Lọc màng là một phương pháp phổ biến được sử dụng để loại bỏ thuốc nhuộm từ nước thải, và hiệu suất của màng lọc là yếu tố quyết định đến hiệu quả và năng suất của quá trình lọc. Bài viết này thảo luận về việc đánh giá hiệu suất màng lọc thông qua một loạt thử nghiệm sử dụng các dung dịch tổng hợp chứa thuốc nhuộm. Hiệu suất của màng lọc được xác định dựa trên hai chỉ số chính: dòng chảy nước (Jw) và khả năng loại bỏ thuốc nhuộm (R%). Các thử nghiệm này được thực hiện bằng cách sử dụng một buồng thử nghiệm màng lọc trong phòng thí nghiệm, được thiết kế để mô phỏng các điều kiện thực tế và cung cấp khả năng kiểm soát chính xác các tham số thử nghiệm.
Thiết lập buồng thử nghiệm màng lọc
Các thử nghiệm hiệu suất màng lọc được thực hiện bằng một thiết bị thử nghiệm màng lọc ở quy mô phòng thí nghiệm. Hệ thống này, như đã minh họa (tham khảo biểu đồ bị bỏ qua), bao gồm một số thành phần chính:
Bộ phận màng lọc – Thành phần cốt lõi của hệ thống thử nghiệm, nơi chứa màng lọc được kiểm tra.
Bể chứa – Dùng để chứa dung dịch thuốc nhuộm tổng hợp.
Bộ điều chỉnh áp suất và bơm áp suất – Dùng để kiểm soát áp suất tác động lên màng lọc, duy trì điều kiện lọc ổn định.
Van – Điều khiển dòng chảy của dung dịch.
Diện tích hiệu quả của màng lọc trong buồng thử nghiệm là 15,89 cm², cung cấp một bề mặt kiểm soát cho quá trình lọc.
Dung dịch thuốc nhuộm tổng hợp
Hai dung dịch thuốc nhuộm tổng hợp được sử dụng trong nghiên cứu này là:
C.I. Disperse Yellow (119)
C.I. Disperse Red (167)
Cả hai dung dịch đều có nồng độ 0,1 g/L trong nước cất. Các thuốc nhuộm này được lựa chọn vì chúng thường được sử dụng trong ngành dệt, làm cho chúng có ý nghĩa đối với các nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp. Các dung dịch này được cung cấp liên tục vào mô-đun màng lọc với áp suất 5 bar và nhiệt độ 25°C. Các điều kiện này được chọn để mô phỏng các thông số hoạt động thông thường trong quá trình loại bỏ thuốc nhuộm.
Dòng chảy nước (Jw)
Dòng chảy nước là một chỉ số quan trọng trong đánh giá hiệu suất màng lọc, biểu thị lượng nước thấm qua màng trên một diện tích và thời gian cụ thể. Dòng chảy nước thường được biểu thị bằng LMH (L/m² h). Công thức để tính dòng chảy nước như sau:
Jw=ΔV/(A⋅Δt)
Trong đó:
ΔV là thể tích nước thấm qua (L),
A là diện tích hiệu quả của màng lọc (m²),
Δt là thời gian thẩm thấu (h).
Tính toán này cung cấp thông tin về hiệu quả của màng lọc trong việc cho phép nước thấm qua, trong khi vẫn giữ lại các chất khác như thuốc nhuộm. Giá trị dòng chảy nước cao hơn cho thấy màng có tính thấm nước tốt hơn.
Khả năng loại bỏ thuốc nhuộm (R%)
Khả năng loại bỏ thuốc nhuộm đo lường khả năng của màng lọc ngăn chặn sự di chuyển của các phân tử thuốc nhuộm, đảm bảo nước sạch được lọc qua trong khi thuốc nhuộm vẫn giữ lại ở phía cấp liệu. Công thức tính khả năng loại bỏ thuốc nhuộm là:
R(%)=(1−Cp/Cf)×100
Trong đó:
Cp là nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch thẩm thấu (dung dịch đã lọc),
Cf là nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch cấp liệu.
Khả năng loại bỏ thuốc nhuộm được biểu thị bằng phần trăm, với giá trị cao hơn cho thấy hiệu suất tốt hơn. Một màng lọc với khả năng loại bỏ 100% sẽ hoàn toàn chặn tất cả các phân tử thuốc nhuộm, trong khi giá trị thấp hơn cho thấy sự thẩm thấu một phần của các phân tử thuốc nhuộm.
Điều kiện thử nghiệm và kết quả
Dưới các điều kiện đã quy định với áp suất 5 bar và nhiệt độ 25°C, hiệu suất của màng lọc đã được đánh giá. Dòng chảy nước (Jw) và khả năng loại bỏ thuốc nhuộm (R%) đã được ghi lại cho mỗi dung dịch thuốc nhuộm, cung cấp số liệu định lượng về mức độ mà màng lọc hoạt động trong việc giữ lại thuốc nhuộm và cho phép nước sạch thấm qua.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất màng lọc
Có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của màng lọc trong quá trình lọc, bao gồm:
Vật liệu màng lọc – Các vật liệu khác nhau có thể có mức độ thẩm thấu và loại bỏ khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc và tính chất bề mặt của chúng.
Áp suất vận hành – Áp suất cao hơn thường tăng dòng chảy nước nhưng cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ thuốc nhuộm.
Nhiệt độ – Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung dịch giảm, có thể làm tăng dòng chảy nước nhưng giảm hiệu quả loại bỏ.
Hiện tượng phân cực nồng độ – Sự tích tụ các phân tử thuốc nhuộm bị loại bỏ trên bề mặt màng lọc có thể làm giảm hiệu suất của màng theo thời gian, hiện tượng này cần được theo dõi trong các chu kỳ lọc kéo dài.
Kết luận
Việc thử nghiệm màng lọc trong phòng thí nghiệm để loại bỏ thuốc nhuộm là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của chúng trong các ứng dụng công nghiệp. Bằng cách tính toán dòng chảy nước và khả năng loại bỏ thuốc nhuộm, các nhà nghiên cứu có thể xác định các màng lọc tốt nhất cho các nhiệm vụ cụ thể, chẳng hạn như xử lý nước thải từ ngành dệt may. Dữ liệu thực nghiệm thu được từ các thử nghiệm này giúp định hình thiết kế và vận hành các hệ thống lọc quy mô lớn, góp phần vào việc phát triển các giải pháp xử lý nước bền vững và hiệu quả.
Việc sử dụng các dung dịch thuốc nhuộm tổng hợp như C.I. Disperse Yellow (119) và C.I. Disperse Red (167) trong các điều kiện được kiểm soát cho phép kết quả tái lập và so sánh, điều này rất quan trọng để phát triển công nghệ màng lọc. Nghiên cứu tiếp theo có thể khám phá hiệu suất lâu dài của các màng lọc này và tính hiệu quả của chúng dưới các điều kiện vận hành khác nhau, chẳng hạn như sự thay đổi về nồng độ thuốc nhuộm hoặc nhiệt độ.
Tài liệu tham khảo
Oliveira, 2021
Wang, 2023