Hệ thống lọc thô: Cấu tạo, nguyên lý, phân loại và ứng dụng

Hệ thống lọc thô là công đoạn tiền xử lý quan trọng trong nhiều hệ thống xử lý nước, có nhiệm vụ loại bỏ cặn, chất rắn lơ lửng và các tạp chất có kích thước tương đối lớn trước khi nước đi vào các công đoạn xử lý tiếp theo. Tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu cầu đầu ra, hệ thống có thể sử dụng cát thạch anh, sỏi đỡ, than hoạt tính, cát mangan hoặc các vật liệu lọc chuyên dụng.

1. Hệ thống lọc thô là gì?

Hệ thống lọc thô là hệ thống sử dụng thiết bị lọc và các lớp vật liệu lọc để loại bỏ những tạp chất cơ học, cặn lơ lửng và một phần chất ô nhiễm trong nước. Thông thường trong các hệ thống xử lý nước cấp, hệ thống lọc thô được đặt ở đầu nguồn hoặc đầu dây chuyền xử lý nước, trước các công đoạn lọc tinh và xử lý chuyên sâu.

Nước đầu vào được phân phối qua lớp vật liệu lọc. Trong quá trình này, các hạt cặn được giữ lại trong khoảng rỗng giữa các hạt vật liệu hoặc trên bề mặt lớp lọc. Nước sau lọc tiếp tục được thu gom và chuyển sang công đoạn xử lý tiếp theo.

Khác với lọc tinh hoặc các công nghệ xử lý chuyên sâu, lọc thô chủ yếu tập trung vào việc giảm cặn và độ đục, không có khả năng loại bỏ hoàn toàn các chất hòa tan, vi sinh vật hoặc các ion đặc thù nếu không kết hợp thêm công nghệ phù hợp.

Trong một hệ thống xử lý nước hoàn chỉnh, lọc thô thường được bố trí ở giai đoạn đầu nhằm:

• Loại bỏ cặn và chất rắn lơ lửng.
• Giảm độ đục của nước.
• Hạn chế cặn bám trong đường ống và thiết bị.
• Bảo vệ các công đoạn xử lý phía sau.
• Nâng cao hiệu quả và tuổi thọ của thiết bị xử lý nước.

2. Cấu tạo của hệ thống lọc thô

Tùy vào công suất và mục đích sử dụng, cấu tạo hệ thống lọc thô có thể khác nhau. Tuy nhiên, một hệ thống cơ bản thường gồm các bộ phận sau:

2.1. Thiết bị lọc

Thiết bị lọc có thể được chế tạo từ composite, inox, thép hoặc các vật liệu phù hợp với điều kiện vận hành.

Đối với hệ thống có công suất nhỏ, thiết bị lọc thường có kích thước gọn và vận hành tương đối đơn giản. Với hệ thống công nghiệp, bồn lọc có thể được thiết kế với kích thước lớn, kết hợp bơm, van điều khiển và hệ thống rửa lọc.

Về phương thức vận hành, phổ biến có lọc áp lực và lọc trọng lực.

2.2. Các lớp vật liệu lọc

Vật liệu lọc quyết định đáng kể đến hiệu quả của hệ thống. Một số vật liệu thường được sử dụng gồm:

• Sỏi đỡ: Bố trí ở phía dưới, có tác dụng nâng đỡ lớp vật liệu phía trên và hỗ trợ phân phối, thu nước.
• Cát thạch anh: Giữ lại cặn lơ lửng và các hạt có kích thước tương đối lớn.
• Cát mangan: Có thể được sử dụng trong hệ thống xử lý nước có yêu cầu xử lý sắt, mangan, tùy thuộc vào điều kiện nguồn nước.
• Than hoạt tính: Hỗ trợ hấp phụ một số chất hữu cơ, màu, mùi và một số hợp chất gây ảnh hưởng đến chất lượng nước.
• Vật liệu lọc chuyên dụng: Được lựa chọn dựa trên thành phần và mục tiêu xử lý cụ thể.

Không phải hệ thống nào cũng cần sử dụng đầy đủ các loại vật liệu trên. Việc lựa chọn vật liệu cần dựa trên kết quả phân tích nguồn nước và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý.

2.3. Hệ thống phân phối và thu nước

Hệ thống phân phối có nhiệm vụ đưa nước vào thiết bị và phân bố tương đối đồng đều trên diện tích lớp lọc. Ở phía dưới thiết bị thường bố trí hệ thống thu nước. Bộ phận này giúp thu nước sau khi đi qua các lớp vật liệu lọc và hạn chế hiện tượng cuốn trôi vật liệu ra ngoài.

2.4. Thiết bị phụ trợ

Một hệ thống lọc thô công nghiệp có thể được trang bị thêm:

• Bơm cấp nước.
• Van điều khiển.
• Đồng hồ đo áp suất.
• Đường ống cấp, xả và rửa lọc.
• Tủ điện điều khiển.
• Thiết bị đo lưu lượng.
• Hệ thống điều khiển tự động.

Việc lựa chọn thiết bị phụ trợ phụ thuộc vào công suất, chế độ vận hành và mức độ tự động hóa của hệ thống.

3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc thô

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc thô tương đối đơn giản. Nước được đưa vào thiết bị lọc và đi qua các lớp vật liệu theo chiều thiết kế.

Đối với hệ thống lọc dạng dòng chảy từ trên xuống (hay còn được gọi là downflow) nước đi vào phía trên thiết bị, chảy từ trên xuống qua các lớp vật liệu lọc. Trong quá trình này, cặn và chất rắn lơ lửng được giữ lại trong lớp lọc. Nước sau lọc được thu tại bộ phận thu nước phía dưới và dẫn sang công đoạn tiếp theo.

Có thể mô tả quy trình cơ bản như sau: Nước đầu vào > Phân phối nước > Lớp vật liệu lọc > Giữ cặn > Thu nước > Nước sau lọc

Sau một thời gian vận hành, lượng cặn tích tụ trong vật liệu ngày càng nhiều, làm tăng tổn thất áp suất và giảm khả năng lọc. Khi đó cần thực hiện rửa ngược để loại bỏ cặn tích tụ và phục hồi khả năng làm việc của lớp vật liệu.

Chu kỳ rửa lọc không cố định mà phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào, tải lượng cặn, tốc độ lọc và điều kiện vận hành thực tế.

4. Các loại hệ thống lọc thô phổ biến

Dưới đây là một số loại hệ thống lọc thô phổ biến: 

4.1. Hệ thống lọc thô bằng cát/lọc đa tầng

Đây là dạng lọc phổ biến, sử dụng cát lọc làm vật liệu chính để giữ lại cặn và chất rắn lơ lửng trong nước. Hệ thống có cấu tạo tương đối đơn giản, dễ vận hành và có thể ứng dụng trong xử lý nhiều loại nguồn nước.

4.2. Hệ thống lọc sắt - mangan

Hệ thống lọc này thường được sử dụng ở những nơi có Fe và Mn cao. Vật liệu có thể là cát mangan hoặc các loại vật liệu xúc tác chuyên dụng.

4.3. Hệ thống lọc than hoạt tính

Hệ thống này có vai trò giảm mùi, giảm màu, hấp phụ một phần hợp chất hữu cơ, khử Clo dư. lọc than hoạt tính thường được bố trí sau các công đoạn lọc thô/lọc đa tầng để giảm tải cặn cho lớp than, hoặc đặt ở cuối dây chuyền khi cần xử lý hoàn thiện chất lượng nước.

4.4. Hệ thống lọc đĩa

Bộ lọc gồm nhiều đĩa có các rãnh nhỏ ép sát nhau. Nước đi qua các khe giữa đĩa và cặn được giữ lại. Hệ thống này thường được lắp đặt trong nước mặt, nước tưới, nước tuần hoàn và hệ thống tiền xử lý

4.5. Các hệ thống khác

Ngoài những hệ thống lọc thô trên còn có các loại hệ thống như hệ thống lọc lưới, hệ thống lọc tự động rửa, hệ thống lọc dạng túi,....

5. Ứng dụng của hệ thống lọc thô

Hệ thống lọc thô được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực xử lý và cấp nước, chẳng hạn:

• Xử lý nước giếng khoan.
• Xử lý nước mặt.
• Lọc nước cấp sinh hoạt.
• Tiền xử lý nước cho hệ thống RO.
• Tiền xử lý nước sản xuất.
• Xử lý nước trong ngành thực phẩm và đồ uống.
• Xử lý nước phục vụ sản xuất công nghiệp.
• Lọc nước trước các công đoạn khử khoáng hoặc xử lý chuyên sâu.

6. Ưu điểm và hạn chế của hệ thống lọc thô

Hệ thống lọc thô cũng có một số ưu điểm và điểm hạn chế như sau:

Ưu điểm

• Cấu tạo tương đối đơn giản.
• Dễ vận hành và bảo trì.
• Có thể xử lý nhiều mức công suất khác nhau.
• Chi phí vận hành tương đối thấp.
• Có khả năng giảm cặn và độ đục.
• Hỗ trợ bảo vệ các thiết bị xử lý phía sau.

Hạn chế

• Hệ thống lọc thô không phải là giải pháp xử lý toàn diện cho mọi nguồn nước. Công nghệ này chủ yếu loại bỏ cặn và một số tạp chất cơ học, trong khi nhiều chất ô nhiễm hòa tan cần được xử lý bằng công nghệ chuyên biệt.
• Ngoài ra, vật liệu lọc sẽ tích tụ cặn sau một thời gian vận hành nên cần rửa lọc định kỳ. Nếu không được bảo trì đúng cách, hiệu quả lọc có thể giảm và gây ảnh hưởng đến các công đoạn phía sau.

7. Khi nào cần sử dụng hệ thống lọc thô?

Việc bố trí hệ thống lọc thô thường cần được xem xét khi nguồn nước có hàm lượng cặn, chất rắn lơ lửng hoặc độ đục cao.

Đặc biệt, hệ thống nên được cân nhắc trong các trường hợp:

• Nước giếng chứa nhiều cát và cặn.
• Nước mặt có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao.
• Nguồn nước cần giảm độ đục trước khi xử lý sâu hơn.
• Hệ thống sử dụng màng RO, UF hoặc các thiết bị nhạy cảm với cặn.
• Cần giảm tải cho các công đoạn xử lý phía sau.

8. Một số yếu tố cần lưu ý khi thiết kế hệ thống lọc thô

Để hệ thống hoạt động ổn định, quá trình thiết kế cần xem xét nhiều yếu tố:

• Lưu lượng nước xử lý: Lưu lượng quyết định kích thước thiết bị, diện tích lớp lọc, đường ống và công suất bơm.
• Chất lượng nước đầu vào: Cần xác định các thông số như độ đục, chất rắn lơ lửng, sắt, mangan, màu, mùi và các thành phần liên quan để lựa chọn vật liệu phù hợp.
• Loại và chiều cao lớp vật liệu: Mỗi loại vật liệu có đặc tính và mục đích sử dụng khác nhau. Chiều cao lớp lọc cũng cần được tính toán phù hợp với tốc độ lọc và chu kỳ vận hành.
• Tốc độ lọc: Tốc độ lọc quá cao có thể làm giảm hiệu quả giữ cặn hoặc gây cuốn trôi vật liệu. Ngược lại, tốc độ quá thấp có thể làm tăng kích thước thiết bị và chi phí đầu tư.
• Chu kỳ rửa lọc: Cần xác định phương án rửa lọc phù hợp với lượng cặn tích tụ và đặc tính vật liệu.
• Điều kiện mặt bằng: Kích thước thiết bị, vị trí bơm, đường ống, không gian thao tác và khu vực xả nước rửa lọc đều cần được tính toán ngay từ giai đoạn thiết kế.

9. Vận hành và bảo trì hệ thống lọc thô

Trong quá trình vận hành, cần thường xuyên theo dõi áp suất, lưu lượng và chất lượng nước sau lọc.

Khi chênh lệch áp suất tăng hoặc lưu lượng giảm do cặn tích tụ, cần tiến hành rửa ngược theo quy trình vận hành của thiết bị.

Bên cạnh đó, cần định kỳ kiểm tra:

• Tình trạng vật liệu lọc.
• Van và đường ống.
• Hệ thống phân phối và thu nước.
• Bơm cấp nước.
• Đồng hồ áp suất.
• Chất lượng nước đầu ra.

10. Chi phí đầu tư hệ thống lọc thô

Chi phí đầu tư không có một mức cố định mà phụ thuộc vào quy mô và cấu hình của từng hệ thống.

Một số yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí gồm:

• Công suất xử lý.
• Kích thước và vật liệu chế tạo thiết bị.
• Loại vật liệu lọc.
• Khối lượng vật liệu lọc.
• Công suất bơm.
• Hệ thống van và đường ống.
• Mức độ tự động hóa.
• Điều kiện lắp đặt thực tế.

Do đó, để xác định chi phí tương đối chính xác, cần khảo sát nguồn nước, lưu lượng, yêu cầu xử lý và điều kiện mặt bằng trước khi lựa chọn cấu hình.

Hệ thống lọc thô là công đoạn tiền xử lý quan trọng, giúp loại bỏ cặn, chất rắn lơ lửng và giảm độ đục trước khi nước đi vào các công đoạn xử lý chuyên sâu. Việc lựa chọn thiết bị, vật liệu lọc và thông số vận hành cần dựa trên chất lượng nguồn nước, lưu lượng và yêu cầu nước sau xử lý.

Đối với các hệ thống có yêu cầu xử lý cao như UF, RO, trao đổi ion hoặc các dây chuyền xử lý nước công nghiệp, thiết kế đúng công đoạn lọc thô ngay từ đầu sẽ góp phần bảo vệ thiết bị phía sau và duy trì hiệu quả vận hành ổn định.

Quý Doanh nghiệp có nhu cầu tư vấn, thiết kế, thi công và lắp đặt hệ thống xử lý nước cấp cho doanh nghiệp của mình xin vui lòng liên hệ trực tiếp Hotline: 0938.857.768 hoặc Để Lại Thông Tin tại Form Tư Vấn để được hỗ trợ tận tình.