Do biến đổi khí hậu,băng tan,nguồn nước biển đang ngày một dâng lên.Nguy cơ nước biển lấn đất liền đang ngày càng hiện hữu.Nguồn nước bị nhiễm mặn,ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống.Công nghệ lọc nước biển thành nước ngọt đang là niềm hi vọng của rất nhiều người trên thế giới.
Trên toàn thế giới có hơn 12.000 nhà máy khử mặn đang vận hành, sản xuất 10 tỷ galon nước (1 gallon = 4,54l) mỗi ngày. Các nhà máy phát triển dưới sự quản lý của nhiều cơ quan khác nhau thuộc chính phủ và các cơ quan về y tế cộng đồng, theo các quy định về chất lượng môi trường. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã đưa ra một hướng dẫn chính thức nhằm tạo thuận lợi cho việc xây dựng các nhà máy mới hoặc nâng cấp các nhà máy các nhà máy đang hoạt động bằng việc đưa ra các mục tiêu về chất lượng có thể chấp nhận tới mọi nơi, cùng các cân nhắc về môi trường và vị trí lắp đặt, vận hành.
Thị trường công nghệ khử mặn dự đoán tăng 12%/năm cho đến 2010. Trong vòng 10 năm tới, ước tính sẽ phải cần tới 100 tỷ USD dành cho khử mặn chỉ ở riêng các nước Ả rập nhằm đáp ứng tăng trưởng kinh tế và nhu cầu về nước. Hiện nay, các nhà máy khử mặn tạo ra 40 triệu m3 nước/ngày. Vào năm 2015, sản lượng này sẽ đạt 94 triệu m3/ngày.
Hướng dẫn này nhằm bổ sung cho một hướng dẫn trước đây, tập trung vào các vấn đề về thẩm mỹ, độ ổn định của nước, chất lượng pha trộn, các thành phần dinh dưỡng cần thiết, các chất phụ gia trực tiếp và gián tiếp, quy trình thực hiện và quan trắc chất lượng nước, vấn đề bảo vệ môi trường.
Yêu cầu về chất lượng và y tế
Các yếu tố như mùi, vị, độ đục, tổng chất rắn hòa tan (TDS) có ảnh hưởng đến vị ngon của nước, và do vậy mà người tiêu dùng có thể chấp nhận. Độ ăn mòn, độ cứng và pH có những hệ quả về kinh tế và y tế, quyết định hàm lượng hóa học của nước trong toàn hệ thống cung cấp.
Các chất ổn định và pha trộn có thể sử dụng để điều chỉnh các ảnh hưởng của hệ thống cung cấp. Nước đã khử mặn được ổn định bằng cách cho thêm vôi và các hóa chất khác. Sự pha trộn làm tăng TDS và tăng độ ổn định của sản phẩm nước cuối cùng đã được khử mặn. Thành phần của nước pha trộn cũng có thể ảnh hưởng đến chất lượng và độ an toàn của nước, bởi có thể không còn bất kỳ khâu xử lý nào nữa sau quá trình khử trùng. Một số chất ô nhiễm được kiểm soát tốt nhất bằng phương pháp tiền xử lý nước pha trộn. Mặc dù nước sạch có thể không phụ thuộc vào các khoáng chất bổ sung giống như trong chế độ ăn hàng ngày nhưng có một vấn đề thực tế đặt ra là phải tối ưu hoá cân bằng khoáng chất trong nước sạch để đảm bảo chất lượng và các lợi ích về sức khoẻ.
Quy trình sản xuất
Quy trình sản xuất nước sạch có thể chia thành ba loại lớn, mỗi loại có ảnh hưởng đến chất lượng nước cuối cùng.
? Nước nguồn
? Công nghệ xử lý
? Hệ thống cung cấp
Nước nguồn dùng cho khử mặn, đặc biệt là nước biển đòi hỏi các nhà thiết kế và vận hành phải quản lý TDS ở ngưỡng 5.000 - 40.000 mg/l; hàm lượng cao các ion đặc biệt gồm natri (Na), canxi (Ca), mangan (Mn), brôm (Br), iốt (I), sunphát và clo (Cl); thành phần hoá học của tổng cácbon hữu cơ trong nước biển, khả năng bị ô nhiễm dầu và nước thải, các chất ô nhiễm chứa vi khuẩn và các sinh vật kích thước lớn hơn.
Các công nghệ chủ yếu khử mặn là chưng cất bằng nhiệt và màng thẩm thấu ngược. Trong các quy trình này, người vận hành phải biết được những trục trặc có thể xảy ra do nước rò rỉ từ các bộ phận của hệ thống, các chất phụ gia trong quá trình tiền xử lý và chống gỉ, các sản phẩm phụ từ quá trình khử trùng và việc pha trộn với nguồn nước.
Người vận hành phải đồng thời quản lý nhiệt độ cao và các mạng lưới cung cấp lượng nước lớn ở nhiều khu vực, kiểm soát sự ăn mòn, các sản phẩm ăn mòn, sự phát triển trở lại của vi khuẩn bao gồm việc xác định cả số lượng các sinh vật dị dưỡng không gây bệnh và gây bệnh, các mầm bệnh như Legionella.
Quảng cáo
Cuối cùng, nhà cung cấp nước khử mặn phải tính đến các rủi ro của nước có TDS thấp hoặc độ ăn mòn (gây ra do sự phân hủy hệ thống ống nước và các thành phần của hệ thống phân phối), tác động môi trường của các hoạt động vận hành công nghệ khử mặn, cô đặc chất thải và cần thiết phải đảm bảo chất lượng nhất định tại vòi nước cho người tiêu dùng. Để quản lý tất cả các vấn đề này, nhà sản xuất hay nhà phân phối phải quan trắc nước nguồn, hiệu suất quy trình, nước thành phẩm và nước cấp.
Thành phần của nước nguồn
Nước biển hay nước lợ chứa lượng lớn các khoáng chất, cả các chất ô nhiễm dạng vi khuẩn và có thể bị ảnh hưởng bởi các dòng thải. Bảng 1 cung cấp thông tin về thành phần khoáng chất điển hình và thành phần của nước biển. Nước lợ có ít muối hơn. Cần có các công nghệ đặc biệt để chuyển hóa nước mặn thành thành nước uống có thể chấp nhận được.
Bảng 1. Các thành phần ion chính của nước biển (mg/l)
Thành phần Nước biển bình thường Vùng Đông Địa Trung Hải Vịnh Cô-Oét ở vùng Ảrập Biển Đỏ tại Jeddah
Clo (C1-1) 18.980 21.200 23.000 22.219
Natri (Na+1) 10.556 11.800 15.850 14.255
Sunphát (SO4-2) 2.649 2.950 3.200 3.078
Mangan (Mg+2) 1.262 1.403 1,765 742
Quảng cáo
Canxi (Ca+2) 400 423 500 225
Kali (K+1) 380 463 460 210
Cácbonat axit (HCO3-1) 140 -- 142 146
Stronti (Sr+2) 13 -- -- --
Brôm (Br-1) 65 155 80 72
Axit boric (H3BO3) 26 72 -- --
Flo (F-1) 1 -- -- --
Silicat (SiO3-2) 1 -- 1.5 --
Iốt (I-1) <1 2 -- --
Các hợp chất khác 1 -- -- --
Tổng chất rắn hòa tan 34.483 38.600 45.000 41.000
Các quy trình khử mặn loại bỏ được các muối hòa tan và các loại vật liệu khác. Các quy trình xử lý dạng màng liên quan đến việc làm mềm nước và tái chế nước thải. Các công nghệ chưng cất và màng được sử dụng để khử mặn đều cần nhiều năng lượng. Hiện nay đang nghiên cứu về lĩnh vực này nhằm cải thiện hiệu suất năng lượng và giảm mức tiêu thụ năng lượng.
Nước nhiễm mặn ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống.
Các công nghệ chưng cất
Các nhà máy chưng cất có thể tạo ra nước có hàm lượng TDS từ 1-50 mg/l. Các chất làm sạch dạng kiềm loại bỏ được được các chất gây tắc nghẽn dạng hữu cơ, còn các chất làm sạch dạng axit loại bỏ được các cặn và muối. Trong quá trình chưng cất, nước được đun nóng và bay hơi; hơi ngưng tụ chính là nước sạch có hàm lượng TDS rất thấp, nước muối cô đặc là sản phẩm dư lại. Các muối vô cơ và các chất hữu cơ tự nhiên có khối lượng phân tử lớn không dễ bay hơi và cũng không dễ phân tách. Tuy nhiên, các hóa chất dễ bay hơi lại có thể dễ dàng xuất hiện trong quá trình khử trùng bằng clo trước đó, do bị tràn hoặc ô nhiễm khác.
Sơ đồ quy trình khử mặn đơn giản Dung dịch + Năng lượng ?' Bay hơi ?' Ngưng tụ + Năng lượng + Cặn muối được cô đặc
Nhiệt quá trình làm bay hơi nước đạt tới 2.256 kJ/kg ở 100°C. Lượng nhiệt tương tự thoát ra từ hơi nhằm làm hoá lỏng chúng tại điểm sôi. Nhiệt thoát ra từ quá trình ngưng tụ hơi được chuyển lại cho bộ phận cấp nước để tăng hiệu suất nhiệt và giảm năng lượng tiêu thụ .
- Các nhà máy chưng cất nhanh nhiều công đoạn sử dụng mô hình chưng cất này là nhà máy sản xuất chính tạo ra khối lượng nước được khử mặn của thế giới. Tại các nhà máy này, nước nóng sẽ sôi rất nhanh cho đến khi áp suất hơi giảm nhanh tới dưới mức áp suất hơi của chất lỏng ở cùng nhiệt độ. Hơi tạo ra được ngưng tụ trên các bề mặt tiếp xúc với bộ phận cấp nước vì vậy sẽ truyền nhiệt cho nước trước khi nước được đưa vào buồng chưng cất nhanh. Hoạt động này thu hồi phần lớn nhiệt từ quá trình bốc hơi. Gần 25 - 50% lượng nước được chuyển thành nước ngọt tại các nhà máy chưng cất nhiều công đoạn ?" là các nhà máy điển hình sử dụng lượng nước cấp lớn, ăn mòn và đóng cặn, sử dụng nhiều hóa chất trong xử lý.
- Chưng cất nhiều công đoạn - loại hình này bao gồm các đường ống đặt dọc và ngang. Hơi được ngưng tụ ở một bên của đường ống và quá trình truyền nhiệt làm bốc hơi nước mặn ở phía bên kia. Áp lực giảm liên tục ở mỗi công đoạn do nhiệt độ giảm và có sự cấp nhiệt bổ sung cho mỗi giai đoạn nhằm tăng hiệu suất hoạt động.
- Chưng cất bằng nén hơi " Các hệ thống này nén hơi nước gây ra sự ngưng kết trên bề mặt truyền nhiệt ( ống dẫn), cho phép nhiệt truyền vào dòng nước mặn và ngưng kết ở phía bên kia của ống dẫn. Máy nén cần nguồn năng lượng lớn, làm tăng áp suất bên có hơi và làm giảm áp suất ở bên chứa nước mặn xuống dưới nhiệt độ sôi của chúng
