1. Khái niệm
Bồn lọc áp lực (pressure filter) là thiết bị lọc sử dụng lớp vật liệu hạt như cát thạch anh, anthracite, garnet hoặc các vật liệu chuyên dụng khác để giữ lại cặn lơ lửng, bông cặn, chất oxy hóa kết tủa và một phần tạp chất dạng hạt trong nước. Khác với bể lọc trọng lực, quá trình lọc trong bồn lọc áp lực diễn ra trong thiết bị kín chịu áp, trong đó nước được đưa vào và đi qua lớp vật liệu lọc dưới tác động của chênh áp giữa đầu vào và đầu ra.
Về bản chất công nghệ, bồn lọc áp lực vẫn là quá trình lọc nhanh qua lớp hạt, với các cơ chế tách hạt chủ yếu gồm sàng giữ cơ học, va chạm quán tính, chặn bắt trong khe rỗng lớp lọc, hấp phụ bề mặt và giữ cặn trong chiều sâu lớp vật liệu. Do đó, xét về cơ chế làm sạch nước, lọc áp lực không phải là một công nghệ khác biệt hoàn toàn so với lọc trọng lực; điểm khác nhau chủ yếu nằm ở kết cấu thiết bị, điều kiện thủy lực vận hành, phương thức điều khiển lưu lượng và tổ chức rửa lọc.
Một bồn lọc áp lực điển hình thường bao gồm các bộ phận chính: thân bồn chịu áp, lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ hoặc hệ thống đỡ vật liệu, cụm phân phối nước vào, cụm thu nước lọc, hệ thống rửa ngược, hệ thống van vận hành, đồng hồ áp lực và các đầu nối công nghệ. Tùy theo yêu cầu xử lý, bồn có thể được bố trí theo cấu hình lọc một lớp, hai lớp hoặc đa lớp vật liệu.
Xét theo chức năng trong dây chuyền công nghệ, bồn lọc áp lực thường được sử dụng như một công đoạn lọc tinh hoặc lọc hoàn thiện, nhằm giảm hàm lượng cặn, độ đục và các hạt kết tủa sau các bước tiền xử lý như keo tụ – tạo bông, oxy hóa, làm thoáng, lắng hoặc tuyển nổi. Trong một số hệ thống đơn giản, thiết bị cũng có thể đóng vai trò là khâu xử lý chính đối với nguồn nước đầu vào có tải lượng cặn thấp và tính chất tương đối ổn định.
2. Đặc trưng kỹ thuật cơ bản
Bồn lọc áp lực có một số đặc trưng kỹ thuật quan trọng cần được nhận diện đúng ngay từ giai đoạn lựa chọn công nghệ.
Thứ nhất, đây là thiết bị kín làm việc trong điều kiện có áp, vì vậy nước sau lọc vẫn duy trì áp suất dương nhất định và có thể được đưa tiếp tới công đoạn sau hoặc tới điểm sử dụng mà không phải lúc nào cũng cần bơm trung gian. Đặc điểm này tạo ra ưu thế rõ rệt trong các hệ thống nhỏ, hệ thống phân tán hoặc dây chuyền cần tiết kiệm diện tích mặt bằng.
Thứ hai, do thiết bị vận hành trong thân bồn kín, khả năng quan sát trực tiếp trạng thái bề mặt lớp lọc, mức độ giãn nở vật liệu trong quá trình rửa ngược và hiện tượng phân phối nước rửa không đều sẽ hạn chế hơn so với bể lọc hở. Vì vậy, lọc áp lực đòi hỏi việc thiết kế, lựa chọn vật liệu, cấu tạo thu phân phối nước và chế độ backwash phải được kiểm soát chặt chẽ hơn.
Thứ ba, bồn lọc áp lực phát huy hiệu quả tốt nhất khi chất lượng nước đầu vào đã được kiểm soát tương đối ổn định. Trong trường hợp nước thô có độ đục cao, dao động lớn hoặc chứa nhiều cặn khó tách mà không có tiền xử lý phù hợp, thiết bị có thể bị tăng tổn thất áp nhanh, rút ngắn chu kỳ lọc và làm giảm chất lượng nước sau lọc.
3. Phạm vi áp dụng
Trong thực tế, bồn lọc áp lực được ứng dụng rộng trong xử lý nước cấp, nước ngầm, nước công nghiệp, nước tuần hoàn và một số công đoạn xử lý nước thải. Phạm vi áp dụng của thiết bị có thể xem xét theo từng nhóm sau.
3.1. Hệ thống xử lý nước ngầm
Đây là một trong những lĩnh vực ứng dụng điển hình nhất của bồn lọc áp lực. Sau các công đoạn oxy hóa hoặc làm thoáng, sắt hòa tan và mangan hòa tan trong nước ngầm được chuyển hóa thành các dạng kết tủa không tan; bồn lọc áp lực có nhiệm vụ giữ lại các bông cặn này trong lớp vật liệu lọc. Trong nhiều trạm cấp nước quy mô nhỏ và trung bình, đặc biệt là hệ thống khai thác nước giếng khoan, tổ hợp làm thoáng/oxy hóa – bồn lọc áp lực là cấu hình rất phổ biến do gọn, dễ chế tạo theo module và thuận tiện tích hợp với hệ thống bơm.
Ngoài mục tiêu khử sắt và mangan, thiết bị còn có thể hỗ trợ giảm độ đục, giữ lại cặn mịn và ổn định chất lượng nước trước khi khử trùng hoặc cấp vào mạng phân phối.
3.2. Hệ thống xử lý nước cấp quy mô nhỏ và trung bình
Trong các trạm xử lý nước cấp có công suất không lớn, đặc biệt khi yêu cầu về mặt bằng xây dựng hạn chế, bồn lọc áp lực là một lựa chọn hợp lý cho công đoạn lọc. Thiết bị phù hợp với các dây chuyền có tiền xử lý tốt, ví dụ nước đã qua keo tụ – tạo bông – lắng, hoặc nguồn nước có chất lượng tương đối ổn định. So với bể lọc trọng lực, phương án lọc áp lực có ưu điểm về tính gọn khối, mức độ chế tạo sẵn cao, thời gian lắp đặt nhanh và thuận lợi cho tự động hóa.
Tuy nhiên, đối với các nhà máy nước mặt quy mô lớn, nơi yêu cầu quản lý vận hành chặt chẽ, theo dõi trực quan quá trình rửa lọc và tối ưu chu kỳ lọc, bể lọc trọng lực thường vẫn có lợi thế hơn. Vì vậy, việc áp dụng bồn lọc áp lực trong nước cấp cần được cân nhắc trên cơ sở quy mô công trình, chất lượng nước nguồn, mức độ dao động tải và năng lực vận hành.
3.3. Hệ thống nước công nghiệp và nước tuần hoàn
Bồn lọc áp lực được sử dụng nhiều trong các dây chuyền xử lý nước phục vụ nồi hơi, giải nhiệt, sản xuất thực phẩm, đồ uống, dệt nhuộm, điện tử, cơ khí và nhiều ngành công nghiệp khác. Trong các hệ thống này, thiết bị thường đảm nhận vai trò lọc bảo vệ trước các công đoạn trao đổi ion, màng lọc, than hoạt tính hoặc thiết bị sử dụng nước có yêu cầu chất lượng cao hơn.
Đối với hệ thống nước tuần hoàn, bồn lọc áp lực giúp giảm cặn lơ lửng, hạn chế tích tụ chất rắn trong mạng đường ống và góp phần ổn định vận hành của các thiết bị trao đổi nhiệt. Tính module hóa và khả năng tích hợp trong cụm skid là ưu điểm đáng kể khi áp dụng cho đối tượng công nghiệp.
3.4. Hệ thống hồ bơi, tiện ích và công trình dịch vụ
Trong lĩnh vực hồ bơi, công viên nước, khu nghỉ dưỡng, bệnh viện, khách sạn hoặc các công trình dịch vụ có nhu cầu tuần hoàn nước liên tục, bồn lọc áp lực là giải pháp rất phổ biến. Thiết bị có thể vận hành liên tục trong hệ thống tuần hoàn kín, phối hợp với khử trùng bằng chlorine, UV hoặc ozone để duy trì chất lượng nước theo yêu cầu sử dụng. Ở nhóm ứng dụng này, ưu thế lớn nhất của bồn lọc áp lực là kích thước gọn, dễ thay thế, dễ đồng bộ với hệ thống bơm và điều khiển tự động.
3.5. Công đoạn lọc hoàn thiện trong xử lý nước thải
Mặc dù không phải là thiết bị đặc trưng nhất cho toàn bộ dây chuyền xử lý nước thải, bồn lọc áp lực vẫn có thể được áp dụng hiệu quả ở công đoạn lọc hoàn thiện hoặc polishing, đặc biệt sau lắng thứ cấp, keo tụ – tạo bông hoặc oxy hóa nâng cao. Trong trường hợp này, mục tiêu chính là giảm SS, giảm độ đục, giữ bông cặn mịn và nâng cao tính ổn định của nước trước khi khử trùng hoặc tái sử dụng.
Tuy nhiên, phạm vi áp dụng trong nước thải cần được đánh giá thận trọng hơn so với nước cấp. Nếu nước đầu vào còn chứa tải lượng cặn cao, bùn hoạt tính mịn khó lắng, dầu mỡ hoặc chất hữu cơ gây bám dính mạnh, bồn lọc áp lực có thể nhanh chóng bị nghẹt và giảm hiệu suất. Vì vậy, thiết bị chỉ phù hợp khi các công đoạn phía trước đã xử lý đủ tốt và chế độ rửa lọc được thiết kế phù hợp với đặc tính cặn.
4. Các trường hợp nên ưu tiên áp dụng
Về mặt thực tiễn, bồn lọc áp lực thường nên được xem xét ưu tiên trong các trường hợp sau:
- Hệ thống có quy mô nhỏ đến trung bình, cần thiết bị gọn và dễ lắp đặt.
- Mặt bằng xây dựng hạn chế, khó bố trí bể lọc trọng lực hở.
- Nước sau lọc cần duy trì áp để cấp tiếp cho mạng sử dụng hoặc công đoạn sau.
- Dây chuyền yêu cầu module hóa, chế tạo sẵn, lắp ráp nhanh, dễ thay đổi công suất.
- Nguồn nước đầu vào đã có tiền xử lý tốt, tải lượng cặn không quá cao và tương đối ổn định.
- Hệ thống có xu hướng vận hành bán tự động hoặc tự động hóa.
5. Các giới hạn áp dụng cần lưu ý
Bên cạnh các ưu điểm nêu trên, bồn lọc áp lực không phải là lựa chọn tối ưu cho mọi trường hợp. Thiết bị có thể bộc lộ hạn chế khi áp dụng cho nguồn nước mặt có độ đục cao, dao động lớn theo mùa; hệ thống quy mô lớn cần quan sát trực tiếp quá trình rửa lọc; hoặc các dây chuyền mà chất lượng tiền xử lý chưa đủ ổn định. Trong các trường hợp này, việc kiểm soát chu kỳ lọc, phân phối nước rửa, mức độ giãn nở lớp vật liệu và phát hiện các bất thường trong quá trình backwash sẽ khó khăn hơn so với bể lọc trọng lực.
Do đó, việc lựa chọn bồn lọc áp lực cần được thực hiện trên cơ sở đánh giá đồng thời các yếu tố: chất lượng nước đầu vào, mục tiêu nước sau xử lý, quy mô công suất, yêu cầu áp lực trong hệ thống, điều kiện mặt bằng, mức độ tự động hóa và năng lực vận hành thực tế của đơn vị quản lý.
6. Kết luận
Bồn lọc áp lực là thiết bị lọc nhanh vật liệu hạt làm việc trong điều kiện kín và có áp, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong xử lý nước ngầm, nước cấp quy mô nhỏ và trung bình, nước công nghiệp, nước tuần hoàn và một số công đoạn lọc hoàn thiện trong xử lý nước thải. Giá trị chính của công nghệ này nằm ở tính gọn, khả năng module hóa, thuận tiện tích hợp với hệ thống bơm và khả năng duy trì áp suất cho dòng nước sau lọc. Tuy nhiên, hiệu quả vận hành của thiết bị phụ thuộc chặt chẽ vào chất lượng tiền xử lý, cấu tạo hệ thống thu – phân phối nước và chế độ rửa ngược. Vì vậy, pressure filter nên được lựa chọn như một giải pháp kỹ thuật có điều kiện, thay vì xem là phương án thay thế mặc định cho mọi dạng công trình lọc.
