Tài liệu Báo cáo thực tập-các phương pháp nhiệt

1.1. Các phương pháp nhiệt 1.1.1 Bay hơi nhanh nhiều bậc (Multi Stage Flash - MSF) [6] Phương pháp này được thương mại hoá vào những năm 50 của thế kỷ XX. Hệ thống loại này có những đặc trưng sau:  Có từ 15 đến 25 bậc;  Công suất có thể đạt được giao động từ 1 – 15 triệu gallon/ngày;  Nhiệt độ của dung dịch muối trong hệ thống từ 70o – 90oC. Trong nhóm công nghệ bay hơi nhanh nhiều bậc này người ta đã phát triển nhiều hệ thống khác nhau để nâng cao hiệu quả của quá trình chưng với một số công nghệ cơ bản như: Tuần hoàn dung dịch muối (Brine Circulation), nước đi qua hệ thống 1 lần (Once Through), hơi nén (Vapour Compression), khuấy trộn dòng vào với dung dịch thải (Brine mixing), trong số đó thì hệ thống bay hơi nhiều bậc có tuần hoàn dung dịch được sử dụng rộng rãi nhất. Hệ thống khử muối bay hơi nhiều bậc tuần hoàn dung dịch muối (hình 1.4): Đối với hệ thống này, nước đầu vào được chia thành hai dòng: dòng thứ nhất là dòng làm mát (Mcw) dòng này chiếm một thể tích nhỏ, sau đó được đưa trở lại biển; dòng thứ hai là dòng vào các bậc bay hơi của hệ thống (Mf). Dòng này sau đó được khử khí và xử lý hoá học ở bộ phận thải nhiệt trước khi vào các bậc bay hơi phía sau. Dòng dung dịch tuần hoàn (Mr) được lấy từ bể chứa ở bậc cuối cùng của bộ phận thải nhiệt và đưa vào các ống ngưng tụ ở bậc cuối cùng của bộ phân thu hồi nhiệt. Dòng này được gia nhiệt nhờ sự hấp thụ nhiệt ngưng tụ. Dòng hơi nóng (M s) được ngưng tụ bên ngoài bề mặt các ống ngưng tụ. Còn dòng dung dịch muối thì hấp thụ nhiệt của dòng ngưng tụ và nhiệt độ của nó tăng lên đến giá trị cực đại (T0). Dung dịch nước muối nóng sẽ đi vào các bậc bay hơi nhanh ở bộ phận thu hồi nhiệt sau đó đi sang bộ phận thải nhiệt, tại đây một ít hơi nước được tạo thành bởi sự bay hơi dung dịch muối trong mỗi bậc. Như mô tả ở dưới thì hơi được lấy nhờ vào sự giảm áp suất trong mỗi bậc. Trong mỗi bậc bay hơi thì hơi được ngưng tụ bên ngoài ống chùm, tại đây dòng dung dịch muối tuần hoàn (Mr) đi bên trong ống để làm lạnh hơi nóng bên ngoài. Bộ phận thu hồi nhiệt có tác dụng làm tăng nhiệt độ của dung dịch muối. Hơi nước ngưng tụ bên ngoài các ống ngưng tụ đựơc tích trữ lại qua các bậc và tạo thành dòng sản phẩm cất (Md), dòng này đi qua nhiều bậc theo hướng từ bậc có nhiệt độ cao đến bậc có nhiệt độ thấp hơn và nước đã được loại muối được thu hồi ở bậc cuối cùng của bộ phận thải nhiệt. Sự bay hơi và hơi nước được hình thành bị giới hạn bởi sự gia tăng thể tích riêng ở nhiệt độ thấp cũng như những khó khăn gặp phải trong quá trình vận hành ở áp suất thấp. Hình 1.4 Hệ thống khử muối bay hơi nhanh nhiều bậc - tuần hoàn dung dịch muối (MSF - BR) [6] Nhiều bậc bay hơi của hệ thống MSF hoạt động dưới 100 oC và áp suất thấp. Trong quá trình hoạt động dung dịch nước muối có thể gia tăng các khí hoà tan dưới dạng vết do sự rò rĩ từ ngoài vào, do sự khử khí không hoàn toàn ở tháp khử khí hay do phân giải CaHCO3, điều này có thể là nguyên nhân chính là giảm vận tốc tải nhiệt giữa các buồng bay hơi với nhau. Đây là nguyên nhân có thể làm gia tăng khuynh hướng ăn mòn và giảm vận tốc bay hơi. Quá trình tiền xử lý nước biển trước khi đưa vào hệ thống thường chỉ là quá trình lọc sơ bộ và kỹ hơn là thêm công đoạn khử khí và bổ sung các hoá chất để giảm sự đóng cặn hay kéo màng trong thiết bị. 1.1.2 Chưng hơi đa bậc (Multiple Effect Evaporlation - MEE) Bay hơi đa bậc hay còn gọi là quá trình chưng đa bậc (Multiple Effect Distillation - MED), nó có cơ sở từ quá trình bay hơi nhiều bậc (MSF). MED là quá trình chưng cất công nghiệp lâu đời nhất được sử dụng trong khử mặn nước biển. Nó là công nghệ chắc chắn, kĩ thuật hoàn hảo, chất lượng nước cất cao, và quá trình hoạt động được theo dõi dễ dàng. Hiện tại khoảng 3,5% lượng nước khử muối trên thế giới được tạo ra bằng phương pháp này. Phương pháp này có thể được phân thành hai loại là MED nhiệt độ thấp (LT MED) và MED nhiệt độ cao (HT - MED). Đối với hệ thống LT – MED thì nhiệt độ làm việc có thể thấp ở 60oC – 70oC và nhiệt độ ra ở bậc cuối cùng có thể ở 40oC, quá trình này sử dụng năng lượng hiệu quả hơn so với hệ thống MSF và thời gian làm việc khoảng 23 năm. Còn HT – MED thì sử dụng dòng khí nhiệt độ cao, quá trình đóng cặn được kiểm soát trong suốt quá trình tiền sử lý của dòng nước biển vào, HT – MED được sử dụng nhiều hơn LT – MED và hiệu suất của quá trình này gấp đôi HT – MED. Sau đây là một quá trình điển hình cho công nghệ này: Hệ thống MED bao gồm một số thiết bị bay hơi thường từ 8 – 16, thiết bị này làm việc theo nguyên tắc trao đổi nhiệt gián tiếp, một dãy các hộp bốc hơi, các bộ ngưng tụ và hệ thống thông gió. Một bậc riêng rẻ bao gồm bộ phận trao đổi nhiệt, không gian bay hơi, bộ khử sương và các phụ kiện khác. Trong thiết bị bay hơi thì dòng nước được phun từ trên xuống dưới dạng các hạt nhỏ li ti và tiếp xúc với các ống được bố trí nằm ngang, các ống này có dòng khí đi qua bên trong. Hình 1.5 Hệ thống chưng đa bậc với dòng vào song song (MED - PF) (Nguồn: H. El-Dessouky and H. Ettouny, “Study on water desalination technologies”, prepared for ESCWA in January, 2001) Trong hệ thống dòng hơi đi từ trái sang phải theo chiều giảm áp suất, còn dòng nước biển hay dung dịch muối đi vào hệ thống từ phía trên và được phân bố đều trên toàn bộ bề mặt tiết diện ngang của thiết bị chưng nhờ hệ thống phân phối. Dòng nước được dẫn từ thiết bị bay hơi thứ nhất đến bay hơi thứ hai và dòng nước ra của thiết bi thứ hai được đưa vào thiết bị thứ 3 và cứ liên tiếp như vậy cho đến bậc cuối cùng. Nước biển hút vào được đưa vào bình ngưng, tại đây nó hấp thụ nhiệt của hơi nước ngưng từ bậc cuối cùng, sau khi qua bình ngưng nhiệt độ của nước đầu vào được tăng lên, một phần nước làm lạnh thì được đưa trở lại nguồn, phần kia thì chia thành nhiều dòng được xử lý hoá học, được khử khí rồi sau đó phun vào các thiết bị bay hơi Trong mỗi bậc, nhiệt độ tăng lên đến nhiệt độ sôi tương ứng với áp suất trong không gian bay hơi trước khi một lượng nhỏ hơi nước được tạo thành. Việc ngưng tụ một lượng hơi quá nhiệt đi vào bên trong ống chùm ở bậc thứ nhất cung cấp nhiệt cần thiết cho gia nhiệt và bay hơi. Dòng hơi mang nhiệt đi vào quá trình được cấp từ một nồi hơi bên ngoài, nước có độ sạch cao ở thiết bị bay hơi thứ nhất được đưa trở lại nồi hơi. 1.1.3 Bay hơi đơn bậc (Single Effect Evaporlation - SEE) Đây cũng là quá trình bay hơi nhưng đơn giản hơn so với các bậc trên vì quá trình này chỉ đi qua một thiết bị bay hơi. Sau đây là quy trình bay hơi đơn bậc phổ biến nhất – quá trình bay hơi đơn bậc hơi nén cơ học. Quá trình bay hơi đơn bậc hơi nén cơ học (hình 1.6) Hình 1.6 Quá trình bay hơi đơn bậc nén hơi cơ học (SEE - MVC) (Nguồn: H. El-Dessouky and H. Ettouny, “Study on water desalination technologies”, prepared for ESCWA in January, 2001) Quá trình gồm hai bộ phận: bộ phận gia nhiệt dòng vào và bộ phận bay hơi. Tại bộ phận gia nhiệt dòng vào: nước biển (Mf, Tcw) đầu tiên được chia thành hai dòng và bơm vào hai thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp. Một dòng trao đổi nhiệt với sản phẩm (Md, Td) còn một dòng trao đổi nhiệt với dung dịch muối thải bỏ (Mb, Tb). Dòng nước biển vào đi trong các ống của thiết bị còn dòng sản phẩm và dòng muối thải bỏ đi bên ngoài thiết bị ống chùm. Nước biển vào sau khi trao đổi nhiệt với hai dòng trên sẽ được gộp lại một dòng (Mf, tf) trước khi được đưa vào thiết bị bay hơi, còn dòng sản phẩm sau khi trao đổi nhiệt với dòng nước vào sẽ thành sản phẩm cuối cùng (Md,To) và dòng muối thải là dòng (Mb,To). Tại bộ phận bay hơi: dòng (Mf,tf) được dẫn vào tháp chưng bằng cách phun điều vào tiết diện tháp bằng một giàn phun, nước sau khi được phun dưới dạng các hạt nhỏ li ti sẽ tiếp xúc với bề mặt ngoài của các ống trao đổi nhiệt được xếp ngang bên trong các ống có dòng hơi nóng đi qua. Khi tiếp xúc với các ống trao đổi nhiệt thì nước hấp thụ nhiệt và tăng nhiệt độ của nước được làm tăng đến nhiệt bốc hơi, hơi này đi qua tấm khử sương và sau đó được ngưng tụ thành dòng sản phẩm (Md, Td), còn nước biển sau khi đi qua giàn bốc hơi sẽ tăng nồng độ muối và đi xuống đáy tháp tạo thành dòng dung dịch thải (Mb,Tb). Hệ thống này là hệ thống chưng cổ điển và tương đối đơn giản, hiệu suất bay hơi chưa cao đồng thời chất lượng nước sản phẩm sau khi cất cũng thấp hơn so với các hệ thống khác. 1.1.4 Một số qúa trình khử muối sử dụng năng lượng nhiệt khác Trong các biện pháp khử muối sử dụng nhiệt ngoài các hệ thống có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp trên thì ngày nay người ta phát triển thêm một số phương pháp mới cũng sử dụng năng lượng nhiệt nhưng không tiêu tốn nhiều năng lượng nhờ vào việc tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng hay tận hay tận dụng quá trình bay hơi tự nhiên. Hoặc dựa vào sự chênh lệch khối lượng riêng của nước ngọt và nước biển ở nhiệt độ đông đặc để đóng băng và thu hồi nước ngọt. Ngày nay việc sử dụng năng lượng hạt nhân để khử mặn cũng đang được tính đến. 1.2. Công nghệ màng 1.2.1 Màng điện thẩm tích (Electro Dialysis - ED) Theo công nghệ này nước biển hoặc nước lợ được bơm vào khoảng giữa các màng trao đổi ion với áp suất thấp, số lượng các màng có thể lên đến hàng trăm màng đặt song song và xen kẽ nhau (hình 1.7). Màng trao đổi cation là những màng chỉ cho phép các ion dương chuyển qua. Màng trao đổi anion chỉ cho phép các ion âm đi qua (Hình 1.8). Hình 1.7 Sự loại bỏ ion trong quá trình điện thẩm (Nguồn: H. El-Dessouky and H. Ettouny, “Study on water desalination technologies”, prepared for ESCWA in January, 2001) Trong quá trình màng điện thẩm tách, tạp chất được tách loại khỏi nước nhờ dòng điện. Dòng điện một chiều chuyển các ion qua màng để tạo ra dòng nước ngọt và dòng nước muối có nồng độ cao hơn. Màng hình thành một rào cản giữa dung dịch muối và “nước ngọt”. Phía màng có nồng độ muối cao hơn sẽ gây ra hiện tượng phân cực nồng độ, nhiễm bẩn hữu cơ, tạo cặn khoáng chất đá vôi và các kết tủa khác. Hình 1.8 Sự di chuyển các ion trong quá trình điện thẩm (Nguồn: H. El-Dessouky and H. Ettouny, “Study on water desalination technologies”, prepared for ESCWA in January, 2001) 1.2.2 Công nghệ thẩm thấu nghịch Thẩm thấu nghịch, còn được gọi là siêu lọc, hiện là công nghệ lọc tốt nhất. Tiến trình này cho phép loại bỏ các hạt chẳng hạn như ion khỏi dung dịch. Thẩm thấu nghịch được sử dụng để lọc nước và loại bỏ muối cũng như các tạp chất khác để cải thiện màu sắc, mùi vị hoặc các tính chất của dung dịch. Nó có thể được sử dụng để lọc các dung dịch như ethanol và glycol. Màng thẩm thấu nghịch sẽ cho phép các dung dịch này đi qua đồng thời cản các ion và chất ô nhiễm khác. Công nghệ thẩm thấu nghịch được sự dụng phổ biến để lọc nước, đáp ứng được các chỉ tiêu khắt khe nhất hiện nay. Công nghệ thẩm thấu nghịch sử dụng một loại màng bán thấm có hàng triệu lỗ tí hon, cho phép nước biển đi qua, đồng thời cản chất ô nhiễm như vi khuẩn, muối, đường, protein, các hạt, nitrate, chloroform, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng, chất nhuộm, trihalomethanes, các chất hữu cơ khác và những thành phần có trọng lượng hơn 150-250 dalton. Phần lớn công nghệ loại này sử dụng một tiến trình được gọi là dòng giao nhau, cho phép màng liên tục tự làm sạch. Khi một số nước biển đi qua màng, phần còn lại tiếp tục xuôi dòng, cuốn theo các chất hoặc sinh vật bị cản ra khỏi màng. Tiến trình cần một lực đẩy để đẩy nước đi qua màng và lực phổ biến nhất là áp lực từ bơm. Áp lực càng cao, lực đẩy càng lớn. Công việc tách các ion được trợ giúp bởi các hạt nhiễm điện. Điều đó có nghĩa là các ion bị hoà tan song mang điện tích, như muối, chắc chắn bị đẩy khỏi màng so với những ion không nhiễm điện như các chất hữu cơ. Điện tích và hạt càng lớn, khả năng bị đẩy càng cao. Nhà máy biến nước biển thành nước ngọt đầu tiên tại Anh sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược. Nước biển từ cửa sông hoặc biển chảy vào nhà máy theo chiều ngang. Nó chứa ion natri và chloride. Áp lực được tác động theo chiều thẳng đứng đẩy nước muối đi qua màng siêu mịn. Nước đi ra khỏi màng có thể sử dụng để uống, tưới tiêu và nhiều mục đích khác. Cặn muối và các tạp chất khác được thải trở lại biển. Tại các nhà máy khử muối sản xuất nước sử dụng cho sinh hoạt, các tiến trình hậu xử lý được triển khai để đảm bảo nước đáp ứng các tiêu chuẩn sức khoẻ cũng như tiêu chuẩn chống bào mòn đường ống. Sản phẩm nước được khử muối thường tinh khiết hơn so với các tiêu chuẩn nước uống. Do vậy, khi được sử dụng cho các đô thị, nhà máy nước thường trộn nó với các loại nước có mức chất rắn hoà tan cao hơn. Nước được khử muối có tính axít cao nên bào mòn đường ống. Do vậy, nó phải được trộn với các nguồn nước khác hoặc được điều chỉnh độ pH, tính cứng và tính kiềm trước khi ra khỏi nhà máy. 1.2.3 Màng thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO) Trong quá trình thẩm thấu ngược, nước từ nguồn dung dịch muối áp lực cao được tách muối hoà tan bằng cách thấm qua màng bán thấm. Dòng chất lỏng thấm qua màng đựơc gọi là dòng lọc (Permeate), nó được sinh ra do chênh lệch áp suất giữa dung dịch muối có áp suất của dòng sản phẩm xấp xỉ với áp suất khí quyển. Phần còn lại của dung dịch cấp vào tiếp tục chảy qua màng bên phía có áp suất cao và tạo ra dòng đặc (có hàm lượng muối cao). Ở đây hoàn toàn không cần gia nhiệt và cũng không diễn ra quá trình biến đổi pha. Do đó năng lượng chủ yếu là cấp cho quá trình là tạo áp cho dòng vào của hệ thống RO.Áp suất làm việc của hệ thống RO đối với nước lợ từ 250÷400 psi, còn đối với nước biển từ 800 ÷ 1000 psi Cấu tạo lớp màng [4] Hình 1.9: Cấu tạo một lõi màng thẩm thấu ngược RO Trên thực tế, nước cấp được bơm vào bình kín để tạo ra áp suất trên bề mặt màng, một phần nước thấm qua màng, phần còn lại có nồng độ muối cao hơn nồng độ muối trong nước cấp vào. Để giảm nồng độ các muối hoà tan trong phần còn lại người ta xả bớt một phần ra khỏi bình chứa. Nếu không xả thì nồng độ muối trong dung dịch cấp vào sẽ không ngừng tăng lên dẫn tới yêu cầu năng lượng cấp vào cũng phải gia tăng để khắc phục hiện tượng gia tăng áp suất thẩm thấu. Hình 1.10 biểu diễn quy trình khử mặn của một hệ thống thẩm thấu ngược gồm các giai đoạn cơ bản sau: Hình 1.10 Sơ đồ quy trình khử mặn bằng màng thẩm thấu ngược RO (Nguồn:http://www.awa.asn.au/Content/NavigationMenu2/AboutWaterandthe WaterIndustry/WaterFacts/FactSheets/Desalination/) Đưa nước từ biển vào (Intank seawater) Các nhà máy khử muối thường đặt gần bờ biển nhưng vì mực nước bỉển thấp đồng thời thường lấy nước cách xa bờ từ vài chục đến vài trâm mét do đó mà phải tốn năng lượng cho bơm để hút nước từ biển vào. Tiền xử lý (Pretreament) Nước trước khi cấp vào các module màng lọc cần phải loại bỏ chất rắn lơ lửng, điều chỉnh pH cho phù hợp, bổ sung thêm các ức chế kiểm soát thành phần các chất gây ra hiện tượng đóng cặn trên bề mặt màng như CaSO4 , cũng như các thành phần có thể kéo màng sinh học trên bề mặt màng. Tạo áp và phân tách bằng màng RO (Reserve Osmosis Process) Áp suất được tạo ra nhờ hệ thống bơm. Tuỳ thuộc vào từng loại màng cũng như thành phần và nồng độ trong nước mà áp lực được tạo ra khác nhau khi đưa vào hệ thống tách màng. Do tính chất đặc biệt của màng bán thấm ngăn chặn các muối hoà tan nhưng lại cho phép nước thấm qua. Nên kết quả là sau khi đi qua các module màng, từ dòng nước biển ban đầu sẽ tạo thành hai dòng: Dòng nước tinh khiết và dòng dung dịch muối đậm đặc. Do màng không hoàn hảo nên các muối hoà tan vẫn có thể thấm qua nó, kết quả là trong dòng sản phẩm vẫn có thể chứa một lượng nhỏ muối hoà tan. Màng thẩm thấu ngược thường được thiết kế dưới dạng các module với các dạng khác nhau như: + Module dạng cuộn xoắn; + Module dạng sợi xốp rỗng; + Module dạng đĩa. Nhưng trong số đó thì module dạng xoắn ốc được sử dụng rộng rãi và hiệu quả hơn cả. Xử lý bổ sung - Ổn định nước (Post - Treament) Nước sản phẩm sau khi ra khỏi hệ thống lọc RO sẽ được điều chỉnh pH và đuổi khí trước khí vào bể chứa và vào hệ thống phân phối Trữ trong bể chứa (Freshwater storage) Thông thường thì nước sau xử lý được xả vào các bể chứa trước khi đưa vào mạng lưới phân phối. 1.3. Các công nghệ khử mặn mới đang được nghiên cứu và thử nghiệm hiện nay 1.3.1 Công nghệ khử mặn tiêu thụ ít năng lượng và chi phí thấp Tại New Mexico và các khu vực khác trên thế giới có nguồn nước lợ trữ lượng dồi dào, nước có thể dẫn theo đường ống và được lọc sạch, nhằm tăng cường cho nguồn cấp nước ngọt hạn chế. Tuy nhiên, các quy trình khử mặn truyền thống như thẩm thấu ngược và thẩm tách bằng điện lại tiêu thụ nhiều năng lượng. Viện Nghiên cứu Tài nguyên nước New Mexico đã tài trợ cho dự án này nhằm nghiên cứu tính khả thi của việc sử dụng nhiệt có giá trị thấp như nhiệt mặt trời và nhiệt thải từ quá trình làm mát hoặc điều hoà không khí để vận hành quy trình khử nước mặn. Quy trình mới được triển khai từ quy trình trước đây của các nhà nghiên cứu ở Florida, có thể chưng cất nước mặn ở nhiệt độ tương đối thấp, 45 – 50oC chứ không phải là 60 – 100oC như ở phần lớn quy trình chưng cất khác. Hệ thống mới sử dụng hiệu ứng tự nhiên của trọng lực và áp suất khí quyển, tạo ra môi trường chân không mà trong đó nước có thể bốc hơi và ngưng tụ ở nhiệt độ gần với môi trường xung quanh. Hai đường ống đứng dài khoảng 10m - một ống đi từ bể nước mặn, còn ống kia đi từ bể nước sạch, được nối với nhau bằng một đường ống ngang. Áp lực của chiều cao cột nước tạo ra môi trường chân không ở đỉnh cột. Ở nhiệt độ thường, hơi từ bên ống dẫn nước sạch sẽ di chuyển sang ống dẫn nước mặn và ngưng tụ khi hệ thống ở trạng thái cân bằng. Quy trình này là tự nhiên, song các nhà khoa học lại muốn quy trình diễn ra theo hướng khác. Bằng cách tăng nhiệt độ của nước ở đỉnh cột trong ống dẫn nước mặn cao hơn so với ống dẫn nước ngọt để tạo ra dòng chảy theo hướng ngược lại. Như vậy, nước sạch, sau khi chưng cất sẽ được thu hồi ở phía còn nước muối cô đặc được thu vào bể chứa riêng. Nhiệt độ chỉ cần tăng 10 – 15oC. Trên đây chỉ là một thủ thuật, các nhà khoa học không đun nước giống như chưng cất bình thường, mà sử dụng nguồn nhiệt lượng thấp như năng lượng mặt trời hoặc nhiệt thải từ động cơ diesel hoặc một số nguồn nhiệt thải khác. Hệ thống khử mặn áp dụng phương pháp này có thể lắp đặt cùng với hệ thống điều hoà không khí trong nhà. Khi bật máy điều hoà, máy sẽ hút nhiệt ra ngoài và nhiệt thải bay vào khí quyển. Tuy nhiên, lượng nhiệt thải này có thể được thu giữ và sử dụng để cấp năng lượng cho hệ thống khử mặn. Hiện tại, hệ thống thử nghiệm hoạt động nhờ các tấm thu năng lượng mặt trời. Bất kỳ hệ thống khử mặn nào cũng đều tạo ra nước muối cô đặc cần phải xử lý, một số trường hợp có thể tránh được vấn đề này bằng cách điều chỉnh chiều cao của thiết bị. Công nghệ mới này có thể nhanh chóng được triển khai ở quy mô thương mại và với chi phí rất cạnh tranh. 1.3.2 Tăng hiệu quả khử mặn bằng cách bổ sung thêm amôniắc (NH3) và CO2 Trong các năm qua, nhờ các công nghệ màng và thiết bị thu hồi năng lượng tiên tiến mà công nghệ thẩm thấu ngược ngày càng được chấp nhận và hiệu quả hơn. Nhưng nước được tạo ra từ quá trình khử mặn vẫn có giá tới 2 USD/1000 gallon, cao hơn 2 lần so với chi phí xử lý nước truyền thống. Một lý do khác khiến chi phí cao là do nguồn năng lượng sử dụng và các chi phí phát sinh khác. Thông thường thì thẩm thấu ngược có thể chuyển 35–50% thể tích nước mặn thành nước ngọt cùng một lượng nước mặn dạng đậm đặc. Nếu ở gần bờ biển, lượng nước này sẽ đưa quay trở lại biển. Tuy nhiên, việc xử lý lại không hề đơn giản khi các nhà máy xử lý nước đặt trong đất liền và khi đó muối là một vấn đề đối với các thuỷ vực dùng cho mục đích cấp nước sạch. Khử nước lợ trong đất liền đòi hỏi một bước bổ sung là bay hơi (làm khô) vì việc bơm xuống dưới đất có thể làm ảnh hưởng đến nước ngầm . Nhóm nghiên cứu của Yale là nhóm duy nhất thực hiện công nghệ khử mặn trong những năm gần đây và kết quả nghiên cứu của nhóm cho đến nay đang hứa hẹn những triển vọng. Trong công nghệ thẩm thấu ngược, áp suất cao có thể lên đến 70kg/cm2 nhằm đẩy nước mặn qua một lớp màng bán thấm và để lại lớp muối trên đó. Cần phải giữ ở áp suất này để chống lại xu thế tự nhiên nước ngọt thấm ngược lại qua lớp màng và hoà tan với nước mặn. Với hệ thống thẩm thấu cải tiến, các nhà nghiên cứu đã lợi dụng ưu điểm của xu thế tự nhiên này. Nước mặn chứa ở một phía của màng lọc, còn nước ngọt ở phía đối diện được chuyển thành dạng dung dịch đặc bằng cách cho thêm amôniắc (NH3) và CO2. Nước mặn tự nhiên nay được chuyển thành một dạng nước cốt, có nồng độ chất tan cao gấp 10 lần so với nước mặn. Elimelech, người nhận được giải thưởng Clarke 2005 của Viện nghiên cứu nước quốc gia (Mỹ) cho biết, họ chỉ muốn nước dịch chuyển theo xu thế hợp lý mà không cần tạo áp suất. Dung dịch tan này sau đó được đun nóng ở nhiệt độ 58°C nhằm làm bay hơi CO2 và NH3 tạo ra nước ngọt cho tái sử dụng. Hiện nay, một số công ty đang triển khai hệ thống thẩm thấu ngược này để xử lý nước thải và làm sạch nước rác từ các bãi chôn lấp. Và chưa có công ty nào ứng dụng quy trình để xử lý nước mặn. Hiện chỉ có một loại màng duy nhất được bán dùng cho thẩm thấu ngược trong lọc nước sạch dùng để uống. Loại màng này không phải là giải pháp tối ưu cho việc khử nước mặn. Với hệ thống lọc mới có thể loại bỏ được 95– 99% lượng muối khi nước thấm qua màng với hiệu quả 2,1–21,2 gallon nước sạch/m2/ngày. Qua quan sát một số lần thử nghiệm, các nhà nghiên cứu phát hiện hiệu suất lọc thấp hơn. Lý do là nước mặn hòa tan thêm một lượng nước cốt nằm trong các lỗ của màng lọc và dần dần làm giảm áp suất thẩm thấu và lưu lượng dòng chảy. Cho đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa đánh giá hiệu suất của một bộ phận quan trọng trong hệ thống thử nghiệm đó là trụ lọc nước có tác dụng tách các chất tan trong nước sạch. Công việc nghiên cứu cần tiếp tục nhằm cân nhắc thận trọng hơn về lượng NH3 sử dụng trong quy trình cuối cùng sẽ được khử hoàn toàn để có được nước sạch đảm bảo hàm lượng NH3 thấp hơn 2 mg/l. Việc khử dư lượng NH3 sẽ làm tăng chi phí của hệ thống. Hệ thống mới còn sử dụng rất ít năng lượng, chỉ tốn 1kWh và 1200 MJ cho mỗi 1000 gallon nước tạo ra. Nếu sử dụng nhiệt thải, chi phí về năng lượng hầu như bằng không. Công việc sắp tới là đánh giá hiệu suất năng lượng đối với trụ lọc nước. Chi phí năng lượng thực sẽ xác định hệ thống mới có chi phí hiệu quả không. Đây mới là nhân tố chính quyết định sự thành công của công nghệ.