%20(1).webp){kind=small}
Lọc nước tinh khiết
Nhà máy sản xuất nước đá
Trong quá trình lọc liên tục, dòng nước theo hướng đi lên, trong khi cát ở đáy liên tục được loại bỏ, rửa sạch và định lượng trở lại trên đỉnh của lớp lọc.
Lọc cát nhanh là quá trình xử lý quan trọng nhất trong nhà máy xử lý nước uống. Nó có các chức năng khác nhau như loại bỏ chất rắn lơ lửng; và sắt, mangan và amoniac. Trong quá trình lọc nước uống, lớp đệm, thường bao gồm cát, sẽ dần dần bị tắc nghẽn, cho đến khi đạt được sức cản tối đa của lớp lọc. Sau đó, bộ lọc được làm sạch bằng cách rửa ngược, khôi phục khả năng lọc ban đầu của nó. Trong quá trình lọc, nước đi qua lớp lọc và các chất rắn lơ lửng được loại bỏ. Sàng là một trong những cơ chế chịu trách nhiệm loại bỏ khi các chất rắn lơ lửng quá lớn để có thể đi vào các lỗ của tầng lọc.
Trong trường hợp này, chất rắn tích tụ trên đỉnh của lớp lọc. Khi các chất rắn có kích thước nhỏ hơn, chúng có thể đi vào các lỗ xốp của lớp lọc và được vận chuyển đến các hạt lọc, nơi cuối cùng chúng được gắn vào. Ngoài ra, quá trình biến đổi hóa học và sinh học có thể diễn ra trong lớp lọc. Sắt và mangan bị oxy hóa về mặt hóa học và các bông cặn hình thành được loại bỏ. Amoniac, mêtan và các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học có thể bị ôxy hóa bởi vi khuẩn sống bám vào vật liệu lọc. Bạn có thể xem thêm một bộ phim về quá trình này trên nền tảng. Quá trình oxy hóa cần có oxy trong nước. Khi có quá nhiều hợp chất đã đề cập, có thể xảy ra hiện tượng cạn kiệt oxy.
Trong thực tế, sự có mặt của amoniac có thể dẫn đến điều kiện kỵ khí không cần thiết trong lớp lọc, vì nó tiêu thụ khoảng 3,5 mg / L oxy và nồng độ bão hòa tối đa của oxy, tùy thuộc vào nhiệt độ là khoảng 10 mg / L. Để có thể thiết kế một quá trình lọc, cần phải xác định vận tốc lọc, cần biết tổng diện tích bề mặt cần thiết cho quá trình lọc, chiều cao lớp lọc và kích thước hạt của vật liệu lọc.
Do đó, thử nghiệm nhà máy thí điểm được thực hiện. Các cột khác nhau với vật liệu lọc được lắp đặt và vận hành trên nguồn nước cần xử lý. Các cột này được theo dõi về chất lượng nước đầu vào và đầu ra và tổn thất đầu trong quá trình chạy bộ lọc. Sau khi bộ lọc chạy, các cột này được rửa lại như trong thực tế. Khi kích thước hạt được kiểm tra, có thể kết luận rằng chất lượng nước đầu ra đang xấu đi theo thời gian, nhưng kích thước hạt nhỏ hơn hoạt động tốt hơn kích thước hạt lớn hơn. Quá trình lọc có thể được thực hiện cho đến khi đạt được nồng độ nước thải đầu ra tối đa cho phép. Đối với điện trở bộ lọc thì ngược lại.
Sự gia tăng sức đề kháng theo thời gian nhỏ hơn với kích thước hạt lớn hơn và lớn hơn với kích thước hạt nhỏ hơn. Quá trình lọc có thể được thực hiện cho đến khi đạt được sức cản tối đa cho phép của lớp lọc, được xác định bởi chiều cao của lớp lọc và mực nước nổi trên bề mặt. Nó được quan sát trong cái gọi là sơ đồ Lindquist. Khi nước không chảy, tổng áp suất ở đáy của bộ lọc bằng khí quyển cộng với áp suất của cột nước trong bộ lọc. Khi bắt đầu chạy bộ lọc, lực cản của lớp sạch sẽ xảy ra và áp suất ở đáy giảm nhẹ. Với sự gia tăng tắc nghẽn, áp suất trong lớp lọc giảm cho đến khi có thể xảy ra áp suất thấp hơn khí quyển, được gọi là áp suất âm.
Phải tránh những điều này vì nguy cơ khử khí và hậu quả là xáo trộn tầng lọc. Do đó, điện trở tối đa cho phép của lớp lọc phụ thuộc vào sự xuất hiện của áp suất âm. Đối với thiết kế của bộ lọc, phải đạt được mức tối ưu sao cho vào cuối thời gian chạy bộ lọc, chất lượng nước vẫn đạt tiêu chuẩn cao, đồng thời đạt được điện trở tầng lọc tối đa cho phép. Thời gian chạy bộ lọc điển hình là 1-2 ngày. Các kết hợp khác nhau giữa vận tốc lọc, chiều cao tầng lọc và kích thước hạt có thể đáp ứng các yêu cầu này và sau đó các yếu tố kinh tế sẽ xác định thiết kế cuối cùng.
Do ảnh hưởng của các thông số thiết kế khác nhau đến hiệu suất của bộ lọc, nên thực hiện nhiều thử nghiệm thí điểm khác nhau. Điều này thực tế là không thể và do đó các mô hình được phát triển. Những mô hình này, một khi đã được hiệu chỉnh, có thể nhanh chóng tìm thấy một thiết kế tối ưu.
Cơ sở của mô hình như vậy là sự thay đổi về chất lượng nước và sự hình thành của sức cản của tầng lọc. Sự thay đổi chất lượng nước theo chiều cao của tầng lọc được xác định bởi cái gọi là hệ số lọc, lambda, và chất lượng nước đầu vào. Khi lớp lọc sạch thì hệ số lọc tương đối lớn, nhưng giảm dần do tích tụ chất rắn trong lớp. Sự tích tụ của chất rắn trong lòng đất thực chất là hệ quả của định luật bảo toàn khối lượng. Sự tích tụ của các chất rắn trong lớp ngang bằng với việc loại bỏ các chất rắn này khỏi pha nước trong thời gian.
Dựa trên sự tích tụ của chất rắn trong lớp đệm và sức cản của lớp đệm sạch, có thể tính được sức cản của lớp đệm của bộ lọc bị tắc. Sức cản của lớp sạch được xác định bằng phương trình Carmen Kozeny nổi tiếng, đưa ra mối quan hệ giữa sức cản và vận tốc lọc, độ xốp, kích thước hạt, độ nhớt và chiều cao lớp lọc. Vì vậy, vận tốc lọc càng lớn, độ xốp càng nhỏ, kích thước hạt càng nhỏ, và tầng lọc càng cao thì sức cản của tầng sạch càng lớn. Khi bộ lọc bị tắc, nó phải được rửa lại để loại bỏ các chất rắn tích tụ.
Điều này được thực hiện bằng cách đảo ngược dòng chảy trong thời gian ngắn với tốc độ cao đến mức tầng sôi. Có thể đạt tới độ rộng giường lên đến 20%. Phần lớn, không khí bổ sung được bổ sung để làm sạch các hạt lọc để rửa hiệu quả hơn. Mở rộng giường là một thông số quan trọng cho việc thiết kế một cơ sở rửa ngược. Độ xốp trong quá trình giãn nở có thể được tính là độ xốp ban đầu, chiều cao của lớp lọc trong quá trình lọc và chiều cao trong quá trình rửa ngược đã biết. Để có thể xác định điện trở trong quá trình rửa ngược, một phương trình xác định theo kinh nghiệm có thể được sử dụng, giống như phương trình Carmen Kozeny.
Khi đạt đến độ sôi, áp suất giảm bằng trọng lượng chìm của lớp lọc và không đổi khi vận tốc rửa ngược tăng lên và đối với cát, trong cột nước mét, bằng với chiều cao tầng lọc. Lực cản là một hàm của vận tốc rửa ngược. Sức đề kháng tối đa phụ thuộc vào đường kính hạt. Vận tốc rửa ngược cần thiết để đạt được độ giãn nở nhất định E và độ xốp pe thu được có thể được tính toán bằng sự kết hợp của các phương trình đã cho trước đó. Để đạt được độ giãn nở của luống là 20%, tốc độ rửa ngược trên 30 m / h là cần thiết.
Tốc độ rửa ngược này cao hơn đáng kể so với tốc độ lọc dao động trong khoảng 1 - 20 m / h. Để tránh điều đó trong quá trình rửa ngược, các hạt nhỏ nổi lên trên cùng của lớp lọc và các hạt lớn hơn lắng xuống đáy, vật liệu lọc phải đồng nhất. Điều này có thể thu được bằng cách sàng cát và tính toán hệ số đồng nhất, U, được xác định bằng thương số của kích thước hạt phân vị 60 và 10.
Hệ số đồng nhất tối đa nên nằm trong khoảng từ 1,3 đến 1,5. Các khía cạnh quan trọng khác của quá trình lọc được thiết kế tốt là đường ống, van và máy bơm để kiểm soát dòng chảy trong bộ lọc và có thể thực hiện bảo trì và rửa ngược. Nước rửa ngược phải được thu gom trong các máng xối riêng biệt để thoát nước càng nhanh càng tốt để xử lý và xả nước rửa ngược. Và ... cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng ... đáy bộ lọc. Đáy lọc phải hỗ trợ lớp lọc và thoát nước lọc mà không làm mất vật liệu. Ngoài ra, điều quan trọng là phải phân chia đều dòng chảy qua bộ lọc trong quá trình rửa ngược. Đôi khi, khi bộ lọc không được thiết kế tốt hoặc xảy ra hư hỏng, cái gọi là sự cố bộ lọc xảy ra. Ví dụ, khi một vòi phun ở đáy bị vỡ, vật liệu lọc có thể bị mất.
Trong thực tế, không chỉ tìm thấy các bộ lọc cát nhanh một lớp như đã mô tả trước đó. Có thể phân biệt các loại bộ lọc cát nhanh khác nhau. Một trong những ví dụ là bộ lọc hai lớp. Bên trên lớp cát, một lớp than antraxit nhẹ và thô hơn được đặt để tăng khả năng tích tụ chất rắn lơ lửng, giảm sức cản của lớp lọc và có thể tăng vận tốc lọc và thời gian chạy của bộ lọc. Bộ lọc áp suất thường được sử dụng trong công nghiệp, vì tính linh hoạt của chúng và khả năng duy trì tốc độ lọc cao và thời gian chạy bộ lọc dài, trong khi kích thước hạt có thể nhỏ. Điều này được thực hiện bằng cách tăng áp suất trên bộ lọc.
Nước thậm chí có thể được bơm trực tiếp qua bộ lọc để chứa nước trên cao. Hạn chế của bộ lọc áp suất là độ nhạy với các rắc rối của bộ lọc. Lọc liên tục được sử dụng khi nước quá bẩn và cần phải rửa ngược quá thường xuyên. Trong quá trình lọc liên tục, dòng nước theo hướng đi lên, trong khi cát ở đáy liên tục được loại bỏ, rửa sạch và định lượng trở lại trên đỉnh của lớp lọc.
Khi nồng độ amoniac cao xảy ra trong nước ngầm, sự cạn kiệt oxy có thể xảy ra. Để tránh tình trạng này, việc lọc nước qua lớp lọc đi kèm với luồng không khí. Sau đó, oxy trong không khí có thể liên tục được trao đổi với dòng nước tránh các điều kiện yếm khí. Loại bộ lọc này được gọi là "bộ lọc khô" hoặc "bộ lọc nhỏ giọt". Cuối cùng, kiểu lọc lâu đời nhất là lọc cát chậm. Trong hơn một trăm năm, những bộ lọc này đã được sử dụng và chúng vẫn như vậy.
