Đồ án Nghiên cứu các loại vật liệu lọc để lọc sắt và mangan trong nước ngầm của Xí nghiệp Cấp nước Trung An trạm Cấp nước Gò Vấp

HCO3- Như vậy quá trình khử mangan phụ thuộc vào pH của nước, pH càng cao tức là nồng độ ion H+ càng thấp, tốc độ ôxy hóa và thủy phân mangan càng lớn và quá trình ôxy hóa mangan sẽ đạt hiệu quả cao nhất ở một giá trị pH nào đó. Xét phương trình biểu diễn thế ôxy hóa khử mangan sau: EMn4+/Mn2+ = 1,23 - 0,12*pH - 0,03*lgaMn2+ Trong đó: aMn2+: hoạt độ của ion Mn2+ trong nước aMn2+ = fMn2+.CMn2+ fMn2+: hệ số hoạt độ CMn2+: nồng độ ion Mn2+ trong nước Trong môi trường nước, hệ số hoạt độ fMn2+ thường có giá trị là 0,6. Nếu muốn giảm hàm lượng mangan xuống còn 0,2 mg/l theo tiêu chuẩn vệ sinh ta có: aMn2+= 0,6 * 0,2 mg/l Thế ôxy hóa khử cần thiết sẽ là: EMn4+/Mn2+ = 1,23 - 0,12pH - 0,03lg2,2.10-6 = 1,29 - 0,12pH (1) Trong thực tế, sau làm thoáng quá trình ôxy hóa xảy ra ngay với các chất dễ bị ôxy hóa, do vậy đến mangan, thế oxy hóa khử của nước thường chỉ còn lại khoảng 0,2 V. Thay vào phương trình (1) ta thấy rằng, để đưa hàm lượng mangan xuống đến 0,2 mg/l, pH của nước phải có giá trị xấp xỉ bằng 9. Tương tự với sắt, qui trình xử lý mangan cơ bản cũng bao gồm các khâu làm thoáng, lắng và lọc. Trong quá trình lọc, lớp vật liệu lọc được phủ dần một lớp mangan đioxit Mn(OH)4 tích điện âm, lớp Mn(OH)4 có tác dụng làm chất xúc tác hấp thụ các ion Mn2+ và ôxy hóa Mn2+ theo phản ứng sau: Mn(OH)4 + Mn(OH)2 → Mn(OH)3 4Mn(OH)3 + O2 + 2H2O → 4Mn(OH)4 Lớp phủ Mn(OH)4 mới tạo thành lại tham gia vào phản ứng mới và cứ như vậy tạo ra một chu trình phản ứng liên tục. Như vậy, hiệu quả khử mangan do chính bản thân quá trình khử tạo ra trên bề mặt vật liệu lọc. Biểu đồ hình trên cho thấy vai trò quan trọng của lớp xúc tác đến hiệu quả khử mangan bằng ôxy. Khi chưa có lớp xúc tác, hiệu quả khử chỉ đạt được với pH lớn hơn 9, nếu có xúc tác phản ứng có hiệu quả ngay từ pH=8,2. Trong thực tế để sớm đưa vào bể lọc vào chế độ hoạt động ổn định, cần pha thêm vào nước dung dịch KMnO4 với liều lượng 1 – 3 mg/l trong vài ngày đầu, hoặc nâng pH của nước lên trên 9. 2.8 Các phương pháp khử mangan Cũng như khử sắt, khử mangan có thể dùng phương pháp ôxy hóa và phương pháp hóa học, phương pháp vi sinh. 2.8.1 Phương pháp ôxy hóa Mangan Mn2+ có thế oxy hóa rất chậm bằng ôxy. Mangan có quan hệ: Với Ôxy hóa bằng ôxy chỉ đạt được tốc độ thích hợp với pH lớn hơn 9,5 (Hình 10: Loại bỏ Mn2+ bằng oxy hóa (theo Morgan trục hoành thời gian phút) Ôxy hóa Mn2+ bằng ôxy phụ thuộc vào nhiệt độ: nó nhanh gấp 5 lần khi ta chuyển từ 11oC đến 22oC, nhưng ở độ pH thông thường, thời gian tiếp xúc rất khó thích hợp và khai thác công nghiệp. Sự có mặt của đioxít mangan là chất "xúc tác" phản ứng. Chính điều đó được thấy trong một số quá trình sau một thời gian hoạt động với các chất ôxy hóa khác có thể bị mangan hóa cát lọc. Thực tế, sẽ có sự hấp phụ Mn2+ trên MnO2 và ôxy hóa chậm Mn2+ thành MnO2 xảy ra theo phản ứng: nhanh Mn2+ + MnO2 → MnO2.Mn2+ chậm MnO2.Mn2+ + O2 → 2MnO2 Cát chứa mangan, nghĩa là nó được bọc MnO2, có thể sử dụng phản ứng này, nhưng việc mangan hóa rất khó kiểm tra. Người ta đã khẳng định trong một số trường hợp không có khả năng thu được ngay cả sử dụng permanganat kali. Người ta cũng thấy đôi khi một sự bão hòa MnO2 nào đó cũng dùng như là một " chất xúc tác". Nó có thể tạo thành sesqui-ôxít: Mn2+ + Mn2+ + H2O → Mn2O3 + 2H+ (1) Người ta có thể tái sinh vật liệu lọc do tác dụng của permanganat 3Mn2O3 + 2MnO4- + H2O → 8MnO2 + 2(OH)- (2) Tổng hợp cả 2 phản ứng (1) và (2): 3Mn2+ + 2MnO4- + 2H2O → 5MnO2 + 4H+ (3) Cặn MnO2 dùng làm "chất phản ứng", nhưng cần phải sử dụng một lượng chất ôxy hóa như đối với phản ứng (3). Trong thực tế, thay cho việc mangan hóa cát, người ta dùng vật liệu lọc gồm phần lớn là MnO2 trộn với một tỉ lệ lớn ít hay nhiều với cát, nó có thể được tái sinh trong khoảng thời gian điều đặn. Quy trình công nghệ cơ bản cũng giống như khử sắt bao gồm giàn mưa, lắng tiếp xúc và lọc. Riêng phần bể lọc, do phản ứng ôxy hóa mangan diễn ra chậm nên cát lọc phải có bề dầy 1,2 – 1,5 m. Qui trình rửa lọc phải lựa chọn trên cơ sở thực nghiệm chính xác, nhằm mục đích giữ lại một lớp màng Mn(OH)4 bao quanh hạt cát lọc làm màng xúc tác có chu kì tiếp theo. Nếu rửa sạch hạt cát lọc thì vào chu kì sau lại cần có thời gian để tạo ra lớp màng xúc tác mới (thường 5 – 10 ngày). Để đạt hiệu quả cao, vật liệu lọc nên dùng cát đen (đã được phủ một lớp đioxít mangan). Trong trường hợp nước có chứa cả sắt và mangan, cần tiến hành thí nghiệm để xác định qui trình xử lý kết hợp. Giàn làm thoáng cần phải đảm bảo đủ lượng ôxy hòa tan cho cả quá trình ôxy hóa sắt và mangan. Do sắt bị ôxy hóa trước nên quá trình ôxy hóa mangan sẽ xảy ra ở các lớp cát lọc nằm bên dưới. Tùy theo tính chất nguồn nước và các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép, quy trình kết hợp có thể là: Xử lý có xúc tác: Bao gồm làm thoáng, lắng tiếp xúc, bể lọc một hoặc hai lớp. Cơ sở lựa chọn dựa trên điều kiện: nếu sau khi ôxy hóa sắt hết, độ pH của nước còn giữ lại được cao hơn 8 thì quá trình ôxy hóa mangan sẽ diễn ra thuận lợi. Bể lọc cần có lớp cát dầy không nhỏ hơn 1,5m. Trong trường hợp này dùng bể lọc hai lớp(than antraxit và cát) đạt hiệu quả cao hơn. Ưu điểm của quy trình là chỉ có một cấp bể lọc, cặn Mn(OH)4 được tạo ra trước sẽ là nhân tố xúc tác cho sự ôxy hóa mangan. Tuy nhiên quy trình rửa lọc sẽ rất phức tạp vì nếu rửa sạch cặn sắt nằm ở lớp vật liệu lọc bên trên ( cần cường độ rửa lớn) thì khó giữ lại được lớp màng xúc tác Mn(OH)4 ở lớp cát bên dưới. Xử lý không xúc tác: Khi hàm lượng sắt và mangan trong nước đều lớn hoặc không thỏa mãn các yêu cầu của hệ bậc một thì chọn quy trình xử lý bậc hai. Quá trình khử sắt sẽ hoàn thành ở bậc một gồm các khâu làm thoáng, lắng, lọc. Sau đó xử lý nâng pH của nước lên trên 8. Nếu lượng ôxy hòa tan còn lại không đủ để ôxy hóa mangan tiến hành làm thoáng lại và lọc nước qua bể lọc thứ hai để xử lý mangan. Quy trình này tuy tốn kém hơn về xây dựng nhưng chất lượng và hiệu quả xử lý ổn định. Các bể lọc có chứa chức năng khác nhau rõ ràng, nên vận hành rửa lọc đơn giản hơn. 2.8.2 Phương pháp hóa học 2.8.2.1 Ôxy hóa bằng điôxit Clo Phản ứng như sau: Mn2+ + 2ClO2 + 2H2O → MnO2 + 2O2 + 2Cl- + 4H+ Cần có 2,5g ClO2 để ôxy hóa 1g Mn2+. Ôxy hóa bằng điôxit clo ít được dùng vì quá trình xảy ra chậm và để có tốc độ chấp nhận được cần phải vượt qua một tỉ trọng lớn, do kể đến các chất hữu cơ có trong nước tiêu thụ một phần điôxít Clo đưa tới bằng cách khử ClO2 thành ion Clorit ClO2- không mong muốn trong nước xử lý. 2.8.2.2 Ôxy hóa bằng permanganat kali Có hiện tượng ôxy hóa giữa mangan hóa trị II và permanganat 3Mn2+ + 2MnO4- + 2H2O → 5MnO2 + 4H+ Tỉ lệ lý thuyết là 1,9g KMnO4 cho 1g Mn2+, nhưng trong thực tế nó thay đổi theo pH và thành phần của nước. Thực tế, một phần permanganat tham gia vào phản ứng ôxy hóa một vài chất hữu cơ làm giảm sự có mặt trong nước. Ngoài ra, nhất thiết phải kiểm tra liều lượng đưa vào, vì sự dư thừa KMnO4 làm cho nước có màu hồng, chuyển thành màu vàng trong mạng đường ống phân phối. Nếu mangan không ở dạng hợp chất, độ pH tối ưu khoảng từ 7,2 đến 7,3 trong thời gian tiếp xúc là 5 phút. Khi mangan là hợp chất với các chất hữu cơ thời gian phản ứng có thể là 20 phút. Cũng có thể điều chỉnh pH cao hơn 8,5 để tăng tốc độ phản ứng. Đối với nước ngọt bề mặt có màu, chứa một lượng lớn chất hữu cơ và cần phải làm trong toàn phần bằng đông tụ – kết bông kết hợp với lắng. 2.8.2.3 Ôxy hóa bằng ôzôn Ôxy hóa ion mangan II, Mn2+ bằng ôzôn xảy ra rất nhanh. Phản ứng như sau: Mn2+ + O3 + H2O → MnO2 + O2 + 2H+ Để ôxy hóa 1g Mn2+ phải có 0,9g ôzôn. Liều lượng ôzôn đưa vào chỉ để ôxy hóa Mn2+ thành MnO2 (nếu dư thừa ôzôn, tạo ra ôxy hóa MnO2 thành MnO4, làm xuất hiện màu hồng trong nước đã xử lý). Khi mangan là hợp chất với chất hữu cơ và cần làm trong hoàn toàn do đông tụ và kết bông, lắng, ôzôn không được dùng như chất ôxy hóa trước để ôxy hóa mangan. Thực vậy, ôzôn chỉ ôxy hóa mangan (II), điều kéo theo sự tiêu thụ ôzôn quá mức, không kinh tế và làm ổn đinh chất keo, (do đó đông tụ và kết bông khó khăn). Duy nhất, ôzôn sử dụng thích hợp cho quá trình lắng (cũng như loại bỏ chất hữu cơ), nghĩa là với thời gian tiếp xúc và lưu lượng nhỏ. Trong trường hợp này, mangan được loại bằng hai cách: hoặc bằng cách dùng KMnO4 trước khi lắng, hoặc bằng ôzôn hóa nước đã lắng, MnO2 kết tủa bị giữ lại trên bề mặt bộ lọc. 2.9 Phương pháp sinh học 2.9.1 Nguyên tắc: Phần lớn các vi khuẩn trong môi trường ưu khí cho phép ôxy hóa sinh học mangan. Đối với một số vi khuẩn, ôxy hóa Mn2+ thực hiện gián tiếp: nó làm tăng độ pH, nghĩa là làm tăng trưởng các vi khuẩn. Sự tăng độ pH ở vùng gần vi khuẩn cho phép ôxy hóa bằng ôxy ở tốc độ đáng kể. Đối với các vi khuẩn khác, có thể gây ra do tác dụng của enzym nội bào. Cuối cùng mangan hòa tan bắt đầu hấp phụ trên mặt tế bào, nó tiếp tục ôxy hóa bằng phương pháp enzym. Mangan tập trung quanh vỏ tế bào. Các vi khuẩn này đòi hỏi môi trường có độ EH lớn hơn 400mV để sinh trưởng. Mặc khác, khi thế năng giảm mạnh, một số loại vi khuẩn có khả năng hòa tan (chuyển MnO2 → Mn2+) mangan đã tích tụ lại. Ngoài ra, người ta thấy rằng sự có mặt các chất hữu cơ làm dễ dàng cho việc chuyển hóa một số loại vi khuẩn. 2.9.2 Ưu điểm loại bỏ mangan bằng sinh học Chất phản ứng: khi làm việc bình thường, chất phản ứng chỉ là không khí làm thoáng. Tuy vậy, có thể dùng một chất ôxy hóa (nói chung là permanganat kali) trong thời gian khởi động. Làm thoáng: thời gian tiếp xúc ngắn đối với phần lớn các loại nước. Đó là thời gian cần thiết để nâng ôxy hóa khử. Sục khí có thể thực hiện theo hàng (dưới áp suất) hay theo tầng (bằng trọng lực). Tốc độ lọc: độ rắn của các cục vón sinh học, như trong trường hợp khử sắt sinh học, cho phép chấp nhận một tốc độ lọc cao, trong một số trường hợp có thể đạt tới 30 – 40 m/h trên vật liệu lọc có kích thước lớn hơn như trong trường hợp khử mangan bằng hóa lý. Rửa: có thể thực hiện bằng nước thô (hay nước đã xử lý khử trùng). Bùn: rất dễ khử nước. 2.10 Dây chuyền công nghệ khử mangan Phải khử mangan (Mn) nước cấp cho nhu cầu sinh hoạt và ăn uống khi hàm lượng mangan trong nước nguồn lớn hơn 0,2 mg/l. Khử Mn trong nước mặt và nước ngầm được tiến hành đồng thời với quá trình làm trong và khử màu. Khử Mn trong nước ngầm: Trường hợp nguồn nước chứa cả Mn và Fe, thì phải so sánh hiệu quả kinh tế giữa phương án khử Fe và Mn đồng thời với phương án khử Fe xong mới khử Mn. Nếu việc khử Fe bắt buộc phải dùng hóa chất (sắt nằm ở dạng keo hoặc có hàm lượng lớn) thì việc khử Fe và Mn sẽ tiến hành đồng thời. Nhưng phải chú ý: Quá trình ôxy hóa Mn(II) thành Mn(III) và Mn(IV) bằng ôxy của không khí hòa tan trong nước xảy ra rất chậm. Khi pH8, quá trình ôxy hóa Mn(II) thành Mn(IV) bằng ôxy không khí xảy ra rất nhanh. Dây chuyền khử Mn là dùng phối hợp giữa bể lọc cùng các biện pháp dùng hóa chất để ôxy hóa Mn. Có thể dùng một trong các biện pháp sau để khử Mn: Làm thoáng rồi lọc qua Piroluzit, cát đen Dây chuyền này chỉ thực hiện khi pH của nước sau quá trình làm thoáng đạt được giá trị pH≥8,5. Khi pH<7, mặc dù có chất xúc tác, quá trình ôxy hóa Mn(II) bằng ôxy không khí cũng không xảy ra. Trong trường hợp này phải kiềm hóa để nâng pH của nước. Lọc nước bằng cát thạch anh sau khi đã dùng hóa chất như Clo, Clođioxít, Ôzôn hoặc KMnO4 để oxy hóa Mn Thời gian để chuyển hóa Mn(II) thành Mn(III) và Mn(IV) khi dùng Clođioxit và ozone tại pH = 6,5 – 7 là 10 – 15 phút. Khi dùng Clo tại pH = 6,5 – 7 cần 60 – 90 phút. Dùng vôi, xút hoặc sôđa, kết hợp dùng phèn rồi lắng lọc Dùng cho nguồn nước có yêu cầu làm mềm bằng vôi hoặc sôđa khi kết hợp với cả quá trình khử sắt đồng thời. Bản chất hiện tượng khi nâng pH lên 9 – 9,5 quá trình ôxy hóa Mn(II) bằng ôxy không khí diễn ra rất nhanh chóng và trong nước tạo ra bông cặn Mn(OH)3 và Mn(OH)4, nó lại đóng ai trò xúc tác trong quá trình ôxy hóa Mn(II). Lọc qua bể cationit Bản chất của phương pháp này là quá trình hấp phụ, trao đổi, tự xúc tác của ion Mn2+ xảy ra trên bề mặt lớp vật liệu lọc có phủ màng hấp phụ – tự xúc tác mangan điôxít hydrat MnOx.yH2O. Loại vật liệu lọc này có thể điều chế nhân tạo hoặc tự nhiên trong bể lọc. Quá trình khử Mn theo phương pháp này phải tách khỏi quá trình khử Fe bằng bể lọc hai lớp hoặc hai đợt là tùy thuộc vào tổng lượng Fe và Mn của nước ngầm tính theo công thức 5Mn2+ + 2Fe2+ £ 5mg/l và công suất Q < 100 m3/h. Trong trường hợp Fe tồn tại ở dạng keo và có hàm lượng lớn, có thể tách quá trình khử Fe tại bể lắng và bể lọc chỉ làm nhiệm vụ khử Mn và một phần nhỏ Fe còn lại sau bể lắng. Khử Mn bằng phương pháp này có thể áp dụng đối với cả nguồn nước có 6,5 < pH < 7,5. Nước ở trạng thái cân bằng CaCO3. Chu kỳ lọc của bể lọc mangan nên lấy trong khoảng (3 ngày <t < 14 ngày). Liều lượng hóa chất để khử Mn như sau: Liều lượng Clo, rn tính bằng mg/l Khi trong nước không có NH4+ rn=1,3*[Mn2+] Khi trong nước có NH4+ rn= 1,3*[Mn2+] + (5÷10)*[NH4+] Liều lượng Clođioxít (mg/l) rc=1,35*[Mn2+] Liều lượng ôzôn (mg/l) ro= 1,45*[Mn2+] Liều lượng KMnO4 (mg/l) rk=2,06*[Mn2+] Liều lượng vôi hoặc xút, hoặc sôđa đưa vào nước: đủ để nồng độ pH của nước nguồn lên trị số 9 – 9,5. Khi khử Mn dùng Clo mà độ pH của nước ngầm £ 7 thì bể lắng phải có thời gian lưu nước không ít hơn 60 phút. Khi khử Mn bằng KMnO4 thì dùng dung dịch KMnO4 pha ở nồng độ 3%. Việc hòa trộn và bảo quản dung dịch bằng các thùng thép không rỉ, hoặc nhựa. Khuấy trộn dung dịch bằng khí nén hoặc bằng thiết bị cơ khí. Hòa tan KMnO4 bằng nước nồng ở nhiệt độ 50 – 60oC. Thời gian khuấy là 2 – 3 giờ. Lưu lượng KMnO4 tính theo công thức: Trong đó: q: lưu lượng dung dịch KMnO4 (l/s) Q: lưu lượng trạm xử lý (m3/h) D: liều lượng KMnO4 (g/m3) C: nồng độ dung dịch KMnO4 (g/l) Điểm đưa dung dịch KMnO4 vào nước phải đảm bảo sao cho quá trình chuyển hóa màu hồng sang màu vàng gạch đạt kết thúc ở bể lắng hay bể lắng trong. Nếu không có bể lắng thì quá trình đó phải kết thúc trước khi dẫn nước vào bể lọc. Trong trường hợp dùng phèn thì đưa dung dịch KMnO4 vào trước khi đưa phèn vào nước. Chương 3 Quá trình lọc 3.1 Quá trình lọc 3.2 Phân loại các bể lọc 3.3 Qui trình của quá trình lọc nước qua lớp vật liệu lọc giữ cặn trong các lỗ rỗng 3.4 Quá trính lọc sắt và mangan 3.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng vận hành thiết bị lọc 3.5.1 Các thông số vật lý 3.5.2 Các thông số hóa học Chương 3 Quá trình lọc 3.1 Quá trình lọc Lọc là một quá trình tách chất rắn ra khỏi nước khi hỗn hợp nước và cặn lơ lửng chảy qua lớp vật liệu lọc rỗng (có lỗ hổng) ở đó chất rắn được giữ lại và nước chảy qua. Sự giữ lại có thể do 2 cơ chế sau: Kích thước hạt rắn (cặn) lớn hơn kích thước khe rỗng. Chất lơ lửng 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 quá trình oxy hóa sắt và mangan trên bề mặt hạt vật liệu lọc. Tốc độ lọc tuân theo định luật Darcy: Trong đó: k: độ thấp của lớp vật liệu lọc rP: tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc rH: chiều dày lớp vật liệu lọc h: độ nhớt động học của nước Từ định luật cho thấy, tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lọc. Vì vậy, ngoài chất lượng nước, tổn thất áp lực là một thông số quan trọng quyết định chế độ vận hành và hiệu quả quá trình lọc. 3.2 Phân loại các bể lọc 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) Lọc tốc độ cao (High Rate 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). 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 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). 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. 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 v = 2,5 m/h khi SS = 200 – 250 mg/l 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 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. 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, r1<r2<r3). 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 Tốc đô lọc m/h Vật liệu lọc Phân bố vật liệu lọc Tổn thất áp lực (m) Đầu giai đoạn lọc Cuối giai đoạn lọc Lượng nước rửa lọc 0,1 – 0,3 Cát Không phân tầng 0,05 1,5 không 4,5 – 6 Cát Phân tầng: mịn - thô 0,3 2,5 – 2,7 2 – 4 % nước rửa lọc 6,5 – 17,5 Than anthracite + 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. Bể lọc Diatomite (DE) hay Precoat filter Bể lọc đất Diatomacecus (DE) hay