Hình 1. Sự đa dạng của các quá trình có thể lọc phân loại và tổng quan sử dụng chúng trong các ứng dụng đặc biệt.
Trong khi đó nhiều ứng dụng rộng rãi của màng lọc dạng ống bằng polyme hoặc gốm và màng gốm xốp chất lượng cao hiện đang được phát triển như một phần của hệ thống lọc hiệu quả, nhằm cải thiện lọc hiệu quả, giảm thời gian dừng bảo dưỡng và giảm năng lượng sử dụng. Những lợi ích từ quá trình vận hành như thế có thể làm giảm giá thành xử lý nước.
Nền tảng của hệ thống lọc
Các màng lọc polyme hay gốm hiện được sử dụng để làm sạch, bảo tồn và tái sử dụng nước trong một số ứng dụng công nghiệp và tái chế nước thải đô thị, bao gồm các nước thải của các nhà máy, các tòa nhà và thậm chí của tàu biển. Hiện nay, các màng lọc polymer chiếm khoảng 75% thị trường màng lọc, phần còn lại là 25% thị phần thuộc về màng lọc gốm và màng lọc kim loại. Hình 1 mô tả sự đa dạng của các quá trình có thể lọc phân loại và tổng quan sử dụng chúng trong các ứng dụng đặc biệt.
Việc sử dụng các màng gốm là thông dụng trong sản xuất sữa và lọc nước hoa quả, nhưng trái lại, màng lọc polymer hiện đang chiếm ưu thế trong lĩnh vực xử lý nước thải. Do giá thành thấp nên các hệ thống sử dụng màng lọc polymer được sử dụng rộng rãi trong thị trường lọc nước thải. Tuy nhiên, trong khi các mạng lọc polymer rẻ hơn so với màng lọc gốm tương đương, nhưng các hệ thống lọc polymer lại đòi hỏi phải thay thế các bộ lọc thường xuyên hơn.
So với các màng gốm, độ bền thấp của các polymer làm hạn chế số lượng lĩnh vực ứng dụng của chúng. Nói chung, bộ modul lọc màng gốm thường có vỏ kim loại nên bị hạn chế sử dụng trong các môi trường xâm thực so với phần lọc gốm của nó. Ngược lại, khi màng polymer được sử dụng trong các môi trường xâm thực khắc nghiệt, thì chúng lại bị ăn mòn trước tiên. Ngoài ra, tốc độ chảy thông qua các màng gốm có thể cao hơn qua các màng polymer với cùng đường kính lỗ rỗng. Các bộ lọc gốm cũng đòi hỏi áp lực thấp hơn (và năng lượng thấp hơn) để tuần hoàn chất lỏng.
Do việc tái sử dụng nước trở thành vấn đề quan trọng hơn nên trong một số lĩnh vực ứng dụng công nghiệp có đòi hỏi đặc biệt đang đối mặt với nhu cầu lọc tăng cường các môi trường khắc nghiệt. Do màng gốm đặc biệt bền hóa học và mài mòn nên việc sử dụng chúng có ưu thế hơn màng polymer ở một số ứng dụng. Một trong các ví dụ về môi trường khắc nghiệt là sự phân tách dầu, nước và cát trong công nghiệp khai thác dầu – quá trình bao gồm cả xâm thực hóa học và mài mòn.
Trong khi màng lọc gốm có thể chịu được pH trong khoảng giá trị từ 0 đến 14, thì màng polymer chỉ bền trong khoảng pH hẹp; màng polymer có thể sử dụng có chọn lọc để bền môi trường trung hòa, axít hoặc pH kiềm thấp nhưng nói chung không thể bền trong ba môi trường nêu trên với cùng loại vật liệu polymer. Màng gốm cũng có thể dùng cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Chúng có thể được tiệt trùng hay làm sạch bằng hơi nước trong các ứng dụng đặc biệt, ví dụ như trong công nghiệp y tế, nơi mà không thể sử dụng polymer. Hơn nữa, màng lọc gốm bền và cứng hơn làm chúng ổn định hơn về kích thước trong điều kiện có áp suất so với vật liệu polymer.
Trong việc lọc nước chứa dầu hay axit béo (các chất hoạt động bề mặt), thì các chất phân tán hóa học (phá vỡ huyền phù) thường được sử dụng để hạn chế sự hình thành lớp bám hữu cơ trên bề mặt các màng lọc hữu cơ. Các màng lọc gốm chất lượng cao tỏ ra bền hơn đối với các lớp bám mà không cần sử dụng các hóa chất phân tán.
Trong khi sự hình thành các lớp bám trên màng lọc polymer và gốm là điều không tránh khỏi, thì màng lọc gốm có thể đáp ứng nhiều ứng dụng hơn do nó phù hợp với các hệ thống có quá trình làm sạch tại chỗ (clean-in-place CIP). Trong một số ứng dụng, màng lọc phải được làm sạch bằng các hóa chất mạnh và phải có khả năng chịu được áp suất cao từ hai phía. Điều này là đặc biệt cần thiết khi thực hiện xả ngược để ngăn sự hình thành lớp bám trên bề mặt màng lọc hoặc trong các lỗ, dẫn đến giảm công suất lọc của màng.
Ví dụ việc làm sạch bằng các chất làm sạch hóa học peroxide hoặc bằng hơi nước nhiệt độ cao là chấp nhận được đối với gốm, nhưng không thể sử dụng cho polymer. Việc làm sạch bằng quá trình đốt, dùng không khí nhiệt độ cao có thể áp dụng cho màng lọc gốm nhưng sẽ làm chảy màng polymer. Giải pháp làm sạch tại chỗ (clean-in-place CIP) có thể được tiến hành liên tục và tự động trong suốt quá trình lọc nếu sử dụng màng gốm, tuy nhiên sẽ khó hơn đối với màng polymer.
Đồng thời, khi các ngành công nghiệp áp dụng quy trình tái sử dụng nước và các phương pháp lưu giữ nước thì các ngành này cũng đang làm giảm tác động xâm thực của sản xuất này đến các thiết bị sản xuất của mình. Việc lựa chọn màng lọc và thiết kế hệ thống lọc là nhằm làm giảm tác động đến thiết sử dụng trong các hệ thống lọc.Các màng gốm mới được phát triển gần đây có thể đạt được tính gọn nhẹ (tăng diện tích bề mặt của màng trên một đơn vị thể tích) do tính linh hoạt của thiết kế và hình học của chúng. Tính gọn nhẹ và thiết kế đã được cải thiện của các modul lọc gốm cũng góp phần làm tăng hiệu quả năng lượng của các hệ thống lọc.
⇒ Mời Quý vị và các bạn xem tiếp Phần 2
Trung tâm Thông tin (Theo Ceramic Industry)