu vực nguồn nước mặt bị ngập mặn. Tiêu chuẩn nước ăn uống sinh hoạt của Việt Nam (QCVN-01:1 2024/BYT) quy định nước ăn uống an toàn có độ mặn (hàm lượng muối tính theo clorua Cl-) không được vượt quá 250-300mg/l, trong đó giới hạn 300mg/l chỉ áp dụng cho vùng ven biển, hải đảo nơi có nguồn nước nhiễm mặn. Nước nhiễm mặn cao không có lợi cho sức khỏe, có thể gây bệnh về thận, hệ tim mạch, tiêu hóa, làm hỏng các thiết bị gia dụng và thiết bị công nghiệp.

Các kỹ thuật cơ bản trong việc khử mặn

Bản chất khử mặn là loại bỏ muối, chủ yếu là hợp chất Natri clorua (NaCl) hòa tan ra khỏi nước. Một số công nghệ cơ bản để khử mặn đã được biết đến là Chưng cất nhiệt, Thẩm thấu ngược (RO – Reverse Osmosis), Trao đổi ion, Điện phân nước muối... Dưới đây tóm tắt các nguyên lý cơ bản trong việc khử mặn:

Các dây chuyền khử mặn trên quy mô công nghiệp

Không phải bất cứ công nghệ cơ bản nào cũng có thể áp dụng trên quy mô công nghiệp, ví dụ nếu cần công suất lớn từ vài chục đến hàng trăm ngàn m3/ngày đêm. Thực tế hiện nay có 3 công nghệ trụ cột để khử mặn, có thể biến nước biển /nước lợ thành nước ngọt.

1. Công nghệ cơ-màng thẩm thấu ngược – Reverse osmosis (RO): Rất phổ biến hiện nay, RO chiếm tới 2/3 các nhà máy khử mặn trên thế giới. Nước mặn được "bơm ép" áp suất cao 50-80 bar qua các màng bán thấm, còn muối và các tạp chất bị giữ lại. Ưu điểm của công nghệ này là không cần đun nóng, tiêu thụ năng lượng tương đối thấp (2.5–4 kWh/m³) và dễ dàng bổ sung các module RO nếu cần tăng công suất. Hiệu suất xử lý đạt 35-50% khối lượng nước đầu vào. Nhược điểm là nước phải được xử lý sơ bộ kỹ càng để loại bỏ các cặn bẩn. Các màng RO công nghiệp có tuổi thọ 3-7 năm. Hiện tại một số nhà máy lớn ở Trung Đông đang áp dụng công nghệ này. Công nghệ RO cũng phù hợp với quy mô công suất nhỏ cho gia đình, hải đảo, tầu biển…

2. Công nghệ nhiệt – năng lượng (Chưng cất đa tầng – Multi-Effect Distilation (MED): Nước mặn được đun sôi, bay hơi và hơi nước ngưng tụ thành nước ngọt. Dây chuyền là một hệ thống đa tầng, trong đó hơi nước nhiệt độ cao ở tầng trước dùng làm nguồn nhiệt cho tầng tiếp theo. Công nghệ này có áp suất tương đối thấp và nhiệt độ giảm dần theo chiều nước chảy. Ưu điểm là thiết bị có tuổi thọ cao. Nhược điểm là hệ thống phức tạp hơn so với RO. Hiện tại một số nhà máy ở Trung Đông (Saudi Arabia, UAE) áp dụng công nghệ này. Một số nơi có kết hợp giữa sản xuất nước ngọt và sản xuất điện.

3. Công nghệ nhiệt – năng lượng (Bốc hơi – chưng cất đa tầng - Multi-Stage Flash (MSF): Trước khi RO xuất hiện, công nghệ này khá phổ biến. Nước mặn được đun sôi rồi đưa vào các buồng tạo áp suất thấp để làm cho nước bốc hơi rất nhanh và ngưng tụ. Ưu điểm của MSF là tuổi thọ cao, vận hành ốn định. Nhược điểm là suất đầu tư lớn, tiêu thụ điện năng cao (10-15KWh/m3). Hiện tại các nhà máy khử mặn nước biển lớn ở Trung Đông đang áp dụng công nghệ này.

Ngoài ra, còn có công nghệ "HYBRID" là tich hợp các phương pháp nói trên trong cùng một hệ thống. Tuy nhiên, công nghệ RO hiện nay vẫn đang chiếm ưu thế. Công nghệ MED được áp dụng tốt nếu tận dụng được nhiệt lượng còn dư từ các nhà máy phát điện. Công nghệ MSF hiện nay xu hướng đang giảm dần, trừ một số dự án cũ.

Một số các hãng công nghệ nước như Aqualitek, AmpacWater System, PMC, ReseachGate... đã công bố giá thành 1 m3 nước ngọt xuất xưởng sử dụng cac công nghệ RO, MED và MSF tương ứng là 0,5-1,0 USD/m3, 0,8-1,5 USD/m3 và 1,2-2,0 USD/m3. Hiện tại RO cho thấy có chi phí rẻ nhất tại các nhà máy khử mặn công suất lớn. Tuy nhiên đây chỉ là ước tính trung bình, trên thực tế còn phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể. Mặt khác, chi phí sản xuất còn phụ thuộc nhiều vào nguồn cung cấp năng lượng. Ví dụ nếu tận dụng được nguồn nhiệt còn dư từ các nhà máy điện trong khu vực lân cận thì giá thành khử mặn sẽ rẻ hơn. Dưới đây tóm tắt một số đánh giá về công nghệ khử mặn quy mô công nghiệp hiện hành.

 Xu hướng mới trong công nghệ khử mặn

Một trong những hướng mới là công nghệ dùng màng lọc Nano và Graphene. Các loại màng này có cấu trúc siêu nhỏ, cho phép nước đi qua nhanh hơn trong khi vẫn giữ lại muối và tạp chất. Áp suất vận hành có thể giảm đáng kể so với công nghệ RO truyền thống. giúp tiết kiệm năng lượng. Công nghệ này có thể tích hợp vào các hệ thống xử lý nước hiện có. Một công nghệ khác là Điện thẩm tách Electrodialysis đang được phát triển để xử lý nước lợ và nước có độ mặn trung bình, giải pháp này tiêu thụ năng lượng tương đối thấp.

Một hướng đi khác có triển vọng là sử dụng năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời và năng lượng gió để khư mặn. Ưu điểm là giảm phụ thuộc vào nguồn điện lưới, từ đó giảm chi phí vận hành và thân thiện với môi trường. Các giải pháp này rất phù hợp với quy mô nhỏ, chi phí thấp, đặc biệt là tại các vùng ven biển, hải đảo.

Nước sau khi khử mặn nhìn chung có độ tinh khiết cao, thậm chí không còn các khoáng chất cần thiết cho nước uống. Vì vậy sau dây chuyền khử mặn thường phải bổ sung thêm công đoạn ổn định pH, khoáng chất, khử trùng…để cho nước uống được "ngon" hơn. Mặt khác, sau dây chuyền khử mặn thì phải xử lý nước thải xả muối mặn, vì vậy cần quan tâm đến việc tái sử dụng các sản phẩm phụ để giảm thiểu tác động môi trường, ví dụ như thu hồi muối và các khoáng chất có giá trị.

Nguyễn Trọng Dương

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 

- Vietnamnet 1/2026 

 - Vnexpres 8/2025 

 - International Filtration News, 10/2019  

- Seawater Desalination, Springer Nature Link (Book) 

- Advanced Design and Engineering of Desalination Plants (Book) 

- Reverse Osmosis Seawater Desalination (Book)