Bài giảng Quá trình lọc

2.2 QUÁ TRÌNH LỌC 2.2.1 Một Số Ứng Dụng Quá trình lọc được ứng dụng trong các trường hợp sau: Xử lý nước mặt làm nước uống: Lọc nhanh : khử các hạt cặn trong nước; Lọc chậm : khử chất hữu cơ và vi sinh vật có trong nước. Xử lý nước ngầm làm nước uống: khử sắt và mangan. Xử lý nước thải: Lọc nhanh nước sau xử lý bậc hai; Lọc chậm, gián đoạn, nước sau xử lý sơ bộ; Lọc qua lớp đất. Những đặc điểm cơ bản của các thiết bị lọc trong những trường hợp ứng dụng khác nhau được trình bày trong Bảng 2.3. Bảng 2.3 Đặc tính của ba loại kỹ thuật lọc thông dụng Thông số Lọc nhanh (cấp nước uống) Lọc cát chậm (cấp nước uống) Tiêu chuẩn thiết kế Lọc nước thải (Nước sau khi lắng sơ bộ) Kích thước hạt cát (d10, mm) 0,5 – 2 0,15 – 0,45 0,2 –1 Độ đồng đều < 5, < 2,5 (thích hợp) < 3 Vận tốc lọc (m.h-1) 5 – 30 0,08 – 0,24 < 0,01 Độ sâu lớp vật liệu lọc (m) 0,6 – 2,5 0,5 – 1,5 0,5 – 1,5 Chiều cao lớp nước 1 – 2 1 Vận hành gián đoạn Thời gian tiếp xúc (h) 0,07 – 0,2 1 – 15 24 – 240 Chu kỳ lọc (ngày) 0,3 - 3 30 - 200 Không làm tắt vật liệu lọc Vai trò của quá trình lọc trong xử lý nước uống được trình bày trong Bảng 2.4. Phương pháp lọc nhanh thích hợp để khử cặn (Bảng 2.4, biểu diễn bằng “độ đục”) từ nguồn nước mặt và khử sắt và mangan từ nguồn nước ngầm (tạo bông oxít sắt và oxit mangan). Quá trình tách cặn xảy ra đồng thời với những biến đổi sinh học trong quá trình lọc chậm. Quá trình lọc chậm có khả năng khử vi sinh vật gây bệnh rất hiệu quả. Do đó, phương pháp này được sử dụng rộng rãi để xử lý nước ở những vùng nông thôn của các nước đang phát triển. Bảng 2.4 Hiệu quả xử lý nước cấp của một số công trình đơn vị Thổi khí Keo tụ-Tạo bông Lắng Lọc nhanh Lọc chậm Than hoạt tính Clo hóa Vi sinh vật gây bệnh 0 + ++ ++ ++++ 0 ++++ Độ đục 0 +++ + +++ ++++ 0 0 Mùi – vị ++ + + ++ ++ +++ ++ Độ màu 0 ++ + + ++ 0 ++ Fe/Mn ++ + ++ ++++ ++++ 0 0 BODhòa tan + + ++ ++ +++ ++ +++ Chất hữu cơ không có khả năng phân hủy sinh học 0 ++ ++ ++ ++ ++ ++ Kim loại nặng 0 ++ ++ + ++ ++ 0 Ghi chú : xử lý không hiệu quả + : hiệu quả xử lý thấp +++ : hiệu quả xử lý cao 2.2.2 Các Loại Thiết Bị Lọc Những loại thiết bị lọc quan trọng nhất được dùng trong xử lý nước cấp và nước thải bao gồm: Thiết bị lọc nhanh; Thiết bị lọc áp lực; Thiết bị lọc chậm; Thiết bị lọc có tấm chắn (dòng chảy ngang, từ trên xuống và từ dưới lên). 2.2.3 Cơ Chế Quá Trình Lọc Trong quá trình lọc, các cặn bẩn được tách khỏi nước nhờ tương tác giữa hạt cặn và vật liệu lọc theo các cơ chế sau (Hình 2.17): Sàng lọc; Lắng; Hấp phụ; Chuyển hóa sinh học; Chuyển hóa hóa học. dc dp 1 Thủy động 2 Khuếch tán 3 Lắng 4 Quán tính 5 Bị chặn Hình 2.17 Cơ chế lọc. Vật liệu lọc thông dụng nhất là cát. Kích thước hiệu quả của hạt cát (de) thường dao động trong khoảng 0,15 mm đến vài mm. Kích thước lỗ rỗng được tính tốn bằng 0,07 – 0,1*de (Amirtharajah) nên thường có giá trị nằm trong khoảng 10 – 100 m m. Kích thước này lớn hơn nhiều so với kích thước của nhiều hạt cặn nhỏ cần tách loại, ví dụ như vi khuẩn (0,5 – 5 m m) hoặc vi rút (0,05 m m), do đó, những hạt này có thể chuyển động xuyên qua lớp vật liệu lọc. Quá trình sàng lọc xảy ra ở bề mặt lớp vật liệu lọc khi nước cần xử lý chứa các hạt cặn có kích thước quá lớn không thể xuyên qua lớp vật liệu lọc được. Quá trình sàng lọc có ý nghĩa quan trọng đối với lọc cát chậm (do sử dụng cát lọc mịn và sự tạo thành Schmuzdecke) hơn so với lọc nhanh. Những hạt cặn lơ lửng có kích thước khoảng 5 m m và khối lượng riêng đủ lớn hơn khối lượng riêng của nước được tách loại theo cơ chế lắng trong các khe rỗng của lớp vật liệu lọc. Tuy nhiên, quá trình lắng không có khả năng khử các hạt keo mịn có kích thước khoảng 0,001 – 1 m m. Các hạt keo được tách loại theo cơ chế hấp phụ. Quá trình này xảy ra theo hai giai đoạn: vận chuyển các hạt trong nước đến bề mặt vật liệu lọc (theo cơ chế lắng, quán tính, khuếch tán và bằng các lực thủy động học) và sau đó kết dính các hạt vào bề mặt hạt vật liệu lọc. Quá trình này chịu ảnh hưởng của lực hút (hoặc lực đẩy) giữa vật liệu lọc và các hạt cần tách loại. Lực hút quan trọng là lực Van der Waals và lực hút tĩnh điện. Quá trình dính kết giữa các hạt có thể bị cản trở khi lực đẩy tĩnh điện giữa vật liệu lọc và các hạt cặn chiếm ưu thế hơn so với lực hút Van der Waals và lực hút tĩnh điện. Các nghiên cứu cho thấy rằng hạt cát sạch mang điện tích âm nên không thể liên kết với các hạt keo có cùng điện tích. Tuy nhiên, sau một thời gian lọc, các hạt cát trở nên tích điện dương và quá trình tách cặn có thể xảy ra. Trong nhiều trường hợp cần thêm chất tạo keo tụ như FeCl3 hoặc Al2(SO4)3 để khử lực đẩy giữa các hạt keo với nhau và giữa hạt keo và vật liệu lọc. Những hạt mịn khi đó kẹo tụ thành những bông cặn lớn hơn dễ dàng tách loại bằng quá trình lọc. Hoạt tính sinh học của các thiết bị lọc có khả năng dẫn đến sự oxy hóa các chất hữu cơ, các hợp chất NH4+, sulphide sắt và mangan. Quá trình chuyển hóa sinh học hồn tồn xảy ra khi nhiệt độ và thời gian lưu nước trong thiết bị lọc được duy trì thích hợp. Do đó, trong thiết bị lọc chậm, hoạt tính sinh học đóng vai trò quan trọng hơn trong thiết bị lọc nhanh. Trong quá trình lọc, vi sinh vật gây bệnh tồn tại trong nước cần xử lý bị khử theo các cơ chế trên. Thiết bị lọc là môi trường bất lợi đối với một số loại vi sinh vật gây bệnh do thiếu thức ăn và do có mặt nguyên sinh động vật cũng như những loại vi sinh vật đối kháng. 2.2.4 Mô Hình Hóa Quá Trình Lọc: Dòng Chảy Từ Trên Xuống Trong quá trình lọc, các hạt cặn tách khỏi nước được giữ lại trong các khe hở của lớp vật liệu lọc. Quá trình này xảy ra dần dần từ lớp vật liệu lọc phía trên xuống đáy thiết bị. Sự tích tụ các chất cặn bẩn làm gia tăng tổn thất áp lực trong thiết bị lọc và giảm dần hiệu quả lọc. Mô hình lọc mô tả mối liên hệ giữa các biến số: nồng độ (C) theo độ sâu của thiết bị lọc, sự tích tụ chất rắn (s), độ tăng tổn thất áp lực (DH) và hệ số lọc (l). Trong đó, chỉ có giá trị C và DH có thể đo đạc trực tiếp. Quá trình khử các hạt cặn theo độ sâu (z) của thiết bị lọc có thể mô tả theo phương trình sau: (2.29) Đây là dạng đơn giản của phương trình được Iwasaki (1937) thiết lập, mô tả quá trình điền đầy các khe rỗng (s) do quá trình tách loại các hạt cặn trong nước gây ra. Trong đó: C : nồng độ cặn trong pha lỏng ở độ sâu (z) và tại thời điểm t xác định (số lượng/m3); : hệ số lọc (cũng là hàm số của z và t) (m-1); : phần lắng đặc biệt trong thiết bị lọc (hàm số của z và t) (m-1) (m3/m3); u : vận tốc chất lỏng trong các khe rỗng của lớp vật liệu lọc (m/s); z : khoảng cách từ vị trí đang xét trong lớp vật liệu lọc đến đỉnh của thiết bị lọc (giả sử dòng chảy đi từ trên xuống) (m); Quá trình khử hạt cặn theo độ sâu được biểu diễn như sau: (2.30) Dạng vi phân: (2.31) L là độ sâu của thiết bị lọc (m). Nếu các hạt là vi sinh vật và quá trình chết dần của chúng trong pha lỏng cũng đóng vai trò quan trọng: (2.32) Trong đó, Kd là hệ số chết dần của vi sinh vật (s-1). Phương trình này cho thấy hiệu quả xử lý phụ thuộc vào các quá trình phân tách (biểu diễn bằng hệ số lọc l) và quá trình chết dần (die-off) của vi sinh vật gây bệnh tồn tại trong pha lỏng (Ku/u). Quá trình die-off chỉ trở nên quan trọng ở lưu lượng thấp. Đây là trường hợp lọc cát chậm, lọc nước thải gián đoạn và lọc qua lớp cát (u = 0,05 – 2 m/ngày). Hệ số lọc l được biểu diễn dưới dạng tốn học như hàm số của s. Hình 2.18 và Hình 2.19 (Amirtharajah, 1988) cho thấy: Sự biến thiên hệ số lọc l theo s; Sự biến thiên nồng độ theo độ sâu và thời gian. Hình 2.18 cho thấy hiệu quả lọc giảm và như vậy, chất lượng nước sau xử lý xấu đi theo quá trình bít kín các khe rỗng sau khi hơi tăng ở giai đoạn đầu. su là phần lắng đặc biệt cuối cùng: phần thể tích lớn nhất của các khe rỗng bị chiếm chỗ bởi cặn lắng. su s 0 l0 l Hình 2.18 Sự thay đổi hệ số lọc theo su. Hình 2.19 cho thấy quá trình điền đầy các khe rỗng làm tăng C theo thời gian. Giá trị l0 phụ thuộc vào điều kiện chuyển động và kết dính trong lớp vật liệu lọc. Đây là giá trị đặc trưng cho các hạt cần tách loại và vật liệu lọc sử dụng. Hệ số lọc (và do đó hiệu quả của thiết bị lọc) là hàm số của kích thước hạt (Hình 2.30) (Yao và cộng sự, 1971). Theo lý thuyết (Yao và cộng sự, 1971), những hạt có kích thước nằm trong khoảng 1 mm (kích thước của vi khuẩn) sẽ khó lọc hơn những hạt lớn hơn và những hạt mịn hơn. C0 0 Nồng độ (C) Thời gian (t) Độ sâu (L) Hình 2.19 Biến thiên nồng độ theo độ sâu (L) và thời gian (t). 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10-2 10-1 1 10 102 V0 = 2 gpm/sq.ft D = 0,5 mm rp = 1,05 gm/cm3 T = 250C Hiệu quả 0 20 40 Hiệu quả lọc (%) 10-2 10-1 1 10 102 60 80 100 L = 24 in f = 0,40 a = 1,0 Kích thước hạt (mm) Hình 2.20 Hiệu quả lọc biểu diễn như hàm số của kích thước hạt cần tách loại. Khi các khe rỗng bị điền đầy, tổn thất áp lực trong thiết bị lọc gia tăng. Tổn thất áp lực ban đầu của lớp vật liệu lọc sạch dưới điều kiện chảy tầng có thể biểu diễn bằng công thức Darcy: (2.33) Trong đó: - I = gradient tổn thất áp lực (m/m) - DH = tổn thất áp lực (m) - DL = độ sâu của lớp vật liệu lọc (m) - K = hệ số thẩm thấu (m.s-1) - u0 = vận tốc lọc (m.s-1) K là ẩn số, nhưng giá trị I đối với lớp vật liệu lọc sạch có thể được tính tốn dựa trên phương trình Kozeny: (2.34) Trong đó: - e = độ xốp của vật liệu lọc sạch - g = gia tốc trọng trường (m.s-2) - m = độ nhớt của nước (kg.m-1.s-1.) - r = khối lượng riêng của nước (kg.m-3) - k = hằng số Kozeny (xấp xỉ 5,0) - A/V = tỷ số trung bình giữa diện tích bề mặt và thể tích vật liệu lọc (m-1). Điều quan trọng trong thực tế ứng dụng là có thể dự đốn sự gia tăng tổn thất áp lực (DH) và gradient tổn tthất áp lực I theo thời gian lọc và do đó theo quá trình bít kín khe rỗng trong lớp vật liệu lọc s. Thông thường, tổn thất áp lực tăng theo cấp số mũ với thời gian. 2.2.5 Kích Thước Hạt Và Sự Phân Bố Kích Thước Kích thước hạt của vật liệu lọc dạng hình cầu là một trong những thông số quan trọng nhất để xác định kích thước thiết bị lọc. Kích thước hạt thường được biểu diễn dưới dạng d10 (kích thước hiệu quả) là kích thước lỗ của sàng có ít nhất 10% hạt vật liệu lọc đi qua. Thành phần nhỏ nhất này xác định đặc tính của thiết bị lọc vì 10% theo khối lượng tương ứng với khoảng 50% hạt đếm được. Hạt quá mịn sẽ dẫn đến hiện tượng bít vật liệu lọc rất nhanh, hạt quá lớn dẫn đến chất lượng nước sau lọc không đạt yêu cầu. Bên cạnh kích thước hạt, độ đồng đều của hạt cũng đóng vai trò quan trọng. Độ đồng đều được định nghĩa bằng u = d60/d10. Như trình bày trên Bảng 2.1, trong thiết bị lọc nhanh, kích thước hiệu quả dao động trong khoảng 0,5 – 2,0 mm (U = 1,2 – 1,3) và đối với thiết bị lọc chậm, các giá trị này lần lượt là 0,15 – 0,35 mm (U = 2 - 3). Việc lựa chọn cát lọc thích hợp từ cát tự nhiên thường được thực hiện bằng cách sàng. Phương pháp sàng và cách xác định d10 và U0 được trình bày chi tiết bởi Fair và cộng sự (1968). 2.2.6 Kiểm Sốt Lưu Lượng Do trở lực đối với dòng chảy (tổn thất áp lực) trong thiết bị lọc tăng theo sự tích tụ cặn lắng bên trên và bên trong lớp vật liệu lọc, tốc độ dòng chảy có khuynh hướng giảm theo thời gian. Để duy trì lưu lượng ban đầu, việc kiểm sốt lưu lượng dòng chảy là cần thiết. Lưu lượng dòng chảy có thể khống chế theo dòng vào hoặc ra khỏi thiết bị lọc (Hình 2.21 và Hình 2.22). Theo dòng vào thiết bị, lưu lượng được khống chế bằng cách gia tăng áp lực của lớp nước bên trên khi tốc độ giảm. Phía đầu ra, lưu lượng được điều khiển bằng van. Van này được mở dần dần khi tổn thất áp lực qua thiết bị lọc gia tăng. Chlorine Hệ thống phân phối Chảy tràn Bể chứa Ống thông áp Bể lọc Vách hướng dòng Lưu lượng kế Van điều chỉnh Hình 2.21 Bể lọc cát điều khiển dòng vào (tăng chiều cao lớp nước). Bể lọc Nước thô Bơm Lưu lượng kế Van Giếng sạch Chlorine Bể chứa có vách ngăn Hệ thống phân phối Bơm Hình 2.22 Khống chế dòng ra bằng bơm và bể chứa nước sạch. 2.2.7 Thiết Bị Lọc Nhanh Dùng Trong Xử Lý Nước Cấp XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC Đặc tính thiết bị lọc (thời gian và hiệu quả lọc) phụ thuộc vào tác dụng tương hỗ giữa vật liệu lọc và chất lượng nước cần xử lý. Vì chất lượng nước cần xử lý rất khác nhau ở những nơi khác nhau, nên việc xác định kích thước thiết bị lọc chỉ dựa trên phương trình thiết kế thường ít khả thi. Xác định kích thước của một thiết bị lọc mới có thể bắt đầu bằng việc khảo sát các thiết bị lọc hoạt động dưới cùng điều kiện. Nếu những khảo sát này không cung cấp đủ cơ sở để thiết kế, những số liệu cần thiết khác phải được thu thập từ mô hình nghiên cứu thử nghiệm, trong đó phải có sự phối hợp một cách tối ưu giữa sự phân bố kích thước hạt vật liệu lọc, vận tốc lọc, độ sâu lớp vật liệu lọc và chiều cao của lớp nước bên trên. Giải pháp tối ưu nhất là nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng yêu cầu với vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp nhất. Chi phí xây dựng phụ thuộc nhiều vào diện tích bề mặt của thiết bị lọc (A). Vì A = Q/u0, trong đó Q là lưu lượng nước vào thiết bị và u0 là vận tốc lọc, A có thể đạt giá trị nhỏ nhất khi duy trì vận tốc lọc cao nhất trong giới hạn cho phép. Nước sau lọc đạt chất lượng rất tốt khi sử dụng cát lọc mịn (chỉ số l0 cao), nhưng hiện tượng tắc lọc xảy ra sớm và chu kỳ lọc (Tbw) sẽ ngắn. Hay nói cách khác, sử dụng cát lọc thô cho phép thời gian lọc kéo dài nhưng chất lượng nước sau lọc không tốt lắm. Khi xác định kích thước thiết bị lọc, thời gian hoạt động của thiết bị lọc (T) và đặc biệt là thời gian giữa hai lần rửa lọc (Tbw) là những thông số quan trọng. Thông số Tbw có liên quan đến hai thông số khác Tq và Thl. Tq là thời gian giữ hai lần rửa lọc mà trong khoảng thời gian đó chất lượng nước sau lọc đạt tiêu chuẩn yêu cầu. Thl là thời gian lọc mà trong khoảng thời gian đó, tổn thất áp lực không vượt quá giá trị cực đại cho phép (Hình 2.7). Trong thực tế không thể giám sát liên tục chất lượng nước sau lọc để xác định thời điểm cần rửa vật liệu lọc, do đó thời gian của một chu kỳ lọc được xác định dựa trên kết quả đo đạc tổn thất áp lực và để an tồn, Thl phải có giá trị nhỏ hơn Tq. Cùng với tiêu chuẩn vận hành và bảo dưỡng, với cách xác định kích thước thiết bị lọc như vậy, Tbw có giá trị trong khoảng 1 – 1,5 ngày và Tbw<Thl<Tq. Tổn thất áp lực cực đại cho phép được xác định bằng cách đo áp suất theo chiều sâu thiết bị lọc. Tổn thất áp lực không được phép gia tăng đến giá trị mà ở đó áp suất trong lớp vật liệu lọc trở nên nhỏ hơn áp suất khí quyển (gọi là áp suất âm). Nếu xuất hiện áp suất âm, hiệu quả lọc sẽ giảm đột ngột do sự hình thành hơi và khí bên trong thiết bị lọc. SỬ DỤNG MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ LỌC NHANH Giả sử nồng độ cặn lơ lửng trong nước ban đầu là 15 mg/l và chất lượng nước sau lọc phải đạt 0,5 mg/l. Tổn thất áp lực cực đại cho phép DH = 1,5 m, vận tốc lọc (u0) = 2.10-3 m/s và độ sâu của lớp vật liệu lọc là L = 0,8 m. Để xác định kích thước tối ưu của thiết bị lọc, hệ thống gồm 3 thiết bị lọc được lắp đặt. Cả ba thiết bị đều sử dụng cát lọc có kích thước hạt khác nhau d10 = 0,7 mm, d10 = 0,8 mm và d10 = 0,9 mm. Kết quả thí nghiệm của một trong ba thiết bị được trình bày trong Hình 2.23. 1 2 3 x 105 s 0 0,5 1,0 2,0 g/m3 Nồng độ SS của nước sau lọc Tq Tq Tq 0,7 mm 0,8 mm d = 0,9 mm Thời gian 1 2 3 x 105 s 0 0,5 1,0 2,0 m Trở lực Tr Tr 0,9 mm 0,8 mm d = 0,7 mm Thời gian C0 = 15 g/m3 L = 0,8 m V= 2 x 10-3 cm/s t = 100C Tr Hình 2.23 Kết quả thí nghiệm lọc với vật liệu lọc có kích thước khác nhau. Các giá trị Thl và Tq được tóm tắt trong Bảng 2.5. Bảng 2.5 Biến thiên Tq và Thl theo kích thước cát lọc d = 0,7 mm d = 0,8 mm d = 0,9 mm Tq (*105 s) Thl(*105 s) 1,96 1,34 1,26 2,00 0,36 2,84 (105 s = 1,16 ngày, u0 = 2*10-3 m/s) Khi d = 0,7 mm, Thl< Tq, phù hợp với tiêu chuẩn của một thiết bị lọc tốt. Tuy nhiên, thời gian lọc của thiết bị quá dài có nghĩa là thiết bị lọc vẫn ở tình trạng thiếu tải. Điều này có thể khắc phục bằng cách gia tăng tốc độ lọc u0. Khi d = 0,8 và 0,9 mm, Tq < Thl, không nên áp dụng vận hành thiết bị lọc. Tuy nhiên, trườnghợp này có thể khắc phục bằng cách tăng độ sâu lớp vật liệu lọc. Chu kỳ lọc của thiết bị có d = 0,8 mm dài hơn. Điều này có nghĩa là trên nguyên tắc, thiết bị lọc có kích thước vật liệu lọc d = 0,8 mm có thể dùng được, thích hợp hơn thiết bị lọc có d = 0,7 mm vì tốc độ lọc cao hơn. Trên cơ sở thí nghiệm này, 3 thiết bị lọc có d = 0,8 mm với độ sâu lớp vật liệu lọc khác nhau lần lượt là 1,5; 1,2 và 1,0 m được chọn để tiếp tục nghiên cứu. Vận tốc lọc được duy trì ở mức 3.10-3 m/s. Kết quả thí nghiệm được trình bày trong Hình 2.24. Các giá trị Tq và Thl được tóm tắt trong Bảng 2.6. Bảng 2.6 Biến thiên Tq và Thl theo kích thước cát lọc L = 1,0 m L = 1,2 m L = 1,5 m Tq (*105 sec) Thl(*105 sec) 0,7 0,95 1,27 0,80 2,12 0,55 [105 sec = 1,16 ngày, u0 = 3*10-3 m/s] Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, lớp vật liệu có độ sâu L = 1,2 m cho Tq > Thl với giá trị tương tự, Tq = 1,3 x 103 s và Thl = 0,8 x 103 s. Khi vận hành tối ưu, khoảng thời gian giữa hai lần rửa lọc khoảng 1 ngày (= 0,9 x 105 s), giá trị này hơi cao hơn trị số 0,8 x 105 s xác định được. Để tối ưu hóa việc thiết kế thiết bị lọc, phương pháp đồ thị như trình bày trong Hình 2.25 có thể áp dụng. Đồ thị này thể hiện chất lượng nước sau lọc (Ce) và tổn thất áp lực (DH) đối với những giá trị Tq và Thl đã chọn. Trong trường hợp này Tq = 1 x 105 và Thl = 0,9 x 105. Từ đồ thị này có thể kết luận rằng, với vận tốc lọc 3 x 10-3 m/s, độ sâu tối ưu của lớp vật liệu lọc (L) có kích thước hạt 0,8 mm là 1,1 m và tổn thất áp lực cực đại cho phép DHmax = 1,52 m. 1 2 3 x 105 s 0 0,5 1,0 2,0 m Trở lực Tr Tr Thời gian C0 = 15 g/m3 d = 0,8 mm u0 = 3 x 10-3 cm/s t = 100C Tr 1 2 3 x 105 s 0 0,5 1,0 2,0 g/m3 Nồng độ SS của nước sau lọc Tq Tq Tq 1,5 m 1,2 m L = 1,0 m Thời gian 1,0 m 1,2 d = 0.7 mm L = 1,5 Hình 2.24 Kết quả thí nghiệm lọc với những chiều cao lớp vật liệu lọc khác nhau. Chiều cao thích hợp của lớp nước bên trên có thể xác định từ kết quả phân tích tổn thất áp lực theo độ sâu của thiết bị lọc trên mô hình thử nghiệm (Hình 2.25). Chiều cao này phải bảo đảm không xuất hiện áp suất âm cho đến thời điểm cuối của chu kỳ lọc (Thl). Kết quả phân tích này có thể thỏa mãn yêu cầu, nhưng để có giải pháp tốt hơn (vận tốc lọc cao hơn/diện tích thiết bị lọc nhỏ hơn) cần tiến hành thí nghiệm với các vận tốc lọc khác nhau. 1 1,5 2,0 m 0 0,5 1,0 2,0 g/m3 Nồng độ SS của nước sau xử lý 1,1 Tq Bề dày lớp vật liệu lọc L 1,0 2,0 m Trở lực H Ce tại Tq = 1,0 x 105 s H tại Thl = 0,9 x 105 s Hình 2.25 Lựa chọn chiều cao lớp vật liệu lọc (L) và trở lực (H). RỬA VẬT LIỆU LỌC (QUÁ TRÌNH RỬA NGƯỢC) Khi tổn thất áp suất đạt đến một giá trị nhất định, thiết bị lọc nhanh, dùng trong xử lý nước cấp cần được rửa lọc bằng quá trình rửa ngược. Quá trình này được thực hiện bằng cách bơm nước đã xử lý hoặc nước cùng với không khí ngược dòng qua lớp vật liệu lọc ở vận tốc cao. Dòng chảy nhanh làm giãn lớp vật liệu lọc và do đó các cặn bẩn lắng trong các khe rỗng bị rửa trôi. Trong quá trình rửa ngược, lớp vật liệu lọc phải được giãn nở khoảng 10-30%. Vận tốc dòng chảy ngược cần thiết để đạt mức giãn nở này dao động trong khoảng 10 - 120 m3/m2.hr và phụ thuộc vào nhiệt độ của nước (độ nhớt), kích thước và đặc tính vật liệu lọc. Khi các hạt cặn kết dính chặt vào các khe rỗng trong lớp vật liệu lọc, quá trình rửa ngược chỉ sử dụng nước sẽ không hiệu quả và khi đó cần kết hợp với quá trình thổi khí. Khí thổi vào sẽ làm xáo trộn mạnh lớp vật liệu lọc. Quá trình rửa bằng khí này có thể kéo dài khoảng 5 phút. Ưu điểm của sự kế hợp khí và nước trong quá trình rửa ngược là làm giảm thể tích nước sau lọc tiêu tốn cho quá trình rửa này. Nước dùng cho quá trình rửa lọc chiếm khoảng 4% nước đã xử lý (Fair et al., 1968). 2.2.8 Quá Trình Lọc Chậm Xử Lý Nước Mặt Phương pháp thông dụng nhất để xử lý nước mặt làm n