Bộ lọc, là cơ sở cốt lõi trong lĩnh vực xử lý nước, được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý nước thải khác nhau, xử lý nước thải công nghiệp, lọc nước uống và các tình huống khác. Tuy nhiên, trong sử dụng thực tế, các bộ lọc thường có hiệu suất kém, chẳng hạn như tốc độ lọc chậm, dễ tắc vật liệu lọc, hiệu quả rửa ngược kém, công suất xử lý nhỏ, chất lượng nước thải không ổn định và thậm chí có thể dẫn đến việc không-tuân thủ các tiêu chuẩn xả thải hoặc gây ô nhiễm thứ cấp. Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý mà còn làm tăng chi phí vận hành và khó khăn trong việc bảo trì. Vì vậy, cần tìm cách cải thiện hiệu suất của bộ lọc để đảm bảo nó hoạt động ổn định và hiệu quả. Bài viết này chia sẻ các cách cải thiện hiệu suất lọc cho các chuyên gia xử lý nước.
I. Điểm nghẽn của phương tiện lọc một lớp-
Bộ lọc cát một lớp truyền thống chủ yếu sử dụng cát thạch anh làm vật liệu lọc với kích thước hạt được thiết kế để tăng dần từ trên xuống dưới (mịn ở trên, thô ở dưới). Nhìn bề ngoài, điều này có vẻ như lọc từng lớp tạp chất, nhưng trong quá trình vận hành thực tế, các vấn đề thường xuyên phát sinh. Khả năng giữ-chất bẩn của bộ lọc là thước đo chính về hiệu suất, đề cập đến lượng tạp chất được giữ lại trên một đơn vị thể tích vật liệu lọc (đơn vị: kg/m³ hoặc g/cm²). Khả năng giữ-bụi bẩn mạnh có nghĩa là lớp lọc đóng vai trò quan trọng, mang lại hiệu quả lọc cao, chu trình làm việc dài và khả năng xử lý nước lớn. Tuy nhiên, sự phân bố tạp chất bị giữ lại trong một lớp vật liệu lọc cực kỳ không đồng đều: bề mặt (lớp trên) tích tụ nhiều tạp chất nhất, giảm dần xuống phía dưới, hầu như không có bẫy dưới 30 cm. Điều này khiến tổn thất cột áp (sức cản dòng chảy) tập trung chủ yếu ở lớp bề mặt, rút ngắn đáng kể chu trình lọc và thường dẫn đến tắc nghẽn trong vòng vài giờ. Điều này là do hướng dòng nước phù hợp với kích thước hạt ngày càng tăng, khiến tạp chất tích tụ nhanh chóng ở lớp trên. Nếu kích thước hạt được thay đổi để giảm dần theo hướng dòng nước (từ lớn đến nhỏ), tức là quá trình lọc "kích thước hạt ngược", thì các tạp chất có thể được phân bố đều, tăng khả năng giữ bụi bẩn, giảm thất thoát đầu, kéo dài chu trình làm việc và thậm chí tăng tốc độ lọc.
II. Lọc dòng chảy đi lên
Vật liệu lọc thông thường có kích thước hạt mịn hơn ở phía trên và kích thước hạt thô hơn ở phía dưới, với nước đi vào từ trên xuống và thoát ra từ phía dưới. Quá trình lọc dòng đi lên duy trì cùng kích thước hạt nhưng đảo ngược hướng dòng nước: nước đi vào từ dưới lên và thoát ra từ trên xuống, tạo thành chế độ "kích thước hạt đảo ngược".
Ưu điểm của thiết kế này là: phân bố tạp chất đồng đều trong lớp lọc, khả năng giữ-bụi bẩn được cải thiện, khả năng cản dòng nước tăng chậm hơn và chu trình làm việc kéo dài. Tuy nhiên, cần phải kiểm soát tốc độ lọc, vì tốc độ lọc cao có thể gây giãn nở lớp lọc, mất cát mịn ở lớp trên và ảnh hưởng đến chất lượng nước thải. Vì vậy, nên thêm lưới hoặc lưới vào lớp bề mặt để bảo vệ. Mặc dù phương pháp này có ưu điểm là phân bố kích thước hạt ngược nhưng nó gặp phải các vấn đề như hạn chế sự giãn nở của lớp lọc trong quá trình rửa ngược, khó loại bỏ bùn và loại bỏ bùn không hoàn toàn do dòng nước rửa ngược thẳng hàng với hướng lọc. Những vấn đề này khó có thể loại bỏ hoàn toàn nên không được sử dụng rộng rãi trong thực hành xử lý nước thải.
III. Lọc theo luồng hai chiều
Rửa ngược không đủ trong quá trình lọc dòng chảy đi lên đã dẫn đến sự phát triển của quá trình lọc dòng chảy hai chiều. Nước chảy vào đồng thời từ đáy và đỉnh bể lọc và chảy ra từ giữa. Lớp lọc phía trên sử dụng phương pháp dòng chảy đi xuống, trong khi lớp dưới sử dụng phân bố kích thước hạt ngược với dòng chảy đi lên, như thể hiện trong sơ đồ. Phần trên ổn định phần dưới, ngăn chặn sự giãn nở quá mức của lớp lọc. Thiết kế này có thể nâng cao khả năng giữ bụi bẩn-của vật liệu lọc và kéo dài chu trình lọc. Tuy nhiên, cấu trúc bể lọc phức tạp, vận hành cồng kềnh, chi phí bảo trì cao nên ít được sử dụng trong thực tế.
Mặc dù hai phương pháp trên có những hạn chế nhưng chúng chứng minh rằng việc thay đổi hướng dòng nước và cách bố trí phương tiện lọc có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của bộ lọc.
IV. Phương tiện lọc hai lớp-
Hiện tại, loại phổ biến nhất là phương tiện lọc hai lớp. Cấu trúc của nó tương tự như mô hình một lớp-nhưng thành phần lớp bộ lọc đã thay đổi. Lớp trên sử dụng vật liệu lọc nhẹ, trọng lượng riêng thấp và kích thước hạt lớn; lớp dưới sử dụng vật liệu lọc nặng có trọng lượng riêng cao và kích thước hạt nhỏ. Trong quá trình rửa ngược, do sự khác biệt về trọng lượng riêng, vật liệu nhẹ hơn ở trên và vật liệu nặng hơn ở phía dưới, tự nhiên tạo thành một lớp kép.
Kích thước hạt của mỗi lớp vẫn mịn hơn ở phía trên và thô hơn ở phía dưới, nhưng kích thước hạt trung bình của lớp trên lớn hơn lớp dưới, đạt được hiệu ứng kích thước hạt đảo ngược tổng thể. Các phép đo thực tế cho thấy khả năng giữ-bẩn của phương tiện lọc hai lớp-cao hơn gấp đôi so với phương tiện lọc-một lớp. Ở cùng tốc độ lọc, chu trình lọc được kéo dài; và ở cùng một chu kỳ lọc, tốc độ lọc có thể tăng lên. Đường cong so sánh trong hình bên dưới phản ánh rõ ràng rằng vùng giữ-bụi bẩn của phương tiện lọc-lớp kép lớn hơn nhiều so với phương tiện lọc-một lớp, cho thấy khả năng giữ-bẩn bẩn tăng gấp đôi khi độ dày của lớp bộ lọc bằng nhau. Nếu chất lượng nước đầu vào ổn định thì chu kỳ hoạt động của phương tiện lọc hai lớp sẽ gấp đôi so với phương tiện lọc một lớp.
Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý nước thải cả trong nước và quốc tế, với những kết quả đáng kể và là một cách thiết thực để cải thiện hiệu suất lọc.
V. Phương tiện lọc nhiều lớp
Phương tiện lọc nhiều-lớp thường đề cập đến ba lớp: một lớp trên chứa các hạt-lớn, vật liệu nhẹ (chẳng hạn như antraxit), một lớp ở giữa gồm các hạt-trung bình, vật liệu có mật độ-trung bình (chẳng hạn như cát thạch anh) và một lớp bên dưới gồm các hạt-nhỏ, vật liệu nặng (chẳng hạn như hồng ngọc hoặc magnetit dạng hạt). Kích thước hạt giảm dần từ trên xuống dưới, đảo ngược hoàn toàn sự phân bố kích thước hạt.
Thiết kế này cải thiện đáng kể khả năng giữ-chất bẩn của vật liệu lọc, trong khi vật liệu lọc mịn ở phía dưới đảm bảo chất lượng nước thải ổn định. Tốc độ lọc có thể cao hơn so với bộ lọc hai lớp. Khi độ đục của nước thải thấp và chất lượng nước ổn định, có thể thực hiện lọc trực tiếp (loại bỏ quá trình lắng) để đạt được quá trình lọc sơ cấp. Hiện tại, bộ lọc hai lớp và nhiều lớp thường được sử dụng để lọc trực tiếp. Để đảm bảo nước thải đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải hoặc tái sử dụng, có thể thêm trước các chất hỗ trợ lọc-phân tử{9}}có trọng lượng cao, chẳng hạn như polyacrylamide hoặc silica hoạt tính. Lọc trực tiếp đơn giản hóa quá trình và tiết kiệm đầu tư. Thành phần và độ dày của các lớp lọc phải được điều chỉnh theo chất lượng nước thải và tốc độ lọc phải thấp, khoảng 5 m/h. Sau các quá trình tiền xử lý này, chất lượng nước thải nhìn chung đạt tiêu chuẩn; một số được sử dụng để tái sử dụng trong công nghiệp, một số đáp ứng các yêu cầu xử lý tiếp theo và một số yêu cầu xử lý nâng cao hơn.
Bản tóm tắt
Từ những thiếu sót của phương tiện lọc-một lớp, đến nguồn cảm hứng từ quá trình lọc hạt ngược, sau đó đến sự phát triển của dòng chảy ngược, dòng hai chiều, bộ lọc-hai lớp và nhiều{2}} lớp, công nghệ xử lý nước thải đang phát triển theo hướng hiệu quả cao và mức tiêu thụ thấp. Những phương pháp này có thể cải thiện khả năng giữ bụi bẩn của phương tiện lọc, kéo dài chu trình lọc, tối ưu hóa chất lượng nước thải và góp phần bảo vệ môi trường. Trong thực tế, các bộ lọc-hai lớp và nhiều{7}}lớp là những bộ lọc-dễ vận hành và có lợi nhuận{9}}cao thực tế nhất. Trong tương lai, với những tiến bộ về vật liệu và thiết kế phân phối nước được tối ưu hóa, các bộ lọc sẽ còn trở nên mạnh mẽ hơn nữa.