(VietNamNet) - Các nhà máy lọc nước biển là cần thiết tại các vùng khô hạn như Trung Cận Đông, nhằm cung cấp nước cho sinh hoạt cũng như công nghiệp. Do các nguồn nước mới bị hạn chế nên một số khu vực khác cũng xây dựng nhà máy khử muối quy mô lớn, trong đó có châu Âu và Mỹ.

Ai bảo châu Âu không thiếu nước?

Cách vận hành của nhà máy thẩm thấu nghịch: (1) Nước biển đi vào. (2) Muối chứa natri và chloride. (3) Áp lực đẩy nước qua màng. (4) Màng lọc. (5) Nước có thể uống được.

Công ty nước Thames Water tại London (Anh) sẽ đầu tư 200 triệu bảng Anh để xây dựng nhà máy lọc nước biển đầu tiên tại quốc gia này. Dự án sẽ giúp Thames Water đối phó với trình trạng thiếu nước sẽ làm cho London khô hạn hơn, tính theo đầu người, so với Madrid (Tây Ban Nha) hay Istanbul (Thổ Nhĩ Kỳ). Thames Water sẽ đệ trình kế hoạch lên chính quyền hạt Newham vào tháng này để xây dựng nhà máy ở cửa sông Thames.

Theo Thames Water, hơn 55% nước mưa tại khu vực này được sử dụng cho sinh hoạt, tỷ lệ cao nhất tại Anh. Dân số ngày càng tăng của London làm cho nguy cơ thiếu nước càng trở nên trầm trọng hơn. Số hộ gia đình ở London và vùng Đông Nam tăng lên cũng có nghĩa là nhu cầu nước của mỗi cá nhân vẫn đang tăng. Lượng nước mà mỗi khách hàng sử dụng hàng ngày hiện đứng ở mức 163l so với 153l vào năm 1990 và 140l vào đầu những năm 1980 (tăng 15%). Tới năm 2016, dân số London sẽ tăng thêm 700.000, tức lên gần tám triệu người. Sự thay đổi khí hậu cũng đang có tác động lớn và mùa hè ngày càng khô hạn hơn.

Nhà máy khử muối có thể khai trương vào đầu năm 2007, hút nước thuỷ triều và biến nó thành nước uống được. Thames Water hy vọng nhà máy sẽ đảm bảo nguồn nước cung cấp cho khách hàng trong suốt thời kỳ hạn hán, xử lý 150 triệu lít nước mỗi ngày, đủ để cung cấp cho 900.000 khách hàng. Nhà máy sẽ sử dụng công nghệ thẩm thấu nghịch, mới, giống như công nghệ được sử dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia Địa Trung Hải. Một nhà máy thử nghiệm gần địa điểm xây dựng đã đi vào hoạt động. Được biết cứ 100l nước biển được xử lý sẽ mang lại 85l nước ngọt.

Công ty Nước South East Water cũng dự định xây dựng thí điểm một nhà máy lọc nước biển nhở tại Newhaven, East Sussex sau thời kỳ khô hạn kéo dài chín tháng kỷ lục trong năm 2003. Nhiều người chắc chắn sẽ phản đối việc xây dựng nhà máy do những lo ngại về môi trường. Trong quá khứ, các nhà máy khử muối lớn tiêu thụ nhiều năng lượng. Chúng được coi là đắt tiền và huỷ hoại môi trường nước biển.

Biển - nguồn nước... ngọt vô tận!

Tuy nhiên, trên Trái đất, nước biển ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước uống do việc phát triển các nguồn nước ngọt tự nhiên bị hạn chế. Theo khảo sát của các tổ chức quốc tế, 97,5% nước trên Trái đất là nước biển và không hơn 2,5% là nước ngọt. Ngoài ra, phần lớn nước ngọt được dự trữ trong các sông băng, tảng băng và dưới lòng đất. Nước mà con người có thể sử dụng dễ dàng chẳng hạn như nước trong sông và hồ chỉ chiếm 0,01% tổng lượng nước ngọt. Trong khi đó, dân số toàn cầu tăng tới sáu tỷ người vào năm 2000 và sẽ đạt tám tỷ vào năm 2025. 3,5 tỷ người trong số này chắc chắn sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước.

Đã có nhiều nhà máy biến nước biển thành nước ngọt tại Trung Đông (Israel, Ảrập Xêút), Địa Trung Hải (Malta), châu Mỹ, Nam Âu, Caribbean, Nhật Bản, quần đảo Channel, đảo Tenerife và Gran Canaria - nơi nguồn nước tự nhiên rất hiếm do lượng mưa thấp. Israel và Ả-Rập Xê-út phải phụ thuộc nhiều vào những nhà máy như vậy để cấp nước cho người dân trong khi các bang Florida và California của Mỹ cũng bắt đầu xây dựng nhà máy lọc nước biển. 18 nhà máy kiểu này đang được xem xét xây dựng tại California.

Trong những thập kỷ 1960-1970, câu trả lời cho tình trạng thiếu nước là xây dựng nhiều hồ chứa hơn. Tuy nhiên, giá đất gia tăng đã làm cho các công ty nước thương mại không thể lựa chọn giải pháp này. Khử muối trong nước biển là một giải pháp tương đối mới. Nó bắt nguồn từ Trung Đông vào những năm 1980 và 1990. Trong tổng số hơn 7.500 nhà máy khử muối đang hoạt động trên toàn thế giới, 60% nằm tại Trung Đông với tổng công suất 16 tỷ lít nước mỗi ngày.

Nhà máy lọc nước biển lớn nhất Trái đất ở Ả-Rập Xê-út sản xuất 128 triệu galon mỗi ngày (tương đương 581 triệu lít). Ả-Rập Xê-út là nước sản xuất nước ngọt từ nước biển lớn nhất thế giới, đáp ứng 70% nhu cầu nước uống hiện nay của đất nước cũng như cung cấp cho các trung tâm đô thị và công nghiệp thông qua mạng lưới đường ống dài hơn 3.700km. Nhiều nhà máy mới đang được triển khai và sẽ đưa tổng số nhà biến nước biển thành nước ngọt lên gần 30.

Nhà máy biến nước biển thành nước ngọt tại vịnh Tampa, Mỹ.

Trong khi đó, 12% nước được khử muối của thế giới được sản xuất ở châu Mỹ với phần lớn nhà máy nằm tại Caribbean và Florida. Cho tới nay, mới chỉ có một vài nhà máy được xây dựng dọc bờ biển California. Nguyên nhân là do chi phí khử muối thường cao hơn chi phí khai thác các nguồn nước ngọt tự nhiên, chẳng hạn như nước ngầm hoặc dẫn nước từ các khu vực cách xa hàng trăm kilomet. Mỹ có 1.500 nhà máy khử muối khỏi nước ngầm và nước bề mặt với công suất năm tỷ lít mỗi ngày. Tuy nhiên, chưa có nhà máy nào biến nước biển thành nước ngọt đang hoạt động quốc gia này. Một nhà máy như vậy với công suất 100l/ngày sắp được hoàn tất tại Vịnh Tampa, bang Florida.

Công nghệ thẩm thấu nghịch

Khử muối là tiến trình loại bỏ các khoáng chất hoà tan khỏi nước biển, nước hơi mặn hoặc nước thải. Các nhà khoa học đã phát triển một số công nghệ khử muối, bao gồm thẩm thấu nghịch (reverse osmosis - RO), chưng cất, thẩm tách bằng điện và làm lạnh chân không.

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.

Farasan - nhà máy biến nước biển thành nước ngọt lớn nhất trên thế giới nằm tại Ả-Rập Xê-út.

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, mới. 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 a-xít 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.

Công nghệ chưng cất

Đây là nhà máy biến nước biển thành nước ngọt với công suất 800m3/ngày tại Eliat (Israel), sử dụng công nghệ thẩm thấu nghịch. Israel dự định tăng gấp đôi sản lượng nước từ 200 triệu m3/năm lên 400 triệu m3 nhằm đảm bảo nguồn cung cấp nước trong tương lai.

Trong tiến trình chưng cất, nước biển được đun nóng rồi bay hơi để tách muối hoà tan. Các phương pháp chưng cất phổ biến nhất bao gồm nén hơi (vapor compression - VC), MSF và chưng cất đa hiệu ứng (MED). Nén hơi liên quan tới việc làm bốc hơi nước đầu vào rồi nén hơi đó. Sau đó, hơi nước được ngưng tụ và nhiệt giải phóng tiếp tục được sử dụng làm bốc hơi nước đầu vào. Trong quy trình MSF, nước mặn được đun nóng và áp lực được hạ thấp để nước biến thành hơi. Tiến trình chưng cất đa hiệu ứng liên quan tới một số máy bốc hơi nước theo chuỗi. Hơi nước từ một chuỗi được sử dụng làm bốc hơi nước trong hiệu ứng tiếp theo. Một số nhà máy chưng cất kết hợp cả ba dạng trên. Chất thải của các tiến trình này là dung dịch muối.

MSF được phát triển tại các quốc gia vùng Vịnh vào đầu những năm 1970 và đã được ứng dụng thành công trên quy mô lớn tại bán đảo Ả Rập. MED cổ hơn MSF song lại tiết kiệm năng lượng nhiều hơn. Tuy nhiên, kỹ thuật này có một số trục trặc và công suất tối đa bị hạn chế so với MSF.

Lợi thế của nhà máy chưng cất là không cần phải đóng cửa một bộ phận lớn để làm sạch hoặc thay thế thiết bị thường xuyên như nhà máy RO. Lợi thế của các nhà máy RO là nước đầu vào không cần đun nóng, giảm mức năng lượng tiêu thụ. Ngoài ra, các nhà máy RO chiếm ít diện tích bền mặt hơn so với nhà máy chưng cất. Mặc dù số lượng nhà máy thẩm thấu nghịch nhiều hơn song hệ thống MSF hiện sản xuất trên 85% tổng nước được khử mặn trên thế giới.

Tác động môi trường

Nhiều người lo ngại về tác động tiềm năng của nhà máy lọc nước biển tới môi trường. Tại một số nhà máy, có khả năng sinh vật biển bị kẹt hoặc bị giết chết trong các màng lọc. Lo ngại chính về môi trường là liệu lượng cặn nước muối còn lại sau quá trình thẩm thấu sẽ làm tăng độ mặn cùng vùng biển nơi đặt nhà máy và ảnh hưởng tới sinh vật biển.

Công nghệ ngày nay có thể giải quyết được những vấn đề trên. Sau khi được bơm vào nhà máy khử muối, nước biển sẽ trải qua một loạt bước lọc để tách tảo, chất hữu cơ và các hạt khỏi nước. Nguồn nước được xử lý sơ bộ này tiếp tục trải qua tiến trình thẩm thấu nghịch sử dụng áp lực cao để đẩy nước qua các màng bán thấm, để lại muối và các khoáng chất khác đằng sau. Nước đi qua màng lọc sẽ được hoà vào hệ thống cung cấp nước sinh hoạt cũng như công nghiệp.

Nhà máy biến nước biển thành nước ngọt ở tỉnh Okinawa, Nhật Bản.

Chất thải lỏng (cặn nước muối cùng với hoá chất được sử dụng để làm sạch các thiết bị trong nhà máy) có thể được hoà với nước làm mát nhà máy điện hoặc nước từ nhà máy xử lý nước thải trước khi được đổ ra biển. Do vậy, độ mặn của nước biển không tăng. Một giải pháp khác là dẫn nước thải vào hệ thống cống tới nhà máy xử lý nước thải hoặc làm khô và chôn tại bãi. Các thiết bị cũng có thể được làm sạch bằng sinh vật hoặc nhiệt độ cao, tránh ô nhiễm.

Giá thành của nước do nhà máy khử muối cung cấp ở vào khoảng 1,5 USD cho 1.000l. Các nhà máy thẩm thấu nghịch hiện đại tiêu thụ mức năng lượng chỉ bằng 50% so với công nghệ trước đây nhờ vào những thiết bị phục hồi năng lượng. Ngoài ra, công nghệ RO còn giảm thiểu chi phí cũng như khí nhà kính phát thải. Chi phí xây dựng một nhà máy khử muối từ nước biển với công suất 100 triệu lít mỗi ngày ở vào khoảng 100 triệu USD hay lớn hơn.

Các nhà máy biến nước biển sẽ góp phần ngăn chặn các cuộc chiến tranh về nước trong tương lai. Tại Trung Đông, nhiều cuộc chiến tranh, đặc biệt là Cuộc chiến tranh 6 ngày vào năm 1967 giữa Israel với Ai Cập, Jordan, Syria, là những tranh chấp về nước. Ngoài ra, chúng còn giảm thiểu nạn ô nhiễm nguồn nước ngầm. Chẳng hạn, Syria hiện có hơn 16.000 giếng khoan bất hợp pháp nhằm khai thác nước từ tầng ngập nước. Nếu không được quản lý tốt, chính những giếng này có thể làm tầng nước ngầm bị ô nhiễm trầm trọng.

• Minh Sơn