Công nghệ biến nước biển thành nước ngọt

Phần còn lại không đóng băng được tìm thấy chủ yếu ở dạng nước ngầm và chiếm tỷ lệ nhỏ tồn tại trên mặt đất và trong không khí. Với tình trạng nước ngọt ngày càng khan hiếm thì việc lọc nước biển thành nước ngọt và một vấn đề cần được quan tâm là và ứng dụng vào thực tiễn.

Nước ngọt được dùng trong mọi hoạt động của đời sống, từ sinh hoạt đến sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng, giải trí và môi trường... Trong những năm gần đây, nguồn nước mặt và nước ngầm đã và đang bị nước biển xâm thực do sự thay đổi khí hậu. Tùy theo vị trí địa lý của mỗi vùng khác nhau mà tính chất cũng như lượng nhiễm mặn trong nước cũng khác nhau và hầu hết hòa tan trong nước ngầm, nước mặt.

Việc thường xuyên sử dụng nguồn nước nhiễm mặn dẫn tới hậu quả hư hỏng thiết bị, xâm hại mùa màng và gây ảnh hưởng lâu dài đến sức khoẻ của người sử dụng. Trên toàn thế giới hiện nay có khoảng hơn 12.000 nhà máy khử mặn đang vận hành, sản xuất 10 tỷ galon nước (1 gallon = 4,54 lít) mỗi ngày. Có nhiều phương pháp giúp xử lý nước biển thành nước ngọt như: Chưng cất, đóng băng, điện phân, thẩm thấu ngược chiết ly, trao đổi ion… Tuy nhiên hai phương pháp được sử dụng phổ biến là:

Công nghệ Terrawater

Công nghệ tách muối quy mô nhỏ để xử lý nước biển thành nước ngọt (Taprogge Terrawater) không sử dụng hóa chất mà hoạt động dựa trên quá trình bay hơi và ngưng tụ tự nhiên, loại bỏ hoàn toàn những chất độc hại khó xử lý trong nước. Mỗi hệ thống này một ngày có thể cung cấp cho người dân 5 m³ nước ngọt. Không chỉ xử lý nước biển, công nghệ Terrawater còn có thể xử lý được nhiều nguồn nước khác như nước lợ, nước nhiễm phèn… thành nước ngọt. Hệ thống Terrawater được thiết kế theo dạng kết cấu module và lắp đặt gọn, thuận tiện trong sử dụng, có thể kết hợp nhiều module lại để tăng công suất.

Đặc biệt, hệ thống sử dụng nhiều nguồn năng lượng để xử lý nước như địa nhiệt, năng lượng Mặt Trời, nhiệt từ các nhà máy công nghiệp, dầu đốt diesel, máy phát điện… Phương pháp Terrawater không “kén” nguồn nước nên không cần xử lý nước trước khi đưa vào hệ thống để tiến hành tách muối, hệ thống cũng không thải chất độc hại ra môi trường. Ngoài ra, công nghệ Terrawater cũng còn có ưu điểm là giá thành rất thấp, dễ lắp đặt và di chuyển, phù hợp với cuộc sống của người dân trên các đảo xa.

Công nghệ sử dụng màng lọc RO (thẩm thấu ngược)

Có hai loại màng được sử dụng để khử muối: màng lọc RO (thẩm thấu ngược) và ED (điện phân). Trong quá trình RO, nước từ một dung dịch muối bị áp lực tách ra khỏi muối hòa tan, chảy qua một màng nước thấm. Sự thấm (chất lỏng chảy qua màng) được kích thích chảy qua màng bởi sự khác biệt giữa áp lực được tạo ra giữa các nước cấp áp lực và các sản phẩm nước. Các nước cấp còn lại tiếp tục thông qua các bên áp lực của lò phản ứng như ngâm nước muối. Không có sưởi ấm hoặc giai đoạn thay đổi diễn ra. Nhu cầu năng lượng chủ yếu là cho các điều áp ban đầu của nước cấp. Để khử muối nước lợ điều hành phạm vi áp lực 250-400 psi, và cho nước biển khử muối 800-1000 psi.

Trong thực tế, nước cấp được bơm vào lỗ màng, chống lại màng, gây áp lực nó. Như các sản phẩm nước đi qua màng tế bào, các nước cấp còn lại và dung dịch mặn ngày càng trở nên tập trung hơn. Để làm giảm nồng độ của các muối hòa tan còn lại, một phần của giải pháp nước cấp, nước muối đậm đặc này được rút ra từ các thùng chứa. Nồng độ của các muối hòa tan trong nước cấp sẽ tiếp tục tăng, đòi hỏi năng lượng đầu vào ngày càng tăng để vượt qua những áp lực thẩm thấu tăng tự nhiên.

Các loại màng thẩm thấu ngược đã được cải tiến rất nhiều từ khi ra đời vào những năm 1960. Tuy nhiên, có một vấn đề vẫn chưa được giải quyết triệt để. Đó là sau một thời gian sử dụng, vi khuẩn trong nước tích tụ lại trên màng, khiến nước khó lọt qua, làm giảm hiệu quả hoạt động của thiết bị. Clo có tác dụng làm sạch vi khuẩn rất tốt, nhưng theo TS Menachem Elimelech (Đại học Yale, Mỹ), loại màng thẩm thấu ngược phổ biến hiện nay rất nhạy với clo và nhanh chóng bị phân hủy khi tiếp xúc với hóa chất này.

Chi phí để xây dựng và vận hành nhà máy khử mặn nước biển dùng công nghệ thẩm thấu ngược cũng là vấn đề đáng suy nghĩ. Năm 2010, 5 thành phố lớn nhất của Australia đã đầu tư 13,2 tỷ đô la để xây dựng các nhà máy khử mặn nước biển. Với chi phí này, những khu vực thiếu nước trầm trọng nhất do biến đổi khí hậu, chủ yếu là các nước đang phát triển rất khó hy vọng khai thác nước biển để làm thỏa mãn cơn khát của mình. Theo TS Yoram Cohen (Đại học California, Mỹ), một trong những giải pháp là chuẩn hóa các thiết bị của nhà máy, xây dựng các nhà máy nhỏ hơn, hiệu quả hơn. Những địa phương có nhu cầu có thể mua thiết bị từ bất cứ nguồn nào và tự lắp ráp theo thiết kế của mình.

Một vấn đề khác là xử lý nước muối sinh ra trong quá trình khử mặn. Nếu nhà máy ở vùng duyên hải, nước muối có thể thải trở lại biển. Nhưng nếu nhà máy nằm trong đất liền, mọi chuyện sẽ phức tạp hơn nhiều. Nhiều địa phương có quy định không cho xả nước thải từ nhà máy khử mặn ra hồ ao, hệ thống cống rãnh. Ở một số nơi khác, việc thải ngầm nước muối có thể không được cấp phép và phải trả giá rất đắt.

Đây là mô hình đã được áp dụng tại một số nơi ở Việt Nam (đảo An Bình - Lý Sơn – Quảng Ngãi), và cũng là hệ thống rất cần thiết cho những vùng ven biển, vùng bị ngập mặn hay đảo xa. Tuy nhiên giá thành để lắp đặt nhà máy sử dụng phương pháp lọc RO là khá cao khiến cho RO được cho là “giải pháp của nhà giàu”.

Theo TS Menachem Elimelech, dù có vẻ rất hứa hẹn, nhưng trên thực tế, không nên coi khử mặn nước biển là liều thuốc thần kỳ cho tình trạng thiếu nước toàn cầu. Trong nhiều trường hợp, giải pháp tốt nhất vẫn là quy hoạch đất khoa học và bảo tồn các nguồn nước ngọt sẵn có.