1. Khi nào nên và không nên dùng bồn lọc tự rửa không van?
Bồn lọc tự rửa không van là một dạng thiết bị lọc trọng lực trong đó chu kỳ rửa ngược được kích hoạt bằng *sự gia tăng tổn thất thủy lực qua lớp vật liệu lọc kết hợp với cơ chế siphon*, thay vì sử dụng cụm van tự động, bơm rửa và chuỗi điều khiển PLC như nhiều hệ lọc thông thường.
Điểm hấp dẫn nhất của thiết bị không nằm ở việc “lọc tốt hơn” bồn lọc khác, mà ở khả năng *tự chuyển từ chế độ lọc sang rửa ngược bằng thủy lực*. Khi lớp vật liệu giữ cặn và trở lực tăng đến ngưỡng thiết kế, siphon được hình thành, nước sạch tích trữ trong bồn đổi chiều đi từ dưới lên để rửa lớp lọc. Khi mực nước hạ đến vị trí phá siphon, không khí đi vào đường siphon, dòng rửa dừng và thiết bị quay lại chế độ lọc. Đây là nguyên lý phổ biến của bồn lọc trọng lực tự động không van.
Chính cơ chế này đồng thời tạo ra *ưu điểm lớn nhất và giới hạn lớn nhất* của thiết bị. Nếu bài toán xử lý phù hợp với điều kiện thủy lực mà bồn được thiết kế, hệ thống có thể vận hành rất đơn giản. Ngược lại, nếu nguồn nước biến động mạnh hoặc cần kiểm soát chu kỳ rửa phức tạp, việc loại bỏ van và bơm không nhất thiết làm hệ thống tốt hơn.
Vì vậy, câu hỏi đúng không phải là “bồn lọc tự rửa không van có tốt không?”, mà là *điều kiện nào cho phép cơ chế thủy lực tự động của nó làm việc ổn định và điều kiện nào đòi hỏi một hệ lọc có khả năng điều khiển linh hoạt hơn*.
2. Bản chất của bài toán lựa chọn
Về chức năng xử lý, bồn lọc tự rửa không van vẫn là một *bể lọc vật liệu dạng hạt*. Hiệu quả lọc phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào, tính chất cặn, loại và chiều sâu vật liệu, vận tốc lọc, khả năng giữ cặn và chất lượng quá trình rửa ngược.
Điểm khác biệt chủ yếu nằm ở *cách tạo chu kỳ rửa*.
Đối với một bồn lọc thông thường, hệ thống điều khiển có thể chủ động thực hiện một chuỗi như:
- đóng nước vào;
- đóng nước ra;
- xả hạ mực nước;
- thổi khí;
- rửa nước;
- kết hợp khí – nước;
- xả nước đầu;
- đưa bồn trở lại vận hành.
Bồn lọc tự rửa không van đơn giản hóa đáng kể chuỗi này. Trở lực của lớp lọc tăng làm thay đổi cột nước trong hệ thống siphon. Khi đạt điều kiện khởi động, siphon hình thành và nước sạch dự trữ trong thiết bị tự động rửa ngược lớp vật liệu. Nhiều cấu hình thương mại vì vậy không cần bơm rửa ngược, van chuyển chế độ hay bộ điều khiển điện cho chu kỳ rửa.
Nhưng điều đó cũng có nghĩa là *chu kỳ rửa bị ràng buộc chặt với hình học thiết bị và trạng thái thủy lực*.
Đây là tiêu chí quan trọng nhất khi quyết định nên hay không nên sử dụng.
3. Nên dùng khi mục tiêu chính là lọc cặn sau công đoạn xử lý phía trước
Bồn lọc tự rửa không van phù hợp nhất khi nó thực hiện đúng vai trò của một công đoạn *lọc làm trong hoặc lọc hoàn thiện*, thay vì phải gánh tải lượng chất rắn quá lớn.
Trong quá trình lọc, tải trọng bề mặt có thể biểu diễn:
Trong đó:
- \(v_f\) là vận tốc lọc;
- \(Q\) là lưu lượng qua bồn;
- \(A\) là diện tích bề mặt lớp lọc.
Khi cặn bị giữ lại, tổn thất cột nước qua lớp vật liệu tăng dần:
Ở đây, \(\Delta H_f\) không phải một giá trị cố định cho mọi thiết bị mà phụ thuộc vào cấu hình bồn và ngưỡng thủy lực dùng để kích hoạt siphon.
Nếu nước đầu vào tương đối ổn định, lượng chất rắn lơ lửng không quá cao và quá trình giữ cặn diễn ra tương đối đều, quan hệ *cặn tích lũy → trở lực tăng → kích hoạt rửa* rất phù hợp với nguyên lý của bồn tự rửa không van.
Các ứng dụng điển hình có thể gồm:
- lọc sau keo tụ – tạo bông và lắng;
- lọc hoàn thiện nước cấp;
- lọc cặn kết tủa sắt sau quá trình oxy hóa;
- lọc cặn mangan khi quá trình oxy hóa và tạo pha rắn đã được thực hiện phù hợp;
- lọc dòng tuần hoàn hoặc dòng nhánh của hệ thống nước làm mát;
- lọc giảm chất rắn lơ lửng cho một số dòng nước công nghiệp đã qua tiền xử lý.
Các nhà cung cấp bồn lọc không van hiện cũng ứng dụng thiết bị cho xử lý nước cấp và lọc dòng nhánh nước làm mát tuần hoàn.
Một điểm cần phân biệt rõ: *lớp lọc chủ yếu giữ pha rắn*. Nếu sắt vẫn chủ yếu tồn tại dưới dạng Fe²⁺ hòa tan hoặc mangan vẫn ở dạng hòa tan chưa được oxy hóa thích hợp, chỉ đưa nước qua lớp cát không đồng nghĩa với việc sẽ loại bỏ hiệu quả các thành phần đó.
Do đó, trong dây chuyền khử sắt hoặc mangan, phải đánh giá toàn bộ chuỗi:
*oxy hóa → hình thành hoặc xúc tác tạo pha rắn → lọc*
chứ không nên đánh giá bồn lọc như một thiết bị độc lập.
4. Nên dùng khi nguồn nước và lưu lượng tương đối ổn định
Cơ chế siphon hoạt động tốt nhất khi hệ thống có trạng thái thủy lực tương đối có thể dự đoán.
Nếu lưu lượng vào thay đổi quá mạnh, mực nước và chênh áp trong hệ thống cũng biến động theo. Khi đó, việc phân biệt giữa:
- tăng cột nước do lớp lọc bị bẩn;
- tăng cột nước do lưu lượng đột ngột tăng;
trở nên khó hơn nếu hệ thống chỉ dựa vào thủy lực thuần túy.
Về nguyên lý, tổn thất qua lớp vật liệu sạch đã tăng khi vận tốc dòng tăng. Sau khi lớp lọc tích lũy cặn, tổn thất còn tăng mạnh hơn. Vì vậy trạng thái kích hoạt siphon không chỉ liên quan đến lượng cặn mà còn chịu ảnh hưởng của lưu lượng thực tế.
Điều này không có nghĩa bồn tự rửa không thể làm việc khi lưu lượng biến đổi. Vấn đề là *biên độ và tốc độ biến đổi phải nằm trong phạm vi mà hệ thống thủy lực đã được thiết kế*.
Nếu hệ thống thường xuyên chạy từ lưu lượng rất thấp lên lưu lượng cực đại, đóng/mở nguồn nước liên tục hoặc có các đợt xung lưu lượng lớn, một bồn lọc có van điều khiển và đo chênh áp thường cho phép kiểm soát chủ động hơn.
5. Nên dùng khi ưu tiên hệ thống đơn giản và ít thiết bị cơ điện
Một trong những lý do hợp lý nhất để lựa chọn bồn lọc tự rửa không van là giảm số lượng thành phần có chuyển động hoặc cần điều khiển.
Ở cấu hình điển hình, quá trình rửa có thể diễn ra mà không cần:
- bơm rửa ngược riêng;
- cụm van tự động chuyển chế độ;
- bộ truyền động khí nén hoặc điện cho từng van;
- chuỗi liên động PLC cho quá trình rửa.
Cơ chế thủy lực tự động này là đặc trưng của các thiết kế bồn lọc không van và là lý do thiết bị thường được sử dụng tại các hệ thống muốn giảm thiết bị quay và phần điều khiển.
Điều này đặc biệt có giá trị tại:
- trạm xử lý phân tán;
- khu vực nhân lực vận hành hạn chế;
- hệ thống cần giảm phụ thuộc vào khí nén;
- công trình muốn giảm số lượng van tự động;
- nơi việc bảo trì bộ truyền động, van và hệ điều khiển khó khăn.
Tuy nhiên, “ít thiết bị” không đồng nghĩa với “không cần kiểm tra”.
Các bộ phận quyết định khả năng tự rửa như siphon chính, siphon phụ hoặc hệ mồi, đường thông khí, đường phá siphon, cao trình cửa ống và khoang chứa nước rửa đều phải duy trì đúng trạng thái thiết kế.
Một đường phá siphon bị nghẹt hoặc một đường mồi siphon không hoạt động có thể làm sai toàn bộ chu trình dù hệ thống gần như không có thiết bị điện.
6. Nên dùng khi công trình có đủ cột nước cho cả lọc và rửa
Bồn lọc tự rửa không van là một *bài toán cao trình* trước khi là bài toán tự động hóa.
Trong chế độ lọc, hệ thống phải có đủ chênh lệch năng lượng để nước:
- đi vào bồn;
- đi qua lớp vật liệu;
- đi qua hệ thống thu nước;
- đi lên khoang chứa nước sạch nếu cấu hình yêu cầu;
- chảy ra công trình phía sau.
Trong chế độ rửa, lượng nước sạch tích trữ phải tạo được chênh lệch cột nước đủ lớn để đảo chiều dòng qua lớp lọc và tạo cường độ rửa cần thiết.
Có thể biểu diễn tổng quát:
Trong đó:
- \(\Delta H_{\text{available}}\) là cột nước khả dụng của hệ thống;
- \(\Delta H_{\text{media}}\) là tổn thất qua lớp vật liệu;
- \(\Delta H_{\text{underdrain}}\) là tổn thất qua hệ thống thu – phân phối nước;
- \(\Delta H_{\text{pipe}}\) là tổn thất đường ống;
- \(\Delta H_{\text{local}}\) là tổng tổn thất cục bộ.
Điều kiện này phải được kiểm tra cho *cả trạng thái lọc và trạng thái rửa*, không thể chỉ kiểm tra khi lớp vật liệu sạch.
Nếu mặt bằng công trình cho phép bố trí cao trình thuận lợi, bồn tự rửa có thể khai thác trọng lực rất hiệu quả.
Ngược lại, nếu công trình bị hạn chế chiều cao, mực nước công trình phía sau quá cao hoặc đường xả nước rửa không đủ thấp, ưu điểm “không cần bơm rửa” có thể không còn.
7. Nên dùng khi có thể chấp nhận rửa ngược bằng nước là cơ chế làm sạch chính
Trong cấu hình cơ bản, bồn tự rửa sử dụng nước sạch đã tích trữ để rửa vật liệu từ dưới lên.
Cơ chế này phù hợp khi cặn có khả năng bong khỏi hạt vật liệu dưới tác động của:
- lực cắt của dòng nước;
- chuyển động tương đối giữa các hạt;
- độ giãn nở của lớp lọc.
Mục tiêu của rửa ngược không đơn thuần là “cho nước chảy ngược”, mà phải tạo điều kiện đủ để lớp vật liệu được xáo trộn và cặn bị giải phóng.
Nếu gọi \(v_{bw}\) là vận tốc rửa ngược thì giá trị thiết kế phải phù hợp với:
- kích thước hạt;
- khối lượng riêng vật liệu;
- nhiệt độ và độ nhớt của nước;
- chiều sâu lớp lọc;
- cấu trúc hệ thống phân phối;
- mức độ giãn nở cho phép của lớp vật liệu.
Không có một giá trị \(v_{bw}\) duy nhất áp dụng cho mọi bồn.
Vì vậy, bồn tự rửa đặc biệt phù hợp khi *rửa nước đơn thuần đã đủ phục hồi lớp lọc*.
8. Không nên dùng khi nước đầu vào có tải lượng cặn quá cao hoặc biến động mạnh
Đây là trường hợp dễ chọn sai công nghệ nhất.
Lượng chất rắn đưa vào bồn trong một khoảng thời gian có thể biểu diễn:
Trong đó:
- \(M_s\) là khối lượng chất rắn đi vào;
- \(C_s\) là nồng độ chất rắn đầu vào;
- \(t\) là thời gian vận hành.
Khi tải cặn tăng, lớp lọc đạt trạng thái tổn thất lớn nhanh hơn và chu kỳ lọc ngắn lại.
Nếu sau mỗi lần rửa bồn chỉ hoạt động được trong thời gian rất ngắn rồi tiếp tục kích hoạt siphon, thiết bị về mặt cơ học có thể vẫn “tự động”, nhưng hệ thống xử lý đã không còn hiệu quả.
Hệ quả có thể gồm:
- tăng lượng nước rửa;
- giảm lượng nước thực thu;
- siphon khởi động quá thường xuyên;
- tăng lượng nước thải rửa phải xử lý;
- giảm khả năng duy trì công suất thiết kế.
Trong trường hợp này, vấn đề cần giải quyết thường nằm *phía trước bồn lọc*, chẳng hạn cải thiện keo tụ, tạo bông, lắng hoặc thu hồi chất rắn, thay vì chỉ tăng kích thước bồn.
9. Không nên dùng như thiết bị thay thế cho lắng khi cặn có khả năng tách trước
Một bể lọc có thể giữ được hạt cặn không có nghĩa là nên đưa toàn bộ cặn vào lớp lọc.
Lắng và lọc thực hiện hai chức năng khác nhau.
Bể lắng khai thác sự khác biệt khối lượng riêng và khả năng lắng của bông cặn để tách một lượng lớn chất rắn với tổn thất năng lượng thấp.
Bể lọc sử dụng môi trường hạt để giữ những phần cặn còn lại.
Nếu bông cặn sau keo tụ có kích thước đủ lớn để lắng nhưng bỏ qua công đoạn lắng và đưa trực tiếp vào bồn lọc, tải giữ cặn của lớp vật liệu có thể tăng rất nhanh.
Khi đó, hiện tượng “tự rửa thường xuyên” không phải bằng chứng hệ thống tự động tốt mà có thể là dấu hiệu *phân bổ tải giữa các công trình xử lý không hợp lý*.
10. Không nên dùng khi nước có nhiều dầu, chất nhớt hoặc cặn bám dính khó rửa
Rửa ngược bằng nước có hiệu quả cao đối với nhiều loại cặn vô cơ và bông cặn có khả năng tách khỏi bề mặt vật liệu.
Nhưng không phải mọi loại chất bẩn đều có đặc tính này.
Các thành phần cần đặc biệt thận trọng gồm:
- dầu và mỡ;
- chất hữu cơ nhớt;
- polymer dư;
- sinh khối tạo màng;
- cặn có xu hướng kết dính;
- vật chất có khả năng tạo khối bùn trong lớp lọc.
Trong các trường hợp này, lớp vật liệu có thể không phục hồi đầy đủ chỉ bằng rửa nước.
Nếu quá trình cần:
- thổi khí phá vỡ khối cặn;
- rửa khí – nước kết hợp;
- rửa bề mặt;
- ngâm hóa chất;
- chương trình làm sạch nhiều giai đoạn;
thì bồn tự rửa không van cấu hình đơn giản thường không phải lựa chọn tối ưu.
11. Không nên dùng khi yêu cầu kiểm soát chu kỳ rửa rất chặt
Một hệ lọc có PLC có thể kích hoạt rửa theo nhiều tiêu chí:
- chênh áp;
- thời gian;
- tổng lượng nước đã lọc;
- độ đục nước sau lọc;
- lịch sản xuất;
- yêu cầu của người vận hành.
Bồn lọc tự rửa không van truyền thống chủ yếu phản ứng với *trạng thái thủy lực dẫn tới hình thành siphon*.
Đây là một cơ chế rất thông minh nhưng ít linh hoạt hơn.
Ví dụ, có những trường hợp lớp lọc cần được rửa sau một khoảng thời gian nhất định để tránh phát triển sinh học dù tổn thất chưa đạt ngưỡng. Ngược lại, một biến động thủy lực ngắn hạn có thể làm hệ tiến gần điều kiện kích hoạt siphon trong khi lớp lọc chưa thực sự chứa nhiều cặn.
Một số thiết kế có cơ chế rửa cưỡng bức hoặc mồi siphon thủ công, nhưng nếu dự án cần thường xuyên can thiệp vào logic rửa thì cần đặt câu hỏi liệu *ưu thế của hệ không van còn đáng kể hay không*. Cơ chế cưỡng bức tạo siphon cũng xuất hiện trong một số thiết kế bồn không van.
12. Không nên dùng khi cần lưu lượng đầu ra tuyệt đối liên tục nhưng chỉ bố trí một bồn
Khi một bồn bước vào chu kỳ rửa, nước sạch tích trữ được sử dụng để rửa ngược lớp vật liệu và bồn đó tạm thời không thực hiện chức năng lọc bình thường.
Nếu dây chuyền phía sau không có khả năng đệm, một bồn đơn có thể tạo dao động lưu lượng đầu ra.
Giải pháp thường là:
- bố trí nhiều đơn nguyên;
- có bể chứa nước sau lọc;
- phân chia công suất để một bồn rửa không ảnh hưởng đáng kể đến tổng lưu lượng.
Các hệ thống nhiều bồn lọc không van có thể được bố trí thành cụm để phục vụ lưu lượng lớn và tăng tính liên tục.
Do đó, không nên hiểu “tự động” là “một bồn duy nhất có thể đảm bảo lưu lượng liên tục trong mọi thời điểm”.
13. Không nên dùng khi cao trình xả nước rửa không thuận lợi
Siphon không tạo ra năng lượng từ bên ngoài. Nó chỉ khai thác chênh lệch cột nước đã có của hệ thống.
Đặc biệt cần kiểm tra cao trình đầu ra của nhánh siphon so với:
- mực nước trong bồn;
- khoang chứa nước rửa;
- lớp vật liệu;
- máng hoặc hố tiếp nhận nước rửa.
Nếu nhánh xả bị ngập quá sâu, áp lực ngược tăng hoặc mực nước hố thu thay đổi lớn, quá trình hình thành và phá siphon có thể khác với trạng thái thiết kế.
Vì vậy, trước khi lựa chọn thiết bị phải vẽ *sơ đồ cao trình thủy lực*, thay vì chỉ kiểm tra kích thước cơ khí của bồn.
Đây là một trong những khác biệt quan trọng giữa việc “mua một thiết bị” và “thiết kế một hệ thống lọc tự rửa”.
14. Không nên dùng nếu hệ thống cần thay đổi vật liệu lọc thường xuyên
Cơ chế rửa ngược được xác lập dựa trên đặc tính thủy lực của lớp vật liệu.
Nếu thay đổi:
- loại vật liệu;
- kích thước hạt;
- khối lượng riêng;
- chiều sâu lớp;
- cấu hình một lớp sang đa lớp;
thì tổn thất thủy lực và điều kiện giãn nở khi rửa đều thay đổi.
Một hệ lọc có bơm và biến tần có khả năng điều chỉnh lưu lượng rửa tương đối thuận lợi.
Trong khi đó, bồn tự rửa dựa vào cột nước tích trữ và cao trình cố định có biên điều chỉnh hạn chế hơn.
Vì vậy, nếu chủ đầu tư muốn thường xuyên thử nhiều loại vật liệu hoặc thay đổi chức năng bồn trong tương lai, một hệ thống có điều khiển chủ động thường linh hoạt hơn.
15. Bồn tự rửa đặc biệt phù hợp với trường hợp nào?
Có thể xem bồn lọc tự rửa không van là lựa chọn mạnh khi đồng thời thỏa mãn phần lớn các điều kiện sau:
- nước đầu vào đã qua tiền xử lý và tải chất rắn nằm trong phạm vi ổn định;
- mục tiêu chính là giữ cặn lơ lửng hoặc pha rắn đã hình thành;
- lưu lượng tương đối ổn định;
- rửa ngược bằng nước đủ để phục hồi lớp lọc;
- công trình có cao trình thuận lợi;
- có vị trí xả nước rửa với mực nước phù hợp;
- muốn giảm bơm, van tự động và thiết bị điều khiển;
- khả năng bảo trì cơ điện tại hiện trường hạn chế;
- quá trình không cần nhiều chế độ rửa phức tạp;
- công suất có thể phân chia thành các đơn nguyên nếu cần duy trì liên tục.
Trong điều kiện này, sự đơn giản của hệ thống không phải là sự đánh đổi mà thực sự trở thành *một ưu điểm kỹ thuật*.
16. Khi nào bồn lọc có van và bơm rửa phù hợp hơn?
Bồn lọc điều khiển chủ động thường nên được ưu tiên khi:
- chất lượng nước biến đổi rất rộng;
- yêu cầu vận tốc lọc thay đổi theo sản xuất;
- cần kiểm soát chặt lưu lượng từng bồn;
- cần thổi khí trước khi rửa nước;
- cần rửa khí – nước kết hợp;
- cần nhiều mức cường độ rửa;
- cần khởi động rửa theo độ đục hoặc nhiều tín hiệu công nghệ;
- cần đưa từng bồn ra khỏi hệ thống để bảo trì độc lập;
- điều kiện cao trình không thuận lợi cho siphon;
- cần khả năng thay đổi cấu hình vật liệu trong tương lai;
- yêu cầu tích hợp sâu với hệ thống PLC/SCADA của toàn nhà máy.
Điểm cần nhấn mạnh là đây không phải cuộc so sánh giữa công nghệ “cũ” và “mới”.
Một hệ siphon thủy lực được thiết kế đúng có thể rất tin cậy. Một hệ van – PLC được thiết kế đúng lại cung cấp khả năng kiểm soát vượt trội.
Công nghệ phù hợp phụ thuộc vào *mức độ tự do điều khiển mà quá trình thực sự cần*.
17. Bảng lựa chọn nhanh
| Điều kiện dự án | Bồn tự rửa không van | Bồn có van và hệ rửa chủ động |
|---|---|---|
| Nước đầu vào tương đối ổn định | Phù hợp | Phù hợp |
| Tải cặn biến động rất mạnh | Cần thận trọng | Thuận lợi hơn |
| Muốn giảm thiết bị cơ điện | Rất phù hợp | Kém lợi thế hơn |
| Có đủ chênh cao thủy lực | Thuận lợi | Không bắt buộc |
| Mặt bằng hạn chế chiều cao | Có thể bất lợi | Linh hoạt hơn |
| Rửa chỉ bằng nước | Phù hợp | Phù hợp |
| Cần thổi khí hoặc rửa nhiều bước | Không phải cấu hình ưu tiên | Phù hợp hơn |
| Cần thay đổi chương trình rửa | Hạn chế | Linh hoạt |
| Cần điều khiển bằng nhiều tín hiệu | Hạn chế | Phù hợp |
| Nhân lực bảo trì cơ điện hạn chế | Có lợi thế | Yêu cầu cao hơn |
| Dòng nước có dầu hoặc cặn bám dính | Cần thận trọng | Có khả năng xây dựng chế độ làm sạch phức tạp hơn |
| Yêu cầu dòng ra liên tục | Cần nhiều đơn nguyên hoặc bể đệm | Có thể tổ chức linh hoạt theo nhiều đơn nguyên |
18. Những thông số phải kiểm tra trước khi quyết định
Không nên lựa chọn bồn lọc tự rửa chỉ từ thông số lưu lượng danh nghĩa.
Tối thiểu cần có các nhóm dữ liệu sau.
18.1. Chất lượng nước đầu vào
Cần xác định:
- độ đục và mức biến động;
- TSS và đặc tính chất rắn;
- kích thước và khả năng kết dính của cặn;
- sắt, mangan và trạng thái hòa tan hay kết tủa;
- dầu mỡ;
- chất hữu cơ;
- tảo hoặc nguy cơ phát triển sinh học;
- hóa chất và polymer còn dư từ công đoạn trước.
Mục tiêu là xác định *lớp lọc sẽ giữ loại cặn gì và cặn đó có thể được rửa ra bằng nước hay không*.
18.2. Điều kiện thủy lực
Cần lập profile hoặc sơ đồ cao trình thể hiện ít nhất:
- cao trình nước vào;
- mực nước vùng lọc;
- cao trình đỉnh siphon;
- mực nước khoang chứa nước sạch;
- cao trình hệ thu nước;
- cao trình cửa siphon;
- cao trình điểm xả nước rửa;
- mực nước lớn nhất tại công trình tiếp nhận;
- mực nước công trình phía sau.
Không nên chỉ dựa vào “cột nước tổng”.
18.3. Đặc tính lớp vật liệu
Cần xác định:
- loại vật liệu;
- kích thước hạt;
- hệ số đồng đều nếu có;
- khối lượng riêng;
- chiều dày lớp;
- số lớp vật liệu;
- tổn thất khi sạch;
- trạng thái giãn nở trong quá trình rửa.
Đây là cơ sở để kiểm tra cả lọc và rửa ngược.
18.4. Cân bằng nước rửa
Cần xác định thể tích nước sạch dự trữ:
Trong đó:
- \(V_{bw}\) là thể tích nước cần cho một lần rửa;
- \(Q_{bw}\) là lưu lượng rửa;
- \(t_{bw}\) là thời gian rửa.
Với bồn tự rửa, thể tích này liên quan trực tiếp đến dung tích khoang chứa nước sạch và cao trình phá siphon.
Nếu thể tích dự trữ không đủ, lớp lọc chưa được làm sạch hoàn toàn thì siphon đã bị phá.
Ngược lại, nếu chu kỳ rửa quá dài hoặc cường độ không phù hợp, có thể tăng thất thoát nước hoặc gây mất vật liệu.
19. Một số sai lầm thường gặp khi lựa chọn
Sai lầm phổ biến nhất là chọn thiết bị vì thấy mô tả “tự động hoàn toàn” nhưng chưa kiểm tra điều kiện hình thành siphon.
Sai lầm thứ hai là xem công suất danh nghĩa của bồn là thông số đủ để lựa chọn. Hai nguồn nước cùng lưu lượng nhưng tải cặn khác nhau có thể tạo thời gian chu kỳ lọc hoàn toàn khác nhau.
Sai lầm thứ ba là cho rằng bồn không van không cần vận hành và bảo trì. Thực tế, người vận hành vẫn cần theo dõi:
- thời gian giữa các lần rửa;
- khả năng hình thành siphon;
- thời gian duy trì siphon;
- khả năng phá siphon;
- độ đục nước sau lọc;
- chất lượng nước rửa;
- tình trạng thất thoát vật liệu;
- phân phối nước trên và dưới lớp lọc.
Đặc biệt, *thời gian chu kỳ lọc là một chỉ báo vận hành rất có giá trị*.
Nếu nguồn nước không thay đổi đáng kể nhưng chu kỳ giữa hai lần rửa ngắn dần, cần kiểm tra khả năng:
- lớp vật liệu chưa được rửa sạch;
- cặn tích tụ lâu dài;
- hệ phân phối nước bị nghẹt;
- vật liệu bị đóng bánh;
- đặc tính nước đầu vào đã thay đổi.
Sai lầm thứ tư là cho rằng siphon đã hình thành thì chắc chắn lớp lọc được rửa đúng. Hai vấn đề này hoàn toàn khác nhau.
Siphon chỉ tạo ra dòng rửa.
*Hiệu quả rửa còn phụ thuộc vào lưu lượng, cường độ rửa, độ phân phối đều và khả năng giãn nở của lớp vật liệu.*
20. Cách đánh giá một phương án bồn lọc tự rửa trước khi phê duyệt
Trước khi chốt thiết bị, hồ sơ kỹ thuật nên cho phép trả lời rõ các câu hỏi:
- Vận tốc lọc thiết kế là bao nhiêu?
- Tổn thất lớp lọc sạch là bao nhiêu?
- Ngưỡng tổn thất nào làm khởi động siphon?
- Cơ chế mồi siphon hoạt động thế nào?
- Nếu siphon không tự hình thành thì có phương án cưỡng bức hay không?
- Cường độ rửa được tạo ra bằng chênh cột nước nào?
- Lớp vật liệu giãn nở bao nhiêu trong điều kiện nhiệt độ thiết kế?
- Nước rửa lấy từ đâu?
- Dung tích nước rửa cho một chu kỳ là bao nhiêu?
- Điều kiện nào làm phá siphon?
- Nếu đường phá siphon bị nghẹt thì hệ thống phản ứng thế nào?
- Mực nước tại tuyến xả nước rửa lớn nhất cho phép là bao nhiêu?
- Một đơn nguyên đang rửa ảnh hưởng thế nào đến tổng lưu lượng?
- Có phương án cô lập một bồn khi bảo trì hay không?
Nếu nhà cung cấp chỉ cung cấp lưu lượng, kích thước bồn và loại vật liệu nhưng không giải thích được *logic thủy lực của quá trình khởi động – duy trì – phá siphon*, hồ sơ chưa đủ để đánh giá thiết kế.
21. Kết luận
Bồn lọc tự rửa không van nên được lựa chọn khi bài toán xử lý có *nguồn nước tương đối ổn định, tải cặn phù hợp với lọc vật liệu, rửa bằng nước đủ hiệu quả và công trình có điều kiện cao trình thuận lợi*. Trong trường hợp đó, cơ chế siphon cho phép loại bỏ nhiều van tự động, bơm rửa và chuỗi điều khiển, tạo ra một hệ thống đơn giản và có khả năng tự vận hành bằng thủy lực.
Không nên ưu tiên bồn này khi nước đầu vào biến động mạnh, tải cặn quá cao, cặn khó rửa, cần thổi khí hoặc chuỗi rửa nhiều bước, yêu cầu điều khiển quá trình phức tạp hoặc cao trình công trình không đủ cho chu trình siphon.
Điểm quyết định vì vậy không phải là *“có cần tự động hay không”*, bởi cả hai loại hệ thống đều có thể tự động.
Điểm quyết định là:
*Nên dùng thủy lực tự thân để quyết định và thực hiện chu kỳ rửa, hay cần một hệ điều khiển chủ động có khả năng can thiệp vào từng trạng thái vận hành?*
Nếu cơ chế thủy lực đáp ứng đầy đủ yêu cầu quá trình, bồn lọc tự rửa không van là một giải pháp rất hợp lý. Nếu quá trình đòi hỏi nhiều mức độ kiểm soát hơn khả năng mà siphon có thể cung cấp, hệ lọc dùng van và hệ rửa chủ động sẽ phù hợp hơn.