Xử lý nước bằng màng gốm siêu lọc (UF): Công nghệ thế mạnh của Tập đoàn Thiên Kiện trong xử lý nước cấp sinh hoạt

1. Giới thiệu chung

Công nghệ màng được mệnh danh là công nghệ xử lý nước của thế kỷ 21. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong ngành xử lý nước và nước thải, nhưng chủ yếu là màng hữu cơ. Trong những năm gần đây, do đặc tính vật liệu tuyệt vời của mình, màng gốm đã trở thành một trong những thiết bị phát triển nhanh nhất với những ứng dụng đầy hứa hẹn trong lĩnh vực cấp thoát nước.

Công ty TNHH Nước Tianjian (Tập đoàn Thiên Kiện) ở Hàng Châu (Triết Giang - Trung Quốc), thành lập năm 2003, là một công ty hàng đầu về xử lý nước ở Trung Quốc. Màng gốm do Tập đoàn Thiên Kiện sản xuất áp dụng công nghệ thiết kế và chế tạo độc đáo, giúp sản phẩm có ưu điểm như thông lượng cao, độ bền lớn, hiệu suất xử lý ô nhiễm cao và dễ dàng làm sạch, giải quyết hiệu quả các vấn đề còn tồn tại trong quá trình ứng dụng.

2. Màng gốm và kỹ thuật lọc nước bằng màng gốm UF

Màng được định nghĩa là một pha hoạt động như một hàng rào chắn đối với dòng chảy của một hỗn hợp gồm chất lỏng và các cấu tử trong đó.

Trong kỹ thuật lọc màng hiện nay thường sử dụng các loại màng lọc: vi lọc - MF (microfilter), siêu lọc - UF (ultrafilter), màng nano - NF (nanofilter), và màng thẩm thấu ngược - RO (reverse osmosis filter). Do các màng có kích thước lỗ màng và lực điều khiển quá trình hoạt động khác nhau mà dải kích thước áp dụng và loại bỏ các chất khác nhau. Khoảng kích thước áp dụng đối với quá trình màng lọc được chỉ ra trong Bảng 1.

Màng siêu lọc (UF) được sử dụng màng có lỗ xốp mịn (đường kính lỗ xốp trung bình trong khoảng 10 đến 1000 Å để lọc các chất tan nhỏ và hợp chất cao phân tử, chất keo. Như vậy, màng UF có thể tách loại các phần tử có kích thước 0,001 - 0,1 µm khỏi dung dịch, trong đó có vi khuẩn và vi rút.

Cách vận chuyển pha lỏng qua màng UF là lọc vuông góc (lọc chặn). Toàn bộ nước đưa vào bề mặt màng được ép qua màng, trong khi nước được chảy qua màng thì một số chất rắn và thành phần khác sẽ bị giữ lại trên màng, phụ thuộc vào kích thước lỗ xốp của màng. Chiều dày của lớp chất rắn tăng dần theo thời gian lọc, còn tính xốp giảm dần làm giảm lưu lượng thành phẩm. Do vậy, nước phải chịu một sức cản lớn để đi qua màng. Khi trở lực của màng tăng lên, tốc độ dòng chảy sẽ giảm xuống, và sau thời gian nhất định, tốc dòng thấp đến mức cần phải làm sạch màng.

Màng gốm được làm từ các nguyên liệu dạng bột như oxit nhôm (Al₂O₃), oxit zirconi (ZrO₂), oxit titan (TiO₂), cacbua silic,…Màng được sản xuất theo quy trình đặc biệt và nung ở nhiệt độ cao (2.000⁰C). Màng có cấu trúc bất đối xứng bao gồm 3 lớp: lớp đỡ, lớp chuyển tiếp và lớp da màng, có các đặc tính như: ổn định hóa học tốt, chịu axit và kiềm, chịu nhiệt độ cao, kháng dung môi hữu cơ, độ bền cơ học cao.

Với màng gốm UF có lỗ 30 - 100nm (thông thường là 50nm) có thể loại bỏ vi khuẩn, vi rút, các hợp chất hữu cơ cao phân tử và các loại chất có hại khác trong nước nhưng vẫn giữ lại các khoáng chất cần thiết cho cơ thể con người. So với các loại màng polymer UF khác, màng gốm UF có một loạt ưu điểm như nêu trên Hình 3.

3. Các hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt bằng kỹ thuật màng gốm UF của tập đoàn Thiên Kiện

Công ty TNHH Nước Thiên Kiện (Tianjian) được thành lập năm 2003 tại Hàng Châu (Triết Giang – Trung Quốc), từ một doanh nghiệp nhỏ đã vươn lên trở thành gã khổng lồ trong ngành Nước của Trung Quốc. Tập đoàn Thiên Kiện lấy giá trị cốt lõi là: trời - dịch chuyển mạnh mẽ, người quân tử tự cường phấn đấu vươn lên không ngừng nghỉ; khôn mang trọng trách của đất, người quân tử lấy đức dày để nâng đỡ vạn vật. Tầm nhìn của Thiên Kiện là: nước là thiện nhất. Qua hơn 20 năm hoạt động với mục tiêu phục vụ: người dân được sử dụng nguồn nước khỏe mạnh mỗi ngày, dịch vụ cấp nước của Tập đoàn Thiên Kiện bao phủ rộng khắp Trung Quốc.

Năm công nghệ đặc trưng của Tập đoàn Thiên Kiện trong lĩnh vực cấp nước là:

Hiện nay, các dự án cấp nước của tập đoàn Thiên Kiện là đảm bảo cấp nước khỏe mạnh (nước uống trực tiếp) với công nghệ thế hệ thứ ba:

Với màng gốm UF là thiết bị chủ lực, tập đoàn Thiên Kiện đã triển khai hàng nghìn dự án, dịch vụ cấp nước với chất lượng nước uống trực tiếp tại các địa điểm công cộng, cho các hộ gia đình, cho các khu vực nông thôn, khu chung cư, khu nhà ở cao cấp, các đô thị lớn nhỏ,…

Máy lọc nước uống trực tiếp dạng quay tay (Hình 8a) là phương án giải quyết nước uống dạng di động được thiết kế cho các trường hợp ở ngoài trời không thể kết nối được với nguồn điện. Thông qua máy bơm tăng áp dạng quay tay để tăng áp lực cho nước, lọc qua màng gốm, đảm bảo an toàn chất lượng nước. Mô đun màng gốm UF cũng được lắp đặt trong thiết bị lọc nước uống trực tiếp cho hộ gia đình từ nguồn nước sạch hoặc nguồn nước an toàn (Hình 8b). Sử dụng lỗ lọc đường kính 50 nm loại bỏ một cách hiệu quả các hạt nhỏ và chất ô nhiễm.

Tập đoàn Thiên Kiện thực hiện nhiều dự án cấp nước nông thôn từ vùng ven biển, đồng bằng đến miền núi cao. Đặc biệt những nơi khó khăn nguồn điện có thể sử dụng nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió,… Các trạm cấp nước nhỏ lẻ ở vùng nông thôn này cũng được kiểm soát và điều khiển từ hệ thống điều khiển trung tâm theo nguyên tắc IoT.

Hệ thống xử lý nước uống nông thôn Lạc Thanh thành phố Ôn Châu (120 m³/ngày)

Một dự án điển hình về công trình cấp nước quy mô lớn có sử dụng màng gốm UF kết hợp màng nano (NF) được thực hiện năm 2021 tại nhà máy nước Quán Kinh Cảng (huyện Gia Hưng, tỉnh Triết Giang). Từ nhà máy nước đã xây dựng qua hai giai đoạn với tổng công suất 300.000 m³/ngày, Tập đoàn Thiên Kiện đã nâng cấp nhà máy nước trong giai đoạn 3, công suất tăng thêm 200.000 m³/ngày từ nguồn nước hồ Thanh Đảo (bị nhiễm mặn và hàm lượng hữu cơ cao) với công nghệ màng lọc gốm UF kết hợp với màng NF. Như vậy tổng công suất của nhà máy nước Quán Kinh Cảng là 500.000 m³/ngày, đây là nhà máy nước có công suất lọc nước bằng màng gốm UF lớn nhất Trung Quốc.

Dự án hệ thống màng lọc nhà máy nước Quán Kinh Cảng đạt giải thưởng nước toàn cầu GWI cho dự án cấp nước đô thị tốt nhất và được Hiệp hội Công nghiệp Màng Trung Quốc đánh giá, công nhận là dự án mẫu về màng lọc.

Các thiết bị lọc nước xử lý màng gốm UF tích hợp di động của Tập đoàn Thiên Kiện có bốn đặc điểm chính: thiết kế tiêu chuẩn, thiết bị hóa cung cấp, mô đun hóa lắp đặt và điều khiển tự động, có thể triển khai dễ dàng và nhanh chóng trong nhiều điều kiện khác nhau, đặc biệt có thể nhanh chóng cung cấp nguồn nước uống an toàn và giảm thiểu rủi ro sức khỏe do ô nhiễm nước gây ra trong các tình huống như cứu trợ thiên tai khẩn cấp, cấp nước ở vùng sâu vùng xa,.. 

4. Kết luận

Ngày nay kỹ thuật lọc màng đã bắt đầu được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý nước cấp và nước thải. Với các ưu thế nổi trội hơn hẳn các loại màng polymer khác, màng gốm UF tạo được vị trí then chốt của các dây chuyền công nghệ xử lý nước khác nhau.

Với lợi thế sản xuất được màng gốm từ vùng đất truyền thống gốm sứ, màng gốm UF của Tập đoàn Thiên Kiện nhanh chóng chiếm được một thị trường cấp nước rộng lớn ở tỉnh Triết Giang và các tỉnh khác của Trung Quốc... Các chỉ tiêu về tính năng của màng lọc gốm UF và linh kiện dạng ống của Tập đoàn Thiên Kiện đều dẫn đầu ở Trung Quốc, đạt tiêu chuẩn tiên tiến quốc tế với công nghệ chủ chốt đột phá và được Hiệp hội Công nghiệp màng Trung Quốc chứng nhận. Trên cơ sở thiết bị xử lý nước đã được tiêu chuẩn hóa, thiết bị hóa, mô đun hóa và tự động hóa, công nghệ internet di động và IoT dễ dàng sử dụng để điều khiển vận hành và quản lý hệ thống cấp nước tại hiện trường trên toàn Trung Quốc có lắp đặt dịch vụ cấp nước của Thiên Kiện.

Tác giả: Trần Đức Hạ⁽¹⁾, Đặng Xuân Thường⁽²⁾

^{(1) GS.TS.NGUT, Hội Cấp thoát nước Việt Nam,} 

^{(2) TS, Viện trưởng Viện Kỹ thuật và Công nghệ môi trường – Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam.}