Tấm lắng lamen - lamela

-------------------------------

 

Vào bài

 

Giới thiệu về lọc

 

Mục đích

 

Mục đích của lọc là để loại bỏ các hạt lơ lửng trong nước bằng cách cho nước đi qua môi trường lọc như cát. Khi nước đi qua bộ lọc, kết bông và các tạp chất mắc kẹt lại trong cát, nước đi qua lớp vật liệu lọc này là nước sạch. Nước lọc được thu vào trong bể chứa nước sạch, tại đây nước được khử trùng và sau đó phận phối cho người tiêu dùng.

 

Lọc thường là bước cuối cùng trong quá trình loại bỏ chất rắn, bắt đầu với đông tụ và tiến tới quá trình kết bông và bồi lắng. Trong quá trình lọc, có tới 99,5% của chất rắn lơ lửng trong nước có thể được loại bỏ, kể cả khoáng sản, kết bông, và vi sinh vật.

 

Yêu cầu

 

Ngày nay, quá trình lọc là cần thiết cho hầu hết các hệ thống xử lý nước. Bộ phận lọc phải đảm bảo đục xuống dưới 0,5 NTU trong 95% các phép đo của mỗi tháng tại các nhà máy, và độ đục của nước đã lọc không bao giờ được vượt quá 5 NTU trong bất kỳ mẫu xét nghiệm nào.

 

Lưu ý rằng, một mình độ đục không có ảnh hưởng đến sức khỏe. Nhưng tại sao lại có các quy định nghiêm ngặt về độ đục? Mặc dù độ đục bản thân chúng không gây hại nhưng nước đục rất khó để khử trùng vì một loạt các lý do. Vi sinh vật phát triển trên các hạt lơ lửng khó có thể giết chúng bằng việc khử trùng, trong khi các hạt tự chúng có thể phản ứng hóa học với clo, gây khó khăn cho việc duy trì một lượng dư clo trong hệ thống phân phối. Độ đục cũng có thể là nơi ký sinh trong hệ thống phân phối nước để tạo ra mùi vị, và sự tăng trưởng của vi khuẩn.

 

Tuy nhiên, nước uống đục cũng có những phiền hà khác. Lọc cát loại bỏ một số vi sinh vật dạng u nang hình thành, chẳng hạn như Giardiawhich, một loại vi sinh không thể giết bằng phương pháp clo cổ điển. U nang này mang các đề kháng bên trong chúng có khả năng bảo vệ vi sinh vật trong lúc chúng trong trạng thái không hoạt động.

 

Quy định yêu cầu phải loại bỏ ít nhất 99,9% nang Giardia và 99,99% virus ra khỏi nước uống. Vì rất khó khăn để kiểm tra trực tiếp các vi sinh vật trong nước nên độ đục trong nước có thể được xem như là một chỉ báo cho sự hiện diện vi sinh vật trong nước. Bằng việc yêu cầu một độ đục thấp trong nước, các nhà máy xử lý phải đảm bảo rằng ít hoặc không có nang Giardia có mặt trong nước uống thành phẩm.

 

Trong một vài địa điểm, nước mặt được sử dụng cho mục đích sinh hoạt mà không cần lọc. Trong những tình huống này, nước chỉ được lấy từ một lưu vực mà nơi đó là khu vực chưa phát triển thì nguồn nước sẽ tương đối sạch. Các lưu vực này cần được tuần tra và quản lý một cách cẩn thận để tránh nhiễm khuẩn.

 

Vị trí trong quá trình xử lý

 

Trong quá trình xử lý điển hình, lọc đi sau lắng (nếu có) và đi trước việc khử trùng. Tùy thuộc vào sự phản ứng của chất keo tụ và lắng đọng trầm tích, quy trình xử lý được chia thành ba nhóm - lọc thông thường, lọc trực tiếp và lọc trong dòng.

 

Phương pháp phổ biến nhất của lọc là lọc thông thường, là lọc sau đông tụ/kết bông và lắng. Đây là lọc phổ biến linh hoạt và đáng tin cậy, đặc biệt là khi xử lý nước có nguồn nước hay biến động hoặc nước nguồn rất đục.

 

Một số nhà máy xử lý vận hành mà có ít hoặc không có quá trình lắng bỏ trầm tích trước lọc. Nếu lọc sau đông tụ và kết bông mà không có lắng được gọi là lọc trực tiếp. Phương pháp này có thể được sử dụng khi nước thô có độ đục thấp.

 

Một loại lọc, được gọi là lọc trong dòng, liên quan đến việc điều hành các bộ lọc mà không có kết bông hoặc lắng. Một hóa chất đông tụ được cho vào nước trước khi lọc và đông tụ xảy ra trong các bộ lọc. Lọc trong dòng thường được sử dụng với các bộ lọc áp lực, nhưng không hiệu quả so với lọc thông thường.

 

Trợ polymer

 

Mặc dù lọc không yêu cầu thêm bất kỳ hóa chất nào, tuy nhiên bổ sung polymer có thể được thêm vào nước đầu vào. Những hóa chất này cải thiện chất lượng nước đầu vào bằng cách làm cho các kết bông bị kẹt lại trong các bộ lọc.

 

Trợ polymer có hai loại chính. Polymer chứa cation có phân tử trọng lượng vừa phải (DADMA) được thêm vào nước trước keo tụ để tăng cường kết tủa, trong khi polymer chứa ion có trọng lượng phân tử tương đối cao (polyacrylamit) được thêm vào trước khi lọc để hỗ trợ trong việc loại bỏ kết tủa.

 

Trợ polymer có thể gây phiền hà trong một số khía cạnh. Các dạng bột của polymer là rất trơn, vì vậy sự cố tràn đổ polymer ra ngoài phải được làm sạch một cách nhanh chóng. Ngoài ra, sử dụng trợ polymer quá liều có thể gây dính kẹo cao su lên các bộ lọc. Kết quả là, trợ polymer thường được sử dụng như chất trợ kết tủa - trong tình huống cực hiếm để cải thiện chất lượng nước trong một thời gian ngắn.

 

Cơ chế lọc

 

Giới thiệu

 

Làm thế nào để loại các hạt ra khỏi nước trong quá trình lọc? Bốn cơ chế được xem xét trong quá trình lọc – lọc, hấp phụ, phản ứng sinh học và hấp thụ. Mỗi cơ chế sẽ được giải thích dưới đây.

 

Lọc

 

Nước đi qua bộ lọc mà trong đó có các khe lỗ rất nhỏ (nhỏ hơn các hạt cặn lơ lững trong nước) để giữ các hạt cặn lại. Đây là cơ chế trực quan nhất của lọc, và có thể bạn đã sử dụng phương pháp này trong cuộc sống hàng ngày. Ví dụ, khi bạn loại bỏ nước khỏi mì bằng cách đổ nước và mì ống vào một cái rây, nước trôi qua nhưng mì thì bị giữ lại trong rây (mì giống như là các hạt căn trong nước).

 

Hình ảnh dưới đây cho thấy một ví dụ về lọc trong một bộ lọc. Như bạn có thể thấy, kết bông không thể vượt qua các khoảng trống giữa các hạt cát, vì vậy kết bông bị giữ lại. Nước có thể chảy qua cát, để lại các kết bông phía sau.

 

 

Trong quá khứ, lọc được xem là rất quan trọng trong quá trình lọc. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, các khe lỗ giữa các hạt cát trong bộ lọc lớn hơn nhiều so với các bông kết tủa bị chặn bằng các chụp lọc. Có ý kiến ​​cho rằng các hạt cặn nhỏ nằm giữa hạt cát khi lọc xảy ra, làm cho không gian các khe lỗ càng nhỏ hơn và cho phép các bộ lọc lọc ra những hạt nhỏ hơn. Tuy nhiên, một bộ lọc sạch, sẽ sản xuất nước sạch trước khi bất kỳ kích thước các khe lỗ này giảm xảy ra. Vì vậy, hiện nay người ta tin rằng lọc không phải là quan trọng nhất trong quá trình lọc.

 

 

Sự hấp phụ

 

Thứ hai, và trong nhiều trường hợp cơ chế quan trọng nhất của quá trình lọc, là hấp phụ. Hấp phụ là sự tập hợp của các khí, chất lỏng, hoặc chất rắn hòa tan lên bề mặt của các vật liệu khác nhau, như hình dưới đây:

 

Đông tụ là lợi thế của cơ chế hấp phụ khi các hạt kết bông nhỏ được kéo lại với nhau bằng lực van der Waal. Trong quá trình lọc, hấp phụ liên quan đến các hạt hút nhau và "gắn chặt" với các hạt cát. Hấp phụ có thể loại bỏ ngay cả các hạt rất nhỏ trong nước.

 

Phản ứng sinh học

 

Cơ chế thứ ba của lọc là phản ứng sinh học, trong đó bao gồm tất cả các loại phân hủy của các hạt trong nước suốt quá trình sinh học. Điều này liên quan đến sự phân hủy của các hạt hữu cơ như tảo, sinh vật phù du, tảo cát, và vi khuẩn hoặc có thể liên quan đến vi sinh vật ăn lẫn nhau. Mặc dù vậy, phản ứng sinh học chỉ quan trọng trong bộ lọc cát chậm, trong hầu hết các bộ lọc khác nước đi qua bộ lọc quá nhanh, phản ứng sinh học không kịp xảy ra.

 

Hấp thụ

 

Cơ chế cuối cùng của quá trình lọc là hấp thụ, bằng việc ngậm một chất vào cơ thể của một chất khác. Hấp thụ là một khái niệm rất quen thuộc – Ví dụ, bọt biển hấp thụ nước hay khăn tắm hút nước.

 

Sau khi làm ướt ban đầu các hạt cát, hấp thụ không còn là rất quan trọng trong quá trình lọc.

 

 

 

 

 

 

 

Phần 2: Các loại lọc

 

Giới thiệu

 

Bộ lọc có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Bảng dưới đây cho thấy những đặc điểm của bốn loại bộ lọc có thể được sử dụng trong xử lý nước.

 

	Lọc cát chậm	Lọc cát nhanh	Lọc áp lực	Lọc đất mùn
Tốc độ lọc  (GPM/ft2)	0.015-0.15	2-3	2-3	1-2
Ưu điểm	Đáng tin cậy. Vận hành và bảo trì yêu cầu tối thiểu. Thường không yêu cầu tiền xử lý hóa học.	Tương đối nhỏ và gọn.	Chi phí lắp đặt và vận hành thấp, thích hợp trong các nhà máy lọc nhỏ.	Kích thước nhỏ. Hiệu quả. Dễ dàng vận hành. Chi phí tương đối thấp. Sản xuất nước sạch cao. Thường không yêu cầu tiền xử lý hóa học.
Khuyết điểm	Đòi hỏi diện tích lớn. Cần rửa lọc thủ công.	Yêu cầu tiền xử lý hóa học. Không loại bỏ được tác nhân gây bệnh cũng như bộ lọc cát	Kém tin cậy hơn so với bộ lọc trọng lực. Sàn lọc không thể quan sát được trong quá trình vận hành.	Gặp vấn đề xử lý bùn. Đầu vào cao. Giảm độ tin cậy trong tiềm năng. Bảo trì và chi phí sửa chữa cao.
Phương tiện lọc	Cát	Cát. Hoặc cát và than hoạt tính. Hoặc cát, than hoạt tính và cát thạch anh	Cát. Hoặc cát và than hoạt tính. Hoặc cát, than hoạt tính và cát thạch anh	Đất mùn
Trọng lực hoặc áp lực?	Trọng lực	Trọng lực	Áp lực	Áp lực, trọng lực, hoặc chân không.
Cơ chế lọc	Phản ứng sinh học, lọc và hấp thụ.	Chủ yếu hấp phụ. Đôi khi cũng cần lọc.	Chủ yếu hấp phụ. Đôi khi cũng cần lọc.	Chủ yếu là lọc.
Phương pháp làm sạch	Thủ công loại bỏ 2 inch lớp cát trên cùng.	Rửa ngược.	Rửa ngược.	Rửa ngược.
Ứng dụng phổ biến	Hệ thống nước ngầm nhỏ.	Loại phổ biến nhất được sử dụng để xử lý nước mặt.	Loại bỏ sắt và mangan trong hệ thống nước ngầm nhỏ.	Ứng dụng trong ngành nước giải khát, các ngành công nghiệp thực phẩm và hồ bơi. Hệ thống nhỏ hơn.

 

 

Chúng ta sẽ thảo luận về hai loại bộ lọc sau đây - bộ lọc cát chậm và bộ lọc cát nhanh. Bộ lọc cát áp lực về cơ bản là một bộ lọc cát nhanh được đặt bên trong một buồng áp lực, trong khi bộ lọc đất mùn không thường được sử dụng trong xử lý nước uống.

 

Lịch sử

 

Lịch sử của ngành xử lý nước bắt đầu vào khoảng thế kỷ thứ mười ba trước Công nguyên ở Ai Cập. Tuy nhiên, bộ lọc hiện đại bắt đầu sau này. Bộ lọc cát chậm của John Gibb, được xây dựng vào năm 1804 ở Scotland, là bộ lọc đầu tiên được sử dụng để xử lý nước uống với số lượng lớn. Sau đó, bộ lọc cát chậm nhanh chóng phổ biến, một trong những bộ lọc chậm đầu tiên được xây dựng ở Richmond, VA, Hoa Kỳ vào năm 1832. Một loạt các bộ lọc cát chậm được mô phỏng từ thiết kế của Anh được xây dựng vào năm 1870 ở Poughkeepsie, NY, Hoa Kỳ và đến nay vẫn còn hoạt động.

 

Vài thập kỷ sau khi các bộ lọc cát chậm đầu tiên được xây dựng ở Mỹ, các bộ lọc cát nhanh bắt đầu ra đời. Sự ra đời của lọc cát nhanh một cách nhanh chóng do liên quan tới việc phát hiện ra đông tụ. Bằng cách thêm vào nước một số hóa chất (keo tụ), các hạt cặn trong nước có thể được kết dính lại với nhau và nhanh chóng lắng ra ngoài. Sử dụng đông tụ, nước thô dùng cho việc lọc có thể được lấy từ nước ​​đục và suối bị ô nhiễm.

 

Đến cuối thế kỷ XIX, số lượng bộ lọc cát nhanh đã tăng gấp mười lần để phục vụ thay cho các loại lọc cát chậm. Hiện nay, lọc cát chậm chỉ được xem xét về mặt kinh tế trong trường hợp bất thường.

 

Lọc cát chậm

 

Bộ lọc cát chậm là loại lâu đời nhất của bộ lọc quy mô lớn. Trong bộ lọc cát chậm, đầu tiên nước đi qua khoảng 36 inch của lớp cát, sau đó đi qua một lớp sỏi trước khi vào các bộ phận sau. Cát loại bỏ các hạt trong nước thông qua việc hấp phụ và lọc.

 

Không giống như các bộ lọc khác, bộ lọc cát chậm có thể loại bỏ rất nhiều các chất bẩn trong nước bắng phản ứng sinh học. Một lớp bụi bẩn, mảnh vỡ, và các vi sinh vật bị kẹt trên đỉnh bề mặt của lớp cát. Lớp này được gọi là schmutzdecke trong tiếng Đức hay còn gọi là "lớp da bẩn." Các schmutzdecke phá vỡ các hạt hữu cơ trong nước bằng phản ứng sinh học, và cũng rất hiệu quả trong việc lọc các hạt vô cơ thậm chí rất nhỏ trong nước.

 

Vận hành một bộ lọc cát chậm bao gồm cào cát định kỳ và làm sạch các bộ lọc bằng cách loại bỏ hai inch lớp cát trên bề mặt bộ lọc. Sau một vài làm sạch, cát mới phải được bổ sung để thay thế cát loại bỏ.

 

Làm sạch các bộ lọc, loại bỏ các lớp ‘da bẩn’ dẫn đến không có bộ lọc phục vụ sản xuất nước uống. Sau khi làm sạch bộ lọc, nhà máy phải được vận hành trong hai tuần để loại bỏ nước lọc ban đầu (chưa được sạch) để cho phép các lớp ‘da bẩn’ hình thành trên bề mặt các lọc, gây ra lãng phí,. Kết quả là, một nhà máy xử lý phải có hai bộ lọc cát chậm để đảm bảo nhà máy hoạt động liên tục.

 

Bộ lọc cát chậm là bộ lọc rất đáng tin cậy mà không thường đòi hỏi đông tụ/kết bông trước khi lọc. Tuy nhiên, nước đi qua bộ lọc cát chậm là rất chậm, và tốc độ càng chậm thêm bởi lớp ‘da bẩn’. Kết quả là, diện tích đất rất lớn dành cho các bộ lọc khi lọc cát chậm là một phần của một nhà máy xử lý. Ngày nay, chỉ còn một vài bộ lọc cát chậm đang hoạt động tại Hoa Kỳ mặc dù loại lọc này được sử dụng rộng rãi hơn ở châu Âu.

 

 

 

 

 

 

 

 

Lọc cát nhanh

 

Bộ lọc cát nhanh khác với lọc cát chậm trong nhiều cách, quan trọng nhất trong đó là tốc độ lọc lớn hơn nhiều và khả năng làm sạch tự động bằng phương pháp rửa ngược. Cơ chế loại bỏ các hạt cặn cũng rất khác nhau ở hai loại bộ lọc - Bộ lọc cát nhanh không sử dụng lọc sinh học và phụ thuộc chủ yếu vào sự hấp thụ và một số loại vật liệu lọc.

 

Vì bộ lọc cát nhanh là loại lọc chính được sử dụng phổ biến trong xử lý nước hiện nay, nên chúng ta sẽ thảo luận về bộ lọc này chi tiết hơn.

 

Sơ đồ của một bộ lọc cát nhanh điển hình được thể hiện ở trên. Bộ lọc được chứa trong một hộp lọc, thường được làm bằng bê tông. Bên trong hộp lọc là các lớp vật liệu lọc (cát, than, vv) và sỏi. Dưới sỏi, một mạng lưới các đường ống tạo nên một dàn ống thu nước lọc và phân bổ đều dành cho nước rửa ngược. Máng nước rửa ngược giúp điều phối nước vào và cũng được sử dụng trong rửa ngược (sẽ được thảo luận trong phần sau.)

 

Ngoài những phần đề cập ở trên, hầu hết các bộ lọc cát nhanh có bộ điều khiển, hoặc hệ thống điều khiển bộ lọc để điều hòa lưu lượng nước qua bộ lọc. Các bộ phận khác như van, đầu đo tổn thất, máy rửa bề mặt, và một máy bơm rửa ngược được sử dụng để làm sạch các bộ lọc.

 

Hoạt động của một bộ lọc cát nhanh trong quá trình lọc tương tự như hoạt động của một bộ lọc cát chậm. Nước chảy xuống qua cát, đến lớp sỏi hỗ trợ và thoát qua dàn ống thu nước. Nước chảy qua một bộ lọc cát nhanh là tương đối sạch do quá trình đông tụ/kết bông và lắng, vì vậy các bộ lọc cát nhanh hoạt động nhanh hơn nhiều so với các bộ lọc cát chậm.

 

Phần còn lại của bài học này chúng ta quan tâm chủ yếu tới bộ lọc cát nhanh.

 

 

-------------------------------

Tấm lắng lamen - lamella