Nước thải dệt nhuộm và các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Nhuộm vải và hoàn thiện: Thường sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp và các hóa chất trợ nhuộm để tăng sự gắn màu của vải.. Các chất gây ônhiễm trong nước thải dệt nhuộm được chia thành

1.Nước thải dệt nhuộm và các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

1.1 Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải

Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ sảnxuất khá phức tạp với nhiều loại hình công nghệ khác nhau Quá trình sản xuất

sử dụng các nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau để sản xuất các mặt hàngvới mẫu mã, màu sắc, chủng loại rất đa dạng Nguyên liệu chủ yếu là xơ bông,

xơ nhân tạo để sản xuất các loại vải cotton và vải pha, ngoài ra còn dùng cácnguyên liệu như lông thú, đay gai, tơ tằm …

Thông thường công nghệ dệt nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: Kéo sợi,dệt vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải Các công đoạn chínhgồm[14-42]:

Làm sạch nguyên liệu: Nguyên liệu bông thô chứa các sợi bông có kích

thước khác nhau cùng với các tạp chất cơ học được đánh tung, làm sạch và trộnđều

Chải: Các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô.

Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: Kéo sợi thô tại các máy sợi con để giảm kích

thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống thích hợp Sợi con trong các ốngnhỏ được đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải Mắc sợi để chuẩn bịcho công đoạn hồ sợi

Hồ sợi dọc: Hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hồ

bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi Ngoài ra còn dùng cácloại hồ nhân tạo như polyvinylalcol PVA, polyacrylat …

Dệt vải: Kết hợp sợi ngang và sợi dọc để hình thành tấm vải mộc.

Giũ hồ: Tách các thành phần hồ bám trên vải mộc bằng enzim hoặc axit

sunfuric 0.5%, sau đó giặt bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang nấutẩy

Nấu vải: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi.

Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất 2 đến 3 at,nhiệt độ 120 đến 1300C, sau đó vải được giặt nhiều lần

Làm bóng vải: Mục đích làm trương nở sợi cotton, xơ sợi trở nên xốp,

thấm nước, bóng hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm Thường dùng dungdịch NaOH nồng độ 300 ppm, nhiệt độ 100C đến 200C, sau đó vải được giặtnhiều lần

Tẩy trắng: Các chất tẩy thường dùng là NaClO2, NaOCl hoặc H2O2 cùngvới các hóa chất phụ trợ khác

Nhuộm vải và hoàn thiện: Thường sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng

hợp và các hóa chất trợ nhuộm để tăng sự gắn màu của vải Phần thuốc nhuộm

dư không gắn vào vải sẽ đi vào nước thải Tỷ lệ màu gắn vào sợi nằm trongkhoảng 50 đến 98%, tùy thuộc vào công nghệ nhuộm, loại vải, độ màu yêu cầu

… Để tăng hiệu quả quá trình nhuộm, các hóa chất được sử dụng là các loại axit

H2SO4, CH3COOH, các muối sunfat natri, các chất cầm màu như syntephix,tinofix

Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các côngđoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lượng nước thải chủyếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn, và nước thải công đoạn giặt sau nhuộmchiếm từ 20 đến 60 % tổng lượng nước thải

1.2 Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường

Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong công nghiệp dệt nhuộm là ô nhiễm nước thải Cácchất thải trong nước thải dệt nhuộm bao gồm: Các thành phần nguyên liệu (tạpchất thiên nhiên, muối, dầu, mỡ trong bông và len, xơ sợi), hóa chất, thuốcnhuộm còn tồn dư sau khi hoàn thành công đoạn nhuộm, in hoa và chất thải củacác công đoạn phụ trợ Mức độ ô nhiễm nước thải phụ thuộc chủ yếu vào loại vàlượng các hóa chất, chất trợ thuốc nhuộm sử dụng, phụ thuộc vào công nghệ vàcác máy móc thiết bị trong dây chuyền công nghệ áp dụng Các chất gây ônhiễm trong nước thải dệt nhuộm được chia thành ba nhóm chính gồm:

* Các chất độc với vi sinh và tôm cá gồm xút, natricabonat, axit vô cơ, các chất

khử vô cơ như natrisunfua và natrihidrosunfit, dung môi hữu cơ clo hóa, các dẫnxuất phenol và đi phenol, các hợp chất kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ haydung môi

* Các chất khó phân giải vi sinh gồm phần lớn thuốc nhuộm và chất tăng

trắng quang học, các chất tạo phức-càng hóa, nhũ hóa, làm mềm, các chất hồsợi, các chất giặt vòng thơm, ankylenoxit dài hay mạch nhánh ankyl

* Các chất tương đối không độc và có thể phân giải vi sinh gồm xơ sợi

và các tạp chất thiên nhiên của chúng, bột sắn không biến tính hóa học dùng để

hồ sợi, các chất giặt ankyl mạch thẳng, axit axetic và axit fomic, muối trung tínhnồng độ thấp

Các thông số đặc trưng cho tính chất nước thải dệt-nhuộm gồm các thông

số vật lý (nhiệt độ, pH, màu sắc, tổng lượng chất rắn lơ lửng, tổng lượng chấtrắn hòa tan), các thông số sinh học, sinh thái (BOD, COD, tổng cacbon hữu cơTOC, cacbon hữu cơ hòa tan DOC, kim loại nặng, halogen hữu cơ AOX) và cácthông số hóa học (clo tự do trong nước, nito amoni, nito tổng, phosphor tổng,sulfua, sulfite, sunfat, hidrocacbon tổng, các chất thơm, các chất hoạt động bềmặt )

Đặc tính nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành nhuộm được thể hiện trong bảng sau

dệt-Bảng 1.1 Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt-nhuộm

BOD cao (34 đến 50 %tổng BOD)

Nấu tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda,

silicat natri và xơ sợi vụn

Độ kiềm cao, màu tối,BOD cao (30 % tổngBOD)

Tẩy trắng Hypoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH,

các muối kim loại

Độ màu rất cao, BODkhá cao, TS cao

In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối, Độ màu cao, BOD cao

kim loại, axit … và dầu mỡHoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp Trong các chất thải dệt nhuộm thì thuốc nhuộm là một trong những thànhphần rất được quan tâm Thuốc nhuộm đi vào nước thải do còn tồn dư sau khihoàn tất công đoạn nhuộm Các thuốc nhuộm thường có trong nước thải xưởngnhuộm ở nồng độ 10-50 mppm Tuy nhiên, tùy thuộc vào qui mô và công nghệ

áp dụng, nồng độ thuốc nhuộm trong nước thải có thể cao hơn nhiều Cho đếnnay, việc xử lý thuốc nhuộm tồn dư trong nước thải dệt nhuộm vẫn là một tháchthức đáng kể với ngành công nghiệp này

Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm

Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm cóthể thực hiện trong quá trình sản xuất như:

- Giảm nhu cầu sử dụng nước bằng cách thường xuyên kiểm tra hệ thống nướccấp, tránh rò rỉ nước Sử dụng công nghệ tẩy, nhuộm, giặt hợp lý Tuần hoàn, sửdụng lại các dòng nước giặt ít ô nhiễm và nước làm nguội

- Hạn chế sử dụng các hóa chất trợ, thuốc nhuộm ở dạng độc hay khóphân hủy sinh học Giảm các chất gây ô nhiễm nước thải trong quá trình tẩy,giảm ô nhiễm kiềm trong nước thải từ công đoạn làm bóng

- Thu hồi và sử dụng lại dung dịch hồ từ công đoạn hồ sợi và giũ hồ,phương pháp lọc màng dùng để thu hồi PVA được ứng dụng lần đầu tiên ở Mỹnăm 1974 và cho đến nay đã được áp dụng ở nhiều nước châu Âu

- Sử dụng nhiều lần dịch nhuộm vừa tiết kiệm hóa chất, thuốc nhuộm vàgiảm được ô nhiễm môi trường Các loại thuốc nhuộm cho phép sử dụng lạinhiều lần gồm: Thuốc nhuộm axit dùng cho len và polyamit, thuốc nhuộm bazodùng cho polyacrylonitril, thuốc nhuộm trực tiếp cho mặt hàng bông, thuốcnhuộm phân tán cho sợi tổng hợp như polyester Cho đến nay, việc thu hồi thuốcnhuộm từ dịch nhuộm bằng phương pháp lọc màng đã được thực hiện thànhcông ở một số nước để thu hồi thuốc nhuộm indigo từ quá trình nhuộm sợi bông.Sau khi nhuộm thì phần thuốc nhuộm không gắn vào sợi sẽ đi vào nước giặt vớinồng độ 0,1 ppm Để thu hồi thuốc nhuộm, dùng phương pháp lọc màng để nâng

nồng độ thuốc nhuộm sau lọc lên 60 đến 80 ppm và có thể đưa vào bể nhuộm để

sử dụng lại

Do đặc thù của công nghệ, nước thải ngành dệt nhuộm chứa tổng hàm lượngchất rắn, độ màu, BOD, COD cao Việc lựa chọn phương pháp xử lý cần phảidựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải …

Về nguyên lý, hiện có các phương pháp sau được áp dụng để xử lý nước thải dệtnhuộm:

* Phương pháp đông keo tụ: Đây là phương pháp khá thông dụng trong xử lý

nước thải dệt nhuộm Trong phương pháp này người ta dùng phèn nhôm hoặcphèn sắt cùng với sữa vôi khử màu và một phần COD Điều chỉnh pH thích hợpcho từng loại phèn và loại nước thải cần xử lý Về nguyên tắc, trong hệ phảnứng có các bông hydroxit sắt hoặc nhôm sẽ hấp phụ các hợp chất màu và cácchất khó phân hủy sinh học, lắng xuống tạo thành bùn Phương pháp này ứngdụng để khử màu của nước thải và cho hiệu suất khá cao với thuốc nhuộm phântán Có thể áp dụng phương pháp keo tụ điện hóa để tăng sự tạo bông và ápdụng trên quy mô lớn Để tăng sự tạo bông và trợ lắng người ta thường cho thêmcác polime hữu cơ Tuy nhiên phương pháp này tạo ra lượng lớn bùn (từ 0,5 đến2,5 kg/1 m3 nước thải), bùn này sau đó phải tách nước và chôn lấp đặc biệt,nhưng COD chỉ giảm từ 60 đến 70%

* Phương pháp hấp phụ: Dùng để xử lý các chất thải không có khả năng phân

hủy sinh học và các chất hữu cơ không hoặc khó xử lý bằng phương pháp sinhhọc, nước thải dệt nhuộm có thuốc nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính Cơ

sở của quá trình là hấp phụ chất tan lên bề mặt chất rắn xốp (chất hấp phụ) Cácchất hấp phụ thường là than hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbonat, magie, trong

đó than hoạt tính có bề mặt riêng lớn từ 400 đến 500 m2/g Tuy nhiên phươngpháp này cũng chỉ giảm tối đa 70% COD

* Phương pháp oxi hóa: Các chất nhuộm vải hầu hết đều là các chất bền hóa

học nên phải dùng các chất oxi hóa mạnh Nhiều kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng,khi dùng ozon hoặc không khí có chứa hàm lượng ozon nhất định có khả năngkhử màu tốt, đặc biệt cho nước thải có chứa thuốc nhuộm hoạt tính Theo tài liệu

cứ 1g thuốc nhuộm hoạt tính cần 0,5g O3 Tuy nhiên giá thành cho việc sản xuấtozon khá cao Dùng khí clo là phương pháp kinh tế để khử màu nước thải dệtnhuộm Xử lý vi sinh tiếp theo sẽ giảm đáng kể tải lượng COD và độ độc Tuynhiên, phương pháp này có bất lợi là sinh ra hợp chất clo hữu cơ, do đó làm tăngtổng lượng halogen hữu cơ AOX trong nước thải Nếu dùng peroxit H2O2 trongmôi trường axit với chất xúc tác muối sắt (II) thì gốc hydroxyl trung gian đượctạo ra có thể có khả năng oxi hóa cao hơn cả ozon, tuy vậy phương pháp nàycũng khá tốn kém.

* Phương pháp sinh học: Mặc dù thuốc nhuộm hầu hết đều là các chất khó

phân hủy nhưng trong thành phần nước thải dệt nhuộm cũng có chứa nhiều chất

có thể phân hủy sinh học Tuy nhiên trong nước thải dệt nhuộm có nhiều chấtgây độc cho vi sinh vật như chất thải vô cơ, fomandehit, kim loại nặng và cácchất khó phân hủy sinh học như chất tẩy giặt, hồ PVA cho nên trước khi đưavào xử lý sinh học cần xử lý sơ bộ các chất gây độc, giảm tỷ lệ các chất khóphân hủy Với phương pháp xử lý hiếu khí cần kiểm tra tỷ lệ theo chỉ tiêuBOD5 : N : P = 100:5:1 Do nước thải dệt nhuộm có chứa nito và photpho nêncác kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nên trộn cùng nước thải sinh hoạt đểđưa vào xử lý sinh học Các phương pháp sinh học thường dùng là phương phápbùn hoạt tính, lọc sinh học, hồ oxy hóa hoặc kết hợp xử lý sinh học nhiều bậc.Các kết quả cho thấy nước sau xử lý không màu và hàm lượng chất rắn nhỏ songlượng bùn sinh khối tạo ra tương đối lớn Như vậy sẽ kèm theo chi phí xử lý bùn

và giá thành sẽ lại cao

Các nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các phương pháp như sinh hóa, hấpphụ, bùn lắng cũng không mang lại hiệu quả cao, chi phí tốn kém nhưng chỉloại bỏ tối đa được khoảng 70% COD [41]

* Phương pháp màng lọc: Phương pháp này đã được ứng dụng trong xử lý

nước thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi các chất tái sử dụng lại như hồtinh bột, PVA, thu hồi muối và thuốc nhuộm Một số kết quả nghiên cứu về việc

áp dụng kỹ thuật lọc màng NF và RO đã cho thấy phương pháp này khá hiệuquả, có thể giảm COD tới 99,5 % [41] Việc áp dụng công nghệ màng có thể

giảm lượng nước sạch tiêu tốn cho quá trình nhuộm vải tới 70% Kỹ thuật lọcmàng có thể áp dụng để xử lý nước thải nhuộm tốt hơn rất nhiều so với cácphương pháp thông thường [9,17, 18, 26,28,37,46]

2 Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng

Màng lọc là một loại vật liệu được sử dụng trong quá trình tách một hỗnhợp đồng thể hay dị thể (lỏng – lỏng, lỏng – rắn, khí – rắn, khí – khí) Một cáchkhái quát, có thể coi màng là một lớp chắn có tính thấm chọn lọc đặt giữa haipha – pha đi vào (feed) và pha thấm qua (filtrate) Trong quá trình tách, màng cókhả năng lưu giữ được một số cấu tử trong hỗn hợp và cho các cấu tử khác điqua Quá trình vận chuyển chất qua màng được thực hiện một cách tự nhiên haycưỡng bức nhờ động lực giữa hai phía màng Động lực của quá trình tách quamàng là chênh lệch áp suất, chênh lệch nồng độ, chênh lệch nhiệt độ hay chênhlệch điện trường

2.1 Phân loại màng lọc

Dựa vào bản chất, người ta chia màng thành hai loại: màng sinh học vàmàng tổng hợp Đây là cách phân loại rõ ràng nhất vì hai loại màng này khácnhau hoàn toàn cả về cấu trúc và chức năng [27]

Một cách phân loại khác là dựa vào cấu trúc màng, đây cũng là một cáchphân loại quan trọng vì cấu trúc màng quyết định cơ chế tách và phạm vi ứngdụng của màng Trong phạm vi các màng tổng hợp rắn, người ta chia thành hailoại: màng đối xứng và màng bất đối xứng [28]

Màng đối xứng là loại màng có cấu trúc đồng nhất từ trên xuống dưới vớihai mặt hoàn toàn như nhau (ví dụ như màng xenlophan, cuprophan) Độ dàycủa màng đối xứng (xốp hoặc không xốp) nằm trong khoảng từ 10 đến 200 μm,m,trở lực chuyển khối được quyết định bởi độ dày của toàn bộ màng, nếu giảm độdày của màng thì sẽ làm tăng tốc độ thấm qua Loại màng này thường đượcdùng trong các quá trình vi lọc để lọc các tiểu phân nhỏ hoặc hoặc dùng chothẩm tách máu [4, 28]

Một bước đột phá trong các ứng dụng công nghiệp là sự phát triển củamàng bất đối xứng Loại màng này có cấu trúc gồm hai lớp: lớp thứ nhất là lớp

hoạt động rất mỏng (cỡ khoảng từ 0.1 đến 0.5 μm,m), lớp thứ hai là lớp đỡ xốpnằm ở dưới, lớp này dày hơn rất nhiều so với lớp hoạt động (cỡ khoảng 50 đến

150 μm,m) Kích thước lỗ của lớp hoạt động nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước lỗcủa lớp đỡ Trở lực chuyển khối của màng hoàn toàn do lớp hoạt động quyếtđịnh, lớp đỡ có tác dụng làm tăng độ bền cơ học của màng, giữ cho lớp hoạtđộng khỏi bị rách nhưng không ảnh hưởng tới việc vận chuyển dung môi và cácchất qua màng Do đó, loại màng này có năng suất lọc rất cao Các lớp đỡthường có cấu trúc xốp kiểu ngón tay hoặc kiểu tổ ong [1, 4, 28] Với cấu trúcđặc biệt như vậy, màng bất đối xứng có hiệu quả tách cao, có độ bền cơ học tốt

và được ứng dụng nhiều trong quá trình siêu lọc, lọc nano, tách khí, thẩm thấungược,… Tùy theo điều kiện chế tạo màng ta có thể thay đổi chiều dày và kíchthước lỗ của lớp hoạt động cũng như cấu trúc xốp của lớp đỡ

Màng composite là một trường hợp đặc biệt của màng bất đối xứng, lớphoạt động và lớp đỡ xốp của nó được làm từ hai loại vật liệu khác nhau, mỗi lớp

có thể được chế tạo tối ưu hóa một cách độc lập Loại màng này có hiệu quảtách rất cao, có tính năng cơ học và hóa học rất tốt [6, 28, 31]

2.2 Module màng lọc

Trong các ứng dụng lớn ở quy mô công nghiệp và bán công nghiệp, màngthường được sử dụng ở dạng module (bộ lọc), để tăng diện tích làm việc và côngsuất lọc[7, 28]

Module sợi rỗng

Hình 1.1 Module sợi rỗng

Module sợi rỗng (hollow fibre) gồm những sợi rỗng rất nhỏ, có đườngkính ngoài khoảng 80 μm,m và đường kính trong khoảng 40 μm,m Lớp hoạt độngnằm ở phía trong sợi Loại màng này có thể chịu được áp suất cao.

Module khung bản

Hình 1.2 Module khung bản

Module khung bản gồm nhiều tấm màng đặt song song nhau Giữa cáctấm có lớp đệm, dung dịch đi vào giữa hai tấm màng còn dung dịch thấm qua vàdung dịch lưu giữ được dẫn ra ngoài theo các kênh khác nhau

Trong quá trình lọc màng, bao giờ cũng có tối thiểu 3 pha trong một module (bộlọc) gồm pha đi vào, pha lưu giữ và pha thấm qua Sơ đồ mô tả các dòng (pha)

đi qua một module màng lọc được đưa ra ở Hình 1.3.

Module

Pha thấm qua

Hình 1.4 Sơ đồ dòng qua module màng lọc

Trong phương pháp làm việc gián đoạn, một thể tích nhất định dung dịch đượcnén qua màng, theo thời gian nồng độ chất bị lưu giữ tăng dần trên bề mặt màng

và năng suất lọc giảm dần Sơ đồ mô tả quá trình được đưa ra ở hình 1.5.

Dung dịch vào

Dung dịch thấm qua

Hình 1.5 Sơ đồ quá trình lọc gián đoạn

Trong phương pháp làm việc liên tục, dung dịch vào được bơm liên tục quamodule, sản phẩm (dung dịch thấm qua) được lấy ra liên tục So với phươngpháp gián đoạn, phương pháp này có chất lượng sản phẩm và năng suất lọc ổnđịnh, mặt khác sẽ giảm được hiện tượng phân cực nồng độ và tắc màng

Dung dịch thấm qua

Dung dịch vào Dung dịch lưu giữ

Mật độ lỗ là số lỗ trên một đơn vị diện tích bề mặt Màng công nghiệp

thường có từ 108 – 109 lỗ/cm2 Tính chất này cũng phần nào đánh giá được độxốp và lưu lượng lọc của màng Các màng có cùng đường kính lỗ xốp thì màngnào có mật độ lỗ lớn sẽ có độ xốp cao hơn, lưu lượng lọc lớn hơn và ngược lại[4,7]

Độ thấm ướt

Độ thấm ướt là một đặc trưng quan trọng của màng Màng lọc dễ thấm ướtbởi dung dịch cần lọc thì quá trình lọc xảy ra dễ dàng hơn so với màng lọckhông thấm ướt bởi dung dịch cần lọc [2,4,7]

Độ xốp của màng

Độ xốp của màng là thể tích lỗ trống không bị chiếm bởi vật liệu màng trên

tổng thể tích của màng Độ xốp được quyết định bởi kích thước lỗ và mật độ lỗxốp [2,4,6,7]

Chiều dày màng

Chiều dày màng là một đặc trưng quan trọng và được khống chế khi chếtạo Màng càng dày thì trở lực của màng càng lớn và năng suất lọc của màng bị

giảm nhưng màng sẽ bền hơn, ngược lại nếu màng mỏng thì sẽ không bền.Thông thường màng polyme được chế tạo với chiều dày từ 300-500 μm,m, chiềudày của màng chế tạo thường dao động 10% so với giá trị xác định [4,7].

Độ nén ép

Đối với các quá trình lọc đặc biệt là lọc bằng màng thì đòi hỏi phải có sựchênh lệch áp suất giữa hai phía của màng lọc Trong quá trình lọc, do sự chênhlệch áp suất, màng bị nén lại làm cho độ xốp của màng bị giảm đi, trở lực củamàng tăng lên Tuỳ thuộc vào sự chênh lệch áp suất và thời gian làm việc màmàng bị nén ít hay nhiều, khi đó năng suất lọc cũng bị giảm xuống so với khichưa bị nén trong cùng điều kiện lọc [4, 7]

Trở lực của màng

Trở lực của màng là áp suất thuỷ tĩnh để dung dịch có thể chảy được qua màngvới lưu lượng riêng nào đó Màng càng dày, càng ít lỗ thì trở lực càng lớn vàngược lại [4, 7]

2.5 Các quá trình màng dùng động lực áp suất

Các quá trình màng động lực áp suất chủ yếu gồm: lọc thường, vi lọc, siêulọc, lọc nano, thẩm thấu ngược Việc phân chia thành các quá trình màng dựatheo kích thước lỗ màng và cũng chỉ mang tính tương đối Ngoài ra còn một sốquá trình khác như điện thẩm tách, thẩm tách và bốc hơi qua màng[3,16,28]

Vi lọc (Microfiltration)

Màng vi lọc có kích thước lỗ từ 0.1 đến 10µm, có khả năng giữ đượcnhững tiểu phân có kích thước tương đối lớn và các loại vi khuẩn Loại màngnày có độ cản thuỷ lực thấp Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế sànglọc Vật liệu tạo màng có thể là vô cơ (gốm, thủy tinh, kim loại) hoặc hữu cơ(polyme)

Siêu lọc (Ultrafitration)

Để tách các tiểu phân có kích thước tương đối nhỏ và các phân tử có kíchthước trung bình, người ta phải dùng màng siêu lọc Màng này có cấu trúc bấtđối xứng, vật liệu tạo màng thường là polyme hoặc gốm Kích thước lỗ của lớp

hoạt động khoảng từ 0.001 đến 0.1µm Độ cản thủy lực của màng lớn hơn so vớimàng vi lọc Quá trình tách qua màng cũng xảy ra theo cơ chế sàng lọc (râyphân tử) Khả năng tách của màng được đặc trưng bởi hệ số cắt phân tử(MWCO) hay còn gọi là giới hạn tách phân tử.

Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis)

Màng thẩm thấu ngược có kích thước lỗ vô cùng nhỏ, khoảng một vài nm.Loại màng này có thể tách được các ion trong dung dịch và cho dung môi điqua Độ cản thủy lực của màng này rất lớn, theo đó áp suất làm việc cũng rấtlớn, có thể lên đến 80 bar [2,6,31] Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chếhoà tan khuếch tán và hấp phụ mao quản

Lọc nano (Nanofiltration)

Màng lọc nano có cấu trúc bất đối xứng và thường dùng để tách các tiểuphân có kích thước nhỏ (đường, amino axit, thuốc trừ sâu, chất diệt cỏ,…) theo

cơ chế thấm khuếch tán và sàng lọc Độ cản thủy lực của quá trình này cao hơn

so với quá trình siêu lọc

Màng thẩm thấu ngược và lọc nano dùng cho dung môi nước khá giốngnhau về cấu trúc và phương pháp chế tạo Tuy nhiên, màng lọc nano có kíchthước lỗ lớn hơn một chút so với màng thẩm thấu ngược và quá trình chuyểnkhối qua màng lọc nano là phức tạp hơn vì quá trình tách xảy ra không chỉ do cơchế thấm khuếch tán mà còn có cả cơ chế sàng lọc Màng thẩm thấu ngược vàlọc nano cần có tính chất ưa nước, bền về mặt hoá học (đặc biệt là với các tácnhân làm sạch và khử trùng chứa clo – nước gia ven), chống được vi khuẩn, và

có độ bền cơ học tốt Màng bất đối xứng làm từ vật liệu cellulose acetate dùngcho thẩm thấu ngược và lọc nano hiện nay vẫn khá thông dụng Tuy nhiên, cácloại màng composite (TFC) cũng đang có ưu thế trên thị trường, ví dụ như màngcomposite với lớp đỡ là polysulfone hay polyethersulfone và lớp bề mặtpolyamide So với màng composite, màng làm từ dẫn xuất cellulose có khả năngchịu được môi trường clo tốt hơn, nhưng khả năng chịu dung môi kém hơn vàkhoảng pH làm việc thích hợp hẹp hơn Giới hạn tách của các loại màng dùng

động lực áp suất có thể được biểu diễn như Hình 1.7.