Đề tài Ứng dụng của màng lọc trong xử lý nước

MỤC LỤC PHẦN I - KHÁI QUÁT VỀ CÁC QUÁ TRÌNH LỌC MÀNG. Đặc điểm chung. Các quá trình lọc màng tuy mới chỉ được áp dụng vào thực tế chỉ vài chục năm trở lại đây, nhưng chúng đã nhanh chóng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và đời sống con người. Cùng với sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật vật liệu và chế tạo màng ngày càng phát triển,các quá trình màng ngày càng được áp dụng rộng rãi và không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau ở nhiều nước trên thế giới. Ở nước ta hiện nay, kỹ thuật màng chưa được nghiên cứu đầy đủ, tuy vậy với nhu cầu phát triển của xã hội, nhu cầu hiện đại hóa công nghiệp và sản xuất, việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào các lĩnh vực sản xuất đã và đang phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Để triển khai áp dụng công nghệ này hiệu quả cần phải nắm vững các nguyên lý cơ bản và các đặc tính của các hệ thống lọc màng. Ưu điểm: lọc màng là phương pháp phân ly màng, có rất nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống, như tiêu hao ít năng lượng thết bị gọn nhẹ, có thể tiến hành liên tục, có thể tiến hành dưới điều kiện bình thường, dễ dàng kết hợp với các phương pháp phân ly khác, dễ chuyển đổi quy mô, dễ vận hành lắp đặt, chất lượng nước rất tốt, tính ổn định cao. Đặc biệt, hệ thống này có thể tự động hóa hoàn toàn, không đòi hỏi trình độ cao về kỹ thuật vận hành và quản lý giám sát. Nhược điểm: thiết bị cấu tạo phức tạp, giá thành chế tạo cao, công suất cấp nước nhỏ, chi phí dùng điện rất cao. Lịch sử phát triển quá trình màng. Năm 1748, Abbe Nollet là người đầu tiên có ý tường nghiên cứu kỹ thuật màng phân ly khi dùng bong bóng cá để thử rượu nho. Sau đó vào năm 1920 kỹ thuật màng phân ly được áp dụng vào qui mô công nghiệp là khi người ta dùng phương pháp thẩm tích để thu hồi kiềm từ dung dịch nhão trong công nghiệp sản xuất tơ nhân tạo. Nhưng sau đó kỹ thuật này được hầu như không được phát triển. Đến năm 1940, Meyer và Strauss mới lần đầu tiên đề xuất ý tưởng về điện thẩm tích mới dạng nhiều ngăn. Phát triển ý tưởng này, năm 1950 Juda đã phát minh được loại màng đáp ứng nhu cầu sử dụng. Sau đó, đặ biệt là ở Nhật Bản, khi kỹ thuật này được ứng dụng trong sản xuất muối ăn, phương pháp thẩm tích điện mới thực sự phát triển nhanh chóng. Năm 1952, giáo sư Raid của trường đại học Florida với mục đích tìm kiếm những phương pháp mới để làm ngọt nước biển đã đưa ra ý tưởng về thẩm thấu ngược. Nhưng việc phát minh ra loại màng thích hợp cho mục đích này phải đợi cho đến khi Loeb và Sourirajan chế tạo thành công loại màng bất đối xứng vào năm 1960. Tiếp theo đó, cùng với sự tăng nhanh của nhu cầu sư dụng trong các lĩnh vực khác nhau, sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật chế tạo vật liệu và chế tạo màng, quá trình phân ly màng được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ và đa dạng hơn. Từ đó, các phương pháp phân ly màng mới như siêu lọc, vi lọc, phân ly khí, thẩm thấu hóa khí, thẩm tích áp suất lần lượt được áp dụng vào thực tế. PHẦN II - CÁC LOẠI MÀNG. Lọc là quá trình tách chất rắn (cặn lơ lửng) ra khỏi nước. Khi nước có lẫn tạp chất cặn lơ lửng đi qua môi trường vật liệu lọc, có thể cặn được giữ lại cho nước đi qua, kết quả là thu được nước trong không chứa hoặc chứa rất ít cặn lơ lửng. Người ta phân loại các phương pháp màng lọc chủ yếu dựa vào bản chất vật liệu lọc và phương pháp thực hiện quá trình lọc. Về bản chất vật liệu lọc, có thể chia thành hai nhóm chính: Nhóm vật liệu lọc dạng hạt, môi trường là lớp vật liệu dày. Nhóm vật liệu lọc dạng màng, môi trường lọc có độ dày không đáng kể . Do đó, tuỳ theo từng loại cặn và kích thước cặn trong nước thải khác nhau mà áp dụng các phương pháp xử lý khác nhau. Đây là bảng phân loại các kỹ thuật màng khác nhau ứng với các kích thước mao quản của màng nước thải thì có rất nhiều phương pháp khác nhau, nhưng ngày nay cùng với sự phát triển về khoa học kỹ thuật và những đòi hỏi cao về chất lượng nước sản phẩm sau xử lý thì ngoài các kỹ thuật cổ điển người ta đã nhanh chóng phát triển công nghệ màng lọc. Các phương pháp lọc được áp dụng như hình sau: Cấu trúc của màng. Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau. Đó có thể là một chất rắn, một gelatin (chất keo) trương nở do dung môi hoặc thậm chí cả một chất lỏng. Màng thẩm thấu ngược đầu tiên được đưa vào ứng dụng sản xuất từ axetat xenlulo. Sau đó một số màng hữu cơ (polyme), ngay cả màng vô cơ (Al2O3, C, Cacbua silic, zicrom) cũng được sử dụng. Các loại màng: Cấu trúc màng đồng nhất Cấu trúc màng không đối xứng 20mm 1mm 50 Chống tấm lưới 2 Cấu trúc màng hỗn hợp không đối xứng 1 Màng đồng nhất: Màng kỹ thuật bắn phá dùng hoá chất khoan lỗ tròn.vật liệu có độ rây từ 0,05 ¸ 0,5mm. vật liệu nhiều lỗ xốp, độ xốp: 50 ¸ 200 mm Màng không đối xứng: Điều chế chỉ một tầng từ vật liệu polyme nhưng trong tầng này lớp thấm chọn lọc giảm thành một “lớp da” rất mỏng nhằm hạn chế sức cản vận chuyển( do sức cản tỷ lệ với chiều dày lớp vật liệu lọc). Màng hỗn hợp: Đặt lớp màng thấm chọn lọc lên một “ giá đỡ ” khoan lỗ trước mà không đối xứng. Hai vật liệu khác nhau thường có tính chất khác nhau, do đó tận dụng được ưu điểm của cả hai vật liệu về cả độ bền cơ học và tính chất chọn lọc. Vai trò của màng. Màng bán thấm thường được chế tạo từ vật liệu tổng hợp hoặc compozit để tăng sức chịu áp. Từ đó, nó chỉ cho dung môi qua mà không cho chất tan qua hoặc có tính chất chọn lọc với các chất tan trong nước. Dựa vào động lực, chức năng và phạm vi ứng dụng của các quá trình tách bằng màng, ta có bảng sau: Quá trình Động lực Khoảng kích thước hạt, mm Chức năng của màng Điện thẩm tách Gradient < 0,1 Chọn lọc đối với các ion nhất định. Phép thẩm tách Nồng độ < 0,1 Chọn lọc đối với dung dịch. Thẩm thấu ngược Áp suất ( 6-10MPa) < 0,05 Di chuyển chọn lọc của nước. Siêu lọc Áp suất 0,1¸0,5(Mpa) 5.10-3- 10 Chọn lọc đối với kích thước và dạng phân tử. Dưới đây là nội dung chi tiết của từng phương pháp. 2.3. Màng bán thấm (màng lọc). Đối với màng này, nước là pha ưu tiên chuyển qua màng dưới tác dụng của gradient áp suất. Chúng được mô tả như một màng lọc và được phân loại chức năng theo ngưỡng tách và kích thước lỗ khoan: Thẩm thấu ngược. Màng lọc nano. Màng siêu lọc. Màng vi lọc Cơ chế chuyển dịch qua màng bán thấm. Người ta dùng màng bán thẩm thấu để cô đặc dung dịch nhờ sự chuyển qua có chọn lọc của nước. Các chất tan trong dung dịch được giữ lại ít nhiều trên bề mặt môi trường xốp tuỳ theo kích thước của chúng. Trong trường hợp lý tưởng màng bán thấm chỉ cho nước qua. Trường hợp này ứng với quá trình thẩm thấu ngược. Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis). a/ Nguyên lý lọc RO. Ta bố trí thí nghiệm sau: Lấy một bình chứa như hình vẽ, chia đôi bình bằng một màng bán thấm, màng này chỉ cho nước mà không cho chất tan qua. Sơ đồ giải thích nguyên lý lọc: Thẩm thấu ngược Nước sạch Dung dịch muối Dung dịch muối Nước sạch áp suất thẩm thấu p Nước sạch P > p Dung dịch muối Thẩm thấu Cân bằng thẩm thấu hình 1 hình 2 hình 3 Nếu rót vào hai nửa bình đều nước sạch hoặc dung dịch nước muối có nồng độ bất kỳ thì không có hiện tượng gì xảy ra. Nhưng rót vào một bên là nước sạch, một bên là nước muối và quan sát ta thấy mức nước bên phải chứa dung sịch nước muối dâng dần lên. Điều đó chứng tỏ có một dòng nước chảy từ trái sang phải qua màng bán thấm. Hiện tượng này gọi là hiện tượng thẩm thấu và được hiểu là: Sự di chuyển tự phát của dung môi từ một dung dịch loãng vào một dung dịch đậm đặc qua màng bán thấm. Sau một thời gian, mực nước bên phải ngừng dâng, bên trái ngừng hạ, chênh lệch cột áp không đổi theo thời gian tức là hệ đạt cân bằng thẩm thấu và p được gọi là áp suất thẩm thấu (Hình 2). Nếu cung cấp một áp suất P > p, cột nước bên trái dâng lên, nghĩa là dòng nước đã đảo ngược, chảy từ vùng nước muối sang vùng nước sạch. Từ đó muối được loại khỏi nước.Như vậy, nếu lọc từ nước mặn thành nước ngọt thì chỉ cần có thiết bị hoạt động theo nguyên tắc trên và một bơm tạo áp P > p. Thông thường áp suất P = (2-2,5) p. b/ Sơ đồ các loại thẩm thấu ngược. Nước thải 3 2 4 Nước đậm đặc Nước sạch 2 2 1 a) c) 1 Nước thải Nước đậm đặc 1 2 3 Nước sạch Nước thải 3 2 4 Nước đậm đặc Nước sạch 2 2 1 a) c) 1 Nước thải Nước đậm đặc 1 2 3 b) d) Lọc với các thiết bị lọc song song: 1.tấm xốp; 2.màng Lọc ống: 1. ẩng; 2. Giá đỡ; 3.Màng Lọc màng bán thấm xếp thành cuộn: 1. Lớp đỡ; 2.màng; 3.ống dẫn nước sạch; 4.lưới phân cách Màng ở dạng xơ trống rỗng: 1.Tấm đỡ; 2.vòng đệm với sợi; 3. Thân thiết bị; 4. Xơ trống rỗng Các loại thiết bị thẩm thấu ngược: d/ Các yếu tố ảnh hưởng đến thẩm thấu ngược. Quá trình phân tách bằng thẩm thấu ngược phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Áp suất. Nhiệt độ. Điều kiện thuỷ động. Độ dày của màng. Bản chất và nồng độ của nước thải. Sự phụ thuộc vào áp suất và độ dày của màng. Lưu lượng nước qua màng bán thấm có chiều dày d: Qw = . (P - p) Trong đó: Dw – Hệ số khuếch tán. Cw – Nồng độ nước thải. V – Thể tích mol của nước. P - Áp suất tạo động lực cho quá trình. Ta thấy lượng nước trong chuyển qua một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian tỉ lệ nghịch với bề dày của màng. Do đó, màng không đồng nhất có ưu điểm hơn. Gọi Wp = là hệ số thấm qua của nước. Khi đó: Wp = tỉ lệ nghịch với áp suất hữu hiệu (hiệu số giữa áp suất tác động lên chất lỏng và áp suất hiệu quả). Khi tăng áp suất, năng suất riêng của màng tăng lên vì động lực của quá trình tăng. Nhưng nếu áp suất quá cao, vật liệu màng sẽ bị nén chặt dẫn đến giảm độ thấm qua của dung môi. Do vậy mỗi loại màng có một áp suất P cực đại nhất định. Tuần hoàn Thông thường người ta đặt áp suất P gấp từ 2¸ 2,5 lần so với áp suất thẩm thấu. Với nước biển áp suất thẩm thấu khoảng 350 psi do đó áp suất vận hành thẩm thấu ngược thay đổi từ 350 ¸1500 psi, thường dùng P tối ưu khoảng 600 - 800 psi Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt và khối lượng riêng của dung dịch giảm nên làm tăng độ thấm qua. Nhưng đồng thời áp suất thẩm thấu lại làm giảm độ thấm qua. Mặt khác, khi nhiệt độ tăng, các mao quản của màng bị co ngót, thắt lại làm giảm độ thấm qua đồng thời cũng làm giảm tuổi thọ của màng. Ảnh hưởng của bản chất và nồng độ chất cặn : Nồng độ dung dịch tăng dần sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu của dung môi, tăng độ nhớt của dung dịch và tăng sự phân cực nồng độ, dẫn đến giảm sự thấm qua và độ chọn lọc. Phương pháp thẩm thấu ngược được áp dụng khi chất điện ly có nông độ: Khoảng 5-10% đối với muối hoá trị I. Khoảng 10-15% đối với muối hoá trị II. Khoảng 15-20% đối với muối hoá trị cao. Đối với các chất hữu cơ nồng độ sẽ cao hơn một chút. Bản chất của chất tan có ảnh hưởng tới tốc độ chọn lọc. Với khối lượng phân tử như nhau, chất vô cơ bị giữ lại trên màng tốt hơn chất hữu cơ. Ảnh hưởng của điều kiện thuỷ động: Trong quá trình lọc, khi nước dịch chuyển, các phần tử và ion giữ lại có xu hướng tích tụ dọc theo màng có vai trò như lớp vật liệu lọc, nhưng áp suất thẩm thấu lại tăng lên .Khi đó cần đặt một áp suất lớn hơn để thắng áp suất thẩm thấu nên chi phí năng lượng cao hơn. Để giảm sự phân cực nồng độ, tiến hành tuần hoàn để tăng mức độ xoáy của lớp chất lỏng gần màng để giảm sự đóng cặn của màng. Có thể dùng bộ phận khuấy trộn cơ học, bộ phận tạo rung để làm tăng tốc độ dòng chảy. e/ Sơ đồ của thiết bị thẩm thấu ngược: Nước vào Màng Nước sạch Thải bỏ Tuần hoàn g/ Ứng dụng của phương pháp thẩm thấu ngược: Thẩm thấu ngược được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong nước biển và nước lợ. Ngoài ra còn ứng dụng để tách muối trong các nhà máy nhiệt điện và một số nghành công nghiệp khác (công nghiệp bán dẫn, đèn hình, dược phẩm). Trong quá trình làm việc màng dễ bị tắc nghẽn do một số nguyên nhân sau: Các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, chất keo và một số chất ô nhiễm khác có trong nước bám vào màng. Do vậy, nước vào hệ thống lọc màng cần qua các thiết bị xử lý sơ bộ trước để làm sạch hết cặn lơ lửng, không có chất hữu cơ, không quá cứng, không có ion sắt và mangan để ngăn chặn mùi hôi thối và các gỉ sắt đóng trên màng. Một số thiết bị phụ trợ trong thiết bị lọc bằng phương pháp thẩm thấu ngược như: thiết bị xử lý trước (thiết bị lọc), bơm để cung cấp áp suất vận hành, thùng chứa nước rửa, hệ thống loại bỏ cặn, thiết bị khử cặn. Nước trong Thiết bị lọc hạt Kiềm TB lọc thẩm thấu Bơm axit Nước cặn Nước biển Sau đây là sơ đồ xử lý nước biển thành nước sinh hoạt bằng phương pháp thẩm thấu ngược có các thiết bị bổ trợ: Như hình minh họa, xử lý trước nói chung bao gồm : thiết bị lọc hạt, thiết bị lọc vỏ đạn(kích thước ô lưới 25 mm), thiết bị axit hoá, thiết bị khử cặn. ở những trạm xử lý lớn, thiết bị lọc hạt này có thể dùng phương pháp đông tụ để bớt độ đục hoặc keo tụ làm mềm nước. Nếu nước chứa hợp chất hữu cơ hoà tan, phương pháp chung là sau khi lọc qua than hoạt tính, khử trùng để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật. Còn giảm pH = 6 bằng cách cho H2SO4 vào để khử CO32- thành CO2, làm giảm khả năng tạo kết tủa CaCO3 trên màng và sự ion hoá của ion Mangan. Ngoài ra để ổn định khả năng thẩm thấu, cần tiến hành đuổi khí CO2 tạo ra trong quá trình axit hoá, để ngăn nó xuyên qua lớp màng cùng với nước. Cuối cùng thêm xôđa để trung hoà nước, điều chỉnh pH cuối cùng. Chú ý: Cần phải rửa định kỳ bề mặt màng để duy trì hiệu quả vận chuyển nước cao. Thiết bị rửa cặn có xối nước định kỳ kết hợp với các tác nhân làm sạch kể trên để ngăn sự hình thành của ion kim loại, giảm cặn muối, giảm chất hữu cơ hoặc sự phát triển của vi sinh vật. * Ưu điểm của phương pháp: Không có pha chuyển tiếp trong tách tạp chất, cho phép tiến hành quá trình với chi phí năng lượng thấp. Có thể tiến hành quá trình ở nhiệt độ phòng, không có bổ sung hoặc bổ sung rất ít hoá chất. Đơn giản trong kết cấu. * Nhược điểm: Phát sinh hiện tượng phân cực nồng độ do sự tăng nồng độ ở bề mặt màng. Điều này dẫn đến giảm năng suất, giảm mức độ phân tách các cấu tử và giảm tuổi thọ của màng. Tiến hành quá trình ở áp suất cao nên cần có thiết bị làm kín đặc biệt. Một số quá trình màng lọc khác. a/ Lọc nano: Lọc nano là một dạng khác của lọc thẩm thấu ngược. Cũng như lọc thẩm thấu ngược, lọc nano yêu cầu phải thực hiện ở áp suất cao từ 50 tới 150 psi. Màng lọc nano cho lọt qua cả các ion hoá trị I trong khi đó có khả năng giữ lại các ion hoá trị II. Lọc nano dùng để tách bỏ các hợp chất hữu cơ hoặc các vi ô nhiễm hữu cơ và vô cơ (nhưng trước đó cần lắp hệ thống vi lọc hoặc hệ thống làm trong truyền thống). Đặc điểm của màng: Loại màng: bất đối xứng, ổn định, tổ hợp composit. Độ dày của màng: lớp đỡ 150µm, lớp da màng 1µm. Kích thước lỗ xốp<2nm. Áp suất động lực: 15-25 bar. Tốc độ lọc >0,05 m3/m2.ngày.bar Cơ chế họat động: hòa tan, khuyếch tán và thẩm thấu. Vật liệu chế tạo màng: polyme. Loại bỏ được: độ cứng, các chất hữu cơ, THMs, thuốc trừ sâu (SOCs), màu Tỉ số phân tử lượng bị ngăn chặn 200-500. b/ Vi lọc: Vi lọc là quá trình lọc màng thực hiện ở áp suất thấp (5-100psi). Vi lọc không làm biến chất các thành phần dung dịch lọc, chỉ giữ lại các hạt huyền phù và những hạt keo lớn mà có trọng lượng phân tử trên 50.000 hoặc có kích thước lớn hơn 0,05mm, các vi khuẩn. Các đặc tính cụ thể: Loại màng: xốp, đối xứng. Độ dày của màng: 10-150µm. Kích thước lỗ xốp: 0,05-10µm. Áp suất động lực: 0,1-2 bar, tốc độ lọc >0,5m3/m2.ngày.bar Cơ chế hoạt động: rây lọc Vật liệu chế tạo màng: polyme, sợi , gốm sứ. Loại bỏ được: các chất rắn lơ lửng, 1 số keo, vi khuẩn, 1 số virus, nguyên sinh động vật, độ đục, các chất vô cơ, photpho, độ cứng, kim loại. c/ Siêu lọc: Màng siêu lọc có cấu trúc rất mềm, thường được sử dụng để tách các cấu tử có khối lượng trên 500 và có áp suất thẩm thấu nhỏ như: vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét…Siêu lọc thực hiện ở áp suất thấp (50 ¸100 psi). Thẩm tách và điện thẩm tách. Khái niệm về thẩm tách và điện thẩm tách. Phép thẩm tách là quá trình phân tách chất rắn bằng sử dụng sự khuyếch tán không bằng nhau qua màng. Điện thẩm tách là quá trình tách địên hoá học trong đó các ion chuyển qua màng trao đổi ion từ nơi có nồng độ thấp sang nơi có nồng độ cao hơn dưới tác dụng của dòng điện. 2.4.2. Cơ chế của quá trình: Trong phương pháp điện thẩm tách, tạp chất được tách loại khỏi nước bằng điện. Dòng điện 1 chiều chuyển các ion qua 1 màng để tạo ra dòng nước ngọt & dòng nước muối có nồng độ cao hơn. Màng sẽ hình thành một rào cản giữa nước thu muối (hay dòng nước muối đậm đặc hơn trước ) và nước tách muối (nước ngọt tạo thành). Phía màng có nồng độ muối cao hơn sẽ gây ra hiện tượng phân cực nồng độ ,nhiễm bẩn hữu cơ ,tạo cặn kkhoáng chất đá vôI & các kết tủa khác. a/ Tác dụng của dòng điện 1 chiều lên ion. Giả sử xét một bình điện phân chứa dung dịch NaCl.Khi cho dòng điện chạy qua các cực sẽ xảy ra các quá trình sau: Cation Na+ bị hút về phía cực âm. Anion Cl- bị hút về cực dương. Nước bị đIện phân tạo ra H2 ở bên cực âm: 2 H2O + 2e = 2OH- + H2. Anion bị đIện phân tạo ra khí Cl2 ở bên cực dương: 2Cl- - 2e = Cl2 . Trong thực tế các bình điện phân sẽ được mắc nối tiếp nhau để sao cho các anion và cation sẽ được dồn về cùng 1 dòng chảy còn lại 2 ngăn tiếp xúc với 2 điện cực sẽ xảy ra hiện tượng điện phân bình thường .Các dòng nước tách muối tách muối được nối với nhau đồng thời các dòng nước thu muối cùng được nối với nhau.Khi đổi chiều dòng điện thì dòng nước tách muối và dòng nước thu muối sẽ đổi vai trò cho nhau. b/ Blôc chứa màng trao đổi ion. Để kiểm soát chuyển động của các ion trong dung dịch và khu vực đIện cực các màng trao đổi ion được lắp thêm vào để hình thành các ngăn như hình vẽ: Thông thường người ta sử dụng hai loại màng trao đổi ion : Màng trao đổi anion:chỉ cho phép các anion (ion tích điện âm)đi qua.Màng này dẫn điện và không thấm nước kể cả khi có áp suất. Màng trao đổi cation :chỉ cho phép các cation (ion tích điện dương) đi qua màng này cùng dẫn điện và không thấm nước. Kể cả khi có áp suất. Khi không có dòng điện một chiều hay nói cách khác, không có đIện trường ngoài, không có sự trao đổi ion các ion có thể di chuyển tự do trong dung dịch và thậm chí có thể di chuyển qua màng trao đổi ion. Tuy nhiên do chuyển động của chúng hòn toàn hỗn loạn nên trong dung dịch sự phâm bố ion vẫn hoàn toàn đồng đều trong tất cả các ngăn. Khi nối hệ thống với nguồn điện một chiều thì xảy ra sự di chuyển các ion như trên hình: Khoang số 1 và 6 khác biệt với các khoang khác vì chưá các đIện cực kim loại.Dưới tác dụng của dòng đIện khí clo ,khí oxy và ion H+ sinh ra ở anốt còn khí H2 và ion OH- sẽ được tạo ra ở catôt. Khoang số 2 ion Cl- bị đẩy qua màng trao đổi anion(A) vào khoang số 3,trong khi ion Na+ bị đẩy qua màng trao đổi cation(C)vào khoang số 1. Như vậy khoang 2 là khoang được tách muối. Khoang số 3 ion Na+ không thể đi qua được màng trao đổi anion nên bị giữ lại trong khi đó anion Cl- cùng không thể đi qua được màng trao đổi cation nên cũng bị giữ lại trong khoang 3.Khoang 3 trở thành khoang thu nhận muối. Tương tự khoang 4 là khoang tách muối,khoang 5 là khoang thu muối. Như vậy các khoang 2&4 hàm lượng ion giảm còn khoang 3&5 hàm lượng ion tăng.,hình thành các ngăn dung dịch nhận muối và tách muối luân phiên nhau trong matt blôc màng trao đổi ion dươí tác dụng của dòng điện một chiều. Khi vận hành một blôc màng tách muối như vậy sẽ tạo ra 2 dòng nước chính tách biệt nhau :dòng nước đã tách muối và dòng nước thu muối và 2 dòng nước phụ từ các khoang chứa các điện cực.Đó là cấu trúc đặc trưng và quan trọng nhất của một hệ thống ED . Cơ chế: Một dòng chảy vào khối màng trao đổi chảy song song qua các ngăn tách muối ,trong khi dòng chảy kia chỉ chảy song song qua các ngăn thu muối. Dòng nước chỉ chảy trượt trên bề mặt màng mà không cần chảy qua màng trao đổi ion.Khi chảy như vậy các ion sẽ bị lực đIện vận tải đi xuyên qua màng trao đổi từ dòng tách muối sang dòng thu muối dưới tác dụng của điện thế một chiều.Nước chảy từ 2 ngăn đIện cực không được trộn lẫn với các dòng tách muối hay dòng thu muối .Thông qua lối thoát trên của khối màng các dòng đIện cực sẽ được đưa tới thiết bị loại khí. Một blôc màng trong thực tế thường có từ 300 đến 500 cặp ngăn điện phân. c/ Cấu trúc màng trao đổi ion. Màng trao đổi ion được chia thành màng trao đổi cation và anion . Màng trao đổi cation là nhựa trao đổi cation được cán thành dạng phiến mỏng có chiều dày khoảng 0.5mm .3 đặc tính quan trọng hất của màng trao đổi cation là: Hoàn toàn không thấm nước. Dẫn điện tốt Chỉ cho cation đi qua. Màng trao đổi anion có cùng kích thước hình dạng và mặt cắt đứng như màng tao đổi cation và cũng có 3 tính chất đặc trưng như trên,nhưng ở đây là chỉ cho anion đi qua. Cả 2 loại màng này đều có những tính chất chung như: Điện trở thấp. Không tan trong nước. Tương đối cứng để dễ dàng ghép nối và vận chuyển. Chịu được sự thay đổi PH từ 0 – 10 . Vận hành tốt ngay cả khi nhiệt đọ >460C Chịu được sự trương thẩm thấu (giãn nở khi thêm nước) khi tái sử dụng trong các dung dịch muối có nồng độ từ 220 đến 30.000 ppm. Có tuối thọ cao. Chịu được sự nhiễm bẩn. d/ Khoang điện cực. Các điện cực kim loại được đặt vào 2 đầu của blôc màng để nối điện một chiều vào blôc màng .Mỗi điện cực thường là điện cực platin mạ titan.Hình dạng của điện cực được chế tạo sao cho có thể ghép nối vào các vị trí khác nhau của khối màng. Thời gian hoạt động của điện cực phụ thuộc vào thành phần ion của dòng nước chảy qua điện cực và mât độ dòng trên điện cực.Nói chung mật độ dòng càng cao,nước càng chứa nhiều clo hoặc khuynh hướng tạo kết tủa càng lớn thì càng rút ngắn thời gian làm việc của điện cực. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý. ED được coi là một quá trình trong đó các ion được vận chuyển trong dung dịch từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao hơn nhờ dòng điện một chiều do đó mà có chịu ảnh hưởng của một số các yếu tố như: a/ Mật độ dòng giới hạn (Sự phân cực). Mật độ dòng giới hạn thường được biểu diễn bằng tỷ số giữa mật độ dòng (cường độ dòng mang bởi một đơn vị diện tích bề mặt màng trao đổi ion )và độ chuẩn của dòng nước tách muối đầu ra.Giới hạn này thường là một hàm số của tốc độ dòng chảy trong khối màng ,nhiệt độ dòng chảy và loại ion có mặt trong nước . Sự vận hành ở mật độ dòng cao gây ra sự phân cực dẫn đến một số hiện tượng bất lợi sau : Điện trở của các cặp màng trao đổi ion tăng đến mức làm tăng điện năng tiêu thụ . Hiệu suất dòng giảm vì sự vận tải vô ích các ion H+ và ion OH- trong quá trình vận hành. Trong vùng phân cực mỗi khi cường độ dòng tăng đều dẫn đến kết quả làm giảm sự vận tải ion hữu ích. Nói chung mật độ dòng giới hạn có thể bị gia tăng nếu nhiệt độ dòng chảy, tốc độ dòng chảy và nồng độ dung dịch tăng. Thông thường trong các hệ thống ED người ta thiết kế để mật độ dòng vận hành tối đa được phép phải đạt được 70% mật độ dòng giới hạn. Điều đó tạo ra khoảng an toàn thích hợp cho hệ thống. b/ Sự tổn hao dòng điện. Đối với một hệ thống ED bất kỳ có một điện thế giới hạn nào đó ,nếu điện thế vượt quá giới hạn này dòng đIện phụ trội sẽ dẫn từ hai điện cực qua màng lân cận gây hư hỏng màngvà vùng trao đổi xung quanh điện cực.Giá trị tới hạn này phụ thuộc vào nhiệt đọ của nước ,nồng độ muối ,kích thước của khối màng và không gian trao đổi bên trong khối. Điện thế giới hạn được định nghĩa là điện thế mà chỉ tác dụng lên các cặp màng trao đổi ở lân cận với điện cực.Thiết kế hệ ED bình thường cho phép sử dụng tối điện thế giới hạn trong vận hành khối màng đạt 80% giới hạn lý thuyết. c/ Khuyếch tán ngược. Sự khuyếch tán ngược xảy ra khi nồng độ ion trong dòng nhận muối cao so với nồng độ ion trong dòng tách muối. Kết quả là một số ion trong dòng thu muối sẽ khuyếch tán ngược trở lại qua màng trao đổi để đi vaò dòng tách muối, ngược với tác dụng của điện trường một chiều. Hiệu quả của blôc màng sẽ giảm khi tỷ lệ nồng độ vượt quá 150/1. d/ Chỉ số Langelier. Chỉ số Langelier (I)chỉ ra khuynh hướng tạo kết tủa của một nguồn nước xác đinh. Chỉ số này có giá trị khác nhau giữa pH thực và pH tại thời đIểm tạo kết tủa có thành phần ion xác định trong hệ. Chỉ số dương có nghĩa là nước có khuynh hướng tạo kết tủa hay có khuynh hướng ăn mòn. Chỉ số I có thể giảm bằng cách giảm phần trăm muối tách được hay giảm phần trăm tận thu nước. e/ Sự bão hoà CaSO4. CaSO4 kết tủa làm ảnh hưởng đến chất lượng nước.Sự đóng cặn làm quá trình xử lý cũng như công tác vệ sinh thiết bị trở nên phức tạp và làm tăng gía thành sản phẩm. Phạm vi ứng dụng. Ngay từ khi ra đời kỹ thuật điện thẩm tách đã có ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: Điện thẩm tách trong chế biến sữa: Bằng việc sử dụng kĩ thuật màng và đIện thẩm tách nghiên cứu xử lý sữa để tách khoáng chất tạo ra sản phẩm sữa có thành phần cơ bản giống sữa mẹ về hàm lượng protein. Xử lý nước thải công nghiệp hoá dầu. Xử lý nước thải có hàm lượng nirat,nitrit cao. Xử lý nước thải công nghiệp mạ điện có chứa nhiều ion kim loại nặng. Xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy. Sản xuất nước sạch và siêu sạch cho công nghiệp bán dẫn ,dầu mỏ phát điện. Trong lĩnh vực sinh hoạt :sản xuất nước đóng chai chất