Van sử dụng trong hệ thống thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược (RO) là quá trình lọc nước theo đó nước dưới áp suất được đưa qua màng bán thấm để loại bỏ các chất gây ô nhiễm, ion, hạt lớn và các tạp chất khác. Để hệ thống thẩm thấu ngược hoạt động bình thường, nhiều loại van được sử dụng trong ứng dụng. Chúng tôi đề cập đến chức năng của các hệ thống này và vai trò của các van đối với hoạt động thành công của các hệ thống thẩm thấu ngược.

Quá trình thẩm thấu 

Hiện tượng thẩm thấu xảy ra tự nhiên khi hai dung dịch có nồng độ chất tan khác nhau được ngăn cách bởi một màng bán thấm. Màng này là vật liệu cho phép các phân tử có kích thước nhất định đi qua nó. Một ví dụ đơn giản về điều này là màng bán thấm cho phép các phân tử nước đi qua nhưng không cho phép các phân tử muối.

Nhìn vào hình ảnh bên trái trong Hình 2, ống hình chữ U có hai dung dịch được ngăn cách bởi một màng bán thấm. Có nước ngọt với nồng độ muối thấp (dung môi) ở một bên và nước mặn với nồng độ muối cao (chất tan) ở phía bên kia của màng. Nước có nồng độ muối thấp hơn sẽ bắt đầu di chuyển về phía có nồng độ muối cao hơn vì bản chất cố gắng đạt được trạng thái cân bằng của các phân tử dung môi tự do. Điều này làm cho mực nước ở phía có nồng độ muối cao hơn tăng lên. Nó được ‘đẩy’ lên bởi nước tinh khiết hơn cho đến khi áp suất thẩm thấu đủ cao. Áp suất thẩm thấu là áp suất cần thiết để ngăn cản sự thẩm thấu của các phân tử dung môi qua màng.

Thẩm thấu ngược

Như đã đề cập, thẩm thấu ngược là ‘thẩm thấu ngược;’ nó không phải là một quá trình tự nhiên. Do đó, để xảy ra hiện tượng thẩm thấu ngược, áp suất cần phải được tác dụng lên dung dịch có nồng độ chất tan cao hơn. Điều này dẫn đến việc các phân tử nước đi qua màng bán thấm về phía vùng có nồng độ chất tan thấp hơn. Áp suất này phải cao hơn áp suất thẩm thấu tự nhiên để nước tinh khiết đi qua, để lại dung dịch chủ yếu chứa chất gây ô nhiễm hoặc muối.

Hình 2 cho thấy ở phía bên phải một ống hình chữ U có thẩm thấu ngược đang hoạt động. Áp suất tác dụng lên nước có nồng độ muối cao hơn dẫn đến các phân tử nước di chuyển qua màng, do đó làm sạch nước.

Hệ thống thẩm thấu ngược

Một hệ thống thẩm thấu ngược đơn giản bao gồm một máy bơm cao áp (Hình 3 có nhãn B) làm tăng áp suất của nước cấp có chứa muối, ion hoặc tạp chất (Hình 3 có nhãn A). Điều này buộc nước đi qua màng RO (Thẩm thấu ngược) bán thấm (Hình 3 có nhãn C), để lại tất cả các muối hòa tan. Áp suất cần thiết tỷ lệ thuận với nồng độ muối của nước cấp.

Màng RO cho phép nước sạch hơn, được gọi là nước thấm qua (Hình 3 có nhãn E). Muối và các chất gây ô nhiễm khác bị màng ngăn lại sẽ thoát ra ngoài dưới dạng dòng chất thải (Hình 3 có nhãn D). Điều này có thể được rút ra ngoài hoặc nếu có thể, được tái chế thông qua hệ thống RO để tiết kiệm nước. Hệ thống RO loại bỏ tới 99% muối hòa tan (ion), hạt, mầm bệnh và vi khuẩn khỏi nước cấp.

Các loại van thẩm thấu ngược

Van điện từ máy lọc nước RO

Thông thường van điện từ của máy lọc nước RO là loại 2/2 chiều (1 đầu vào, 1 đầu ra dạng đóng/mở), lý tưởng cho việc điều khiển BẬT/TẮT nước. Có ba loại van điện từ:

Van điện từ chất lỏng hoạt động trực tiếp

Van điện từ tác động trực tiếp có thiết kế nhỏ gọn. Như đã thấy trong Hình 4, pít tông van điện từ nằm ngay trên đường dẫn dòng chảy hoặc lỗ và điều khiển chức năng bật/tắt của van điện từ. Vì nó không sử dụng màng nên dòng chảy bị hạn chế tùy theo kích thước lỗ.

Thông thường đây là từ 1 mm đến 5 mm. Vì loại van này hoạt động trực tiếp nên nó không phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất của hệ thống để hoạt động. Điều này làm cho nó lý tưởng cho các hệ thống áp suất thấp, nhỏ, trung bình và áp suất cao lên đến 150 bar. Kích thước cổng nằm trong khoảng từ 1/8” đến 3/8”.

Van điện từ hoạt động bán trực tiếp

Thiết kế này sử dụng màng treo và được vận hành thí điểm như trong Hình 5. Màng van điện từ bên trong được gắn hoặc treo từ cụm pít tông. Do đó, pít tông được cấp điện sẽ nâng màng lên và giữ cho nó mở một cách cơ học. Đồng thời, pít tông mở một lỗ thí điểm. Kết quả là, áp suất của môi trường hỗ trợ việc mở màng. Do đó, loại van điện từ này hoạt động mà không có chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra. Đó là lý tưởng cho các hệ thống áp suất thấp, vòng kín, cấp liệu bằng trọng lực và hút nước.

Van điện từ hoạt động gián tiếp

Van điện từ (Hình 6) sử dụng màng không được gắn vào pít tông điện từ. Do đó, màng vẫn nổi và sử dụng chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra để vận hành. Chênh lệch áp suất này được điều khiển bởi một mạch thí điểm được kích hoạt bằng điện từ. Cuộn dây điện từ/pít tông được gắn trên cổng kênh đầu ra kết nối đầu ra và khu vực phía trên màng. Khi được cung cấp năng lượng, áp suất phía trên màng được giải phóng vào cổng đầu ra thông qua kênh thí điểm này. Điều này gây ra chênh lệch áp suất nâng màng lên và cho phép môi trường chảy qua van. Khi mạch thí điểm được đóng lại, áp suất đầu vào tích tụ phía trên màng buộc nó phải đóng lại và dừng dòng chảy của môi trường.

Đó là lý tưởng cho các hệ thống áp suất trung bình đến cao, mở ra khí quyển và bơm cấp.

Kiểm tra van

Van kiểm tra thẩm thấu ngược được kết nối với các ống nước của màng RO hoặc cổng thoát nước thấm của vỏ màng. Các van này ngăn dòng chảy ngược vào màng. Khi có áp suất ngược trong hệ thống, chẳng hạn như khi bình chứa đầy, van vận hành bằng lò xo được gài và ngăn dòng nước chảy. Dòng chảy không được nối lại cho đến khi áp suất ngược giảm xuống dưới áp suất nạp. Các van này được yêu cầu cho các hệ thống vận hành với bình tích áp và/hoặc van ngắt tự động.

van nạp

Van cấp được sử dụng để kiểm soát việc cung cấp nước cấp cho hệ thống RO. Chúng có chức năng BẬT/TẮT. Thông thường, chúng là van điện từ. Chúng được cung cấp với nhiều kiểu dáng khác nhau và phù hợp với nhiều tình huống hệ thống ống nước.

van bi

Van bi hai chiều ngắt dòng nước vào và ra khỏi thiết bị bằng một phần tư vòng quay của tay cầm. Các van này có thể được kích hoạt bằng tay, bằng khí nén hoặc bằng điện. Chúng có thể được sử dụng ở các vị trí trung gian để ngăn dòng nước chảy vào hệ thống, bể chứa hoặc các bộ phận để bảo dưỡng dễ dàng hơn và kéo dài thời gian không sử dụng. Tùy thuộc vào vật liệu, chúng thường bền hơn so với van điện từ.

Van ngắt tự động

Van ngắt tự động tắt hoặc bật tùy thuộc vào mức độ của bể. Đây là những van hoạt động bằng màng hoạt động cùng với các bể điều áp trước. Chúng cũng hoạt động với các van phao để tự động tắt nguồn cấp cho hệ thống RO khi bể đầy và bật lại khi mức bể giảm xuống dưới một điểm đặt trước nhất định. Chúng giúp tiết kiệm và bảo tồn nước. Chúng hoạt động cơ học và không cần sử dụng điện.

van phao

Van phao có một phao cảm nhận mực nước trong bể hoặc bể chứa và tự động dừng dòng nước chảy vào bể hoặc bể chứa khi mực nước tăng vượt quá một điểm nhất định. Khi mực nước đạt đến vị trí phao, sức nổi của phao làm cho cánh tay của van nâng lên, do đó van sẽ đóng lại. Khi được sử dụng kết hợp với van ngắt tự động loại màng, áp suất ngược được tạo ra bằng cách đóng van bể sẽ kích hoạt van ngắt để tắt nước cấp chảy vào hệ thống RO. Khi nước được sử dụng và mực nước giảm xuống, van sẽ mở ra, nhả van ngắt và cho phép nước cấp chảy trở lại hệ thống RO.

Đặc điểm cần thiết của van điện từ

Lựa chọn vật liệu:

Vì các van của hệ thống RO xử lý nước có hàm lượng muối cao nên vật liệu van có nhiều khả năng bị xuống cấp do ăn mòn. Điều này xảy ra từ nước giàu clorua và hóa chất được sử dụng. Do đó hợp kim chống ăn mòn thường được sử dụng. Các loại nhựa như polyamit và thép không gỉ là lựa chọn phổ biến hơn cho các hệ thống RO để chống rỗ và ăn mòn kẽ hở. Đồng thau cũng là một lựa chọn truyền thống, nhưng đồng thau thông thường không thể được sử dụng với dung dịch clorua hoặc nước tinh khiết do quá trình khử kẽm.

Loại van:

• Van vận hành trực tiếp 2 chiều được sử dụng cho các hệ thống có lưu lượng thấp, nhỏ, trung bình và áp suất cao lên đến 150 bar. Kích thước cổng từ 1/8” đến 3/8”. Chúng không dựa vào chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra để hoạt động.
• Van vận hành trực tiếp 3 chiều được sử dụng khi cần ba cổng để đạt được hai trạng thái chuyển mạch. Đây là những lý tưởng cho điều khiển thiết bị truyền động và xi lanh hoặc chuyển hướng dòng chảy.
• Van điện từ hoạt động gián tiếp 2 chiều là lý tưởng cho các ứng dụng khí quyển, áp suất trung bình và lưu lượng cao. Chênh lệch áp suất cần phải lớn hơn 0,5 bar.
• Van vận hành bán trực tiếp 2 chiều lý tưởng cho các hệ thống đường ống có lưu lượng cao và áp suất thấp.

Các sản phẩm van

thường đóng

Van 2 chiều đóng khi mất điện và mở khi có điện. Khi các van 3 ngã không được cấp điện, cổng áp suất được đóng lại và cổng xi lanh được nối với cổng xả. Khi được cấp điện, cổng áp suất được nối với cổng xi lanh và cổng xả được đóng lại.

thường mở

Van 2 chiều mở khi mất điện và đóng khi có điện. Khi các van 3 chiều bị mất điện, cổng áp suất được nối với cổng xi lanh. Khi được cấp điện, cổng áp suất được đóng lại và cổng xi lanh được nối với cổng xả.

Phổ quát

Sự sửa đổi này cho phép van được kết nối ở vị trí thường đóng hoặc thường mở để chọn một trong hai chất lỏng hoặc chuyển hướng dòng chảy từ cổng này sang cổng khác.

Vôn

Chỉ định điện áp chính xác để đảm bảo nó có sẵn tại vị trí lắp đặt là rất quan trọng. Các điện áp phổ biến là:

• 12 V một chiều
• 24 V DC/AC
• điện xoay chiều 120 V
• điện xoay chiều 220 V
• điện xoay chiều 230 V