Chuyên đề đánh giá hiệu quả của các phương pháp rửa lọc

Khi lọc nước có chứa các hạt cặn bẩn qua lớp vật liệu lọc có thể xảy ra cácquá trình sau: - Cặn bẩn chứa trong nước lắng đọng thành màng mỏng trên bề mặt của lớp vật liệulọc.. Tổn thất

Chương 1:

GIỚI THIỆU VỀ LỌC VÀ RỬA LỌC

1.1 Vị trí bể lọc trong quy trình công nghệ

Tùy thuộc vào mục đích cung cấp nước cho các ngành khác nhau mà ta có côngnghệ xử lý nước cấp khác nhau Bể lọc nằm ở vị trí sau bể lắng và trước bể khửtrùng Nước sau khi qua bể lọc sẽ đi tới bể chứa và được trữ ở đó chờ phân phốicho các nhu cầu sử dụng nước

- Định nghĩa 3: Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiềudày nhất định, đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc cáchạt cặn và vi trùng có trong nước

Vậy lọc là một quá trình tách chất rắn ra khỏi nước khi hỗn lợp nước và cặn

lơ lửng chảy qua lớp vật liệu lọc rỗng( có lộ hổng) ở đó chất rắn được giữ lại

và nước chảy qua

Sự giữ lại có thể có hai cơ chế sau:

- Kích thước hạt rắn(cặn) lớn hơn kích thước khe rỗng

- Chất lơ lững tiếp xúc và dính lên bề mặt vật liệu lọc do lực hấp dẫn

Trong khi sắt và mangan ngoài cơ chế giữ cặn lơ lửng, lọc còn tham gia quátrình oxy hóa sắt và mangan trên bề mặt hạt vật liệu lọc

Bể trộn Kheo tụ, tạobông cặn

Lắng nước rửa lọc

Bểlắng

Bể tiếp xúckhử trùng

Bểlọc

P k

qua trọng quyết định chế độ vận hành và hiệu quả quá trình lọc

1.1.2 Cấu tạo của bể lọc.

Tùy thuộc vào từng bể lọc

mà có cấu tạo khác nhau, tuy

nhiên cấu tạo chính của một

bể lọc gồm: (hình 1.1)

- Vỏ bể lọc

- Lớp vật liệu lọc

- Hệ thống thu nước lọc và

phân phối nước rửa lọc

- Hệ thống dẫn nước vào bể

lọc Theo đặc điểm của vật

liệu lọc chia ra:

- Vật liệu lọc dạng hạt: lớp lọc

gồm các hạt cát, thạch anh

nghiền , than antraxit , đá hoa nacnetit(Fe3O4)…được ứng dụng rộng rải và phổbiến nhất trong lĩnh vực xử lý nước

- Lưới lọc: lớp lọc là lưới có lớp lưới đủ bé để giữ lại các bẩn trong nước

- Màng lọc: lớp lọc vải bong, vải sợi thủy tinh, vải sợi nilong, màng nhựa xốp…

1.1.3 Phân loại.

Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc khácnhau ó nguyên tắc làm việc , cấu tạo lớp vật liệu lọc và thông số vận hành

khác nhau nên ta có thể chia các bể lọc như sau:

 Phân loại theo tốc độ lọc:

- Bể lọc chậm: tốc độ lọc 0,1 – 0,5 m/h

- Bể lọc nhanh: tốc độ lọc 2 – 15 m/h

- Bể lọc cực nhanh: tốc độ lọc 25 m/h trở lên…

 Phân loại theo chiều dòng nước chia thành ba loại:

- Bể loại xuôi : Nước chảy qua môi trường lọc từ cao xuống thấp

- Bể lọc ngược: Nước chảy qua môi trường lọc từ dưới lên trên

- Bễ lọc hai chiều : Nước thấm vào vật liệu lọc đồng thời ở phần trên và phầndưới, còn nước thu hồi lấy ra ở phần giữa khối vật liệu lọc

 Phân loại theo chế độ dòng chảy chia thành hai loại:

- Bể lọc trọng lực

- Bể lọc áp lực hay là bể lọc áp lực

 Phân loại theo số lớp vật liệu:

- Bể 1 lớp vật liệu lọc: là có một lớp vật liệu lọc

- Bể 2 hay nhiều lớp vật liệu lọc: có hai hay nhiều lớp vật liệu lọc

 Phân loại theo cỡ hạt vật liệu lọc

1.3 Lí thuyết cơ bản về quá trình lọc nước.

Khi lọc nước có chứa các hạt cặn bẩn qua lớp vật liệu lọc có thể xảy ra cácquá trình sau:

- Cặn bẩn chứa trong nước lắng đọng thành màng mỏng trên bề mặt của lớp vật liệulọc

- Cặn bẩn chứa trong nước lắng đọng trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc

- Một phần cặn lắng đọng trên bề mặt tạo thành màng lọc, một phần thìlắng đọngtrong các lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc

Khi cặn bẩn lắng đọng tạo thành màng lọc trên mặt lớp vật liệu lọc tức là

đã tạo ra một lớp lọc phụ có độ rỗng rất bé, có khả năng giữ lại những cặn rất

bé phân tán trong nước Tổn thất thủy lực của màng lọc tăng nhanh, do vậyphải tiến hành rửa bể lọc thường xuyên và theo chu lỳ, để tẩy rửa cặn bẩnchứa trong lớp vật liệu lọc trên cùng kể cà màng lọc

Khi vận tốc lớn, màng lọc không được tạo thành vì lực thủy lực thủy độngquá lớn sẽ phá vỡ các vòm do cận bẩn tạo ra ở các lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc,cặn bẩn sẽ chui xuống lớp vật liệu lọc nằm ở phía dưới.(hình 1.2).

Chương 2.

CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỌC

2.1 Khái niệm và ý nghĩa của rửa lọc.

Sau một chu kỳ làm việc của bể lọc đến thời điểm áp lực trong lớp vậtliệu lọc đạt đến trị số giới hạn, hay chất lượng lọc nước bất đầu xấu đi, khinhận được tính hiệu này, kỹ sư quản lý điều khiển các van khóa để rửa bể lọchoặc để bể lọc tự rửa theo chương trình cài sẵn nhằm khôi phục lại khả nănglọc lọc của lớp vật liệu lọc Nước rửa theo hệ thống ống khoan lỗ hoặc cácchụp lọc phân phối đều theo diện tích bể lọc rồi đi lên phía trên qua lớp vậtliệu lọc với cường độ đảm bảo chuyển các hạt của lớp vật liệu lọc vào trạngthái lơ lửng

Hình 2.1 cho thấy bể mặt cát lọc từ vị trí a – a khi làm việc bình thường

do giản nở năng lên b – b khi lớp vật liệu nằm trong trạng thái lơ lửng các hạtkhông ngừng chuyển động hỗn loạn va chạm vào nhau làm cho cặn bẩn bámtrên bề mặt tách ra, đi theo nước rữa tràng vào máng thu rồi xả ra ngoài bểlọc Bể lọc được rửa cho đến khi quan sát thấy nước tràn vào máng thu trởnên trng thì dừng việc rửa lọc Nếu lớp vật liệu lọc không được rửa hết cặnbẩn thì dần dần cặn bẩn tích lại làm rút ngắn thời gian làm việc của bể thẩmchí phải ngừng hoạt động hoàn toàn để thay lớp vât liệu lọc khác

Cường độ va chạm giữa các hạt của lớp vật liệu lọc có độ lớn khác nhauphụ thuộc vào độ giản nở khi rửa Khích thước hạt càng bé đòi hỏi độ giản nởcàng cao, để rửa tốt lớp vật liệu lọc có các đường kính khác nhau để cần cáccường đô rửa lọc khác nhau:

 Đường kính hạt d < 0,8 mm cần cường đô rửa đủ để làm giản nở 50% chiều dàylớp lọc

 Đường kính hạt d > 1,2 mm cần cường độ làm giản nở 30% chiều dày lớp vật liệulọc.

Sơ đồ bên cho thấy số liệu thí nghiệm xác định độ nở tính theo phần trăm củacát thạch anh và antraxit theo cường độ rửa và nhệt độ nước khác nhau.(Hình2.2)

Lớp vật liệu lọc chỉ bắt đầu giản nở khi cường đô rửa đạt đến một trị số nhấtđịnh nào đó, sau đó tăng cường đô rửa, độ giản nở tăng theo quy luật tuyếttính Các hạt của lớp vật liệu lọc đã giản nở nằm trong trạng thái cân bằngđộng dưới tác dụng của lực trọng trường hướng xuống dưới và lực ma sát củanước rửa tác dụng vào bề mặt hướng lên phía trên Lực ma sát của nước vào

bề mặt của lớp vật liệu lọc khi rửa phụ thuộc vào tốc tộ chuyể động của dòngnước đi lên gần bề mặt hạt, vào mặt độ và độ nhớt của nước Khi lưu lượngnước rửa không rửa không đổi, độ giản nở của lớp vật liệu tăng khoảng cáchgiữa các hạt nên tốc độ chảy thực tế của nước giữa các hạt giảm xuống

2.2 Cường đô rửa lọc.

Khi cường độ rửa w cần thiết để đạt được độ giản nở e có thể tính theo côngthức:

54 , 0 33 , 1

77 , 1 33

, 1

*)1(

)(

*5

e

Trong đó:

 e là độ giản nở của lớp vật liệu lọc tính bằng %

 m0 là độ rõng của lớp vật liệu lọc khi rửa

Đối với hạt antraxit , có thể lấy:

n = 0,6 ; B = 0,08 ;   1; (  1 0)= 0,75 ;   1 / 7 , 5 ; m0 = 0,4

Cường độ rửa lọc cần thiết :

54 , 0 33 , 1

77 , 1 33

, 1

*)1(

)(

*8,2

8,41011,6

11,513,615,8

14,717,520,3

2.3 Các phương pháp rửa lọc.

Có nhiều phương pháp rửa lọc khác nhau để thực hiện tốt mục đích làtách cặn bám ra khỏi bề mặt hạt cát lọc bằng lực ma sát và lực cát do dòngnước vào cường độ lớn đi qua để bề mặt hạt tạo ra, làm giản nở lớp lọc đểtăng thể tích các khe rỗng, tạo điều kiện thuận lợi cho các hạt cặn đã đượctách ra khỏi bề mặt hạt cát chuyển động lên trên cùng với nước để thoát rangoài , vì thế ở nước ta có ba phương pháp sau :

- Rửa lọc bằng nước thuần túy

- Rửa lọc bằng gió trước

nước sau

- Rửa lọc bằng gió nước

kết hợp đồng thời ở thời

gian đầu, sau đó rửa

bằng nước thuần túy

2.3.1 Rửa lọc bằng nước

thuần túy.

Khi rửa lọc bằng nước

thuần túy thì xảy ra hiện

tượng phân tằng thủy lực là

hạt bé chuyển phía trên, hạt

lớn nằm ở dưới Trong quá

trình lọc các hạt cặn lơ lửng

trong nước thô phần lớn bị

giữ lại ở lớp trên cùng, lớp có

hạt cặn bé nhất, tạo thành

một màng nhầy của cặn bẩn

với chiều dầy l tăng theo

thời gian Tổn thất áp lực qua

màng tăng nhanh làm giảm áp lực nước trong các hạt dưới xảy ra hiện tượngchân không trong lớp lọc.(Hình 2.3)

Trong trường hợp các hạt lọc bị bọc dính một lớp màng gelatin rất dài, khirửa lọc cặn bám không thể tách ra khỏi mặt hạt mà chỉ bị vỡ ra thành những cụcnhỏ gọi là cặn vón cục có nhiều cặn vón cục có kích thước lớn mà dòng nướckhông thể cuốn đi được, nằm ở chung với các hạt vật liệu lọc, dích các hạt lạidẫn đến tạo thành cục có kích thước và tỷ trọng lớn, khi rửa lọc chúng chìmxuống dưới làm bùn hóa các hạt lớn và lám tắc ngẽn hệ thống phân phối nước vàkhả năng lọc, và làm xấu chất lượng nước lọc, buộc phải thay hoàn toàn lớp lọc

Để khắc phục hoặc trách hiện tượng cặn vón cục, ở Mỹ đã áp dụng quy trình rửalọc bằng nhiều loại thiết bị tạo dòng nước có áp lực cao, xói trực tiếp vào bề mặtcác lọc, phá vỡ các liên kết trước và trong khi rửa bằng dòng nước ngược

2.3.2 Rửa lọc bằng gió trước, nước sau.

Khi rửa lọc, hạ mực nước trong bể nước xuống thấp hơn mép màng thu nước rửa10-12cm sau đó sục gió từ dưới lên với cường đô 50 – 60 m3 /m2 h trong vòng

4 – 6 phút Khi sục gió vào làm cho các hạt cát chuyển động hỗn loạn trong thểtích nước, làm vỡ vụn các liên kết giữa bùn và hạt vật liệu lọc tách cặn bẩn racác bề mặt hạt, khi các bọt khí đi lên, kéo theo nước và các hạt lên theo tạo radòng tuần hoàn đưa các hạt bé xuống dưới (Hình 2.5)

Để đưa bùn cặn đã tách ra khỏi hạt lọc nhưng còn nằm trong toàn bộ chiều dàylớp lọc sau khi sục gió phải rữa tiếp bằng dòng nước ngược với cừng độ 40 – 45

h

m

m3 / 2 đủ cho lớp lọc giãn nở 20% để kéo cặn ra ngoài Do nước rửa vớicường độ lớn nên xảy ra hiện tượng phân tầng thủy lực, các hạt bé nằm lên trên,các hạt lớn nằm ở dưới, khi lọc tạo ra màng cặn ở phía trên, có thể gây ra hiệntượng chân không trong lớp lọc Phương pháp này chỉ áp dụng bể rửa lớp lọchai lớp, lớp trên là lớp than antraxit, hạt lớn, nhẹ, khi phân loại thủy lực luônnằm trên lớp cát và có độ rõng lớn nên không có khả năng tạo ra màng cặn

2.3.3 Rửa gió nước kết hợp đồng thời ở thời gian đầu, sau đó rửa bằng nước.

Ta rửa gió nước kết hợp là ngay sau khi thổi gió vào với cường độ 50 – 60

Như vậy khi rửa gió nước kết hợp loại trừ được hoàn toàn hiện tượng bùn vóncục,lớp vật liệu lọc không xảy ra hiện tượng phân tầng thủy lực, các cở hạt phânphối với tỷ lệ như nhau trong suốt chiều dày lớp lọc nên loại trừ được hiệntượng tạo chân không trong lớp lọc

2.4 Đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng tới hiện tượng rửa lọc.

2.4.1 Đánh giá các phương pháp rửa lọc.

 Rửa lọc bằng nước thuần túy

 Xảy ra hiện tượng phân tầng thủy lực và chân không trong lớp vật liệu lọc

 Cặn vón cục với kích thước và tỷ trọng lớn Và có thể làm xấu chất lượng nướcđầu ra

 Rửa lọc bằng gió trước, nước sau

 Khắc phục hiện tượng cặn vón cục

 Xảy ra hiện tượng phân tầng thủy lực và chân không trong lớp vật liệu lọc

Các rửa này được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam, và có thể tiếp kiệm được chiphí cho công ty hay doanh nghiệp…

 Rửa gió nước kết hợp đồng thời ở thời gian đầu, sau đó rửa bằng nước

 Khắc phục hiện tượng cặn vón cục

 Không bị phân tầng thủy lực, loại hiện tượng chân không trong lớp vật liệu lọc

 Có thể áp dụng cho những bể lọc có công suất tốt như bể lọc nhanh, bể lọc áplực, bể lọc tiếp xúc…

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiện tượng rửa lọc.

 Cường độ rửa lọc

 Thời gian rửa lọc của bể lọc

 Chất lượng của vật liệu rửa lọc

 Các đặt tính của lớp lọc

 Độ dày của lớp lọc

 Tải bề mặt

 Ảnh hưởng của luồng nước rửa lọc

+ Khi rửa vận tốc nước ở trong môi trường lọc không đồng điều, có một

số vùng vận tốc nước hướng lên cao hơn với vận tốc trung bình, trong khi

đó ở vùng khác dòng chảy lại hướng xuống dưới Các luồng nước trong

bộ môi trường lọc và các đặc tính sau: Lớp lọc bao gồm các hạt cát mịnnằm ở trên các hạt sỏi đỡ và tải bề mặt đủ lớn để làm sôi lớp lọc cát mịnnhất

+ Trong một luồng, cát chiếm 10 – 15% thể tích trong không khí đó trongvùng kế bên nó chiếm khoảng 30% thể tích

+ Sự chênh lệch về tỉ trọng giữa hai vùng này tạo ra những lực cần thiết đểduy trùy vận tốc của luồng nước, mà việc tạo ra các luồng nước còn do sựphân bố không đồng điều của nước rửa Khi đó các luồng làm cho sỏichuyển động sang bên cạch, làm tăng mất cát như thế sẽ gây ra tấc hệthống của bể lọc

2.5 Cấp nước cho quy trình rửa lọc.

Ta có thể cấp nước cho quá trình rửa lọc theo ba cách sau:

Cách thứ nhất: lấy nước từ mạng lưới phân phối, ngay sau trạm bơm nước

sạch

Nước trên máng thường có áp lực cao hơn so với áp lực cần thiết để rửa lọcnên phải đặt van giảm áp, mất năng lượng tiêu phí trên van giảm áp và khi vanlàm việc thiếu chính xác lượng nước vào bể lọc nhiều hơn yêu cầu, làm cát lọctrồi ra ngoài Khi rửa lọc áp lực trên màng tụt xuống không áp, đáp ứng yêucầu dung nước cho các hộ tiêu thụ, biện pháp này chỉ áp dụng cho những trạmnhỏ lẻ cấp nước không liên tục trong ngày

Cách thứ hai: đặt bơm rửa lọc riêng, trong trạm bơm nước sạch hay ngay

trong hang lang bể lọc để cấp nước rửa

Biện pháp này thích hợp khi công xuất của máy bơm rửa lọc bằng 1,2 côngsuất của máy bơm nước sạch, khi khởi động không làm ảnh hưởng đến điện ápcủa lưới điện trong nhà máy, số lần khởi động trong một ngày ít, và khoảngthời gian giữa hai lần khởi động lớn

Cách thứ ba: là xây dựng một đài nước riêng trong nhà máy nước kết hợp cấp

nước rửa lọc và cấp nước cho các nhu cầu khác nhau trong nhà máy

Cách này cho phép tăng hoặc giảm cường độ rửa lọc theo ý muốn bằng cáchđiều chỉnh van đặt trên ống dẫn từ đài xuống Để tích nước lên đài chỉ cầnbơm có công suất băng 10 -20% bơm nước rửa lọc, chiều cao cột nước ổn địnhbơm tích nước vào đài luôn làm việc ở điểm có hiệu xuất hiệu quả cao nhất,không cần thể tích chứa, nhưng phải xây dựng đài nước có dung tích bằng hailần lượng nước lớn nhất cần để rửa một bể lọc ở độ cao đủ để dẫn nước chonhững bể lọc ở xa nhất

Như vậy việc chọn cách nào phù hợp và kinh tế nhất phù thuộc vào công suất

và tổng khối lượng nước cần để rửa lọc, phụ thuộc vào khoảng thời gian hai lầnrửa các bể kế tiếp nhau

2.6 Thu gom và xả nước rửa lọc.

Thu nước rửa trong các bể lọc hở ta dùng máng hay ống khoan lỗ, còn trong

bể lọc áp lực thì dùng phiểu hay ống khoan lỗ đặt nằm ngang hoặc vòngquanh bể… như vậy tùy luộc vào từng bể lọc ta có cách thu gom nước rửa lọckhác nhau

Theo hình dạng mặt cắt ngang của máng chia ra:( hình 2.6)

 Máng thu nước rửa hẹp và sâu đấy hình tam giác (hình a)

 Máng hẹp, sâu có đấy là nửa vòng tròn (hình b)

 Long máng có độ dóc 1% đổ về mương thu và mang rộng, mông, có đấy phẳngdạng hình chữ nhật độ dốc lòng mang bằng 0 (hình c).

 Khoảng cách giữa các máng thu.Khi nước rửa lọc mang theo cặn bẩn đi ra khỏi

các lỗ rỗng của lớp cát lọc dâng trong lớp nước tên mặt cát giảm xuống 1,5 đến 2,5lần nên cặn bẩn rất dễ lắng xuống Tuy nhiên trong thực tế khoảng cách từ cặn đếnmép máng từ 0,75 – 1,5m tùy thuộc vào tính chất của cặn và cường độ rửa lọc Vìvậy, khoảng cách giữa hai tâm máng không vượt quá 2,5m Khoảng cách thu nướctính từ mép máng có thể tăng lên khi áp dụng biện pháp quét bề mặt bằng dòng thôphân phối đều theo chiều dài dọc máng (hình 2.7)

Nước thô từ các lỗ phân phối đặt sâu hơn mép máng thu nước rửa từ 10 –15cm chảy ngang ra với cường độ:

 1,4 l / m dài có thể tăng quãng cách thu của máng đến 2m;

 2,8 l / m dài có thể tăng quãng cách thu tính từ mép máng lên 3m;

 4,2 l / m dài có thể tăng quãng cách thu tính từ mép mang lên 4m;

 5,6 l / m dài có thể tăng quãng cách thu tính từ mép máng lên 5m

Nước rửa lọc từ mương tập trung theo ống xả ra hệ thống cống thoát nước tuầnhoàn lại bể lắng hoặc có thể đưa vào bể trộn, keo tụ tạo bong còn tùy thuộc vàochất lượng nước sau khi rửa lọc có quá bẩn hay không, để tuần hoàn lại tiếp tụcquá trình cấp nước

2.7 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC RỬA LỌC.

Hệ thống có nhiệm vụ phân phối nước rửa theo toàn bộ diện tích bể lọc Vàđược chia làm hai loại: Hệ thống phân phối trở lực nhỏ và hệ thống phânphối trở lực lớn

 Hệ thống phân phối trở lực nhỏ: bao gồm giàn ống phân phối và sàn phân phối - thểhiện ở hình 2.9

Hệ thống phân phối trở lực nhỏ ít được sử dụng vì phân phối nước không đều dotốc độ của dòng nước bên trong hệ thống phân phối nhỏ

CHƯƠNG 3

ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỌC

TRONG CÁC BỂ LỌC