Tài liệu đề tài bể lọc nhanh dạng kín

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU 1.1 LỌC Nước qua quá trình lắng sẽ không được tinh khiết và có thể chứa một số hạt lơ lửng rất nhỏ và vi khuẩn trong đó. Để loại bỏ hoặc giảm bớt các tạp chất, nước được lọc qua các tầng vật liệu lọc như cát, than,... Quá trình luân chuyển của nước thông qua các tầng vật liệu dạng hạt như vậy được gọi là lọc. Kết quả là sau quá trình lọc, nước sẽ có được chất lượng tốt hơn bao gồm các mặt vật lý, hóa học và sinh học. Lọc thường là một trong những bước cuối cùng trong quá trình xử lý nước. Quá trình lọc là quá trình cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi sinh vật trong nước. Sau một thời gian làm việc thời điểm tổn thất áp lực lớp vật liệu lọc đạt đến trị số giới hạn hay chất lượng nước lọc xấu đi thì phải tiến hành rửa lọc. Tổn thất áp lực ban đầu trong lớp vật liệu lọc phụ thuộc vào tốc độ lọc, độ nhớt của nước, kích thước và hình dạng của nước lỗ rỗng trong lớp vật liệu lọc, chiều dày lớp vật liệu lọc. Trong quá trình lọc, số lượng cặn bẩn trong nước do vật liệu lọc giữ lại ngày càng tăng, cho nên tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc cũng không ngừng tăng lên, khi đến 1 trị số giới hạn lớp vật liệu lọc bị nhiễm bẩn hoàn toàn. Quá trình lọc được đặc trưng bởi:  Tốc độ lọc: Lượng nước qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thời gian.  Chu kì lọc: Khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc. 1.2 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH LỌC NƯỚC Khi lọc nước qua vật liệu lọc, cặn bẩn bị lớp vật liệu lọc giữ lại, còn nước được làm trong. Cặn tích lũy dần trong các lỗ rỗng làm tăng tổn thất thủy lực của lớp lọc. Lọc trong nước là quá trình làm việc cơ bản của bể lọc, còn tăng tổn thất áp lực của lớp vật liệu lọc là quá trình đi kèm với quá trình lọc nên cả hai quá trình cần phải tính đến khi tính toán, thiết kế và quản lý bể lọc. Hiệu quả lọc nước của mỗi lớp lọc nguyên tố là kết quả của hai quá trình ngược nhau:  Cặn bẩn tách ra khỏi nước và gắn lên bề mặt của hạt dưới tác dụng của lực dính kết.  Tách các hạt cặn bẩn ra khỏi lớp hạt vật liệu lọc vào nước dưới tác dụng của lớp thủy động. 1 Quá trình lọc xảy ra cho đến khi cường độ dính kết các hạt cặn bẩn vào bề mặt hạt lớn hơn cường độ tách chúng. Do quá trình tích lũy ngày càng nhiều cặn bẩn trong lỗ rỗng của cát lọc, cường độ tách cặn do lực thủy động gây ra ngày càng tăng. Các hạt cặn không có khả năng dính kết lên bề mặt lớp vật liệu lọc, sau thời gian lọc, số lượng cặn tích lũy trong lớp vật liệu lọc tăng lên, số lượng cặn đã bám vào bề mặt các hạt cát lọc bị dòng nước đẩy xuống dưới cũng ngày càng tăng và vai trò các lớp vật liệu nằm gần sát bề mặt trong quá trình lọc giảm dần. Thời gian làm việc mà lớp vật liệu lọc có chiều dày L đảm bảo lọc nước đến độ trong quy định gọi là thời gian bảo vệ của lớp vật liệu lọc. 1.3 VẬT LIỆU LỌC TRONG BỂ LỌC ÁP LỰC 1.3.1 Các loại tạp chất thường được loại bỏ bằng bể lọc áp lực  Sắt và mangan.  Asen.  Chất phóng xạ.  Chất Clorua.  Chất hữu cơ.  Chất rắn lơ lửng.  Dầu.  Vị và mùi khó chịu.  Chất florua. 1.3.2 Vật liệu lọc  Than hoạt tính: loại bỏ chất clorua và chất hữu cơ.  Thanh hoạt tính có dạng hạt không được chứa tạp chất vô cơ cũng như hữu cơ hòa tan gây độc hại đối với người sử dụng nước.  Than hoạt tính dùng làm vật liệu lọc không được tạo nên bất cứ một thành phần nào trong nước vượt quá tiêu chuẩn vệ sinh quy định và các tạp chất trong than hoạt tính nằm trong giới hạn sau: + Chì Pb < 10 ppm. + Kẽm Zn < 50 ppm. 2 + Cadmi Cd < 1 ppm. + Arsenic As < 2 ppm. + Độ ẩm < 8% tính theo khối lượng. + Tỷ trọng > 0,36 g/cm3.  Cát Mangan: loại bỏ sắt và mangan.  Oxit Mangan ngậm nước (HMO): hấp thụ kim loại nặng bao gồm cả chất phóng xạ.  Nhiều lớp vật liệu: loại bỏ cặn và chất rắn lơ lửng.  Trung lập hóa: được sử dụng để trung lập hóa nước axit, làm tăng kiềm và độ pH trong nước.  Cát: loại bỏ các hạt và cặn nặng.  Vỏ quả óc chó: loại bỏ dầu ô nhiễm.  Nhôm hoạt tính: loại bỏ chất asen và florua.  Than antraxit.  Sỏi đá. 1.3.3 Yêu cầu chung đối với vật liệu lọc:  Có tính chất hóa học ổn định.  Độ bền cơ tốt và không bị vỡ vụn.  Cỡ hạt thích hợp, rẻ tiền, dễ kiếm.  Để xác định vật liệu lọc phải dựa vào một số chỉ tiêu:  Độ bền cơ học: là chỉ tiêu chất lượng quan trọng vì nếu vật liệu lọc có độ bền cơ học không đạt yêu cầu thì khi rửa lọc, các hạt nằm trong tình trạng hỗn loạn, va chạm vào nhau sẽ bị hao mòn và vỡ vụn, làm rút ngắn thời gian của chu kỳ lọc và chất lượng mức lọc xấu đi.  Độ bền hóa học: là chỉ tiêu quan trọng, đảm bảo cho nước lọc không bị nhiễm bẩn bởi các chất có hại cho sức khỏe con người hoặc có hại cho quy trình công nghệ của sản phẩm nào đó khi dùng nước.  Hình dạng hạt.  Kích thước hạt. 3 CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM CỦA BỂ LỌC ÁP LỰC 2.1 GIỚI THIỆU BỂ LỌC ÁP LỰC Bể lọc áp lực rất giống với bể lọc cát trọng lực ngoại trừ bể lọc được hoàn toàn đóng kín trong một thùng áp lực như một bể thép, và được hoạt động dưới áp lực. Bể lọc áp lực được sử dụng trong lĩnh vực cung cấp nước công cộng và không được áp dụng rộng rãi, điển hình là công dụng loại bỏ sắt và mangan từ nước ngầm dưới mặt đất. Bể lọc áp lực được sử dụng để giảm phí lắp đặt và hoạt động. Tuy nhiên, bể lọc áp lực ít được tin cậy hơn bể lọc trọng lực. Tỷ lệ lọc lớn nhất của bể lọc áp lực là từ 5 đến 7,5 m/h. Hinh1. Bể lọc áp lực 2.2 CẤU TẠO CỦA BỂ LỌC ÁP LỰC Bể lọc áp lực: là bể dùng các áp lực của máy bơm, máy thổi khí để giúp khả năng lọc nước thải hoặc nước cấp diễn ra một cách nhanh chóng nhằm tiết kiệm thời gian, diện tích, khối tích các bể lọc thông thường. Bể lọc áp lực là một loại bể lọc nhanh kín, thường được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng (cho công suất nhỏ) và hình trụ ngang (cho công suất lớn). Bể lọc hình trụ đứng có đường kính từ 1 đến 10 ft với sức chứa 300 gpm tại tỷ lệ lọc là 3 gpm/ft2. Bể lọc hình trụ ngang thường có đường kính 8 ft, dài 10-25 ft với sức chứa từ 200 đến 600 gpm. Những bể lọc này được tách ra nhiều ngăn để tiện cho việc rửa bể lọc. Nước rửa bể có thể đem vào bể lắng lại hoặc làm mềm để phục hồi chúng. Bể lọc áp lực thường hoạt động với tỷ lệ dòng chảy là 3 gpm/ft2. Bể lọc hai hay nhiều lớp vật liệu được thiết kế cho tỷ lệ 6-8 gpm/ft2. Tại nhiệt độ thường, tỷ lệ nước rửa bể lọc là 4 6-8 gpm/ft2 cho vật liệu lọc than antraxit và 13-15 gpm/ft2 cho cát. Bể lọc than antraxit liên quan đến quá trình làm mềm nóng yêu cầu tỷ lệ nước rửa lọc là 12-15 gpm/ft2 vì nước ít dày ở nhiệt độ hoạt động cao. Nước lạnh không thể sử dụng để rửa lọc cho bể lọc quá trình nóng. Điều đó có thể làm co giãn hệ thống luyện kim, làm cho kim loại bị mỏi. Ngoài ra, nước lạnh có nhiều oxy sẽ đẩy nhanh tiến độ ăn mòn các thiết bị. Loại bể này được áp dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt cho dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn lên đến 50 mg/l, độ đục lên đến 80. Hình 2. Bể lọc áp lực hình trụ đứng (trên) và bể lọc áp lực hình trụ ngang (dưới) Do bể làm việc dưới áp lực, nên nước cần được xử lý được đưa trực tiếp từ trạm bơm cấp I vào bể rồi đưa trực tiếp vào mạng lưới không cần trạm bơm cấp II. 5 Bể lọc áp lực có thể chế tạo sẵn trong xưởng. Khi không có điều kiện chế tạo sẵn có thể dùng thép tấm hàn, ống thép,.. để chế tạo bể. Các bộ phận và thiết bị của bể lọc áp lựcvề cơ bản cũng giống bể lọc nhanh phổ thông. Hình 3. Cấu tạo bể lọc áp lực 1. Áp kế; 2. Ống dẫn nước vào bể (nước thô); 3. Ống dẫn nước đã lọc; 4. Vỏ bể (thùng áp lực); 5. Vật liệu lọc (cát); 6. Lớp sỏi hỗ trợ; 7. Ống dẫn khí; 8. Ống dẫn nước rửa lọc; 9. Hệ thống thu nước trong 2.3 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ LỌC ÁP LỰC Nước được đưa vào bể qua một phễu bố trí ở đỉnh bể, qua lớp cát lọc, lớp đỡ vào hệ thống thu nước trong, đi vào đáy bể và phát vào mạng lưới. Lúc này, các van ống dẫn nước rửa lọc được đóng lại, không sử dụng. Khi rửa bể, nước từ đường ống áp lực chảy ngược từ dưới lên trên theo ống dẫn nước rửa lọc qua lớp cát lọc và vào phễu thu, chảy theo ống thoát nước rửa ra ngoài. 6 Hình 4. Nguyên lý hoạt động của bể lọc áp lực (theo dòng nước chảy màu xanh) 7 CHƯƠNG 3 THAU RỬA MÔI TRƯỜNG LỌC 3.1 GIỚI THIỆU 3.1.1 Khái niệm chung Khi bể lọc bị tắc nghẽn (bể đạt đến tổn thất áp lực cao nhất) hoặc bể bị thủng, hoặc sau một thời gian dự kiến, quá trình lọc bị ngừng lại và bể lọc tạm ngưng sử dụng để sữa chữa hoặc rửa bể lọc. Chi tiết quy trình rửa bể lọc phụ thuộc vào mỗi nhà máy và quy chế đặc trưng được cung cấp từ các nhà thầu. Thau rửa môi trường lọc (rửa ngược) là quá trình đảo ngược dòng nước đi xuyên qua các lớp vật liệu lọc để loại bỏ các chất rắn bị giữ lại. Rửa ngược có thể được thực hiện bằng nước, khí và nước liên tiếp hoặc khí và nước kết hợp. Phương pháp cuối cùng được biết đến cách rộng rãi là hiệu quả nhất, nhưng hầu hết bể lọc được thiết kế cho rửa ngược bằng khí hoặc nước, vì vậy việc thay đổi bể lọc hiện tại để sử dụng hệ thống này là hoàn toàn khó khăn. Với cả ba loại rửa ngược, điều kiện của quá trình liên quan đến ngưỡng hóa lỏng (lớn nhất) như một điểm tham khảo, ngay cả khí kết hợp với nước. Ngưỡng này là điểm mà tại đó thủy lực (áp suất) thấp trong bể lọc cân bằng tử trọng của vật liệu lọc. Tỷ lệ dòng chảy rửa ngược lớn nhất không nên vượt quá 20 m/h, và tỷ lệ dòng chảy cao hơn sẽ làm trôi mất đi rất nhiều vật liệu lọc. Trong suốt chu kỳ rửa ngược, bể lọc nên giãn nở ít nhất 10% và nhiều nhất là 20% để chắc chắn rằng bể được rửa sạch đầy đủ. Như đã đề cập ở trên, rửa ngược có thể là một phần khó khăn trong quá trình lọc hơn giai đoạn lọc. Nếu tỷ lệ rửa ngược quá cao, vật liệu lọc có thể bị rửa trôi rất nhanh. Nếu tỷ lệ đó quá thấp, hiệu quả làm sạch sẽ giảm sút rất nhiều, bể lọc sẽ kém bền. Trình tự và thời gian rửa ngược phải được lựa chọn để phù hợp với vật liệu lọc đang sử dụng và nhiệt độ của nước rửa ngược. Điều đó có thể cần thiết với nhiều trường hợp để điều chỉnh tỷ lệ rửa ngược theo từng giai đoạn để duy trì những điều kiện tối ưu mà không làm mất đi vật liệu lọc. Nước đã lọc hầu hết ít được sử dụng cho rửa ngược. Một bể chứa ở vị trí cao cũng có thể chứa nước để rửa ngược bể lọc. Quá trình rửa ngược sẽ sử dụng khoảng 2-4% lượng nước đầu ra, lượng nước thấp hơn được tổng hợp lại để sử dụng cho phương pháp khí và nước kết hợp. 3.1.2 Vai trò của thau rửa vật liệu lọc Thau rửa vật liệu lọc là quá trình bơm nước ngược lại dòng nước được đưa vào để lọc với áp suất cao và cường độ lớn theo định kỳ. 8 Hiệu quả và tuổi thọ của bể lọc phụ thuộc nhiều vào chế độ vận hành và bảo dưỡng, nhất là quá trình thau rửa vật liệu lọc. Trong thực tế thau rửa vật liệu lọc tốn một phần nước không nhỏ. Việc tiết kiệm nước rửa lọc dẫn đến vật liệu lọc không được rửa sách, bể lọc làm việc không đạt kết quả mong muốn, chu kì làm việc của bể bị rút ngắn. Bóng bùn là một khối tròn các vật liệu lọc khác nhau, kích thước đường kính nhỏ bằng hạt đậu đến hai inch hoặc hơn. Hình ảnh trên cho thấy một bong bùn rất lớn. Bóng bùn hình thành trên bề mặt của bộ lọc do vật liệu kết dính gây ra làm dính các hạt trong nước và vật liệu lọc lại với nhau. Nếu bộ lọc không được rửa ngược đúng và rửa sạch bề mặt vật liệu lọc, các bóng bùn sẽ tiếp tục tích lũy và ngày càng phát triển lớn hơn, cuối cùng chúng chìm vào trong môi trường lọc. Bóng bùn trong vật liệu lọc dẫn đến thời gian vận hành bộ lọc rút ngắn và mất khả năng lọc, vì nước sẽ không thể đi qua các bóng bùn và chảy loanh quanh chúng. Hình 5. Bóng bùn Mặt khác, để giảm chi phí quản lý, công tác rửa bể lọc không thường xuyên nên bể lọc hoạt động ngày càng kém, dần xuống cấp và không còn tác dụng lọc nước, gây ra tắc nghẽn, tràn bể lọc. Điều đó đã làm cho chất lượng nước không đạt yêu cầu, công suất xử lý nước bị giảm sút nhiều. Vì vậy, thau rửa vật liệu lọc có những vai trò rất quan trọng trong quá trình lọc như:  Là một nguyên công rất quan trọng và không thể thiếu  Tách cặn bám ra khỏi bề mặt hạt cát lọc bằng lực ma sát và lực cắt do dòng nước chảy với cường độ lớn đi qua bề mặt.  Làm giãn nở lớp lọc để tăng thể tích các khe rỗng.  Tạo điều kiện thuận lợi cho các hạt cặn đã tách ra khỏi bề mặt hạt cát chuyển động đi lên cùng nước và dẫn ra ngoài. 9 3.1.3 Quá trình thau rửa vật liệu lọc Quá trình rửa vật liệu lọc được tiến hành khi tổn thất áp lực trong bể đạt tới giá trị giới hạn hoặc vào thời điểm lượng nước bắt đầu xấu đi. Việc xác định thời điểm cần rửa vật liệu lọc được thực hiện bằng các thiết bị đo báo tự động hoặc do những người vận hành bể lọc quan sát độ chênh lệch mực nước trước và sau bể lọc khi quản lý vận hành thủ công. Trình tự tiến hành rửa vật liệu lọc như sau:  Trước khi rửa bể, đóng van cấp nước đầu vào bể cho nước rút xuống ngang với mép mương thu nước rửa lọc.  Sau đó, đóng van trên đường thu nước rửa lọc và cho khí hoặc nước rửa có áp lực đi từ phía dưới lên. Nước rửa theo hệ thống đường ống khoan lỗ hoặc chụp lọc phân phối đều theo diện tích bể rồi đi lên phía trên qua lớp vật liệu lọc với cường độ đảm bảo chuyển các hạt của lớp vật liệu lọc vào trạng thái lơ lửng và theo dòng nước dẫn ra ngoài Hình 6. Quá trình thau rửa vật liệu lọc 3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THAU RỬA MÔI TRƯỜNG LỌC Có ba phương pháp thau rửa vật liệu lọc chính:  Thau rửa bằng cách giãn nở nước.  Thau rửa không làm giãn nở lớp lọc bằng khí và nước.  Thau rửa bằng khí và nước kết hợp. 10 3.2.1 Thau rửa bằng cách giãn nở nước Chọn lưu lượng nước đủ lớn làm cho vật liệu lọc giãn nở, có nghĩa là làm cho thể tích biểu kiến của lớp vật liệu lọc tăng 15%. Sự thay đổi độ nhớt của nước tùy thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng tăng thì độ nhớt càng giảm. Dòng chảy nhanh làm giãn nở lớp vật liệu lọc và do đó các cặn bẩn lắng trong các khe rỗng bị rửa trôi. Vận tốc dòng chảy cần thiết để đạt mức giãn nở của vật liệu lọc dao động trong khoảng 100 – 120 m/h và phụ thuộc vào nhiệt độ của nước, kích thước và đặt tính của vật liệu lọc. Lớp vật liệu lọc giãn nở là nơi có dòng đối lưu. Vật liệu lọc chạy xuống dưới vào một vùng nào đó và chạy lên cao trong vùng bên cạnh. Thực tế các cục nhỏ của lớp lọc bám chặt bùn tạo nên vỏ bọc bề mặt vật liệu lọc và có thể chìm xuống đáy. Dòng đối lưu làm nước xoáy và tạo ra bùn cứng và lớn, gây ra hiện tượng vón cục khi rửa vật liệu lọc. Hiện tượng này có thể được khắc phục bằng cách phun nước dưới áp suất lớn bằng các ống phun quay hay cố định. Phương pháp rửa này đòi hỏi phải thận trọng và đo giá trị giãn nở vật liệu lọc. Hình 7. Quá trình lọc (trái) và quá trình rửa vật liệu lọc (phải) 3.2.2 Thau rửa không làm giãn nở lớp lọc bằng khí và nước Phương pháp này sử dụng lưu lượng nhỏ nước thu hồi để không gây ra sự giãn nở cát và đồng thời phun không khí nén. Cát không bị giãn nở, còn vỏ bùn bọc ngoài vật liệu lọc sẽ bị phá hủy bằng khí. Trong thời kì thổi khí, lưu lượng nước rửa càng lớn, càng nhanh thì việc rửa càng hiệu quả. Giá trị nhỏ nhất để việc thau rửa có hiệu quả và giá trị lớn nhất 11 không vượt quá để tránh mất mát vật liệu lọc phụ thuộc đồng thời vào vật liệu lọc và công nghệ lọc. Khi tháo tạp chất của vật liệu rửa, thu gom vào hố chứa nước và tách ra máng dẫn thải, cần “xúc rửa”, nghĩa là thay nước bẩn trong hố này bằng nước sạch. Có nhiều phương pháp xúc rửa được sử dụng sau khi thổi khí:  Duy trì không đổi lưu lượng nước hồi lưu cho đến khi nước tháo trong. Thời gian của nguyên công này càng ngắn khi lưu lượng nước càng lớn (luôn > 12m/h) và bề dày của lớp nước ở trên vật liệu lọc càng nhỏ.  Tăng lưu lượng nước trong lúc xúc rửa để mang cát hạt ít nhất là 15m/h.  Quét bề mặt lọc bằng dòng nước chảy ngang hoặc nước đã lắng hòa với nước thu hồi.  Loại bỏ nước bẩn nằm trên vật liệu lọc và quét trên bề mặt lọc như phương pháp trên. 3.2.3 Thau rửa bằng khí và nước kết hợp Cách thau rửa này được sử dụng khi mật độ vật liệu lọc không cho phép sử dụng đồng thời, không gây nguy hiểm cho việc kéo theo vật liệu vào máng thải do nước rửa. Đó là trường hợp lớp lọc gồm cát mịn hoặc vật liệu có mật độ nhỏ (antricid, than hoạt tính, biolite). Phương pháp này cũng được sử dụng cho bộ lọc hai lớp vật liệu. Trong pha rửa thứ nhất, chỉ dùng không khí nén phun vào vật liệu lọc có hòa một ít nước để gỡ các tạp chất được giử trên mặt vật liệu lọc. Lượng nước nhỏ có sẵn ban đầu quá trình rửa sẽ giúp áp suất khí đi xuyên qua các khe hở của lớp vật liệu lọc hơn. Trong pha thứ hai, một dòng nước hồi lưu với cường độ mạnh và lưu lượng lớn được phun vào, bảo đảm giãn nở lớp vật liệu lọc, cho phép tách các chất thải nặng hay rất khó loại bỏ ra khỏi vật liệu lọc. Nguyên công này được lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến lúc nước trên bề mặt trong hẳn. Lưu ý ở đây là người vận hành cần quan sát có hiện tượng cát tràn vào máng thu hay không, nếu có phải đóng bớt van nước lại. Ưu điểm của phương pháp:  Loại trừ được hiện tượng vón cục do không hoặc ít xuất hiện dòng đối lưu.  Lớp vật liệu lọc không bị phân loại thủy lực.  Các cỡ hạt phân phối với tỷ lệ như nhau trong suốt chiều dày lớp vật liệu lọc nên loại trừ được hiện tượng tạo chân không trong lớp lọc.  Sử dụng phối hợp rửa bằng không khí và nước lắng có thể giảm từ 20 – 30% lượng nước tiêu thụ so với chỉ rửa riêng bằng nước. 12 3.3 TẦN SỐ RỬA VÀ TIÊU THỤ NƯỚC RỬA Tần số rửa phụ thuộc vào bản chất của nước cũng như số lượng MES được giữ lại. Quá trình thau rửa được bắt đầu khi tổn thất tải đạt giá trị cực đại hay khi bộ lọc bắt đầu bục ra. Thực tế thau rửa thường bắt đầu sau khi đã lọc một thể tích nước nào đó. Thời điểm này cần xác định theo điều kiện vận hành và kinh nghiệm của người sử dụng. Tiêu thụ nước rửa chủ yếu tùy theo bản chất và trọng lượng cặn bị giữ lại trên 1m3 vật liệu lọc. Sử dụng phối hợp rửa bằng khí và nước lắng có thể giảm từ 20 – 30% lượng nước tiêu thụ so với chỉ rửa riêng bằng nước. Mức tiêu thụ nước cũng tăng khi sử dụng thiết bị rửa bề mặt. Tiêu thụ nước rửa càng nhiều khi:  Bề dày nước trên mặt vật liệu lọc càng lớn  Lưu lượng nước thu hồi càng nhỏ  Máng tháo bùn càng cách xa nhau  Số lượng bùn thải càng lớn  Độ keo tụ và mật độ bùn càng cao 13 CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH LỌC 4.1TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH GIẢM ÁP ĐỐI VỚI VẬT LIỆU LỌC HAY BÁNH LỌC 4.1.1 Định nghĩa của quá trình kháng lọc và bánh thấm: Công thức Darcy Quá trình chống lại dòng vật liệu xốp (vật liệu lọc hoặc bánh lọc) có thể được mô tả bởi định luật Darcy (công thức 1). Hãy xem xét một dòng chất lỏng đi qua một bánh lọc (hoặc một dòng nước thấm qua đất như miêu tả của Darcy). Sự sụt giảm áp lực p của dòng chất lỏng này là tỷ lệ thuận với:  Lưu lượng trên mỗi đơn vị diện tích V/A (Lưu lượng riệng hoặc vận tốc lọc)  Bánh lọc có chiều dày H  Độ nhớt h của chất lỏng  Hằng số H chỉ “kháng lọc riêng” của bánh. (1) Trong các hệ SI, đơn vị của H là m-2 được sử dụng trong phương trình Darcy (1). Đối nghịch của kháng lọc H còn được gọi là tính thẩm thấu k của bánh lọc: Hình 8. Định nghĩa của kháng lọc Đôi khi nó là thuận tiện hơn để xác định độ dày bánh theo khối lượng rắn m trên một đơn vị diện tích lọc m (đơn vị kg/m2).Điều này dẫn đến định nghĩa khác nhau về bánh chống lọc. Một phương trình tương ứng với phương trình Darcy có thể được viết với hằng số m (m/kg) mô tả sự chống lại của bánh. Sau đó, các biểu thức sau đây được lấy thay cho phương trình (1) (2) 14 Vì những lý do thực tế độ nhớt h là thường không được đánh giá riêng rẽ. Sau đó, nó được thừa nhận để bao gồm nó trong giới hạn H (đơn vị mPa.s/m2) hoặc H (đơn vị mPa.sm/kg), tương ứng. Sử dụng thuật ngữ H hoặc m kháng lọc nằm giữa 1011 mPa.s/m2 (lọc rất nhanh) và 1016 mPa.s/m2 (gần như không thể lọc), hoặc từ 108 đến 1013 mPa.sm/kg, tương ứng. 4.1.2 Các phương trình của Kozeny và Carman Các kháng của anpha vật liệu xốp phụ thuộc vào kích thước, số lượng các lỗ rỗng và cấu trúc xốp của nó. Trong một xấp xỉ gần nhất nó có thể liên quan đến đường kính lỗ rỗng thủy lực của một cấu trúc xốp dh:  là độ xốp (tỷ lượng theo thể tích trống) của môi trường xốp. Sv là các bề mặt bên trong cụ thể của vật liệu (vật liệu lọc hoặc bánh lọc) liên quan tới khối lượng của vật rắn. Trong trường hợp một hệ các hạt hình cầu người ta có thể viết: dS là đường kính Sauter, là đường kính trung bình của sự phân bố kích thước hạt, thu được bằng cách chia tổng khối lượng của một hạt nhân với tổng diện tích bề mặt. Ta có thể thấy rằng bề mặt riêng và đường kính lỗ rỗng thủy lực phụ thuộc mạnh mẽ vào kích thước hạt. Dựa trên một dòng chảy thành lớp bên trong một hệ thống xốp với lỗ rỗng có đường kính thủy lực dh có thể đó được kết hợp với phương trình Darcy (1) một xấp xỉ hữu ích cho điện trở suất của vật liệu xốp: (3) Phương trình (3) được gọi là phương trình Kozeny- Carman. Các kháng lọc, kết quả từ phương trình này được mô tả trong hình 9 là một hàm của các hạt kích thước dS và độ xốp . Trong ứng dụng thực tế kháng lọc bao gồm một phạm vi rất rộng của độ xốp. Hạt mịn, nhất là bụi khô, thường tạo thành bánh với độ xốp cao đáng ngạc nhiên (xem hình 10). Cùng số lượng bột (lọc bổ dung, kích thước hạt trung bình 5 mm) đã lắng trong nước nước với pH khác nhau và trong không khí. Thể tích lắng đọng (và phần bề nổi nhìn rõ) là 15 khá khác nhau. Do đó sự kháng lọc phụ thuộc lớn vào kích thước hạt, bánh xốp và do đó trong trường hợp của các hạt mịn trên bề mặt lực lượng sản xuất xốp này. Hình 9. Trở lọc so với kích thước hạt. (Phạm vi của các giá trị thông thường được so sánh với các đường thẳng được tính toán theo phương trình Kozeny-Carman, (3)) Phương thức lọc cho bề mặt và bánh lọc được lựa chọn theo đường kính lỗ rỗng của nó (đường kính thủy lực). Để giảm sức cản thủy lực của họ, chúng được sản xuất với độ xốp cao. Hình 10. Thể tích bị lắng của cùng thể tích lọc bổ sung (kích thước hạt 5 mm) a) Trong nước ở pH 7; b) Trong nước ở pH 2; c) bột khô nén chặt bởi lực hấp dẫn riêng của nó 16 4.2 BÁNH LỌC 4.2.1 Các công thức của bánh lọc Sự sụt giảm áp lực trong một bộ lọc bao gồm độ giảm áp lực P1 trên bánh theo phương trình (1) và độ giảm áp lực P2 trong môi trường lọc, có thể được viết như sau: (4) Trong đó b (đơn vị m-1) là sức chịu đựng của vật liệu lọc. Do đó, tổng số sụt áp là: (5) Hay Nếu huyền phù được đồng nhất hỗn hợp, chiều cao bánh H (hoặc m/A) sẽ tỷ lệ thuận với số lượng phần lọc. Sự ảnh hưởng của nồng độ và bánh xốp được mô tả bởi các yếu tố KH: (6) Hoặc (7) Trong đó m đại diện cho khối lượng của hạt trong bánh lọc, được độc lập từ bánh xốp. Với phương trình (6) và (7) có được: (8) Hoặc 17 (9) Công thức (8) và (9) là giống hệt nhau dưới dạng tổng quát hóa H. KH = m. Km. Tuy nhiên sự khác biệt giữa cả hai phương trình rất hữu ích cho rõ ràng. Các công thức (8) và (9) có thể được tích hợp vào tốc độ dòng chảy liên tục hoặc áp suất không đổi. Tích hợp cho tốc độ dòng chảy liên tục dV/dt = const. Có các tính toán thông thường: Hoặc Đối với p = const. Kết quả nhận được: (10) Và (11) 4.2.2 Đánh giá các thí nghiệm với sơ đồ tuyến tính 4.2.2.1 Sơ đồ tuyến tính với mẫu phân biệt Nó thường rất hữu ích để tính toán trở lực thời của dòng chảy như một chức năng của thể tích lọc. Các trở lực được đặc trưng bởi sự sụt giảm áp lực p liên quan đến tốc độ dòng chảy tức thời dV/dt. Sử dụng phương trình (4) hoặc (5) này có thể viết như sau: 18 (12) Như trong hình 11A, cho ra một đường thẳng có độ dốc b và đoạn cắt a. Đoạn cắt tượng trưng cho trở lực tại thời điểm đầu tiên của quá trình lọc, trước khi một chiếc bánh được hình thành, do đó điện trở của vật liệu lọc bao gồm các lớp để phân chia với bánh. Độ dốc b chứa các kháng lọc  theo Chèn KH hoặc Km (xem phương trình 6 và 7) tương ứng, dẫn đến (13) Và (14) 19 Hình 11. Tuyến tính theo phương trình (12) và (15) A) Sơ đồ tuyến tính trong các hình thức khác biệt B) Sơ đồ tuyến tính trong các hình thức tích hợp 4.2.2.2 Sơ đồ tuyến tính trong mẫu hợp Một cách tiếp cận bắt đầu từ các bộ lọc phương trình tích hợp (10) hoặc (11). Kết quả thực nghiệm được vẽ theo Nếu áp lực liên tục trong thời gian thử nghiệm, một đường thẳng sẽ được thu được (15) Đây là loại đồ thị vẫn còn rất phổ biến trong thực tế vì việc đánh giá thường dễ dàng hơn hơn với phương trình (12). Giá trị thực nghiệm đo với một cái xô và một đồng hồ bấm giờ có thể được đưa trực tiếp vào phương trình (15), trong khi đối với một sơ đồ khác chúng phải được chuyển đổi thành thời tốc độ dòng chảy dV/dt. Ngược lại trong công thức (15) đúng là chỉ cho p = const. Hơn nữa, sơ đồ kết quả này ít cho thấy rõ độ lệch từ tuyến tính hơn một sơ đồ dựa trên tỷ lệ lưu lượng tức thời. Ví dụ 20