Đặc điểm của áp suất trong công nghệ RO và sự ảnh hưởng đến hiệu suất

1. Vai trò của áp suất trong công nghệ RO

Bản chất của công nghệ RO là quá trình cưỡng bức dòng nước di chuyển qua màng bán thấm theo chiều ngược lại với thẩm thấu tự nhiên. Trong điều kiện tự nhiên, nước có xu hướng di chuyển từ dung dịch loãng sang dung dịch đậm đặc hơn nhằm cân bằng nồng độ chất hòa tan. Hiện tượng này tạo ra một áp suất tự nhiên gọi là áp suất thẩm thấu.

Công nghệ này chỉ có thể hoạt động khi áp suất cơ học tác động lên nước lớn hơn áp suất thẩm thấu đó. Nói cách khác, áp suất trong công nghệ lọc RO không chỉ có vai trò “đẩy nước đi qua màng” mà còn phải thắng lại lực cản tự nhiên của dung dịch. Chính vì vậy, áp suất là điều kiện tiên quyết để quá trình thẩm thấu ngược xảy ra.

Trong hệ thống lọc nước công nghiệp RO, áp suất đóng vai trò điều chỉnh cường độ lọc. Áp suất càng cao thì động lực cho phân tử nước đi qua màng càng lớn, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng nước tinh khiết và hiệu suất vận hành tổng thể.

2. Áp suất thẩm thấu qua màng công nghệ RO và áp suất vận hành

Tương ứng với 2 áp suất thẩm thấu và vận hành như sau:

2.1. Áp suất thẩm thấu

Đây là đại lượng phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ chất hòa tan trong nước nguồn. Khi tổng chất rắn hòa tan càng cao, áp suất thẩm thấu càng lớn. Điều này lý giải vì sao xử lý nước lợ, nước biển hoặc nước có độ mặn cao luôn đòi hỏi hệ thống RO vận hành ở áp suất cao hơn so với xử lý nước ngầm hoặc nước máy.

2.2. Áp suất vận hành

Áp suất vận hành của hệ thống RO là áp suất thực tế do bơm cao áp tạo ra và tác động lên nước tại cụm màng. Áp suất này phải đủ lớn để vượt qua áp suất thẩm thấu và tạo ra chênh áp cần thiết cho dòng nước thẩm thấu đi qua màng. Trong thực tế, áp suất vận hành không chỉ bù cho áp suất thẩm thấu mà còn phải bù cho các tổn thất áp suất trong đường ống, thiết bị tiền xử lý và vỏ màng.

Mối quan hệ giữa áp suất thẩm thấu và áp suất vận hành mang tính động. Khi nồng độ chất hòa tan ở phía nước thải tăng lên trong quá trình vận hành, áp suất thẩm thấu cục bộ tại bề mặt màng cũng tăng theo. Nếu áp suất vận hành không được điều chỉnh phù hợp, lưu lượng nước tinh khiết sẽ giảm dần theo thời gian dù hệ thống vẫn hoạt động.

3. Mối quan hệ giữa áp suất trong công nghệ RO và lưu lượng nước

Trong phạm vi thiết kế cho phép, lưu lượng nước thẩm thấu qua màng RO tỷ lệ thuận với áp suất hiệu dụng tác động lên màng. Áp suất hiệu dụng là phần áp suất vận hành còn lại sau khi đã trừ đi áp suất thẩm thấu. Khi áp suất hiệu dụng tăng, động lực khuếch tán của phân tử nước qua màng tăng lên, dẫn đến lưu lượng nước tinh khiết cao hơn.

Tuy nhiên, mối quan hệ này chỉ đúng trong một giới hạn nhất định. Khi áp suất tăng vượt quá mức tối ưu, hiệu quả tăng lưu lượng bắt đầu giảm dần. Nguyên nhân là do cấu trúc polymer của màng RO bị nén lại dưới áp suất cao, làm giảm kích thước các khoảng trống vi mô trong lớp hoạt động. Khi đó, khả năng thẩm thấu của màng không tăng tương ứng với áp suất, thậm chí có thể giảm.

Ngoài ra, áp suất cao còn làm tăng hiện tượng phân cực nồng độ tại bề mặt màng, khiến nồng độ muối cục bộ tăng lên và làm giảm chênh áp hiệu dụng. Điều này giải thích vì sao trong vận hành thực tế, việc tăng áp suất không phải lúc nào cũng giúp tăng lưu lượng như mong muốn.

4. Ảnh hưởng của áp suất đến hiệu suất lọc công nghệ RO

Áp suất vận hành phù hợp giúp màng RO duy trì được cấu trúc vi mô thiết kế ban đầu, đảm bảo sự phân tách hiệu quả giữa phân tử nước và các ion hòa tan.

• Khi áp suất quá thấp, nước không đủ lực để vượt qua màng. Dẫn đến lưu lượng thấp và khả năng loại bỏ tạp chất không ổn định do dòng thẩm thấu yếu. Trong trường hợp này, hệ thống hoạt động kém hiệu quả và không đạt được công suất thiết kế.

• Khi áp suất quá cao có thể gây ra những tác động tiêu cực đến hiệu suất lọc. Áp suất cao làm tăng nguy cơ các ion nhỏ hoặc hợp chất hòa tan vượt qua màng do biến dạng cục bộ của lớp hoạt động. Đồng thời, áp suất cao cũng thúc đẩy bám cặn do các tạp chất bị nén mạnh lên bề mặt màng, làm suy giảm hiệu suất lọc theo thời gian.

5. Ảnh hưởng của áp suất đến tuổi thọ màng RO

Màng RO là vật liệu polymer mỏng, dù có độ bền cao nhưng vẫn nhạy cảm với ứng suất cơ học kéo dài.

Khi vận hành ở áp suất cao liên tục, lớp hoạt động của màng phải chịu lực nén lớn, gây hiện tượng lão hóa nhanh của vật liệu polymer. Các vi khe hở trong màng có thể bị biến dạng không hồi phục, làm giảm khả năng chọn lọc và tăng nguy cơ hư hỏng sớm.

Áp suất cao cũng làm gia tăng tốc độ tích tụ cặn và vi sinh trên bề mặt màng. Khi bám cặn xảy ra, chênh áp qua màng tăng lên, buộc hệ thống phải nâng áp suất vận hành để duy trì lưu lượng. Vòng lặp này nếu không được kiểm soát sẽ làm màng nhanh chóng xuống cấp và rút ngắn đáng kể tuổi thọ.

Ngược lại, vận hành hệ thống RO trong dải áp suất ổn định, phù hợp với khuyến nghị kỹ thuật giúp giảm ứng suất cơ học. Hạn chế cặn bẩn và kéo dài thời gian sử dụng của màng, từ đó giảm chi phí thay thế và bảo trì.

6. Giới hạn áp suất trong công nghệ RO

Mỗi hệ thống RO và mỗi loại màng RO đều được thiết kế với giới hạn áp suất cụ thể. Giới hạn này được xác định dựa trên khả năng chịu áp của vật liệu màng, vỏ áp lực, đường ống và các phụ kiện liên quan. Vượt quá giới hạn áp suất không chỉ gây hư hỏng màng mà còn tiềm ẩn rủi ro mất an toàn cho toàn bộ hệ thống.

Trong thiết kế hệ thống lọc nước công nghiệp RO, giải pháp cấp nước cho tòa nhà, trường học, bệnh viện, nhà xưởng…, việc xác định đúng dải áp suất làm việc là yêu cầu bắt buộc. Điều này bao gồm áp suất tối thiểu để đảm bảo thẩm thấu ngược xảy ra và áp suất tối đa để tránh vượt quá khả năng chịu lực của thiết bị.

7. Kết luận

Áp suất là yếu tố trung tâm chi phối toàn bộ hiệu quả vận hành của công nghệ RO. Từ việc kích hoạt quá trình thẩm thấu ngược, kiểm soát lưu lượng nước, đảm bảo hiệu suất lọc cho đến quyết định tuổi thọ màng, áp suất đều giữ vai trò then chốt. Công nghệ RO không đơn thuần là “lọc bằng màng”, mà là sự cân bằng tinh vi giữa áp suất, đặc tính màng và chất lượng nước nguồn.

Biên tập bởi

Senior Nguyễn Minh
⭐⭐⭐⭐

Chuyên gia nội dung với hơn 5 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực tư vấn và lắp đặt hệ thống lọc nước RO công nghiệp tại Kensi.

Thông tin tác giả →