Tại sao phải tính toán kích thước cột lọc thô
♦ Hiện nay, trên thị trường trong lĩnh vực xử lý nước, có thể nhận thấy rằng khá nhiều hệ thống thiết kế cột lọc nước đa tầng (cột đa vật liệu xử lý kim loại nặng), hệ tiền lọc nước đầu vào cho hệ thống lọc thẩm thấu ngược RO có thiết kế chưa thực sự chính xác. Việc tính toán kích thước cột lọc thô không hợp lý dẫn đến nhiều vấn đề và hạn chế như sau:
– Lưu lượng lọc chưa tối ưu dù bơm chạy 100% công suất.
– Chênh áp của cột lọc tăng nhanh.
– Vật liệu lọc trong cột lọc tạo thành các kênh rỗng nên các hạt TSS không được giữ lại.
– Quá trình rửa ngược không hiệu quả.
Chính vì vậy, để hệ thống lọc nước hoạt động ổn định, hiệu suất cao cần phải tính toán chính xác kích thước cột lọc phù hợp đối với từng hệ thống cụ thể. Điều này không những đảm bảo về tiêu chuẩn kĩ thuật còn góp phần tối ưu được chi phí đầu tư ban đầu cũng như chi phí vận hành hệ thống về sau.
– Để giúp các bạn hiểu được một cột lọc áp lực đa vật liệu nên thiết kế như thế nào, cùng Long Phú đi vào phân tích chi tiết các bước tính toán kích thước cột lọc qua bài viết này.
Hướng dẫn các bước tính toán chi tiết kích thước cột lọc
Nói đến kích cỡ cột lọc nước, chúng ta cần phải tính được thông số cột là đường kính cột lọc và chiều cao cột lọc.
+ Đường kính cột lọc: sẽ được quyết định bởi nhu cầu lưu lượng của hệ thống.
+ Chiều cao cột lọc: sẽ quyết định bởi chiều cao lớp vật liệu cộng với khoảng không gian trống phía trên cột.
=>Trong đó, chiều cao lớp vật liệu lọc được quyết định bởi nồng độ và thành phần TSS nướ đầu vào. Khoảng không gian trống bên trên thì được quyết định bởi chiều cao lớp vật liệu lọc, vì khi rửa ngược, không gian này phải đủ lớn để toàn bộ lớp vật liệu lọc có thể giãn nở ra để rửa đi hết cáu cặn.
Đến đây, chúng ta có thể nhận thấy rằng, tất cả các thông số từ lưu lượng, công suất hệ thống, chất lượng nước đầu vào cho đến khối lượng vật liệu, kích thước cột lọc đều có liên quan chặt chẽ với nhau.
Trước khi đi vào tính toán quý khách có thể xem các loại cột lọc trên thị trường để vừa tính vừa so sánh với thông số các cột tương ứng tại đây:
Chúng ta sẽ đi vào tính toán kích thước cột lọc thô qua một ví dụ cụ thể là một hệ thống lọc có công suất 1000l/h dưới đây.
Xác định kích thước cột lọc thô của hệ thống có công suất 1000l/h
Tính toán xác định đường kính cột lọc
♦ Để xác định đường kính cột lọc, chúng ta xác định lưu lượng nước cần xử lý. Sau khi xác định được lưu lượng cần xử lý của hệ thống chúng ta sẽ tính ra đường kính của cột lọc.
Đối với hệ thống có công suất đầu ra đạt 1000l/h, tức là cột lọc phải đạt công suất 1000 lít/h tương đương 1 m3/h.
Ta chọn hệ số lưu lượng trung bình tối ưu qua cột lọc là 12 m3/m2/h. Bằng công thức, ta sẽ tính ra được diện tích bề mặt cột lọc bằng công thức: (công suất hệ thống)/(lưu lượng trung bình tối ưu qua cột lọc) – (tại sao có công thức này chúng ta sẽ tìm hiểu ở những bài viết sau, công thức này đã được chứng minh, ở đây chỉ việc áp dụng để tính).
– Tức là: Diện tích bề mặt cột lọc = 1/12 = 0,083 (m2) (xấp xỉ)
Từ diện tích bề mặt (tiết diện cột lọc hình trụ) sẽ tính ra đường kính cột lọc theo công thức tính diện tích hình tròn.
– Đường kính cột lọc = 2 √ (0,083/π) x 2 = 2 √ (0,083/3,14) x 2 = 0,325 (m) = 33 (cm) (xấp xỉ)
Như vậy bằng công thức tính toán trên, ta đã tính ra được đường kính phù hợp của cột lọc thô cần sử dụng cho hệ thống có công suất 1000l/h. Cần tiếp tục tính toán chiều cao của cột để đưa ra lựa chọn loại cột lọc có thông số tương ứng.
Tính toán xác định chiều cao cột lọc
♦ Để tính chiều cao cột lọc chúng ta cần phải tính được tổng chiều cao của các lớp vật liệu lọc sẽ đổ vào cột và khoảng không gian trống phía trên cột.
Trong cột lọc đa tầng (đa vật liệu) sẽ có các lớp vật liệu lọc sau:
+ Lớp sỏi nhỏ 12-18 mm, nơi lót ống thu nước.
+ Lớp cát lớn 6-12 mm.
+ Lớp cát mịn 1.2 -5 mm.
Có hệ thống có thể kết hợp cột lọc than hoạt tính trong cột lọc đa vật liệu theo thứ tự từ dưới lên trên sẽ là: sỏi đỡ, cát lớn, than hoạt tính, cát nhỏ trên cùng.
♦ Lưu ý: Trong ví dụ cụ thể này, các loại vật liệu này sử dụng trong hệ thống xử lý nguồn nước cơ bản (nước cấp từ nhà máy). Đối với nước ngầm, nước giếng khoan,… có tính chất khác thì vật liệu lọc cũng sẽ khác.
Cách bố trí thứ tự vật liệu: vật liệu có khối lượng nặng nhất bên dưới cùng, càng đi lên thì càng nhẹ để khi rửa ngược, chúng lắng xuống lại theo thứ tự như cũ.
Do nồng độ các chất ô nhiễm của nguồn nước đầu vào khác nhau thì lượng vật liệu lọc sẽ khác nhau. Ở đây mình sẽ đưa ra một khoảng, quý khách căn cứ vào tính chất nước đầu vào hệ thống của mình để thay đổi độ dày các lớp vật liệu cho phù hợp. Vì nhiều vật liệu lọc quá thì dẫn đến hao phí và tổn thất áp, ít vật liệu lọc thì nước đầu ra không đạt.
+ Lớp sỏi đỡ nên giao động từ 100-200 mm, lớp sỏi đỡ này chỉ có chức năng thu nước nên chỉ cần bố trí làm sao ngập ống thu trên 100 mm – 150 mm là được.
+ Lớp cát lớn từ 250 mm – 350 mm.
+ Lớp cát nhỏ nên từ 200 mm – 400 mm.
(Lớp than hoạt tính anthracite từ 300-500 mm nếu như hệ thống kết hợp sử dụng chung vật liệu than hoạt tính trong cột đa vật liệu, hiện nay với hệ thống lọc tiêu chuẩn gồm 3 cột thì người ta sẽ sử dụng cột than hoạt tính riêng và cộng thêm cột cation làm mềm nước)
Như vậy tổng chiều cao của cột vật liệu lọc sẽ giao động trong khoảng 650 mm – 900 mm.
Tiếp theo chúng ta xác định khoảng trống phía bên trên vật liệu lọc để khi chúng ta rửa ngược, vật liệu lọc giãn nở ra, cặn được lấy đi.
Đối với cột lọc thô theo tính toán và kinh nghiệm thi công thực tế bên mình thường để không gian khoảng trống bên trên vào khoảng 30% đến 50% tùy thuộc nhiều vào chất lượng nước đầu vào, thường ở mức 40% chiều cao của lớp vật liệu lọc. Có thể cân đối tăng giảm chiều cao khoảng trống này, tuy nhiên, đảm bảo tối thiểu là 30% thì rửa ngược mới sạch được.
Ở đây, mình sẽ để khoảng trống là lớn nhất là 50% để đảm bảo tốt nhất cho quá trình rửa ngược. Như vậy là chúng ta đã tính ra được chiều cao của cột lọc cần là 900 mm + (900*50%) mm = 1350 mm.
Một bước quan trọng nữa là chúng ta cần xác định độ dày của thành cột lọc. Vì đây là lọc áp lực nên phải đảm bảo cột lọc phải chịu được áp suất cao. Mỗi loại vật liệu thì yêu cầu độ dày cũng khác nhau. Công thức tính độ dày thành cột lọc sẽ bằng áp suất thiết kế nhân với bán kính bồn, sau đó chia cho sức chịu áp của vật liệu nhân với hệ số chịu tải của mối hàn trừ đi 0.6 lần áp suất thiết kế (0.6 đối với loại bồn cầu elip ở hai đáy). Tuy nhiên, về cơ bản thì trên thị trường hiện nay, các hãng sản xuất cột lọc áp lực composite hay cột Inox đều đảm bảo về các tiêu chuẩn trên.
Lựa chọn cột lọc thô phù hợp sau khi tính toán
Sau khi tính toán được các thông số: đường kính cột lọc, chiều cao cột lọc ta có thể lựa chọn loại cột tương ứng với kích thước vừa tính được. Đối với hệ thống lọc thô công suất 1000l/h ta sẽ lựa chọn cột lọc 1354 (Φ 330 * H 1375) hoặc có thể dùng cột lớn hơn một chút là cột 1465 (Φ 350 * H 1620) tùy vào điều kiện thực tế. Chất liệu cột lọc có thể là Composite hoặc Inox.
Cách tính kích thước cột lọc thô trình bày ở trên là cách tính cơ bản có thể áp dụng với các loại bồn chứa vật liệu xử lý nước. Tuy nhiên, cũng còn tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước đầu vào và một số yếu tố khác, quý khách nên nhận thêm sự tư vấn của đơn vị chuyên ngành để điều chỉnh các thông số sao cho phù hợp nhất.
Như vậy là chúng ta đã tính ra được kích thước cột lọc đa tầng xử lý nước đầu vào hệ thống lọc thẩm thấu ngược RO khi biết lưu lượng nguồn nước và đặc tính nguồn nước đầu vào. Đối với cách tính khối lượng vật liệu lọc Long Phú sẽ đề cập ở những bài viết sau.
Tham khảo một số hệ thống lọc nước với công suất cụ thể tại đây:
Liên hệ nhận hỗ trợ, tư vấn giải pháp, báo giá hệ thống lọc nước
♦ Qua bài viết này, Long Phú hy vọng rằng sẽ mang lại nhiều thông tin hữu ích cho quý độc giả, quý khách hàng đang có nhu cầu quan tâm đến công nghệ lọc nước phục vụ cho việc thiết hệ thống xử lý nước. Quý khách có thắc mắc, cần tư vấn giải đáp, hay có nhu cầu lắp đặt hệ thống xử lý nước vui lòng liên hệ với chúng tôi bằng cách chat hoặc gọi theo số hotline để được hỗ trợ tốt nhất. Xin cảm ơn!