Nghiên cứu quá trình tự rửa bể lọc vật liệu lọc nổi dùng cho các trạm cấp nước quy mô nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI.
*******

NCS: Nguyễn Thanh Phong

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỰ RỬA BỂ LỌC VẬT LIỆU
LỌC NỔI DÙNG CHO CÁC TRẠM CẤP NƢỚC
QUY MÔ NHỎ

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ sở hạ tầng
Mã số : 62.58.02.10

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2017


GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI.
*******

NCS: Nguyễn Thanh Phong

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỰ RỬA BỂ LỌC VẬT LIỆU
LỌC NỔI DÙNG CHO CÁC TRẠM CẤP NƢỚC
QUY MÔ NHỎ

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ sở hạ tầng
Mã số : 62.58.02.10

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. Nguyễn Văn Tín
2. PGS. TS. Trần Thanh Sơn

Hà Nội - Năm 2017


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích
dẫn, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 08 tháng 2 năm 2017

Tác giả luận án

Nguyễn Thanh Phong


ii

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội,
đến nay luận án đã hoàn thành.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Tín và TS.
Trần Thanh Sơn đã tận tình hướng dẫn khoa học và động viên khuyến khích tác
giả hoàn thành luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ Giáo dục và Đào tạo, Ban giám hiệu,
Khoa Sau đại học Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã quan tâm và giúp đỡ tác

giả trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Công ty TNHH một thành viên Kinh doanh
nước sạch Hải Dương, Ban Giám đốc Xí nghiệp Kinh doanh nước sạch số 5 Hải
Dương đã cho phép tác giả nghiên cứu thực nghiệm tại nhà máy và cung cấp số
liệu, tài liệu, hỗ trợ tác giả thực hiện luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy, cô giáo Bộ môn Cấp Thoát nước
trường Đại học Xây Dựng, Đại học Kiến trúc Hà Nội, bạn bè đồng nghiệp, gia
đình đã tạo điều kiện, động viên tác giả hoàn thành luận án.
Trong quá trình thực hiện, luận án không tránh khỏi những khiếm khuyết,
vì vậy tác giả rất mong nhận được sự góp ý của các chuyên gia, nhà khoa học
trong và ngoài ngành.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 08 tháng 2 năm 2017

Tác giả luận án

Nguyễn Thanh Phong


iii
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. xi
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ BỂ LỌC VLL NỔI VÀ RỬA LỌC ............ 8
1.1 Khái quát về bể lọc VLL nổi trên thế giới và ở Việt nam ............................... 8
1.1.1
1.1.2
1.1.3

Bể lọc VLL nổi trên Thế giới ............................................................................. 8
Bể lọc VLL nổi ở Việt Nam .............................................................................. 11
Bể lọc VLL nổi tự rửa trong các trạm cấp nước quy mô nhỏ ........................ 15

1.2 VLL nổi và các đặc tính ............................................................................................ 17
1.2.1
1.2.2

Yêu cầu đối với VLL nổi ................................................................................... 17
Đặc tính của VLL nổi ....................................................................................... 18

1.3 Các phƣơng pháp rửa lọc đang sử dụng hiện nay........................................... 21
1.3.1
1.3.2

Tự rửa lọc bể lọc trọng lực theo nguyên lý thủy lực ....................................... 21
Rửa lọc bể lọc VLL nổi ..................................................................................... 24

1.4 Nhận xét, đánh giá về bể lọc VLL nổi và phƣơng pháp rửa bể lọc VLL
nổi. 27
1.4.1
1.4.2

Đánh giá về bể lọc VLL nổi.............................................................................. 27
Đánh giá về quá trình tự rửa lọc ..................................................................... 30

1.5 Tình hình nghiên cứu liên quan đến bể lọc VLL nổi ...................................... 33
1.5.1
1.5.2
1.5.3

Các luận án và luận văn................................................................................... 33
Các dự án và đề tài NCKH ............................................................................... 34
Nhận xét chung ................................................................................................ 35

1.6 Những vấn đề còn tồn tại và hƣớng nghiên cứu của đề tài........................... 36
1.6.1
1.6.2

Những vấn đề còn tồn tại ................................................................................. 36
Hướng nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 37

Chƣơng 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH LỌC VÀ TỰ RỬA
LỌC BỂ LỌC VLL NỔI .............................................................................. 39
2.1 Lý thuyết về lọc và rửa lọc VLL nổi......................................................................... 39
2.1.1
2.1.2
2.1.3

Quá trình lọc nước qua lớp VLL nổi dạng hạt ............................................... 40
Quy luật tăng tổn thất áp lực khi lọc nước qua lớp VLL nổi dạng hạt .......... 43
Rửa lọc bể lọc VLL nổi ..................................................................................... 47

2.2 Cơ sở lý thuyết thủy lực hệ thống xi phông rửa lọc.............................................. 51
2.2.1
2.2.2

Lý thuyết tính toán xi phông ............................................................................ 51
Phân tích hiện tượng ngắt chân không trong xi phông ................................. 53

iv
2.2.3

Lựa chọn tín hiệu khởi động xi phông trong bể lọc tự rửa. ........................... 55

2.3 Những vấn đề liên quan đến khởi động xi phông thực hiện quá trình tự rửa
lọc ........................................................................................................................................... 55
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4

Bơm chân không trong việc khởi động xi phông ............................................ 55
Ejector tạo chân không trong việc khởi động xi phông .................................. 56
Xi phông định lượng tự động phân phối nước theo chu kỳ ........................... 61
Vai trò của khóa thủy lực trong việc khởi động xi phông .............................. 62

2.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động bằng
thiết bị khóa thủy lực ........................................................................................................... 64
2.4.1 Cấu tạo của bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động bằng thiết bị khóa thủy lực ... 64
2.4.2 Nguyên lý hoạt động của bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động bằng thiết bị khóa
thủy lực .......................................................................................................................... 65

2.5 Giả thiết khoa học và các bƣớc nghiên cứu thực nghiệm................................... 65
2.5.1
2.5.2

Các giả thiết khoa học trong nghiên cứu thực nghiệm .................................. 65
Các bước nghiên cứu thực nghiệm ................................................................. 66

Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM KHỞI ĐỘNG ... 68
XI PHÔNG BẰNG THIẾT BỊ KHÓA THỦY LỰC ................................. 68
3.1 Cơ sở và nguyên tắc thiết kế mô hình thí nghiệm khởi động xi phông bằng
thiết bị khóa thủy lực ........................................................................................................... 68
3.1.1
3.1.2

Cơ sở lý thuyết tương tự trong mô hình thí nghiệm khởi động xi phông ...... 68
Nguyên tắc chung để thiết kế mô hình thí nghiệm khởi động xi phông ........ 68

3.2 Thiết kế mô hình khởi động xi phông trong phòng thí nghiệm ........................ 69
3.2.1
3.2.2

Mục đích và nội dung thí nghiệm khởi động xi phông ................................... 69
Mô hình thí nghiệm khởi động xi phông......................................................... 70

3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu, quy trình thí nghiệm và vận hành mô hình khởi
động xi phông trong phòng thí nghiệm........................................................................... 71
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4

Phương pháp nghiên cứu mô hình khởi động xi phông ................................ 71
Quy trình thí nghiệm mô hình khởi động xi phông ........................................ 73
Vận hành mô hình thí nghiệm khởi động xi phông ....................................... 73
Kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. .................................................. 74

3.4 Kết quả thí nghiệm mô hình khởi động xi phông bằng thiết bị khóa thủy lực
trong phòng thí nghiệm....................................................................................................... 74
3.4.1 Kết quả thí nghiệm về mối quan hệ giữa tăng cột nước áp suất với chiều cao của
khóa thủy lực đối với các đường kính (D18 đến D56) để khởi động xi phông ................... 74
3.4.2 Kết quả thí nghiệm về mối quan hệ giữa chiều cao của khóa thủy lực ứng với
đường kính khóa để xi phông hoạt động ổn định ....................................................... 83
3.4.3 Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm mô hình khởi động xi phông bằng
thiết bị khóa thủy lực trong phòng thí nghiệm ............................................................ 86


v
Chƣơng 4: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM BỂ LỌC VLL
NỔI TỰ RỬA KHỞI ĐỘNG BẰNG THIẾT BỊ KHÓA THỦY LỰC .... 88
4.1 Cơ sở và nguyên tắc thiết kế mô hình thực nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa
khởi động bằng thiết bị khóa thủy lực............................................................................. 88
4.1.1 Cơ sở thiết kế mô hình thực nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động bằng
thiết bị khóa thủy lực .................................................................................................... 88
4.1.2 Nguyên tắc chung để thiết kế mô hình thực nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa
khởi động bằng thiết bị khóa thủy lực ......................................................................... 89

4.2 Thiết kế mô hình thực nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động bằng thiết bị
khóa thủy lực ngoài hiện trƣờng....................................................................................... 89
4.2.1
4.2.2
4.2.3

Mục đích thực nghiệm ngoài hiện trường ...................................................... 89
Nội dung thực nghiệm ngoài hiện trường....................................................... 90
Mô hình thực nghiệm ngoài hiện trường ........................................................ 90

4.3 Phương pháp nghiên cứu, quy trình thí nghiệm và vận hành mô hình thực
nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động bằng thiết bị khóa thủy lực ngoài hiện
trường...................................................................................................................................... 93
4.3.1
4.3.2
4.3.3

Phương pháp nghiên cứu mô hình ngoài hiện trường. ................................. 93
Quy trình thí nghiệm mô hình ngoài hiện trường .......................................... 94
Vận hành mô hình thí nghiệm ngoài hiện trường. ......................................... 95

4.4 Kết quả nghiên cứu mô hình thực nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động
bằng thiết bị khóa thủy lực ngoài hiện trƣờng .............................................................. 96
4.4.1 Kết quả nghiên cứu mô hình thực nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động
bằng thiết bị khóa thủy lực với VLL là hạt polystyrene .............................................. 96
4.4.2 Kết quả nghiên cứu mô hình thực nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa bằng thiết
bị khóa thủy lực với VLL là hạt PE ........................................................................... 109

4.5 Những vấn đề rút ra đƣợc từ Luận án.................................................................. 123
4.5.1 Kết quả thu nhận được từ Luận án ............................................................... 123
4.5.2 Đề xuất các thông số tính toán thiết kế và phạm vi áp dụng đối với bể lọc
VLL nổi tự rửa ............................................................................................................ 127

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 136
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG TRÌNH NGHIÊN
CỨU CỦA TÁC GIẢ DÙNG LÀM TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO
LUẬN ÁN ..................................................................................................... 139
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 140
PHẦN PHỤ LỤC......................................................................................... 144

vi

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Việt

BYT

Bộ Y tế

KDNS

Kinh doanh nước sạch

KHKT

Khoa học kỹ thuật

ĐTĐL

Đề tài độc lập

Max

Lớn nhất

Min

Nhỏ nhất

NTU

Đơn vị đo độ đục

NCKH

Nghiên cứu khoa học

NCS

Nghiên cứu sinh

NMN

Nhà máy nước

PE

Hạt nhựa trơ iner polymer TRW18

PL

Phụ lục

PTS

Phó tiến sỹ

QCVN

Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia

SS

Hàm lượng cặn lơ lửng

SNG

Cộng đồng các quốc gia độc lập

TCCP

Tiêu chuẩn cho phép

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

TS

Tiến sĩ

VLL

Vật liệu lọc


vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
1

Hình 1.1. Nguyên lý hoạt động của bể lọc tự rửa VLL nổi ứng dụng

10

trong xử lý nước thải, hướng lọc từ trên xuống
2

Hình 1.2. Ảnh chụp cụm xử lý nước ngầm tại Tuimen, Liên bang

11

Nga. Công suất 1000 m3/ngđ
3

Hình 1.3. Đồ thị thành phần hạt VLL nổi khi đi qua sàng chuyên dụng

18

4

Hình 1.4. Quan hệ giữa độ rỗng và hệ số hình dạng

20

5

Hình 1.5. Bể lọc rửa liên tục

23

6

Hình 1.6. Bể lọc áp lực tự động rửa theo chu kì lọc

23

7

Hình 1.7. Bể lọc không có van khóa, rửa theo chu kì lọc

24

8

Hình 1.8. Ảnh chụp bể lọc trọng lực tự rửa khởi động bằng thiết bị

31

ejector thủy lực ở Huyện Cẩm Giàng- Hải Dương (năm 2011)
9

Hình 1.9. Ảnh chụp bể lọc trọng lực tự rửa khởi động bằng thiết bị

32

ejector thủy lực ở Nhà máy nước Thành phố Điện Biên Phủ (năm 2013)
10 Hình 2.1. Sơ đồ tính toán bề dày lớp VLL nổi

40

11 Hình 2.2. Sơ đồ tính toán thể tích lớp VLL nổi

41

12 Hình 2.3. Sự thay đổi hàm lượng cặn trong nước lọc theo thời gian

43

13 Hình 2.4. Đặc trưng không gian lỗ rỗng bị lấp đầy

45

14 Hình 2.5. Biểu đồ tăng tổn thất lọc theo thời gian

46

15 Hình 2.6. Sơ đồ tính toán xi phông

51

16 Hình 2.7. Hiện tượng xuất hiện bọt khí và hơi bão hòa trong xi phông

54

17 Hình 2.8. Nguyên lý hoạt động của bơm chân không khởi động xi phông

56

18 Hình 2.9. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ejector tạo chân không

57

19 Hình 2.10. Giản đồ tính toán các thông số của ejector

58

20 Hình 2.11. Nguyên lý hoạt động của ejector tạo chân không khởi động xi

59

phông
21 Hình 2.12. Sơ đồ lắp đặt ejector tạo chân không để khởi động xi
phông trong bể lọc tự rửa

60


viii
22 Hình 2.13. Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của xi phông định lượng

61

23 Hình 2.14. Vai trò của khóa thủy lực trong xi phông định lượng

63

24 Hình 2.15. Cấu tạo bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động bằng thiết bị khóa

64

thủy lực
25 Hình 3.1. Mô hình thí nghiệm khởi động xi phông bằng thiết bị khóa

71

thủy lực
26 Hình 3.2. Quan hệ chiều cao cột áp cần thiết với chiều cao khóa thủy

75

lực D18 để xi phông khởi động ổn định
27 Hình 3.3. Quan hệ chiều cao cột áp cần thiết với chiều cao khóa thủy

76

lực D24 để xi phông khởi động ổn định
28 Hình 3.4. Quan hệ chiều cao cột áp cần thiết với chiều cao khóa thủy

77

lực D30 để xi phông khởi động ổn định
29 Hình 3.5. Quan hệ chiều cao cột áp cần thiết với chiều cao khóa thủy

78

lực D38 để xi phông khởi động ổn định
30 Hình 3.6. Quan hệ chiều cao cột áp cần thiết với chiều cao khóa thủy

79

lực D44 để xi phông khởi động ổn định
31 Hình 3.7. Quan hệ chiều cao cột áp cần thiết với chiều cao khóa thủy

80

lực D56 để xi phông khởi động ổn định
32 Hình 3.8. Biểu đồ xác định trạng thái khởi động xi phông với sự thay

83

đổi chiều cao khóa thủy lực ứng với các đường kính khóa
33 Hình 3.9: Đường cong xác định giới hạn chiều cao khóa thủy lực lớn

84

nhất với các đường kính khóa để xi phông khởi động ổn định
34 Hình 3.10. Đường cong xác định giới hạn chiều cao khóa thủy lực nhỏ

85

nhất với các đường kính khóa để xi phông khởi động ổn định
35 Hình 3.11. Biểu đồ đường cong giới hạn khoảng chiều cao khóa thủy

86

lực ứng các đường kính khóa để xi phông khởi ổn định
36 Hình 4.1. Mô hình thí nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động bằng

92

thiết bị khóa thủy lực
37 Hình 4.2. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời gian
VLL là hạt polystyrene, v = 5m/h (lần thí nghiệm 1)

97


ix
38 Hình 4.3. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian VLL là

98

hạtpolystyrene,v = 5m/h (lần thí nghiệm 1)
39 Hình 4.4. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời gian

99

VLL là hạt polystyrene, v = 5m/h(lần thí nghiệm 2)
40 Hình 4.5. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian VLL là hạt

100

polystyrene,v = 5m/h (lần thí nghiệm 2)
41 Hình 4.6. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời gian

101

VLL là hạt polystyrene, v = 9,6m/h (lần thí nghiệm 1)
42 Hình 4.7. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt

102

polystyrene,v = 9,6m/h (lần thí nghiệm 1)
43 Hình 4.8. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời gian

103

VLL là hạt polystyrene, v = 9,6m/h (lần thí nghiệm 2)
44 Hình 4.9. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt

104

polystyrene, v = 9,6m/h (lần thí nghiệm 2)
45 Hình 4.10. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời

105

gian, VLL là hạt polystyrene, v = 13,8m/h (lần thí nghiệm 1)
46 Hình 4.11. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt

106

polystyrene,v = 13,8m/h (lần thí nghiệm
47 Hình 4.12. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời

107

gian, VLL là hạt polystyrene, v = 13,8m/h (lần thí nghiệm 2)
48 Hình 4.13. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt

108

polystyrene,v = 13,8m/h (lần thí nghiệm 2)
49 Hình 4.14. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời

109

gian, VLL là hạt PE, v = 5,0m/h (lần thí nghiệm 1)
50 Hình 4.15. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt

110

PE, v = 5,0m/h (lần thí nghiệm 1)
51 Hình 4.16. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời

111

gian, VLL là hạt PE, v = 5,0m/h (lần thí nghiệm 2)
52 Hình 4.17. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt
PE, v = 5,0m/h (lần thí nghiệm 2)

112

x
53 Hình 4.18. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời

113

gian, VLL là hạt PE, v = 9,6m/h (thí nghiệm lần 1)
54 Hình 4.19. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt

114

PE, v = 9,6m/h (thí nghiệm lần 1)
55 Hình 4.20. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời

115

gian, VLL là hạt PE, v = 9,6m/h (thí nghiệm lần 2)
56 Hình 4.21. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt

116

PE, v = 9,6m/h (thí nghiệm lần 2)
57 Hình 4.22. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời

117

gian, VLL là hạt PE, v = 13,6m/h (thí nghiệm lần 1)
58 Hình 4.23. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt

128

PE, v = 13,6m/h (thí nghiệm lần 1)
59 Hình 4.24. Sự thay đổi hàm lượng cặn của nước sau lọc theo thời

119

gian, VLL là hạt PE, v = 13,6m/h (thí nghiệm lần 2)
60 Hình 4.25. Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian, VLL là hạt

120

PE, v = 13,6m/h (thí nghiệm lần 2)
61 Hình 4.26. Sơ đồ nối thông phần chứa nước rửa lọc khi có nhiều bể
lọc VLL nổi tự rửa cùng làm việc

132


xi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
1

Bảng 1.1. Một số công trình sử dụng bể lọc VLL nổi (không tự rửa) đã xây dựng

PL1

2

Bảng 1.2. Một số công trình sử dụng bể lọc VLL nổi tự rửa đã xây dựng gần đây

13

3

Bảng 1.3. Đường kính hữu dụng (De) và hệ số không đồng dạng của hạt VLL nổi (Kd)

19

4

Bảng 1.4. Độ rỗng e, khối lượng riêng, và độ bào mòn của VLL nổi

19

5

Bảng 1.5. Độ bền hóa học của VLL nổi

21

6

Bảng 2.1 . Thông số vận hành của bể lọc VLL nổi xử lý nguồn nước mặt có hóa chất

50

7

Bảng 3.1. Thống kê và các đợt thí nghiệm khởi động xi phông với sự thay đổi

72

chiều cao khóa thủy lực ứng với mỗi đường kính khóa thủy lực
8

Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm khởi động xi phông với đường kính khóa lực D18

75

9

Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm khởi động xi phông với đường kính khóa lực D24

76

10

Bảng 3.4. Kết quả thí nghiệm khởi động xi phông với đường kính khóa lực D30

77

11

Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm khởi động xi phông với đường kính khóa lực D38

78

12

Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm khởi động xi phông với đường kính khóa lực D44

79

13

Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm khởi động xi phông với đường kính khóa lực D56

80

14

Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của mô hình thực nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa

91

khởi động bằng thiết bị khóa thủy lực
15

Bảng 4.2. Thống kê các đợt thí nghiệm các loại VLL nổi, với các thông số lọc và

94

rửa lọc đối với mô hình thực nghiệm quá trình tự rửa bể lọc VLL nổi
16

Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm đợt 1 lần 1 với VLL là hạt polystyrene, v= 5m/h

97

17

Bảng 4.4. Kết quả thí nghiệm đợt 1 lần 2, với VLL là hạt polystyrene, v= 5m/h

99

18

Bảng 4.5. Kết quả thí nghiệm đợt 2 lần 1, với VLL là hạt polystyrene, v= 9,6m/h

101

19

Bảng 4.6. Kết quả thí nghiệm đợt 2 lần 2, với VLL là hạt polystyrene, v= 9,6m/h

103

20

Bảng 4.7. Kết quả thí nghiệm đợt 3 lần 1, với VLL là hạt polystyrene, v= 13,8m/h

105

21

Bảng 4.8. Kết quả thí nghiệm đợt 3 lần 2, với VLL là hạt polystyrene, v= 13,8m/h

107

22

Bảng 4.9. Kết quả thí nghiệm đợt 1 lần 1, với VLL là hạt PE, v= 5,0m/h

109

23

Bảng 4.10. Kết quả thí nghiệm đợt 1 lần 2, với VLL là hạt PE, v= 5,0m/h

111


xii
24

Bảng 4.11. Kết quả thí nghiệm đợt 2 lần 1, với VLL là hạt PE, v= 9,6m/h

113

25

Bảng 4.12. Kết quả thí nghiệm đợt 2 lần 2, với VLL là hạt PE, v= 9,6m/h

115

26

Bảng 4.13. Kết quả thí nghiệm đợt 3 lần 1, với VLL là hạt PE, v= 13,6m/h

117

27

Bảng 4.14. Kết quả thí nghiệm đợt 3 lần 2, với VLL là hạt PE, v= 13,6m/h

119

28

Bảng 4.15. Bảng tra các thông số lọc xác định cường độ bứt các hạt cặn (a) và

128

cường độ bám dính phần tử chất bẩn (b)
29

Bảng 1.16. Bảng tra các thông số xác định tổn thất áp lực lọc theo thời gian

129

30

Bảng 1.17. Bảng tra đường kính xi phông mồi bằng thiết bị khóa thủy lực với

130

đường kính xi phông rửa lọc

1
MỞ ĐẦU
1.Tính cần thiết của đề tài
Bể lọc là công trình quan trọng, khâu cuối cùng của quá trình làm trong
nước. Trong dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp, vận hành tốt bể lọc là yếu tố
quyết định chất lượng nước sau xử lý. Để vận hành tốt bể lọc đảm bảo chất lượng
nước sau lọc, rửa bể lọc lại đóng vai trò quyết định.
Bể lọc VLL nổi đầu tiên ở Việt Nam được xây dựng năm 1990 tại Bệnh viện
Quân đội 108[19]. Trong khoảng 20 năm trở lại đây, bể lọc VLL nổi được ứng dụng
khá rộng rãi trong dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp của các trạm cấp nước quy
mô nhỏ vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa cho cả nguồn nước mặt và nước ngầm.
Để duy trì hoạt động hiệu quả của loại bể lọc này việc rửa lọc đóng vai trò
quan trọng. Tuy nhiên, ở các trạm cấp nước quy mô nhỏ, thường dùng phương pháp
thủ công nên phụ thuộc rất nhiều vào trình độ và ý thức của người vận hành. Việc
thao tác thủ công, cùng với rửa bể không đúng chu kỳ và quy trình, rửa bể không
sạch,…, nên chu kỳ lọc giảm dần theo thời gian, hạt VLL bị dính kết, đóng bánh do
bùn bám làm giảm công suất lọc, thời gian sử dụng VLL bị rút ngắn. Như vậy đối
với những nơi thiếu nhân sự có trình độ chuyên môn trong lĩnh vực chuyên ngành,
thì việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp với khả năng quản lý vận hành mới có
thể phát huy được hết hiệu quả đầu tư trạm xử lý.
Bể lọc tự rửa khởi động xi phông rửa lọc bằng thết bị ejector thủy lực đã được
nghiên cứu và sử dụng khá lâu đối với công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam và trên
Thế giới. Đối với bể lọc VLL nổi tự rửa, cặn đã tách ra lắng xuống đáy theo cùng
chiều dòng nước thoát ra còn VLL thì nổi lên, do đó quá trình rửa lọc VLL nổi sẽ
thuận lợi và đạt hiệu quả hơn nhiều so với VLL trọng lực. Năm 2009, TS. Trần
Thanh Sơn đã chủ trì thực hiện đề tài nghiên cứu độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu
công nghệ bể lọc VLL nổi tự rửa xử lý nước cấp cho sinh hoạt” mã số
ĐTĐL.2009/T02. Kết quả nghiên cứu của đề tài cho phép phát triển công nghệ khử

sắt tiếp xúc trong lớp VLL polystyrene, và đã ứng dụng cho hơn 30 trạm cấp nước
dùng bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động xi phông bằng thiết bị ejector thủy lực để xử lý
nước ngầm, được đưa vào vận hành tại Hà Nội, Hà Nam và Thái Nguyên[15].


2
Trong quá trình thu thập số liệu, khảo sát thực tế nhận thấy rằng các trạm có
sử dụng công nghệ bể lọc tự rửa hiện nay, việc khởi động xi phông thực hiện quá
trình rửa lọc bằng thiết bị ejector tạo chân không có một số vấn đề xảy ra như: (1)
khó kiểm soát được chu kỳ rửa lọc dẫn đến không hiệu quả và nhiều trường hợp bể
phải ngừng hoạt động; (2) phụ thuộc vào cao trình dây chuyền công nghệ, đặc biệt
đối với cao trình dây chuyền xử lý nước mặt (thường không cao như nước ngầm), vì
muốn ejector đạt được giá trị áp suất chân không để khởi động xi phông rửa lọc thì
dòng chảy qua ejector phải có động năng đủ lớn, điều này phải tăng cao trình dây
chuyền xử lý lên một cách đáng kể, dẫn đến tăng giá thành sản phẩm.
Đề tài nghiên cứu về quá trình tự rửa bể lọc VLL nổi, tìm ra phương pháp
mới để khởi động xi phông rửa lọc và các thông số của quá trình lọc, rửa lọc để tính
toán thiết kế bể bể lọc VLL nổi, không phụ thuộc vào cao trình dây chuyền công
nghệ xử lý nước, khắc phục những tồn tại của việc rửa lọc thủ công, nâng cao hiệu
quả của các trạm cấp nước quy mô nhỏ và cũng là một trong những giải pháp kỹ
thuật, đóng góp trong việc triển khai thực hiện chiến lược Quốc gia về Cấp nước và
Vệ sinh nông thôn, nên đề tài là rất cần thiết [2,4,13,25,26].
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu quá trình tự rửa bể lọc VLL nổi nên cần giải quyết các mục
tiêu cụ thể sau:
- Khởi động xi phông rửa lọc tự động căn cứ vào tổn thất áp lực tới hạn trong quá
trình lọc, ứng với thời gian bảo vệ lớp VLL nổi, bằng thiết bị khóa thủy lực.
- Rửa lọc bể lọc VLL nổi đạt hiệu quả sạch, để đảm bảo cho các chu kỳ lọc
tiếp sau làm việc ổn định, có chất lượng nước lọc luôn đạt yêu cầu.
- Đề xuất các thông số thiết kế bể lọc VLL nổi tự rửa.

3. Đối tƣợng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phạm vi ứng dụng
 Đối tượng nghiên cứu:
Quá trình tự rửa bể lọc VLL nổi được khởi động tự động bằng thiết bị khóa
thủy lực đối với hệ thống xi phông thu nước rửa lọc.


3
 Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu dùng thiết bị khóa thủy lực để khởi động xi phông thu nước
rửa lọc của bể lọc tự rửa dùng cho trạm cấp nước quy mô nhỏ.
- Nghiên cứu bể lọc VLL nổi tự rửa khởi động xi phông bằng thiết bị khóa
thủy lực, lọc nước mặt đã keo tụ sau quá trình lắng.
 Phạm vi ứng dụng:
Những kết quả nghiên cứu của luận án được dùng:
- Tính toán thiết kế thiết bị khởi động xi phông rửa lọc cho bể lọc tự rửa.
- Tính toán thiết kế bể lọc VLL nổi tự rửa dùng thiết bị khóa thủy lực để
mồi xi phông rửa lọc, trong dây chuyền xử lý nước mặt đã keo tụ sau quá trình lắng,
dùng cho các trạm cấp nước quy mô nhỏ.
4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đề ra của đề tài thì cần nghiên cứu các nội dung sau:
- Nghiên cứu tổng quan về bể lọc VLL nổi và rửa lọc.
- Nghiên cứu viết phương trình vi phân mô tả quá trình lọc qua lớp VLL nổi,
thành lập phương trình biểu diễn sự thay đổi hàm lượng cặn theo thời gian và quá
trình tăng tổn thất qua lớp lọc theo thời gian, nghiên cứu khởi động xi phông bằng
thiết bị khóa thủy lực.
- Nghiên cứu cấu tạo hệ thống xi phông thu nước rửa lọc của bể lọc VLL nổi,
dùng thiết bị khóa thủy lực khởi động xi phông làm việc tức thời khi tổn thất áp lực
lọc đạt đến giá trị tới hạn.
- Nghiên cứu xác định các yếu tố liên quan đến việc khởi động xi phông bằng
thiết bị khóa thủy lực gồm: mối quan hệ giữa chiều cao cột nước áp suất cần thiết để

khởi động xi phông với chiều cao khóa thủy lực; mối quan hệ giữa chiều cao khóa
thủy lực với đường kính khóa thủy lực để xi phông làm việc ổn định.
- Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm bể lọc VLL nổi tự rửa, dùng thiết bị
khóa thủy lực khởi động xi phông thu nước rửa lọc, lọc nước trong dây chuyền xử
lý nước mặt đã keo tụ sau quá trình lắng của Xí nghiệp KDNS số 5, thành phố Hải
Dương nhằm xác định: các thông số đặc trưng trong phương trình lọc; thiết lập


4
phương trình hồi quy để tìm khoảng thời gian cần thiết để rửa lọc; tổn thất áp lực
ứng với chu kỳ lọc để khởi động xi phông thực hiện quá trình tự rửa lọc.
- Đề xuất các thông số của quá trình lọc, rửa lọc, khởi động xi phông rửa lọc
thực hiện quá trình tự rửa lọc dưới dạng bảng tra để phục vụ công tác thiết kế bể lọc
VLL nổi trong thực tiễn sản xuất.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong luận án tác giả đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp điều tra khảo sát:
+ Điều tra, khảo sát hiện trường tại một số NMN có sử dụng bể lọc VLL nổi
nhằm thu nhập số liệu thực tế quá trình rửa lọc. Các số liệu thu thập được sử dụng
trang các chương 1, chương 4.
+ Thu thập tài liệu, số liệu để tổng quan về lọc VLL nổi, quy trình rửa lọc và
các số liệu có liên quan, sử dụng ở phần mở đầu, chương 1,2 và chương 4.
+ Thu tập các đề tài NCKH, luận án tiến sĩ và luận văn thạc sĩ, các bài báo
khoa học và các dự án xây dựng thí điểm, đầu tư xây dựng có liên quan … nhằm
làm rõ những vấn đề cần giải quyết và các kinh nghiệm về lọc VLL nổi tự rửa, sử
dụng trong chương 1.
- Phương pháp tổng hợp, phân tích và đánh giá các số liệu để xây dựng cơ sở
lý thuyết về lọc VLL nổi và quá trình tự rửa, phương pháp sử dụng trong chương 2,
chương 3 và 4.
- Phương pháp kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu đi trước, chọn lọc

mô hình bể lọc VLL nổi tự rửa và các bước triển khai nghiên cứu được sử dụng ở
chương 2, 3 và 4.
- Phương pháp so sánh: So sánh các kết quả nghiên cứu, các chỉ tiêu công
nghệ trên mô hình thí nghiệm với các chỉ tiêu qui định theo tiêu chuẩn, qui chuẩn và
kết quả của các công trình nghiên cứu thực nghiệm đã, đang triển khai trên thực tế
và các công trình vận hành thực tế để kiểm chứng độ tin cậy, độ chính xác và giới
hạn sai số cho phép trong quá trình thực nghiệm được sử dụng ở chương 3 và 4;


5
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết về các quá trình lọc VLL nổi tự rửa, các
thông số và quy trình kỹ thuật phục vụ cho nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm,
được sử dụng ở chương 2, 3 và 4.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình phòng thí nghiệm và
ngoài hiện trường, được sử dụng ở chương 3 và 4.
- Phương pháp chuyên gia thông qua hướng dẫn khoa học, góp ý của các
chuyên gia và nhà khoa học… để bổ sung và hoàn thiện nội dung đề tài Luận án
đảm bảo cho mục tiêu đặt ra, được sử dụng trong toàn bộ Luận án.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
 Ý nghĩa khoa học
Việc nghiên cứu được thiết bị khóa thủy lực dùng để kích hoạt tự động để
khởi động hệ thống xi phông rửa lọc làm việc, là một phát kiến mới về công nghệ
trong việc tự động khởi động quá trình tự rửa bể lọc theo nguyên lý thủy lực, thiết
bị này có cấu tạo và nguyên lý làm việc rất đơn giản, không bị phụ thuộc vào cao
trình dây chuyền công nghệ xử lý, phù hợp trong việc quản lý vận hành đối với các
trạm cấp nước quy mô nhỏ.
Kết quả nghiên cứu quá trình tự rửa bể lọc VLL nổi, bằng lý thuyết và thực
nghiệm đã xác định được; cấu tạo nguyên lý hoạt động của bể lọc VLL nổi tự rửa
khởi động xi phông bằng thiết bị khóa thủy lực và các thông số thực nghiệm của quá
trình lọc, rửa lọc, tự động khởi động xi phông. Nếu ứng dụng các kết quả này để tính

toán, thiết kế bể lọc VLL nổi tự rửa trong dây chuyền xử lý nguồn nước mặt, sẽ có
được bể lọc hoạt động tốt theo chế độ tự động khởi động hệ thống xi phông thực hiện
quá trình rửa lọc, khi đạt đến tổn thất áp lực lọc tới hạn của một chu kỳ lọc, mà không
cần đến các thiết bị điều khiển như: van khóa cơ khí, các thiết bị điện, điện tử và cả
sự điều khiển vận hành của con người.
 Ý nghĩa thực tiễn
Các kết quả nghiên cứu trên có thể áp dụng trong thực tiễn sản xuất, được
dùng để tính toán thiết kế và quản lý bể lọc VLL nổi tự rửa trong dây chuyền xử lý


6
nước mặt, mang lại hiệu quả kinh tế, xã hội cho các đối tượng cấp nước quy mô
nhỏ, đặc biệt đối với cấp nước nông thôn, cấp nước vùng sâu, vùng xa.
7. Những đóng góp mới của Luận án
1. Luận án đã thiết lập được: (1) phương trình (2-15) dạng tích phân gồm 2
số hạng mô tả kết quả lọc nước mặt đã keo tụ sau quá trình lắng để tìm thời gian
bảo vệ lớp VLL ứng với các thông số xác định như: vận tốc lọc, chiều dầy lớp lọc,
hiệu quả lọc yêu cầu; (2) Phương trình (2- 30) dùng để xác định tổn thất áp lực lọc
ứng với thời gian bảo vệ lớp VLL, làm căn cứ cho việc xác định chiều cao khóa
thủy lực để khởi động xi phông bắt đầu quá trình tự rửa lọc.
2. Đã có phát kiến về cấu tạo thiết bị khóa thủy lực, dùng làm thiết bị để
khởi động xi phông rửa lọc làm việc tự động tức thời, ngay sau khi trị số tổn thất áp
lực lọc đạt đến giá trị tới hạn (rửa tự động theo tín hiệu kích động dựa trên tổn thất
áp lực lọc cho phép của một chu kỳ lọc, mà không cần dùng các thiết bị van khóa cơ
khí, không cần thiết bị điện, điện tử, không cần sự điều khiển của con người, không
phụ thuộc vào cao trình dây chuyền công nghệ xử lý nước).
3. Tiến hành thực nghiệm thiết bị mồi khởi động xi phông và đã tìm được:
(1) mối quan hệ chiều cao cột áp cần thiết để khởi động xi phông tỷ lệ thuận với
chiều cao của khóa thủy lực; (2) quan hệ giới hạn của chiều cao khóa thủy lực Hk
với đường kính khóa thủy lực Dk, theo biểu thức (3.4) hoặc theo biểu thức (3.6) là

(5 <

< 10), dùng các biểu thức này trong việc tính toán thiết kế chiều cao khóa

thủy lực ứng với mỗi đường kính khóa thủy lực để xi phông khởi động ổn định, phù
hợp với tổn thất lọc giới hạn theo tính toán với thời gian yêu cầu của chu kỳ lọc khi
thiết kế bể lọc; (3) thành lập bảng tra đường kính xi phông mồi bằng thiết bị khóa
thủy lực với đường kính xi phông rửa lọc (bảng 4.17).
4. Các thông số lọc, các số hạng và hệ số dùng để thiết lập phương trình hồi
quy từ phương trình lý thuyết (2.15) và (2.30), được xác định từ kết quả thực
nghiệm và lập thành bảng (4.15) và bảng (4.16), có thể áp dụng trong việc tính toán
thiết kế bể lọc VLL nổi tự rửa, trong các dây chuyền xử lý nước mặt có keo tụ sau
quá trình lắng, đạt chất lượng yêu cầu của nước dùng cho ăn uống sinh hoạt.


7
9. Một số khái niệm và thuật ngữ sử dụng trong Luận án
 Bể lọc (không tự rửa)
- Là loại bể lọc, trong quá trình hoạt động đến khi lớp VLL trong bể lọc bẩn
cần phải rửa lọc, thì người vận hành phải chủ động thao tác đóng mở van, khóa và
thiết bị điều khiển để thực hiện quá trình rửa lọc.
 Bể lọc tự rửa
- Là loại bể lọc, có cấu tạo hệ thống xi phông thu nước rửa lọc, mà việc
khởi động (mồi) xi phông được thực hiện một cách tự động dựa trên một nguyên lý
(cơ, điện, thủy lực…) nào đó, khi lớp VLL trong bể lọc bẩn cần phải rửa lọc, thì
thiết bị khởi động sẽ căn cứ vào một trong những tín hiệu phát ra từ quá trình lọc để
tự động kích hoạt sự làm việc của xi phông thực hiện quá trình rửa lọc.
 Khóa thủy lực
-

Là một thiết bị có cấu tạo hình chữ U, hoạt động dựa theo nguyên lý thủy

lực do cột nước thủy tĩnh không đổi chứa trong khóa tạo ra, dùng để tự động khởi
động và ngừng quá trình rửa lọc.
 Khởi động xi phông
- Kích hoạt (mồi) xi phông để xi phông bắt đầu làm việc.
 Ngắt chân không trong xi phông
- Bằng việc tạo một lượng khí xâm nhập vào xi phông, làm cho áp suất chân
không trong xi phông nhanh chóng cân bằng với áp suất khí quyển, dẫn đến hiện
tượng xi phông đang làm việc thì bị ngừng làm việc một cách đột ngột.


8

Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ BỂ LỌC VLL NỔI VÀ RỬA LỌC
1.1 Khái quát về bể lọc VLL nổi trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.1 Bể lọc VLL nổi trên Thế giới
a) Một số ưu điểm của lọc VLL nổi và hướng phát triển
Việc sử dụng VLL nổi làm giảm giá thành chuyên chở đến chân công trình
so với VLL cát. Các VLL nổi thường được sử dụng là các hạt xốp, penopolyuretan,
penopropylen, capron, polyetylen, polystyrene và các chất polymer nhẹ khác[15].
Việc sử dụng VLL nổi đồng thời cũng làm đơn giản kết cấu bể như không cần bơm
rửa lọc, không sử dụng hệ thống nâng đỡ VLL, tổn thất áp lực trong quá trình lọc
nhỏ, giảm khối lượng xây dựng hệ thống thu và tiết kiệm năng lượng và nước rửa
lọc.
Một trong những hướng tự động hóa thiết bị xử lý nước là tự động hóa công
tác bể lọc mà tự động hóa quá trình rửa lọc là khâu then chốt. Đối với các vùng
nông thôn, miền núi, việc trang bị hệ thống tự động hóa hiện đại cho hệ thống xử lý
nước là không khả thi cả về kinh tế và kỹ thuật. Việc nghiên cứu tự động hóa công

tác rửa lọc dựa trên nguyên lý thủy lực cho các bể lọc đã được nghiên cứu từ lâu
(1960-1970) ở các nước như Nga (Liên xô cũ), Đức… Các bể lọc trọng lực tự rửa
VLL cát thạch anh đã được sử dụng rộng rãi trong cấp nước nông thôn, công nghiệp
tại Nga, Đức và sau này tại Trung Quốc,Việt Nam[15].
b) Một số ứng dụng của bể lọc VLL nổi
Ý tưởng sử dụng bể lọc VLL nổi được đề xuất vào năm 1961 bởi Giáo sư
Ilin V.G. VLL đầu tiên được sử dụng là PS-B. Bể lọc VLL nổi sau đó được phát
triển ở nhiều nước trong công đồng SNG. Vào đầu những năm 70 hướng nghiên
cứu sử dụng bể lọc VLL nổi được thực hiện ở nhiều nước như ở Sec, Slovakia, Nhật
bản, Pháp, Bun ga ri, Anh, Mỹ và Thụy sĩ[15]. Trong thời gian này, các nhà khoa
học (Govorovka Dz.M., Govorov O.B., Orlov M.B.,Pokrovsky M.S., Lebedev
E.A.,Priemusev.Yu.P) đã phát triển công nghệ xử lý nước mặt và nước ngầm có


9
chứa các hợp chất nhiễm bẩn để phục vụ cho sinh hoạt. Công nghệ xử lý được phát
triển kết hợp giữa bể phản ứng sinh học với vật liệu dính bám dạng sợi polymer làm
từ polystyrene, nylon hoặc polyetylen[28,32,39]. Sau này bằng việc đưa vào tiêu
chuẩn thiết kế các công trình cấp nước SNHIP 2.04.03.85[15,49]. VLL được đưa
vào tiêu chuẩn là hạt polystyrene hay là hạt xốp tại Việt Nam.
* Ở Cộng hòa Sec và Slovakia: Năm 1974, phòng thí nghiệm xử lý nước ở
VELKE ZELNOEKY đã tiến hành thí nghiệm trên mô hình loại bể lọc VLL nổi để
xử lý nước ngầm có chứa hàm lượng sắt 1,4mg/l, sau đó được đem ra áp dụng tại
huyện LITOMERICE[21,22,36]. Nhiều công trình xử lý nước đã sử dụng loại bể
lọc này. Từ 1982 đến 1986 TS. Phạm Ngọc Thái đã nghiên cứu bể lọc VLL nổi sử
dụng trong xử lý nước mặt tại trường Đại học BRNO.
* Ở Nga: Việc nghiên cứu trên mô hình được thực hiện vào những năm 1973 1974, đến năm 1975 loại bể lọc VLL nổi đã đưa vào sử dụng. Năm 1992, Giáo sư Tiến
sĩ KHKT M.G.Zurba đã cho xuất bản cuốn "các thiết bị lọc VLL nổi Penopolystyrol"
(nhà xuất bản xây dựng Matxcơva) [15]. Tài liệu giới thiệu một số bể lọc VLL nổi với
nhiều dạng khác nhau. Loại bể lọc có hướng chuyển động của dòng nước từ dưới lên

trên là phổ biến mà một số công trình ở Việt Nam đang sử dụng.
Bể lọc VLL nổi tự rửa được ứng dụng đầu tiên trên thế giới là dùng để xử lý
nước thải công nghiệp, nguyên lý hoạt động được trình bày trong hình 1.1. Sau đó
bể lọc VLL nổi cũng bắt đầu được ứng dụng trong công nghệ cấp nước và được
phản ánh qua các nghiên cứu của M.G.Zurba. Tuy nhiên trong các tài liệu kỹ thuật
chính thức hoàn toàn không nhắc đến các thông số công nghệ của bể lọc mà chỉ nói
đến cơ chế làm việc. Trong những năm gần đây bể lọc VLL nổi bắt đầu được Nga
phát triển và đưa ra thị trường. Bể lọc tự rửa VLL nổi do một số Công ty chế tạo
được ứng dụng nhiều cho xử lý nước ngầm và nước mặt tại Nga, Ukraina, Đức, Úc
và Mỹ[15].


10

Chú thích:
1- thùng ngăn khí .
2- xi phông rửa lọc;
3- ống phá chân không;
4- bể lọc;
5- lưới lọc;
6- VLL nổi;
7- ống thu nước lọc;
8- xi phông thu nước xử lý;
9- xi-phông khóa thủy lực;
10- ống thu nước rửa lọc.

Hình 1.1. Nguyên lý hoạt động của bể lọc
tự rửa VLL nổi ứng dụng trong xử lý nước
thải, hướng lọc từ trên xuống[15,53]

Các nghiên cứu nhằm kết hợp ưu điểm của bể lọc VLL nổi và hệ thống tự
rửa trên nguyên lý thủy lực trong cùng một bể lọc đã được người Nga đi đầu thực
hiện. Các viện nghiên cứu hàng đầu của Nga như Viện Nghiên cứu Thiết kế thực
nghiệm thiết bị Trung ương, Viện BODGEO, Viện Nghiên Cứu Thủy lực Liên xô
đã nghiên cứu và đưa ra ứng dụng các dạng bể lọc VLL nổi tự rửa khác nhau. Điển
hình là thiết bị lọc VLL nổi tự rửa 2 lớp của Nikolaev N.V và cụm thiết bị lọc tự rửa
2 ngăn FPZ-2 của Giáo sư Tiến sĩ KHKT M.G.Zurba [15,32].
Những năm gần đây trên thế giới (theo bằng phát minh sáng chế của Nga và
Anh) xuất hiện rộng rãi (thương mại hóa) bể lọc tự rửa VLL nổi kết hợp ưu điểm
của cả hai hệ thống nói trên (VLL nổi và tự rửa theo nguyên lý thủy lực). Một trong
những công ty đi đầu trong phát triển sản phẩm này là Akvastroiservist có trụ sợ tại
Ucraina và Sant-Peterbuge, Liên Bang Nga. Tại Hoa kỳ, Úc, Nga, Ucraina, Belarus
các thiết bị lọc của công ty này được phát triển chủ yếu cho nhu cầu cấp nước sinh
hoạt tại các vùng nông thôn, miền núi, hải đảo xa các đô thị, các khu công nghiệp,
nhà máy nước ngọt (ví dụ cụm xử lý nước cấp cho sinh hoạt tại Tuimen, Nga công
suất 1000 m3/ngđ (hình 1.2) [43,46,48]. Ưu điểm của bể lọc này là: (1) cấu tạo và
cơ chế vận hành rất đơn giản; (2) không có thiết bị điều khiển; (3) không cần bơm
rửa lọc; (4) không cần chi phí năng lượng phụ và tiết kiệm nước rửa lọc; (5) không


11
hao mòn và đặc biệt là không cần phải chăm sóc thường xuyên trong suốt chu kỳ
khai thác lớp VLL, (6) không có các bộ phận chuyển động; (7) tiết kiệm cao trình
và chi phí đầu tư xây dựng. Bể lọc tự rửa VLL nổi có thời gian rửa lọc nhỏ hơn
nhiều (3-4 phút) so với bể lọc cát truyền thống (5-6 phút) đồng thời dung tích nước
rửa lọc tương ứng cũng nhỏ hơn khoảng 2 lần. So với bể lọc tự rửa vật liệu cát bể
lọc VLL nổi tự rửa có những ưu điểm nổi trội như (1) kết cấu, cấu tạo bể đơn giản
hơn (kết cấu vỏ đối với bể lọc VLL nổi nước rửa lọc đi từ trên xuống, còn bể lọc cát
nước rửa lọc đi từ dưới lên nên cấu tạo bể là cấu tạo thành bể lồng nhau); (2) ưu thế
về VLL như (độ tăng tổn thất áp lực trong quá trình lọc nhỏ hơn, cặn được giũ ra rơi

xuống cùng chiều dòng nước rửa lọc đi ra ngoài).

Hình 1.2. Ảnh chụp cụm xử lý
nước ngầm tại Tuimen, Liên
bang Nga. Công suất 1000
m3/ngđ [15]

Thời gian gần đây có rất nhiều các công ty, nhà cung cấp thiết bị của Châu
Âu đã quảng bá sản phẩm mang tính thương mại trên các trang Web giới thiệu về
ứng dụng bể lọc VLL nổi trong công nghệ xử lý nước ở nhiều quốc gia trên thế giới
[15,54,55,56,57].
1.1.2 Bể lọc VLL nổi ở Việt Nam
a) Bể lọc nổi không tự rửa
Kế thừa các nghiên cứu cơ bản của Nga và Cộng hòa Sec, tại Việt Nam các
công trình nghiên cứu bể lọc VLL nổi (không tự rửa) do các nhà khoa học Việt nam
thực hiện cũng khá sớm. Điển hình là luận án PTS. KHKT của Phạm Ngọc Thái tại
trường Đại học Bách Khoa BRNO Cộng hòa Sec năm 1986 với đề tài “Sử dụng bể
lọc VLL nổi trong Cấp nước cho các đối tượng nhỏ và quân đội”. Đề tài nhánh
thuộc chương trình cấp nhà nước 66A-02-05 năm 1990 “ Bể lọc VLL nổi trong