Dựa vào tốc độ lọc, cách vận hành có các dạng bể lọc: Lọc theo trọng lực: lọc nhanh, chậm, lọc tốc độ cao
Lọc nhanh: (Rapic sand Filter). Lọc chậm: (Slow sand Filter)
_ 2 lớp vật liệu lọc (Dual Media) _ Nhiều lớp vật liệu lọc (Multi Media) Lọc áp lực:
1 lớp.
2 lớp, nhiều lớp (cát + anthracite + granet). Diatomit (tảo cát).
Lọc tiếp xúc: nước đi từ dưới lên. Lọc phá (ít sử dụng).
A. Lọc chậm
Màng lọc hình thành trên bề mặt vật liệu lọc. Màng lọc này có kích thước khe rỗng nhỏ, có thể giữ lại cặn có kích thước nhỏ, hạt keo và vi khuẩn.
Đối với lọc chậm trong quá trình khử sắt, lớp màng trên mặt có nhiều vi khuẩn sắt Ferrobacteria, vi khuẩn có khả năng oxy hóa sắt (II) thành sắt (III). Bể lọc chậm không cần hóa chất keo tụ khi SS< 50 mg/l.
Bể lọc chậm có nhiều ưu điểm hiệu quả xử lý cao (95 – 99% độ đục) có khả năng khử vi trùng gây bệnh, có thể không cần xử lý hóa chất keo tụ, quản lý vận hành đơn giản. Khuyết điểm lớn của bể lọc chậm là đòi hỏi diện tích lớn đưa đến kích thức xây dựng và vật liệu lọc lớn. Vì vậy, bể lọc chậm chỉ thích hợp cho nhà máy có công suất nhỏ, cấp nước cho thị trấn nhỏ.
Bảng 1: tốc độ lọc chậm theo hàm lượng cặn lơ lửng SS < 25 mg/l v= 0,3 – 0,4 m/h
SS > 25 mg/l v= 0,2 – 0,3 m/h Kết hợp xử lý sắt v= 0,5 m/h
Một số thông số thiết kế có thể lấy bảng 2
Bảng 2: thông số thiết kế cho bể lọc chậm: Cát thạch anh d= 0,15 – 0,7 mm
d hiệu quả= 0,2– 0,35 mm
Chiều dày lớp nước Chiều cao dự phòng 0,8 – 1,8 m 0,2 – 0,5 m Chiều dày cát thạch anh 0,8 – 1mm Số bể lọc ≥2 Lớp sỏi đỡ Chiều dày= 0,4 – 0,55m
d= 2 – 40 mm
B. Lọc nhanh
Chu kì làm việc của bể lọc nhanh 12 – 24 giờ ứng với vận tốc lọc 5,5 – 6 m/h.
Bảng 3: Các thông số rửa bề mặt lọc
Loại rửa bề mặt Cường độ rửa l/s.m2 Aùp lực (m) cột nước
Vòi phun cố định 3 – 4 30 – 40
Thiết bị quay 0,5 – 0,75 40 – 50
Có 2 cách rửa ngược: rửa nước thuần túy và rửa kết hợp với khí: Cường độ rửa nước thuần túy lấy theo bảng 4 sau
Bảng 4: Thông số rửa theo vật liệu lọc: Loại vật liệu lọc Độ nở tương đối
của vật liệu lọc (%) Cường độ rửa l/s.m2 Thời gian rửa (phút) Bể lọc nhanh 1 lớp: •dtd=0,7 – 0,8 mm •dtd=0,8 – 1,0 mm •dtd=1,0 – 1,2 mm 45 35 25 12-14 14-16 16-18 6-5 Bể lọc nhanh 2 lớp 50 13-15 7-6
Rửa nước kết hợp khí: thường lấy cường độ khí 15 – 20 l/s.m2 trong 1 – 2 phút. Sau đó rửa kết hợp nước và khí với cường độ khí 15 – 20 l/s.m2 và nước 2,5 – 3 l/s.m2 trong 4 – 5 phút. Ngưng thổi khí, tiếp tục rửa nước thuần túy với
cường độ 5 – 8 l/s.m2. Cường độ nước và khí có thể lấy lớn hơn khi vật liệu lọc có cỡ hạt lớn.
Thành phần chính của bể lọc bao gồm bể lọc cát, cát lọc, tầng sỏi đỡ, hệ thống thu nước, máng thu nước rửa, thiết bị điều khiển, thiết bị khuấy trộn (rửa) bề mặt lớp vật liệu lọc.
Bể lọc làm bằng bêtông hay cốt thép (công suất nhỏ) thường có dạng vuông hay chữ nhật.
Chiều dày cát lọc phụ thuộc vào điều kiện hạt. Có thể lấy chiều dày 0,5 – 0,75 m. Khi chọn đường kính tương đương Dtd= 0,4 – 0,6 mm, chiều dày 0,7 – 0,8 m ứng với Dtd= 0,7 – 0,8 mm và chiều dày 1,2 – 1,3 m với Dtd= 0,8 – 1,0 m.
Tầng sỏi đỡ: chiều dày 150 – 450 mm, cát tác dụng ngăn cát lọc đi vào hệ thống thu nước thường đặt trên lớp vật liệu lọc, thu nước rửa ngược xả ra mương. Vị trí mương thu nước rửa đặt vị trí thích hợp bảo đảm cát không trôi ra ngoài và xả cặn. Trong quá trình rửa ngược thì không thể rửa sạch hết cặn mà có nơi người ta bố trí thêm hệ thống rửa bề mặt (lớp rửa vật liệu lọc ở lớp trên 150 – 250 mm).
C. Bể lọc áp lực
Nước qua lớp vật liệu lọc dưới áp lực của bơm. Bể làm bằng sắt thép chịu áp có đường kính nhỏ hơn 3 m. chiều dày lớp lọc, sàn thu nước tương tự bể lọc nhanh trọng lực. Vận tốc lọc 12 – 20 m/h. Tổn thất áp lực 2 – 20 m cột nước. Rửa ngược bằng khí và nước hoặc nước thuần túy như bể lọc nhanh.
D. Lọc phá (lọc sơ bộ)
Lọc phá ứng dụng khi hàm lượng SS = 50 – 250 mg/l. Trước khi vào bể lọc. Cấu tạo tương tự như bể lọc nhanh nhưng kích thước hạt lớn 1 – 2 mm, chiều dày lớp cát 0,6 – 0,7 m.
• v < 5 m/h khi SS < 100 mg/l
• v = 3 m/h khi SS = 100 – 200 mg/l
E. Lọc hạt lớn
Tương tự bể lọc nhanh nhưng kích thước hạt lớn hơn. Vì vậy dung tích chứa cặn lớn, có thể tăng cường vận tốc lọc lớn và khi đó lượng nước rửa lọc giảm đi. Tuy nhiên, hiệu quả khử cặn, đục thấp hơn so với bể lọc nhanh (50 – 70%). Thông số thiết kế bể lọc hạt lớn có thể lấy trong bảng 5
Bảng 5: Một vài thông số thiết kế cho bể lọc hạt lớn Vật liệu lọc Đường kính hạt (mm) Chiều cao lớp vật liệu (m) Vận tốc (m/s) Cường độ nước (l/s.m2) Nước khí Cát Cát 1 – 2 1,6 – 2,5 1,8 2 1,5 – 2 2,5 - 3 10 – 12 13 – 15 6 – 8 6 – 8 15 – 20 18 – 25 F. Lọc tiếp xúc
Cấu tạo tương tự bể lọc nhanh nhưng hướng nước đi từ dưới lên. Tốc độ lọc có thể chọn v = 4 – 5 (m/h(. Đối với bể lọc tiếp xúc đòi hỏi thu nước trong đồng đều toàn bộ diện tích lọc vật liệu lọc, rửa lọc tương tự bể lọc nhanh.
G. Lọc tốc độ cao
Cấu tạo lọc tốc độ cao tương tự bể lọc nhanh. Chỉ khác lớp lọc, vật liệu lọc khác nhau. Việc lực chọn vật liệu lọc theo nguyên tắc từ trên xuống dưới đường kính giảm dần và tỉ trọng hạt tăng dần. (d1>d2>d3, ρ1<ρ2<ρ3). Vật liệu lọc thường được lựa chọn từ trên xuống như sau than anthracite, cát thạch anh, đá granet nghiền.
Bảng 6: So sánh lọc chậm, lọc nhanh, lọc tốc độ cao
Lọc chậm Lọc nhanh Tốc tốc độ cao
Đặc tính
Phân bố vật liệu lọc
_Tổn thất áp lực (m) •Đầu giai đoạn lọc •Cuối giai đoạn lọc _Lượng nước rửa lọc
Không phân tầng 0,05 1,5 không Phân tầng: mịn - thô 0,3 2,5 – 2,7 2 – 4 % nước rửa lọc cát + granet Phân tầng: mịn – thô 0,3 2,5 – 2,7 6% nước rửa lọc Có 3 bể lọc tương ứng với kích thước hạt:
Bể lọc có một lớp vật liệu lọc đồng nhất: kích thước hạt giống nhau trong toàn bộ chiều dày lớp vật liệu lọc.
Bể lọc có lớp vật liệu lọc không đồng nhất: quá trình phân tầng xảy ra sau khi rửa ngược : mịn – thô.
Bể lọc có hai hay nhiều lớp vật liệu lọc khác nhau: • Về tỉ trọng: than < cát < granet.
• Về đường kính: than > cát > granet.
Lọc nhiều lớp, có nhiều ưu điểm so với bể lọc nhanh. Tốc độ lọc có thể lên đến 10 – 15 m/h. Do độ phân bố nhỏ dần theo hướng từ trên xuống (hướng dòng chảy). Vì vậy khả năng giữ cặn lớn, tận dụng hiệu quả chiều cao lớp lọc, đồng thời kéo dài chu kì lọc.
H. Bể lọc Diatomite (DE) hay Precoat filter
Bể lọc đất Diatomacecus (DE) hay bể lọc Diatomite thuộc nhóm các bể lọc được gọi chung là bể lọc tiền phủ lớp (Precoat filtration). Vì DE là vật liệu lọc được sử dụng rỗng rãi nhất trong bể lọc tiền phủ. Bởi vậy thuật ngữ Diamite thường được dùng để gọi cho các loại bể lọc thuộc dạng này. Các loại vật liệu khác nhau cũng được sử dụng trong các bể lọc dạng này là silicate, cacbon,
perlite, alumium. Nhưng không một vật liệu nào trong chúng được sử dụng dưới qui mô lớn.
Các bể lọc Diatomite được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm, nước giải khát và đặc biệt nhiều nhất trong lĩnh vực xử lý nước hồ bơi. Chúng tỏ ra có hiệu quả trong việc loại bỏ cặn trong chất lỏng, các loại cặn như tảo, coliform, sét lơ lửng. Bể lọc Diatomite cũng được sử dụng trong việc loại bỏ sắt và mangan trong nước ngầm.
Sự loại bỏ cặn trong bể Diatomite khác với sự loại bỏ cặn trong các bể lọc dạng khác nhau ở chỗ nó chỉ chủ yếu xảy ra trên bề mặt của vật liệu lọc. Sau khi đã hình thành các bánh lọc ở chỗ nó chỉ chủ yếu xảy ra trên bề mặt của vật liệu lọc (filter cake). Sự lọc thuần túy đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của các bể lọc tiền lớp phủ.
Bể lọc DE thường hoạt động qua 3 giai đoạn: tạo lớp phủ, lọc, rửa ngược. Trong giai đoạn tạo lớp phủ người ta cung cấp 1 loại vật liệu lọc để tạo 1 lớp vữa áo trên bề mặt 1 vách ngăn xốp (có dạng hình trụ hay hình phẳng). Chính lớp vữa này có khả năng giữ cặn trong quá trình lọc. Sau đó theo cơ chế lọc thuần túy. Sau một thời gian lọc, khi tổn thất áp lực tăng lên một giai đoạn nhất định hay chất lượng nước ra xấu hơn mức cho phép bể lọc được tiến hành rửa ngược. Sau đó quá trình lọc mới bắt đầu bằng quá trình tạo lớp phủ.
Chu kì lọc thường từ 24 – 120 giờ. Thời gian rửa ngược khoảng 30 phút. Bể lọc Diatomite không thích hợp trong xử lý nước qui mô lớn, chất lượng nước thay đổi nhiều. Vì vậy các bể lọc dạng này chủ yếu được sử dụng nhiều trong xử lý nước nhỏ như gia đình, quân đội, bể bơi, các trạm cấp nước cho một phân xưởng sản xuất.