Môn học kỹ thuật xử lý nước thải tiểu luận chương 11 quy trình tách Để loại bỏ các thành phần dư lượng trong nước thải

Sự thay đổi chất lượng sau xử lý thải điển hình được quan sát thấy với các quy trình được sử dụng để loại bỏ các thành phần hòa tan khỏi nước thải cho mục đích tái xử lý...103 Bảng 11-33

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

MÔN HỌC

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TIỂU LUẬN:

CHƯƠNG 11: QUY TRÌNH TÁCH ĐỂ LOẠI BỎ CÁC THÀNH PHẦN DƯ LƯỢNG TRONG NƯỚC THẢI

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS ĐẶNG XUÂN HIỂN

Sinh viên thực hiện (Nhóm 9): TRẦN XUÂN THÀNH - 20214269

VŨ MẠNH DÂN - 20214183TRẦN ĐỨC HUY - 20214213

Hà Nội-5/2024

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

11-1 Cần xử lý nước thải bổ sung 10

11-2 Tổng quan về công nghệ được sử dụng để loại bỏ các hạt dư và các thành phần hòa tan dư lượng 10

11-3 Các quá trình đơn vị để loại bỏ các hạt và các thành phần hòa tan dư lượng 12

11-4 Giới thiệu về lọc sâu 19

11-5 Lọc sâu: lựa chọn và cân nhắc thiết kế 33

11-6 Lọc bề mặt 65

11-7 Quá trình lọc màng 76

11-8 Điện thẩm tích 111

11-9 Hấp phụ 117

11- 10 Tách khí 138

11-11 Trao đổi ion 154

11-12 Chưng cất 166

TÀI LIỆU THAM KHẢO 177

DANH MỤC BẢNG Bảng 11-1.Các thành phần dư lượng điển hình được tìm thấy trong nước thải đã qua xử lý và lý do xử lý bổ sung là cần thiết 10

Bảng 11-2 Các quá trình đơn vị dựa trên chuyển khối được sử dụng để loại bỏ các thành phần hạt và thành phần hòa tan trong xử lý nước thải và làm sạch nước 11

Bảng 11-3 Áp dụng các quy trình đơn vị để loại bỏ các hạt còn sót lại và các thành phần hòa tan dư lượng có trong nước thải đã qua xử lý 13

Bảng 11-4 Mô tả các quy trình thường được sử dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và keo còn sót lại 14

Bảng 11-6 Ký hiệu và kích thước lỗ sàng của Mỹ 21

Bảng 11-7 Các cơ chế và hiện tượng chính góp phần loại bỏ vật liệu trong bộ lọc sâu vật liệu lọc dạng hạt 23

Bảng 11-8 Các công thức được sử dụng để tính toán tổn thất cột nước sạch qua môi trường lọc dạng hạt .25

Bảng 11-9 So sánh các loại bộ lọc trung bình dạng hạt và tổng hợp chính 34

Bảng 11-10 Mô tả các bộ lọc độ sâu thường được sử dụng cho các ứng dụng nước tái chếa 37

Bảng 11-13 Những yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn công nghệ lọc cho ứng dụng lọc nước thảia 52

Bảng 11-15 Dữ liệu thiết kế điển hình cho bể lọc sâu với vật liệu lọc đơn lớpa 57

Bảng 11-16 Dữ liệu thiết kế điển hình cho bể lọc sâu với vật liệu lọc hai lớp và vật liệu lọc đa lớpa 58

Bảng 11-17 Tính chất điển hình của vật liệu lọc dùng trong lọc sâua 60

Bảng 11-18 Lưu lượng nước rửa ngược gần đúng cần thiết để hóa lỏng các tầng vật liệu lọc khác nhau ở 20℃ 61

Bảng 11-19 Lưu lượng không khí và nước gần đúng được sử dụng để rửa ngược các tầng lọc khác nhau ở 20℃ 62

Bảng 11-20 Tổng hợp các vấn đề thường gặp trong lọc sâu nước thải và các biện pháp kiểm soát các vấn đề này 66

Bảng 11-21 Mô tả một số bể lọc bề mặt được sử dụng trong ứng dụng lọc nước thải 67

Bảng 11-22 So sánh đặc tính hoạt động của các bộ lọc bề mặt được chọn 73

Bảng 11-23: Đặc điểm chung của các quá trình màng lọc 77

Bảng 11-24.Mô tả các loại màng thường được sử dụng 80

Bảng 11-25 Các thành phần điển hình trong nước thải gây tắc nghẽn màng và các thành phần khác có thể gây hư hỏng màng 93

Bảng 11-26: Giá trị khuyến nghị cho các chỉ số bám bẩn(a) 96

Bảng 11-27 Các phương pháp tiền xử lý cho hệ thống lọc nano và thẩm thấu ngược 99

Bảng 11-28 Những ứng dụng tiêu biểu của công nghệ màng trong xử lý nước thải để làm mềm màng.100 Bảng 11-29 Ứng dụng công nghệ màng để loại bỏ các thành phần cụ thể có trong nước thải(a) 101

Bảng 11-30 Đặc tính vận hành điển hình của công nghệ màng được sử dụng trong các ứng dụng xử lý nước thải và khử muối 102

Bảng 11-31 Hiệu suất của màng vi lọc và siêu lọc đối với nước thải sau xử lý thứ cấp 102

Bảng 11-32 Sự thay đổi chất lượng sau xử lý thải điển hình được quan sát thấy với các quy trình được sử dụng để loại bỏ các thành phần hòa tan khỏi nước thải cho mục đích tái xử lý 103

Bảng 11-33 Tỷ lệ loại bỏ điển hình của màng NF và RO "thâm hụt" dùng để xử lý nước thải 104

Bảng 11-34 Hiệu suất điển hình cho điều trị thẩm thấu ngược 105

Bảng 11-35 Cân nhắc thiết kế quy trình cho NF và RO 106

Bảng 11-36 Thông số vận hành điển hình và phép đo lường chất lượng được sử dụng cho các cơ sở màng thử nghiệm thí điểm 109

Bảng 11-37 Phương pháp xử lý và các phương án xử lý đối với dung dịch nước muối đậm đặc từ quy trình màng 110

Bảng 11-38 Các thông số vận hành điển hình 113

Bảng 11-39 So sánh ưu nhược điểm của phương pháp điện thẩm tích và thẩm thấu ngược trong khử muối .116

Bảng 11-40 Các chất hữu cơ dễ hấp phụ và kém hấp phụ trên than hoạt tính 118

Bảng 11-41 So sánh các vật liệu hấp phụ khác nhau 118

Bảng 11-42 Hằng số đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của các hợp chất hữu cơ chọn lọc (a,b) 121

Bảng 11-43 Ứng dụng của than hoạt tính để loại bỏ các thành phần hữu cơ, rắn lơ lửng,… trong nước thải 129

Bảng 11-44 Giá trị thiết kế điển hình cho công tắc tơ GAC 132

Bảng 11-45 Các thông số thiết kế điển hình cho tháp loại bỏ VOC và amoniac 149

Bảng 11-46 Phân loại nhựa trao đổi ion 155

Bảng 11-47 Đặc điểm của nhựa trao đổi ion sử dụng trong quá trình xử lý nước thải 157

Bảng 11-48 Thang hệ số chọn lọc gần đúng cho các cation trên trao đổi ion axit mạnh liên kết ngang 8% nhựa 159

Bảng 11-49 Hệ số chọn lọc gần đúng đối với anion trên nhựa trao đổi ion bazơ mạnh 159

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 11-1 Sơ đồ quy trình điển hình để xử lý nước thải sử dụng các quy trình xử lý tiên tiến Tất cả các sơ đồ

dòng chảy đã được sử dụng lần này hay lần khác Ví dụ, trong sơ đồ số (d) quá trình oxy hóa nâng cao được sửdụng để phá hủy NDMA 18

Bảng 11-5 Phạm vi điển hình của chất lượng nước thải sau các mức xử lý khác nhau 18 Hình 11-2 Phân loại các quá trình lọc được sử dụng trong quản lý nước thải 20 Hình 11-3 Các đặc điểm chung và hoạt động của bộ lọc nhanh kiểu lọc môi trường hạt thông thường: (a) dòng

chảy trong chu trình lọc và (b) dòng chảy trong chu trình rửa ngược (Từ Tchobanoglous và Schroeder, 1985) 21

Hình 11-4 Bản phác thảo định nghĩa về thời gian chạy bô lọc dựa trên: (a) sự tích tụ tổn thất cột áp và (b) sự

tăng đột biến độ đục của nước thải sau xử lý 23

Hình 11-5 Loại bỏ các hạt lơ lửng trong bộ lọc hạt bằng cách: (a) lọc, (b) lắng đọng hoặc tác động quán tính,

(c) chặn, (d) bám dính và (e) keo tụ với việc loại bỏ tiếp theo bằng một hoặc nhiều cơ chế trước đó (Chuyển thể từ Tchobanoglous và Schroeder, 1985) 25

Hình 11-6 Sơ đồ các lớp lọc minh họa khả năng tăng dung lượng lưu trữ: (a) vật liệu lọc đơn lớp , (b) vật liệu

lọc 2 lớp và (c) vật liệu lọc nhiều lớp 25

Hình 11-7 Sơ đồ minh họa quá trình hóa lỏng của vật liệu lọc (phỏng theo Foust và cộng sự, 1960) 30

Hình 11-8 Phác thảo định nghĩa cho phân tích của quá trình lọc.\ 33

Hình 11-9 Hình ảnh các hệ thống lọc điển hình: (a) hình ảnh bộ lọc trọng lực thông thường rỗng không có hệ

thống thoát nước (xem Hình 11-20), nhưng có máng đựng nước rửa; (b) bộ lọc với cầu di chuyển điển hình (trống) với các ô riêng lẻ lộ ra; (c) bộ lọc khử nitơ ở tầng sâu; (d) các bộ lọc với dòng chảy ngược liên tục (do Austep, Ý cung cấp): (e) Lắp đặt bộ lọc mờ bao gồm sáu bộ lọc; và (f) dãy bộ lọc áp lực nhỏ được sử dụng tại các nhà máy xử lý nước thải nhỏ 45Thông tin bổ sung về các bộ lọc này được trình bày trong Bảng 11-9 và 11-10 45

Bảng 11-11 So sánh các đặc tính vận hành của các bộ lọc độ sâu được chọn khi lọc nước của công nghệ bùn

hoạt tính đã lắng 45

Hình 11-10: Dữ liệu hiệu suất của bảy loại bộ lọc độ sâu khác nhau được sử dụng cho các ứng dụng xử lý

nước thải được thử nghiệm bằng cách sử dụng nước thải từ cùng một nhà máy bùn hoạt tính ở tốc độ lọc 160 L/m2phút (4 gal/ft2phút) ngoại trừ bộ lọc mờ đã vận hành ở tốc độ 800 L/m2phút (20 gal/ft2phút) 46

Bảng 11-12 Phạm vi điển hình của sự biến đổi chất lượng nước sau xử lý quan sát được từ quá trình loại bỏ

hạt 46

Hình 11-11 Phân bố xác suất cho hiệu suất của bộ lọc để lọc nước thải bùn hoạt tính đã lắng từ o khả năng cải

tạo nước lớn: (a) độ đục và (b) tổng chất rắn lơ lửng 47

Hình 11-12 Hiệu suất loại bỏ kích thước hạt của bể lọc sâu đối với nước thải sau xử lý từ nhà máy bùn hoạt

tính ở hai tốc độ lọc khác nhau 49

Hình 11-12 Hiệu suất loại bỏ kích thước hạt của bể lọc sâu đối với nước thải sau xử lý từ nhà máy bùn hoạt

tính ở hai tốc độ lọc khác nhau 49

Hình 11-13 Ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất đến hiệu suất loại bỏ kích thước hạt lọc (được tiếp thu từ K.

Bourgeous,2005): (a) dữ liệu gốc được thu thập và (b) dữ liệu gốc, được vẽ đồ thị theo chức năng theo mức công suất thấp (xem ví dụ 2-4 ở Chương.2) 50

Hình 11-14 Số lượng các hạt có một hoặc nhiều vi khuẩn coliform liên kết là hàm số của thời gian lưu chất

của quá trình bùn hoạt tính (được tiếp thu từ Darby, 1999 50

Hình 11-15 Loại bỏ coliform MS2 thông qua quá trình xử lý bao gồm: bùn hoạt tính, lọc sâu và khử trùng clo

51

Hình 11-16 Quang cảnh nhà máy thí điểm lọc: (a) các cột lọc được cấp từ nguồn và (b) thiết bị đo được sử

dụng để theo dõi hiệu suất của bộ lọc bao gồm độ đục và đếm kích thước hạt 57

Bảng 11-14 Cân nhắc thiết kế cho các bể lọc vật liệu dạng hạt để lọc nước thải 57 Hình 11-17 Phạm vi phân bố kích thước hạt điển hình cho cát và than antraxit được sử dụng trong các bộ lọc

kép có độ sâu trung bình Lưu ý rằng đối với cát, kích thước 10% theo trọng lượng tương ứng với kích thước 50% số lượng 60

Hình 11-18 Phác thảo định nghĩa cho hoạt động của bộ lọc: (a) cột nước cố định, (b) cột nước thay đổi và (c)

cột nước biến đổi theo dòng chảy Các đường cong cho các bộ lọc trong (a), (b) và (c) dành cho hoạt động của một bộ lọc trong dãy bốn bộ lọc Các con số biểu thị bộ lọc đang rửa ngược trong một chu kỳ lọc Trên thực tế,thời gian trước khi rửa ngược sẽ không giống nhau đối với tất cả các bộ lọc (Phỏng theo Tchobanoglous và Schroeder, 1985) 62Hình 11-19 Thiết bị rửa bề mặt được sử dụng để làm sạch các bể lọc sử dụng vật liệu học dạng hạt thông thường: (a-1) và (a-2) máy rửa cánh tay đơn cho bể lọc đơn lớp vật liệu lọc và (b-1), (b-2) máy rửa cánh tay kép cho môi trường lọc 2 lớp vật liệu 63

Hình 11-21 Chi tiết về hệ thống vách ngăn được phát triển để giảm thiểu thất thoát vật liệu lọc trong quá trình

rửa ngược: (a) mặt cắt ngang qua hệ thống vách ngăn kép và (b) vách ngăn phức tạp hơn với hai cánh và vách ngăn bên 66

Hình 11-22 Chế độ xem của Bộ lọc phương tiện vải kim cương: (a) chế độ xem các bộ lọc được lắp đặt trong

bể lọc cát hiện có và (b) chế độ xem của xả rửa ngược 72

Hình 11-23 Sơ đồ tổng quát về hoạt động của bộ lọc bề mặt loại đĩa dựa trên điểm theo thời gian trên vải lọc

giữa các lần làm sạch, bao gồm việc loại bỏ các hạt bằng cách loại trừ kích thước và các hạt mịn hơn do quá trình lọc tự động: (a) đối với các bộ lọc bề mặt bị ngập một phần và (b) đối với bộ lọc chìm có loại bỏ chất rắn tích lũy bằng chân không 73

Hình 11-24 Dữ liệu hiệu suất của bộ lọc bằng vải cho nước thải thứ cấp: (a) độ đục của nước thải là hàm số

của độ đục cấp vào ở mức lọc định mức 176 L/phút.m^2 và (b) phân bố xác suất nước thải cho độ đục và TSS Nước thải được lọc có độ đục từ 2 NTU trở xuống khi lọc cùng một loại nước thải, HLR có thể thay đổi nhiều hơn theo hệ số bốn hoặc năm Giống như các bộ lọc độ sâu, HLR và các yêu cầu về nước rửa ngược đối với các bộ lọc bề mặt sẽ ảnh hưởng đáng kể đến chi phí và lượng khí thải carbon 75

Hình 11-25 So sánh kích thước hạt trong nước thải từ quá trình xử lý thứ cấp, bộ lọc môi trường dạng hạt và

bộ lọc môi trường vải (Olivier et al., 2003) 76

Hình 11-26: Xem các bộ lọc thử nghiệm thí điểm bộ lọc vải Cần lưu ý rằng các bộ lọc clath được hiển thị có

kích thước đầy đủ 77

Hình 11-28 Phác thảo định nghĩa cho các loại hoạt động của màng: (a) bản phác thảo định nghĩa cho màng sợi

mịn rỗng có dòng chảy từ ngoài vào trong sợi, (b) bản phác thảo định nghĩa cho màng sợi mịn rỗng có dòng chảy từ trong ra ngoài, và (c) màng xoắn ốc trong một bình chứa 81

Hình 11-29 Các loại kết cấu màng: (a) màng đối xứng vi lỗ, (b) màng đối xứng không xốp (đặc), (c) màng bất

đối xứng và (d) hỗn hợp màng mỏng (TFC), đôi khi được xác định là màng bất đối xứng 82

Hình 11-30 Sơ đồ định nghĩa để loại bỏ các thành phần nước thải: (a) loại bỏ các phân tử và hạt lớn bằng cơ

chế ray phân tử (loại trừ kích thước) và (b) loại bỏ các ion bằng lớp nước hấp phụ 82

Hình 11-31 So sánh kích thước của thành phần có trong nước thải và phạm vi kích thước hoạt động cho công

nghệ màng Các phạm vi kích thước hoạt động cho lọc sâu thông thường cũng được hiển thị 83

Hình 11-32 Quan điểm của các cách lắp đặt màng khác nhau: (a) vi lọc có áp suất và (b) màng siêu lọc có áp

suất để lọc nước thải thứ cấp đã lắng, (c) mô-đun màng vi lọc chân không trong bình hở, (d) mô-đun màng được sử dụng trong bình hở như trong (c) ), (e) bộ lọc hộp mực điển hình được sử dụng trước khi thẩm thấu ngược và (f) một hệ thống lắp đặt thẩm thấu ngược lớn được sử dụng để xử lý nước thải bùn hoạt tính sau quá trình lọc vi mô, bổ sung hóa chất và lọc hộp mực Mỗi dãy hệ thống RO được thiết kế để xử lý 19.000 m³/d (5 Mgal/ngày) Công suất của toàn bộ cơ sở là 265.000 m³/ngày (70 Mgal/ngày) 84

Hình 11-33 Phác thảo định nghĩa cho các hệ thống màng: (a) hệ thống màng dòng chảy ngang có áp suất

(xem phần chèn), (b) hệ thống dòng chảy ngang có áp suất rửa ngược, (c) dòng chảy cuối có áp suất (xem phần

chèn, xem thêm Hình 8-32( a)) hệ thống màng, (d) hệ thống dòng chảy trực tiếp có áp suất rửa ngược, (e)

màng ngập với hút chân không [xem thêm Hình 11-32(c)], và (f) hệ thống rửa ngược trong chất lỏng 85

Hình 11-34 Bản phác thảo định nghĩa về hiệu suất của một hệ thống lọc màng là hàm của thời gian, có và không có quy trình làm sạch đúng đắn 86

Hình 11-35 Ba chế độ hoạt động của màng liên quan đến dòng màng và áp suất xuyên màng (TMP): (a) dòng không đổi, (b) áp suất không đổi, và (c) dòng và áp suất không bị giới hạn (Phỏng theo Bourgeous và cộng sự, 1999.) 88

Hình 11-36 Phác thảo định nghĩa cho thẩm thấu ngược: (a) thẩm thấu (chênh lệch áp suất giữa các dung dịch nhỏ hơn áp suất thẩm thấu), (b) cân bằng thẩm thấu (chênh lệch áp suất giữa các dung dịch bằng áp suất thẩm thấu) và (c) thẩm thấu ngược ( áp suất tác dụng lớn hơn áp suất thẩm thấu) 90

Hình 11-37 Sơ đồ quy trình điển hình: (a) lọc sâu hoặc lọc bề mặt với lọc nano và (b) kết hợp vi lọc hoặc siêu lọc với thẩm thấu ngược 91

Hình 11-38 Ảnh hưởng của việc thu hồi dòng thấm đến áp suất tác động, tốc độ dòng cấp liệu và mức tiêu thụ điện năng 93

Hình 11-39 Các hình thức tắc màng: (a) lỗ rỗng bị thu hẹp, (b) lỗ rỗng bị tắc nghẽn và (c) sự hình thành các gel/bánh trên bề mặt do sự phân cực nồng độ 95

Hình 11-40 Sơ đồ điển hình để xác định các chỉ số tắc nghẽn: (a) hệ số tắc nghẽn được sửa đổi (MFI) và (b) chỉ số hệ số tắc nghẽn nhỏ (MPFI) 98

Hình 11-41 Sơ đồ quy trình điển hình để sản xuất nước uống sử dụng sàn lọc, vi lọc vỏ hở, bộ lọc hộp catrige, thẩm thấu ngược, oxy hóa nâng cao UV, khử cacbon và ổn định vôi 99

Hình 11-42 Ứng dụng thiết bị thu hồi năng lượng kết hợp thẩm thấu ngược: (a) Bánh xe Pelton và (b) loại piston đẳng áp 108

Hình 11-43 Ứng dụng thẩm thấu thuận: (a) phác thảo định nghĩa cho thẩm thấu chuyển tiếp (chênh lệch áp suất giữa các dung dịch nhỏ hơn áp suất thẩm thấu) và (b) sơ đồ dòng chảy cho ứng dụng thẩm thấu chuyển tiếp Lưu ý: dung dịch hòa có nồng độ cao hơn nhiều so với nước cấp 108

Hình 11-44 Hình ảnh các đơn vị thử nghiệm của nhà máy thí điểm công nghệ màng: (a) siêu lọc và (b) thẩm thấu ngược Lưu ý các mô-đun màng đang được thử nghiệm ở quy mô đầy đủ 109

Hình 11-45 Sơ đồ quy trình điển hình sử dụng phương pháp điện phân để loại bỏ tổng chất rắn hòa tan (TDS) khỏi nước thải thứ cấp 112

Hình 11-46 Phương pháp điện thẩm tích thông thường: (a) sơ đồ ngăn xếp màng điện thẩm tích với rửa cực dương và cực âm và (b) minh họa sơ đồ về sự di chuyển ion trong ngăn xếp màng Lưu ý: Quá trình điện thẩm tích thông thường đã được thay thế phần lớn quá trình đảo ngược điện thẩm thẩm tích (EDR) (xem Hình 11-47) 113

Hình 11-47 Sơ đồ quy trình đảo ngược điện thẩm tích (EDR): (a) cực âm và (b) cực dương Bởi vì cực tính bị đảo ngược nên không cần phải rửa anade và cathode như trên Hình 11-46 113

Hình 11-48 Quy trình đảo ngược điện thẩm tích được sử dụng để loại bỏ TDS khỏi nước sử dụng lại tại nhà máy North City ở San Diego, CA: (a) toàn cảnh cơ sở thẩm tách điện quy mô và (b) toàn cảnh dãy màng lọc điện đã được tháo nắp 114

Hình 11-49 Sơ đồ nguyên lý của quy trình điện phân ba giai đoạn, hai dây chuyền 117

Hình 11-50 Phác thảo định nghĩa về sự hấp phụ của một thành phần hữu cơ lên hạt than hoạt tính 120

Hình 11-51 Phác thảo định nghĩa về cân bằng khối lượng của quá trình hấp phụ cacbon 122

Hình 11-52: Đồ thị đường đẳng nhiệt Freundlich dùng để xác định khả năng hấp phụ điển hình 126

Hình 11-53: Đường cong điển hình của than hoạt tính thể hiện sự chuyển động của vùng chuyển khối (MTZ) với khối lượng thông lượng 127

Hình 11-54: Tác động của sự hiện diện của các thành phần hữu cơ có thể hấp phụ, không hấp phụ và phân hủy sinh học lên hình dạng của đường cong điển hình của than hoạt tính (Chuyển thể từ Snoeyink và Summers, 1999.) 128

Hình 11-55: Cấu hình bộ tiếp xúc than hoạt tính: (a) hoạt động theo chuỗi và (b) hoạt động song song 129

Hình 11-56 Công tắc tơ than hoạt tính: (a) hình minh họa công tắc tơ bình chịu áp điển hình và (b) hình ảnh

các công tắc tơ than hoạt tính dạng hạt điển hình hoạt động song song, được sử dụng để xử lý nước thải thứ

cấp đã lọc 133

Hình 11-57 Sơ đồ cột được sử dụng để thử nghiệm cột quy mô nhỏ nhanh chóng (RSSCT) nhằm phát triển dữ liệu cho cột carbon thí điểm hoặc cột quy mô đầy đủ 136

Hình 11-58 Các mô hình dòng nước và không khí điển hình cho tháp tách khí: (a) dòng chảy ngược, (b) dòng chảy đồng thời, và (c) dòng chảy ngang 141

Hình 11-59 Các ví dụ điển hình về tháp tách: (a) sơ đồ tháp tách lớp được sử dụng để loại bỏ các khí dễ bay hơi khỏi nước, (b) hình ảnh tháp tách được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong (a), và (c) tháp tách điển hình được sử dụng để loại bỏ CO2 khỏi nước sau quá trình xử lý thẩm thấu ngược 141

Hình 11-60 Phác thảo quá trình để phân tích tháp tách khí dòng chảy ngược dòng liên tục 142

Hình 11-61 Dây chuyền vận hành cho các điều kiện tách khí khác nhau: (a) trường hợp chung, (b) điều kiện khi y0= 0, (c) điều kiện khi y0 = 0 và y0 cân bằng với Co, nồng độ thành phần trong nước vào, và (d ) điều kiện khi y0 = 0 C = 0 và đường cân bằng với Co 143

Hình 11-62 Đường cong cân bằng của amoniac trong nước là hàm số của nhiệt độ dựa trên định luật Henry. 143

Hình 11-63 Yêu cầu về không khí để loại bỏ amoniac phụ thuộc vào nhiệt độ 145

Hình 11-64 Sơ đồ để phân tích quá trình tách khí dòng ngược dòng ba giai đoạn 146

Hình 11-65 Dây chuyền vận hành tháp tách khí dòng ngược dòng ba giai đoạn 147

Hình 11-66 Sơ đồ để phân tích sự truyền khối trong tháp tước Lưu ý: vật liệu hấp phụ không được hiển thị (Phỏng theo Hand và cộng sự, 1999.) (LD) 148

Hình 11-67 Đường cong giảm áp tổng quát cho tháp bóc tách lớp đệm Lưu ý các đường cong trong biểu đồ này đã được chuyển đổi sang đơn vị số liệu từ các đơn vị thông thường của Hoa Kỳ trong đó các đường cong ban đầu được vẽ (Chuyển thể từ Eckert, 1975.) 152

Hình 11-68 Sơ đồ dòng chảy điển hình để loại bỏ amoniac khỏi nước thải bằng không khí 154

Hình 11-69 Hai ví dụ về lắp đặt trao đổi ion quy mô đầy đủ: (a) cột đệm dòng chảy lớn và (b) hộp trao đổi ion trên bệ quay Các hộp được xoay để một hộp có thể được tái tạo trong khi các hộp khác đang hoạt động 155

Hình 11-70 Đường cong phân bố của ion hóa trị một A giữa dung dịch và nhựa đối với các giá trị khác nhau của hệ số chọn lọc 161

Hình 11-71 Sơ đồ dòng điển hình để loại bỏ amoni bằng trao đổi zeolit Lưu ý: amoni đã loại bỏ được thu hồi bằng cách loại bỏ không khí có độ pH cao và lọc bằng axit 162

Hình 11-72 Các cột thử nghiệm trao đổi ion điển hình (a) cột trao đổi ion được sử dụng để nghiên cứu loại bỏ nitrat khỏi nước đã được xử lý bằng thẩm thấu ngược và (b) cột trao đổi ion ở quy mô thí điểm 163

Hình 11-73 Sơ đồ dòng chảy điển hình để loại bỏ độ cứng và khử khoáng hoàn toàn nước bằng nhựa trao đổi ion 167

Hình 11-74 Sơ đồ quá trình chưng cất bay hơi đa tác dụng 169

Hình 11-75 Sơ đồ quá trình chưng cất bay hơi nhanh nhiều giai đoạn 169

Hình 11-76 Sơ đồ quá trình chưng cất nén hơi nước Dữ liệu hiệu suất chất lượng nước điển hình cho quy trình chưng cất đa tác dụng đã được Rose và cộng sự báo cáo cho một đơn vị quy mô thí điểm (1999) 170

CHƯƠNG 11: QUÁ TRÌNH TÁCH ĐỂ LOẠI BỎ CÁC THÀNH PHẦN DƯ

MỘT SỐ TỪ NGỮ

Hấp thụ Quá trình trong đó các nguyên tử, ion, phân tử và các thành phần khác

được chuyển từ một pha và được phân bố đồng đều trong một pha khác(xem thêm sự hấp thụ)

Than hoạt tính Một chất được sử dụng phổ biến trong quá trình hấp phụ để loại bỏ các

thành phần vi lượng khỏi nước và các hợp chất mùi từ không khí Thanhoạt tính có nguồn gốc từ vật liệu cơ bản hữu cơ, được điều chế bằng quytrình nhiệt phân ở nhiệt độ cao và được kích hoạt ở nhiệt độ cao với sự cómặt của hơi nước dẫn đến các đặc tính có lợi cho việc truyền khối.Hấp phụ Quá trình trong đó các nguyên tử, ion, phân tử và các thành phần khác

được chuyển từ một pha và tích tụ trên bề mặt của pha khác (xem thêm sựhấp phụ)

Rửa Quá trình loại bỏ chất rắn tích tụ trên hoặc trong môi trường lọc bằng cách

sử dụng không khí và/hoặc nước sạch theo hướng dòng chảy ngược lại.Dòng đặc Dòng chất thải lỏng đậm đặc chứa nồng độ tổng chất rắn hòa tan cao.Lọc sâu Việc loại bỏ các hạt vật chất lơ lửng trong chất lỏng bằng cách cho chất

lỏng đi qua môi trường dạng hạt như cát hoặc than antraxit

Điện thẩm tách (ED) Một quá trình di chuyển các ion (các loại phân tử được tích tụ) từ dung

dịch này sang dung dịch khác bằng cách sử dụng điện thế làm động lực và

sử dụng màng bán thấm làm lớp phân cách

Thông lượng dòng chảy Khối lượng hoặc tốc độ thể tích truyền qua bề mặt màng, thường được

biểu thị bằng m³/m2-h hoặc L/m2-h (gal/ft2-d)

Tắc màng Sự tích tụ chất rắn trên bề mặt hoặc bên trong các lỗ của màng làm cản trở

dòng thấm qua màng

Đuổi khí Quá trình loại bỏ thành phần dễ bay hơi khỏi pha lỏng, chẳng hạn như loại

bỏ amoniac khỏi nước trong cột nhồi sử dụng không khí làm pha khí.Trao đổi ion Một quá trình được sử dụng để loại bỏ các thành phần ion hòa tan trong đó

các ion của một loại nhất định bị dịch chuyển khỏi vật liệu pha rắn bởi cácion của một loại khác trong dung dịch

Đường đẳng nhiệt Một hàm dùng để liên hệ lượng của một thành phần nhất định được hấp

phụ từ nước trên nồng độ chất hấp phụ ở nhiệt độ nhất định

Màng Một thiết bị, thường được làm bằng polyme hữu cơ, cho phép nước và các

thành phần nhất định đi qua nhưng loại bỏ những thành phần khác vượtquá kích thước vật lý hoặc trọng lượng phân tử nhất định

Vi lọc (MF) Một quy trình tách màng thường được sử dụng để loại bỏ vật liệu hạt khỏi

nước cấp, kích thước lỗ lọc vi lọc nằm trong khoảng từ 0,05 đến 2 μπ.Lọc nano (NF) Một quy trình tách màng điều khiển bằng áp suất được sử dụng để loại bỏ

chất keo và chất hòa tan có kích thước nhỏ khoảng 0,001 µm

Dư lượng Dòng thải được tạo ra bởi quá trình xử lý nước thải Để lọc sâu và lọc bề

mặt, dòng chất thải còn lại là nước thải lọc Đối với hệ thống màng, dòngchất thải còn sót lại bao gồm nước thải, chất thải cô đặc và chất thải làmsạch bằng hóa chất

Thẩm thấu ngược (RO) Loại bỏ các thành phần hòa tan bằng cách khuếch tán ưu tiên sử dụng

màng bán thấm điều khiển bằng áp suất.

Màng bán thấm Màng có khả năng thấm đối với một số thành phần trong dung dịch thức

ăn và không thấm đối với các thành phần khác

Quá trình phân tách Các quá trình vật lý và hóa học được sử dụng trong việc cải tạo nước

nhằm xử lý bằng cách tách các thành phần cụ thể Các thành phần bị côlập được tập trung thành dòng chất thải phải được quản lý

Tỷ lệ hấp phụ natri (SAR) Thước đo độ chua của đất; SAR là tỷ lệ giữa cation natri và cation canxi

và magie

Lọc bề mặt Việc loại bỏ các hạt vật chất lơ lửng trong chất lỏng bằng cách cho chất

lỏng đi qua một vách ngăn mỏng, thường là vải hoặc môi trường kim loại.Các hợp chất hữu cơ tổng hợp

(SOC)

Các hợp chất có nguồn gốc tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong các quytrình công nghiệp và có trong nhiều sản phẩm tiêu dùng được sản xuất Sựhiện diện của SOC trong nước uống cũng như nước tái chế là mối lo ngại

do độc tính và những tác dụng chưa rõ

Siêu lọc (UF) Quá trình tách màng tương tự như MF ngoại trừ kích thước lỗ màng có

thể dao động từ khoảng 0,005 đến 0,1 μm Nói chung, màng UF có thể đạtđược mức độ phân tách cao hơn MF, đặc biệt đối với vi khuẩn và vi rút.Nước thải từ quá trình xử lý thứ cấp thông thường có chứa các lượng khác nhau của các thành phần lơ lửng, keo hòa tan còn sót lại Chất lơ lửng và chất keo có thể làm giảm hiệu quả của quá trình khử trùng ở hạ lưu hoặc làm cho nước thải không phù hợp để xả hoặc tái sử dụng Các thành phần hòa tan có thể bao gồm từ các ion vô cơ tương đối đơn giản như canxi, kali, sunfat, nitrat và photphat cho đến số lượng ngày càng tăng các hợp chất hữu cơ tổng hợp có độ phức tạp cao Nghiên cứu đang được tiến hành để xác định (1) tác động môi trường của các chất có hoạt tính sinh học và độc hại tiềm tàng được tìm thấy trong nước thải và (2) làm thế nàocác chất này có thể được loại bỏ bằng cả quy trình xử lý nước thải thông thường và tiên tiến Trong những nămgần đây, ảnh hưởng của nhiều chất này đến môi trường đã được hiểu rõ hơn Do đó, các yêu cầu xử lý nước thải ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn trong việc hạn chế nồng độ nước thải của nhiều chất này

Để đáp ứng các yêu cầu xử lý mới, nhiều cơ sở xử lý thứ cấp hiện có sẽ phải được trang bị thêm và các cơ

sở xử lý nước thải tiên tiến mới sẽ phải được xây dựng Mục đích của chương này là giới thiệu các quy trình đơn vị được sử dụng để loại bỏ và/hoặc xử lý các thành phần dạng hạt, keo và hòa tan còn sót lại trong nước thải đã xử lý Tuy nhiên, trước khi thảo luận về các quy trình riêng lẻ, sẽ rất hữu ích nếu xem xét nhu cầu xử lýnước thải bổ sung và lý do khiến các thành phần cụ thể cần quan tâm

11-1 Cần xử lý nước thải bổ sung

Các thành phần cặn được tìm thấy trong nước thải thứ cấp có thể được nhóm thành bốn loại chính: (1) chất hữu

cơ và vô cơ lơ lửng và chất keo, (2) thành phần hữu cơ hòa tan, (3) thành phần vô cơ hòa tan và (4) thành phầnsinh học Các thành phần trong mỗi danh mục được báo cáo trong Bảng 11-1, cùng với lý do loại bỏ chúng Tác động tiềm tàng của các thành phần còn sót lại được xác định trong Bảng 11-1 sẽ thay đổi đáng kể tùy thuộc vào điều kiện địa phương Danh sách các thành phần được trình bày trong Bảng 11-1 không có nghĩa là đầy đủ, điều này nhằm nhấn mạnh rằng nhiều loại chất khác nhau phải được xem xét khi thiết lập và đáp ứng các yêu cầu về xả thải Ngoài ra, dựa trên sự tích lũy kiến thức khoa học liên quan đến tác động của các thành phần còn sót lại được tìm thấy trong nước thải thứ cấp, bắt nguồn từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm vàgiám sát môi trường, người ta dự đoán rằng nhiều phương pháp xử lý hiện được phân loại là cấp ba tiên tiến sẽ được coi là truyền thống trong thời gian tới 10 đến 20 năm Ví dụ lọc nước thải đã trở nên phổ biến hơn trongvòng 20 năm qua

11-2 Tổng quan về công nghệ được sử dụng để loại bỏ các hạt dư và các thành phần hòa tan dư lượng

Trong 20 năm qua, nhiều công nghệ xử lý đã được nghiên cứu, phát triển và áp dụng để loại bỏ các thành phầncòn sót lại trong nước thải cấp hai và cấp ba Các quy trình đơn vị được sử dụng để loại bỏ các thành phần còn sót lại trong nước có thể được phân loại thành (1) quy trình tách chuyển khối và (2) quy trình biến đổi hóa học

và sinh học

Quá trình phân tách dựa trên chuyển khối

Việc loại bỏ các thành phần bằng cách chuyển khối lượng từ pha này sang pha khác hoặc bằng cách tập trung khối lượng trong một pha được thực hiện bằng nhiều quy trình đơn vị khác nhau

Bảng 11-1.Các thành phần dư lượng điển hình được tìm thấy trong nước thải đã qua xử lý và lý do xử lý bổ

sung là cần thiết

Chất dạng hạt lơ lửng và dạng keo vô cơ và hữu cơ

Chất rắn lơ lửng Có thể tác động khử trùng bằng cách che chắn các sinh vật

Có thể gây cặn bùn hoặc cản trở độ trong của nước tiếp nhận

Có thể ảnh hưởng đến độ đục của nước thải sau xử lý

Chất hữu cơ dạng hạt Có thể che chắn vi khuẩn trong quá trình khử trùng, có thể làm cạn kiệt

nguồn oxy

Chất hữu cơ hòa tan

Tổng lượng cacbon hữu cơ Có thể làm cạn kiệt nguồn oxy

Chất hữu cơ chịu lửa Độc đối với con người; gây ung thư

Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi Độc đối con người; gây ung thư; tạo thành chất oxy hóa quang hóa.Hợp chất dược phẩm Tác động đến các loài thủy sinh (ví dụ: rối loạn nội tiết)

Chất hoạt động bề mặt Gây tạo bọt và có thể cản trở quá trình đông máu

Chất vô cơ hòa tan

Có thể được chuyển đổi thành nitrat và trong quá trình này có thể làm cạn kiệt nguồn oxy Với phot pho, có thể dẫn đến sự phát triển của thủy sinh vật không mong muốn

Độc hại cho cá

Có thể gây ra chứng methemoglobin huyết ở trẻ sơ sinh

Tăng nhu cầu hóa chất

Cản trở việc làm mềm vôi đá

Có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ hấp phụ Natri

Tổng chất rắn hòa tan Can thiệp vào các quá trình nông nghiệp và công nghiệp

Có thể cản trở quá trình đông máu

Sinh học

Bào tử đơn bào và noãn nang Có thể gây bệnh

Các quá trình chuyển khối chính được sử dụng để tách (loại bỏ) các thành phần còn lại được tóm tắt trong Bảng 11-2 Điều quan trọng cần lưu ý là đặc điểm chính của hầu hết các quy trình phân tách là việc tạo ra dòngchất thải sẽ yêu cầu quản lý tiếp theo (ví dụ: xử lý, loại bỏ, tái sử dụng) Dòng chất thải cụ thể được tạo ra sẽ phụ thuộc vào loại và hiệu quả của quá trình phân loại được sử dụng Ví dụ hấp phụ dẫn đến môi trường bão hòa với các thành phần bị loại bỏ, kết tủa hóa học tạo ra bùn chứa cả thành phần kết tủa cũng như (các) hóa chất được thêm vào để tạo ra kết tủa và thẩm thấu ngược tạo ra chất thải lỏng (nước muối) chứa các thành phần

bị loại bỏ đậm đặc Trong nhiều trường hợp, việc quản lý dòng chất thải phát sinh từ quá trình phân tách, như

đã thảo luận trong Chương 15, có thể đặt ra thách thức và chi phí công nghệ đáng kể

Bảng 11-2 Các quá trình đơn vị dựa trên chuyển khối được sử dụng để loại bỏ các thành phần hạt và thành

phần hòa tan trong xử lý nước thải và làm sạch nước

dioxide và amoniac, ozon hóa

tính, alumina hoạt tính, hydroxit sắt dạng hạt hoặc chất vật liệu hấp phụ khác

Lỏng->Rắn

khác

Vi lọc

Siêu lọc

Lỏng->Lỏng Loại bỏ các loại hạt và keo

Loại bỏ các loại hạt và hòa tan; làm mềm

Loại bỏ các thành phần hạt

Được thông qua một phần từ Crittenden et al (2012)

Chuyển đổi dựa trên các quá trình hóa học và sinh học

Nhóm quy trình thứ hai được sử dụng để loại bỏ các thành phần còn sót lại sử dụng các phản ứng hóa học và sinh học để biến đổi hoặc phá hủy các thành phần vi lượng trong nước, điển hình là thông qua các phản ứng oxy hóa và khử Các chất oxy hóa hóa học thông thường đã được sử dụng để chuyển đổi thành phần bao gồm hydro peroxit, ozon, clo, clo dioxin và kali permanganat Các quá trình oxy hóa hóa học sử dụng các loại gốc hydroxyl, được gọi là các quá trình oxy hóa nâng cao (AOP), hoặc các photon được tạo ra thông qua quá trình quang phân UV, đặc biệt hiệu quả trong việc biến đổi và phá hủy các thành phần vi lượng, thường dẫn đến sự khoáng hóa hoàn toàn các thành phần vi lượng thành carbon dioxide và axit khoáng Các quy trình xử lý hóa học bao gồm quá trình oxy hóa nâng cao và quang phân được xem xét trong Chương 6 Khử trùng nước thải bằng hóa chất được xem xét riêng ở Chương 12 Quá trình xử lý sinh học và chuyển đổi được xem xét ở các Chương 7 đến 10

Áp dụng các quá trình đơn vị để loại bỏ các thành phần dư lượng

Thông tin về việc áp dụng các quy trình đơn vị được xác định trong Bảng 2 được trình bày trong Bảng

11-3 Việc lựa chọn một đơn vị quy trình nhất định hoặc sự kết hợp của chúng phụ thuộc vào (1) việc sử dụng nước thải đã xử lý; (2) (các) thành phần quan tâm; (3) tính tương thích của các hoạt động và quy trình khác nhau; (4) các phương tiện sẵn có để quản lý mọi dư lượng của quá trình; và (5) tính khả thi về kinh tế và môi trường của các hệ thống khác nhau Các yếu tố cụ thể cần được xem xét khi lựa chọn quy trình xử lý đã được xác định và thảo luận trước đó trong bảng 4-2 ở Chương 4 Cần lưu ý rằng trong một số trường hợp, tính khả thi về mặt kinh tế có thể không phải là yếu tố kiểm soát trong việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải tiên tiến, đặc biệt khi phải loại bỏ các thành phần cụ thể để bảo vệ môi trường và/hoặc để đáp ứng các yêu cầu xả thải

Do sự khác biệt về hiệu suất được quan sát tại hiện trường, nên thử nghiệm trên quy mô bàn thí điểm và tại nhàmáy thí điểm để phát triển dữ liệu về hiệu suất xử lý tại địa phương và tiêu chí thiết kế Dữ liệu hiệu suất đại diện cho quy trình được xác định trong Bảng 11-3 được trình bày trong phần thảo luận về các công nghệ riêng

lẻ sau đây và trong các phần được chỉ định ở các chương khác

11-3 Các quá trình đơn vị để loại bỏ các hạt và các thành phần hòa tan dư lượng

Các quy trình đơn vị chính được sử dụng để loại bỏ các hạt còn sót lại được thảo luận trong chương này bao gồm (1) lọc sâu (đưa chất lỏng qua lớp lọc bao gồm môi trường lọc dạng hạt hoặc có thể nén); (2) lọc bề mặt (loại bỏ vật liệu hạt lơ lửng trong chất lỏng bằng sàng cơ học bằng cách cho chất lỏng đi qua vách ngăn mỏng);

và (3) lọc màng (đưa chất lỏng qua vật liệu xốp để loại trừ các hạt có kích thước từ 0,005 đến 2,0 um) Mỗi quá trình này được minh họa và mô tả trong Bảng 11-4 Tuyển nổi (gắn bọt khí vào vật chất hạt để tạo lực nổi sao cho các hạt có thể được loại bỏ bằng cách hớt bọt) được đưa vào Bảng 11-4 cho đầy đủ, nhưng đã được xem xét trước đó trong Chương 5

Các quy trình đơn vị chính được sử dụng để loại bỏ các thành phần hòa tan, như đã thảo luận trong chương

này, bao gồm (1) thẩm thấu ngược (đưa chất lỏng qua màng bán thấm để loại trừ các hạt có kích thước từ 0,0001 đến 0,001 um), (2) điện phân ( vận chuyển các loại jonic qua màng chọn lọc ion), (3) hấp phụ (tích lũy các thành phần trên pha rắn), (4) tách khí (chuyển một thành phần từ pha lỏng sang pha khí), (5 ) trao đổi ion (trao đổi các loại ion) và (6) chưng cất (các thành phần được tách ra bằng cách bay hơi)

Bảng 11-3 Áp dụng các quy trình đơn vị để loại bỏ các hạt còn sót lại và các thành phần hòa tan dư lượng có

trong nước thải đã qua xử lý

Các quá trình (Phần thảo luận)Các thành phần

dư lượng

Lọc sâu (11-4) Lọc bề

mặt (11-5)

Vi lọc và siêulọc (11-6)

Thẩmthấungược(11-6)

Điện thẩmtách (11-7)

Hấp phụ(11-8)

Bào nang đơn

bào và noãn nang

a Việc loại bỏ sinh học nitơ và phốt pho được xem xét trong Chương 7 đến 10

b Việc loại bỏ phốt pho được thực hiện bằng quy trình lọc hai giai đoạn

c Một số chuyển giao có thể xảy ra

Kết tủa hóahọc (6-3,4,5)

Oxy hóa hóahọc (6-7)

Quá trình oxyhóa nâng cao(6-8)

Quang phân(6-9)

Sơ đồ quy trình điển hình

Sơ đồ quy trình xử lý điển hình kết hợp các quy trình đơn vị được thảo luận ở trên được minh họa trên Hình 11-1 Sự kết hợp của các quy trình đơn vị sẽ phụ thuộc vào mục tiêu xử lý Đối với ví dụ mẫu, trong sơ đồ dòng chảy được hiển thị trên Hình 11-1(b), phương pháp điện phân được sử dụng để loại bỏ muối nhằm giảm tổng chất rắn hòa tan trong nước thải đã xử lý Trên Hình 11(d), một số quy trình đơn vị đã được kết hợp để tạo ra nước uống được Khi sử dụng thẩm thấu ngược, một số dạng bộ lọc màng sẽ được sử dụng ở thượng nguồn để giảm thiểu tác động của các hạt vật chất có xu hướng làm tắc nghẽn màng Trên Hình 11-1(f), hai giai đoạn thẩm thấu ngược đã được kết hợp để tạo ra nước thích hợp để sử dụng trong nồi hơi áp suất cao Rõ

ràng, có thể phát triển được nhiều sơ đồ quy trình xử lý khác nhau tùy theo yêu cầu cụ thể Các ví dụ khác về

sơ đồ quy trình được trình bày và thảo luận trong suốt chương này

Kỳ vọng về hiệu suất quy trình

Điều quan trọng là phải biết những giá trị thành phần nước thải trung bình điển hình nào có thể được mong đợi

và sự biến thiên của các giá trị đó đối với một đơn vị quá trình nhất định Thông tin về các giá trị thành phần

và độ biến thiên có tầm quan trọng trong việc đáp ứng các yêu cầu về nước thải và trong việc lựa chọn các công nghệ có thể được sử dụng để xử lý thêm nước thải đã xử lý Trung bình điển hình giá trị thành phần nước thải có thể đạt được bằng cách lọc độ sâu, bề mặt và màng sau các hình thức xử lý sinh học khác nhau được báo cáo trong Bảng 11-5 Sự thay đổi quan sát được trong hiệu suất của các quá trình loại bỏ hạt khác nhau liên quan đến TSS và độ đục trong nước thải đã xử lý sẽ được thảo luận trong các phần liên quan đến lọc độ sâu, bề mặt và màng

Bảng 11-4 Mô tả các quy trình thường được sử dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và keo còn sót lại

Lọc sâu ban đầu được phát triển để xử lý nước bề mặt cho mục đích sinh hoạt và sau

đó được điều chỉnh cho các ứng dụng xử lý nước thải Lọc sâu được sử dụng để loại

bỏ bổ sung các chất rắn lơ lửng (bao gồm cả hạt BOD) khỏi nước thải nhằm các mục đích sau: (1) cho phép khử trùng hiệu quả hơn; (2) là bước tiền xử lý cho các bước

xử lý tiếp theo như hấp phụ carbon, lọc màng hoặc oxy hóa nâng cao; và (3) để loại

bỏ phốt pho kết tủa hóa học

Cấp nước có chứa chất dạng hạtLọc sâu

Những hạt cát

Lọc

Các chất dạng hạt bị chặn lại bởi môi trường hạt dọc theo độ sâu của

bể lọc

Lọc bề mặt được sử dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng còn sót lại từ nước thải thứ cấp và nước thải từ bể chứa

ổn định, đồng thời là phương pháp lọc thay thế cho lọc sâu.Lọc bề mặt, một công nghệ tương đối mới, bao gồm hoạt động sàng tương tự như sàng lọc trong nhà máy

Lọc màng bằng vi lọc (MF)

và siêu lọc màng (UF) đang được sử dụng ngày càng nhiều các ứng dụng cho nước

và nước thải Bộ lọc vi lọc và màng UF cũng là thiết bị lọc

bề mặt nhưng được phân biệt dựa trên kích thước của lỗ màng trong môi trường lọc; kích thước lỗ màng có thể thay đổi từ 0,005 đến 2,0 mm.Trong các ứng dụng tái sử dụng nước, MF và UF thườngtuân theo xử lý sinh học và được sử dụng để loại bỏ các hạt, bao gồm cả mầm bệnh; chất hữu cơ; và một số chất dinh dưỡng không bị loại bỏ bằng quá trình lắng lọc thứ cấp Nước sản phẩm từ MF

và UF có thể được sử dụng trực tiếp cho nhiều ứng dụng tái sử dụng khác nhau (sau khi khử trùng) hoặc được sử dụng làm nước cấp đã qua xử

lý trước để xử lý tiếp bằng lọcnano (NF) hoặc thẩm thấu ngược (RO)

Lọc bề mặt

Vải lọc

Vật liệu hỗtrợ bộ lọc

Nước cấp có chứa chất dạng hạtChất

Lớp hỗtrợLọc

(thấm)

Tuyển nổi không khí hòa tan

là một quá trình tách trọng lực trong đó bong bóng khí gắn vào các hạt rắn làm cho mật độ của chất kết tụ rắn bong bóng nhẹ hơn nước Đốivới các ứng dụng tái sử dụng nước, DAF được sử dụng chủyếu để xử lý nước thải ao chứa tảo và các chất cặn có mật độ thấp khó loại bỏ bằng phương pháp lắng trọng lực, thay thế cho phương pháp lắng sơ cấp thông thường và

là bước tiền xử lý để lọc sâu hoặc lọc bề mặt Tuyển nổi không khí hòa tan được xem

Tuyển nổi khí hòa tan

Hạt nổi được loại

hạt và quá bão hòa với không

khí được giải phóng ở đáy bể

phản ứng

Nước thải được tách bằng

hệ thống thu gom vách ngăn hoặc phía dưới vángnổi

Keo tụ Lọc Khử trùng bằng Cl hoặc tia cực tím

Lọc Điện thẩm tách Khử trùng bằng Cl hoặc tia cực tím

Siêu lọc Thẩm thấu Ozon hóa Khử trùng UV Khử trùng bằng Cl

Vi lọc Bộ lọc

catrige

Thẩm thấu ngược

Oxy hóa nâng cao

Vi lọc

Khử cacbon

Điều chỉnhpH

Khử trùng bằng Cl2

Bộ lọc catrige

Thẩm thấungược

Trao đổi ion

Khử trùng bằng Cl2

Vi lọc Thẩm thấu

ngược

Thẩm thấu ngược

Khử trùng bằng UV

Dùng trong nồi hơi áp suất cao

Hình 11-1 Sơ đồ quy trình điển hình để xử lý nước thải sử dụng các quy trình xử lý tiên tiến Tất cả các sơ đồ

dòng chảy đã được sử dụng lần này hay lần khác Ví dụ, trong sơ đồ số (d) quá trình oxy hóa nâng cao được sửdụng để phá hủy NDMA Trong sơ đồ số (e) trao đổi ion được sử dụng để loại bỏ nitrat

Bảng 11-5 Phạm vi điển hình của chất lượng nước thải sau các mức xử lý khác nhau

Phạm vi chất lượng nước thải sau khi xử lý được chỉ định

Thành

phần

thải chưa qua xử lý

Bùn hoạt tính thông thuòng

Bùn hoạt tính thông thường

có lọc

Bùn hoạt tính có BNR

Bùn hoạt tính có BNR và lọc

Bể phản ứng sinh học kết hợp lọc màng

Bùn hoạt tính có vi lọc và thẩm thấu ngược

Bể phản ứng sinh học

kết hợp lọc màng

Thẩm thấu ngược

Xử lý bằng tia cực tím

Khử trùng bằng Cl

a Từ Bảng 3-18 ở Chương 3

b Xử lý bùn hoạt tính thông thường bao gồm quá trình nitrat hóa

c BNR được định nghĩa là loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học để loại bỏ nitơ và phốt pho

d Với giai đoạn anoxic

e Với việc bổ sung chất keo tụ

9 Các đơn vị hình thành mảng bám¿PFU

f Ví dụ như chất chống cháy, sản phẩm chăm sóc cá nhân, thuốc kê đơn và không kê đơn (xem thêm Bảng

2-16 ở Chương 2)

11-4 Giới thiệu về lọc sâu

Lọc sâu bằng môi trường hoặc phương tiện lọc không nén là một trong những quy trình đơn vị lâu đời nhất được sử dụng trong xử lý nước uống và thường được sử dụng để lọc nước thải từ các quy trình xử lý nước thải,đặc biệt là loại bỏ chất dinh dưỡng ở mức độ thấp và tái sử dụng nước các ứng dụng Lọc sâu được sử dụng phổ biến nhất để (1) loại bỏ bổ sung các chất rắn lơ lửng còn sót lại (bao gồm các hạt BOD và phốt pho), (2) giảm lượng chất rắn thải ra và (3) có lẽ quan trọng hơn, như một chất điều hòa Bước này sẽ cho phép khử trùng hiệu quả nước thải đã lọc, đặc biệt là khử trùng bằng tia cực tím (xem Chương 12) Lọc một và hai giai đoạn được sử dụng để loại bỏ phốt pho kết tủa hóa học Mối quan hệ giữa lọc sâu và các hình thức lọc khác

được minh họa trên Hình 11-2 Trước đây, lọc sâu hầu như chỉ được sử dụng để lọc nước thải Tuy nhiên, với

sự phát triển của công nghệ lọc bề mặt hiện đại, như đã thảo luận trong Phần 11-5, lọc sâu không còn là công nghệ lọc chiếm ưu thế nữa

Để giới thiệu chủ đề lọc sâu, mục đích của phần này là trình bày (1) giới thiệu chung về quy trình lọc sâu,

(2) giới thiệu về lọc thủy lực nước sạch và (3) phân tích quá trình lọc Các loại bộ lọc hiện có và các vấn đề liên quan đến việc lựa chọn và thiết kế chúng, bao gồm thảo luận về nhu cầu nghiên cứu tại nhà máy thí điểm,

sẽ được xem xét trong phần sau

Mô tả quá trình lọc

Những điều cơ bản của quá trình lọc độ sâu có thể được hiểu bằng cách xem xét (1) các tính năng vật lý của bộlọc độ sâu trung bình dạng hạt thông thường, (2) các đặc tính của môi trường lọc, (3) quá trình loại bỏ vật liệu

lơ lửng khỏi chất lỏng và (4) quá trình rửa ngược trong đó vật liệu còn lại trong bộ lọc sẽ được loại bỏ

Đặc điểm vật lý của bộ lọc sâu Các đặc điểm chung của bộ lọc độ sâu trung bình dạng hạt thông thường

được minh họa trên Hình 11-3 Như được hiển thị, vật liệu lọc tsand trong trường hợp này) được đỡ trên một lớp sỏi, lớp sỏi này nằm trên hệ thống thoát nước của bộ lọc Nước cần lọc đi vào bộ lọc từ kênh đầu vào Nước lọc được thu thập trong hệ thống thoát nước ngầm cũng được sử dụng để đảo ngược dòng chảy để rửa ngược bộ lọc Nước sau lọc thường được khử trùng trước khi thải ra môi trường Nếu nước sau lọc được tái sử dụng, nó có thể được xả vào bể chứa hoặc hệ thống phân phối nước được thu hồi

Hình 11-2 Phân loại các quá trình lọc được sử dụng trong quản lý nước thải

Lưu ý: Quặng lọc môi trường gián đoạn và tuần hoàn được sử dụng cho các hệ thống nhỏ và không được xem xét trong sách này

Bể lọc tuần hoàn với vật liệulọc xốp

Bộ lọc PTNđược dùng cho TSS (Chương 2)

Lọc bằng đất cát

Bộ lọc catrige (các công nghệ khác nhau)

Lọc vải hoặc lọclưới

Hình 11-3 Các đặc điểm chung và hoạt động của bộ lọc nhanh kiểu lọc môi trường hạt thông thường: (a) dòng

chảy trong chu trình lọc và (b) dòng chảy trong chu trình rửa ngược (Từ Tchobanoglous và Schroeder, 1985)

Đặc điểm của môi trường/vật liệu lọc Kích thước hạt là đặc tính chính của môi trường lọc ảnh hưởng đến

hoạt động lọc bao gồm việc loại bỏ các chất lơ lửng và chất keo, tổn thất áp lực nước trong và sự tích tụ tổn thất áp lực trong quá trình chạy bộ lọc Nếu kích thước của vật liệu lọc quá nhỏ, phần lớn động lực sẽ bị lãng phí trong việc khắc phục lực cản ma sát của lớp lọc Nếu kích thước của môi trường quá lớn, nhiều hạt nhỏ trong dòng chảy vào sẽ đi trực tiếp qua lớp lọc Vì vậy, việc lựa chọn kích thước vật liệu phải cân bằng giữa nhu cầu về chất lượng nước lọc mục tiêu với tốc độ phát triển tổn thất đầu lọc có thể chấp nhận được Sự phân

bố kích thước của vật liệu lọc thường được xác định bằng phân tích màng sử dụng chuỗi kích thước màng giảm dần Ký hiệu và kích thước lỗ màng của Mỹ được nêu trong Bảng 11-6 Các kết quả phân tích màng thường được phân tích bằng cách vẽ biểu đồ phần trăm tích lũy lọt qua một cỡ sàng nhất định trên giấy nhật ký

số học hoặc nhật ký xác suất (xem Ví dụ 11-1)

Kích thước hiệu quả của phương tiện lọc, d được định nghĩa là kích thước 10 phần trăm dựa trên trọng lượng Đối với cát, người ta thấy rằng kích thước 10% tính theo trọng lượng tương ứng với kích thước 50% tính theo trọng lượng Hệ số đồng nhất (UC) được định nghĩa là tỷ lệ - của kích thước 60% và kích thước 10% (UC d/d) Đôi khi, sẽ thuận lợi hơn nếu chỉ định kích thước đi qua 99 phần trăm và kích thước đi qua 1 phần trăm để xác định đường cong tăng dần cho từng môi trường lọc chính xác hơn Thông tin bổ sung về các đặc tính của môi trường lọc được trình bày trong phần sau liên quan đến thiết kế bộ lọc độ sâu

Quá trình lọc Trong quá trình lọc trong bộ lọc độ sâu dòng chảy xuống thông thường nước thải chứa chất lơ

lửng và chất keo được đưa lên trên cùng của lớp lọc [xem Hình 11-3(a)] Khi nước đi qua lớp lọc, chất lơ lửng (được đo bằng độ đục) trong nước thải sẽ được loại bỏ bằng nhiều cơ chế loại bỏ như mô tả dưới đây Theo thời gian, khi vật liệu tích tụ trong các kẽ hở của môi trường dạng hạt, tổn thất cột áp qua bộ lọc bắt đầu tích tụvượt quá giá trị ban đầu, như minh họa trên Hình 11-4

Bảng 11-6 Ký hiệu và kích thước lỗ sàng của Mỹ

Nước lọc

Van điều khiển lưu lượng

Bộ điều khiển lưu lượng

Vật liệu đỡ cát (sỏi)

Van nước rửa ngược (đóng)

Chiều cao tầng cát giãn nở

Nước

Rửa ngược (nước mở)

Van (mở )

Nước rửa ngược

khí

a Được lấy từ ASTM (2001b)

b Kích thước không theo tỷ lệ (2)0.5

Cân nhắc về tổn thất áp suất và độ đục Sau một khoảng thời gian, tổn thất áp suất khi vận hành hoặc độ đục

của nước thải đạt đến giá trị tổn thất áp suất hoặc độ đục được xác định trước và bộ lọc phải được làm sạch Trong điều kiện lý tưởng, thời gian cần thiết để tích tụ tổn thất cột áp đạt đến giá trị cuối được chọn trước phải tương ứng với thời gian khi độ đục hoặc chất rắn lơ lửng trong nước thải đạt đến giá trị cuối được chọn trước

để có chất lượng chấp nhận được Sự phá vỡ độ đục xảy ra khi các khoảng kẽ trong lớp lọc lấp đầy đến điểm

mà lực cắt của chất lỏng đi qua bộ lọc vượt quá độ bềna của liên kết hình thành giữa vật liệu được lọc và vật liệu tích lũy Sự đột phá, vật chất tích lũy sẽ bị đánh bật ra và được thay thế bằng vật chất mới rằng trạng thái cân bằng được duy trì Trong thực tế, sự kiện này hay sự kiện khác sẽ chi phối chu trình rửa ngược

Hình 11-4 Bản phác thảo định nghĩa về thời gian chạy bô lọc dựa trên: (a) sự tích tụ tổn thất cột áp và (b) sự

tăng đột biến độ đục của nước thải sau xử lý

Lưu ý: Giai đoạn chính là thời gian cần thiết để đạt được giá trị độ đục của nước thải có thể chấp nhận được

sau khi hoàn thành chu trình rửa ngược Nước rửa ngược trong giai đoạn này thường được đưa trở lại quy trìnhhoặc dòng vào nhà máy

Cơ chế loại bỏ hạt Các cơ chế loại bỏ hạt chính, được cho là góp phần loại bỏ vật liệu trong bộ lọc môi

trường dạng hạt, được xác định và mô tả trong Bảng 11-7 Cơ chế loại bỏ chính (năm cơ chế đầu tiên được liệt

kê trong Bảng 11-7) được minh họa bằng hình ảnh trên Hình 11-5 Lọc đã được xác định là cơ chế chính có tácdụng loại bỏ chất rắn lơ lửng trong quá trình lọc nước thải thứ cấp đã lắng từ các quá trình xử lý sinh học (Tchobanoglous và Eliassen, 1970; Tchobanoglous, 1988)

Các cơ chế khác bao gồm chặn, va chạm và bám dính cũng có tác dụng mặc dù tác dụng của chúng rất nhỏ

và phần lớn bị che lấp bởi tác động căng Việc loại bỏ các hạt nhỏ hơn có trong nước thải (xem Hình 11-5) phải được thực hiện theo hai bước liên quan đến (1) vận chuyển các hạt đến hoặc gần bề mặt nơi chúng sẽ bị loại bỏ và (2) loại bỏ của các hạt bằng một hoặc nhiều cơ chế loại bỏ hoạt động Quá trình hai bước này được xác định là vận chuyển và gắn kết (O'Melia và Stumm 1967)

Các bộ lọc dòng chảy xuống thông thường, các bộ lọc đa phương tiện và đa phương tiện cũng như các bộ lọc độ sâu đơn trung bình tầng sâu (xem Hình 11-6) được phát triển để cho phép các chất rắn lơ lửng trong chất lỏng được lọc để thâm nhập sâu hơn vào lớp lọc, và do đó sử dụng nhiều dung lượng lưu trữ chất rắn có sẵn trong lớp lọc Sự thâm nhập sâu hơn của chất rắn vào lớp lọc cũng cho phép bộ lọc chạy lâu hơn do sự tích

tụ tổn thất áp suất giảm Để so sánh, ở các lớp nền đơn trung bình nông, hầu hết sự loại bỏ xảy ra ở vài milimetphía trên của lớp

Quá trình rửa ngược Kết thúc quá trình chạy bộ lọc (giai đoạn lọc) đạt được khi chất rắn lơ lửng trong nước

thải bắt đầu tăng (đột phá) vượt quá mức chấp nhận được hoặc khi xảy ra tổn thất áp suất giới hạn trên lớp lọc

Cột áp sẵn có

Tổn thất trong quá trình lọc tích cực

Thời gian tổn thất cột áp tối đa

Thời gian Tổn thất cột áp

của lớp lọc sạch

Tổn thất cột áp

Độ đục

Giai đoạn chính (lọc thành chất thải)

Thời gian lọc hiệu quả Độ đục đột biến

Giới hạn độ đục của nước sau xử lý

Thời gian đạt độ đục đột biến (kết thúc quá trình lọc)

(xem Hình 11-4) Khi đạt được một trong hai điều kiện này, giai đoạn lọc sẽ kết thúc và bộ lọc phải được làm sạch (rửa ngược) để loại bỏ vật liệu (chất rắn lơ lửng) tích tụ trong lớp lọc trung bình dạng hạt Rửa ngược được thực hiện bằng cách đảo ngược dòng chảy qua bộ lọc [xem Hình 11-3(b)] Một lượng nước rửa đủ được cung cấp cho đến khi môi trường lọc dạng hạt ở trạng thái hóa lỏng (giãn nở), làm cho các hạt của môi trường lọc mài mòn với nhau Các yêu cầu về dòng nước rửa ngược có liên quan đến nhiệt độ nước và độ giãn nở của lớp giặt mong muốn trong quá trình giặt tốc độ cao Trừ khi giường lọc được làm sạch đúng cách, vật liệu mịn,dầu mỡ và chất nhờn vi khuẩn có thể tích tụ bên trong giường, cuối cùng dẫn đến hình thành các hạt bùn Chất

lơ lửng được giữ lại trong bộ lọc sẽ bị loại bỏ bởi lực cắt bị ảnh hưởng bởi nước rửa ngược khi nó di chuyển qua lớp giãn nở và bị mài mòn khi các hạt của môi trường lọc tương tác với nhau Sau đó, vật liệu tích tụ bên trong giường sẽ bị cuốn trôi Rửa bề mặt bằng nước và sục khí thường được sử dụng kết hợp với rửa ngược nước để tăng cường khả năng làm sạch của lớp lọc Đặc biệt, việc sục khí sẽ làm giảm thời gian rửa ngược cần thiết và do đó sẽ giảm lượng nước rửa cần thiết Sau khi rửa ngược, phương pháp lọc thành chất thải thường được sử dụng để ngăn chặn bất kỳ hạt rửa ngược còn sót lại nào xâm nhập vào nước đã lọc Trong hầu hết các

sơ đồ dòng chảy của nhà máy xử lý nước thải, nước rửa có chứa chất rắn lơ lửng được loại bỏ khỏi bộ lọc sẽ được đưa trở lại thiết bị lắng sơ cấp hoặc quy trình xử lý sinh học Ngày càng có nhiều cơ sở xử lý riêng biệt được cung cấp, đặc biệt là tại các nhà máy xử lý lớn, để loại bỏ chất rắn khỏi nước rửa ngược

Bảng 11-7 Các cơ chế và hiện tượng chính góp phần loại bỏ vật liệu trong bộ lọc sâu vật liệu lọc dạng hạt

1.Lọc bỏ

ra một cách cơ học

b) Khả năng kết nối Các hạt nhỏ hơn không gian lỗ rỗng bị mắc kẹt trong bộ lọc do

tiếp xúc ngẫu nhiên

2 Lắng đọng hoặc va chạm Các hạt nặng không theo dòng chảy sẽ lắng xuống môi trường lọc

bên trong bộ lọc

với bề mặt của vật liệu lọc

đi qua Do lực của dòng nước chảy, một số vật liệu bị cắt đi trước khi bám chắc và bị đẩy sâu hơn vào lớp lọc Khi lớp đệm bị tắc, lực cắt bề mặt tăng đến mức không thể loại bỏ thêm vật liệu nào Một số vật liệu có thể lọt qua đáy bộ lọc, gây ra hiện tượng đục đột ngột trong nước thải

hạt lớn hơn được hình thành bởi gradient vận tốc trong bộ lọc sau

đó sẽ được loại bỏ bằng một hoặc nhiều cơ chế loại bỏ ở trên

6 Hấp phụ hóa học Khi một hạt đã được tiếp xúc với bề mặt của môi trường lọc hoặc

với các hạt khác, một trong các cơ chế này hoặc cả hai có thể chịutrách nhiệm giữ nó ở đó

c) Lực Van der Waals

8 Tăng trưởng sinh học Sự phát triển sinh học bên trong bộ lọc sẽ làm giảm thể tích lỗ

rỗng và có thể tăng cường loại bỏ các hạt bằng cơ chế loại bỏ từ 1

đến 5.

Hình 11-5 Loại bỏ các hạt lơ lửng trong bộ lọc hạt bằng cách: (a) lọc, (b) lắng đọng hoặc tác động quán tính,

(c) chặn, (d) bám dính và (e) keo tụ với việc loại bỏ tiếp theo bằng một hoặc nhiều cơ chế trước đó (Chuyển thể từ Tchobanoglous và Schroeder, 1985)

Hình 11-6 Sơ đồ các lớp lọc minh họa khả năng tăng dung lượng lưu trữ: (a) vật liệu lọc đơn lớp , (b) vật liệu

lọc 2 lớp và (c) vật liệu lọc nhiều lớp

Thủy lực của quá trình lọc

Trong suốt 60 năm qua, người ta đã nỗ lực đáng kể để mô hình hóa quá trình lọc Các mô hình này thuộc hai loại chung: những mô hình được sử dụng để dự đoán tổn thất cột áp của nước sạch thông qua lớp lọc trung bình dạng hạt (nước sạch đề cập đến nước không có các hạt lơ lửng nếu không sẽ tạo ra tổn thất cột áp) và độ giãn nở rửa ngược của bộ lọc, và những mô hình đó mô hình được sử dụng để dự đoán hiệu suất của các bộ lọc

để loại bỏ chất rắn lơ lửng Tổn thất cột áp và thủy lực rửa ngược được xem xét trong phần thảo luận sau đây

Than antraxit

Kích thước lỗ rỗng

Vùng trộn lẫn

Kích thước lỗ rỗng

Tổn thất nước sạch Qua nhiều năm, một số phương trình đã được đề xuất để mô tả dòng nước sạch qua môi

trường xốp (Darcy, 1856; Hazen, 1905; Fair and Hatch, 1933: Kozeny-Carman, 1937; Rose, 1945; Ergun, 1952) Các phương trình được phát triển bởi những nhà nghiên cứu đầu tiên này được tóm tắt trong Bảng 11-8.Trong hầu hết các trường hợp, các phương trình cho dòng nước sạch qua môi trường xốp được rút ra từ việc xem xét phương trình Darcy-Weishach [phương trình (5-78)] cho dòng chảy trong ống dẫn kín và từ phân tíchkích thước

Ứng dụng của phương trình tổn thất cột áp Các phương trình trong Bảng 11-8 áp dụng cho các chế độ

dòng chảy khác nhau Tất cả các phương trình được trình bày trong Bảng 11-8 có thể được sử dụng cho các điều kiện dòng chảy tầng, với số Reynolds thường dưới 6 Tuy nhiên, chỉ có phương trình Rose và Ergun áp dụng cho các chế độ dòng chảy tầng, chuyển tiếp và chảy rối Các phương trình cho chế độ dòng chảy chuyển tiếp hoặc hỗn loạn rất quan trọng vì nhiều bộ lọc mới hơn sâu hơn với vật liệu lọc lớn hơn và hoạt động ở tốc

độ lọc cao hơn Trong phương trình Rose [Eq (11-5)], sử dụng hệ số lực cản C, [phương trình (11-7)], giúp

có thể nắm bắt được ảnh hưởng của các chế độ dòng chảy khác nhau từ nhớt đến quán tính Tương tự, trong phương trình ma sát Ergun [Eq (11-10)], số hạng đầu tiên tính đến tổn thất năng lượng nhớt và số hạng thứ haigây ra tổn thất năng lượng quán tính Dựa trên việc xem xét các tài liệu Trus- sell và Chang (1999) đã đề xuất một số hệ số khác nhau cho cát và than antraxit để sử dụng trong phương trình Ergun [phương trình (11-10)]

Thuật ngữ tổng hợp trong các phương trình (11-3) và (11-6) được đưa vào để giải thích cho sự phân tầng

xảy ra trong các bộ lọc Để giải thích cho sự phân tầng, kích thước trung bình của vật liệu được giữ lại giữa cáckích thước sàng liên tiếp được giả định tương ứng với kích thước trung bình của các sàng liên tiếp (xem Bảng 11-6), giả sử rằng các hạt được giữ lại giữa các kích thước sàng là đồng đều (dãn nở, 1933) Phương trình Ergun [Phương trình (11-9)] cũng có thể được áp dụng cho các lớp liên tiếp trong bộ lọc phân tầng

Bảng 11-8 Các công thức được sử dụng để tính toán tổn thất cột nước sạch qua môi trường lọc dạng hạt

(11-1) C ¿ hệ số nén (thay đổi từ 600 đối

với cát được nén chặt, không sạchđến 1200 đối với cát sạch đềuFair-Hatch (Fair and Hatch, 1933)

vs2g

(11-5) d10 Đường kính trung bình hiệu

Sv diện tích bề mặt riêng (AP/VP)bằng 6/d đối với hạt hình cầu và6/d ψ với hạt không hình cầu.

T nhiệt độ, ℃ ,(℉trong biểuthức 11-10)

và than)

a Mặc dù được gọi là phương trình Kozeny-Carman, Blake (1972) cũng được coi là người có công phát triển công thức trên

Tính hình cầu, diện tích bề mặt riêng và hệ số hình dạng Khi áp dụng các phương trình trong Bảng 11-8,

có một số nhầm lẫn tồn tại trong định nghĩa về độ cầu, , diện tích bề mặt riêng, S, và hệ số hình dạng, S Hệ số cầu được định nghĩa là tỉ số giữa diện tích bề mặt của một hình cầu với cùng thể tích của một hạt nhất định với diện tích bề mặt của hạt và được tính theo công thức sau (Wadell, 1935)

ψ = п

1/3

( 6 Vp)2 /3

Ap (11-11)

Trong đó: ψ tính hình cầu, không thứ nguyên

Vp thể tích hình cầu tương đương, L3 (m3)

Ap diện tích bề mặt thực L2 (m2)

Do đó, đối với một hạt hình cầu, hệ số cầu bằng 1.0 Thông thường, hệ số hình cầu có thể được áp dụng cho các hạt rời rạc và có thể thay đổi từ 1.0 đối với hình cầu đến 0.70 đối với cát nghiền Hơn nữa, vì độ hạt hình cầu rất khó đo nên các giá trị điển hình được rút ra từ các quan sát thực nghiệm (Carman, 1937)

Bề mặt riêng, Sv được định nghĩa là tỷ lệ diện tích trên thể tích, được cho bởi công thức sau

Đối với hạt hình cầu:

ψ tính hình cầu, không thứ nguyên

Trong tài liệu, số 6 xuất hiện trong các phương trình trên đã được xác định là hệ số hình dạng S đối với các hạt hình cầu và 6/ψ đối với các hạt không hình cầu [xem phương trình (11-2) trong Bảng 11-8] (Fair và cộng

sự, 1968) Tính toán tổn thất đầu nước sạch qua bộ lọc được minh họa trong Ví dụ 11-1

Ví dụ 11-1 Xác định tổn thất cột áp nước sạch trong bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt Xác định kích thước

hiệu dụng, hệ số đồng nhất và tổn thất cột áp nước sạch trong lớp lọc gồm 0.75 m cát đồng nhất với phân bố kích thước được đưa ra dưới đây cho tốc độ lọc là 160 L/m2phút Giả sử nhiệt độ hoạt động là 20°C Sử dụng phương trình Rose [Eq (11-6)] được đưa ra trong Bảng 11-8 để tính tổn thất cột áp Giả sử độ xốp của cát trong các lớp khác nhau là 0.40 và sử dụng giá trị 0.85 cho hệ số cầu của cát

Kích thước sàng hoặc số Phần trăm cát được giữ

lại

Tích lũy phần trăm vượt

qua

Kích thướca trung bìnhhình học, mm

a Kích thước hiệu dụng, d10, xác định từ biểu đồ là 0,40 mm

có tác động lớn hơn Mặc dù nhiều phương trình đã được đề xuất trong nhiều năm, phương trình Rose đã được chứng minh là khá thỏa đáng để ước tính tổn thất cột nước trong trong các lớp lọc trung bình dạng hạt cho nhiều chế độ dòng chảy khác nhau.

Thủy lực của quá trình rửa ngược Để hiểu điều gì xảy ra trong quá trình rửa ngược, sẽ rất hữu ích khi tham

khảo Hình 11-7, trong đó sự sụt giảm áp suất trên một lớp đệm được minh họa khi tốc độ rửa ngược đi lên qua

nó tăng lên Giữa các điểm A và B, lớp đệm ổn định, độ giảm áp suất và số Reynolds N có liên hệ tuyến tính Tại điểm B, áp suất giảm về cơ bản sẽ cân bằng trọng lượng của bộ lọc Giữa các điểm B và C, lớp đệm không

ổn định và các hạt điều chỉnh vị trí của chúng để tạo ra lực cản dòng chảy càng ít càng tốt Tại điểm C, thu được sự sắp xếp lỏng lẻo nhất có thể trong đó các hạt vẫn tiếp xúc với nhau Ngoài điểm C, các hạt bắt đầu chuyển động tự do nhưng va chạm thường xuyên nên chuyển động tương tự như chuyển động của các hạt trong quá trình lắng bị cản trở Điểm C được gọi là "điểm sôi" Vào thời điểm đạt đến điểm D, tất cả các hạt đều chuyển động và ngoài điểm này, N tăng dẫn đến AP tăng rất nhỏ khi lớp tiếp tục giãn nở và các hạt chuyểnđộng nhanh hơn và độc lập hơn Cuối cùng, các hạt sẽ chảy theo chất lỏng và lớp đệm sẽ không còn tồn tại tại thời điểm E

Để mở rộng lớp đệm bao gồm môi trường lọc đồng nhất về mặt thủy lực, tổn thất đầu phải bằng khối lượng nổi của môi trường dạng hạt trong chất lỏng Về mặt toán học, mối quan hệ này có thể được biểu diễn dưới dạng:

h =Le( 1−αe) ( ρm−ρw

ρw ) (11-13)Trong đó: h tổn thất áp suất cần thiết để mở rộng lớp đệm

Leđộ sâu của lớp đệm giãn nở

αe độ xốp giãn nở

ρm mật độ của vật liệu lọc

ρwmật độ của nước

Hình 11-7 Sơ đồ minh họa quá trình hóa lỏng của vật liệu lọc (phỏng theo Foust và cộng sự, 1960)

Bởi vì các hạt riêng lẻ được giữ ở trạng thái lơ lửng nhờ lực kéo do chất lỏng dâng lên gây ra nên có thể chứng minh được từ lý thuyết lắng đọng (xem Phần 5-5 trong Chương 5) rằng các thuật ngữ khác được định nghĩa trước đó

CDApρwv

2

2 ф ( αe) = ( ρm−ρw) g vp (11-14)Trong đó: v vận tốc bề mặt của nước rửa ngược, m/s

ф ( αe) hệ số hiệu chỉnh để tính đến thực tế rằng v là vận tốc nước rửa ngược nước chứ không phải tốc độ lắng của hạt vp

Từ các nghiên cứu thực nghiệm (Fair, 1951; Richardson và Zaki, 1954) người ta đã phát hiện ra rằng độ xốp của lớp mở rộng có thể được tính gần đúng bằng cách sử dụng các mối quan hệ sau giả sử số Reynolds xấp xỉ bằng một

Tuy nhiên, do thể tích của môi trường lọc trên một đơn vị diện tích không đổi, (1−α ) L phải bằng

phương trình (11-18) được sửa đổi với giả định rằng các hạt được giữ lại giữa các kích thước sàng là đồng nhất về cơ bản (Fair và Hatch, 1933).

Le

( 1 −αe) (11-19)

Trong đó: p là phần vật liệu lọc được giữ lại giữa các kích cỡ sàng

Do đó, tốc độ rửa ngược cần thiết và độ sâu mở rộng có thể được ước tính bằng các phương trình 18 và

11-19, tương ứng, như được minh họa trong Ví dụ 11-2 Các chi tiết bổ sung về việc mở rộng lớp lọc có thể được tìm thấy trong Amirtharajah (1978), Cleasby và Fan (1982), Dharmarajah và Cleasby (1986), Kawamura (2000), Leva (1959), và Richardson anda Zaki (1954)

Ví dụ 11-2 Xác định vận tốc rửa ngược cần thiết để làm sạch bể lọc Một lớp cát phân tầng có phân bố

kích thước dưới đây phải được rửa ngược với tốc độ 0,75 m3/m2phút Xác định mức độ giãn nở và liệu tốc độ rửa ngược đề xuất có giãn nở toàn bộ lớp hay không Giả sử các dữ liệu sau đây có thể áp dụng được:

Kích thước sàng hoặc số Phần trăm cát được giữ lại Kích thướca trung bình hình học,

Kích thướctrung bìnhhình học,mm

a Xác định tốc độ lắng của hạt bằng Hình 5-20 ở Chương 5 Ngoài ra, tốc độ lắng của hạt có thể được tính như minh họa trong Ví dụ 5-5 Các giá trị vận tốc lắng từ Hình 5-20 được nhập vào bảng tính toán.

b Xác định các giá trị của v/ và nhập các giá trị tính được vào bảng tính

2 Xác định độ sâu đáy mở rộng bằng phương trình

để xử lý lượng nước rửa ngược được sử dụng để làm sạch đệm, với tấm ván khô tối thiểu cao hơn đỉnh máng là

600 mm (24 in)

Mô hình hóa quá trình lọc

Việc mô hình hóa quá trình lọc bao gồm việc phát triển các phương trình để mô tả (1) quá trình loại bỏ chất rắn

lơ lửng theo thời gian và khoảng cách trong lớp lọc và (2) sự tích tụ tổn thất áp suất khi chất rắn lơ lửng được loại bỏ khỏi chất lỏng đi qua bộ lọc

Loại bỏ chất rắn lơ lửng Nhìn chung, mô hình toán học của việc loại bỏ vật chất dạng hạt trong không

gian-thời gian trong bộ lọc dựa trên việc xem xét phương trình liên tục, cùng với phương trình tốc độ phụ trợ Phương trình liên tục của hoạt động lọc có thể được phát triển bằng cách xem xét cân bằng khối lượng chất rắn

lơ lửng cho một phần bộ lọc có diện tích mặt cắt ngang A và có độ dày ∆z, được đo theo hướng dòng chảy nhưminh họa trên Hình 11- số 8 Theo cách tiếp cận được nêu trong Chương 1 phương trình thu được là:

Hình 11-8 Phác thảo định nghĩa cho phân tích của quá trình lọc.\

Trong phương trình (11-20), số hạng thứ nhất biểu thị sự chênh lệch giữa khối lượng chất lơ lửng với chất rắn đi vào và rời khỏi mặt cắt, số hạng thứ hai biểu thị tốc độ thay đổi theo thời gian của khối lượng chất rắn lơlửng tích lũy trong các kẽ hở của môi trường lọc và số hạng thứ ba biểu thị tốc độ thay đổi theo thời gian của nồng độ chất rắn lơ lửng trong không gian lỗ rỗng trong khối lượng bộ lọc

Do lượng chất lỏng chứa trong lớp trong một quá trình chảy thường nhỏ so với thể tích chất lỏng đi qua lớp nên phương trình cân bằng vật liệu có thể được viết là:

−v ∂ C ∂ z = ∂ q ∂ t (11-21)Phương trình này là phương trình thường thấy nhất trong các tài liệu liên quan đến lý thuyết lọc

Để giải phương trình (11-21), cần có một phương trình độc lập bổ sung Cách tiếp cận trực tiếp nhất là rút ramối quan hệ có thể được sử dụng để mô tả sự thay đổi nồng độ chất lơ lửng theo khoảng cách, chẳng hạn như:

∂ C

∂ z =ф ( V1,V2,V3, … ) (11-22)Trong đó V1 V2 và V3 là các biến số chi phối việc loại bỏ chất lơ lửng khỏi dung dịch Một cách tiếp cận khác

là phát triển một phương trình bổ sung trong đó các biến quy trình thích hợp có liên quan đến lượng vật liệu được giữ lại (tích lũy) trong bộ lọc ở các độ sâu khác nhau Ở dạng phương trình, điều này có thể được viết là:

∂ q

∂ t = ¿ ф ( V1,V2,V3, … ) (11-23)

Sử dụng một trong các biểu thức trên, [Eq (11-21) hoặc (11-22)], một số nghiệm đã được đề xuất cho phương trình liên tục [Eq (11-21)] (Caliskaner và Tchobanoglous, 2000)

Phát triển tổn thất đầu Trước đây, cách tiếp cận được sử dụng phổ biến nhất để xác định tổn thất cột áp

trong bộ lọc bị tắc là tính toán nó với dạng đã sửa đổi của các phương trình được sử dụng để đánh giá tổn thất cột áp trong nước sạch (xem Bảng 11-8) Trong mọi trường hợp, khó khăn gặp phải khi sử dụng các phương trình này là độ xốp phải được ước tính cho các mức độ tắc nghẽn khác nhau Thật không may, sự phức tạp của phương pháp này khiến hầu hết những công thức bình thường hoặc tốt nhất là cực kỳ khó sử dụng Một cách

Mặt cắt qua lớp lọc

Diện tích

Thể tích

tiếp cận khác là liên hệ sự phát triển tổn thất cột áp với lượng vật liệu bị bộ lọc loại bỏ Tổn thất áp suất sau đó

Ho tổng tổn thất áp lực nước sạch ban đầu, m (ft)

( hi)t tổn hao áp suất ở lớp thứ i của bộ lọc tại thời điểm t, m (ft)

Từ việc đánh giá các đường cong tổn thất cột áp gia tăng đối với cát và than antraxit đồng nhất, sự tích tụ tổn thất cột áp trong một lớp riêng lẻ của bộ lọc được phát hiện là có liên quan đến lượng vật liệu chứa trong lớp

đó Dạng phương trình thu được của tổn thất áp suất ở lớp thứ i là:

( hi)t=a ( qi)b

t (11-25)Trong đó: ( qi)t lượng vật liệu lắng đọng ở lớp thứ i tại thời điểm t, mg/cm3

a,b hằng số

Trong phương trình này, giả định rằng sự tích tụ tổn thất cột áp chỉ là một lượng vật liệu bị loại bỏ Việc áp dụng các phương trình mô hình hóa này trong phiên bản thứ 3 và thứ 4 của cuốn sách này

11-5 Lọc sâu: lựa chọn và cân nhắc thiết kế

Khả năng lựa chọn và thiết kế công nghệ lọc phải dựa trên (1) kiến thức về các loại bộ lọc hiện có, (2) hiểu biếtchung về đặc tính hiệu suất của chúng và (3) đánh giá cao các biến số của quy trình kiểm soát độ sâu lọc traction Những cân nhắc thiết kế quan trọng đối với hệ thống lọc nước thải bao gồm (1) đặc tính nước thải đầuvào của bộ lọc, (2) thiết kế và vận hành quy trình xử lý sinh học, (3) loại công nghệ lọc sẽ được sử dụng (4) các tùy chọn kiểm soát dòng chảy có sẵn, (5) loại hệ thống rửa ngược bộ lọc được sử dụng, (6) các phụ kiện bộlọc cần thiết và (7) hệ thống và thiết bị điều khiển bộ lọc (không được xem xét trong sách giáo khoa này) Sự hiểu biết về các vấn đề liên quan đến lọc nước thải bằng cách bổ sung hóa chất, loại vấn đề về lọc gặp phải tại hiện trường và các nghiên cứu thí điểm về tầm quan trọng của nhà máy cũng là cần thiết Những chủ đề này được trình bày và thảo luận trong phần này

Năm loại bộ lọc độ sâu được sử dụng phổ biến nhất để lọc nước thải tại các nhà máy xử lý lớn hơn [lớn hơn

1000 m3/d (0,25 Mgal/d)] là (1) bộ lọc dòng chảy xuống thông thường (đơn trung, kép và đa phương tiện) (2)

bộ lọc dòng chảy xuống tầng sâu, (3) bộ lọc rửa ngược liên tục dòng chảy lên tầng sâu, (4) bộ lọc môi trường tổng hợp, (5) bộ lọc tầng xung và (6) bộ lọc cầu di chuyển Một hệ thống lọc tầng sâu hai giai đoạn kết hợp vớiviệc loại bỏ phốt pho cũng được sử dụng Bộ lọc áp suất, hoạt động giống như bộ lọc trọng lực, được sử dụng

ở các nhà máy nhỏ hơn Nhiều bộ lọc là độc quyền và được nhà sản xuất cung cấp dưới dạng bộ phận hoàn chỉnh Mỗi loại trong số tám loại bộ lọc này được mô tả chi tiết hơn trong Bảng 11-10 Hình ảnh về một số kiểu lắp đặt bộ lọc khác nhau được hiển thị trên Hình 11-9.

Bảng 11-9 So sánh các loại bộ lọc trung bình dạng hạt và tổng hợp chính

Vật liệu lọc chi tiết a

Hoạt động rửa ngược

Lưu lượng qua bể lọc

Vị trí lưu giữ chất rắn

Kiểu thiết kế

Chú thích

Cáthoặcthanantraxit

Trênxuống

Theomẻ

Hằngsố/ Biếnđổi

Bề mặt

và lớptrên củavật liệulọc

Riêng Tạo tổn

thất áplựcnhanh

Cát vàthanantraxit

Trênxuống

Theomẻ

Hằngsố/ Biếnđổi

Bêntrong

Riêng Thiết kế

thiết bịkép đểkéo dàithờigianchạy bộlọc.Thông

thường

Bán liên

tục

Nhiềulớp(phântầng)

Cát,thanantraxithoặcngọchồnglựu

Trênxuống

Theomẻ

Hằngsố/ Biếnđổi

Bêntrong

Riêng Thiết kế

đa thiết

bị đểthâmnhập độsâu hạt

Cáthoặcthanantraxit

Trên xuống

Theomẻ

Hằngsố/ Biếnđổi

Bêntrong

sâudùng đểchứachất rắn

và kéodài thờigian bộlọc.Lọc

tầng sâu

Bán liên

tục

Đơn lớp(phântầnghoặc

ngược

Theomẻ

trong

Độcquyền

Tầngsâudùng đểchứa

chất rắn

và kéodài thờigian bộlọc.Lọc

tầng sâu

Bán liên

tục

Đơn lớp(phântầnghoặckhôngphântầng)

Lớp cátdichuyểnngượcdòngchấtlỏng.Lọc

xuống

Theomẻ

Hằng số Bề mặt

và lớptrên

Độcquyền

Xungkhíthường

bị phá

vỡ lên

bề mặtthảm vàtăngchiềudài.Lọc mờ Bán liên

tục

Đơn lớp(khôngphântầng)

Sợi tổnghợp

Dòngngược

Theomẻ

trong

Độcquyền

Tấmđục lỗđượcdùng đểgiữ lạimôitrườnglọctrongquátrìnhrửangược.Lọc cầu

di động

Liên tục Đơn lớp

(khôngphântầng)

xuống

Bán liêntục

Hằng số Bề mặt

và lớptrên

Độcquyền

Các ôlọcriêng lẻđượcrửa tuầntự Lọc

cầu di

động

Liên tục Hai lớp

(phântầng)

Cát vàthanantraxit

Trênxuống

Bán liêntục

Hằng số Bề mặt

và lớptrên

Độcquyền

Các ôlọcriêng lẻđượcrửa tuần

tự Lọc áp

suất

Bán liên

tục

Đơn lớphoặc hailớp

Cátvà/hoặcthanantraxit

Trênxuống

Theomẻ

Hằngsố/ Biếnđổi

Bề mặt

và lớptrên

Riêng

và độcquyền

Được sửdụngcho cácnhà máynhỏ

a Để biết độ sâu của lớp lọc, xem bảng 11-15và 11-16

Hiệu suất của các loại bể lọc sâu khác nhau

Câu hỏi quan trọng liên quan đến việc lựa chọn bất kỳ bộ lọc độ sâu nào là liệu nó có hoạt động như mong đợi hay không Hiệu suất của bộ lọc độ sâu có thể được đánh giá từ việc xem xét (1) tốc độ tải thủy lực, (2) loại bỏ

độ đục và tổng chất rắn lơ lửng, (3) khả năng thay đổi độ đục và loại bỏ TSS, (4) loại bỏ các kích cỡ hạt khác nhau (5) loại bỏ vi sinh vật và (6) yêu cầu về nước rửa ngược

Tải trọng thủy lực Các cân nhắc vận hành chính cho bộ lọc độ sâu là lượng nước được tạo ra trong một

khoảng thời gian nhất định với chất lượng xác định và lượng nước rửa được sử dụng để làm sạch bộ lọc Khối lượng nước được tạo ra có liên quan đến sự phát triển tổn thất áp suất và hiệu suất lọc, thường được đo bằng

độ đục (xem Hình 11-4) Mục tiêu của thiết kế bộ lọc cân bằng là để hạn chế tổn thất đầu và độ đục xảy ra tại hoặc gần cùng một lúc Ở những cây nhỏ, nước được lọc trong giai đoạn chín bị lãng phí trong bước lọc thành chất thải (thường được đưa trở lại dòng nước vào của cây) Ở những nhà máy lớn có nhiều bộ lọc, chu trình lọc

để thải thường bị bỏ qua Việc bổ sung hóa chất cũng được sử dụng để kéo dài thời gian phá vỡ độ đục và đạt được nhiều mục tiêu xử lý khác bao gồm loại bỏ các chất gây ô nhiễm cụ thể như phốt pho, ion kim loại và chất humic Các hóa chất được sử dụng phổ biến trong lọc nước thải bao gồm nhiều loại polyme hữu cơ, phèn

và clorua sắt Cần lưu ý rằng việc sử dụng các hóa chất hỗ trợ lọc thông thường sẽ dẫn đến tổn thất cột áp nhanh hơn và việc lạm dụng các hóa chất này có thể dẫn đến hiện tượng sự hình thành bóng bùn

Cả thể tích nước được lọc và tốc độ tăng tổn thất cột nước đều liên quan đến tốc độ tải thủy lực (HL.R) Các

đặc tính vận hành điển hình, bao gồm tốc độ tải thủy lực, của bộ lọc độ sâu được trình bày trong Bảng 11-11 Cũng được báo cáo trong Bảng 11-11 là tốc độ lọc được Bộ Y tế Công cộng California cho phép đối với các

bộ lọc khác nhau trong các ứng dụng tái sử dụng Do có sự khác biệt lớn về tỷ lệ cho phép nên nên tiến hành các nghiên cứu thí điểm trên cây trồng

Loại bỏ độ đục và tổng chất rắn lơ lửng Kết quả thử nghiệm dài hạn của bảy loại bộ lọc quy mô thí điểm

khác nhau đối với nước thải từ cùng một quy trình bùn hoạt tính (SRT 8d), không bổ sung hóa chất, được trình bày trên Hình 11-10 Dữ liệu dài hạn từ các nhà máy cải tạo nước khác cũng được hiển thị Các kết luận chính đạt được từ phân tích dữ liệu được trình bày trên Hình 11-10 là (1) với bộ lọc chất lượng cao ảnh hưởng (độ đục dưới 5 đến 7 NTU) tất cả các bộ lọc được thử nghiệm đều có khả năng tạo ra nước thải có độ đục trung bình từ 2 NTU trở xuống nếu không bổ sung hóa chất: (2) khi độ đục dòng vào lớn hơn khoảng 7 đến 10 NTU,cần bổ sung hóa chất với tất cả các bộ lọc để đạt được độ đục của nước thải từ 2 NTU trở xuống; và (3) chất lượng nước thải có liên quan trực tiếp đến chất lượng nước thải nếu không sử dụng chất bổ sung hóa học Các giá trị điển hình của chất lượng nước thải đối với độ đục và tổng chất rắn lơ lửng để lọc sâu bằng phương tiện dạng hạt được trình bày trong Bảng 11-12 Để so sánh, dữ liệu có thể so sánh đối với các quy trình lọc tiên tiếnkhác (ví dụ: màng) được sử dụng để loại bỏ các hạt vật chất được trình bày trong Bảng 11-31 trong Phần 11-7 Hãy ghi nhớ những hạn chế liên quan đến phép đo độ đục, hai mối quan hệ sau đây có thể được sử dụng để tính gần đúng giá trị TSS từ các giá trị độ đục đo được

Nước thải thứ cấp đã lắng

TSS, mg/L ¿ (2.0 đến2.4 )×(độ đục , NTU ) (11-26)Lọc nước thải

TSS, mg/L ¿ (1.3 đến1.6)×(độ đục , NTU ) (11-27)

Sử dụng các phép tính gần đúng ở trên, giá trị độ đục từ 5 đến 7 NTU trong nước thải thứ cấp đã lắng, là chất ảnh hưởng đến bộ lọc, tương ứng với nồng độ TSS thay đổi từ khoảng 10 đến 17 mg/L và độ đục của nước thải

là 2 NTU tương ứng với TSS nồng độ thay đổi từ 2,8 đến 3,2 mg/L

Bảng 11-10 Mô tả các bộ lọc độ sâu thường được sử dụng cho các ứng dụng nước tái chếa

Nước thải có chứa chất lơlửng được đưa lên trên lớp lọc Vật liệu lọc đa phương tiện đơn, kép, được sử dụng Thông thường cát hoặc than antraxit được sử dụng làm vật liệu lọc trong các

bộ lọc đơn môi trường

Bộ lọc đa phương tiện thường bao gồm một lớp than antraxit trên một lớpcát Các kết hợp khác baogồm (1) than hoạt tính vàcát, (2) hạt nhựa và cát,

và (3) hạt nhựa và than antraxit Bộ lọc đa phương tiện thường bao gồm một lớp than antraxit trên một lớp cát trên một lớp ngọc lựu hồng hoặc ilmenit Các kết hợp khác bao gồm (1)than hoạt tính, than antraxit và cát, (2) hạt nhựa hình cầu có trọng lượng, than antraxit và cát, và (3) than hoạt tính, cát và giao tử

Bể lọc với dòng chảy trên xuống thông thường

Bộ lọc dòng chảy xuống tầng sâu tương tự như bộ lọc dòng chảy xuống thông thường ngoạitrừ độ sâu của tầng lọc và kích thước của môi trường lọc (thường là than antraxit) lớn hơn các giá trị tương ứng trong

bộ lọc thông thường Do độ sâulớn hơn và kích thước trung bình lớn hơn (tức là cát hoặc than antraxit), nhiều chất rắn hơn có thể được lưu trữ trong lớp lọc và thời gian chạy được kéo dài Kích thước tối đa của phương tiện lọc được sử dụng trong các bộ lọc này phụ thuộc vào khả năng rửa ngược bộ lọc.Nhìn chung, các bộ lọc tầng sâukhông được hóa lỏng hoàn toàntrong quá trình rửa ngược Để đạt được hiệu quả làm sạch, sụckhí và nước được sử dụng tronghoạt động rửa ngược sau đó.Nước thải cần lọc được đưa vào đáy bộ lọc, nơi nó chảy lêntrên qua một loạt các ống đứng

và được phân bổ đều vào lớp cát thông qua đáy mở của tủ phân phối đầu vào Nước sau

đó chảy lên trên qua lớp cát chuyển động đi xuống Dịch lọc sạch thoát ra khỏi lớp cát, tràn qua đập và được thải ra khỏi bộ lọc Đồng thời, các hạt cát, cùng với chất rắn bị giữ lại,được hút xuống dưới lực hút của ống nâng khí được đặt ở giữa bộ lọc Một lượng nhỏ khínén được đưa vào đáy của máy nâng, hút cát, chất rắn và nước

đi lên qua đường ống bằng cách tạo ra chất lỏng có mật độ nhỏ hơn một

Các tạp chất được rửa sạch (bị loại bỏ) khỏi các cổng cát trongquá trình di chuyển hỗn loạn

Bể lọc với dòng chảy trên xuống tầng sâu

Nước vào

Than antraxit

c) Bể lọc với dòng chảy ngược rửa liên tục

Nướcra

lên trên Khi lên đến đỉnh của thang máy, bùn bẩn sẽ tràn vào ngăn chứa rác thải trung tâm Một dòng dịch lọc sạch đều đặn chảy lên trên, ngược dòng với chuyển động của cát, qua phần rửa Chất lỏng chảy lên mang theo chất rắn và loại bỏ nước Do cát có tốc độ lắng caohơn chất rắn bị loại bỏ nên cát không được đưa ra khỏi bộ lọc.Cát được làm sạch hơn nữa khi

nó di chuyển xuống qua máy giặt Cát đã được làm sạch được phân phối lại lên trên cùng của lớp cát, cho phép dòng lọc và loại bỏ nước liên tục không bị gián đoạn

Một bộ lọc môi trường tổng hợp, đượcphát triển ban đầu ở Nhật Bản, được

sử dụng để lọc nước tái chế Các tính năng bất thường của bộ lọc là: (1) độ xốp của lớp lọc có thể được sửa đổi bằng cách nén môi trường lọc và (2) kích thước của lớp lọc được tăng lên một cách cơ học để rửa ngược bộ lọc Môi trường lọc, một vật liệu tổng hợp

có độ xốp cao được làm từ polyvaniladene, cho phép dòng nước chảy qua môi trường thay vì chảy xung quanh môi trường lọc, trong các

bộ lọc cát và than antraxit Độ xốp củamôi trường lọc bán cầu không nén được ước tính là khoảng 88 đến 90%

và độ xốp của lớp lọc là khoảng 94%

Ở chế độ lọc, nước thải thứ cấp được đưa vào đáy bộ lọc Nước thải chảy vào chảy lên qua môi trường lọc, đượcgiữ lại bởi hai tấm xốp và được thải ra

từ đỉnh bộ lọc Để rửa bockwash bộ lọc, tấm xốp phía trên được nâng lên một cách cơ học Trong khi dòng chảyđến bộ lọc tiếp tục, không khí được đưa vào tuần tự từ bên trái và bên phảicủa bộ lọc bên dưới tấm xốp phía dưới, làm cho môi trường lọc chuyển

Bể lọc mờ sử dụng vật liệu lọc tổng hợp

Động

liên tụcNước rửa

ra

Bộ khuếchtán không khí

Tấm đục lỗ phía trên