Nước là một trong những tài nguyên quý giá nhất trên hành tinh. Theo Liên Hợp Quốc, sự khan hiếm của nó đã ảnh hưởng đến hơn 40% dân số thế giới. Một thống kê gióng lên hồi chuông cảnh báo và thúc đẩy việc tìm kiếm các giải pháp. Một trong số đó, và không hoàn toàn mới, là khử muối, bao gồm việc loại bỏ các khoáng chất (chủ yếu là muối) khỏi nước biển thông qua các quá trình vật lý và hóa học. Chìa khóa cho những năm tới là tăng công suất của các nhà máy khử muối đồng thời giảm tác động môi trường của chúng.
Khử mặn là gì?
Khử muối là quá trình loại bỏ các muối khoáng hòa tan trong nước. Hiện tại, quy trình này, được áp dụng cho nước biển, là một trong những quy trình được sử dụng nhiều nhất để lấy nước ngọt cho con người hoặc các mục đích nông nghiệp.
Quá trình khử muối diễn ra tự nhiên trong chu trình nước: Sự bay hơi của nước biển để lại muối và tạo thành những đám mây gây mưa. Aristotle đã quan sát thấy rằng nước biển bay hơi và ngưng tụ sẽ biến thành nước ngọt, và Da Vinci nhận ra rằng có thể dễ dàng lấy được bằng cách sử dụng bình tĩnh.
Trong những thế kỷ tiếp theo, quá trình khử muối trong nước biển được sử dụng đặc biệt trên thuyền và tàu ngầm để cung cấp nước ngọt cho thủy thủ đoàn trong những chuyến đi dài. Tuy nhiên, quá trình này không có sẵn trên quy mô lớn cho đến cuộc cách mạng công nghiệp và đặc biệt là cho đến khi sự phát triển của các nhà máy khử muối.
Trên toàn cầu, theo một nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Viện Nước, Môi trường và Sức khỏe tại Đại học Liên Hợp Quốc (UNU-INWE) vào năm 2019, có khoảng 16.000 nhà máy khử muối đang hoạt động — trải khắp 177 quốc gia — và tất cả chúng tạo ra nước ngọt khoảng 95 triệu m 3 /ngày. Quốc gia đầu tiên áp dụng quy trình này hàng loạt là Úc, một quốc gia rất khô cằn, nơi được gọi là Hạn hán Thiên niên kỷ, từ năm 1997 đến 2009, đã tàn phá nặng nề. Nó có các nhà máy ở các thành phố chính hoạt động thông qua thẩm thấu ngược.
Ả Rập Saudi là quốc gia khử muối hàng đầu theo khối lượng, tiếp theo là Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất, cả hai đều là quốc gia sa mạc và phụ thuộc nhiều vào quá trình này. Các quốc gia khác ở Trung Đông, chẳng hạn như Kuwait và Qatar, cũng đã chọn kỹ thuật này. Tại Hoa Kỳ, đứng thứ ba trong bảng xếp hạng cụ thể này, có các nhà máy vi mô khử muối gần như gần như tất cả các cơ sở khí đốt tự nhiên để khai thác nhiệt dư. Tây Ban Nha đứng thứ tư, nhờ sự đóng góp của Quần đảo Canary và bờ biển Alicante và Murcia, nơi các nhà máy nhiệt điện cũ đang được thay thế bằng các nhà máy khử muối.
Isarel có kế hoạch xây dựng nhà máy khử mặn lớn nhất thế giới
Quy trình khử mặn
Chưng cất, bao gồm đun sôi nước biển trong một bể tĩnh, thu hơi nước và ngưng tụ để thu được nước ngọt, là phương pháp rõ ràng nhất để loại bỏ muối, nhưng không phải là phương pháp hiệu quả nhất vì nó tiêu tốn một lượng lớn năng lượng. Dưới đây là tóm tắt các quy trình khử muối chính được sử dụng hiện nay:
- Thẩm thấu ngược: Đây là quy trình được sử dụng nhiều nhất và tiêu tốn ít năng lượng hơn so với các quy trình còn lại, vì nó dựa trên việc sử dụng các màng bán thấm cho phép nước đi qua chứ không phải muối. Các màng này được làm bằng polyamit siêu mỏng, có thể bị nhiễm vi khuẩn nên nước phải được xử lý.
- Chưng cất năng lượng mặt trời: Bắt chước vòng tuần hoàn của nước, nó bao gồm làm bay hơi nước biển trong các cơ sở lớn có mái che , nơi nước biển được ngưng tụ và thu thập dưới dạng nước ngọt. Mặc dù năng lượng được sử dụng là sức nóng của mặt trời, nhưng cần có diện tích đất rộng lớn.
- Điện phân: Nó bao gồm việc di chuyển nước muối qua các màng tích điện để bẫy các ion muối hòa tan trong nước, cho phép chiết xuất nước ngọt. Có nhiều biến thể khác nhau của điện phân, chẳng hạn như thông thường và đảo ngược.
- Lọc nano: Đó là một quá trình sử dụng màng ống nano có độ thẩm thấu cao hơn màng thẩm thấu ngược, cho phép xử lý nhiều nước hơn trong không gian ít hơn và sử dụng ít năng lượng hơn. Những màng này được sản xuất bằng các hợp chất sulfon hóa, ngoài muối, loại bỏ dấu vết của các chất ô nhiễm.
- Hình thành khí hydrat: Khí hydrat là các tinh thể rắn được hình thành bằng cách kết hợp nước với khí, chẳng hạn như propan, ở áp suất cao và nhiệt độ thấp. Trong quá trình này, tất cả các muối và tạp chất có trong nước biến mất và khi nhiệt độ tăng lên, khí có thể được thu hồi để lại nước sạch.
Đánh giá ưu và nhược điểm của quy trình khử mặn
Khử muối là một nhu cầu ngày càng tăng khi nguồn cung cấp nước ngọt trên thế giới đang cạn kiệt. Theo nghiên cứu nói trên của Liên Hợp Quốc được công bố trên tạp chí Science of the Total Môi trường, kết hợp với việc sử dụng tài nguyên nước có trách nhiệm, đây có thể là chìa khóa để giải quyết tình trạng khan hiếm nước trong tương lai mặc dù không nên bỏ qua một số nhược điểm nhất định.
Quá trình khử muối trong nước không phải là không có tác động vì chất cặn bã từ quá trình này là nước muối, nước thải có nồng độ muối và chất ô nhiễm cao, trong nhiều trường hợp được thải ra biển và ảnh hưởng đến hệ sinh thái.Cụ thể, nghiên cứu đã định lượng được lượng nước thải xả ra là 142 m 3 mỗi ngày. Ngoài ra còn có nguy cơ rò rỉ có thể làm ô nhiễm các tầng ngậm nước ven biển.
Các công nghệ khử muối phải có giá cả phải chăng để đưa chúng đến các nước có thu nhập trung bình và thấp đồng thời giải quyết các tác động bất lợi của chúng đối với môi trường và sức khỏe con người, khi đó, chúng mới thực sự mang tính ứng dụng.
Ngoài ra, nhiều quy trình khử muối yêu cầu đun nóng nước, tạo áp suất hoặc cả hai, dẫn đến chi phí năng lượng cao. Giải pháp trong từng trường hợp là sử dụng năng lượng tái tạo , chẳng hạn như năng lượng mặt trời , để giảm mức tiêu thụ của các nhà máy khử muối. Một lựa chọn khử mặn bền vững khác có thể là sử dụng công nghệ sinh học , ví dụ, bằng cách nuôi cấy vi khuẩn lam có khả năng xử lý nước biển, tạo thành một lớp trầm tích có độ mặn thấp xung quanh nó.
