Thử nghiệm công nghệ chưng cất màng khử mặn nước biển để cung cấp nước uống cho người dân trên các đảo nhỏ của Việt Nam

 cung cấp nước uống. 
2.2. Thiết kế hệ thống MD ở quy mô hiện trường 
Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các cấu 
hình cơ bản và tham khảo các nghiên cứu công bố 
trước đây, đã lựa chọn cấu hình AGMD cho hệ thống 
MD ở quy hiện trường công suất 1 m3/ngày. Hệ 
thống MD triển khai trên đảo An Bình bao gồm 3 mô 
đun màng lọc AGMD (cung cấp bởi Aquastill, Hà 
Lan) được bố trí song song, 1 bể chứa nước cấp, 1 bể 
nước nóng và 1 bình thu nước cất (Hình 2). Mỗi mô 
đun màng lọc có kích thước (đường kính chiều 
cao) là 0,6 0,5 m, với diện tích bề mặt màng là 25,9 
m2. Hệ thống MD được tích hợp một trở và một máy 
lạnh (mỗi thiết bị có công suất là 3 kW) để cung cấp 
nhiệt cho bể nóng và lạnh cho bể chứa nước cấp. 
Nhiệt độ của nước trong bể nước nóng và trong bể 
nước cấp mát được đo bằng nhiệt kế PT100 gắn với 
bộ điều khiển và hiển thị. Điện năng tiêu thụ của hệ 
thống MD được ghi nhờ sử dụng một đồng hồ đo 
điện tích hợp trên hệ thống điều khiển và hiển thị. 
Trong nghiên cứu này, hệ thống MD được vận hành 
hoàn toàn bằng điện: điện cấp cho bơm tuần hoàn 
nước, điện vận hành trở và máy lạnh và điện cho hệ 
thống điều khiển và hiển thị. Nước biển trước khi cấp 
vào hệ thống MD được bơm từ một giếng đào trên 
bãi biển An Bình qua một lõi lọc thô (sử dụng các sợi 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 1 - TH¸NG 11/2020 93 
màng lọc có đường kính lỗ 1 m) để giảm các chất 
cặn bẩn lơ lửng trong nước biển. 
Hình 2. Hệ thống MD ở quy mô hiện trường được lắp 
đặt và khảo sát trên đảo An Bình, huyện đảo Lý Sơn, 
Quảng Ngãi 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Hoạt động của hệ thống MD ở các điều kiện 
vận hành khác nhau 
Trong quá trình MD khử mặn nói chung, các 
thông số vận hành có nhiều ảnh hưởng đến hoạt 
động của hệ thống MD bao gồm: nhiệt độ dòng cấp, 
lưu lượng tuần hoàn nước và độ mặn của nước cấp. 
Độ mặn của nước biển lấy tại đảo An Bình trong thời 
gian khảo sát ổn định trong khoảng 32.000 2.000 
mg/L. Do đó, hoạt động của hệ thống MD trên đảo 
An Bình được khảo sát khi vận hành ở các điều kiện 
nhiệt độ dòng cấp và lưu lượng tuần hoàn nước khác 
nhau. Hiệu quả hoạt động của hệ thống được đánh 
giá dựa trên 3 tiêu chí: thông lượng cất nước (thể tích 
nước cất thu được trên một đơn vị diện tích bề mặt 
màng trong một đơn vị thời gian, L/m2h), điện năng 
tiêu thụ riêng (điện năng tiêu thụ để thu được 1 m3 
nước cất, kWh/m3) và độ tinh khiết của nước cất thu 
được (đánh giá bằng độ dẫn điện của nước cất, 
S/cm). 
Kết quả vận hành thực nghiệm cho thấy nhiệt độ 
dòng cấp ảnh hưởng mạnh đến thông lượng cất nước 
và điện năng tiêu thụ của hệ thống MD khử mặn 
nước biển (Hình 3). Tăng nhiệt độ dòng cấp từ 600C 
lên 800C giúp tăng thông lượng cất nước gần như gấp 
đôi, từ 0,3 L/m2h lên 0,6 L/m2h. Tương ứng với sự 
tăng lên của thông lượng cất nước, điện năng tiêu thụ 
riêng của hệ thống MD giảm từ 140 kWh/m3 tại 
nhiệt độ dòng cấp là 600C xuống khoảng 87 kWh/m3 
ở nhiệt độ dòng cấp là 800C. Kết quả thực nghiệm 
thu được phù hợp với các kết quả nghiên cứu công 
bố trước đây về quá trình MD trong đó năng lượng 
tiêu thụ chủ yếu là năng lượng dành cho việc gia 
nhiệt dòng cấp. Khi tăng nhiệt độ dòng cấp mà vẫn 
giữ nguyên nhiệt độ đầu vào của dòng làm mát, nhiệt 
độ chênh lệch giữa 2 bên bề mặt màng tăng lên, áp 
suất hơi nước bão hòa chênh lệch giữa 2 bề mặt 
màng lớn hơn. Hơi nước dịch chuyển qua các lỗ 
màng với tốc độ nhanh hơn, do đó thông lượng cất 
nước lớn hơn. Nâng nhiệt độ dòng cấp cũng làm tăng 
điện năng tiêu thụ của hệ thống (điện năng dùng cho 
gia nhiệt và làm lạnh), nhưng tốc độ tăng của điện 
năng tiêu thụ thấp hơn so với tốc độ tăng của thông 
lượng cất nước. Nhờ vậy, điện năng tiêu thụ riêng 
của hệ thống (điện năng tiêu thụ/thể tích nước cất 
thu được) lại giảm xuống khi tăng nhiệt độ dòng cấp. 
Hình 3. Thông lượng cất nước và năng lượng tiêu thụ 
của hệ thống MD khi thay đổi nhiệt độ đầu vào của 
dòng nước cấp nóng 
Cùng với nhiệt độ đầu vào của dòng cấp, lưu 
lượng tuần hoàn nước cũng là một thông số ảnh 
hưởng mạnh đến hiệu quả hoạt động của hệ thống 
MD ở quy mô hiện trường. Tăng lưu lượng tuần hoàn 
nước cũng làm tăng thông lượng cất nước và giảm 
điện năng tiêu thụ của hệ thống MD (Hình 4). Có 2 
cơ chế giải thích cho ảnh hưởng tích cực của lưu 
lượng tuần hoàn nước lên thông lượng cất nước và 
điện năng tiêu thụ riêng của hệ thống. Thứ nhất, khi 
tăng lưu lượng cất nước trong điều kiện nhiệt độ đầu 
vào của dòng cấp và dòng làm mát được giữ nguyên 
ở 800C và 250C, nhiệt độ chênh lệch giữa 2 bên bề 
mặt màng (giữa khoang cấp và khoang làm mát) sẽ 
tăng lên do thời gian lưu ở bên trong khoang làm mát 
của dòng làm mát ngắn hơn. Nhiệt độ chênh lệch 
giữa hai bên bề mặt màng tạo ra sự chênh lệch áp 
suất hơi nước giữa hai phía của các lỗ màng, chính là 
động lực cho sự dịch chuyển hơi nước từ dòng cấp 
sang bề mặt tấm ngưng để ngưng tụ thành nước cất. 
Thứ hai, trong quá trình MD khử mặn nước biển, 
luôn xảy ra hiện tượng phân cực nhiệt độ và phân cực 
nồng độ. Phân cực nhiệt độ làm cho nhiệt độ của 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 1- TH¸NG 11/2020 94 
dòng cấp tại bề mặt màng thấp hơn so với ở bên 
trong dung dịch, trong khi phân cực nồng độ làm 
làm tăng nồng độ muối tại bề mặt màng. Cả hai hiệu 
ứng này đều làm giảm thông lượng cất nước của quá 
trình MD. Tăng lưu lượng tuần hoàn giúp tăng mức 
độ chảy rối của các dòng chất lỏng gần bề mặt màng, 
làm giảm hiện tượng phân cực nhiệt độ và phân cực 
nồng độ, do đó làm tăng thông lượng cất nước của 
quá trình MD. 
Hình 4. Thông lượng cất nước và năng lượng tiêu thụ 
của hệ thống MD khi thay đổi lưu lượng tuần hoàn 
nước 
3.2. Hoạt động của hệ thống MD với nước biển 
trong thời gian thực nghiệm kéo dài 
Sau khi đã đánh giá được ảnh hưởng của các 
thông số vận hành chính lên hiệu quả hoạt động, hệ 
thống MD được vận hành với nước cấp là nước biển 
(đã được sơ lọc bằng lõi lọc kích thước lỗ 1 m) 
trong thời gian kéo dài 30 ngày. Trong mỗi ngày, hệ 
thống MD được khởi động vào buổi sáng và được vận 
hành ở các điều kiện không đổi là nhiệt độ dòng cấp 
800C, nhiệt độ đầu vào dòng làm mát 250C, lưu lượng 
tuần hoàn nước là 360 L/h. Lưu lượng tuần hoàn 360 
L/h được lựa chọn để đảm bảo tránh được nguy cơ 
ướt màng lọc của quá trình MD khi vận hành trong 
thời gian dài, dù lưu lượng tuần hoàn lớn sẽ giúp tăng 
thông lượng cất nước và giảm điện năng tiêu thụ như 
đã khảo sát ở trên. Tại cuối ngày vận hành, hệ thống 
MD được chuyển sang trạng thái ngừng tạm thời 
(Standby), nguồn điện và nước cấp và hệ thống MD 
được ngắt, nhưng nước vẫn được giữ trong các mô 
đun màng để tránh hiện tượng màng bị khô và bị kết 
tủa. Các nghiên cứu công bố trước đây đã cho thấy 
thời gian sử dụng của màng lọc MD kéo dài đến 5 
năm mà không ảnh hưởng nhiều lên hiệu quả lọc khi 
màng lọc không bị khô và lắng cặn kết tủa trong quá 
trình vận hành. 
Các kết quả đo công suất cất nước, điện năng 
tiêu thụ và độ dẫn điện của nước cất thu được đã 
chứng tỏ hệ thống MD ở quy mô hiện trường có thể 
hoạt động ổn định trong thời gian kéo dài 30 ngày 
(Hình 5). Công suất cất nước của hệ thống MD ở quy 
mô hiện trường dao động quanh giá trị 45 L/h, tương 
ứng với công suất 1 m3/ngày khi hệ thống này được 
vận hành liên tục 24 giờ trong ngày. Điện năng tiêu 
thụ riêng của hệ thống duy trì ổn định ở mức 96 
kWh/m3, trong khi độ dẫn điện của nước cất thu 
được từ hệ thống MD luôn thấp hơn 80 S/cm. Độ 
dẫn điện này tương đương với hàm lượng muối tan 
trong nước cất không quá 35 mg/L, chứng tỏ nước 
cất thu được có độ tinh khiết rất cao. Bên cạnh độ 
dẫn điện và hàm lượng muối thấp, kết quả phân tích 
mẫu nước tiến hành tại Viện Công nghệ Môi trường, 
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 
cũng chứng tỏ nước cất thu được từ hệ thống MD 
trên đảo An Bình hoàn toàn đáp ứng được các chỉ 
tiêu theo tiêu chuẩn nước uống (QCVN 01: 
2009/BYT). Tuy nhiên, để đảm bảo vị ngon của nước 
uống, nước cất thu được từ hệ thống MD được cho 
qua lõi tạo khoáng đá (lõi lọc số 6 trong hệ thống lõi 
lọc của thiết bị lọc nước Karofi Việt Nam). 
Hình 5. Công suất cất nước, điện năng tiêu thụ riêng 
và độ dẫn điện của nước cất thu được từ hệ thống 
MD khi vận hành trong thời gian kéo dài với nước 
cấp là nước biển 
Kết quả thu được từ quá trình khảo sát thực 
nghiệm hệ thống MD trong thời gian kéo dài chứng 
tỏ tính khả thi của công nghệ MD cho khử mặn nước 
biển cả về phương diện kỹ thuật và kinh tế. Với mức 
điện năng tiêu thụ riêng là 96 kWh/m3 và giá điện 
sinh hoạt trên đảo An Bình là 2.200 đồng/kWh, chi 
phí vận hành để thu được 1 m3 nước uống trực tiếp từ 
nước biển bằng hệ thống MD là 511.200 đồng/m3 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 1 - TH¸NG 11/2020 95 
(bao gồm tiền điện và tiền công vận hành là 300.000 
đồng/ngày). Hiện tại, chi phí để mua 1 m3 nước uống 
được vận chuyển từ đảo Lý Sơn ra đảo An Bình là 
1.250.000 đồng. Từ sự so sánh này, có thể thấy được 
tính khả thi về hiệu quả kinh tế của công nghệ MD 
cho khử mặn nước biển ở trên các đảo nhỏ như đảo 
An Bình. Cũng cần lưu ý là chi phí tính toán ở trên 
chỉ bao gồm chi phí năng lượng và nhân công vận 
hành, chưa tính đến chi phí đầu tư hệ thống do đây 
mới chỉ là nghiên cứu bước đầu ở quy mô hiện 
trường. 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu khảo 
sát của hệ thống MD ở quy mô hiện trường công 
suất 1 m3/ngày đầu tiên ở Việt Nam. Hệ thống MD 
được thiết kế, lắp đặt và sau đó khảo sát thực nghiệm 
trong thời gian kéo dài 1 tháng tại đảo An Bình, 
huyện đảo Lý Sơn với mục đích cung cấp nước uống 
cho người dân trên đảo. Kết quả khảo sát thực 
nghiệm cho thấy rằng nhiệt độ dòng cấp và lưu lượng 
tuần hoàn nước là hai thông số vận hành ảnh hưởng 
lớn đến hiệu quả hoạt động của hệ thống MD; tăng 
nhiệt độ dòng cấp và lưu lượng tuần hoàn nước đều 
giúp tăng thông lượng cất nước và giảm điện năng 
tiêu thụ riêng của hệ thống. Trong thời gian khảo sát 
kéo dài 1 tháng, hệ thống MD khi vận hành ở nhiệt 
độ dòng cấp và lưu lượng tuần hoàn nước là 800C và 
360 L/h đạt công suất cất nước ổn định là 45 L/h với 
điện năng tiêu thụ riêng là 96 kWh/m3 nước cất. 
Nước cất thu được có độ tinh khiết rất cao, có độ 
mặn dưới 35 mg/L, đạt tiêu chuẩn nước uống theo 
quy định của Bộ Y tế. Với mức điện năng tiêu thụ 
trên, chi phí vận hành (gồm tiền điện và tiền công lao 
động) để thu được 1 m3 nước cất từ hệ thống MD 
khử mặn nước biển trên đảo An Bình là 511.200 
đồng. 
LỜI CẢM ƠN 
Công trình này được hoàn thành với sự hỗ trợ 
kinh phí của đề tài cấp Bộ Khoa học và Công nghệ, 
mã số KC.09.39/16-20. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Alsebaeai, M. K. and Ahmad, A. L., 2020. 
Membrane distillation: Progress in the improvement 
of dedicated membranes for enhanced 
hydrophobicity and desalination performance. J Ind 
Eng Chem 86, 13 - 34. 
2. Andrés-Mañas, J. A., Roca, L., Ruiz-Aguirre, 
A., Acién, F. G., Gil, J. D. and Zaragoza, G., 2020. 
Application of solar energy to seawater desalination 
in a pilot system based on vacuum multi-effect 
membrane distillation. Appl Energy 258, 114068. 
3. Andrés-Mañas, J. A., Ruiz-Aguirre, A., Acién, 
F. G. and Zaragoza, G., 2018. Assessment of a pilot 
system for seawater desalination based on vacuum 
multi-effect membrane distillation with enhanced 
heat recovery. Desalination 443, 110 -121. 
4. Dow, N., Gray, S., Li, J.-d., Zhang, J., 
Ostarcevic, E., Liubinas, A., Atherton, P., Roeszler, 
G., Gibbs, A. and Duke, M., 2016. Pilot trial of 
membrane distillation driven by low grade waste 
heat: Membrane fouling and energy assessment. 
Desalination 319, 30 - 42. 
5. Duong, H. C., Cooper, P., Nelemans, B., Cath, 
T. Y. and Nghiem, L. D., 2016. Evaluating energy 
consumption of air gap membrane distillation for 
seawater desalination at pilot scale level. Sep Purif 
Technol 166, 55 - 62. 
6. Ghaffour, N., Soukane, S., Lee, J. G., Kim, Y. 
and Alpatova, A., 2019. Membrane distillation 
hybrids for water production and energy efficiency 
enhancement: A critical review. Appl Energy 254, 
113698. 
7. González, D., Amigo, J. and Suárez, F., 2017. 
Membrane distillation: Perspectives for sustainable 
and improved desalination. Renew Sust Energ Rev 
80, 238-259. 
8. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 01: 
2009/BYT về chất lượng nước ăn uống do Bộ Y tế 
ban hành. 
9. Shim, W. G., He, K., Gray, S. and Moon, I. S., 
2015. Solar energy assisted direct contact membrane 
distillation (DCMD) process for seawater 
desalination. Sep Purif Technol 143, 94-104. 
10. Suwaileh, W., Johnson, D. and Hilal, N., 
2020. Membrane desalination and water re-use for 
agriculture: State of the art and future outlook. 
Desalination 491, 114559. 
10. Wang, P. and Chung, T.-S., 2015. Recent 
advances in membrane distillation processes: 
Membrane development, configuration design and 
application exploring, J Membr Sci 474, 39 - 56. 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 1- TH¸NG 11/2020 96 
MEMBRANE DISTILLATION SEAWATER DESALINATION FOR DRINKING WATER PROVISION ON 
ISLANDS IN VIETNAM 
Duong Cong Hung1, Trinh Van Giap2, Tran Thi Thu Lan2* 
1School of Environmental Engineerging, Le Quy Don Technical University 
2Institute of Envrionmental Engineering, Vietnam Academy of Science and Technology 
Email: thulan180679.vn@gmail.com 
Summary 
Membrane distillation (MD) has been considered a promising desalination technology to provide drinking 
water to people living in remote coastal areas and on islands. MD is hybrid process that combines 
traditional thermal distillation and membrane filtration; thus, it inherits the advantages of these both 
separation technologies. In the world, MD has been developed and deployed for drinking water provision 
with capacity up to 100 m3/day. In this study, for the first time, a pilot seawater MD desalination system was 
designed, built, and trialed on an island in Vietnam. The pilot MD system was operated with real seawater at 
different water temperatures and water circulation rates to examine the performance of the system. The 
experimental results demonstrate strong influences of the feed inlet temperature and water circulation rates 
on the water flux and specific energy consumption of the system. When operated under the feed inlet 
temperature of 800C, water circulation rate of 360 L/h, the system could produce 45 L/h of high quality 
distillate with the specific energy consumption of 96 kWh/m3. The estimated production cost (i.e. for 
electricity and labor) of the pilot MD system for 1 m3 of drinking water was 511,200 VND. 
Keywords: Membrane distillation, membrane process, desalination, seawater desalination. 
Người phản biện: GS.TS. Nguyễn Xuân Cự 
Ngày nhận bài: 17/8/2020 
Ngày thông qua phản biện: 18/9/2020 
Ngày duyệt đăng: 25/9/2020