Nghiên cứu vật liệu lọc mới ODM2F trong quá trình xử lý nước cấp để nâng cao hiệu quả xử lý

I. Các văn bản quy phạm có liên quan tới xử lý n­ước cấp. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống BYT Các nghị định, nghị quyết của chính phủ có liên quan đến ngành cấp nước. II. Yêu cầu chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống. Quy chuẩn này quy định mức giới hạn các chỉ tiêu chất lượng đối với nước dùng để ăn uống, nước dùng cho các cơ sở để chế biến thực phẩm (sau đây gọi tắt là nước ăn uống). VI. Vi sinh vật Sử dụng 2 loại vật liệu cát thạch anh và ODM -2F B1: Cho ODM-2F và cát thạch anh vào bể lọc như hình vẽ Tổng chiều dài cát = 0.2-0.3 m Tổng chiều ODM-2F = 0.6-1.5 m B2: bơm nước từ giếng khoan lên B3: Kiểm tra chất lượng nước đầu vào và đầu ra khi vận tốc thay đổi, chiều cao lớp vật liệu lọc giữ nguyên ta thành lập được các bảng kết quả bảng 1, bảng 2, bảng 3 Bảng 1 : Kết quả phân tích chỉ tiêu Ph, NH4+, Fe2+, Độ đục Bảng 2 : kết quả phân tích các chỉ tiêu Mn2+, Pb, As Bảng 3 : kết quả phân tích các chỉ tiêu Cu, Zn, Al B4: Kiểm tra chất lượng nước đầu vào và đầu ra khi thay đổi chiều cao lớp vật liệu lọc , vận tốc lọc không thay đổi ta thu được bảng kết quả bảng 4 , bảng 5 bảng 6. Bảng 4 : Kết quả phân tích chỉ tiêu Ph, NH4+, Fe2+, Độ đục Bảng 5 : kết quả phân tích các chỉ tiêu Mn2+, Pb, As Bảng 6 : kết quả phân tích các chỉ tiêu Cu, Zn, Al 3. Kết luận Đạt QCVN 01/2009 BYT và TCVN 5520:2003 Nước cấp sinh hoạt và yêu cầu về chất lượng nước. Yêu cầu chất lượng nước đầu vào I. Các văn bản quy phạm có liên quan tới xử lý n­ước cấp 24 II. Yêu cầu chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. 24 3. Kết luận 63 4. Kết luận và kiến nghị. 66 a. Kết luận. 66 b. Kiến nghị. 67

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU LỌC MỚI ODM2F TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CẤP ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ.

Giáo viên hướng dẫn:

1 Tính cấp thiết của đề tài.

Đất nước ngày càng phát triển,cuộc sống con người không ngừng được nângcao,kéo theo yêu cầu cao hơn về chất lượng cuộc sống.Một trong các tiêu chí hàngđầu chính là chất lượng nước sạch.Tuy nhiên công nghệ xử lý nước sinh hoạt tạiViệt Nam vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế,những vật liệu lọc đang sử dụng hiện naychưa mang lại hiệu quả cao.Chất lượng nước chưa thực sự đáp ứng yêu cầu chấtlượng cuộc sống cho con người

Do đó việc nghiên cứu vật liệu lọc mới nhằm nâng cao hiệu quả xử lý là cần

thiết.Đề tài ‘‘Nghiên cứu vật liệu lọc mới ODM2F trong quá trình xử lý nước

cấp để nâng cao hiệu quả xử lý” được hình thành.

2 Mục đích nghiên cứu.

 Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc mới nhằm đưa vào dây chuyền côngnghệ xử lý nước để nâng cao hiệu quả xử lý nước cấp

 Ứng dụng tính toán thiết kế sơ bộ bể lọc trong hệ thống cấp nước.

3 Đối tượng nghiên cứu.

Vật liệu lọc đa năng ODM-2F.ODM-2F là sản phẩm thiên nhiên(thành phần

chính là diatomit,zeolit,bentonit) được hoạt hóa ở nhiệt độ cao sử dụng từ năm

1998 ứng dụng trong nhiều công trình Nga , Ukraina , Uzbekitan và nhiều quốcgia khác

Sản phẩm được chứng nhận an toàn cho cấp nước sinh hoạt và ăn uống ,có thểthay thế đồng thời cả cát thạch anh,hạt xúc tác và than hoạt tính trong quy trìnhcông nghệ xử lý nước

4 Phạm vi nghiên cứu

Ứng dụng trong bể lọc trong hệ thống cấp nước tại Việt Nam

5 Phương pháp nghiên cứu.

 Phương pháp thu thập số liệu

 Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu

 Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình Jatest

PHẦN II:NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LỌC NƯỚC Ở VIỆT NAM

VÀ TRÊN THẾ GIỚI

I Các loại vật liệu lọc hiện đang được sử dụng

1 Cát thạch anh.

a Giới thiệu chung.

Bộ lọc cát thạch anh được sử dụng quặng thạch anh tự nhiên làm nguyên liệuthô, sản xuất bởi nhà máy chế biến thạch anh , nghiền, rửa, sàng mỹ và các quá

trình khác Nó là một vật liệu lọc hiện rộng rãi nhất và lớn nhất được sử dụng trongngành công nghiệp xử lý nước trên thế giới và là vật liệu chủ yếu ở Việt Nam hiện

nay,ít tạp chất, khả năng chịu nén, độ bền cơ học cao, ổn định hóa chất, hiệu quảcao, chu kỳ sống lâu dài, phù hợp cho đơn, bể lọc đôi , bộ lọc và trao đổi ion, tất cảcác mục tiêu đạt được tiêu chuẩn

b Đặc tính kĩ thuật.

- Thành phần chính của cát thạch anh là SiO2> 90%, tỷ trọng > 1.4g/cm3 ,độhòa tan trong axit HCL 1:1 < 5%

- Có độ bền cơ học cao,chống lại sự mà mòn và tính chất hóa học ổn định

- Cát thường có màu trắng hoặc không màu , được chia thành nhiều loại : cátthạch anh bình thường,cát thạch anh tinh chế, cát thạch anh tinh khiết cao

- Cát thạch anh được sử dụng trong lọc nước để lọc các thành phần lơ lửng

có kích thước hạt nhỏ không có khả năng kết tủa khi để lắng tự nhiên

c Công dụng.

- Trong quá trình lọc, trên bề mặt cát thạch anh sẽ tạo ra lớp màng lọc hỗ trợcho quá trình lọc, đặc biệt khi Fe(OH)3 kết tủa trên bề mặt cát thạch anh sẽgiúp hấp phụ Asen khi nguồn nước có nguy cơ bị nhiễm Asen Cát thạchanh là tác nhân rất tốt trong việc giữ các kết tủa dạng bông có độ nhớt caorất khó tách và khó lọc

d Ưu điểm.

- Không tham gia phản ứng với các tác nhân hóa học có trong nước

- Không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước

- Có thể được sử dụng lâu dài, có thể dửa lọc thường xuyên khi bề mặt lọctạo thành những lớp dày

- Cát thạch anh có kích thước nhỏ, nên có bề mặt riêng lớn do vậy làm tănghiêu quả lọc nước

nung nóng từ từ trong môi trường chân không ,sau đó được hoạt tính hóa bằng cáckhí có tính oxi hóa ở nhiệt độ cực cao.Qúa trình này tạo nên những lỗ nhỏ li ti cótác dụng hấp phụ và giữ lại các tạp chất.

 Phân loại

- Than hoạt tính dạng bột

Nghiền nát hoạt tính thành bột có kích thước 10 -50micromet Bột than hoạttính định lượng liên tục vào nước cùng với các hóa chất keo tụ.Bột thân chui vàocác bông cặn và được tách ra khỏi nước cùng với các bông cặn trong các bểlắng.Qua thời gian tiếp xúc lâu,các chất bẩn hữu cơ được hút vào các hạt bộtthan,giảm nồng độ của chúng trong nước đến nồng độ cân bằng.Bột than hoạt tínhđược sử dụng triệt để hơn nếu dùng bể lắng trong có lớp cặn lở long hoặc bể lắng

có tuần hoàn lại cặn

1.4-2.210-50%

1.4-1.5g/cm30.5-2%

4-12%

500-1300m2/g

Than hạt được dùng làm lớp lọc nước,các tạp chất cũng chịu cùng một phươngpháp tách.Thực vậy,nước đã được loại bỏ dần các chất ô nhiễm gặp phần than hoạttính ngày càng ít bị bão hòa và có hoạt tính hơn

b Đặc điểm.

Than hoạt tính hoạt động trên cơ chế hấp phụ.

Hấp phụ xác định tính chất của một số vật liệu có khả năng giữ trên bề mặtchúng các phân tử của một số chất có chút ít tính thuận nghịch.Có sự chuyển dịchkhối lượng của các chất từ pha nước hay khí lên bề mặt chất rắn.Chất rắn thu đượcnhững tính chất đặc biệt(kỵ nước hay ưa nước).Có thể làm thay đổi trạng thái cânbằng của môi trường(phân tán,kết bông).Khả năng hấp phụ của than hoạt tính phụthuộc vào:

- Bề mặt khai triển hay diện tích bề mặt riêng:Than hoạt tính là vật liệu xốp córất nhiều lỗ lớn nhỏ,dưới kính hiển vi một hạt than trông giống như một tổkiến,vì thế diện tích tiếp xúc của nó rất rộng để hấp thụ các tạp chất.Mặtriêng của than tùy vào nguồn gốc mà có diện tích vào khoảng 600 –1.200m2/g.Đây là yếu tố rất quan trọng của than hoạt tính ,do vậy nó thườngxuyên được dùng trong công nghiệp

- Bản chất của mối liên kết chất bị hấp phụ – chất hấp phụ:Nghĩa là từ nănglượng tương tác tự do G giữa vị trí hấp phụ và phần phân tử tiếp xúc với bềmặt

- Thời gian tiếp xúc giữa than và chất hòa tan:Khi cân bằng có sự trao đổiđộng giữa các phân tử của pha hấp phụ và các phân tử ở lại trong dung dịch

Về cơ bản,lực hấp dẫn Van Der Waals và lực hấp dẫn tĩnh điện Coulomb lànguồn gốc của hấp phụ

c Ưu nhược điểm.

Có 2 loại than hoạt tính là dạng bột và dạng hạt.Chúng có ưu nhược điểm nhưsau:

 Ưu điểm

- Bột than hoạt tính rẻ hơn 2 đến 3 lần so với than hạt

- Có khả năng tăng liều lượng trong những giờ ô nhiễm cao điểm

- Sử dụng chúng chỉ cần vốn đầu tư nhỏ khi xử lý chỉ có một tầng kếtbông lắng gạn(chỉ cần có một trạm cấp than hoạt tính)

- Hấp thụ nhanh vì diện tích bề mặt riêng rất lớn của bột than

- Bột than hoạt tính đẩy nhanh quá trình lắng do bột than làm nặngthêm các bông keo tụ

 Nhược điểm

- Không có khả năng tái sinh than hoạt tính,khi nó cần được thu hồi lẫnvới bùn hydroxit.Đưa đến sự hao hụt than hoạt tính trong quá trìnhlàm việc

- Rất khó loại bỏ các vết của chất bẩn nếu không dùng thêm một lượngthan hoạt tính dư thừa

- Để thực hiện việc dùng than vào những lúc cao điểm của ô nhiễm,việccần thiết là phải tìm ra giờ cao điểm của việc gây ô nhiễm

- Người ta chủ yếu dùng than bột hoạt tính với việc cấp các liều lượngkhông liên tục hoặc nhỏ(nhỏ hơn 25g/cm3 tùy từng trường hợp)

Tính kinh tế của việc xử lý trên than hoạt tính chủ yếu phụ thuộc vào khản nănghữu ích của than,thể hiện bằng số gam COD giữ lại trên kg than hoạt tính ,nó đặctrưng cho sự tiêu thụ than để thu được một hiệu quả nhất định.Đối với một hệthống đã cho,khả năng này tùy thuộc vào:

- Chiều dày lớp lọc,một lớp lọc càng dày,mặt hấp phụ càng dễ dàng đi xuốngdưới mà không để lọt chất bẩn vào nước đã lọc,đảm bảo sự hấp thụ cạn kiệtđến bão hòa của các lớp ở phía trên

- Tốc độ trao đổi ion:Thực nghiệm chỉ ra rằng rất ít khi ta có thể vượt quá 3thể tích nước cho một thể tích than trong 1h đối với các trường hợp ô nhiễmquá nặng.Trong trường hợp xử lý nước uống với hàm lượng chất phải hấpphụ nhỏ,mọi quyết định phải tính đến hiệu quả kinh tế và chi phí đầu tư,phảichấp nhận việc không sử dụng hết khả năng hấp phụ của than bằng cáchdùng tải khối cao hơn:5-10 thể tích nước/1 thể tích than trong 1 giờ

Lý thuyết chỉ cho chỉ dẫn về khuynh hướng của luật hấp phụ.Vấn đề còn lại làcần thiết phải có các kinh nghiệm của chuyên gia và thí nghiệm động trên mô hình

có kích thước đủ lớn để có thể ngoại suy.Có các mô hình cho phép từ thực nghiệm

ở phòng thí nghiệm để dự kiến khả năng hấp thụ của than

- Là môi trường sinh học:Điều này góp phần vào việc làm sạch nước,nhưng

nó cũng nguy hiểm,nếu nó không được điều khiển một cách hoàn hảo(lênmen,mùi hôi,bịt kín lớp lọc…)

- Tác dụng xúc tác

- Hấp phụ:Đó là vai trò chính của than.Có ba cách đổ các lớp:

- Lớp cố định đơn giản,kỹ thuật này được ứng dụng rộng rãI trong xử

lý nước uống

- Lớp lọc cố định nối tiếp,ta sử dùng nhiều cột lọc ghép nối tiếp,tái sinhbằng sự chuyển chỗ.Ta tổ chức một hệ thống tách cặn bằng dòngnước ngược.Bộ lọc ME’ADIAZUR dòng kép là một bộ lọc có haingăn

- Lớp động:Chúng làm việc theo nguyên lý dòng ngược.Cơ sở của lớp

- Làm sạch vết của các kim loại nặng hòa tan trong nước

- Làm sạch triệt để các chất hữu cơ hòa tan,khử mùi và vị,đặc biệt là nước thảicông nghiệp chứa các thành phần hữu cơ độc hại hoặc các phân tử có độ bềnvững bề mặt cao ngăn cản các quá trình xử lý sinh học

- Nước đi qua than hoạt tính phần lớn là các phân tử hữu cơ hòa tan được giữlại trên bề mặt.Ngoài ra trong quá trình lọc than hoạt tính chứa và nuôidưỡng các loại vi khuẩn có khả năng phân hủy các chất hữu cơ bám dính đểtạo ra bề mặt tự do,cho phép giữ lại các phân tử hữu cơ mới

- Khử clo dư trong nước,khi tiệt trùng nước bằng clo cần phải giữ lại mộtlượng clo dư trong thời gian tiếp xúc để đảm bảo tiệt trùng trên đường ốngdẫn,lượng clo dư này gây mùi khó chịu,có thể dùng than hoạt tính để khử

3 Các loại vật liệu khác.

a Cát Mangan.

 Giới thiệu chung

- Cát Mangan là hạt lọc trung gian được thiết kế và sản xuất theo công nghệmới của hiệp hội xử lý nước Hoa Kỳ, được sử dụng để tách Sắt, Manganeese vàHydrogen sulfide trong nước Nó hoạt động như một chất oxi hóa bề mặt dung để

kết tủa Sắt, Manganeese và Hydrogen sulfide Các chất này được tách ra khỏinước sau khi bị oxi hóa và tạo thành chất bẩn kết tủa bám vào bề mặt các hạt lọc.

 Đặc tính kĩ thuật:

- Thành phần hóa học cơ bản: cát bọc KMnO4

- Kích thước hạt: 0,9 – 1,2mm Dạng hạt màu nâu đen, cứng, khô rời, có góccạnh

- Giá thấp hơn nhiều so với các loại vật liệu nhập ngoại như hạt Pyrolox,

- Có thể đưa vào các bể lọc đang sử dụng mà không cần thay đổi cấu trúc bể

- pH nước đầu vào >= 7,0, thế oxy hóa khử > 700mV (đối với yêu cầu khửmangan)

- Vận tốc lọc: 5 –12 m/giờ Có thể sử dụng trong các bể lọc hở hoặc lọc áp lực

- Hạt MS không cần tái sinh Sau một thời gian sử dụng khoảng 2 năm (tùytheo chất lượng nước nguồn) cần thay thế hoặc hoạt hóa bằng dung dịchKMnO4

 Vận hành sử dụng:

- Nếu nguồn nước có độ pH thấp, có thể sử dụng hạt LS hoặc hóa chất để nâng

pH nước nguồn trước khi cho qua lớp vật liệu xúc tác MS Phía dưới lớp MSnên bố trí thêm một lớp cát thạch anh để giữ oxyt sắt và mangan, tạo độ trong

- Độ dày lớp MS được điều chỉnh theo hàm lượng sắt và mangan có trong nướcnguồn nhưng không được nhỏ hơn 300 mm

- Rửa lọc: khi sử dụng kết hợp với các vật liệu lọc khác có thể tiến hành rửa lọc

- Rửa sạch hạt MS trước khi sử dụng

b Vật liệu lọc MF 97.

 Giới thiệu chung

Sắt và Mangan là những nguyên tố có nhiều trong nước ngầm Nước có chứanhiều sắt và mangan khi tiếp xúc với ôxy không khí trở nên đục và tạo cảm quankhông tốt do sự ôxy hoá thành Fe(III) và Mangan (IV) tồn tại dưới dạng kết tủakeo Nước chứa nhiều Fe và Mangan sẽ có màu vàng,vàng đậm, màu nâu vàng,các dụng cụ chứa nước sẽ bị bám cặn gây ố vàng

Sắt và mangan có mặt trong nước sẽ gây vàng ố quần áo, gây mùi tanh, ảnhhưởng đến hệ thống cấp nước do sự ôxy hoá của sắt, gây tắc đường ống dẫn nước,ảnh hưởng đến hoạt động sinh hoạt và sản xuất của các doanh nghiệp

Để giải quyết vấn đề này Viện Hóa học (Trung tâm KHTN & CNQG) đã chếtạo thành công loại vật liệu lọc kim loại nặng trong nước giếng (ký hiệu MF 97)

 Đặc tính kỹ thuật

Vật liệu này là hỗn hợp của các ôxit kim loại có độ bền cơ học và tuổi thọ cao,

có tính năng biến các chất tan thành chất không tan Bằng loại vật liệu này, các hộgia đình, các cơ quan sử dụng nước giếng khoan có thể ứng dụng dùng trong các

bể lọc nước, các thiết bị lọc nước Khả năng xử lý sắt, mangan của vật liệu MF 97khá hiệu quả

Phó giáo sư Lê Văn Cát, Phòng Hóa môi trường, phụ trách nghiên cứu vật liệunày cho biết, MF 97 dựa trên nghiên cứu sản phẩm lọc sắt, mangan của Mỹ có têngọi Birm đã có trên thị trường Nhưng tốc độ lọc của MF 97 lớn hơn rất nhiều sovới sản phẩm của Mỹ Trong khi đó giá 1kg Birm là 2,8 USD thì MF 97 chỉ có9.000 đồng/kg

Đây là vật liệu sử dụng phôi là đá đen lăn tẩm bột mangan bên ngoài, tuổi thọvật liệu ngắn 6 - 12 tháng Chỉ ứng dụng cho nguồn nước ô nhiễm ít hàm lượng

Fe, Mn < 5mmg/lít

 Vận hành sử dụng

Xếp một lớp sỏi ở trên cùng để nước chảy qua xối đều xuống lớp MF 97 bêndưới Các kim loại độc sẽ bị kết tủa và được giữ lại qua một lớp cát lọc và sỏi ởdưới cùng Đầu ra là nước sạch đủ tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam Đối vớinguồn nước có độ pH cao, có thể xếp đá vôi ở lớp trên cùng Đầu ra là nước sạch

đủ tiêu chuẩn nước ăn của Việt Nam

c Karamzit.

 Giới thiệu chung

Sỏi nhẹ keramzit là vật liệu xây dựng nhân tạo được sản xuất từ các loại khoángsét dễ chảy bằng phương pháp nung phồng nhanh Chúng có cấu trúc tổ ong vớicác lỗ rỗng nhỏ và kín Xương và vỏ của sỏi keramzit rất vững chắc

Sỏi nhẹ keramzit sản xuất theo qui trình công nghệ và thiết bị hiện đại có chấtlượng cao đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật cho một số hạng mục xây dựng trongnhững công trình nhà cao tầng, hoặc nhà trên nền đất yếu Vật liệu keramzit được

sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng của thế giới Ucraina và Nga là những nướcsớm đi vào công nghệ keramzit và họ đạt trình độ cao của thế giới

Hiện nay trên thế giới vật liệu keramzit đang được ứng dụng đưa vào sử dụngnhư là một vật liệu lọc Keramzit nhẹ tổng hợp được cung cấp tùy chọn mới, phùhợp và chi phí hiệu quả để đáp ứng những quan ngại này Keramzit cung cấp tínhlinh hoạt thiết kế cho các chương trình quản lý nước trong việc đáp ứng cuộckhủng hoảng môi trường Keramzit cung cấp giải pháp bảo trì thấp, đáp ứng cácquy định của chính phủ hiện tại và đề xuất mà không cần sử dụng hóa chất, thiết bịchuyên ngành hoặc nâng cấp cơ sở chính Việc sử dụng keramzit trong thiết kế nhưvậy cung cấp cải thiện hiệu suất và tuổi thọ

 Đặc tính kỹ thuật

- Phù hợp, đáng tin cậy (100% sản xuất)

- Thể chất và tính trơ hoá học

- Lớn hơn diện tích bề mặt

- Độ dẫn thủy lực cho phép thoát nước nhanh chóng, miễn phí

- Tài sản Gạch giảm thoái hóa vật liệu

- Góc nội ma sát cao cung cấp sự ổn định và sức mạnh

- Giảm cân làm giảm chi phí cước vận chuyển và xử lý

 Vận hành sử dụng

- Loại bỏ hoặc làm giảm phốt pho, asen, kim loại, dầu mỡ, dầu và nhiềuhơn nữa

- Kết hợp loại bỏ chất dinh dưỡng và lọc nước thải xả sạch hơn

- Sử dụng chức trao đổi ion để tăng cường quá trình xử lý

- Loại bỏ các vật liệu TSS và vững chắc để ngăn ngừa tắc nghẽn

- Chi phí bảo trì thấp hơn

- Kinh tế, sẵn có và dễ sử dụng

d Vật liệu lọc nổi TRW18.

 Giới thiệu chung

Hạt TRW18 là loại vật liệu lọc có nguồn gốc từ nước ngoài được nhập khẩuvào Việt Nam trong khoảng 10 năm trở lại đây.Hạt TRW18 được sử dụng chủyếu như là lớp hạt lọc có nhiệm vụ chặn giữ các hạt nhựa trao đổi ion có kíchthước nhỏ hơn trong bể lọc trao đổi ion,hoặc làm chức năng tương tự trong các

bể lọc hấp phụ than hoạt tính.Trong các công trình ,hạt vật liệu TRW18 chỉ dàykhoảng 5-10cm.Các báo cáo cho thấy hạt nhưa TRW18 chưa có ứng dụng phổbiến cho các công trình lọc vật liệu lọc nổi.Những năm gần đây,hạt nhưaTRW18 đã bắt đầu được công ty MTC Co,Ltd sản xuất trong nước để giảm giá

- Do có tỉ trọng lớn hơn các hạt học nổi thông thường nên sẽ thuận lợi

hơn trong công tác rửa lọc

- Đáp ứng được hầu hết các công dụng của các loại vật liệu lọc nổi.

- Gía thành chưa kinh tế,chi phí ban đầu cao.

II Các thiết bị công nghệ lọc đang được sử dụng tại Việt Nam và trên thế giới.

 Ưu nhược điểm :

đủ để đảm bảo thu nước rửa không kéo cát lọc ra ngoài

- Áp lực nước sau bể lọc còn dư có thể chảy thằng lên đài hay cấp trực tiếpcho các hộ tiêu thụ , không cần máy bơm đợt II

- Do tổn thất qua lớp vật liệu lọc có thể lấy từ 3- 10 m , nên có thể tăngchiều dày lớp lọc lên để tăng vận tốc lọc

 Khuyết điểm :

- Khi xử lý nước sông đã đánh phèn và qua lắng phải dùng bơm , bơmvào bể lọc áp lực , cánh máy bơm làm phá vỡ bông cặn nên giảm hiệuquả

- Do bể lọc kín , khi rửa không quan sát được nên không khống chế đượclượng cát mất đi , bể lọc làm việc kém hiệu quả dần

- Do bể lọc làm việc trong hệ thống kín nên không theo dõi được hiệu quảquá trình rửa lọc

- Khi mất điện đột ngột nếu van một chiều bị hỏng , hay rò nước hoặc xảy

ra tình trạng rủa ngược đưa cát lọc về bơm

 Phạm vi áp dụng

Do khuyết điểm đã nêu ở trên nên nhiều nước không sử dụng bể lọc áp lực đểlọc nước đã đánh phèn và qua bể lắng, chỉ dùng để lọc sơ bộ nước song và lọcnước ngầm cho công nghiệp, đòi hỏi chất lượng không cao và công suất trạmgiới hạn ở mức dưới 5000 m3 ng/đ hoặc lọc nước tuần hoàn bể bơi

b Bể lọc nhanh trọng lực.

 Đặc điểm:

- Bể lọc nhanh trong lực có thể phân biệt 2 loại : bể lọc nhanh có hệ thốngphân phối nước và gió rửa lọc bằng hệ thống phân phối nước và gió rửa lọcbằng hệ thống ống khoan lỗ và bể lọc nhanh có hệ thống phân phối nước và

gió rửa lọc bằng hệ thống phân phối nước và gió rửa lọc bằng sàn chụp lọc.

Bể lọc nhanh trọng lực được thiết kế với mặt bằng hình vuông hoặc hìnhchữ nhật Ở những trạm xử lý có số bể lọc lớn hơn 4 thường chọn mặt bằnghình chữ nhật để dễ dàng bố trí và đặt hành lang ống và phòng điều khiển

- Vật liệu được sử dụng trong bể lọc nhanh trọng lực thông thường là cátthạch anh và than atranxit, đá hoa nghiền , macnetit , keramrit Vật liệu lọcphải đảm bảo các yêu cầu về phân loại thành phần hạt, mức độ đồng nhất vềkích thước hạt, độ bền cơ học và độ bền hóa học đối với nước

- Ở bể lọc nhanh trọng lực có bề mặt lọc ≤ 100 m2 chiều sâu lớp nước trên vậtliệu lọc từ 1-3m , chiều cao lớp vật liệu lọc từ 0,5-2,0m, đường kính hạtvật liệu lọc từ 0,5-5mm , vận tốc lọc 5-15m/h Trong đó vận tốc lọc là mộtthông số quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả lọc nước và ảnhhưởng đến chế độ làm việc của các công trình đơn vị khác trên trạm cấpnước Nếu không điều chỉnh thì trong thời gian đầu của mỗi chu kỳ lọc bểlọc sẽ làm việc bể lọc sẽ làm việc với tốc độ lớn và sau một thời gian lớp cát

bị bẩn tổn thất qua lớp cát lọc tăng lên, bể lọc sẽ làm việc với tốc độ giảmdần Như vậy công suất bể lọc sẽ luôn bị thay đổi suốt một chu kỳ lọc, điềunày khoogn thể chấp nhận được vì trong nhà máy nước các công trình kháctrong dây chuyền xử lý không thay đổi công suất, do đó cần điều chỉnh đểgiữ tốc độ lọc không đổi trong suốt chu kỳ lọc Điều chỉnh tốc độ lọc trong

bể lọc có thể dùng tay vặn các van khóa , dùng van bướm hoặc xiphongđồng tâm

- Sau một thời gian làm việc , do sự kết bám của các hạt cặn vào bề mặt hạtvật liệu lọc , nên tổn thất thủy lực trong lớp lọc tăng lên Khi tổn thất áp lựcđạt đến một giá trị giới hạn thì cần tiến hành quá trình rửa lọc Thường sửdụng 3 phương pháp lọc sau: rửa lọc bằng nước thuần túy , rửa lọc bằng giótrước nước sau, rửa bằng gió nước kết hợp sau đó rửa bằng nước thuần túy

 Ưu nhược điểm

 Ưu điểm:

- Diện tích xây dựng nhỏ , tiết kiệm chi phí xây dựng

- Vận tốc lọc nước lớn , tăng hiệu quả xử lý nước

 Nhược điểm

- Công tác quản lý yêu cầu cao

- chất lượng nước lọc kém ổn định hơn so với bể lọc chậm

- Bể lọc nhanh trọng lực không thể chụi được những đợt sốc ngắn hạn dotăng hàm lượng chất bẩn trong nước thô , cũng như tăng lưu lượng nướcthô.

 Phạm vi áp dụng :

Bể lọc dạng này thường áp dụng trong trường hợp lấy nước nguồn từ songosuối ao hồ về còn dư áp lực hoặc khi cần thiết phải xây dựng bể chứa nước sạchvao trên mặt đất để tự mồi cho trạm bơm đợt II

c Bể lọc chậm.

 Đặc điểm

Lọc nước qua lớp cát lọc với vận tốc v≤ 0,5 m/h là lọc chậm Do vận tốc v ≤0,5 m/h nên lớp trên cùng của cát lọc dày khoảng 2-3 cm , cặn bẩn tích lại tạothành màng lọc Trong màng lọc chứa vô số các vi sinh vật có khả năng lọc và diệt97-99% vi khuẩn có trong nước thô khi lọc qua màng

 Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm:

- Cấu tạo quản lý đơn giản giá thành thấp

- Chất lượng nước lọc tốt và luôn ổn định

- Không đòi hỏi người vận hành có trình độ nghề nghiệp cao, không tốnnăng lượng

- Bể lọc chậm có thể chụi được những đợt sốc ngắn hạn (2-3 ngày) do tănghàm lượng chất bẩn trong nước thô , cũng như tăng lưu lượng nước thô

 Nhược điểm:

- Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn

- Mau bị tắc , trít khi hàm lượng rong tảo trong nước thô vượt quá hàmlượng cho phép

- Nếu thời gian ngừng hoạt động lien tục quá 1 ngày đêm , xảy ra hiệntương phân hủy yếm khí mang lọc , tạo ra bọt khí và mùi hôi làm xấuchất lượng nước lọc

có lớp sỏi đỡ với chiều dày 150-200mm với cỡ hạt (2-5)mm

- Nước pha phèn đã được trộn đều sẽ đi vào bể lọc từ dưới lên qua hệ thốngphân phối nước lọc qua lớp sỏi đỡ , qua lớp lọc rồi tràn vào máng thu nước

bố trí ở trên bể và theo đường ống dẫn sang bể chứa nước sạch

 Ưu nhược điểm

2 Lọc trên thiết bị có giá đỡ.

a Khái niệm và phân loại.

 Khái niệm:

Nước được đưa qua các thiết bị có giá đỡ , ở đó cặn bẩn được giữ lại, giúploại bỏ các hạt có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng của lưới lọc và cáchạt không có khả năng biến dạng

 Phân loại:

- Rây, nghĩa là lọc trên mặt rây ngưỡng mắt lưới tương đối lớn (lớn hơn30m);

- Lọc mịn, trong đó lọc trên lớp đỡ mỏng của các hạt lớn hơn xảy ra cùng vớiviệc lọc của các hạt mịn hơn ở các lớp lọc sâu hơn

b Các loại thiết bị lọc có giá đỡ đang được sử dụng phổ biến

Lưới hớt váng mịn Trọng lực

Khả năng làm sạch được xác định bằng độ rỗng của các mắt lưới : hệ thống loại bỏtất cả các hạt mà kích thước lớn hơn kích thước mắt lưới.Trong quá trình hoạt độngcác hạt đã được giữ lại làm nghẽn từng phần mắt lưới và bộ lọc có thể giữ lại cáchạt nhỏ hơn kích cỡ của mắt lưới.Khi làm việc theo trọng lực,tổn thất áp lực cựcđại cho các bộ lọc nói chung bé, cỡ hơn 10cm đso là do tính năng mỏng manh củalớp vải lọc.Nó bị rách dưới tác dụng của áp suất làm việc hay áp lực rửa

 Rây min có bề mặt tự do

Mục đích chính của dây mịn là loại bỏ các thực vật nỗi trong nước mặt, nó loại bỏđồng thời huyền phù cỡ lớn và các mảnh vụn thực vật và động vật chứa trongnước

Hiệu suất tối ưu thu được để duy trì áp lực không đổi gây ra do sự bịt kín cục

bộ của các hạt trên mặt lọc Hiệu suất của một thiết bị luôn bị giới hạn bởi nhiểuyếu tố:

- Sau khi rửa, vải lọc không còn được duy trì khả năng giữ như ban đầu quátrình lọc bị han chế do kích cỡ mắt luới ít nhiều bị thu hẹp

- Loại bỏ thực vật nổi chỉ được từng phần vì nhiệt độ càng cao nó càng pháttriển trở lại;

- Một số trứng tôm , cua ,cá có kích thước nhỏ dễ dàng vướt qua vải lọc đi vàocác bể chứa nước hạ lưu, mà ta có thể nhìn thấy được;

- Nguy cơ ăn mòn vải lọc cùng giá đỡ, cản trở việc vận hành liên tục ở nướcchứa nhiều clo;

- Lọc dây mịn cần phải có kích thước đủ rộng để đáp ứng được việc lọc cácthực vật nổi phát triển đến nồng độ cực đại xảy ra vài lần trong năm

- Kích thước mắt lưới càng nhỏ, diện tích mặt vải lọc càng lớn.Đối với vải lọc

có lỗ rộng 35micron, tốc độ lọc lớn nhất là 35m/h tính theo toàn bộ bề mặtcủa bộ lọc rây

- Giảm công suất lọc của nước do tắc nghẽn bộ lọc dây mịn thay đổi giữa 50

và 80%, trung bình 65%.Về mặt so sánh, một bể lắng tốt cho phép loại bỏ80% -90% cặn không có clo hóa sơ bộ và từ 95% đến 99% khi col hóatrước Lọc dây mịn chỉ có tác dụng đối với một số chất lơ lửng,Nó khôngkhử được màu và các chất hữu cơ hòa tan mà chỉ khử được một số hạt lơlửng có khíc thước lớn

 Lọc rây mịn dưới áp suất

Trong công nghiệp, lọc rây nước có thể thực hiện dưới suất, dùng để :

- Hoặc bảo vệ chóng tắc nghẽn các lỗ tương đối lớn (vài mm) với cõ rây từ0.15 – 2mm Đó là trường hợp của chu trình làm lạnh hở hoặc nửa hở;

- Hoặc laoij bỏ liên tục các chất mịn Cỡ rây giảm xuống từ 50 -75 micron vàthấp hơn.Thiết bị nằm trọn trong bộ dây chuyền xử lý Đó là trường hợp thunước biển để tạo thu hồi dầu mỏ vòng hai

Thiết bị lọc dùng chủ yếu trong công nghiệp là các bộ phận lọc quay ,rủa tựđộng, đôi khi gọi là bộ lọc cơ học có áp suất Chúng dùng các áp suât khác nhau

từ 0.5 -2 bar.Tổn thất tải ban đầu rất ít (0.15 – 0.5bar)

 Lọc qua ống bọc và ống xốp

- Bình lọc nước uống ngay và vứt bỏ sau sử dụng có trang bị

- Các màng uốn nếp bằng giấy mỏng polycacbonnat hay nylon 66, vảikhông dệt nhưng đã tẩm nhiệt xút, nói chung không có khả năng kếtmuối chúng có ngưỡng giữu tuyệt đối giữa 0.1 và 20m:

- Phớt lọc, vải chưa dệt cuộn tròn, các chất dẻo composite chúng có thể bịkết muối

- Các ống lọc rủa nước ngược được trang bị từ:

- Sợi và kim loại kết dính, có ngưỡng định mức từ 6 – 100m ;

- Vải sợi đơn cứng có ngưỡng định mức giữa 20 và 100m

- Ống xốp có khả năng tái sinh, được trang bị :

- Các sợi kim loại kết dính hay vật liệu gồm;

- Vật liệu dẻo tụ kết

Việc tái sinh ít bảo đảm bằng dùng nước đã lọc để rửa ngược Thường rửabằng các chất khác có hiệu quả hơn, như dùng hơi nước, axit, siêu âm,

 Lọc trên giá đỡ có phủ trước lớp bọc.

- Đó là lọc qua chiều dày lớp lọc xảy ra trong mối trường chuyển tiếp và đượcduy trì trên một giá đỡ mỏng Lớp bọc được đưa từ ra ngoài hoặc chính từcác chất loại bỏ trên bộ lọc

- Ở pha ban đầu của chu trình lọc, nguyên công phết bột gồm tuần hoàn lạitrên mặt bộ lọc các hạt trợ giúp lọc,trộn lẫn với các hạt bùn do lớp lọc giữ lạicác phần tử có kích thước lơn tạo nên một mối cầu nối phía trên các lỗ cảugiá lọc có đường kinhs lớn gấp nhiều lần các hạt Một lớp lắng phủ phíatrước tạo nên một lớp lọc mà bề dày cảu nó xác địh thời gian cảu một chutrình rửa.Trong chu trình lọc cần phải thêm các hạt trợ giúp lọc, cần phảithêm các hạt trợ giúp lọc hoặc để làm giảm tổn thất áp lực,hoặc để cải thiệnchất lượng nước đã lọc Đó là quá trình nuôi hay sự bồi tích

- Vật liệu cảu lớp lắng phủ trước và bồi tích

Tùy theo ứng dụng ta có thể sử dụng các loại vật liệu khác nhau:

- Xenluloza dưới dạng sợi có độ tinh khiết cao, có khả năng lọc so sánhđược với giấy lọc chậm, nhưng chỉ có khả năng hấp thụ rất nhỏ.Không tan trong nước lạnh và ấm, nó bắt đầu thủy phân ở 85C ;

- Các tảo đá cát là các mai giáp chứa silic hóa thạch có nguồn gốc từ biển,rất mịn (5 - 10m) và có khả năng hấp thụ chắc chắc, Chúng lọc trong râttốt các chất keo trong nước< Nói chung, chúng có khả năng hấp thụ tạpchất dưới dạng nhũ tương như dầu hoặc hydrocacbua

- Than hoạt tính có thể đặt trên lớp lọc xenluloza hay tảo đơn bào để khửmàu và loại bỏ hầu hết các chất hữu cơ thực vật, do than hoạt tính có khảnăng hấp phụ rất lớn,

- Lớp nhựa trao đổi ion dang bột các anion và cation trộng lẫn với một tỷ

lệ thay đổi cho phếp lọc toàn bộ muối khoáng của các bình ngueng nhàmáy nhiệt điện hay điện nguyên tử

- Thau rửa : Khi tổn thất áp lực đạt tới giá trị cực đại, nguwoif ta thau rửabằng dòng nước ngược, Để cho thau rửa có hiệu quả, cần phải gỡ lớp lắngphủ trước và các chất giữ trên mặt lọc sao cho không gây nên cáu bẩn vàocác giá đỡ

c Ưu nhược điểm

 Ưu điểm:

- Chất lượng nước đạt hiệu quả cao

- Bảo vệ thủy lực : chống lại sự kéo theo các hạt phân tán riêng lẻ

- Có thể tùy vào tính chất nguồn nước cần xử lý mà chọn lớp bọc sao chophù hợp đạt hiệu quả cao nhất

 Nhược điểm:

- Sau khi rửa lọc lớp lọc không còn duy trì khả năng như ban đầu,

quá trình lọc bị hạn chế do chất bẩn bám dính vào bề mặt lọc Cầnphải thay thế chúng sau một thời gian sử dụng

- Nguy cơ ăn mòn lớp lọc cùng giá đỡ rất cao cản trở việc vận hành

lien tục ở nước chứa nhiều clo

- Quá trình thau rửa phức tạp và tốn kém.

d Phạm vi sử dụng.

- Lọc qua rây mịn chủ yếu trong công nghiệp là các bộ lọc quay , rửa

tự động, đôi khi gọi là bộ lọc cơ học có áp suất, tổn thất tải ban đầunhỏ

- Lọc qua ống bọc và xốp dùng cấp nước cho nồi hơi áp suất cao , cấpnước cho hệ thống lọc nước siêu sạch, trong các bình lọc nước sửdụng trong gia đình

- Lọc qua giá đỡ trên các thiết bị có phủ lớp lọc được dung trong bìnhngưng của nhà máy điện, trong nhà máy bia và rượu vang siro đường

và gluco

3 Lọc qua màng

a.Khái niệm chung.

- Màng có thể được làm từ nhiều loại vật liệu,miễn sao cho có độ dày từ

0,05 mm đến 2 mm và có khả năng tách khỏi dung dịch lỏng một số phần

tử khác nhau (chất lơ lửng, cặn và ion hòa tan hoặc dung môi) khi cho điqua màng

b.Cơ chế chuyển dịch qua màng.

Cơ chế chuyển dịch qua màng lỏng

1 Dung dịch thuốc mạnh; 2 Dung dịchthuốc yếu; 3 Dung dịch thực; 4 Nước;5.phân tử; 6 Áp lực

 Lọc:Sử dụng màng bán thấm, chất hòa tan được dữ lại do sợi màng chỉ cho

nước chảy qua ( sự chuyển động đối lưu của dung môi qua môi trườngrỗng) số lượng phân tử hòa tan trong nước được dữ lại tùy thuộc vào kíchthước các lỗ rỗng của màng Trong trường hợp lý tưởng chỉ cho phép nước

đi qua (thẩm thấu hoàn chỉnh)

 thấm:Có khả năng phân chia hỗn hợp bằng cách chọn lọc chỉ để cho đi qua

màng một loại phần tử trong hỗn hợp

 thấm tách:Sử dụng loại màng cho phép đi qua một loại ion chọn lọc, không

cho nước đi qua Các màng này có thể tích điện hoặc trung hòa Nếu là màngtích điện, nó chỉ cho phép các ion tích điện ngược dấu đi qua, màng có thể làcationic chỉ cho phép các cation đi qua,hoặc màng anionic chỉ cho phépanion đi qua

c Ưu nhược điểm.

 Ưu điểm:

- so với các phương pháp khác như trưng cất, điện phân, trao đổi ion,

phương pháp này ưu điểm là cho chất lượng nước tinh khiết hơn

- Quá trình sản xuất an toàn hơn.

- Lượng thải sau xử lý thấp.

- Không sử dụng hóa chất trong quá trình xử lý.

- Vật liệu của màng lọc không sâm nhập vào nguồn nước.

 nhược điểm:

- đối với màng thẩm thấu ngược RO cần có áp lực nên phải sử dụng bơm.

- Đối với nước sử dụng cho ăn uống thì hàm lượng các ion kim loại trong

nước thường bị giảm xuống quá mức vi lượng cần thiết

- Giá thành cao.

- Năng suất, hiệu quả làm sạch và thời gian làm việc của màng lọc giảm

khi nồng độ chất tan trên bề mặt màng tăng lên

- ứng dụng trong công nghiệp.

- ví dụ: màng lọc RO đang được sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế tạo

các máy lọc nước, nhà máy điên nguyên tử, nhà máy lọc nước biển… Trong y học màng siêu lọc được sử dụng để lọc máu liên tục trong hồisức cấp cứu

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LỌC NƯỚC

I Các văn bản quy phạm có liên quan tới xử lý nước cấp.

- Tiêu chuẩn cấp nước Việt Nam 33-2006

- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống BYT

- Các nghị định, nghị quyết của chính phủ có liên quan đến ngành cấp nước

II Yêu cầu chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.

- Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống

- Quy chuẩn này quy định mức giới hạn các chỉ tiêu chất lượng đối với nướcdùng để ăn uống, nước dùng cho các cơ sở để chế biến thực phẩm (sau đâygọi tắt là nước ăn uống)

Đối tượng áp dụng

Quy chuẩn này áp dụng đối với các cơ quan, tổ chức, cá nhân và hộ gia đìnhkhai thác, kinh doanh nước ăn uống, bao gồm cả các cơ sở cấp nước tập trung dùngcho mục đích sinh hoạt có công suất từ 1.000 m3/ngày đêm trở lên (sau đây gọi tắt

là cơ sở cung cấp nước)

Giới hạn tối đa cho phép

A

mùi, vị lạ

Cảm quan, hoặc SMEWW 2150 B và

2160 B

A

TCVN 6184 - 1996 (ISO 7027 - 1990) hoặc SMEWW 2130 B

A

-Trong khoảng 6,5-8,5

7 Hàm lượng Nhôm (*) mg/l 0,2 TCVN 6657 : 2000 (ISO

8 Hàm lượng Amoni (*) mg/l 3

SMEWW 4500 - NH 3 C hoặc

SMEWW 4500 - NH 3 D

B

10 Hàm lượng Asen tổng số mg/l 0,01 TCVN 6626:2000 hoặc

C

13 Hàm lượng Cadimi mg/l 0,003

TCVN6197 - 1996 (ISO 5961 - 1994) hoặc SMEWW 3500 Cd

C

14 Hàm lượng Clorua (*) mg/l 250

300 (**)

TCVN6194 - 1996 (ISO 9297 - 1989) hoặc SMEWW 4500 - Cl - D

A

15 Hàm lượng Crom tổng số mg/l 0,05

TCVN 6222 - 1996 (ISO 9174 - 1990) hoặc SMEWW 3500 - Cr -

C

17 Hàm lượng Xianua mg/l 0,07

TCVN 6181 - 1996 (ISO 6703/1 - 1984) hoặc SMEWW 4500 -

CN

-C

18 Hàm lượng Florua mg/l 1,5

TCVN 6195 - 1996 (ISO10359 - 1 - 1992) hoặc SMEWW 4500 - F -

A

8286 - 1986)

B

SMEWW 3500 - Pb A

22 Hàm lượng Mangan tổng

TCVN 6002 - 1995 (ISO 6333 - 1986) A

23 Hàm lượng Thuỷ ngân

TCVN 5991 - 1995 (ISO 5666/1-1983 - ISO 5666/3 -1983)

B

TCVN 6180 -1996 (ISO8288 -1986)

II Hàm lượng của các chất hữu cơ

a Nhóm Alkan clo hoá

41 Phenol và dẫn xuất của

III Hoá chất bảo vệ thực vật

94 Focmaldehyt g/l 900 SMEWW 6252 hoặc

VI Vi sinh vật

108 Coliform tổng số

Vi khuẩn /100m l

0

TCVN 6187 - 1,2 :1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222

A

109 E.coli hoặc Coliform chịu

nhiệt

Vi khuẩn /100m l

0

TCVN6187 - 1,2 : 1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222

A

Trách nhiệm của các cơ sở cung cấp nước:

1 Bảo đảm chất lượng nước và thực hiện việc giám sát theo quy định củaQuy chuẩn này.

2 Chịu sự kiểm tra, giám sát của cơ quan nhà nước có thẩm quyền

Trách nhiệm của Sở Y tế các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương

Sở Y tế các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương có trách nhiệm hướngdẫn, thanh tra, kiểm tra việc thực hiện Quy chuẩn này đối với các cơ quan, tổ chức,

cá nhân, cơ sở cung cấp nước tham gia hoạt động khai thác, sản xuất và kinh doanhnước sử dụng cho mục đích ăn uống trên địa bàn tỉnh, thành phố

Trách nhiệm của Bộ Y tế

Bộ Y tế tổ chức chỉ đạo các đơn vị chức năng phổ biến, hướng dẫn, thanh tra,kiểm tra việc thực hiện Quy chuẩn này

III Lý thuyết cơ bản của quá trình lọc nước.

Khi lọc nước có chứa các cặn bẩn qua lớp cát hay các lớp vật liệu hạt khác

có thể xảy ra các quá trình sau:

- Cặn bẩn chứa trong nước lắng đọng thành màng mỏng trên bề mặt của lớpvật liệu lọc (thường gọi là màng lọc)

- 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 , còn một phần khácthì lắng đọng trong 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 đãtạo ra một lớp lọc phụ có độ rỗng rất bé, có khả năng giữ lại những cặn rất bé phântán trong nước tổn thất thủy lực cảu màng lọc tằng nhanh, do vậy phải tiến hànhrửa bể lọc thường xuyên, để tẩy rửa cặn bẩn có trong lớp vật liệu lọc trên cùng kể

cả màng lọc

Khi vận tốc lớn, màng lọc không được tạo thành bởi vì lực thủy động quá lớn

sẽ phá vỡ các vòm do cặn bẩn tạo ra ở các lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc, cặn bẩn sẽchui xuồn lớp vật liệu lcoj nằm phía dưới v v

Màng lọc thường được tạo ra trên bề mặt của lớp cát ở bể lọc chậm trong các

bể lcoj nhanh màng lọc thường không được tạo ra, cặn bẩn cùng với nước đi vàochiều dày của lớp vật liệu lọc, bị dính kết và hấp thụ lên bề mặt hạt của vật liệulọc, bị dính kết và hấp thụ lên bề mặt hạt cảu lớp lọc Đường kính hạt của vật liệu

và tốc độ lọc càng lớn thì chiều sâu xâm nhập của cặn bẩn vào lớp vật liệu lọccàng lớn Điện tích và kích thước của hạt cặn có ảnh hưởng rất lớn đến sự hấp phụ

và dính kết của cặn lên bề mặt các hạt của lớp vật liệu lọc Nếu cặn bẩn có độ bềnvững, độ phân tán cao và mang điện tích cùng dấu với điện tích bề mặt hạt vật liệulọc thì bể lọc sẽ không được lọc được cặn như vậy

1 Quy luật của quá trình lọc nước qua màng lạo tạo ra trên bề mặt lớp cát

Giả thiết rằng các hạt cặn được giữ lại trên màng lọc là không nén được và cóthê tích bằng nhau, bằng thể tích của hạt hình cầu đường kính d Hệ sớ hình dạngcủa các hạt cặn là , đọ rỗng của màng lọc là p Kết qur nghiên cứu thực nghiệmxác định được tổn thất áp lực qua màng lọc theo công thức :

L- chiều dày của màng lọc

Giả sử trong 1m3 nước chứa M tấn cặn có trọng lượng riêng  (t/m3), qua thờigian dt trên diện tích 1m2 của bể lọc, màng lọc được tạo ra có thể tích:

dw = M

❑.F.v.dt Chiều dày của màng:

dL = d w F = M v dt

❑

Các hệ số Kp, , d, p,  đặc trưng cho tính chất của cặn Gộp các hệ số này lại

và gọi tổn thất đơn vị của cặn, ký hiệu bằng chữ  Ta có:  = Kp (1− p)2

❑2d2p3 ;

dH = Mv2dt ;

Tốc độ tăng tổn thất áp lực qua màng lọc sẽ là:

dH dt = Mv2 

Như vậy khi lọc nước có chứa cặn bẩn không nén được qua lớp màng lọc, tốc

độ tăng tổn thất tỷ lệ bậc nhất với hàm lượng cặn M có trong nước và tỷ lệ bậc haivới tốc độ lọc v Tích phân phương trình  thu được công thức để tính toán tổn thấtqua màng lọc H ở thời điểm bất kì kể từ đầu chu kì lọc

Đại bộ phận cặn tạo ra khi xử lý nước là cặn nén được Độ rỗng của chúnggiảm khi tăng độ chênh áp lực qua màng lọc, nên tổn thất đơn vị của cặn  tăng lênkhi chiều dày và tổn thất áp lực qua màng tăng lên

 = 0.Hn ,

Trong đó: n- chỉ số nén cặn

Thay giá trị của  vào  : dH dt = 0.HnM v2 ***

Khi n  1, tích phân phương trình *** trong khoảng thời gian từ ) đến T0 vớigiá trị H thay đổi từ H0 đến H1 ta có:

T0 = H1

1−n

−H01−n

(1−n) μ β0M v2 , (h) Các hệ số n ,  đặc trưng cho tính chất của cặn xác định bằng thực nghiệm

2 Quy luật của quá trình lọc nước qua lớp vật liệu lọc giữ cặn bẩn trong các

lỗ rỗng

Khi lọc nước qua lớp vật liệu lọc, cặn bẩn bị lớp vật liệu lọc giữ lại còn nướcđược làm trong, cặn tích lũy dần trong các lỗ rỗng làm tăng tổn thất thủy lực củalớp lọc

Lọc nước là quá trình làm việc cơ bản của bể lọc, còn tăng tổn thất áp lực củalớp vật liệu lọc là quá trình đi kèm với quá trình lọc Nên cả hai quá trình cần phảitính đến khi tính toán, thiết kế và quản lý bể lọc

Sự tách cặn bẩn ra khỏi nước và dính kết chúng lên bề mặt hạt của lớp vật liệulọc xảy ra do tác dụng của lực dính kết Cặn bẩn lắng đọng trong lớp vật liệu lọc cócấu trúc không bền vững, dưới tác dụng của luwjcj thủy động khi nước chuyểnđộng qua lỗ rỗng của lớp vật liệu, cấu trúc của cặn bị phá vỡ và một phần cặn đãđược dính kết vào bề mặt hạt lớp lọc bị tách ra đi theo nước xuống các lớp nằm ởphía dưới, ở đáy do lực dính kết lớn hơn lực thủy động nhưng cặn bẩn này lại đượcdính kết vào bề mặt của hạt mới

Hiệu quả lọc nước ở mỗi lớp lọc nguyên tố là kết quả của hai quá trình ngượcnhau: quá trình cặn bẩn tách ra khỏi nước và gắn lên bề mặt của hạt dưới tác dụngcủa lực dính kết và quá trình tách các hạt cặn bẩn đã bám lên bề mặt của hạt đểchuyển chúng ngược lại vào nước dưới tác dụng của lực thủy động Quá trình lọcnước ở mỗi lớp lọc nguyên tố xảy ra cho đến khi mà cường độ dính kết các hạt cặnbẩn vào bề mặt hạt cát còn lớn hơn cường độ tách chúng Do quá trình tích lũyngày càng nhiều cặn bẩn trong các lỗ rỗng của cát lọc, cường độ tách cặn do lực

thủy động gây ra ngày càng tăng Hiện tượng dính kết và tách cặn quyết định sựtiến triển của quá trình lọc nước, theo chiều dày lớp vật liệu lọc và theo thời gianlọc.

Trên hình (1a) giới thiệu sự tiến triển của quá trình lọc nước Trên biểu đồ vẽcác đường cong thay đổi nồng độ cặn trong nước theo chiều dày của lớp vật liệulọc Mỗi đường cong ứng với một thời điểm nhất dịnh của quá trình lọc t1<t2<t3<t4.Đường cong (1) đặc trưng cho thời kì đầu của quá trình ngay sau khi một lượngnước lọc đầu tiên đi qua bể lọc

Hình (1a).Diễn biến của quá trình lọc theo chiều dày lớp vật liệu lọc Tại thời điểm t1 số lượng cặn tích lũy trong lớp vật liệu lọc bé đến mức hiệntượng tách cặn không có ảnh hưởng đến sự tiến triển của quá trình, nên đườngcong (1) chỉ dõ sự thay đổi nồng độ cặn trong nước theo chiều dày của lớp vật liệulọc dưới tác dụng của lực dính kết

Ở đầu quá trình lọc, nước được lọc

trong sau khi đi qua lớp vật liệu có chiều

dày x0 Trong các lớp còn lại có chiều dày

L- X0 nồng độ cặn trong nước thay đổi

không đáng kể hoặc không thay đổi Điều

đó chứng tỏ trong nước còn một lượng cặn

có đặc tính lý hóa hoàn toàn khác, không

có khả năng dính kết lên bề mặt lớp vật

liệu lọc Độ trong của nước sau bể lọc

hoàn toàn phụ thuộc vào hàm lượng cặn

có tính chất như vậy, Thời gian lọc tăng

lên, số lượng cặn tích lũy trong lớp vật

liệu lọc tăng lên, số lượng cặn đã bám vào bề mặt các hạt cát lọc bị dòng nước đẩyxuống lớp dưới cũng ngày càng tăng và vai trò của các lớp vật liệu lọc nằm gần sát

bề mặt trong quá trình lọc nước giảm dần Sau một thời gian làm việc các lớp này

bị bão hòa bởi cặn bẩn bám vào và chúng mất hoàn toàn khả năng lọc nước Chiều

dày của lớp vật liệu tại thời điểm t4 nằm trong tình trạng bão hòa là đoạn x trênđường cong (4).

Theo thời gian vai trò của các lớp lọc nằm phía trên giảm dần , còn vai trò củacác lớp nằm phía dưới thì tăng dần và chiều dày của lớp lọc cần thiết xt để lọctrong nước cũng tăng dần lên Cuối cùng đến một thời điểm khi mà toàn bộ chiềudày của lớp vật liệu lọc có trong bể không đủ để lọc nước đến đọ trong đã quyđịnh, nồng độ cặn trong nước bắt đầu tăng lên rất nhanh đường cong(4) trên hình(1)

Thời gian làm việc mà lớp vật liệu lọc có chiều dày L đảm bảo lọc nước đến độtrong quy định gọi là thời gian bảo vệ của lớp vật liệu lọc Chừng nào bể lọc làmviệc chưa hết thời gian bảo vệ thì nước lọc còn đảm bảo chất lượng quy định Sauthời gian bảo vệ, chất lượng nước lọc xấu đi rõ ràng

Hình 2: sự thay đổi nồng độ cặn trong Hình 3: sơ đồ tính bề dày lớp vật liệulọc nướclọc theo thời gian

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình lọc nước là xác định thời gian bảo vệ của lớpvật liệu lọc

3 Thành lập phương trình vi phân của quá tình lọc nước.

Tách lớp vật liệu lcoj nguyên tố có chiều dày x và cách bề mặt một đoạn xbằng mặt cắt ngang I-I và II-II hình ***

Diện tích mặt cắt ngang của lớp lọc chọn bằng đơn vị Nước lọc khi đến mặtcắt I-I có hàm lượng cặn C1 , đi qua mặt cắt II-II nước có hàm lượng cặn C2 Hàmlượng cặn trong nước giảm xuống một lượng bằng

C = - (C2  C1)  C xx (1)

Đạo hàm riêng C x là gradien nồng độ nghĩa là đại lượng biểu thị sự thay đổinồng độ cặn trong nước trên một đơn vị chiều dày của lớp vật liệu lọc Gradiennồng độ biểu thị bằng đạo hàm riêng bởi vì nồng độ cặn ở mỗi mặt cắt ngang phụthuộc vào hai biến số : (x) khoảng cách từ mặt lớp vật liệu và thời gian làm việccủa quá trình lọc, dấu (-) ở phuwogn trình (1) biểu thị sự giảm nồng độ cặn trongnước khi tăng khoảng cách x kể từ bề mặt của lớp vật liệu lọc

Qua một đơn vị diện tích của lớ lạo chiều dày x sau một thời gian lọc đượcmột thể tích với tốc độ lọc v Do đó tổng trọng lượng cặn do lớp lọc nguyên tố cóchiều dày x giữ lại sau một đơn vị thời gian bằng:

Q = vC = -vC xx (2)

Cặn bám vào bề mặt của hạt theo sự tiến triển cảu quá trình lọc Số lượng cặnbám trong lớp vật liệu chiều dày x bằng .x , còn tốc độ tích lũy cặn bám, haytổng số lượng cặn bám sau một đơn vị thời gian bằng :

Q = ❑t x (3)

Trong đó :  - mật độ bão hòa cặn của lớp vật liệu ,tức là tổng trọng lượng cặnbám trong một đơn vị thể tích của lớp vật liệu lọc tại một thời điểm nhất định củaquá trình lọc nước Cân bằng phương trình (2) và (3) thu được:

❑t  -vC x (4)

Phương trình vi phân (4) là phuơng trình cân bằng vật chất, nó chỉ ra rằng sốlượng cặn do lớp vật liệu lọc chiều dày x được tách ra khỏi nước trong một đơn