Phương pháp mới khử mặn nước lợ

Trong bối cảnh tài nguyên nước ngọt ngày càng khan hiếm, nhu cầu tìm kiếm những phương pháp lọc nước lợ hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Hà Hải (Trung Quốc) đã phát triển công nghệ khử ion điện dung (Capacitive Deionization – CDI) kết hợp với vật liệu cơ kim tiên tiến, cho phép nước sau lọc đạt độ tinh khiết lên tới 99%, đồng thời cải thiện khả năng chống ăn mòn và tăng hiệu quả hấp phụ muối trong quá trình xử lý nước.

Khử ion điện dung – Giải pháp thay thế hiệu quả cho thẩm thấu ngược

Hiện nay, công nghệ thẩm thấu ngược (RO) là phương pháp phổ biến nhất để khử muối và lọc nước mặn thành nước ngọt. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là tiêu tốn năng lượng, chi phí đầu tư cao và xử lý chất thải khó khăn.

Trên thực tế, hệ thống RO sử dụng màng bán thấm để ngăn không cho các ion muối đi qua, cho phép nước tinh khiết chảy sang bên kia màng. Tuy hiệu quả, nhưng quá trình vận hành RO đòi hỏi áp suất cao và thường xuyên bảo trì.

Phương pháp khử ion điện dung (CDI) được coi là một hướng đi đột phá. Không giống như RO, CDI hoạt động dựa trên cơ chế hấp phụ ion nhờ điện trường tạo ra giữa hai điện cực. Khi dòng điện đi qua, các ion dương (cation) và ion âm (anion) bị hút vào hai điện cực trái dấu, nhờ đó loại bỏ muối khỏi nước.

Ưu điểm nổi bật của công nghệ CDI trong lọc nước lợ

Công nghệ CDI không chỉ hiệu quả trong xử lý nước lợ mà còn mang lại nhiều lợi thế vượt trội so với các phương pháp truyền thống như:

• Tiêu thụ năng lượng thấp: Do chỉ cần điện áp thấp (tương đương pin tiểu), CDI giúp giảm đáng kể chi phí điện năng vận hành.

• Dễ dàng tái tạo điện cực: Chỉ cần đảo chiều điện áp, các điện cực có thể được làm sạch và tái sử dụng nhiều lần.

• Không cần áp suất cao: Trái ngược với RO yêu cầu bơm cao áp, hệ thống CDI có thể hoạt động trong điều kiện áp suất bình thường.

• Bảo trì đơn giản, thân thiện môi trường: Không tạo ra dòng nước thải đậm đặc như RO, dễ dàng xử lý hơn sau khi lọc.

Khó khăn với vật liệu carbon truyền thống và hướng cải tiến mới

Dù mang lại nhiều tiềm năng, nhưng nhược điểm của vật liệu điện cực carbon truyền thống là dễ bị oxy hóa, tuổi thọ thấp, hiệu suất hấp phụ muối còn hạn chế. Điều này làm giảm khả năng ứng dụng rộng rãi của công nghệ CDI.

Trước thực trạng đó, nhóm nghiên cứu tại Đại học Hà Hải đã đưa ra một cải tiến quan trọng: sử dụng vật liệu cơ kim (MOF – Metal Organic Frameworks), được biến tính để tạo ra vật liệu carbon pha tạp sắt và nitơ.

Theo TS Lin Peng, vật liệu mới được nhiệt phân trong môi trường giàu nitơ, sau đó đưa vào điện cực và kiểm tra trong môi trường bão hòa oxy. Kết quả cho thấy:

• Tăng đáng kể khả năng chống ăn mòn của điện cực.

• Cải thiện hiệu quả hấp phụ muối so với vật liệu truyền thống.

• Độ bền cao, kéo dài tuổi thọ hệ thống lọc.

Khả năng lọc nước đạt độ tinh khiết 99% – Hướng tới ứng dụng thực tế

Sau khi xử lý bằng công nghệ khử ion điện dung sử dụng vật liệu cơ kim, nước thu được có độ tinh khiết đạt tới 99%, với nồng độ muối phù hợp tiêu chuẩn nước sinh hoạt.

Đây là một bước tiến lớn, đặc biệt trong bối cảnh nhiều khu vực trên thế giới đang đối mặt với khủng hoảng nước sạch, nhất là các vùng ven biển, hải đảo hoặc nơi nguồn nước ngọt bị nhiễm mặn.

Hiện nay, nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện thiết bị lọc nước CDI thử nghiệm, lắp đặt trực tiếp tại Đại học Hà Hải, Trung Quốc. Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm hướng tới việc thương mại hóa công nghệ, mở rộng quy mô áp dụng để giải quyết nhu cầu nước sạch cho cộng đồng dân cư.

Tính ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn

Với chi phí thấp, dễ bảo trì, tiết kiệm năng lượng, và hiệu quả lọc cao, công nghệ CDI được kỳ vọng sẽ:

• Thay thế dần các hệ thống RO cũ ở những nơi cần tiết kiệm năng lượng.

• Ứng dụng trong xử lý nước lợ cho sinh hoạt tại vùng nông thôn, đảo xa, hoặc khu vực thiếu hạ tầng lọc nước.

• Áp dụng trong các nhà máy sản xuất cần nước tinh khiết, như chế biến thực phẩm, dược phẩm, bán dẫn,…

• Hỗ trợ các công trình xử lý nước di động, phục vụ các khu vực khẩn cấp, thiên tai, chiến tranh.

So sánh công nghệ CDI với công nghệ RO truyền thống

Tiềm năng phát triển công nghệ CDI tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nhiều khu vực ven biển và đồng bằng sông Cửu Long đang đối mặt với tình trạng xâm nhập mặn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống và sinh hoạt của người dân. Việc áp dụng công nghệ khử ion điện dung để lọc nước mặn thành nước ngọt sẽ là giải pháp tối ưu, giúp:

• Cung cấp nguồn nước sinh hoạt cho vùng nhiễm mặn.

• Hỗ trợ nông dân có nước tưới tiêu không nhiễm muối.

• Tăng tính tự chủ nước sạch tại các khu công nghiệp, khu dân cư mới.

Kết luận

Công nghệ khử ion điện dung (CDI) kết hợp với vật liệu cơ kim tiên tiến là bước tiến quan trọng trong lĩnh vực lọc nước lợ thành nước ngọt. Không chỉ mang lại hiệu quả lọc cao, độ tinh khiết tới 99%, công nghệ này còn có khả năng chống ăn mòn tốt, giảm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường. Với những lợi thế vượt trội, CDI được kỳ vọng sẽ sớm trở thành giải pháp chủ lực trong xử lý nước mặn, nước lợ tại Việt Nam và thế giới.

CÔNG TY CP SKY VIỆT NAM
Văn phòng:    Số 79/649 Lĩnh Nam, Phường Vĩnh Hưng, Hà Nội
Điện thoại:     024 3995 4990  –  Hotline:   0912 293 769 (iSMS, Zalo, Line, Viber)
Website:         www.locnuoc360.com   –   Email:    locnuoc360.com@gmail.com