Bộ lọc cát thương mại — Lọc cát thạch anh và đa tầng

Bộ lọc cát thương mại là vỏ chịu áp chứa cát thạch anh được phân loại theo cỡ hạt, than antraxit hoặc lớp vật liệu đa tầng. Nước chảy xuống qua lớp vật liệu, các hạt lơ lửng bị giữ lại ở các lớp trên nhờ sự kết hợp giữa lọc cơ học và bám dính vào bề mặt hạt vật liệu. Bộ lọc có định mức khoảng 100 µm, nên loại bỏ cát, bùn mịn, bông cặn sét, hạt gỉ sét, tảo và các chất lơ lửng khác. Bộ lọc không loại bỏ muối hòa tan, độ cứng, nitrat hay chất hữu cơ hòa tan.

Lọc cát là công đoạn đầu tiên trong hầu hết các dây chuyền xử lý nước mặt và nước giếng. Công đoạn này bảo vệ các lớp than hoạt tính, hệ làm mềm, lõi lọc và màng lọc RO ở phía sau khỏi tắc nghẽn do hạt rắn, đồng thời giữ độ đục đủ thấp để quá trình khử trùng hiệu quả. Bộ lọc cát không phải thiết bị tiệt trùng: vi khuẩn và virus sẽ đi qua trừ khi bám vào hạt rắn, nên nước uống vẫn cần khử trùng. Trong một dây chuyền điển hình, lọc cát là công đoạn đầu, tiếp theo là than hoạt tính, làm mềm và RO, với UV hoặc clo hóa tại điểm sử dụng.

Bộ lọc không thay thế quá trình keo tụ, lắng hay khử trùng. Đây là hàng rào vật lý cho các hạt rắn, hiệu quả phụ thuộc vào nước cấp: nguồn nước ổn định, độ đục thấp cho chu kỳ vận hành dài và nước trong, còn nguồn nước dao động cần xử lý phía trước và rửa ngược thường xuyên hơn. Cần chọn kích thước lớp vật liệu lọc theo lưu lượng đỉnh và độ đục xấu nhất, không theo giá trị trung bình năm.

Cát thạch anh là lựa chọn mặc định: chi phí thấp, khối lượng riêng lớn và hiệu quả với độ đục vô cơ. Than antraxit nhẹ hơn và có diện tích bề mặt lớn hơn; vật liệu này cho phép lớp trên cùng thô hơn, giữ được nhiều cặn hơn và cần ít nước rửa ngược hơn, phù hợp với nước mặt có tảo hoặc ít chất hữu cơ. Vật liệu đa tầng — antraxit trên cát, cát trên sỏi — kết hợp lớp trên thô để tăng khả năng giữ cặn với các lớp dưới mịn hơn để đánh bóng nước, và thường được chọn khi độ đục nước vào dao động hoặc cao.

Việc chọn vật liệu lọc phải dựa trên phân tích nước cấp và yêu cầu của công đoạn phía sau. Với tiền xử lý RO, mục tiêu thường là SDI15 dưới 5 và độ đục dưới 1 NTU, thường cần đa tầng rồi đến lõi lọc 5 µm. Với nước uống, lọc cát hoặc đa tầng kèm khử trùng thường đã đủ. Than hoạt tính là công đoạn riêng: loại bỏ clo, mùi vị và chất hữu cơ, không xử lý độ đục.

Thông số trong catalogue là độ đục nước vào tới 100 NTU với nước ra ≤5 NTU, nhưng đây là giới hạn vận hành chứ không phải giá trị mục tiêu. Khi độ đục cao hơn khoảng 50 NTU, tần suất vận hành và lượng nước rửa ngược tăng nhanh; cao hơn 100 NTU, lớp vật liệu bị bít kín trước khi kết thúc chu kỳ. Với nước sông đục cao hoặc nước lũ, cần bổ sung keo tụ và lắng — hoặc thiết bị làm trong — trước bộ lọc, và dùng bộ lọc cát như công đoạn đánh bóng.

Sắt và mangan phải được oxy hóa trước khi có thể lọc. Sắt hóa trị hai đi xuyên qua lớp cát; sau khi sục khí, clo hóa hoặc châm ozon, sắt chuyển thành sắt hydroxit có thể lọc được. Dầu mỡ bám vào hạt vật liệu và khó xả ra khi rửa ngược. Tảo cần clo hóa trước hoặc một công đoạn thô hơn ở phía trước. Cần kiểm tra độ đục, sắt, mangan và nhu cầu chất oxy hóa trước khi chọn vật liệu lọc và cường độ rửa ngược.

Dòng bộ lọc cát bao gồm 0.5–50 m³/h với động cơ từ 0.37 đến 7.5 kW. Độ chính xác lọc là 100 µm, độ đục nước ra ≤5 NTU và độ đục nước vào tới 100 NTU. Dòng sản phẩm được xác định theo lưu lượng, động cơ và chất lượng nước; đường kính vỏ bình được suy ra từ tốc độ vận hành 10–15 m/h. Cung cấp lưu lượng đỉnh, độ đục nước thô và nguồn nước rửa ngược, từ ba thông số đó có thể chọn kích thước vỏ bình.

Vỏ bình thường bằng thép carbon phủ epoxy, thép không gỉ hoặc FRP, được chọn theo độ mặn của nước và vị trí lắp đặt. Các bộ phận bên trong gồm bộ phân phối nước phía trên, lớp sỏi đỡ được phân loại theo cỡ hạt và bộ thu nước phía dưới. Đồng hồ áp suất hai đầu lớp vật liệu, ống kính quan sát trên tuyến rửa ngược và van lấy mẫu giúp người vận hành xác nhận lớp vật liệu đã sạch và không bị thất thoát vật liệu.