Xử Lý Nước Cấp Từ Sông Hồ Bằng Màng Lọc

Màng lọc nước không chỉ được ứng dụng trong xử lý nước thải mà còn được ứng dụng để xử lý nước cấp. Đặc biệt là đối với các nguồn nước sông, nước hồ người ta thường ứng dụng màng siêu lọc UF để loại bỏ cặn, cát, virus, vi khuẩn. Vậy xử lý nước cấp bằng màng lọc cần lưu ý vấn đề gì để đạt hiệu quả như mong muốn?

1. Ứng dụng màng UF đặt chìm để xử lý nước sông hồ

Màng siêu lọc UF là loại màng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có kích thước lớn ra khỏi nước thô. Dưới một áp suất không quá 2,5 bar, nước, muối khoáng và các phân tử/ion nhỏ hơn lỗ lọc (0,1 – 0,005 micron) sẽ “chui” qua màng dễ dàng, tuy nhiên các phân tử có kích thước lớn hơn, các loại virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và xả thải ra ngoài.

Màng UF có hai loại chính hay sử dụng: màng UF đặt nổi và màng UF đặt chìm. Tùy theo nhu cầu sử dụng khác nhau mà người ta thiết kế với loại phù hợp.

Các màng UF đặt nổi yêu cầu khắt khe về TSS và độ đục đầu vào do không gian trong cột lọc rất nhỏ, hàm lượng cặn đầu vào cao sẽ gây ra nghẹt màng. Vì thế màng UF đặt nổi cần hệ tiền xử lý tốt như: lọc cát, lọc tinh với các nguồn nước cứng phải được làm mềm. TSS đầu vào của màng UF đặt nổi thường giới hạn <100 mg/l, TSS đầu vào cao thì lưu lượng càng thấp.

Màng UF đặt chìm điển hình là màng PURON HF cố định một đầu kết hợp với hệ thống sục khí trung tâm nên màng không bị nghẹt bùn và đứt gãy như các loại màng khác thông thường, nên tuổi thọ cao hơn và vận hành đơn giản hơn. Với hệ thống thu hồi lớn hơn 95% module PURON HF tạo ra hiệu quả nhất quán trong suốt quá trình xử lý, chất lượng cao đáp ứng hoặc vượt quá hầu hết các yêu cầu quy định.

Quy trình công nghệ xử lý nước sông bằng màng UF đặt chìm như sau: Nước sông đầu vào được tách rác thô, sau đó qua bể keo tụ với lượng hóa chất PAC sử dụng ít hơn nhiều so với công nghệ thông thường, nước tiếp tục qua tách rác 0,5mm và hệ PURON HF. Nước sau xử lý đầu ra đạt tiêu chuẩn sinh hoạt chất lượng cao, đặc biệt độ đục luôn <0,1 NTU.

Quy trình lọc sử dụng PURON HF đặt chìm đơn giản hơn quy trình lọc màng UF đặt nổi là không cần bể lắng, bể lọc cát, bể lọc tinh. Hệ thống module màng UF đặt chìm vận hành đơn giản và tiết kiệm diện tích hơn và chất lượng nước sau xử lý đạt yêu cầu quy định của QCVN 01: 2009/BYT.

+ Ưu điểm:

-  Độ đục của nước sau xử lý luôn luôn < 0,1 NTU (công nghệ thông thường < 2 NTU).

-  Diện tích lắp đặt tiết kiệm 50% - 70% so với công nghệ thông thường.

-  Giảm 50% - 90% chi phí sử dụng hóa chất xử lý.

- Giảm thiểu sự xuất hiện của hợp chất THMs có khả năng gây ung thư.

-  Giảm tới 90% chi phí xử lý bùn thải.

+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu cao.

2. Thiết kế hệ thống màng UF đặt chìm để xử lý nước sông, hồ

Các yêu cầu để hệ thống màng UF đặt chìm hoạt động ổn định: 

• Tách rác: Hệ thống sử dụng yêu cầu tách rác mịn dạng lộ tròn từ 0,5mm đến  2mm. Các loại rác như tóc, vải, nhựa…nếu xuất hiện trong nước thải đầu vào, sau một thời gian rác sẽ làm mài mòn hoặc xước bề mặt màng PURON HF làm giảm tuổi thọ hoặc hư hỏng màng.
• Tách cát: Các nguồn nước thải có cát nên có công trình tách cát ban đầu, lượng cát vào nhiều sẽ gây nghẹt hoặc giảm tuổi thọ của màng. Các bể cần làm vệ sinh hết vữa, xi măng, bê tông vụn trước khi đưa vào vận hành.
• Vật liệu mài mòn: Các vật liệu có tính ăn mòn như sắt, nhựa…làm bể hay các cấu kiện  trong các hạng mục xử lý phải được thiết kế hoặc thay thế bằng các vật liệu không có tính ăn mòn. Vì các vật liệu mài mòn này sẽ gây ra hư hỏng màng.
• Độ pH: Mỗi loại màng sẽ vận hành trong khoảng pH khác nhau tùy theo loại vật liệu mà nhà sản xuất sử dụng. Ví dụ màng Koch vật liệu cấu tạo nên lỗ màng là PVDF thì pH vận hành từ 2 đến 10.5. Nếu nước có tính axit hay kiềm thì cần điều chỉnh bằng cách thêm chất trung hòa vào cho pH về trung tính.
• Nhiệt độ: Nhiệt độ vận hành các loại màng phụ thuộc vào loại vật liệu mà nhà sản xuất sử dụng. Ví dụ như màng Koch nhiệt độ vận hành từ 5oC – 40oC.

2.1. Lưu lượng thiết kế

Lưu lượng thiết kế cao: Lưu lượng thiết kế phụ thuộc vào TSS và nhiệt độ. Loại màng sử dụng cho lưu lượng cao là màng PURON HF PHF53 với đặc tính kỹ thuật:

• Diện tích bề mặt: 53m2/tấm.
• Kích thước PHF53: W x H x L = 828 x 2245 x 80mm.
• Vật liệu màng: PVDF.
• Kích thước lỗ màng: 0,03 micro (màng UF).

== > Lưu lượng thiết kế có thể đạt 40 lít/m2/giờ.

Hình PL 2.10 trang 212 lưu lượng thiết kế cao cho màng PURON HF

Lưu lượng thiết kế thấp: Lưu lượng thiết kế không phụ thuộc vào TSS và nhiệt độ. Lưu lượng thiết kế có thể đạt 27 lít/m2/giờ.

2.2. Thiết kế bể và tính toán số lượng màng

Các công trình của trạm xử lý nước được thiết kế như sau:

• Công trình thu: Thiết kế thông thường.
• Bể chứa nước thô đầu vào: Phụ thuộc từng công trình.
• Bể keo tụ: Thời gian lưu khoảng 30 phút.
• Bể PURON HF: Thiết kế vừa đủ đặt các mô đun màng và một khoảng để thao tác sau này.
• Bể chứa nước sạch: Phụ thuộc vào từng công trình, thường lưu 12h – 24h.

Tính toán xác định số lượng màng phụ thuộc vào lưu lượng và tính chất nước đầu vào.

2.3. Chọn bơm và van khóa

Hoạt động của cụm màng được theo dõi thông qua thông số thông lượng của màng (flux), là lưu lượng nước qua một đơn vị diện tích màng trong một đơn vị thời gian (l/m2/h). Sau một thời gian hoạt động, áp suất qua màng sẽ tăng lên. Khi đó phải tiến hành rửa ngược để làm sạch màng.

Thông thường màng vận hành theo nguyên lý lọc không liên tục với chế độ 20 phút hút màng (Filtration) và 30 giây rửa ngược màng (Backwash). Sục khí bắt buộc trong quá trình rửa ngược, trước và sau quá trình rửa ngược ít nhất 15 giây. Máy thổi khí luân phiên giữa các mô đun, thời gian còn lại sục giữa chu trình.

- Bơm hút màng (Permeate Pump): Thông thường chọn lưu lượng bơm hút gấp 1,1 lần công suất trung bình giờ của hệ thống, với cột áp 10mH2O. Việc chọn bơm hút màng với công suất cao hơn trung bình giờ là do một số nguyên nhân làm tổn thất áp lực như: chiều cao bể, mật độ bùn trong bể, vị trí lắp bơm hút… Khi lắp đặt bơm hút cần lắp hệ biến tần để điều khiển bơm hút kết hợp với đồng hồ lưu lượng điện từ hoặc hệ van hồi lưu kết hợp với đồng hồ lưu lượng dạng cơ. Lưu lượng hút qua màng theo công suất cao nhất từng giờ của hệ thống. Áp vận hành của bơm hút màng thường giới hạn nhỏ hơn – 0,5kg/cm2.

- Bơm rửa màng (Backflush Pump): Lưu lượng thiết kế cho bơm rửa màng là 40 lít/m2/giờ. Từ số màng PURON HF sử dụng mà ta chọn bơm với công suất phù hợp. Khi lắp đặt bơm rửa màng cần lắp hệ van hồi lưu kết hợp với đồng hồ lưu lượng dạng cơ. Áp vận hành của bơm hút màng thường giới hạn nhỏ hơn 0,1 kg/cm2.

- Bơm xả cạn (Drain Pump): Khi vận hành màng PURON HF cũng giống như bể lắng thì bùn sẽ tập trung về bể PURON HF, cho nen cần xả một phần nước trong bể PURON HF để mật độ TSS tập trung thấp nên lưu lượng thiết kế cao. Đồng thời khi xả bớt một phần nước ra sông giúp giảm chi phí xử lý bùn, giảm chi phí vận hành. Nên cần lắp đặt tại bể PURON HF 02 bơm xả cạn chạy luân phiên giữa nhiều cụm màng nếu hệ lớn. Lưu lượng xả cạn chiếm 5% lượng nước cấp vào.

- Lưu lượng bơm rửa hóa chất (bơm CIP): Lưu lượng bơm rửa hóa chất cài đặt 6 lít/m2/h và rửa ngược trong thời gian 30 phút, với cột áp 10 mH2O. Thông thường nên lắp đặt bơm CIP riêng, ta có thể sử dụng chung với bơm rửa ngược. Nếu muốn sử dụng chung với bơm rửa ngược thì khi rửa hóa chất cần sử dụng biến tần hoặc hệ van hồi lưu kết hợp với đồng hồ lưu lượng để điều chỉnh lưu lượng về 6 lít/m2/h. Sau bơm CIP cần lắp thêm van điện từ hoặc van khí nén kết hợp với đồng hồ áp (cách lắp đặt giống bơm rửa ngược).

2.4. Tính lượng khí làm sạch màng

Khí làm sạch màng rất quan trọng trong hệ thống màng đặt chìm. Sục khí không tốt hoặc không đủ lượng khí sẽ gây ra việc bùn bám vào làm nghẹt màng. Lúc đó màng phải được đưa ra ngoài và làm sạch. Lượng khí cho mỗi tấm màng PURON HF: từ 10m3/h đến 20m3/h.

Hiện nay việc xử lý nước cấp bằng màng lọc UF được ứng dụng rất phổ biến trong các lĩnh vực sản xuất thực phẩm và đồ uống nhờ khả năng tuyệt vời của màng UF là tạo nên một rào chắn để ngăn cản các vi khuẩn, các chất ô nhiễm có hại ra khỏi nước trước khi đưa vào sử dụng.

Nếu bạn đang có nhu cầu tìm hiểu thêm về màng lọc UF hoặc lắp đặt hệ thống lọc nước cho cơ sở của mình, hãy liên hệ Hợp Nhất qua Hotline: 0938.857.768 để được hỗ trợ tư vấn tận tình hơn!