Một nhà máy khử mặn quy mô lớn tại vịnh Bột Hải của Trung Quốc vừa đạt bước đột phá về hiệu quả năng lượng, giảm hơn một nửa lượng điện tiêu thụ, đồng thời biến hàng triệu tấn nước muối thải có nồng độ cao thành muối hóa chất có giá trị.
Nhà máy nằm trong khu công nghiệp Tào Phi Điện, thành phố Đường Sơn, tỉnh Hà Bắc, gần đây đã bước vào giai đoạn sản xuất thử nghiệm, theo tờ Science and Technology Daily của Trung Quốc đưa tin hồi tháng trước.
Theo báo cáo, công nghệ này mở ra hướng đi khả thi để giải quyết một vấn đề môi trường toàn cầu: xử lý lượng nước biển cô đặc phát sinh từ quá trình khử mặn thay vì xả trực tiếp ra biển.
Nhà máy xử lý nước muối thải theo tỷ lệ 3:1, tạo ra 1 tấn nước biển cô đặc đã qua tinh chế, có độ mặn 120 gram/lít, cùng 2 tấn nước ngọt.
Lượng nước muối tinh chế sau đó được dẫn trực tiếp qua đường ống đến một nhà máy hóa chất cách đó 50 km để sản xuất soda ash (natri cacbonat, hay soda công nghiệp). Đây là nguyên liệu cơ bản được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất thủy tinh, luyện kim, giấy, nhuộm và thực phẩm.
Theo ông Triệu Lâm, người đứng đầu bộ phận nghiên cứu và phát triển của Tập đoàn Tangshan Sanyou, đơn vị đứng sau công nghệ này, dự án hiện có quy mô lớn nhất và mức tiêu thụ năng lượng thấp nhất thế giới trong số các công nghệ tương đương.
“Với mỗi 10.000 nhân dân tệ (1.490 USD) giá trị sản phẩm tạo ra, nhà máy tiêu thụ ít hơn 60% điện năng so với các phương pháp khử mặn thông thường”, ông Triệu nói với Science and Technology Daily.
Cũng trong bài viết này, ông Lưu Lan, kỹ sư cao cấp tại Đại học Hải dương Trung Quốc ở tỉnh Sơn Đông, mô tả việc khai thác nước biển cô đặc trên quy mô lớn để thu hồi tài nguyên là điều “chưa từng có tiền lệ”.
“Công nghệ này đã hoàn thiện chuỗi công nghiệp tuần hoàn, kết nối các khâu khử mặn nước biển, tinh chế nước biển cô đặc và sản xuất hóa chất từ muối”, ông Lưu cho biết.
Nhiều năm nghiên cứu để giải bài toán nước muối cô đặc
Nhà máy là kết quả của nhiều năm hợp tác nghiên cứu giữa các trường đại học và doanh nghiệp.
Tại hệ thống tiền xử lý, các tạp chất không hòa tan được lọc khỏi nước muối trước khi công đoạn khó nhất bắt đầu: tách các ion hóa trị hai như canxi, magiê và sunfat.
Khi nước muối được cô đặc ở tỷ lệ cao, những ion này nhanh chóng kết tủa, tương tự lớp cặn vôi hình thành trong ấm đun nước. Chúng có thể làm tắc đường ống, gây hư hỏng thiết bị màng lọc và rất khó loại bỏ.
Một thách thức khác là dây chuyền phải giữ lại lượng muối có trong nước muối thải. Đây cũng là điều kiện quan trọng để công nghệ có thể vận hành hiệu quả cả về kỹ thuật lẫn kinh tế.
Theo báo cáo, sau hàng trăm lần thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã xác định và xử lý thành công nút thắt then chốt này.
Tháng 9/2023, doanh nghiệp có trụ sở tại Đường Sơn chính thức đưa nhà máy thí điểm vào hoạt động.
Vận hành đồng thời 5 dây chuyền sản xuất, cơ sở này có thể tách chính xác các ion canxi và magiê – những khoáng chất gây đóng cặn dai dẳng – đồng thời giữ lại dung dịch natri clorua có độ tinh khiết cao, tức muối ăn thông thường.
Cô đặc nước muối lên 120 gram/lít mà không phá hỏng màng lọc
Sau khi giải quyết bài toán tách tạp chất, nhóm nghiên cứu tiếp tục tìm cách nâng độ mặn của nước muối thải từ mức 40–45 gram/lít lên 120 gram/lít.
Các phương pháp truyền thống để tách nước khỏi dung dịch muối có nồng độ cao như vậy đòi hỏi áp suất vật lý rất lớn. Theo nhóm nghiên cứu, áp suất cực cao không chỉ tiêu tốn nhiều năng lượng mà còn có nguy cơ làm biến dạng hoặc nghiền vỡ các màng lọc mỏng manh được sử dụng trong quy trình.
Để khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu chia quá trình cô đặc thành 4 giai đoạn riêng biệt. Họ lựa chọn các loại màng lọc phù hợp với đặc tính của từng giai đoạn, đồng thời xác định trình tự kết nối tối ưu giữa các bộ phận.
Tuy nhiên, việc chuyển phương án từ lý thuyết sang dây chuyền sản xuất thực tế vẫn đặt ra hàng loạt khó khăn. Một trong những vấn đề quan trọng nhất là lựa chọn được loại màng lọc phù hợp.
Trưởng nhóm nghiên cứu Triệu Lâm cho biết nhóm đã kiểm tra nghiêm ngặt các sản phẩm của những nhà sản xuất lớn trong và ngoài Trung Quốc. Sau nhiều vòng so sánh và kiểm chứng chéo, họ quyết định sử dụng sản phẩm của một thương hiệu trong nước.
Đến tháng 6 năm nay, toàn bộ dây chuyền đã được tích hợp thành công và giai đoạn đầu tiên của dự án chính thức bước vào quá trình chạy thử, hiệu chỉnh và đưa thiết bị vào vận hành.
Nhà máy hướng tới xử lý gần 100 triệu tấn nước biển cô đặc mỗi năm
Theo một quan chức tại khu công nghiệp nơi nhà máy tọa lạc, khi hoàn thành giai đoạn 3, cơ sở này dự kiến có thể xử lý gần 100 triệu tấn nước biển cô đặc thải ra mỗi năm.
Nếu đạt công suất dự kiến, nhà máy có thể góp phần giảm đáng kể gánh nặng môi trường đối với vịnh Bột Hải, nơi phải tiếp nhận lượng nước muối có nồng độ cao phát sinh từ hoạt động khử mặn.
Thay vì coi nước muối cô đặc là chất thải cần xả bỏ, công nghệ mới hướng tới tận dụng nguồn này làm nguyên liệu cho ngành hóa chất. Cách tiếp cận đó vừa có thể giảm áp lực lên môi trường biển, vừa tạo thêm giá trị kinh tế từ quá trình sản xuất nước ngọt.
Theo SCMP
