Giám sát độ đục tại các nhà máy khử muối

Khử muối từ nước biển là một giải pháp có thể giải quyết tình trạng khan hiếm nước ngọt trên toàn cầu. Tuy nhiên, hệ thống này rất dễ bị tắc nghẽn màng lọc (cáu cặn), làm giảm hiệu quả khử muối. Để giảm thiểu điều này, quá trình tiền xử lý đối với nước thô đầu vào có thể được thực hiện để loại bỏ các chất gây tắc nghẽn, và hiệu quả của nó có thể được giám sát thông qua các phép đo độ đục. Một mẫu nước có độ đục 99.7 NTU đã giảm xuống chỉ còn 2 NTU sau khi qua hệ thống siêu lọc, chứng minh hiệu quả cực kỳ ấn tượng.

Giới thiệu

Nước là nguồn tài nguyên sống còn nhất trên Trái đất vì nó là nền tảng cho mọi sự sống, duy trì các hệ sinh thái, cung cấp năng lượng cho nền kinh tế và điều hòa khí hậu. Tuy nhiên, nguồn nước ngọt có thể tiếp cận lại đang rất khan hiếm, với tỷ lệ 1 trên 4 dân số trên toàn cầu vẫn chưa có khả năng tiếp cận nước uống an toàn. Cùng với quá trình công nghiệp hóa và gia tăng dân số nhanh chóng, vấn đề khan hiếm nước này dự kiến sẽ ngày càng trầm trọng hơn. Do đó, cần phải khám phá các phương pháp thay thế để tăng cường nguồn cung cấp nước nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. Một trong những cách thực hiện điều này là thông qua Quá trình khử muối từ nước biển. Phương án này đã nhận được nhiều sự quan tâm nhất và ngày càng được coi là một lựa chọn khả thi để giải quyết các nhu cầu sinh hoạt và đô thị.

Khử muối là quá trình loại tách muối ra khỏi nước để tạo ra nguồn nước đáp ứng các yêu cầu chất lượng cho nhiều mục đích sử dụng và ứng dụng khác nhau. Hiện tại, khoảng 95 triệu mét khối nước ngọt được sản xuất mỗi ngày phục vụ nhu cầu con người thông qua gần 16.000 nhà máy khử muối trên toàn thế giới, trong đó công nghệ thẩm thấu ngược (RO) chiếm khoảng 70%. Mặc dù quá trình RO có nhiều ưu điểm đáng chú ý như tỷ lệ thu hồi cao, khả năng loại bỏ các chất hòa tan tốt và yêu cầu năng lượng vừa phải so với phương pháp chưng cất nhiệt, nhưng nó cũng phải đối mặt với một hạn chế đáng kể: sự tắc nghẽn màng lọc³.

Tắc nghẽn màng là sự tích tụ không mong muốn của các cặn bẩn như khoáng chất, chất hữu cơ hoặc vi sinh vật trên bề mặt hoặc bên trong các màng bán thấm4. Sự tích tụ này có thể làm cho các tính năng cơ bản của màng bị suy giảm theo thời gian và ảnh hưởng đến hiệu suất của màng, do đó làm giảm hiệu quả và tăng chi phí vệ sinh hoặc thay thế. Để giảm thiểu điều này, quá trình tiền xử lý nguồn nước thô đầu vào có thể được thực hiện trước khi nó đi qua màng RO nhằm giảm lượng chất ô nhiễm đưa vào hệ thống. Một số ví dụ về tiền xử lý bao gồm việc thêm hóa chất để tăng cường độ hòa tan của khoáng chất hoặc ức chế sự phát triển của vi sinh vật, và sử dụng các phương pháp lọc thông qua màng vi lọc (MF) và siêu lọc (UF), hoặc lọc cát đa tầng (SF – Multimedia sand filtration) để loại bỏ các cặn bẩn không mong muốn. Hiệu quả của quá trình tiền xử lý nước thô này có thể được giám sát qua các phép đo độ đục.

Độ đục là một chỉ số chất lượng nước rất quan trọng, vì nó có thể cung cấp thông tin đánh giá về quá trình tiền xử lý khử muối. Được định lượng bằng Đơn vị đo độ đục Nephelometric (NTU), các phép đo độ đục có thể được sử dụng để đánh giá hiệu suất của các phương pháp tiền xử lý bằng cách so sánh kết quả trước và sau khi thực hiện. Máy đo độ đục cầm tay mới nhất của HORIBA, Model TB220, có thể cung cấp các phép đo độ đục nhanh chóng và đáng tin cậy ngay tại hiện trường. Nhờ đó, người vận hành có thể đưa ra các hành động xử lý quyết đoán nếu phát hiện ra hệ thống tiền xử lý nước thô không loại bỏ cặn bẩn hiệu quả.

Tận dụng nguyên lý đo lường theo tỷ lệ, TB220 mang lại các phép đo độ đục ổn định, chính xác và có độ lặp lại cao, bao gồm cả các phép đo được thực hiện ở dải độ đục cực thấp. Nó cũng tự động bù trừ cho các vấn đề như nhiễu quang học và các nguồn gây nhiễu tiềm ẩn khác đến từ mẫu nước hoặc môi trường.

Kết quả đem lại là một phép đo độ đục đáng tin cậy mà bạn có thể hoàn toàn tin tưởng. Mỗi bộ máy TB220 đi kèm với 4 dung dịch chuẩn để hiệu chuẩn (0.02, 20, 100, 800 NTU), một khăn lau chuyên dụng, cùng với 4 lọ đựng mẫu đo.

Phương pháp

Hiệu chuẩn máy đo TB220 trước khi sử dụng theo đúng hướng dẫn của nhà sản xuất, sử dụng các dung dịch chuẩn được cung cấp để đảm bảo độ chính xác. Để xác minh kết quả, hãy thực hiện tính năng đọc lại (readback) bằng bất kỳ dung dịch chuẩn nào sau khi hiệu chuẩn xong và đảm bảo kết quả đo nằm trong khoảng sai số ±2% (±0.02 NTU nếu sử dụng chuẩn 0.02 NTU).

Chuẩn bị Mẫu và Đo lường

Độ đục của nguồn nước thô đầu vào tại một nhà máy khử muối cụ thể đã được theo dõi, nghiên cứu trong suốt một năm để phân tích lịch sử biến động. Kết quả cho thấy độ đục trung bình tổng thể là 4.8 NTU, với một số tháng trong năm có độ đục trung bình cao hơn ở mức 23.2 NTU, và giá trị độ đục lớn nhất được ghi nhận là 99.7 NTU.

Lọc cát đa tầng (SF) và màng Siêu lọc (UF) là hai ví dụ về quá trình tiền xử lý nước thô đầu vào. Để điều tra hiệu quả của chúng, các mẫu nước biển đã được thu thập. Các nhà nghiên cứu tạo ra 3 mức độ đục ban đầu khác nhau bằng cách thêm các hạt keo đất sét vào nước biển. Các mức độ đục này được chọn nhằm mô phỏng lại độ đục của nước đi vào nhà máy tại các thời điểm khác nhau trong năm dựa trên dữ liệu lịch sử trên: 4.8 NTU là giá trị trung bình, 23.2 NTU đại diện cho những tháng có mức trung bình cao, và 99.7 NTU là giá trị cực đại.

Độ đục của các mẫu này được tiến hành đo trước và sau mỗi quy trình tiền xử lý.

Kết quả và ưu điểm

Sử dụng Máy đo độ đục cầm tay TB220, các phép đo chính xác có thể nhận được trong thời gian ngắn, và thiết kế di động nhỏ gọn mang lại sự tiện lợi trong quá trình kiểm tra tại hiện trường. Bảng 1 dưới đây tóm tắt các mức độ đục trước và sau khi tiền xử lý.

	Lọc cát đa tầng (SF)		Siêu lọc (UF)
	Trước (NTU)	Sau (NTU)	Trước (NTU)	Sau (NTU)
Mẫu 1	4.8	4.8	4.8	2
Mẫu 2	23.2	4	23.2	1
Mẫu 3	99.7	12	99.7	2

Bảng 1: Tóm tắt các Giá trị Độ đục Trước và Sau Tiền xử lý (* Nguồn: Hafiz và cộng sự, 2020)

Từ Bảng 1, có thể thấy rằng cả hai quy trình tiền xử lý (SF và UF) đều cho thấy hiệu quả trong việc giảm độ đục của nước biển thô đầu vào, và chúng càng hoạt động hiệu quả hơn đối với các dung dịch đục hơn. Màng siêu lọc (UF) có thể loại bỏ các hạt có kích thước lớn hơn 5-20nm, trong khi bộ lọc cát (SF) chỉ có thể loại bỏ các hạt lớn hơn 15-20µm. Do đó, UF có khả năng loại bỏ các cặn bẩn không mong muốn tốt hơn so với SF, và điều này có thể thấy rõ qua mức độ đục cuối cùng của các mẫu qua màng UF thấp hơn hẳn.

Mức độ đục cuối cùng thấp hơn là điều mong đợi, vì nó chứng tỏ có ít tạp chất và chất ô nhiễm hơn trong nguồn nước thô trước khi đưa vào quy trình thẩm thấu khử muối. Đổi lại, điều này cũng có nghĩa là màng khử muối có thể hoạt động bền bỉ trong một thời gian dài hơn và duy trì được hiệu quả trước khi cần đến chu kỳ vệ sinh hoặc thay thế màng. Khi màng không bị tắc nghẽn bởi tạp chất, hệ thống cũng tiết kiệm được đáng kể năng lượng dùng để bơm nước qua màng. Tất cả những điều này mang lại lợi ích cắt giảm chi phí vận hành rất tốt theo thời gian.

Tài liệu tham khảo

1. World Health Organization & UNICEF. (2025, August 26). 1 in 4 people globally still lack access to safe drinking water – WHO, UNICEF. World Health Organization. https://www. who.int/news/item/26-08-2025-1-in-4-people-globally-still-lack- access-to-safe-drinking-water—who–unicef
2. Jones, E., Qadir, M., van Vliet, M. T. H., Smakhtin, V., & Kang, S.-m. (2019). The state of desalination and brine production: A global outlook. Science of the Total Environment, 657, 1343–1356. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.076
3. Tayeh, Y. A. (2024). A comprehensive review of reverse osmosis desalination: Technology, water sources, membrane processes, fouling, and cleaning. Desalination and Water Treatment, 320, 100882. https://doi.org/10.1016/j.dwt.2024.100882
4. Goh, P. S., Lau, W. J., Othman, M. H. D., & Ismail, A. F. (2018). Membrane fouling in desalination and its mitigation strategies. Desalination, 425, 130–155. https://doi. org/10.1016/j.desal.2017.10.018
5. Hafiz, M. A., Hawari, A. H., Yasir, A. T., Alfahel, R., Hassan, M. K., & Altaee, A. (2020). Impact of high turbidity on reverse osmosis: Evaluation of pretreatment processes. Desalination and Water Treatment, 208, 96–103. https:// doi.org/10.5004/dwt.2020.26476