Vật liệu lọc

Trái tim của bất kỳ hệ thống xử lý nước nào chính là công đoạn lọc – nơi các tạp chất, cặn bẩn, vi khuẩn và các chất gây ô nhiễm khác được loại bỏ hoặc giảm thiểu đáng kể. Và linh hồn làm nên hiệu quả của quá trình lọc không gì khác chính là vật liệu lọc.

Việc lựa chọn, sử dụng và bảo trì vật liệu lọc phù hợp không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước sau xử lý mà còn quyết định hiệu quả hoạt động, tuổi thọ và chi phí vận hành của toàn bộ hệ thống cấp nước. Một hệ thống lọc nước dù hiện đại đến đâu cũng không thể phát huy tối đa công năng nếu vật liệu lọc được chọn sai hoặc không đảm bảo chất lượng.

Tổng Quan về Hệ Thống Cấp Nước và Vai Trò Không Thể Thiếu của Công Nghệ Lọc

Hệ Thống Cấp Nước Là Gì

• Định nghĩa: Hệ thống cấp nước bao gồm toàn bộ các công trình và thiết bị dùng để thu nhận, xử lý, truyền tải và phân phối nước đến người tiêu dùng hoặc các điểm sử dụng khác.
• Mục tiêu: Cung cấp nguồn nước đủ về số lượng, đảm bảo về chất lượng (an toàn cho sức khỏe, phù hợp mục đích sử dụng), liên tục và ổn định.

Các Yêu Cầu Kỹ Thuật Quan Trọng Đối Với Vật Liệu Lọc Nước

Để đảm bảo hiệu quả và độ bền của quá trình lọc, vật liệu lọc cần đáp ứng nhiều tiêu chí kỹ thuật nghiêm ngặt:

Đặc Tính Vật Lý

• Kích thước hạt: Kích thước hạt ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lọc, hiệu quả giữ cặn và áp lực cột nước.
• Hình dạng hạt: Hạt có góc cạnh (angular) có xu hướng giữ cặn tốt hơn nhưng cũng dễ gây tắc nghẽn hơn so với hạt tròn đều (rounded)
• Độ bền cơ học: Vật liệu phải đủ cứng, không bị vỡ vụn dưới áp lực cột nước hoặc trong quá trình rửa ngược. Độ bền kém tạo ra bụi mịn, gây tắc nghẽn và giảm tuổi thọ lớp lọc.
• Tỷ trọng: Tỷ trọng khác nhau của các loại vật liệu cho phép sắp xếp chúng thành các lớp riêng biệt trong cột lọc đa vật liệu.
• Độ xốp: Không gian rỗng giữa các hạt ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy và khả năng chứa cặn.

Đặc Tính Hóa Học

• Tính trơ: Vật liệu không được phản ứng với nước hoặc các chất hóa học trong nước (ví dụ: clo, ozone) để tạo ra các sản phẩm phụ độc hại hoặc làm thay đổi tính chất hóa học của nước (pH, độ cứng…).
• Không hòa tan: Vật liệu không được tan rã hoặc rửa trôi vào nước trong quá trình lọc.
• Khả năng hấp phụ: Đối với các vật liệu như than hoạt tính hoặc zeolite, khả năng hấp phụ các chất hòa tan (hữu cơ, màu, mùi, kim loại nặng) là tiêu chí quan trọng.

Đặc Tính Thủy Lực

• Độ thấm: Khả năng cho nước đi qua lớp vật liệu. Kích thước hạt, hình dạng và độ đồng đều ảnh hưởng lớn đến độ thấm.
• Trở lực dòng chảy: Áp lực giảm đi khi nước chảy qua lớp vật liệu lọc. Trở lực tăng dần khi lớp lọc bị tắc nghẽn bởi cặn bẩn.

Độ Bền và Tuổi Thọ

• Vật liệu cần có tuổi thọ sử dụng hợp lý, không bị suy giảm hiệu suất quá nhanh dưới tác động của quá trình lọc, rửa ngược và các yếu tố môi trường.
• Tuổi thọ thực tế phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào, tần suất và hiệu quả rửa ngược, cũng như chất lượng bản thân vật liệu.

Tính Kinh Tế và Khả Năng Cung Ứng

• Chi phí vật liệu, chi phí vận chuyển, lắp đặt và thay thế cần phải được cân nhắc trong tổng chi phí đầu tư và vận hành hệ thống.
• Khả năng cung ứng ổn định, đảm bảo số lượng và chất lượng vật liệu theo yêu cầu.

Phân Loại và Đặc Điểm Chi Tiết Của Các Loại Vật Liệu Lọc

Cát Thạch Anh (Silica Sand – SiO2)

• Nguồn gốc và Thành phần: Là loại vật liệu lọc phổ biến nhất, được khai thác từ các mỏ tự nhiên hoặc từ các quá trình công nghiệp. Thành phần chính là Silic Dioxit, thường chiếm trên 90%.
• Đặc điểm vật lý:
  • Hình dạng: Hạt có thể từ tròn đến góc cạnh tùy thuộc vào nguồn gốc và quá trình xử lý.
  • Màu sắc: Thường là trắng, vàng nhạt hoặc nâu.
  • Kích thước hạt: Đa dạng, từ 0.4-0.8 mm, 0.8-1.2 mm, 1-2 mm, 2-4 mm,… Kích thước được lựa chọn dựa trên yêu cầu tốc độ lọc và hiệu quả giữ cặn.
  • Độ cứng: Khá cao, chống mài mòn tốt.
• Nguyên lý lọc: Chủ yếu là giữ lại các hạt lơ lửng có kích thước lớn hơn khe hở giữa các hạt cát (lọc chặn – straining) và một phần nhỏ do lực hấp phụ bề mặt. Cặn bẩn bị giữ lại trên bề mặt và trong các lỗ rỗng của lớp cát.
• Ứng dụng:
  • Là lớp vật liệu lọc chính trong các bể lọc cát nhanh và lọc cát chậm.
  • Sử dụng trong các hệ thống lọc áp lực và lọc hở.
  • Là một lớp trong các bể lọc đa vật liệu.
  • Lọc nước sinh hoạt, nước công nghiệp, nước thải.
• Ưu điểm:
  • Phổ biến, dễ kiếm, giá thành tương đối rẻ.
  • Độ bền cơ học cao, ít bị ăn mòn.
  • Hiệu quả cao trong việc loại bỏ cặn lơ lửng, giảm độ đục.

Sỏi Lọc

• Nguồn gốc và Thành phần: Thường là đá thạch anh hoặc đá granit nghiền và sàng lọc.
• Đặc điểm vật lý:
  • Hình dạng: Tròn hoặc góc cạnh. Sỏi tròn thường được ưu tiên để giảm trở lực.
  • Màu sắc: Đa dạng (trắng, xám, nâu).
  • Kích thước hạt: Lớn hơn cát lọc, thường từ 2-4 mm, 4-8 mm, 8-16 mm, 16-32 mm,… được phân lớp theo kích thước tăng dần từ trên xuống dưới.
  • Tỷ trọng: Tương tự cát thạch anh.
• Vai trò trong bể lọc: Sỏi lọc không trực tiếp tham gia vào quá trình lọc cặn mịn mà đóng vai trò là lớp vật liệu đỡ cho các lớp vật liệu lọc phía trên (cát, than, Birm…).
• Chức năng:
  • Ngăn vật liệu lọc mịn chảy xuống hệ thống thu nước dưới đáy bể.
  • Phân phối đều dòng chảy nước lọc và nước rửa ngược trên toàn bộ diện tích bể.
  • Tạo khoảng trống để nước rửa ngược có thể phân tán và nâng vật liệu lọc phía trên lên, giúp quá trình rửa ngược hiệu quả hơn.
• Ứng dụng: Là lớp đáy trong hầu hết các loại bể lọc cát, bể lọc đa vật liệu, bể lọc áp lực và hở.

Than Hoạt Tính (Activated Carbon)

• Nguồn gốc và Thành phần: Sản xuất từ các vật liệu giàu carbon như than bùn, gỗ, gáo dừa, than đá thông qua quá trình hoạt hóa (activation) ở nhiệt độ cao trong môi trường yếm khí với hơi nước hoặc hóa chất.
• Các loại than hoạt tính phổ biến trong lọc nước:
  • Than hoạt tính dạng hạt: Kích thước hạt từ 0.3 đến 4 mm, thường được sử dụng trong các cột lọc áp lực hoặc hở.
  • Than hoạt tính dạng bột: Kích thước hạt nhỏ hơn, thường dưới 0.1 mm, thường được thêm trực tiếp vào nước thô trước quá trình lắng để tăng hiệu quả hấp phụ. Ít được sử dụng làm lớp vật liệu lọc cố định.
• Nguyên lý lọc:
  • Hấp phụ (Adsorption): Là cơ chế chính. Các chất hòa tan trong nước (hữu cơ, clo, màu, mùi, hóa chất…) bị giữ lại trên bề mặt và trong các lỗ rỗng của than hoạt tính nhờ lực Van der Waals, liên kết hydro, hoặc các tương tác hóa học khác.
  • Lọc cơ học: Giữ lại một phần cặn lơ lửng (nhưng không phải là chức năng chính).
  • Xúc tác: Than hoạt tính có thể xúc tác một số phản ứng hóa học (ví dụ: khử clo tự do).

Hạt Birm (Manganese Dioxide Coated Filter Media)

• Nguồn gốc và Thành phần: Là vật liệu lọc có nguồn gốc từ aluminosilicate, được phủ một lớp oxit mangan trên bề mặt.
• Điều kiện hoạt động tối ưu:
  • Yêu cầu oxy hòa tan trong nước (ít nhất 15% hàm lượng sắt và mangan).
  • pH nước cần nằm trong khoảng tối ưu (thường từ 6.8 đến 9.0 cho sắt, 8.0 đến 9.0 cho mangan). pH thấp sẽ làm giảm hiệu quả xúc tác.
  • Nước không được chứa các chất gây cản trở hoạt động xúc tác như H2S, chất hữu cơ phức tạp, polyphosphate, hoặc nồng độ clo dư cao (>0.5 ppm).
• Ứng dụng: Xử lý nước giếng khoan, nước ngầm bị nhiễm sắt và mangan. Thường là lớp vật liệu chính hoặc lớp trên cùng trong bể lọc áp lực.

Hạt Mangan Greensand

• Nguồn gốc và Thành phần: Sản xuất từ loại cát glauconite tự nhiên (một loại khoáng vật phyllosilicate chứa sắt và kali) được xử lý bằng mangan clorua và oxy hóa bằng kali permanganat
• Nguyên lý lọc:
  • Xúc tác oxy hóa: Tương tự Birm, mangan greensand cũng xúc tác oxy hóa Fe2+ và Mn2+ thành kết tủa rắn để giữ lại.
  • Hấp phụ và Oxy hóa trực tiếp: Lớp oxit mangan trên bề mặt hạt có khả năng hấp phụ và oxy hóa trực tiếp sắt, mangan, và đặc biệt là Hydro Sulfide ngay cả khi không có oxy hòa tan đầy đủ, bằng cách nhường oxy từ lớp phủ mangan dioxit.
• Ứng dụng: Xử lý nước nhiễm sắt, mangan, và H2S. Thường dùng cho các nguồn nước có pH thấp, oxy hòa tan thấp, hoặc chứa H2S mà Birm không hiệu quả.

Vật Liệu Lọc Tổng Hợp

• Khái niệm: Là sự kết hợp của nhiều loại vật liệu lọc khác nhau trong cùng một bể lọc, được sắp xếp thành các lớp theo thứ tự tỷ trọng giảm dần từ dưới lên trên và kích thước hạt tăng dần từ dưới lên trên.
• Cấu trúc điển hình:
  • Lớp đỡ: Sỏi lọc (kích thước lớn nhất, tỷ trọng lớn nhất).
  • Lớp dưới cùng: Garnet (tỷ trọng cao, kích thước hạt nhỏ).
  • Lớp giữa: Cát thạch anh (tỷ trọng trung bình, kích thước hạt trung bình).
  • Lớp trên cùng: Than Anthracite (tỷ trọng nhẹ, kích thước hạt lớn nhất).
• Nguyên lý hoạt động: Lợi dụng đặc tính khác nhau của từng loại vật liệu:
  • Các hạt lớn hơn và nhẹ hơn ở phía trên giữ lại cặn lớn.
  • Các hạt nhỏ hơn và nặng hơn ở phía dưới giữ lại cặn mịn.
  • Sự phân bố cặn theo chiều sâu giúp tận dụng toàn bộ chiều dày lớp lọc, tăng khả năng chứa cặn và kéo dài chu kỳ lọc trước khi cần rửa ngược.
• Ứng dụng: Phổ biến trong các nhà máy nước hiện đại và hệ thống lọc công nghiệp yêu cầu hiệu quả lọc cao và chu kỳ lọc dài.

Cấu Trúc Bể Lọc và Nguyên Lý Hoạt Động Của Các Lớp Vật Liệu

Bể Lọc Đơn Lớp

• Cấu trúc: Chỉ sử dụng một loại vật liệu lọc chính (phổ biến nhất là cát thạch anh) đặt trên lớp sỏi đỡ.
• Nguyên lý: Nước đi từ trên xuống. Cặn bẩn chủ yếu bị giữ lại ở lớp bề mặt và một phần nhỏ ở lớp phía trên của vật liệu lọc.
• Ưu điểm: Đơn giản, dễ vận hành và bảo trì.
• Nhược điểm: Khả năng giữ cặn hạn chế, cặn tập trung chủ yếu ở bề mặt gây tắc nghẽn nhanh, chu kỳ lọc ngắn, hiệu quả lọc cặn mịn kém hơn bể đa lớp.

Bể Lọc Đa Lớp

• Cấu trúc: Sử dụng từ hai loại vật liệu lọc trở lên, được sắp xếp theo thứ tự tỷ trọng giảm dần từ dưới lên trên. Ví dụ: Sỏi -> Cát -> Anthracite hoặc Sỏi -> Garnet -> Cát -> Anthracite.
• Nguyên lý: Nước đi từ trên xuống. Các hạt cặn có kích thước lớn hơn sẽ bị giữ lại bởi lớp vật liệu có hạt lớn và nhẹ ở phía trên (ví dụ: Anthracite). Các hạt cặn mịn hơn sẽ đi sâu xuống và bị giữ lại bởi lớp vật liệu có hạt nhỏ hơn và nặng hơn ở phía dưới (ví dụ: Cát, Garnet).
• Ưu điểm: Khả năng giữ cặn phân bố đều theo chiều sâu lớp lọc, tăng dung tích chứa cặn, kéo dài chu kỳ lọc, giảm tần suất rửa ngược, hiệu quả loại bỏ độ đục cao hơn.
• Nhược điểm: Thiết kế và vận hành phức tạp hơn, yêu cầu rửa ngược kỹ thuật hơn.

Nguyên Lý Hoạt Động Cơ Bản Của Quá Trình Lọc

• Lọc chặn (Straining): Các hạt cặn có kích thước lớn hơn khe hở giữa các hạt vật liệu lọc sẽ bị giữ lại hoàn toàn trên bề mặt hoặc trong các kênh rỗng.
• Hấp phụ (Adsorption): Các hạt cặn nhỏ hơn, kể cả các hạt keo và các chất hòa tan, bị giữ lại trên bề mặt hạt vật liệu lọc do lực hút tĩnh điện, lực Van der Waals, liên kết hydro… (đặc biệt quan trọng với than hoạt tính).
• Lắng đọng (Sedimentation): Các hạt lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn nước có thể lắng xuống và bị giữ lại trong các khoảng trống giữa các hạt vật liệu.
• Lọc sinh học (Biological Filtration): Trong một số loại lọc (như lọc cát chậm hoặc các bể lọc sinh học), một lớp màng sinh học (schmutzdecke) hình thành trên bề mặt vật liệu lọc. Lớp màng này chứa vi sinh vật có khả năng phân hủy hoặc hấp phụ một số chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh. Cơ chế này ít phổ biến trong các hệ thống cấp nước tốc độ cao.

Quá Trình Lọc và Vệ Sinh Lớp Vật Liệu: Rửa Ngược Hiệu Quả

Chu Kỳ Lọc

• Nước thô (hoặc nước sau xử lý tiền lắng) chảy qua lớp vật liệu lọc theo chiều trọng lực (lọc hở) hoặc áp lực (lọc áp lực).
• Cặn bẩn tích tụ dần trên bề mặt và trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu.
• Độ đục của nước sau lọc ban đầu thấp, sau đó có thể tăng nhẹ (“breakthrough”) nếu cặn bẩn bão hòa.
• Áp lực cột nước trên lớp lọc (hoặc áp suất trong bể lọc áp lực) tăng dần do sự tắc nghẽn.
• Chu kỳ lọc kết thúc khi:
  • Độ đục nước sau lọc vượt quá giới hạn cho phép.
  • Áp lực cột nước (hoặc áp suất) đạt đến giá trị giới hạn.
  • Hết thời gian hoạt động theo quy định.
  • Lưu lượng nước lọc giảm đáng kể.

Rửa Ngược

• Mục đích: Loại bỏ cặn bẩn đã tích tụ trong lớp vật liệu lọc để phục hồi khả năng lọc và giảm trở lực.
• Nguyên lý: Dẫn dòng nước (thường là nước sạch đã lọc) hoặc kết hợp nước và khí nén ngược chiều dòng chảy lọc, từ dưới lên.
• Cơ chế:
  • Dòng chảy ngược làm vật liệu lọc giãn nở, các hạt va chạm vào nhau.
  • Lực cắt của dòng chảy và sự va chạm giữa các hạt làm bong tróc cặn bẩn ra khỏi bề mặt vật liệu.
  • Cặn bẩn lơ lửng trong nước rửa ngược và được thoát ra ngoài qua máng tràn.
• Các giai đoạn rửa ngược:
  • Rửa ngược bằng nước tốc độ thấp (Low-rate wash): Giãn nở lớp vật liệu, chuẩn bị cho các giai đoạn tiếp theo.
  • Rửa ngược bằng khí kết hợp nước (Air scour + Water wash): Khí nén tạo ra sự xáo trộn mạnh mẽ, tăng hiệu quả bong tróc cặn. Nước rửa cuốn trôi cặn bẩn.
  • Rửa ngược bằng nước tốc độ cao (High-rate wash): Giãn nở và phân tầng lại các lớp vật liệu (đặc biệt quan trọng với bể đa lớp), cuốn trôi hoàn toàn cặn bẩn còn sót lại và khí nén.
  • Rửa xuôi (Rinse): Xả bỏ lớp nước đầu sau rửa ngược (có thể còn lẫn cặn nhỏ hoặc khí), ổn định lại lớp vật liệu trước khi đưa vào hoạt động lọc trở lại.
• Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả rửa ngược:
  • Tốc độ rửa ngược (vận tốc nước/khí).
  • Thời gian rửa ngược mỗi giai đoạn.
  • Nhiệt độ nước rửa ngược (ảnh hưởng đến độ nhớt và sự giãn nở).
  • Chất lượng nước rửa ngược (không chứa nhiều cặn).
  • Thiết kế hệ thống phân phối nước/khí rửa ngược dưới đáy bể.
  • Khoảng trống phía trên lớp vật liệu lọc để chứa thể tích giãn nở khi rửa ngược.

Xử Lý Nước Thải Rửa Ngược

• Nước thải rửa ngược chứa nồng độ cặn lơ lửng rất cao.
• Cần được xử lý trước khi xả ra môi trường hoặc tái sử dụng.
• Các phương pháp xử lý:
  • Lắng: Cho phép cặn lắng xuống và thu gom.
  • Lọc: Lọc lại nước thải rửa ngược qua bể lọc hoặc thiết bị lọc khác.
  • Hồi lưu: Nước sau khi lắng/lọc sơ bộ có thể được hồi lưu về đầu nguồn nước thô để xử lý lại.
  • Làm đặc bùn: Bùn từ quá trình lắng được làm đặc và xử lý tiếp (sân phơi bùn, máy ép bùn…).

Hướng Dẫn Lựa Chọn Vật Liệu Lọc Phù Hợp Cho Hệ Thống Cấp Nước

Phân Tích Nguồn Nước Đầu Vào

Đây là bước quan trọng nhất. Cần phân tích kỹ lưỡng các chỉ tiêu:

• Độ đục (Turbidity) và Tổng chất rắn lơ lửng (TSS – Total Suspended Solids): Mức độ cặn bẩn cơ học. Nguồn nước có độ đục cao cần lớp vật liệu có hạt lớn hơn ở trên (ví dụ: Anthracite) hoặc kết hợp lọc thô/lắng sơ bộ.
• Màu, Mùi, Vị: Sự hiện diện của các chất hữu cơ, hợp chất clo, H2S… Yêu cầu sử dụng than hoạt tính.
• pH: Ảnh hưởng đến hoạt động của Birm, Mangan Greensand, khả năng hòa tan kim loại.
• Độ cứng: Yêu cầu hạt trao đổi ion (cation resin) nếu cần làm mềm nước.
• Sắt (Fe) và Mangan (Mn): Hàm lượng và dạng tồn tại (hòa tan Fe2+, Mn2+, phức hữu cơ, keo). Quyết định sử dụng Birm, Mangan Greensand, hoặc các phương pháp kết hợp.
• Các ion đặc thù: Có thể cần hạt trao đổi ion anion chuyên dụng hoặc vật liệu hấp phụ đặc biệt.
• Chất hữu cơ (TOC): Ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng và tạo sản phẩm phụ độc hại. Than hoạt tính có vai trò quan trọng.
• Vi sinh vật: Lọc cặn tốt giúp giảm tải cho công đoạn khử trùng, nhưng vật liệu lọc không trực tiếp loại bỏ hết vi khuẩn/virus (trừ lọc màng).

Bảo Trì, Giám Sát và Thay Thế Vật Liệu Lọc

Vật liệu lọc không phải là vĩnh cửu. Bảo trì đúng cách giúp kéo dài tuổi thọ và duy trì hiệu quả.

Giám Sát Hiệu Suất Lọc

• Theo dõi độ đục nước sau lọc: Chỉ tiêu quan trọng nhất đánh giá hiệu quả loại bỏ cặn.
• Theo dõi áp lực cột nước (hoặc áp suất) qua lớp lọc: Sự gia tăng áp lực cho thấy lớp lọc đang bị tắc nghẽn.
• Theo dõi chu kỳ lọc: Thời gian hoạt động giữa hai lần rửa ngược. Chu kỳ lọc bị rút ngắn đáng kể là dấu hiệu lớp lọc đang gặp vấn đề.
• Kiểm tra các chỉ tiêu hóa lý khác: pH, sắt, mangan, màu, mùi, clo dư (tùy thuộc vào loại vật liệu sử dụng). Ví dụ: Nếu sử dụng than hoạt tính để khử clo, nồng độ clo sau lọc tăng lên là dấu hiệu than hoạt tính đã bão hòa.
• Quan sát trực quan: Màu sắc của vật liệu lọc, sự đóng bánh, xuất hiện kênh dẫn dòng (channeling).

Thực Hiện Rửa Ngược Định Kỳ và Theo Yêu Cầu

• Thực hiện rửa ngược khi các chỉ tiêu giám sát (độ đục, áp lực, chu kỳ lọc) đạt đến giới hạn cho phép.
• Tuân thủ đúng quy trình rửa ngược (tốc độ, thời gian cho từng giai đoạn).
• Đảm bảo chất lượng nước/khí dùng cho rửa ngược.

Kiểm Tra Vật Liệu Lọc Định Kỳ

Lấy mẫu vật liệu lọc từ các lớp khác nhau để kiểm tra:

• Kích thước hạt và hệ số đồng đều: Đảm bảo hạt không bị vỡ vụn hoặc mài mòn quá mức làm thay đổi đặc tính thủy lực.
• Độ bền cơ học: Kiểm tra khả năng chống vỡ.
• Hàm lượng tạp chất: Kiểm tra sự tích tụ của các chất không mong muốn (ví dụ: oxit sắt/mangan, CaCO3).
• Khả năng hoạt động (đối với than hoạt tính, zeolite, resin): Đo chỉ số Iodine, khả năng trao đổi ion còn lại…
• Sự phân tầng (đối với bể đa lớp): Kiểm tra các lớp vật liệu có bị xáo trộn không.

Khi Nào Cần Thay Thế Vật Liệu Lọc?

• Suy giảm hiệu suất không thể phục hồi: Rửa ngược không còn hiệu quả, độ đục nước sau lọc liên tục cao, trở lực tăng nhanh ngay sau rửa ngược.
• Vật liệu bị đóng bánh nặng: Vật liệu bị kết dính thành khối, tạo kênh dẫn dòng làm giảm hiệu quả lọc.
• Vật liệu bị mài mòn hoặc vỡ vụn đáng kể: Kích thước hạt thay đổi làm giảm hiệu quả lọc và tăng trở lực.
• Vật liệu hấp phụ bị bão hòa hoàn toàn: Than hoạt tính không còn khả năng khử màu, mùi, clo; resin không còn khả năng trao đổi ion.
• Đạt đến tuổi thọ khuyến cáo của nhà sản xuất: Mỗi loại vật liệu có tuổi thọ ước tính khác nhau.

Ứng Dụng Thực Tế Của Vật Liệu Lọc Trong Các Hệ Thống Cấp Nước Khác Nhau

Hệ Thống Lọc Nước Sinh Hoạt Gia Đình

• Bể lọc thô/cột lọc tổng: Thường sử dụng kết hợp nhiều lớp vật liệu như cát thạch anh, sỏi, than hoạt tính, hạt Birm/Mangan Greensand (nếu nước nhiễm phèn), hạt làm mềm (nếu nước cứng). Mục đích là loại bỏ cặn, phèn, màu, mùi, clo dư và làm mềm nước (tùy nhu cầu).
• Bộ lọc tại điểm sử dụng (Point-of-Use – POU): Sử dụng các loại vật liệu chuyên biệt như than hoạt tính dạng khối (block carbon), gốm sứ, màng sợi rỗng (hollow fiber membrane) để loại bỏ clo, mùi, vị, vi khuẩn… ngay tại vòi nước sử dụng.

Hệ Thống Xử Lý Nước Cấp Công Nghiệp

• Quy mô lớn hơn, yêu cầu chất lượng nước cho mục đích sản xuất cụ thể (nước làm mát, nước cấp nồi hơi, nước cho ngành điện tử, dược phẩm…).
• Sử dụng các bể lọc áp lực hoặc hở quy mô lớn, thường là bể lọc đa vật liệu.
• Kết hợp các vật liệu chuyên dụng như hạt trao đổi ion để khử khoáng, hạt hấp phụ cho các hóa chất đặc thù, lọc đa phương tiện để loại bỏ cặn triệt để.
• Tiền xử lý kỹ lưỡng (keo tụ, tạo bông, lắng) trước khi đưa nước vào bể lọc vật liệu.

Nhà Máy Nước Cấp Thành Phố

• Hệ thống quy mô rất lớn, xử lý hàng chục đến hàng trăm nghìn mét khối nước mỗi ngày.
• Áp dụng quy trình xử lý phức tạp: Thu nước -> Song chắn rác -> Lắng cát -> Keo tụ -> Tạo bông -> Lắng -> Lọc -> Khử trùng -> Chứa và Phân phối.
• Giai đoạn lọc chủ yếu sử dụng các bể lọc cát nhanh hoặc bể lọc đa vật liệu quy mô lớn.
• Than hoạt tính có thể được sử dụng ở dạng bột (PAC) trong giai đoạn keo tụ hoặc dạng hạt (GAC) trong các bể lọc riêng biệt để xử lý màu, mùi, các chất hữu cơ.

Kết Luận

Trong bối cảnh chất lượng nguồn nước ngày càng suy giảm, vai trò của công nghệ lọc và vật liệu lọc của hệ thống cấp nước trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Từ những hạt cát thạch anh đơn giản đến các loại vật liệu tổng hợp và nano tiên tiến, mỗi loại vật liệu đều có đặc điểm, nguyên lý hoạt động và ứng dụng riêng biệt.

Việc lựa chọn vật liệu lọc nước phù hợp đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về chất lượng nguồn nước đầu vào, yêu cầu chất lượng nước sau xử lý, quy mô hệ thống và các yếu tố kinh tế, kỹ thuật liên quan. Sự kết hợp khéo léo giữa các loại vật liệu trong cấu trúc bể lọc đa lớp mang lại hiệu quả vượt trội, kéo dài chu kỳ lọc và giảm chi phí vận hành.