Báo cáo chuyên đề: Bể lọc nhanh trọng lực

Chia sẻ: Nguyễn Quang Minh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

881
lượt xem 124
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chuyên đề đi sâu vào nghiên cứu về cách phân loại bể lọc, tính toán thiết kế bể lọc nhanh trọng lực, quá trình thau rửa và vận hành bể lọc. Đồng thời chuyên đề còn nghiên cứu về ưu và nhược điểm của bể lọc nhanh trọng lực so với các loại bể lọc khác trong xử lý nước.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo chuyên đề: Bể lọc nhanh trọng lực

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG  QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG CHUYÊN ĐỀ 09: BỂ LỌC NHANH TRỌNG LỰC GVHD: Ts PHẠM ANH ĐỨC SVTH: LÊ THỊ THU HƯƠNG MSSV: 91202019 ĐINH THỊ THU HƯƠNG 91202018 PHAN THỊ HƯƠNG 91202281 TP.HCM, tháng 11 năm 2014.
Mục lục
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 1. Mục tiêu và phạm vi : Mục tiêu nghiên cứu : Tính toán thiết kế bể l ọc nhanh, ứng d ụng c ủa b ể l ọc trong đ ời sống và quá trình vận hành, bảo trì bể lọc. Phạm vi nghiên cứu : Bể lọc nhanh trọng lực. 2. Nội dung Chuyên đề đi sâu vào nghiên cứu về cách phân loại bể l ọc, tính toán thi ết k ế b ể l ọc nhanh trọng lực, quá trình thau rửa và vận hành bể lọc. Đ ồng th ời chuyên đ ề còn nghiên cứu về ưu và nhược điểm của bể lọc nhanh trọng lực so với các lo ại b ể l ọc khác trong xử lý nước. 3. Phương pháp nghiên cứu - Hình thành ý tưởng dàn bài, các nội dụng cần thiết cho chuyên đề - Sử dụng các bài báo nước ngoài đã được công bố, chọn lọc những thông tin hay, m ới, hiệu quả để xây dựng chuyên đề. Đồng thời tham khảo các tài li ệu có liên quan nh ằm hỗ trợ kiến thức trong quá trình thực hiện. Kết hợp sử dụng các thông tin phù h ợp, m ới lạ, xác thực. - Tham khảo tài liệu tiếng việt và giảng viên để nắm chắc thông tin. - Chỉnh sửa bài làm. LỜI MỞ ĐẦU Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, góp phần vào s ự thành công trong các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã h ội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia. Hiện nay, nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hi ếm và quan trọng này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt. Nguy c ơ thi ếu n ước, đặc biệt là nước ngọt và nước sạch là một hiểm họa lớn đối với sự tồn vong của con người cũng như toàn bộ sự sống trên trái đất. Do đó, con người cần phải có các bi ện pháp b ảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước. Phải giữ cho nguồn nước sạch, thậm chí hứng từng giọt nước; tái chế nước bẩn thành nước sạch. Vai trò c ủa n ước đ ối v ới s ản xuất và đời sống là vô cùng quan trọng nhưng hiện nay vấn đề đặt ra v ới chúng ta là phải bảo vệ nguồn nước nhất là nước ngọt một cách tri ệt để nhất vì cu ộc s ống c ủa chúng ta và tương lai .Chính vì vậy để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho người dân thì việc xử lí nước cấp là hết sức quan trọng để đảm bảo chất lượng của bộ Y Tế quy định. Hiện nay đã có nhiều phương pháp xử lí nước, bên cạnh một số phương pháp hiện đại như tuyển nổi, phương pháp màng thì phương pháp lọc truyền thống vẫn được áp dụng rộng rãi cho các nhà máy xử lí n ước và đạt hi ệu quả cao. Đó cũng là n ội dung chuyên đề mà nhóm chúng tôi hướng đến “ Nghiên cứu về bể lọc nhanh trọng lực”
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Lịch sử lọc Một thế kỷ trước lọc nước hầu như không cần thiết. Các con sông th ường sạch s ẽ và không bị ô nhiễm. Nước được lấy từ sông bằng tay ho ặc bằng máy b ơm đ ơn gi ản và được sử dụng bởi con người mà không có bất kỳ hình thức thanh lọc nào. Do sự gia tăng dân số và ngành công nghiệp nước sông đã trở nên ô nhi ễm và thanh l ọc n ước tr ở nên cần thiết. Ban đầu bộ lọc cát chậm được sử dụng. các b ộ ph ận c ủa b ộ l ọc bao g ồm v ỏ lớn, có chứa cát, với một đường ống thoát n ước ở phía dưới. Sau đó, m ột l ượng n ước khổng lồ cần xử lý gây ra một mong muốn cho một kỹ thuật lọc nhanh hiệu quả hơn. Kỹ thuật mới này được gọi là lọc cát nhanh, trong đó yêu c ầu b ề m ặt l ọc ít h ơn r ất nhiều. Tuy nhiên, phương pháp lọc cát nhanh yêu cầu về người quản lý nhiều h ơn vì làm sạch các bộ lọc được thực hiện bằng cách rửa ngược mà đòi h ỏi phải có máy b ơm nước và không khí. Ngoài ra, việc xây dựng các nhà máy lọc phải đ ược thay đ ổi đ ể cho phép các bể lọc rửa ngược với nước và không khí. 1.2. Giới thiệu về quá trình lọc Lọc là quá trình truyền nước qua các lớp vật liệu để loại bỏ các hạt và các tạp ch ất khác, bao gồm các bông keo tụ từ nguồn nước đưa vào xử lý. Những tạp chất bao gồm các hạt lơ lửng ( bùn mịn và đất sét), vật chất sinh học ( vi khuẩn, sinh vật phù du, bào tử, u nang, hoặc vật chất khác) và các bông keo tụ. Các vật li ệu được s ử dụng trong các bộ lọc cung cấp nước công cộng bình thường là lớp cát, than đá, hoặc các dạng vật li ệu khác). Quá trình lọc có thể được phân thành 2 lo ại ( theo v ận t ốc l ọc) là: l ọc nhanh và lọc chậm. Lọc chậm là hình thức lọc đầu tiên. Được xây dựng b ời John Gibb c ủa Paisley, vào năm 1804 để xử lý nước cho phân xưởng tẩy tr ắng khu v ực Scotland. L ọc cát chậm được sử đầu tiên để xử lý nước cho sông Thames ở London vào năm 1820. T ừ khoảng những năm 1930 xử lý nước bởi keo tụ và lọc nhanh trọng lực ho ặc l ọc áp l ực có xu hướng thay thế lọc cát chậm trong một nhà máy xử lý nước, trong m ột s ố tr ường hợp lọc cát chậm được thay thế bằng bộ lọc nhanh trọng lực. Lọc có thể được so sánh như một cái rây ho ặc vi lọc mà gi ữ l ại các t ạp ch ất gi ữa các hạt lọc của lớp vật liệu lọc. Tuy nhiên, vì hầu hết các hạt lơ lửng có thể dễ dàng đi qua không gian giữa các hạt của lớp vật liệu lọc, hấp phụ là quá trình quan tr ọng nh ất trong lọc. Lọc chủ yếu phụ thuộc vào sự kết hợp của cơ chế vật lý và hóa học phức tạp, quan trọng nhất là sự hấp thụ. Sự hấp phụ là quá trình của các hạt dính vào bề m ặt c ủa các hạt lọc riêng lẻ hoặc vào các vật liệu lắng đọng trước đó. lực hút và giữ các hạt vào các hạt cũng giống như những người làm việc trong keo tụ và kết bông. Trong th ực t ế, keo tụ và kết bông có thể xảy ra trong các bể lọc, đặc bi ệt là n ếu keo t ụ và k ết bông tr ước
khi lọc không được kiểm soát đúng cách. chưa hoàn thành keo t ụ có th ể gây ra v ấn đ ề nghiêm trọng trong hoạt động của bộ lọc. 1.3. Phân loại lọc 1.3.1. Theo vật liệu lọc - Vật liệu lọc đơn (cát hoặc than) - Vật liệu lọc kép (than và cát) - Đa vật liệu lọc (than, cát, garnet) Bộ lọc đa lớp vật liệu lọc là loại lọc tốt hơn hết trong các loại lọc. Khối lượng lỗ rỗng có sẵn là tối đa ở đầu lọc và gi ảm dần đ ến m ức t ối thi ểu t ại d ưới cùng của bộ lọc. 1.3.2. Theo dòng chảy qua lớp vật liệu lọc Bộ lọc trọng lực: Mở cửa cho không khí. Dòng chảy qua lớp vật li ệu lọc đạt được bằng trọng lực Bộ lọc áp suất: Lớp vật liệu lọc được chứa trong bình chịu áp suất. Nước được chuyển giao cho bể chứa dưới áp lực. 1.3.3. Theo tốc độ lọc - Lọc cát nhanh - Lọc cát chậm 1.3.4. Theo cơ chế điều khiển dòng chảy - Tốc độ không đổi (áp suất liên tục hoặc áp suất thay đổi) - Tỷ lệ giảm dần ( áp suất liên tục hay áp suất thay đổi) 1.4. Bể lọc nhanh trọng lực 1.4.1. Giới thiệu về bể lọc nhanh trọng lực Các bộ lọc nhanh trọng lực thường được sử dụng trong xử lý b ề mặt ngu ồn cung c ấp nước. Nó bao gồm một cấu trúc để chứa các đơn vị, các lớp vật li ệu lọc b ộ, m ột h ệ thống thoát nước phía dưới, một hệ thống rửa lọc, và m ột h ệ th ống xử lý ch ất th ải. Diện tích lọc nên được chia thành ít nhất hai đơn vị riêng biệt để cho phép ho ạt đ ộng linh hoạt. Một số hình thức tiền xử lý nước thô, như lắng đọng trầm tích, thường là cần thiết. Trong quá trình lọc, nước chảy lên trên cùng của các l ớp vật liệu lọc và được điều khiển thông qua bằng trọng lực. Trong khi đi qua không gian nh ỏ h ẹp gi ữa các h ạt c ủa bộ lọc, các tạp chất được loại bỏ. Nước tiếp tục đường đi thông qua các sỏi h ỗ tr ợ, đi vào dưới hệ thống thoát nước hệ thống, và sau đó chảy vào hồ chứa. Nó là lớp vật li ệu lọc, bao gồm cát hoặc than antraxit, mà thực sự loại bỏ các tạp chất kh ỏi n ước. Các l ớp vật liệu lọc thường xuyên được làm sạch bằng một quá trình rửa ngược.[3] 1.4.2. Cơ chế của quá trình lọc: Cơ chế sàng: - Hạt> không gian lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc thì các tạp chất chèn ép ra kh ỏi l ớp v ật liệu lọc bằng phương pháp cơ học. - Hạt < không gian lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc thì các tạp chất b ị m ắc k ẹt l ại trên l ớp vật liệu lọc bởi sự tiếp xúc ngẫu nhiên. Lắng đọng trầm tích Hạt định cư trên các phương tiện lọc. Sự va chạm Hạt nặng sẽ không tuân theo các dòng chảy. Ngăn chặn Các hạt di chuyển dọc theo dòng nước được loại bỏ khi chúng ti ếp xúc v ới b ề m ặt c ủa môi trường lọc Độ bám dính Các hạt keo tụ gắn liền với lớp vật liệu lọc khi chúng đi qua lớp lớp vật liệu lọc. Sự hấp phụ (hóa học hoặc vật lý hoặc cả hai):
Khi một hạt đã được đưa vào tiếp xúc với bề mặt của lớp vật liệu lọc hoặc với các hạt khác. Keo tụ Hạt lớn vượt qua các hạt nhỏ hơn, gia nhập vào nhau, và hình thành nh ững ph ần t ử l ớn hơn. Tăng trưởng sinh học Tăng trưởng sinh học trong bộ lọc sẽ làm giảm khối lượng lỗ r ỗng và có th ể tăng cường việc loại bỏ các những hạt với bất kỳ cơ chế loại bỏ trên. Chất tập trung trên bề mặt của môi trường lọc + chất dinh d ưỡng có s ẵn → Sinh vật bắt đầu phát triển trên bề mặt của bộ lọc. Một tấm thảm được hình thành có chứa ch ất nhớt '' zoogleal '' sinh vật được gọi là '' Schmutzdecke ''.[9] 1.4.3. Vật liệu lọc Bảng 1.1: Đặc điểm của các vật liệu lọc điển hình Vật liệu Phạm vi kích Trọng lượng riêng thước (mm) Cát thông thường 0.5-0.6 2.6 Cát thô 0.7-3.0 2.6 Than antraxit / than đá 1.0-3.0 1.5-1.8 Sỏi 1.0-50 2.6 Hai yếu tố quan trọng để đánh giá và lựa chọn vật liệu lọc: - Yêu cầu về thời gian để loại bỏ độ đục thông qua các bể lọc. - Thời gian cần thiết cho các bộ lọc để hạn chế được tổn thất ban đầu. Nếu tổn thất áp lực được hạn chế thường xuyên và độ đục tăng đột ngột hi ếm khi xả ra thì kích thước vật liệu lọc lớn có thể được xem xét. Nếu độ đục thường xuyên tăng đột ngột và tổn thất ban đầu là hiếm khi gặp phải thì kích thước vật liệu lọc nhỏ có thể được xem xét. CHƯƠNG 2. LỌC CÁT NHANH TRỌNG LỰC Lọc cát nhanh trọng lực là một phương pháp vật lý làm sạch n ước uống trên m ức đ ộ tập trung ( hoặc bán tập trung). 2.1. Vật liệu lọc Các vật liệu lọc phổ biến trong lọc nhanh tr ọng lực là cát, trong đó phía trên có một lớp nguyên liệu than hoặc lớp tương tự như cát nhằm cung cấp khoảng không gian trống để
lưu trữ các tạp chất trong nước. Hỗn hợp lớp vật liệu lọc nâng cao h ơn n ữa, trong đó 1 lớp granet hoặc các vật liệu tương tự được đặt dày đặt dưới cát. Vật liệu trơ khác cũng có thể được sử dụng như: than hoạt tính, sỏi thường được sử dụng đ ể h ỗ tr ợ các phương tiện truyền bộ lọc, đặc tính mong muốn cho các vật liệu lọc như sau: • Đặc điểm thủy lực tốt (thấm); • Không phản ứng với các chất trong nước (trơ và dễ dàng để làm sạch); • Cứng và độ bền cao; • Loại bỏ tạp chất; • Không tan trong nước. Sỏi được sử dụng để hộ trợ các bộ lọc cát và cũng cần phải có những đặc đi ểm nh ư trên. Nó được tùy chỉnh cho đồng nhất với bộ lọc cát nhanh chóng cả về quy mô và hiệu quả. Một tiêu chuẩn Anh cho các đặc điểm kỹ thuật, phê duyệt và th ử nghi ệm các nguyên liệu lọc nhanh trọng lực đã được công bố bởi người Anh. Hi ệp h ội n ước và nước thải đã đề ra 6 tiêu chuẩn nhằm mục đích bao gồm t ất c ả các v ật li ệu d ạng h ạt được sử dụng trong lọc nhanh trọng lực, về các thông số c ần thi ết cho thành công trong hoạt động của hệ thống lọc bao gồm lọc ngược. Hình 2.1. Vật liệu lọc Bảng 2.1. Đặc điểm của vật liệu lọc Vật liệu Hình dáng Mật độ Độ rỗng (%) Đường kính tương đối hiệu dụng (mm) Cát silic Tròn 2.65 42 0.4-1.0 Cát silic Góc cạnh 2.65 53 0.4-1.0
Cát ottawa Hình cầu 2.65 40 0.4-1.0 Sỏi silic Tròn 2.65 40 1.0-50 Hồng 3.1-4.3 0.2=0.4 ngọc(garnet) Than antraxit Góc cạnh 1.50-1.75 55 0.4-1.4 nghiền nát Nhựa Lựa chọn đặc điểm bất kì Thông thường,vật liệu lọc cát nhanh chóng là cát. Tuy nhiên, hình th ức v ật li ệu l ọc khác được sử dụng vì những lý do cụ thể. Cát được xác định bởi: • Khoáng chất - thường là silic (còn gọi là thạch anh) • Kích thước tối thiểu - tất cả các hạt được giữ lại trên một cái rây đặc biệt • Kích thước tối đa - tất cả các hạt lọt qua sàng kích thước khẩu độ đặc biệt • d60 - đường kính trong đó 60% (theo khối lượng) của các hạt nhỏ hơn • d10 - đường kính trong đó 10% (theo khối lượng) của các hạt nhỏ hơn Hệ số • Tính đồng nhất – tỷ lệ d60 / d10 • hình dạng hạt - thường là phụ góc hoặc tròn 2.1.1. Đường kính hiệu dụng: Kích thước hạt là yếu tố đặc trưng chính ảnh hưởng đến hoạt động của bộ lọc. Nó ảnh hưởng đến tổn thất áp suất trong quá trình làm sạch nước, sự tích tụ c ủa tổn th ất áp suất trong vận hành bộ lọc
Hình 2.2 .Lớp vật liệu lọc trong lọc nhanh trọng lực Hình 2.3. Phân phối tần số tích lũy 2.1.2. Hệ số đồng nhất Hiệu quả kích thước và hệ số đồng nhất bị bỏ qua và tham số mới, kích th ước th ủy lực, được xác định. Các tham số này có thể được sử dụng trong tính toán các ngưỡng tầng sôi, các điểm rửa ngược nơi thủy lực ( áp lực) mất qua vật liệu lọc. Phân tích rây sàng: • Tấm sàng được đặt trong thứ tự tăng dần với m ở lớn nhất trên đ ầu và m ở nh ỏ về phía dưới.
• Vừa được đặt trên rây trên và các ngăn xếp chồng lên nhau rung chuyển trong 1 thời gian quy định. • Vào cuối giai đoạn run khối vật liệu giữ lại trên mỗi sàng được xác định • Khối lượng tích lũy được ghi lại và chuyển đổi thành tỷ lệ phần trăm theo kh ối lượng bằng hoặc nhỏ hơn kích thước chia tách của rây nằm phía trên. Bằng cách phân tích rây sàng ta có: • d10 (kích thước hiệu dụng): kích thước mở sàng trong cho phép 10% các hạt đi qua lớp vật liệu lọc. • d60 (kích thước hiệu dụng): kích thước mở sàng trong cho phép 60% các hạt đi qua lớp vật liệu lọc. Vậy hệ số đồng nhất (d60 / d10) . 2.1.3. Độ rỗng Thông số quan trọng khác là tính toán được mật độ vật chất ho ặc độ rỗng của vật li ệu lọc vì nó được biết đến một cách phổ biến hơn. Độ rỗng phụ thuộc vào hình dạng của các hạt. Hạt tròn thường có độ rỗng nhỏ hơn và có thể đ ược r ửa sạch ở t ốc đ ộ r ửa ngược thấp. Than antraxit là một loại vật liệu nghi ền nát, là m ột ví d ụ t ốt v ề v ật li ệu lọc có độ xốp cao, nó đã được sử dụng từ lâu. Trong quá trình lọc, rửa ngược có thể quan tr ọng hơn so v ới giai đo ạn l ọc v ề phía trước. Nếu tốc độ rửa ngược là quá cao, vật li ệu l ọc có th ể b ị m ất nhanh chóng. N ếu nó quá thấp, hiệu quả làm sạch sẽ giảm đột ngột, bộ lọc sẽ không còn được làm sạch đúng và hiệu suất lọc sẽ nhanh chóng xấu đi. Trình t ự r ửa ng ược ph ải đ ược l ựa ch ọn phù hợp với vật liệu sử dụng, nhiệt độ nước rửa ngược, trình tự rửa ngược phải được điều chỉnh nếu vật liệu lọc có kích thước, mật độ hoặc tỷ lệ l ỗ rỗng khác nhau. L ựa chọn vật liêu lọc thích hợp để lọc trọng lực nhanh chóng phụ thu ộc vào nguồn n ước, chất lượng thiết kế bộ lọc và dự đoán tốc độ. Nhìn chung, vật li ệu l ọc đ ồng nh ất tích tụ tổn thất ban đầu chậm hơn. Truyền bộ lọc với tính đồng nhất với hệ số dưới 1.5 là dễ dàng .Vật liệu lọc với tính đồng nhất ít hơn 1.3 chỉ có với chi phí cao. Đ ặc đi ểm c ủa vật liệu lọc điển hình được đưa ra trong bảng sau.
Hình 2.4. Lọc cát nhanh trọng lực 2.2. Thiết kế bể lọc cát nhanh trọng lực Mặt cắt của một bộ lọc trọng lực được thể hiện trong hình bên dưới. Trong l ọc, n ước đi vào phía trên lớp vật liệu lọc thông qua một máng vào. Sau khi đi xuống thông qua các lớp vật liệu dạng hạt (24-30 inch dày) và lớp sỏi hỗ trợ, nó được thu thập trong hệ thống rãnh ngầm và thải qua các ống rãnh ngầm. Trong quá trình r ửa ng ược, n ước r ửa đi lên trên qua bộ lọc nơi các tạp chất tích lũy trong l ớp vật liệu . Sau khi đi vào đường ống rãnh ngầm, nó được phân phối bởi rãnh ngầm chảy tr ở lên, b ằng th ủy l ực m ở r ộng lớp vật liệu. Các nước được thu gom trong các máng rửa nước để xả vào máng đầu ra. Trong rửa ngược, tay khuấy xoay và phun nước vào lớp vật liệu lọc để mở rộng, nới lỏng lớp vật liệu lọc. Xây dựng hệ thống lọc trọng lực điển hình của m ột m ột nhà máy x ử lý n ước đ ược minh họa trong hình bên dưới. Các bộ lọc được đặt trên cả hai m ặt c ủa m ột hành lang ống có chứa đầu vào và đầu ra đường ống, đường dây đ ầu vào r ửa n ước, r ửa n ước cống rãnh. Hành lang được trang bị bởi một tầng điều hành, n ơi kiểm soát b ảng đi ều khiển đặt gần bộ lọc. Nước xử lý sạch được lưu trữ dưới một phần của khu vực lòng lọc.
Hình 2.5. Hệ thống lọc nhanh trọng lực điển hình trong xử lý nước 2.2.1. Ước tính độ sâu của cát Độ sâu của lớp cát nên được đảm bảo sao cho các bông keo tụ không v ượt qua l ớp cát lọc. Thông thường, độ sâu của cát thay đổi từ 60 đến 90 cm.
Hình 2.6. Lớp cát và sỏi trong bể lọc Các bước để ước tính thiết kế độ sâu của cát: Độ sâu của cát có thể được đối chiếu với sự tăng các bông keo tụ qua l ớp cát l ọc, tính toán độ sâu tối thiểu theo yêu cầu của công thức Hudson: Q*D3*H / L = Bi * 29.323 Trong đó:  Q = Vận tốc lọc, m3 / m2 / h  D = Đường kính cát, mm  H = Tổn thất áp lực giai đoạn cuối, m  L = chiều sâu của lớp cát, m  Bi = phá vỡ chỉ số có giá trị dao động trong kho ảng 0,00004-,006 tùy thu ộc vào phản ứng đến đông tụ và mức độ tiền xử lý trong bộ lọc chảy đến. 2.2.2. Kích thước lớp sỏi đỡ : Vật liệu cát lọc được nâng đỡ bởi lớp sỏi đỡ phía dưới. Sỏi đỡ phải là các hạt có d ạng khối đa giác, hoặc hình cầu; có đủ độ bền, độ cứng để không là giảm ch ất l ượng trong quá trình bốc xếp và sử dụng . Sỏi đỡ không được lẫn đất sét, di ệp th ạch ho ặc các t ạp chất hữu cơ . Tổng chiều sâu của lớp sỏi đỡ thay đổi 45- 60 cm và thường được cấu tạo từ các lớp sau đây: Bảng 2.2: Kích thước và chiều sâu của lớp sỏi đỡ Lớp Độ sâu Cỡ hạt Lớp trên cùng 15 cm 2mm – 6mm
Lớp giữa 15 cm 6mm – 12mm Lớp trung gian 15 cm 12mm – 20mm Lớp dưới 15 cm 20mm – 50mm Để hạn chế sự xáo trộn của lớp sỏi do tốc độ rửa lọc cao trong su ốt th ời gian r ửa nên có m ột lớp đá có độ dày từ 6cm đến 8cm được đặt ở trên của lớp sỏi. 2.2.3. Ước tính phân phối kích thước cỡ hạt : Kích thước giả thiết của hạt là 2mm ở lớp trên và 50mm ở l ớp phía d ưới. Đ ộ sâu c ần thiết ( l ) tính bằng cm của một lớp sỏi thành phần và cỡ hạt ( d ) tính bằng mm có th ể được xác định từ công thức thực nghiệm sau đây: l = 2.54 * k * ( log d ) Trong đó k thay đổi từ 10 đến 14 2.2.4. Tính toán thiết kế máng nước rửa Máng nước rửa được cung cấp ở trên cùng của bộ lọc để thu lại n ước r ửa sau khi nó nổi lên từ cát và tiến hành thu nó vào cống ho ặc rãnh nước rửa. Chúng là máng RI ho ặc máng RCC kéo dài theo chiều ngang ho ặc chi ều dài c ủa b ể ch ứa. Đáy c ủa máng đ ược giữ trên đỉnh của cát đã mở rộng để ngăn chặn khả năng m ất mát c ủa cát cát trong r ửa ngược. Đồng thời mép trên của máng nên được đặt đ ủ gần bề m ặt c ủa cát đ ể m ột s ố lượng lớn nước bẩn được đưa ra ngoài hoàn toàn sau hoàn thành r ửa .Các máng ph ải đ ủ lớn để thu nhận tất cả các nước gửi đến. Bất kỳ sự ngập n ước của rãnh n ước sẽ làm giảm hiệu quả của rửa. Đáy của máng được giữ ít nhất 5cm trên đỉnh cao nhất c ủa cát .Các khoảng cách của máng nước rửa nằm trong khoảng 1,5-2 cm. Hình 2.7. Khoảng cách máng rửa Khoảng cách giữa các máng = chiều rộng của máng / số máng Xả mỗi máng = tổng lưu lượng / số lượng máng Độ sâu lớp nước ở phía trên được đưa ra bởi Q = 1,376 * b * y3 / 2 Trong đó:  y: độ sâu của lớp nước  b: Chiều rộng của máng Độ sâu của đáy = chiều cao tự do + độ sâu của nước 2.2.5. Thiết kế hệ thống thu nước lọc bên dưới: Hệ thống thu nước lọc phía dưới có nhiệm vụ sau: • Thu và phân phối nước lọc trên toàn bộ diện tích bể. • Cung cấp và phân phối nước cho quá trình rửa l ọc mà không làm xáo tr ộn l ớp vật liệu lọc và lớp sỏi đỡ. Có rất nhiều loại máng thu, nhưng trong chuyên đề này ta thi ết kế cho h ệ th ống phân phối nước lọc bằng hệ thống ống đục lỗ. Hệ thống này bao gồm một ống chính và các
ống nhánh ở hai bên. Trong bài này, sự chênh lệch phần trên của bể được gi ảm thiểu bằng cách giữ vận tốc trong đường ống và ống dẫn trong kho ảng thích h ợp và đ ường kính , số lượng và khoảng cách giữa các lỗ phải thích h ợp. Kho ảng cách gi ữa các tr ục của ống nhánh lấy từ 15 đến 30cm . Đường kính các lỗ từ 6 đến 12mm, các ống nhánh được khoan hai hàng lỗ phân phối so le ở nữa bên dưới và có hướng tạo thành m ột góc 300 với phương thẳng đứng. Đặt hệ thống ống đục lỗ phía dưới lớp sỏi đỡ và trên kh ối bê tông cách khoảng 4cm so với đáy bể lọc. Hệ th ống này có t ốc đ ộ dòng ch ảy kho ảng 700 l/ phút. m2 để rửa ngược. Hình 2.8. Hệ thống thu nước lọc phía dưới. Giá trị của các thông số trong hệ thống thoát nước phía dưới: • Tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính của ống nhánh không được vượt quá 60 . Khoảng cách giữa các ống nhánh lấy từ 150 đến 300mm. • Đường kính lỗ phân phối lấy từ 5 đến 12mm. • Khoảng cách giữa các lỗ thay đổi từ 80mm đến 200mm. • Tỷ lệ tổng diện tích lỗ phân phối trong hệ thống thoát nước so v ới t ổng di ện tích mặt cắt ngang của ống nhánh không nên vượt quá 0.5 – 0.25. • Tỷ lệ tổng diện tích lỗ trong hệ thống thoát nước trên toàn b ộ di ện tích b ể l ọc thấp từ 0.002 – 0.003. • Diện tích ống phân phối tốt nhất là từ 1.5 đến 2 lần tổng diện tích ống nhánh nhằm giảm thiểu tổn thất ma sát và nước được phân phối tốt nhất. 2.2.6. Tính toán tổn thất áp suất trong bộ lọc Tổn thất áp suất trong thau rửa bộ lọc được tính toán bằng cách sử d ụng ph ương trình sau đây: h= Trong đó:  Le = Chiều sâu giãn nở lớp vật liệu lọc, m  εe =Giãn nở độ rỗng của lớp vật liệu lọc, không thứ nguyên  ρ = Tỷ trọng nước; kg / m3
 ρs = Tỷ trọng các hạt lọc; kg / m3 [8] 2.3. Thau rửa bể lọc 2.3.1. Giới thiệu chung về thau rửa bể lọc Khi bộ lọc bắt đầu tắc nghẽn từ chất rắn tích lũy, nước đi qua sẽ giảm. Vào một lúc nào đó, việc thau rửa lọc phải được tiến hành. Bộ lọc hoạt động bình th ường tr ước khi làm sạch là từ một vài giờ đến 2 ngày. Làm sạch được thực hiện bằng cách đảo ngược dòng chảy của nước để bộ lọc, hoặc rửa ngược. Hình 3.1. Qúa trình vận hành lọc và thau rửa lọc Rửa ngược không chỉ quan trọng đối với hoạt động của một bộ l ọc, nó là n ền t ảng cho chất lượng nước ra khỏi bộ lọc. Sớm hay muộn, tất cả bộ lọc c ần phải đ ược r ửa ngược hoặc thay thế. Hình 3.2. Quá trình thau rửa bể lọc trong lọc cát nhanh trọng lực
Hầu hết các hệ thống xử lý nước sử dụng bộ lọc để lựa chọn, gi ữ lại, ho ặc tập h ợp các hạt từ dòng chảy đến. Khi các lỗ rỗng của bộ lọc bị tắc, chúng c ần phải đ ược làm sạch. Một trong những cách tốt nhất để làm sạch bộ lọc hệ th ống xử lý n ước là rửa ngược nó, có nghĩa là đảo ngược dòng chảy và tăng tốc đ ộ mà t ại đó n ước chuy ển l ại thông qua bộ lọc. Mặc dù mỗi bộ lọc có đặc điểm riêng, các nguyên t ắc c ủa r ửa ng ược là tương tự cho tất cả các bộ lọc. Một thành phần quan trọng để ho ạt động r ửa ngược bộ lọc hiệu quả là sử dụng nước sạch, thường ra khỏi cũng sạch. Hình bên d ưới cho thấy quá trình rửa ngược. Bể lọc nhanh trọng lực – bể lọc cát nhanh trọng lực, một lớp , hai lớp hay nhiều lớp vật liệu lọc - yêu cầu làm sạch định kỳ để loại bỏ các chất rắn tích lũy. Trong su ốt chu trình làm sạch, hoặc rửa ngược, dòng chảy bị đảo ngược và tốc độ dòng chảy là 13-20 gals / m2 / phút được dẫn qua bể để loại bỏ chất rắn tích lũy. Trong quá trình này, các bể đã mở rộng trở thành chất lỏng trong bể được giãn nở để loại bỏ của các chất r ắn tích lũy. Tốc độ rửa ngược phụ thuộc vào một số yếu tố liên quan đến thiết kế bể l ọc và nhiệt độ nước. Thông thường, tốc độ rửa ngược sẽ trong khoảng 15-17 gals / m 2/ phút. Các kỹ sư tư vấn chịu trách nhiệm về thiết kế nhà máy hoặc nhà cung c ấp thi ết b ị l ọc thông thường sẽ cung cấp một đường cong để xác định tốc độ rửa ngược thích hợp dựa trên thiết kế bể lọc chi tiết. Hình dưới đây là một ví dụ của đường cong. Hình 3.3. Tốc độ rửa ngược với nhiệt độ nước
Hình 3.4. Quá trình thau rửa lọc 2.3.2. Kỹ thuật thau rửa bể lọc ( rửa ngược). Rửa ngược cho đến khi nước sạch (miễn là có đủ nước sạch để r ửa ngược). H ầu h ết các hệ thống đều có số lượng giới hạn của nước sạch, đó là lý do tại sao không đ ể b ộ lọc quá bẩn hoặc quá thời gian quy định cho vận hành b ộ l ọc. M ột s ố h ệ th ống nh ỏ không sử dụng nhiều nước khi rửa ngược vì họ có thể có lượng n ước gi ới hạn để làm sạch bộ lọc, hoặc hệ thống có thể phải đối phó với hạn hán và phải ti ết kiệm nhi ều nước. Tuy nhiên, hệ thống cần phải cung cấp đủ n ước để làm sạch bộ lọc đ ể đ ảm b ảo chất lượng nước tốt cho khách hàng. Có một số kỹ thuật có thể được sử dụng để nâng cao hoặc đẩy nhanh quá trình r ửa ngược: • Thêm một hệ thống rửa trên bề mặt. Hệ thống này là một lo ạt các vòi phun nước có thể được cố định hoặc một thiết bị quay vòng và đến vào đầu c ủa chu kỳ rửa ngược và thường kết thúc trước giữa của chu kỳ. Cũng có thể m ột lo ạt các vòi phun nước trong lớp vật liệu lọc (rửa dưới bề mặt) mà đến l ớp vật liệu lọc là hoàn toàn hóa lỏng (rửa ngược đầy đủ ). Dòng chảy cho vòi phun cố định nên có hai lít m ỗi phút m ỗi foot vuông và 0,5 lít mỗi phút mỗi foot vuông để xoay hệ thống. • Thêm một hệ thống xói khí. Hệ thống này là m ột lo ạt các ống dẫn khí nh ỏ b ằng máy khuếch tán ở dưới cống hoặc cao hơn dưới cống mà thổi không khí không b ị ô nhiễm để giúp bóng bùn bị phá vỡ. • Luôn luôn phun bên trong những bức tường lọc xuống với n ước sạch sử dụng uống được trong quá trình rửa ngược trên tốc độ lọc nhanh trọng lực. • Tăng hoặc thay đổi tỷ lệ rửa ngược, nhưng không quá nhiều khi đá s ỏi h ỗ tr ợ có thể bị dời chỗ và tạo ra một vấn đề lớn.
2.3.3. Quy định đối với thau rửa bộ lọc. Các bộ lọc nên được rửa ngược khi có các điều kiện sau đây: • Tổn thất áp lực quá cao mà bộ lọc không còn sản xuất đ ược n ước theo t ỷ l ệ mong muốn; • Các bông keo tụ liên tục tăng vượt qua các bộ lọc và độ đục trong b ộ l ọc n ước thải tăng; • Thời gian chạy bộ lọc đạt đến một giờ nhất định của hoạt động. • Nếu một bộ lọc được lấy ra khỏi hệ thống cho một số lý do, nó phải luôn luôn được rửa ngược trước được đưa trở lại trực tiếp. Quy định đối với thau rửa lọc: • Một tỷ lệ rửa ngược tối thiểu 15 gallon / phút / ft 2 hoặc với tốc độ tối thiểu để giãn nở 50% lớp vật liệu lọc. Tỷ lệ giảm xuống còn 10 gallon / phút / ft 2 có thể chấp nhận cho bộ lọc than antraxit đủ sâu hoặc bộ lọc than hoạt tính dạng hạt. • Nước đủ để rửa ngược 1 bộ lọc cho ít nhất 15 phút với tốc độ thi ết kế rửa ngược. • Điều chỉnh máy hoặc van điều khiển cho mỗi bộ lọc để có được tốc độ rửa lọc mong muốn. • Tốc độ của mỗi dòng chảy trên đồng hồ của dòng nước rửa chính bố trí sao cho nó dễ dàng đọc bởi người vận hành trong quá trình rửa lọc trở lại. • Thiết kế để ngăn chặn những thay đổi nhanh chóng trong dòng nước rửa ngược
Hình 3.5. Thau rửa lọc 2.3.4. Chu trình rửa ngược( thau rửa lọc) Rửa ngược là một bước rất quan trọng trong hoạt động c ủa một bộ lọc. Nếu b ộ l ọc không rửa ngược hoàn toàn, nó sẽ dần dần phát triển các vấn đề trong quá trình ho ạt động. Muốn bộ lọc hoạt động hiệu quả, nó phải được làm sạch trước khi vận hành lọc. Nước sử dụng trong chu trình rửa ngược là nước đã qua x ử lý, và th ường đ ược l ấy t ừ bể chứa cao hoặc bơm vàotừ dòng nước đã làm sạch tốt. Trong quá trình lọc, các lớp vật liệu của bộ lọc tr ở nên b ị ph ủ một l ớp các bông keo t ụ, bịt kín các lỗ rỗng giữa các hạt, làm cho các bộ lọc làm sạch khó khăn. Các l ớp v ật li ệu lọc phải được mở rộng để làm sạch bộ lọc trong quá trình rửa ngược. Sự m ở r ộng này gây ra các hạt lọc chà xát dữ dội với nhau để đánh bật các các bông keo tụ từ cáclớp v ật liệu lọc. Tỷ lệ thau rửa lọc có thể đủ lớn để mở rộng và khuấy động các l ớp vật li ệu lọc và giữ lại các bông keo tụ trong nước để loại bỏ. Tuy nhiên, nếu vận tốc rửa ngược quá cao, lớp vật liệu lọc sẽ được rửa sạch từ bộ lọc xu ống đáy và ra kh ỏi b ộ l ọc. M ột tỷ lệ ngược bình thường là giữa 15-23 gpm mỗi ft 2 diện tích bề mặt lọc. Trong hầu hết các trường hợp, tốc độ rửa ngược bộ lọc sẽ không phá vỡ các khối trên cùng c ủa b ộ lọc. Các kỹ sư thiết kế khuyên bạn nên lắp đặt một lo ại hình r ửa b ề m ặt, ph ổ bi ến nhất là một tập hợp các cánh khuấy được treo trên các l ớp vật li ệu l ọc trong quá trình lọc. Trong khi rửa ngược, các lớp vật liệu lọc mở rộng lên trên và xung quanh cánh khuấy rửa ngược. Một phương pháp mới hơn của rửa bề mặt liên quan đ ến vi ệc s ử dụng xói khí trước khi rửa nước. Đây là một phương pháp rất hi ệu qu ả nh ưng đòi h ỏi việc lắp đặt một máy thổi khí lớn để sản xuất khí. Thi ết kế bình th ường đ ối v ới không khí rửa sẽ là 2-5 feet khối khí mỗi ft2 diện tích lọc. 2.3.5. Các phương pháp thau rửa lọc Trong nhiều năm, người ta tin rằng các bộ lọc nhanh chóng ph ải đ ược r ửa r ất nh ẹ nhàng để không loại bỏ các màng sinh học được bao phủ lớp vật li ệu lọc. Tuy nhiên, trong những năm đầu của thế kỷ 20, nó đã được đánh giá cao là m ột l ớp v ật li ệu l ọc của bộ lọc sạch xử lý tốt hơn so với một lớp vật liệu lọc bao phủ bằng l ớp màng sinh