Bồn lọc áp lực trong xử lý nước thải là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Tim hiểu về bồn lọc áp lực trong xử lý nước thải. Trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt, công đoạn lọc đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ cặn lơ lửng, tạp chất và một phần các chất gây ảnh hưởng đến chất lượng nước. Để đáp ứng nhu cầu xử lý với lưu lượng lớn nhưng không chiếm quá nhiều diện tích, nhiều công trình lựa chọn bồn lọc áp lực.

Vậy bồn lọc áp lực trong xử lý nước thải là gì? Thiết bị có cấu tạo như thế nào, hoạt động theo nguyên lý nào và cần lưu ý gì khi lựa chọn? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về thiết bị này.

Bồn lọc áp lực trong xử lý nước thải là gì?

Bồn lọc áp lực, còn được gọi là bể lọc áp lực, là thiết bị xử lý nước sử dụng một bình kín chịu áp suất để đưa dòng nước đi qua các lớp vật liệu lọc. Khác với bể lọc hở hoạt động chủ yếu dựa vào trọng lực, thiết bị này sử dụng áp lực từ máy bơm để duy trì dòng chảy xuyên qua lớp vật liệu bên trong.

Trong quá trình vận hành, nước thải được bơm vào bồn, đi qua các tầng vật liệu như cát thạch anh, than hoạt tính và sỏi đỡ. Những vật liệu này có nhiệm vụ giữ lại cặn lơ lửng, tạp chất và hỗ trợ loại bỏ một phần màu, mùi hoặc chất hữu cơ tùy theo đặc tính vật liệu và chất lượng nước đầu vào.

Bồn lọc áp lực thường có dạng hình trụ đứng đối với hệ thống công suất nhỏ và dạng hình trụ ngang hoặc thiết kế riêng đối với một số hệ thống có công suất lớn. Vật liệu chế tạo vỏ bồn có thể là thép carbon phủ lớp chống ăn mòn, inox hoặc composite FRP.

Áp suất vận hành và tốc độ lọc phụ thuộc vào thiết kế, loại vật liệu lọc, lưu lượng nước cũng như yêu cầu xử lý. Một số hệ thống có thể vận hành trong khoảng áp suất 1,5–4 bar và tốc độ lọc 10–25 m/h, nhưng đây chỉ là mức tham khảo, không phải thông số áp dụng cho mọi thiết bị.

Cấu tạo của bồn lọc áp lực

Một bồn lọc áp lực tiêu chuẩn thường gồm vỏ bồn, hệ thống vật liệu lọc, bộ phận phân phối và thu nước, đường ống, van điều khiển cùng cửa thăm bảo trì. Mỗi bộ phận đảm nhận một chức năng riêng nhằm duy trì hiệu quả lọc và bảo đảm quá trình vận hành ổn định.

Vỏ bồn chịu áp lực

Vỏ bồn là bộ phận bao quanh và chứa toàn bộ vật liệu lọc bên trong. Đây là kết cấu quan trọng, có nhiệm vụ chịu áp suất làm việc và bảo vệ thiết bị khỏi các tác động từ môi trường bên ngoài.

Các vật liệu thường được sử dụng gồm:

• Thép carbon phủ sơn epoxy: Có độ bền cơ học tốt, phù hợp với nhiều hệ thống công nghiệp. Lớp phủ cần được kiểm tra định kỳ để hạn chế ăn mòn.

• Inox: Có khả năng chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường nước, tùy thuộc vào mác inox và thành phần nước thải.

• Composite FRP: Có trọng lượng tương đối nhẹ, khả năng chống ăn mòn tốt và thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước phù hợp với đặc tính vật liệu.

Khi lựa chọn vỏ bồn, cần quan tâm đến áp suất thiết kế, áp suất vận hành, nhiệt độ, môi trường tiếp xúc và tiêu chuẩn chế tạo.

Hệ thống vật liệu lọc đa tầng

Vật liệu lọc quyết định phần lớn khả năng giữ cặn và cải thiện chất lượng nước của thiết bị. Tùy mục đích sử dụng, bồn có thể được bố trí một hoặc nhiều lớp vật liệu khác nhau.

Một số vật liệu phổ biến gồm:

• Cát thạch anh: Có tác dụng giữ lại cặn lơ lửng và các hạt tạp chất trong dòng nước.

• Than hoạt tính: Hỗ trợ hấp phụ một số hợp chất hữu cơ, màu và mùi. Hiệu quả phụ thuộc vào loại than, thời gian tiếp xúc và đặc tính nước đầu vào.

• Sỏi đỡ: Được bố trí ở phía dưới để nâng đỡ lớp vật liệu lọc, hỗ trợ phân phối dòng nước và hạn chế vật liệu lọc lọt vào hệ thống thu nước.

Ngoài ra, tùy yêu cầu xử lý, bồn có thể sử dụng thêm các vật liệu chuyên dụng như cát mangan, hạt khử sắt hoặc vật liệu hấp phụ khác. Việc lựa chọn cần dựa trên kết quả phân tích nước, không nên sử dụng một công thức vật liệu cố định cho mọi loại nước thải.

Sàn chụp lọc và hệ thống phân phối nước

Bộ phận này thường được lắp đặt ở đáy bồn, bao gồm sàn lọc hoặc các đầu chụp lọc có khe hở phù hợp. Trong chu trình lọc, hệ thống giúp thu nước sau lọc và hạn chế vật liệu lọc bị cuốn theo dòng nước ra ngoài.

Khi thực hiện rửa ngược, bộ phận phân phối còn hỗ trợ đưa nước rửa từ dưới lên trên tương đối đồng đều qua các lớp vật liệu.

Hệ thống đường ống và van điều khiển

Bồn lọc áp lực được kết nối với các đường ống cấp nước đầu vào, thu nước sau lọc và đường xả nước rửa ngược. Ngoài ra, thiết bị thường có các loại van như:

• Van cấp nước thô vào bồn.

• Van thu nước sau lọc.

• Van xả nước rửa ngược.

• Van xả cặn và xả khí.

• Van điều chỉnh hoặc kiểm soát dòng chảy.

Tùy mức độ tự động hóa, hệ thống có thể sử dụng van vận hành thủ công hoặc van điều khiển tự động theo chu trình cài đặt.

Cửa thăm và thiết bị đo kiểm

Cửa thăm (manhole) giúp người vận hành kiểm tra bên trong, bổ sung hoặc thay thế vật liệu lọc khi cần thiết. Một số bồn còn được trang bị đồng hồ áp suất, cảm biến chênh áp và thiết bị đo lưu lượng để theo dõi tình trạng hoạt động.

Nguyên lý hoạt động của bồn lọc áp lực

Bồn lọc áp lực vận hành chủ yếu theo hai giai đoạn: lọc thuận và rửa ngược. Hai giai đoạn này luân phiên nhằm duy trì khả năng lọc của vật liệu và hạn chế tình trạng tắc nghẽn.

Giai đoạn lọc bình thường (lọc thuận)

Ở chu trình lọc thuận, nước thải được máy bơm đưa vào phía trên bồn thông qua hệ thống phân phối. Dưới tác động của áp lực, dòng nước di chuyển từ trên xuống dưới và đi xuyên qua các lớp vật liệu lọc.

Trong quá trình này, cặn lơ lửng và các hạt tạp chất được giữ lại trên bề mặt hoặc bên trong khe rỗng của lớp vật liệu. Nếu sử dụng than hoạt tính, một số hợp chất gây màu, mùi và chất hữu cơ có khả năng hấp phụ cũng có thể được giữ lại.

Sau khi đi qua các tầng lọc, nước được thu tại đáy bồn thông qua sàn chụp lọc rồi dẫn ra ngoài. Tùy chất lượng nước sau lọc và yêu cầu xử lý, dòng nước có thể được đưa sang công đoạn tiếp theo hoặc công đoạn kiểm tra trước khi xả thải.

Cần lưu ý rằng bồn lọc áp lực chủ yếu hỗ trợ loại bỏ cặn và một số thành phần nhất định. Thiết bị không thể thay thế toàn bộ các công đoạn xử lý sinh học, hóa lý hoặc khử trùng khi nước thải có nhiều chỉ tiêu ô nhiễm cần kiểm soát.

Giai đoạn rửa ngược vật liệu lọc

Sau một thời gian hoạt động, cặn bẩn tích tụ trong các lớp vật liệu khiến dòng nước khó đi qua hơn. Khi đó, tổn thất áp lực tăng lên, lưu lượng có thể giảm và chất lượng nước đầu ra có nguy cơ suy giảm.

Để khôi phục khả năng lọc, hệ thống cần thực hiện chu trình rửa ngược.

Quy trình thường diễn ra như sau:

1. Dừng chu trình lọc: Ngừng cấp nước thải vào bồn và chuyển trạng thái các van theo đúng quy trình vận hành.

2. Cấp nước rửa từ dưới lên: Nước sạch được đưa vào đáy bồn thông qua hệ thống chụp lọc. Một số thiết kế có thể kết hợp khí nén để hỗ trợ làm tơi vật liệu.

3. Làm sạch lớp vật liệu: Dòng nước ngược giúp tách cặn bẩn bám trên bề mặt và trong khe rỗng của vật liệu.

4. Xả nước rửa: Nước chứa cặn được đưa ra ngoài qua đường ống xả riêng để thu gom và xử lý phù hợp.

5. Đưa bồn trở lại chế độ lọc: Sau khi hoàn tất rửa ngược và các bước ổn định cần thiết, hệ thống được chuyển về chu trình lọc bình thường.

Tần suất rửa ngược phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm của nước đầu vào, lượng cặn tích tụ, loại vật liệu và chênh áp qua bồn. Không nên chỉ dựa vào một khoảng thời gian cố định mà bỏ qua các thông số vận hành thực tế.

Ưu điểm của bồn lọc áp lực trong xử lý nước thải

Bồn lọc áp lực được sử dụng trong nhiều hệ thống nhờ một số ưu điểm đáng chú ý.

Tiết kiệm diện tích lắp đặt: Do sử dụng kết cấu bình kín và áp lực bơm, thiết bị có thể bố trí trong không gian tương đối gọn so với một số dạng bể lọc hở có cùng yêu cầu xử lý.

Tốc độ lọc tương đối cao: Dòng nước được duy trì bằng áp lực giúp thiết bị đáp ứng nhu cầu xử lý liên tục khi được thiết kế đúng lưu lượng và tải trọng lọc.

Khả năng kết hợp nhiều loại vật liệu: Có thể bố trí cát thạch anh, than hoạt tính hoặc vật liệu chuyên dụng để đáp ứng từng mục tiêu xử lý.

Có thể tái sử dụng vật liệu sau rửa ngược: Đối với các vật liệu phù hợp, quá trình rửa ngược giúp loại bỏ cặn tích tụ và khôi phục một phần khả năng lọc, từ đó kéo dài thời gian sử dụng trước khi cần thay thế.

Dễ dàng tự động hóa: Hệ thống có thể kết hợp van tự động, đồng hồ áp suất và cảm biến chênh áp để hỗ trợ giám sát, điều khiển chu trình lọc và rửa ngược.

Ứng dụng của bồn lọc áp lực trong xử lý nước thải

Nhờ khả năng giữ cặn và kết hợp nhiều loại vật liệu lọc, thiết bị được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:

• Xử lý nước thải công nghiệp: Hỗ trợ loại bỏ cặn lơ lửng và cải thiện chất lượng nước sau các công đoạn xử lý hóa lý hoặc sinh học.

• Xử lý nước thải sinh hoạt: Có thể được bố trí ở công đoạn lọc hoàn thiện để giảm lượng cặn còn lại trong nước.

• Xử lý nước cấp: Sử dụng trong các hệ thống lọc nước giếng khoan, nước mặt hoặc nước cấp công nghiệp tùy theo cấu hình vật liệu.

• Hệ thống tuần hoàn nước: Hỗ trợ loại bỏ cặn phát sinh trong quá trình tuần hoàn, góp phần bảo vệ đường ống và thiết bị.

Đối với nước thải có hàm lượng dầu mỡ, chất rắn cao hoặc chứa nhiều hóa chất đặc thù, cần có công đoạn tiền xử lý phù hợp trước khi đưa nước vào bồn. Điều này giúp hạn chế tắc nghẽn, giảm tải cho vật liệu lọc và nâng cao độ ổn định của hệ thống.

Những lưu ý khi lựa chọn và vận hành bồn lọc áp lực trong xử lý nước

Để thiết bị hoạt động hiệu quả, người sử dụng cần đánh giá một số yếu tố kỹ thuật trước khi đầu tư.

• Xác định chất lượng nước đầu vào: Cần phân tích các chỉ tiêu như TSS, độ đục, pH, màu, dầu mỡ và các thành phần ô nhiễm đặc trưng để lựa chọn vật liệu phù hợp.

• Tính toán lưu lượng xử lý: Kích thước bồn và diện tích lọc cần đáp ứng lưu lượng thiết kế, tránh tình trạng quá tải khiến hiệu quả lọc giảm.

• Kiểm tra áp suất làm việc: Vỏ bồn, đường ống, van và phụ kiện phải đáp ứng áp suất thiết kế của hệ thống. Không vận hành vượt giới hạn cho phép.

• Lựa chọn vật liệu chế tạo: Cần cân nhắc thép phủ epoxy, inox hoặc composite dựa trên tính chất nước thải, điều kiện môi trường và ngân sách.

• Theo dõi chênh áp: Khi chênh áp tăng bất thường hoặc lưu lượng giảm, cần kiểm tra tình trạng tắc nghẽn và thực hiện rửa ngược theo hướng dẫn.

• Bảo trì định kỳ: Kiểm tra van, đường ống, mối nối, lớp phủ chống ăn mòn và tình trạng vật liệu lọc. Thay thế vật liệu khi không còn đáp ứng yêu cầu xử lý.

Đặc biệt, nước sau lọc cần được kiểm tra theo các chỉ tiêu đầu ra mà hệ thống phải đáp ứng. Việc lắp đặt bồn lọc áp lực không đồng nghĩa với việc nước thải đã đạt quy chuẩn xả thải.

Kết luận

Bồn lọc áp lực trong xử lý nước thải là thiết bị sử dụng áp lực để đưa nước đi qua các lớp vật liệu lọc bên trong bình kín. Với cấu tạo gồm vỏ bồn chịu áp, hệ thống vật liệu lọc, sàn chụp lọc, đường ống và van điều khiển, thiết bị có khả năng hỗ trợ loại bỏ cặn lơ lửng, đồng thời cải thiện một số đặc tính của nước tùy theo vật liệu được sử dụng.

Để đạt hiệu quả vận hành tốt, cần lựa chọn bồn dựa trên chất lượng nước đầu vào, lưu lượng xử lý, áp suất làm việc và mục tiêu xử lý cụ thể. Đồng thời, việc theo dõi chênh áp, rửa ngược và bảo trì định kỳ cũng rất cần thiết để duy trì hiệu suất của toàn hệ thống.

Hãy theo dõi honto.vn để nhận thêm thông tin về bồn lọc áp lực trong xử lý nước thải!