Nghiên cứu ứng dụng màng lọc nano trong công nghệ xử lý nước biển áp lực thấp thành nước sinh hoạt cho các vùng ven biển và hải đảo Việt Nam.

Xây dựng đề cương chi tiết. Khảo sát và thu thập số liệu. Nghiên cứu ứng dụng màng lọc nano (lý thuyết, thực nghiệm). Lý thuyết lọc nano. Các đề xuất giải pháp công nghệ. Viết báo cáo giữa kỳ, báo cáo nghiệm thu cấp cơ sở và báo cáo tổng kết. Thực hiện thí nghiệm ngoài hiện

B1-2-TMĐTTHUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

I THÔNG TIN CHUNG V Ề ĐỀ TÀI ĐỀ ĐỀ TÀI ÀI T I

Nghiên cứu ứng dụng màng lọc nano trong công nghệ

xử lý nước biển áp lực thấp thành nước sinh hoạt cho

các vùng ven biển và hải đảo Việt Nam.

Tự nhiên; Nông, lâm, ngư nghiệp;

Kỹ thuật và công nghệ; Y dược

8 Chủ nhiệm đề tài

Họ và tên: Trần Đức Hạ

Ngày, tháng, năm sinh: 18 tháng 7 năm 1953 Nam/ Nữ: Nam

Học hàm, học vị: Phó Giáo sư, Tiến sĩ

Chức danh khoa học: Chức vụ: Chủ nhiệm bộ môn Cấp thoát nước – Môi trường nước

1

X

X

X

Điện thoại:

Tổ chức: 04 38697010 Nhà riêng: 04 35142864 Mobile: 0903235078

Fax: 04 38693714 E-mail: tranducha53@yahoo.com

Tên tổ chức đang công tác: Trường Đại học Xây dựng

Địa chỉ tổ chức: Số 55 Đường Giải phóng, Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: I16B Thái Hà, Láng Hạ, đống Đa, Hà Nội

9 Thư ký đề tài

Họ và tên: Trần Thị Việt Nga

Ngày, tháng, năm sinh: 11 tháng 9 năm 1974 Nam/ Nữ: Nữ

Học hàm, học vị: Tiến sĩ

Chức danh khoa học: Chức vụ: Nghiên cứu viên/Giảng viênĐiện thoại:

Tổ chức: 04 38697010 Nhà riêng: 04.38523087 Mobile: 0974796169Fax: 04 38693714/04 38697010 Email: nga.tran.vn@yahoo.com

Tên tổ chức đang công tác: Trường Đại học Xây dựng

Địa chỉ tổ chức: 55 Giải phóng, Hai Bà Trưng , Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: B1, phòng 204, phường Trung Tự, quận Đống Đa , Hà Nội

10 Tổ chức chủ trì đề tài

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Xây dựng

Điện thoại: 04 04 38697010 Fax: 04.38693714

E-mail: ctndhxd@yahoo.com

Website: vnwater.org

Địa chỉ: trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, Hà Nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: TS Lê Văn Thành

Số tài khoản kho bạc nhà nước: 301.01.044

Kho bạc Nhà nước quận Hai Bà Trưng, thành phố Hà Nội

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Trường Đại học Xây dựng, Bộ Giáo dục và Đào tạo

11 Các tổ chức phối hợp chính thực hiện đề tài (nếu có)

1.Tổ chức 1 : Trung tâm Đào tạo ngành nước và Môi trường

Tên cơ quan chủ quản : Bộ Xây dựng

Điện thoại: 04.38780619 Fax: 04.38271305

Địa chỉ: Yên Thường – Gia Lâm – Hà Nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: TS Nguyễn Bá Thắng

2.Tổ chức 2: Trung tâm nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn quốc gia (CERWASS)

Tên cơ quan chủ quản: Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

Điện thoại: 04.38355964 Fax: 04.37760439

Địa chỉ: Số 73 đường Nguyên Hồng, quận Đống Đa, Hà Nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: ThS Lê Thiếu Sơn

Nội dung công việc tham gia Thời gian làm

việc cho đề tài

(Số tháng quyđổi

2) 1

Trần Đức Hạ,

PGS.TS

ĐHXD Xây dựng đề cương chi tiết Khảo sát và

thu thập số liệu Nghiên cứu ứng dụngmàng lọc nano (lý thuyết, thực nghiệm)

Lý thuyết lọc nano Các đề xuất giải phápcông nghệ Viết báo cáo giữa kỳ, báo cáonghiệm thu cấp cơ sở và báo cáo tổngkết Thực hiện thí nghiệm ngoài hiệntrường trên trạm xử lý biển công suấtkhoảng 5 m3/h

24 tháng

2

Trần Thị Việt Nga,

TS

(Thư ký đề tài)

ĐHXD Khảo sát và thu thập số liệu Nghiên cứu

lọc nano để xử lý nước biển (lý thuyết,thực nghiệm) Nghiên cứu công nghệ xử

lý nước biển

24 tháng

3

Nguyễn Việt Anh,

PGS.TS

ĐHXD Nghiên cứu lý thuyết tính toán bể lọc

nano Nghiên cứu đưa ra phương pháptính toán thiết kế hệ thống xử lý nướcbiển có ứng dụng màng lọc nano

12 tháng

4

Phạm Tuấn Hùng,

TS

ĐHXD Nghiên cứu màng lọc nano Tính toán

thiết kế bể lọc nano Nghiên cứu lý

thuyết và thực nghiệm màng lọc nổi vàcác thiết bị xử lý khác

12 tháng

5 Nguyễn Quốc Hòa,

ThS

ĐHXD Khảo sát thu thập số liệu Thực hiện các

thí nghiệm phân tích hóa lý mẫu nước

18 tháng

6 Trần Công Khánh,

ThS

ĐHXD Khảo sát thu thập số liệu Thực hiện các

thí nghiệm phân tích hóa lý và vi sinh

12 tháng

2

Một (01) tháng quy đổi là tháng làm việc gồm 22 ngày, mỗi ngày làm việc gồm 8 tiếng

mẫu nước.

7 Trần Thúy Anh,

KS

ĐHXD Khảo sát thu thập số liệu Thực hiện các

thí nghiệm phân tích hóa lý mẫu nước

CERWASS Nghiên cứu triển khai ứng dụng kết quả nghiên

cứu từ phòng thí nghiệm ra hiện trường 9 tháng

II M C TIÊU, N I DUNG KH&CN V PH ỤC TIÊU, NỘI DUNG KH&CN VÀ PHƯƠNG ÁN TỔ CHỨC THỰC ỘI DUNG KH&CN VÀ PHƯƠNG ÁN TỔ CHỨC THỰC ÀI ƯƠNG ÁN TỔ CHỨC THỰC NG N T CH C TH C ÁN TỔ CHỨC THỰC Ổ CHỨC THỰC ỨC THỰC ỰC

HI N ỆN ĐỀ TÀI ĐỀ ĐỀ TÀI ÀI T I

13 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu sử dụng màng lọc nano áp lực thấp trong các dây chuyền công nghệ xử lý nước biển và venbiển thành nước dùng cho sinh hoạt ;

Lắp đặt trình diễn hệ thống xử lý nước biển áp lực thấp bằng màng lọc nano trong phòng thí nghiệm và ở quy mô thử nghiệm

14 Tình trạng đề tài

Mới Kế tiếp hướng nghiên cứu của chính nhóm tác giả

Kế tiếp nghiên cứu của người khác

15 Tổng quan tình hình nghiên cứu, luận giải về mục tiêu và những nội dung nghiên cứu của Đề tài

15.1 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của Đề tài

Ngoài nước :

Trên Trái đất, nước biển ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước uống do việc phát triểncác nguồn nước ngọt tự nhiên bị hạn chế Theo khảo sát của các tổ chức quốc tế, 97,5% nước trên Trái đất lànước biển và không hơn 2,5% là nước ngọt Ngoài ra, phần lớn nước ngọt được dự trữ trong các sông băng,tảng băng và dưới lòng đất Nước mà con người có thể sử dụng dễ dàng chẳng hạn như nước trong sông và hồchỉ chiếm 0,01% tổng lượng nước ngọt Trong khi đó, dân số toàn cầu tăng tới tám tỷ vào năm 2025 3,5 tỷngười trong số này chắc chắn sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước

Nước biển có độ mặn không đồng đều trên toàn thế giới mặc dù phần lớn có độ mặn nằm trong khoảng từ

3,1% tới 3,8% Khi sự pha trộn với nước ngọt đổ ra từ các con sông hay gần các sông băng đang tan chảythì nước biển nhạt hơn một cách đáng kể Thành phần nước biển trên trái đất theo các nguyên tố được nêu

trong Bảng 1.

Bảng 1.

X

Nguyên tố Phần trăm Nguyên tố Phần trăm

/Nguồn: Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp CEETIA, 2002/

Trong 40 năm qua, độ mặn ở các vùng biển nhiệt đới đã gia tăng đáng kể trong khi nước biển ở các vùngcực ngày càng ít muối hơn Sự thay đổi nồng độ muối trong nước biển trở nên đặc biệt nhanh chóng trongthập kỷ 90, thập kỷ nóng nhất kể từ khi con người bắt đầu lưu trữ dữ liệu thời tiết bài bản Kết quả nàycho thấy thêm một hậu quả đáng kể khác của hiện tượng trái đất nóng lên Nhiều kết quả nghiên cứu chothấy vòng tuần hoàn nước toàn cầu ngày càng trở nên nhanh chóng và dữ dội, các đại dương tại miềnnhiệt đới ngày càng bốc hơi nhiều hơn Ngoài việc làm thay đổi sự phân bố nước ngọt và sự tạo thành bãotrên toàn cầu, vòng tuần hoàn nước quá nhanh và mạnh như vậy sẽ làm trầm trọng thêm sự nóng lên củatrái đất, vì bản thân hơi nước cũng là một khí nhà kính

Tình trạng thiếu nước trầm trọng do gia tăng dân số, đô thị hóa và chất lượng cuộc sống trên thế giới ngàycàng cao hơn đã khiến nhiều quốc gia (nhất là các vùng khô hạn và bán khô hạn) phải chấp nhận các côngnghệ khử mặn, trước hết là để đáp ứng các nhu cầu sinh hoạt Khử mặn (desalination) là quá trình loại bỏcác muối hòa tan và các chất khác có trong nước biển, nước lợ, hay nước ngầm hoặc nước mặt bị nhiễmmặn Dựa vào mức độ công nghệ xử lý nước và mục đích xử lý, quá trình khử mặn có thể xử lý đượcnước đạt chất lượng dùng cho sinh hoạt hay trong công nghiệp hoặc tưới tiêu

Ngành công nghiệp khử nước mặn đã trở thành một ngành thương mại từ những năm 1950 và 1960 Dogiảm được nhiều về giá thành và tăng hiệu quả, đặc biệt trong những năm 1970, công việc khử mặn, trong

đó, màng lọc chiếm ưu thế trong các công nghệ xử lý nước biển, đã trở thành một chiến lược và là nguồncung cấp nước đáng tin cậy để đáp ứng những nhu cầu sinh hoạt

Hiện nay ước tính toàn cầu có hơn 12,000 nhà máy xử lý nước biển và nước lợ trên 140 quốc gia trênkhắp thể giới, với tổng công suất lên tới 40 triệu m3 trên ngày Trong đó xử lý nước biển chiếm 57.4%.(WHO, 2008) Công suất khử mặn trên thế giới đạt gần 9,6 tỷ m3, trong đó các nước thuộc Hội đồng Hợptác Vùng vịnh (GCC) như Ả Rập, Cô oét, Tiểu Vương quốc Ả Rập thống nhất, Bahrain, Qatar và Omanchiếm 47% tổng công suất

Các quốc gia thuộc GCC là một ví dụ điển hình về đô thị hóa nhanh và gia tăng dân số đã làm tăng mạnhnhu cầu nước sinh họat Tỷ lệ gia tăng dân số trung bình của khu vực (hơn 3,4%) đã làm cho dân số tăng

từ 14 triệu năm 1970 lên gần 30 triệu dân năm 2000 Nhu cầu nước sinh hoạt tăng từ 2,6 tỷ m3 lên gần 4

tỷ m3 trong giai đoạn 1990-2000 Nhu cầu này sẽ tăng lên tới 10,4 tỷ m3 vào năm 2030

Trong xử lý nước cấp cho sinh hoạt từ nguồn nước tự nhiên, những vật liệu lọc như cát, sỏi, … chỉ giúp takhử bỏ những chất bẩn thô, những hạt huyền phù và một phần nhỏ các hợp chất đã kết tủa như sắt, man-

gan, còn chất độc hại hòa tan trong nước thì hầu như không lọc được Sau này, xuất hiện những chất liệukhác như gốm, than hoạt tính (tốt nhất là than dừa), chất liệu nhựa polypropylene, nhựa trao đổi ion đãgiúp cho việc lọc nước khá hơn nhiều Tuy nhiên, nó mới chỉ dừng ở mức độ giữ lại các hạt chất bẩn cókích thước nhỏ, riêng vi sinh vật thì không được lọc tốt.

Do những hạn chế của các vật liệu lọc trên, đã xuất hiện các phương pháp xử lý nước bằng màng lọc Kỹthuật màng là một trong những quá trình khá mới được phát triển và ứng dụng trong công nghệ xử lýnước, nước thải trong gần 30 năm trở lại đây Đó là phương pháp có nhiều ưu điểm về phương diện kỹthuật, quy mô sản xuất và giá thành hoạt động Phạm vi áp dụng của kỹ thuật màng khá rộng, bao quátgần như tất cả các khả năng loại bỏ tạp chất: chất huyền phù, chất keo, chất cơ nhũ, chất hữu cơ tan, cácion có kích thước nhỏ (Na+ chẳng hạn) Màng hoạt động như một hàng rào chắn đối với dòng chảy củamột hỗn hợp gồm chất lỏng và các cấu tử trong đó Màng có tính thấm chọn lọc khác nhau đối với các cấutử khác nhau

Phương pháp thẩm thấu ngược RO đầu tiên được ứng dụng ở Mỹ để sản xuất nước tinh khiết Nước tinhkhiết RO hoàn toàn không có vi trùng nhưng đồng thời cũng không có các khoáng chất, nguyên tố vilượng cần thiết cho cơ thể con người Các thử nghiệm cho thấy các màng lọc thẩm thấu ngược có thể khử

bỏ tới 99% tất cả các chất tan, nhưng nồng độ các chất dinh dưỡng cần thiết, như các ion canxi và magie

đã giảm xuống mức thấp hơn các tiêu chuẩn kỹ thuật của WHO (Tổ chức Y tế Thế giới) về nước uống Vìvậy, sản phẩm nước đã qua xử lý cần được bổ sung thêm các chất dinh dưỡng nói trên để có thể cung cấpnguồn nước uống đạt chất lượng theo yêu cầu

Trong hơn 30 năm qua các nước thuộc GCC đã tiến hành xây dựng và mở rộng các nhà máy khử mặnnhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng lên Hiện nay, có 6 quốc gia đã xây dựng được 36 nhà máy lớn đểkhử mặn nước biển và nước lợ: 21 nhà máy nằm trên bờ biển Đỏ và 15 trên vùng vịnh Sản lượng chungcủa các nhà máy khử mặn ở các quốc gia thuộc GCC tăng từ 1,5 tỷ m3 trong năm 1990 lên 2,7 tỷ m3 năm

2000, do các nhà máy đã được bổ sung và mở rộng Năm 2001 chỉ riêng công suất của một nhà máy ở Ảrập Saudi đã đạt hơn 1 tỷ m3, đây là nhà máy khử mặn lớn nhất thế giới Hơn 85% các nhà máy khử mặnthuộc GCC sử dụng các hệ thống chưng cất nhanh nhiều tầng (MSF) Các hệ thống này có hai tác dụng,vừa có thể sản xuất nước và điện Phần lớn các nhà máy còn lại dựa trên công nghệ sử dụng các màng lọcthẩm thấu ngược (RO)

Với công nghệ thẩm thấu ngược RO, để xử lý nước biển với nồng độ muối 35.000 mg/l thành nước đạt yêu cầu dùng cho sinh hoat (nồng độ muối không vượt quá 250 mg/l) thì cần cung cấp áp lực tổng cộng là

60 -100 atm Công nghệ RO do đó có chi phí đầu tư, vận hành và quản lý rất cao (chi phí xử lý 1m3 nước biển thành nước uống từ 5 -10 USD) do cần phải có:

- Vật liệu chế tạo chịu được áp suất cao

- Bơm tạo được áp suất cao

- Chi phí điện năng cao

- Màng lọc phải thay thể thường xuyên do tắc nghẽn

Do đó, nhu cầu cấp thiết là phải giảm được áp lực cần cung cấp trong xử lý bằng RO

Việc áp dụng màng lọc nano được nghiên cứu rộng rãi với mục tiêu trên và đã đạt được nhiều thành tựuquan trọng tại các nước như Mỹ, Nhật Hiện nay theo xu thế phát triển công nghệ mới, công nghệ Nanocũng đang được ứng dụng vào trong lĩnh vực xử lý nước Các nhà khoa học đề xuất công nghệ nanô làmgiải pháp để giải quyết vấn đề nước sạch

Nano carbon là những ống nguyên tử carbon tí hon, có đường kính chỉ vài phần tỷ mét, nhỏ hơn sợi tóc100.000 lần, nhẹ hơn thép đến 6 lần nhưng lại bền hơn vật liệu này đến 100 lần.Nano carbon được biết với nhiều tính chất đặc biệt như siêu cứng, siêu bền, nhẹ nhưng khả năng dẫn điện,

dẫn nhiệt tốt Màng lọc nano (nanofilter, hyperfilter - NF) là loại màng có kích thước lỗ nhỏ (10-7 cm =10Ao) Phân tử lượng bị chặn từ 200-500 Loại màng này thích hợp cho quá trình làm mềm nước, loại bỏmột số chất hữu cơ tan, các ion natri, chì, sắt, niken, thủy ngân (II), các vi khuẩn gây bệnh, và cho các

ion (I) đi qua Áp suất động lực của màng lọc nano thường là <40atm, thấp hơn so với màng thẩm thấungược Đây là loại màng bất đối xứng, tổ hợp composite Độ dày màng gồm lớp đỡ 150 μm, lớp da màng

1 μm Đặc tính màng là: kích thước lỗ xốp <2nm; áp suất động lực từ 15 đến 25 bar, tốc độ lọc >0,05m3.m-2.ngày-1.bar-1 Cơ chế hoạt động của màng là hòa tan và khuếch tán Vật liệu chế tạo màng làpolome Màng lọc nano được ứng dụng để xử lý nước lợ, làm mềm nước, loại bỏ chất hữu cơ, sản xuấtnước siêu tinh khiết,…mà không nhờ các phản ứng hóa học

Cũng nhờ có kích thước lỗ lọc cực nhỏ nên màng Nano có thể loại bỏ các tạp chất, hầu như chỉ cho nước

đi qua Các phương pháp lọc màng sẽ giữ lại được các chất ô nhiễm trong nước tự nhiên Sơ đồ vận

chuyển các chất trong nước biển qua hệ thống màng lọc nêu trên Hình 1

Các công nghệ xử lý nước thông thường bao gồm các bước lọc, bức xạ tử ngoại, xử lý hóa học và khửmuối, trong đó công nghệ nano được đưa vào ứng dụng ở nhiều loại màng lọc và bộ lọc dựa trên cơ sởống nano cacbon, gốm xốp nano, các hạt nano từ tính và các vật liệu nano khác Các loại màng tách rờivới cấu trúc ở phạm vi nano cũng có thể được ứng dụng ở các phương pháp chi phí thấp nhằm cung cấpnước uống

Hình 1:Sơ đồ vận chuyển các chất trong nước qua màng lọc

Những ưu điểm của màng lọc nano:

- Chí phí vận hành thấp

- Chi phí năng lượng thấp

- Lượng thải sau xử lý ít (so với RO)

- Giảm lượng TDS, đặc biệt hiệu quả đối với nước lợ

- Loại bỏ các chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu, các hóa chất hữu cơ

- Loại bỏ kim loại nặng, nitơrat và sunfat

- Loại bỏ mầu, độ đục, làm mềm nước cứng

- Không cần bất cứ hóa chất nào trong quá trình xử lý

So với các màng vi lọc, siêu lọc và thẩm thấu ngược, màng lọc nano có khả năng đáp ứng tốt các yêu cầu

về chất lượng xử lý nước Nhờ có hiệu ứng điện tích bề mặt, màng lọc nanô có khả năng bắt giữ các ion

Vi lọc (MF)

Nước ion hóa trị I Ion hóa trị cao Virus Vi khuẩn Chất lơ lửng

Nước ion hóa trị I Ion hóa trị cao Virus Vi khuẩn Chất lơ lửng

Siêu lọc (MF)

Lọc nano (NF)

Nước ion hóa trị I Ion hóa trị cao Virus Vi khuẩn Chất lơ lửng

Nước ion hóa trị I Ion hóa trị cao Virus Vi khuẩn Chất lơ lửng

Thẩm thấu ngược

(RO)

hóa trị cao trong khi các ion hóa trị I bị giữ lại không đáng kể, dẫn đến kết quả khác biệt về nồng độ giữanước đầu vào và nước đi qua màng Với những đặc tính ưu việt như áp suất hoạt động thấp, tốc độ lọccao, khả năng bắt giữ chọn lọc các ion và hợp chất hữu cơ, chi phí vận hành và bảo dưỡng tương đối thấp,công nghệ lọc nanô đang thực sự trở thành giải pháp hữu hiệu nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm trong nướcthải, đặc biệt là nước có độ cứng, asen, sunphat,

Cuối thế kỷ 20, công nghệ nano phát triển mạnh mẽ, giúp tạo ra các vật liệu có các hạt hay màng có kíchthước vài nanô Dựa vào khả năng lọc nước của các vật liệu nano, người ta đã chế tạo các máy lọc tinh,lọc được các hạt bẩn nhỏ vài nano, trong đó có các vi khuẩn nhỏ Ngoài ra trong nước vẫn giữ nguyênnhững chất khoáng và các nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể Đây là một trong những ưu việt do bảnchất của vật liệu nano mới có mà các chất liệu lọc khác không có được

Ứng dụng màng lọc để sản xuất nước ăn uống bắt đầu từ Mỹ và các nước Trung Đông Hiện nay sử dụngmàng lọc để làm ngọt hóa nước biển đã phát triển rộng khắp ở nhiều nơi trên Thế giới Theo J.C.Schipers, 2000, trên toàn thế giới có 9.106 m3nướcăn uống/ngày được xử lý bằng phương pháp RO và 106

m3nướcăn uống/ngày bằng phương pháp NF và UF, tương đương công suất màng 2.107, 2.106 và 4.105

m2 So sánh thông số thiết kế và làm việc của RO và NF nêu trong Bảng 3.

Màng lọc NF tuy có nguyên tắc lọc giống như RO, nhưng vì kích thước màng lọc to hơn RO, nên thôngthường chỉ giữ lại ion hóa trị hai, còn ion hóa trị một như Na+ hay Cl- thì đi qua được màng lọc Với đặctính thế, NF vốn không có hiệu quá cao trong khử mặn với nước biển Màng NF có kích thước lỗ biểukiến lớn hơn kích thước ion Na+ và Cl- Để có thể ứng dụng NF vào quá trình xử lý nước biển thành nước

ăn uống, Twardowski (U.S.Pat No5,587,083) đã sử dụng màng NF tích điện âm tăng cường loại ion hoátrị 2 và Cl- Lin sử dụng tổ hợp NF(250-350 psi) – RO (áp suất tương đương) để loại Cl- và Br-, lọc đượcchủ yếu ion hoá trị 2; nước sau NF còn 10-15 g/L muối (U.S Pat No.5,458,781) Diem Xuan vuong,

2006, (U.S Pat No.7,144,511) dùng NF hai bậc: lọc NF1 (màng FSM135) ở 500-550 psi (hiệu suấtkhoảng 35%) và lọc NF2 (màng SSM 160) ở áp suất 200-300 psi (hiệu suất khoảng 79%) để xử lý nướcbiển; tổng hiệu suất của hai giai đoạn là 28%, sản phẩm có hàm lượng muối là 200-1.000 mg/L

Hiện nay người ta cũng đã chế tạo được một số màng NF đặc biệt (high performance nano filtration) cókhả năng giữ lại đến 90% các ion hóa trị 2 và gần 90% ion hóa trị 1, bằng nguyên lý làm việc dựa trênkhối lượng phân tử và điện hóa Các màng NF đặc biệt này hiện có mặt trên thị trường, do các công tyTORAY Industry Inc.(Nhật bản), DOOSAN HYRO Techno (Hàn Quốc) và Dowfirm tech (Mỹ) phát triển

và sản xuất

Để đáp ứng nhu cầu về nước sạch, các nhà thiết kế công nghệ cần tìm ra giải pháp khắc phục ô nhiễmbằng các ứng dụng công nghệ tách màng lỏng Trong quá trình khử muối và xử lý nước thải, sự thay đổicác nguồn nước yêu cầu phải giải quyết các vấn đề ô nhiễm để kéo dài tuổi thọ các màng trong từng ứngdụng đặc biệt

Các công ty hàng đầu đang nghiên cứu những giải pháp cải thiện trạng thái thay đổi liên tục của màngtrong những lò phản ứng sinh học màng Ví dụ, thiết bị PermaCare MPE50 đã chứng minh giảm được ônhiễm và cải thiện dòng chảy từ 30-100% trong ứng dụng công nghiệp và ứng dụng xử lý nước thải đôthị

Các nhà khoa học châu Âu đã phát minh ra công nghệ tách màng - lọc nano dung môi hữu cơ (OSN) –linh hoạt, chi phí hiệu quả và đưa ra quy trình xử lý thân thiện với môi trường nhằm giảm thiểu chất thải

và thu lại chất xúc tác trong các ngành công nghiệp hoá chất và công nghiệp dược

Những tiến bộ này sẽ trợ giúp nhiều cho việc tiếp thu công nghệ, cụ thể từ quá trình khử muối và xử lýnước thải trở thành các thị trường lớn và đang mở rộng Thị trường này có thể góp phần quan trọng vàoviệc tăng nguồn nước ngọt đang bị hạn chế và sự phân bố các nguồn nước ngọt không đồng đều

Trong điều kiện sức ép về nguồn nước, những tiến bộ của công nghệ màng đã làm giảm mức tiêu thụnăng lượng xuống 20 – 30% trong 10 năm qua và góp phần khuyến khích sử dụng các công nghệ táchmàng

Những tiến bộ trong Công nghệ tách màng là nhiệm vụ của nghiên cứu, bao gồm các thị trường như: xửlý nước cấp, nước thải, những ứng dụng y học và các lĩnh vực có liên quan, xử lý công nghiệp, ứng dụnghoá chất và hoá dầu, ứng dụng năng lượng và môi trường

Các màng lọc nano và siêu lọc được do trường Đại học Nottingham sử dụng để xử lý nước biển thànhnước ngọt Trong các nghiên cứu này giáo sư Nidal Hilal dùng vi sinh cùng với các kỹ thuật lọc màngmỏng gần đây nhất để cải thiện và tinh chỉnh công nghệ làm sạch nước biển Bằng cách xử lí sơ bộ nướcbiển và loại bỏ tạp chất, các màng lọc giảm thiểu chất bẩn cho máy trong giai đoạn xử lí tiếp theo – dùthẩm thấu ngược hay khử muối bằng nhiệt (nước biển được đun bốc hơi) Phương pháp này có thể ngănngừa những thiệt hại cho máy móc, giảm thiểu những chi phí đắt đỏ cho việc sửa chữa và thay thế cácthiết bị máymóc.

Các màng lọc nano và siêu lọc cũng đang được ứng dụng trong công trình được tài trợ bởi Trung tâmNghiên cứu khử muối trong nước Trung Đông, một cơ quan đang nghiên cứu các công nghệ điều chếnước uống từ nước biển Bằng công đoạn tiền xử lý nước biển và khử bỏ các chất ô nhiễm, màng lọc giảmđược chất bẩn của thiết bị ở khâu tiếp theo của quy trình, thông qua hoặc là quá trình thẩm thấu ngược,hoặc là khử muối bằng nhiệt Việc này có thể ngăn ngừa hư hỏng thiết bị, giảm nhu cầu sửa chữa và thaythế tốn kém

Phương pháp màng siêu lọc Công ty General Electric (GE) chuyên sản xuất các thiết bị điện dân dụngcũng nhảy vào thị trường xử lý nước Năm 2006 GE mua lại một cơ sở sản xuất màng siêu lọc sợi rỗng từmột công ty của Canađa có trị giá 0,689 tỉ USD Loại màng này được áp dụng để xử lý nước dùng chocông nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt

Giáo sư Kamalesh Sirkar thuộc Viện Công nghệ New Jersey (NJIT), chuyên gia trong công nghệ phântách màng, từ năm 1992 nghiên cứu phát triển một phương pháp mới khử mặn trong nước biển nhờ mànglọc nano Quy trình của Kamalesh Sirkar đặc biệt đạt hiệu quả cao đối với nước biển có nồng độ muốitrên 5,5%

Nhật bản, cùng với Mỹ là hai nước hàng đầu trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ màng trongxử lý nước nói chung và nước biển nói riêng Trong đó, công ty TORAY là công ty tiên phong sản xuấtmàng lọc trong xử lý nước và nước thải Năm 1958, TORAY lần đầu tiên đưa ra dây chuyền xử lý nướcbiển bằng công nghệ RO Màng lọc RO do TORAY sản xuất và đưa ra thị trường lần đầu tiên vào năm

1967 Màng RO khi đó được chế tạo bằng vật liệu cenllulos acetate Màng lọc Nano bắt đầu được nghiêncứu vào đầu những năm 1980 Hiện nay màng lọc RO và NF được chế tao từ vật liệu polyamidecomposite

Khoa kỹ thuật môi trường, thuộc trường đại học Tokyo, là một cơ sở nghiên cứu hàng đầu thế giới vềcông nghệ màng trong xử lý nước thải, nước cấp cho sinh hoạt (phòng thí nghiệm của giáo sư YamamotoKazuo), hay trong xử lý nước cấp và nước biển (giáo sư Ohgaki Shinichiro và giáo sư Takizawa Satoshi).Vào đầu những năm 2000, họ lần đầu tiên đưa ra công nghệ xử lý nước biển bằng màng nano hai bậc Vớicông nghệ này, áp lực cần thiết thấp hơn rất nhiều so với công nghệ RO, và nước được xử lý có thể đạtchất lượng đạt tiêu chuẩn cấp cho sinh hoạt

Nhiều tổ chức đang cân nhắc tiềm năng của khoa học nano để giải quyết các thách thức về kỹ thuật liênquan đến việc khử các chất ô nhiễm và cung cấp nguồn nước “có thể uống được” cho dân chúng sống tại

các nước phát triển và đang phát triển Nhiều thiết bị xử lý nước, trong đó một số có kết hợp công nghệnano đã có mặt trên thị trường và một số khác đang trong giai đoạn phát triển.

Công nghệ nano phục vụ cho xử lý nước đã có mặt trên thị trường, với các loại màng lọc nano hiện đang

ở vào giai đoạn hoàn thiện nhất, và nhiều loại khác hiện đang được triển khai Mặc dù thế hệ thiết bị lọcnano hiện nay có thể còn tương đối đơn giản, nhiều nhà nghiên cứu tin tưởng rằng các thế hệ thiết bị xử lýnước tương lai sẽ lợi dụng được nhiều đặc tính mới của vật liệu nano và có thể là mối quan tâm của cácnước đang phát triển lẫn nước phát triển

Trong nước:

Nước ngọt là một nhu cầu không thể thiếu được trong đời sống con người Việc cung cấp đầy đủ nướcsạch đảm bảo yêu cầu về chất lượng và số lượng luôn luôn là thách thức đối với các nước đang phát triển.Theo Ban chỉ đạo Quốc gia về cung cấp nước sạch và vệ sinh môi trường: Nhu cầu dùng nước trong quátrình phát triển kinh tế xã hội ở Việt Nam đang tăng mạnh Theo ước tính năm 1990, lượng nước cầndùng khoảng 65 tỷ m3, tăng lên hơn 92 tỷ m3 vào năm 2000, dự báo đến năm 2010 tăng lên đến 130 tỷ m3.Mức 130 tỷ m3 này gần tương đương với nguồn nước vào mùa khô trên các lưu vực sông của cả nước.Như vậy, việc thiếu nước ngọt đã rất rõ ràng Nước sử dụng trong sinh hoạt chiếm tỷ lệ khoảng 2% so vớitổng nhu cầu Nếu đối chiếu với tiêu chuẩn thiếu nước của Tổ chức Khí tượng thế giới và của UNESCO,đến năm 2010, nhiều vùng ở Việt Nam thiếu nước ở mức từ trung bình đến gay gắt, đặc biệt trong cáctháng mùa khô Bên cạnh đó chiến lược quốc gia về cấp nước sạnh và vệ sinh nông thôn theo quyết địnhcủa thủ tướng chính phủ 104 QĐ/TTG ngày 25/08 năm 2000 đặt ra mục tiêu đến 2020 là “tất cả dân cưnông thôn sử dụng nước sạch đạt tiêu chuẩn quốc gia với số lượng ít nhất 60 lít/người/ngày” Đây lànhiệm vụ nặng nề và khó khăn đối với một nước đang phát triển như Việt nam

Hiện nay, dân số nước ta đã vượt qua con số 80 triệu người Mức bảo đảm nước cho mỗi người dân trongmột năm đã từ 12.500 m3/người vào năm 1990 giảm còn 10.160 m3/người vào năm 2000 Tổng lượngnước cần dùng trong cả nước năm 1990 bằng khoảng 64,8 tỷ m3 Dự tính lên tới 121,5 tỷ m3 vào năm

2010 Tài nguyên nước mặt phân bố không đều trong lãnh thổ và biến đổi mạnh theo thời gian, do đó tìnhtrạng thiếu nước ngọt đã và đang xảy ra ở nhiều nơi, nhất là vùng núi cao phía Bắc và đồng bằng venbiển Tình trạng này sẽ trầm trọng hơn vào thế kỷ tới khi lượng nước cần dùng tăng lên mạnh mẽ Khaithác, sử dụng nước dưới đất không hợp lý đã gây ra sụt lún đất, hạ thấp mực nước ngầm ở một số nơi,nhiễm mặn khá phổ biến ở nhiều vùng ven biển, ảnh hưởng tới tầng chứa nước ngọt

Ðể giải quyết tình trạng này, Mục tiêu của Chiến lược Quốc gia về tài nguyên nước định hướng hoạt độngphát triển và quản lý tài nguyên nước cho một giai đoạn theo quan điểm của Nhà nước về phát triển kinh

tế - xã hội và bảo vệ môi trường nhằm tạo bước chuyển đổi cơ bản cho hoạt động quản lý, bảo vệ và pháttriển tài nguyên nước

Với trên 3.260 km đường biển, Việt Nam có tiềm năng lớn về kinh tế biển Dân số các tỉnh ven biển rấtđông, chiếm khoảng 60% dân số cả nước lại sống chủ yếu dựa vào khai thác trực tiếp tài nguyên biển.Vùng ven biển và hải đảo nước ta có 115 huyện thị với gần 18 triệu người sinh sống chủ yếu là nghề cá,kết hợp với các nghề truyền thống khác như làm muối, vận tải ven bờ, dịch vụ du lịch, nông nghiệp, mộtvài vùng có nghề thủ công như làm chiếu, đan lát

Trong những năm gần đây, với chiến lược phát triển đất nước theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa

và hội nhập quốc tế, sự xây dựng công trình và khai thác tài nguyên ven biển rất sôi động Trong Chiếnlược Biển Việt Nam đến năm 2020, phải phấn đấu để nước ta trở thành một quốc gia mạnh về biển, giàulên từ biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền quốc gia trên biển, góp phần giữ vững ổn định và phát triển đấtnước; kết hợp chặt chẽ giữa phát triển kinh tế - xã hội với đảm bảo quốc phòng, an ninh và bảo vệ môitrường; có chính sách hấp dẫn nhằm thu hút mọi nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; xây dựng cáctrung tâm kinh tế lớn vùng duyên hải gắn với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng đối với

sự phát triển của cả nước Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt “Đề án tổng thể về điều tra cơ bản và quảnlý tài nguyên môi trường biển đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020” (số 47/2006/QĐ-TTg, ngày 1-3-2006) nhằm đạt những mục tiêu cơ bản như: đẩy mạnh công tác điều tra cơ bản các điều kiện tự nhiên, tài

nguyên thiên nhiên và môi trường biển Việt Nam, xác lập luận cứ khoa học, cơ sở pháp lý để tăng cườngquản lý nhà nước, phát huy tiềm năng, lợi thế và phục vụ cho việc phát triển bền vững các vùng biển, venbiển và hải đảo của nước ta

Biến đổi khí hậu sẽ mang lại nhiều rủi ro thiên tai cho Việt Nam, chủ yếu là thay đổi về lượng mưa vàgiông bão Mực nước biển dâng cao là yếu tố liên quan trực tiếp đến vấn đề nước sạch và vệ sinh môitrường trong nông nghiệp và nông thôn ở nước ta, làm tăng rủi ro lũ lụt cho các vùng đất trũng ven biển.Biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ ảnh hưởng rõ rệt đến cuộc sống của nhân dân (cả nông thôn và thành thị) và

hệ sinh thái ven biển Biến đổi khí hậu được xem là một vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến tất cả các chínhsách, kế hoạch và hành động của nước ta trong những năm tới 70% dân cư sinh sống gần vùng ven bờhiện đang đối mặt với các đe dọa không dự báo được của mực nước biển dâng cao và các thiên tai khác.Biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng cao có thể làm tăng các vùng ngập lụt, làm cản trở hệ thống tiêuthoát nước, làm tăng thêm cường độ xói lở tại các vùng ven bờ và nhiễm mặn, dẫn đến gây khó khăn chohoạt động nông nghiệp và cung cấp nước sinh hoạt Theo báo cáo của Ngân hàng Thế giới (WB) và ủyban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), mực nước biển dâng cao 1m sẽ có khả năng gây ra “khủnghoảng sinh thái”, ảnh hưởng tới gần 12% diện tích và 11% dân số Việt Nam Ngoài ra, một số cảng lớn,thành phố và vùng dân cư ven biển có thể bị ngập một phần, việc cung cấp nước sinh hoạt cho nhân dân,các hoạt động thương mại, du lịch cũng sẽ bị ảnh hưởng Báo cáo nghiên cứu mới nhất về tác động củabiến đổi khí hậu ở khu vực Đông Nam Á của Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) công bố ngày28/4/2009 tại Hà Nội cho rằng sản xuất lúa gạo ở Việt Nam có thể giảm mạnh và mực nước biển tăng cóthể nhấn chìm hàng chục ngàn hécta đất canh tác vào cuối thế kỷ này, đồng thời khiến cho hàng ngàn giađình sống ven biển phải tái định cư

Lượng mưa có thể giảm đáng kể ở Việt Nam trong thập kỷ tới và hơn 12 triệu người sẽ phải chịu tácđộng của tình trạng thiếu nước ngày càng gia tăng

Chương trình Biển Đông, hải đảo và đánh bắt xa bờ của Nhà nước cũng đã đề cập đến những nội dungcung cấp nước sinh hoạt cho nhân dân vùng ven biển, hải đảo cũng như tàu thuyền hoạt động đánh bắt hảisản trên biển Các phương tiện và thiết bị xử lý nước biển thành nước ngọt phải được nghiên cứu và trang

bị cho các cụm dân cư hải đảo, ven biển cũng như tàu thuyền hoạt động xa bờ

Từ những yếu tố trên, cần thiết phải tìm một nguồn tài nguyên nước ổn định để cấp nước sinh hoạt chonhân dân vùng ven biển và hải đảo Nguồn tài nguyên ổn định và phong phú nhất vẫn là nước biển Tìmkiếm công nghệ và triển khai lắp đặt các công trình, thiết bị xử lý nước biển và nước lợ để cung cấp nướccho các cụm dân cư, đô thị,… ven biển và hải đảo là một nhiệm vụ cấp bách và cần thiết, đặc biệt là trongtình hình biến đổi khí hậu như hiện nay

Năm 2006-2008, PGS.TS Nguyễn Văn Tín chủ trì đề tài NCKH trọng điểm cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo

“Nghiên cứu mô hình cấp nước cho các khu dân cư ven biển và hải đảo” (mã số B2006-03-12TĐ) Tuynhiên nguồn nước thô là nước ngầm, nước mặt và nước mưa vùng ven biển ít bị nhiễm mặn nên các môhình đề xuất có công nghệ xử lý nước truyền thống

Tại Việt nam các công trình nghiên cứu về khử mặn nước biển, chế tạo vật liệu nano và thiết bị xử lýnước có màng lọc nano cũng đã bắt đầu từ cuối những năm 1990

Công nghệ cất nước biển bằng năng lượng mặt trời đang được Viện Hoá học (Viện Khoa học và Côngnghệ Việt nam) nghiên cứu ứng dụng, với giá thành khoảng 1 triệu đồng/m3 công suất khi đưa vào sửdụng đại trà Hiện công nghệ này đang được lắp đặt ứng dụng thử nghiệm tại Bến Tre và Thừa Thiên-Huế Một hệ được đặt tại ngư trường Bình Đại đã cung cấp từ 120-150 lít nước sạch mỗi ngày cho độicông nhân 8 người Hệ còn lại, nhỏ hơn, được lắp đắt tại một hộ gia đình ở thị xã Bến Tre đã mang lạihiệu quả cao

Năm 2003, Trung tâm tư vấn và chuyển giao công nghệ nước sạch và môi trường (CTC) nghiên cứu thiết

kế và lắp đặt tại đảo Bạch Long Vĩ Dây chuyền gồm 5 thiết bị xử lý nước biển qua 5 công đoạn khácnhau với tỷ lệ nội địa hóa 70% Nước biển được bơm qua thiết bị đầu tiên sẽ được lọc sạch rong, rêu, tảobằng một màng lọc có kích thước lỗ 50 micromet Sau đó, thiết bị lọc đa năng (multimedia) sẽ lọc sạch

các chất có kích thước lớn hơn 20 micromet Sang thiết bị thứ ba, Ca, Mg, Br được loại ra khỏi nướcbiển dưới dạng muối carbonat bằng phương pháp trao đổi cation Thiết bị lọc thứ tư tiếp tục loại các chất

có kích thước lớn hơn 5 micrometres ra khỏi nước biển Và đến thiết bị cuối cùng sử dụng màng lọc RO

có kết cấu đặc biệt Quá trình thẩm thấu ngược diễn ra tại đây khi nước biển (sau khi đã qua các côngđoạn tiền xử lý trước đó) được bơm áp suất cao tới 70 atm qua hệ thống màng lọc này Kết thúc quá trìnhthẩm thấu ngược, sẽ thu được một lượng nước ngọt bằng 36% lượng nước biển lọc qua dây chuyền Vớidây chuyền này, nước ngọt sản xuất theo công nghệ RO có giá khoảng 20.000 đồng/m3

Nguyễn Bá Thắng, năm 2005, trong đề tài luận án tiến sĩ “Nghiên cứu mô hình quy hoạch và quản lý hiệuquả hệ thống cấp nước đô thị Việt Nam đến năm 2020” đã sử dụng bộ lọc màng UF lắp đặt sau các côngđoạn xử lý nước ngầm truyền thống của trạm cấp nước trường Cao đẳng xây dựng công trình đô thị đểnghiên cứu cấp nước uống trực tiếp

Năm 2005, Viện Khoa học công nghệ nhiệt lạnh (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) vừa nghiên cứuthành công quy trình chưng cất nước ngọt từ nước biển bằng năng lượng mặt trời Theo hình thức bay hơicưỡng bức mỗi mét vuông vật liệu hấp thụ nhiệt của máy có thể tạo ra được 15 – 20 L nước ngọt/ngày,tuy nhiên, năng suất hiện ở mức 12 – 13 L/ngày

Ngày 02/6 /2008, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã bàngiao và đưa vào vận hành thiết bị xử lý nước biển thành nước ngọt đáp ứng tiêu chuẩn Bộ Y tế về nướcsinh hoạt công suất 300 lít nước ngọt/h cho ngư dân Đà Nẵng Thiết bị làm việc dựa trên nguyên lý thẩmthấu ngược RO, với màng lọc của Mỹ Dưới áp lực phù hợp, nước biển sẽ được tách thành phần nướcngọt sạch và hàm lượng hoà tan thấp thẩm thấu qua màng Nước có hàm lượng hoà tan cao (nước mặn) sẽđược dẫn ra ngoài Tiếp đó, nước ngọt sẽ được dẫn qua hệ thống lọc, tia cực tím UV dưới áp lực cao,nước ngọt sẽ được đưa qua màng vào bồn chứa và sử dụng Toàn bộ thời gian xử lý trong vòng 2 phút

Đề tài "Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu lọc nanô từ axetat xenlulo và ứng dụng lọc nanô trong quytrình xử lý nước sinh hoạt bị ô nhiễm" do Tiến sỹ Nguyễn Hoài Châu và tập thể các nhà khoa học ViệnCông nghệ môi trường (Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) thực hiện trong năm 2007 Đề tài thiết kếchế tạo một thiết bị lọc nanô công suất 100 lít nước/h, có khả năng xử lý các nguồn nước sinh hoạt, nướcthải bị ô nhiễm asen có độ cứng cao hơn mức cho phép 4 - 5 lần và xử lý nước thải có COD lớn hơn 5000mg/L Kết quả nghiên cứu cho thấy, màng lọc nanô có khả năng tách Albumin và khả năng bắt giữ chọnlọc đối với các chất điện ly có hóa trị khác nhau như NaCl, Na2SO4 và MgCl2 tương đương với màngOsmonics của Mỹ Vật liệu màng được chọn sử dụng ở đây là Axentat xenlulo, một sản phẩm có thể dễdàng đặt mua trong nước Đáng chú ý, với khả năng tách muối ăn nồng độ cao trở thành nước sinh hoạtbình thường của màng lọc nanô có thể ứng dụng để lọc nước biển làm nước ăn tại những nơi thiếu nướcngọt Ưu điểm lớn nhất của lọc nanô là, với công nghệ này người ta không phải đưa thêm một loại hóachất nào, vi sinh nào vào nước mà vẫn lấy đi được những tạp chất bẩn Công nghệ này có thể xử lý cácnguồn nước có độ cứng toàn phần và COD cao cũng như đối với nước có màu và nước nhiễm phèn chuamặn

Hiện nay, thâm nhập vào thị trường Việt Nam là hai dòng sản phẩm máy lọc nước nanô công nghệ củaNga và sản suất tại Nga Máy lọc nước Magistr dùng chất liệu hạt nanô USVR không những lọc các chấtkim loại nặng, khử khuẩn, mà có các máy chuyên dụng khử asen (thạch tín) rất tốt ngay cả khi nguồnnước sinh hoạt nhiễm asen ở nồng độ đạt tới 0,2-0,25 mg một lít Dòng máy lọc nước Duet, Solo sử dụngloại chất liệu nanô màng AquaVallis với tốc độ lọc 120-500 lít mỗi giờ Các máy lọc nước này không chỉlọc các chất bẩn vô cơ, hữu cơ mà nó còn có khả năng lọc nước bị nhiễm bẩn vi sinh ở mức cao đạt sạch100% vô trùng Những dòng máy này do Công ty Sunny-Eco (Công nghệ Sinh thái Ánh Dương) ở HàNội nhập khẩu

15.2 Luận giải về việc đặt ra mục tiêu và những nội dung cần nghiên cứu của Đề tài

Mục tiêu của Chiến lược Quốc gia về tài nguyên nước định hướng hoạt động phát triển và quản lý tàinguyên nước cho một giai đoạn theo quan điểm của Nhà nước về phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi

trường nhằm tạo bước chuyển đổi cơ bản cho hoạt động quản lý, bảo vệ và phát triển tài nguyên nước Những phân tích ở 15.1 cho thấy, cần thiết phải tìm một nguồn tài nguyên nước ổn định để cấp nước sinhhoạt cho nhân dân vùng ven biển và hải đảo Nguồn tài nguyên ổn định và phong phú nhất vẫn là nướcbiển Tìm kiếm công nghệ và triển khai lắp đặt các công trình, thiết bị xử lý nước biển và nước lợ để cungcấp nước cho các cụm dân cư, đô thị,…ven biển và hải đảo là một nhiệm vụ cấp bách và cần thiết, đặcbiệt là trong tình hình biến đổi khí hậu như hiện nay.

Mặc dù đã có một số nghiên cứu ứng dụng lọc màng để xử lý nước biển thành nước sinh hoạt, nhưng cácnghiên cứu này dừng ở mức thử nghiệm và quy mô nhỏ Mặt khác các thiết bị ngọt hóa nước biển hiệnnay triển khai ở Việt Nam dựa trên nguyên tắc chưng cất hoặc màng lọc thẩm thấu ngược (RO) Cácphương pháp chưng cất khó triển khai vì thiết bị cồng kềnh và phụ thuộc điều kiện thời tiết; phương pháp

RO tốn kém về năng lượng và tuổi thọ màng không cao Mặt khác nước sản phẩm từ các quá trình xử lýnày quá tinh khiết, không có được những khoáng chất cần thiết cho cơ thể sống

Các phương pháp lọc màng sẽ giữ lại được các chất ô nhiễm trong nước tự nhiên Màng lọc nano sẽ giữlại được các phần tử kích thước 10-5 đến 10-7mm, đó là một số chất hữu cơ tan, các ion natri, chì, sắt,niken, thủy ngân (II), các vi khuẩn gây bệnh, và cho các ion (I) đi qua Xét về khía cạnh kinh tế (giáthành màng lọc và áp suất động học tạo trên thành màng), thứ tự sắp xếp các loại màng lọc như sau:

- Giá thành màng: RO > NF > UF > MF

- Áp suất động học: RO > NF > UF > MF

Các phương pháp siêu lọc (UF) và vi lọc (MF) không thể giữ lại được các phần tử ô nhiễm trong nướccũng như các thành phần muối của nước biển Như vậy xử lý nước biển bằng phương pháp NF để đượcnước ăn uống theo quy định của Bộ Y tế theo Quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT, có chi phí đầu tư cũngnhư vận hành thấp hơn so với phương pháp RO

Một ưu điểm của màng nano là có thể xả rửa chống hiện tượng tắc nghẽn nên có độ bền từ 3 đến 5năm.Trong công nghệ ngọt hóa nước biển để cấp nước sinh hoạt, trước tiên màng NF đựợc nghiên cứu ápdụng để xử lý sơ bộ nước biển nhằm giảm độ mặn, và sau đó được xử lý bằng công nghệ RO Công nghệkết hợp màng NF và RO này đã bắt đầu được áp dụng trong thực tế tại một số nước tiên tiến Ưu điểmcủa công nghệ kết hợp NF/RO như sau:

- Sử dụng NF để xử lý sơ bộ nước biển hạn chế việc tắc màng lọc RO

- Sử dụng NF để xử lý sơ bộ nước biển, hạn chế việc bám cặn trên màng lọc RO

- Sử dụng NF để xử lý sơ bộ nước biển giúp loại bỏ 40 – 70% hàm lượng TDS, giúp giảm đáng kể

áp lực cần cung cấp cho hệ thống mang RO sau đó

Hiện nay, công nghệ nano phát triển mạnh, trong đó Mỹ và Nhật Bản là các quốc gia được cho là “hùngmạnh” về công nghệ nano của thế giới Ở Việt Nam, Viện Nghiên cứu Khoa học Vật liệu đã chế tạo thànhcông và chào bán vật liệu nano (nano carbon tube - NCT), giá bán chỉ bằng 50% so giá của nước ngoài(0,6USD/g) Khu công nghệ cao TP.HCM cũng sản xuất 2,4 tấn NCT trong năm 2008 Nghiên cứu vậtliệu ống nano carbon (CNT) có nhiều triển vọng cả trong nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng.Màng lọc nano thị trường cũng đã được nhập vào Việt Nam Các thiết bị xử lý nước bằng màng lọc nano

có thể chế tạo tại Việt Nam

Thời gian hoạt động của màng lọc nano phụ thuộc rõ rệt vào thành phần tính chất nước nguồn, nhiệt độ và

pH môi trường, áp suất vận hành,… Các khâu xử lý trước NF rất quan trọng đảm bảo cho chất lượngnước đầu ra cũng như tuổi thọ của màng Vì vậy lựa chọn các công trình tiền xử lý trước NF đóng vai tròquan trọng trong việc triển khai ứng dụng nó để xử lý nước ăn uống

Nước ta có đường bờ biển dài và nhiều hải đảo Thành phần và tính chất nước biển ven bờ không ổn định,phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu, thời tiết, dòng chảy sông và các hoạt động kinh tế xã hội khác ở đấtliền Sự biến đổi khí hậu làm nước biển dâng cũng là yếu tố tác động làm thay đổi chất lượng nước venbiển Vì vậy công nghệ tiền xử lý trước NF cũng phải phù hợp với từng loại nước biển ở các vùng khácnhau trong điều kiện khí hậu thời tiết thay đổi

Trong các quy trình công nghệ xử lý nước (cho sinh hoạt và công nghiệp) quá trình lọc được áp dụng rấtphổ biến và là công đoạn quan trọng Hiện nay trên thế giới, công nghệ lọc đang là một trong nhữnghướng được tập trung nghiên cứu, triển khai ứng dụng và phát triển thành các loại sản phẩm thiết bị côngnghiệp có quy mô cũng như khả năng áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghệxử lý môi trường (nước cấp, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, xử lý chất thải, các yếu tố độc hại ).Trong xử lý nước, công nghệ lọc (lọc hạt và lọc màng) được phát triển theo các hướng chủ yếu là: chế tạoứng dụng vật liệu và màng lọc, tối ưu hóa quá trình lọc và tự động hóa thiết bị công nghệ

Để đáp ứng yêu cầu cấp nước sinh hoạt nông thôn ven biển và hải đảo, trạm xử lý nước (đặc biệt nhất làcác trạm nhỏ dưới 100 m3/ngày) cần phải được nghiên cứu thiết kế trên cơ sở rẻ tiền đơn giản hóa tối đa

cả về thiết bị và cả cho người vận hành

Để hệ thống xử lý nước có màng lọc nano hoạt động có hiệu quả, chuyển giao công nghệ cần được đi kèmvới sự thích nghi và tiếp thu công nghệ, điều này phụ thuộc vào năng lực công nghệ, cơ sở hạ tầng vàtiềm năng thị trường

Trong TCXDVN 33-2006 Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình- Tiêu chuẩn thiết kế, nội dunglọc màng chưa được đề cập đến Như đã phân tích, yêu cầu xử lý nước mặn và nước lợ thành nước sinhhoạt cung cấp cho các cụm dân cư ven biển và hải đảo ngày càng phổ biến và cấp thiết Kết quả nghiêncứu của đề tài đề xuất được công nghệ xử lý nước ven biển có áp dụng màng lọc nano cũng như các thông

số thiết kế và vận hành của nó sẽ được bổ sung cho TCXDVN 33-2006, phục vụ tốt cho công tác tư vấnthiết kế và vận hành các hệ thống cấp nước vùng ven biển và hải đảo

Như vậy, những nội dung cần nghiên cứu của đề tài sẽ là:

- Nghiên cứu lý thuyết quá trình lọc màng NF đối với các phần tử ô nhiễm trong nước biển và nước biểnven bờ và các yếu tố ảnh hưởng đối với quá trình lọc màng Đánh giá hiệu quả xử lý nước biển của mànglọc NF so với màng lọc RO, các loại màng lọc và phương pháp khác để xử lý nước biển thành nước cấpsinh hoạt

- Nghiên cứu trên mô hình phòng thí nghiệm quá trình xử lý nước biển với các loại màng lọc NF khácnhau Đánh giá hiệu quả xử lý cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc màng

- Nghiên cứu trên mô hình phòng thí nghiệm công nghệ có NF với các quá trình trước NF khác nhau đểxử lý nước biển có thành phần, nồng độ thay đổi Xác định hiệu quả xử lý, các chỉ tiêu kinh tế, các thông

số thiết kế -vận hành và phạm vi ứng dụng của từng dây chuyền xử lý

- Lắp đặt một trạm xử lý công suất nhỏ khoảng 5 m3/ngày cho một địa điểm ven biển cần được xây dựng

để kiểm chứng kết quả nghiên cứu

- Dự thảo nội dung bổ sung phần công trình khử mặn nước biển có thiết bị lọc nano cho tiêu chuẩn thiết

kế cấp nước sinh hoạt Thiết kế điển hình các trạm cấp nước khu dân cư ven biển và hải đảo công suất10/30/50/100 m3/ngày từ nước biển, phục vụ ”Chương trình mục tiêu Quốc gia Nước sạch và vệ sinh môitrường nông thôn” đến năm 2020 theo Quyết định số 104/2000QĐ-TTg của thủ tướng Chính phủ, kýngày 25/8/2000

Công tác chuyển giao công nghệ, chế tạo, lắp ráp, đào tạo cán bộ được thực hiện cho Trung tâm nướcsinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn quốc gia

Công tác đào tạo (thạc sỹ và tiến sĩ) thông qua dự án nghiên cứu - một kinh nghiệm đào tạo mà các nướcphát triển áp dụng – cũng phải được thực hiện.

16 Liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài đã trích dẫn khi

đánh giá tổng quan

1- Lê Văn Cát, 1999 Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước NXB Thanh niên,

2- Trần Đức Hạ, Đỗ Văn Hải, 2002 Cơ sở hóa học quá trình xử lý nước cấp và nước thải NXBKhoa học và Kỹ thuật

3- Trần Đức Hạ, 2003 Báo cáo đề tài NCKH cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo và Bộ Tài nguyên và Môitrường “Nghiên cứu đề xuất các biện pháp xử lý chất thải một số cảng biển khu vực phía Bắcnhằm đáp ứng công ước quốc tế về bảo vệ môi trường biển”

4- Trịnh Xuân Lai, 2002 Cấp nước Tập 2: Xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.NXB Khoa học và Kỹ thuật

5- Nguyễn Văn Tín, 2008 Nghiên cứu mô hình cấp nước cho các khu dân cư ven biển và hải đảo

Báo cáo đề tài NCKH trọng điểm cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo, mã số: B2006-03-12TĐ.

6- TCXDVN 33-2006 Cấp nước- Mạng lưới đường ống và công trình Tiêu chuẩn thiết kế

7- AWWA committee report “Membrane Processes” Jour.AWWA, 90(6),1998, pp.91-105

8- Applegate, L 1984 Membrane separation process Chem Eng June 11, 1984, pp.64-69.

9- Bergman, R.AS, 2005 Membrane process In: Water Treatment Plant Design, 4th edn New York:McGraw-Hill

10- Jimmy L Humphrey, George E Keller II, 1997 Separation Process Technology New York:McGraw- Hill

11- Nicholas P Cheremisinof, 2002 Membrane seperation technology In: Handbook of Water and

Wastewater Treatment Technology Boston: Butterworth and Heinemann.

12- Taylor J.S., and E.P Jacobs,1996 Nanofiltration and reverse osmosis In: Water Treatment

Membrane Process New York: McGraw- Hill.

13- Johannes M.K Timmer, 2001 Properties of nanofiltration membranes: model development andindustrial application Eindhoven: Techsche Universiteit Eindhoven,

14- N Hilal, H Al-Zoubi, ,2004 A comprehensive revew of nanofiltration membranes: Treatment,

pretreatment, modelling, and atomic force microscopy In: Desalination 170 (2004), pp 281-308.

15- Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М Водоснабжение Проектирование систем исооружений АСВ издательство Москва-2004 (Dzurba M G., Sokolov L.I., Govorova Dz.M.Cấp nước Thiết kế hệ thống và công trình Nhà xuất bản hiệp hội các trường đại học xây dựng.Moscow-2004)

16- Минц Д.М Теоретические основы технологии очистки воды М., Стройиздат, 1964 (MinsD.M Cơ sở lý thuyết xử lý nước NXB XD Moscow, 1964)

17- СНиП 2.04.02-84 (Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống cấp nước bên ngoài)

18-http://www.akvastroiservis.com/index_ru.htm

17 Nội dung nghiên cứu khoa học và triển khai thực nghiệm của Đề tài và phương án thực hiện

Nội dung 1: Nghiên cứu, thu thập số liệu đánh giá hiện trạng công nghệ;

1.1 Nghiên cứu đánh giá hiện trạng chất lượng nước cấp và công nghệ xử lý nước của các cụm dân cưvùng nông thôn ven biển và hải đảo Việt nam Nội dung chủ yếu: thu thập hiện trạng khai thác và xử lý