Lọc nước là quá trình loại bỏ các cặn bẩn khi cho nước thô chảy qua lớp vật liệu lọc. Tùy thuộc vào tính chất của nước thô và yêu cầu chất lượng nước của các đối tượng sử dụng mà có thể áp dụng các loại vật liệu lọc khác nhau.

Hiện nay trên thị trường Việt Nam, các loại vật liệu lọc được sử dụng phổ biến có thể kể tới gồm: cát thạch anh, than hoạt tính, cát mangan, vật liệu đa năng. Cát thạch anh được ưu chuộng nhất tại Việt Nam nhờ ưu điểm không tham gia phản ứng với các tác nhân hóa học có trong nước và không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước. Khoảng vài năm trở lại đây, một số loại vật liệu lọc đa năng được nhập khẩu từ Nga có tên thương mại là: ADV đã du nhập vào thị trường vật liệu lọc Việt Nam, góp phần đa dạng hóa nguồn cung và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. ADV là sản phẩm thiên nhiên với thành phần chính có thể là: diatomit, zeolit và bentonit được hoạt hóa ở nhiệt độ cao, được ứng dụng trong: khử kim loại nặng (đồng, kẽm, crom, niken, chì….), khử sắt và mangan, giảm hàm lượng nitrogen, photphat và có khả năng khử arsen, flo trong nước. Nhiều nhà máy nước ứng dụng loại vật liệu này đã cho thấy kết quả khả quan.

Để tạo ra vật liệu lọc sử dụng nguồn nguyên liệu trong nước là điatomit, vỏ trấu ( tro trấu) có thể sử dụng cùng với các vật liệu truyền thống; có thể làm chủ quy trình công nghệ chế tạo vật liệu lọc dạng hạt trên cơ sở kết hợp sử dụng điatomit và vỏ trấu; Chế tạo được vật liệu lọc dạng hạt từ nguyên liệu trong nước có chất lượng tương đương với sản phẩm nhập khẩu từ Châu Âu; Ứng dụng và thử nghiệm vật liệu lọc dạng hạt trong nhà máy sản xuất nước sinh hoạt; Xây dựng được dây chuyền pilot lọc nước sinh hoạt sử dụng vật liệu lọc dạng hạt từ điatomit và vỏ trấu; Có doanh nghiệp đầu tư kinh phí, phối hợp tham gia nghiên cứu ứng dụng và thử nghiệm vật liệu lọc dạng hạt trong nhà máy sản xuất nước sinh hoạt, nhóm nghiên cứu Viện Vật Liệu Xây Dựng do TS. Lưu Thị Hồng làm chủ nhiệm đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu lọc dạng hạt trên cơ sở điatomit và vỏ trấu sử dụng lọc nước cho nhà máy nước sinh hoạt”.

Từ kết quả nghiên cứu của đề tài rút ra kết luận sau:

1. Đề tài đã nghiên cứu và chế tạo thành công 16,1 tấn vật liệu lọc nước dạng hạt từ điatomit và tro trấu trong nước làm vật liệu lọc trong nhà máy nước sinh hoạt:

+ Đề tài đã thành công trong việc lựa chọn nguyên liệu hợp lý, bao gồm: điatomit Phú Yên, tro trấu Cần Thơ và chất trợ nung là Na₂CO₃ để chế tạo vật liệu lọc dạng hạt.

+ Đề tài đã lựa chọn được phương pháp tạo hình là vê viên với độ ẩm vê viên là 10%, kích thước viên liệu là 1-3 cm.

+ Đề tài đã lựa chọn được hệ thống công nghệ thiết bị để chế tạo hạt lọc trên quy mô công nghiệp: máy nghiền đứng, máy trộn, máy vê viên, lò nung, máy đập búa và hệ thống sàng phân loại với quy mô công nghiệp công suất 10-12 tấn/ngày.

+ Chất lượng hạt lọc phụ thuộc vào chế độ nung. Cần nung theo 2 giai đoạn: giai đoạn 1 từ nhiệt độ thông thường đến 600^oC và giai đoạn 2 từ 600^oC đến 1000^oC để vật liệu được kết khối tốt nhất. Chế độ nung tối ưu: nhiệt độ nung 1000^oC thời gian nung 12-15 tiếng, lưu trong thời gian 3 giờ ở nhiệt độ 1000^oC trong lò công nghiệp.

+ So với các sản phẩm vật liệu lọc nhập khẩu từ Nga thì hạt lọc do đề tài chế tạo có chất lượng tương đương và thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đặt ra của đề tài.

+ Mẫu hạt lọc (M24 là mẫu đại diện) có khả năng hấp phụ amoni với hiệu suất hấp phụ ~ 20%, dung lượng hấp phụ cực đại trong điều kiện nghiên cứu với pH ≈ 8 đạt 15,10 mg/g.

+ Mẫu hạt lọc (M24 là mẫu đại diện) có khả năng hấp phụ asen tuy nhiên dung lượng hấp phụ còn rất thấp và cần có nghiên cứu tiếp theo

+ Về mặt kinh tế, chi phí đầu tư mua vật liệu lọc diatomit cao gần bằng 1,5 lần so với cát. Tuy nhiên, chi phí điện năng và chi phí thu được từ bán nước sạch giúp làm giảm mức chênh lệch chi phí đầu tư mua vật liệu xuống còn khoảng 1,35 lần. Và đặc biệt là vùng nước chứa amoni thì hạt lọc sẽ phát huy vai trò giảm giá thành khi không phải sử dụng hóa chất để khử amoni.

2. Đề tài đã thiết kế chế tạo dây chuyền pilot lọc nước sinh hoạt sử dụng vật liệu lọc dạng hạt từ điatomit và tro trấu với công suất 200 lít/giờ đáp ứng quy chuẩn của Bộ Y tế về nước sinh hoạt với đặc tính như sau:

+ Số cột lọc: 5

+ Hệ thống van điều khiển: van điện từ

+ Hệ thống thiết bị, giá đỡ: inox SUS 304

+ Cột lọc: bằng thủy tinh 44

3. Đề tài đã hoàn thành 1 quy trình công nghệ chế tạo vật liệu lọc dạng hạt trên cơ sở kết hợp sử dụng điatomit và vỏ trấu sử dụng cho nhà máy nước sinh hoạt với 7 công đoạn bao gồm: nghiền, trộn và tạo hình phối liệu, sấy, nung, gia công và đóng bao sản phẩm

4. Đề tài đã hoàn thành 1 bộ tài liệu thiết kế kèm thuyết minh dây chuyền pilot lọc nước sinh hoạt sử dụng vật liệu lọc dạng hạt từ điatomit và tro trấu với công suất 50m3 /ngày đêm.

5. Đề tài đã hoàn thành báo cáo kết quả thử nghiệm sản phẩm vật liệu lọc dạng hạt trong nhà máy nước sinh hoạt tại xã Bắc Hưng, huyện Tiên Lãng, tỉnh Hải Phòng trong thời gian 1 tháng. Kết quả thử nghiệm nước cho thấy, chất lượng nước đầu ra sau khi lọc bằng hạt lọc điatomit và tro trấu đều đảm bảo theo quy chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT.

+ So với vật liệu lọc cát, tổng cường độ gió cần sục rửa hạt lọc diatomit thấp hơn 1,5 lần; Tổng cường độ nước cần sục rửa thấp hơn 1,33 lần và Tổng thời gian sục rửa gió, nước kết hợp ít hơn 1,33 lần ;

+ Chu kỳ lọc của bể lọc diatomit dài gấp 1,2 đến 1,5 lần so với bể lọc sử dụng cát;

+ Vật liệu diatomit nhẹ, công nhân vận chuyển dễ dàng và tốn ít sức lực hơn.

6. Đề tài đã xây dựng được dự thảo và thuyết minh tiêu chuẩn vật liệu lọc điatomit dạng hạt dùng trong xử lý nước sạch - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

Nhóm đề tài kiến nghị Bộ KHCN cho tiếp tục thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu chế tạo vật liệu lọc dạng bột trong việc xử lý các chất thải công nghiệp và hấp phụ kim loại nặng để tiếp tục phát triển sản phẩm lọc trên cơ sở điatomit của Việt Nam. Triển khai dự án sản xuất công nghiệp "Hoàn thiện công nghệ chế tạo hạt lọc từ điatomit và tro trấu" để có điều kiện nghiên cứu nâng cao tính năng của hạt lọc và hoàn thiện công nghệ chế tạo cũng như các phương án sử dụng hiệu quả trong bể lọc tại nhà máy sản xuất nước.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17570/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (TH)

Lọc nước là quá trình loại bỏ các cặn bẩn khi cho nước thô chảy qua lớp vật liệu lọc. Tùy thuộc vào tính chất của nước thô và yêu cầu chất lượng nước của các đối tượng sử dụng mà có thể áp dụng các loại vật liệu lọc khác nhau.

Hiện nay trên thị trường Việt Nam, các loại vật liệu lọc được sử dụng phổ biến có thể kể tới gồm: cát thạch anh, than hoạt tính, cát mangan, vật liệu đa năng. Cát thạch anh được ưu chuộng nhất tại Việt Nam nhờ ưu điểm không tham gia phản ứng với các tác nhân hóa học có trong nước và không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước. Khoảng vài năm trở lại đây, một số loại vật liệu lọc đa năng được nhập khẩu từ Nga có tên thương mại là: ADV đã du nhập vào thị trường vật liệu lọc Việt Nam, góp phần đa dạng hóa nguồn cung và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. ADV là sản phẩm thiên nhiên với thành phần chính có thể là: diatomit, zeolit và bentonit được hoạt hóa ở nhiệt độ cao, được ứng dụng trong: khử kim loại nặng (đồng, kẽm, crom, niken, chì….), khử sắt và mangan, giảm hàm lượng nitrogen, photphat và có khả năng khử arsen, flo trong nước. Nhiều nhà máy nước ứng dụng loại vật liệu này đã cho thấy kết quả khả quan.

Để tạo ra vật liệu lọc sử dụng nguồn nguyên liệu trong nước là điatomit, vỏ trấu ( tro trấu) có thể sử dụng cùng với các vật liệu truyền thống; có thể làm chủ quy trình công nghệ chế tạo vật liệu lọc dạng hạt trên cơ sở kết hợp sử dụng điatomit và vỏ trấu; Chế tạo được vật liệu lọc dạng hạt từ nguyên liệu trong nước có chất lượng tương đương với sản phẩm nhập khẩu từ Châu Âu; Ứng dụng và thử nghiệm vật liệu lọc dạng hạt trong nhà máy sản xuất nước sinh hoạt; Xây dựng được dây chuyền pilot lọc nước sinh hoạt sử dụng vật liệu lọc dạng hạt từ điatomit và vỏ trấu; Có doanh nghiệp đầu tư kinh phí, phối hợp tham gia nghiên cứu ứng dụng và thử nghiệm vật liệu lọc dạng hạt trong nhà máy sản xuất nước sinh hoạt, nhóm nghiên cứu Viện Vật Liệu Xây Dựng do TS. Lưu Thị Hồng làm chủ nhiệm đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu lọc dạng hạt trên cơ sở điatomit và vỏ trấu sử dụng lọc nước cho nhà máy nước sinh hoạt”.

Từ kết quả nghiên cứu của đề tài rút ra kết luận sau:

1. Đề tài đã nghiên cứu và chế tạo thành công 16,1 tấn vật liệu lọc nước dạng hạt từ điatomit và tro trấu trong nước làm vật liệu lọc trong nhà máy nước sinh hoạt:

+ Đề tài đã thành công trong việc lựa chọn nguyên liệu hợp lý, bao gồm: điatomit Phú Yên, tro trấu Cần Thơ và chất trợ nung là Na₂CO₃ để chế tạo vật liệu lọc dạng hạt.

+ Đề tài đã lựa chọn được phương pháp tạo hình là vê viên với độ ẩm vê viên là 10%, kích thước viên liệu là 1-3 cm.

+ Đề tài đã lựa chọn được hệ thống công nghệ thiết bị để chế tạo hạt lọc trên quy mô công nghiệp: máy nghiền đứng, máy trộn, máy vê viên, lò nung, máy đập búa và hệ thống sàng phân loại với quy mô công nghiệp công suất 10-12 tấn/ngày.

+ Chất lượng hạt lọc phụ thuộc vào chế độ nung. Cần nung theo 2 giai đoạn: giai đoạn 1 từ nhiệt độ thông thường đến 600^oC và giai đoạn 2 từ 600^oC đến 1000^oC để vật liệu được kết khối tốt nhất. Chế độ nung tối ưu: nhiệt độ nung 1000^oC thời gian nung 12-15 tiếng, lưu trong thời gian 3 giờ ở nhiệt độ 1000^oC trong lò công nghiệp.

+ So với các sản phẩm vật liệu lọc nhập khẩu từ Nga thì hạt lọc do đề tài chế tạo có chất lượng tương đương và thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đặt ra của đề tài.

+ Mẫu hạt lọc (M24 là mẫu đại diện) có khả năng hấp phụ amoni với hiệu suất hấp phụ ~ 20%, dung lượng hấp phụ cực đại trong điều kiện nghiên cứu với pH ≈ 8 đạt 15,10 mg/g.

+ Mẫu hạt lọc (M24 là mẫu đại diện) có khả năng hấp phụ asen tuy nhiên dung lượng hấp phụ còn rất thấp và cần có nghiên cứu tiếp theo

+ Về mặt kinh tế, chi phí đầu tư mua vật liệu lọc diatomit cao gần bằng 1,5 lần so với cát. Tuy nhiên, chi phí điện năng và chi phí thu được từ bán nước sạch giúp làm giảm mức chênh lệch chi phí đầu tư mua vật liệu xuống còn khoảng 1,35 lần. Và đặc biệt là vùng nước chứa amoni thì hạt lọc sẽ phát huy vai trò giảm giá thành khi không phải sử dụng hóa chất để khử amoni.

2. Đề tài đã thiết kế chế tạo dây chuyền pilot lọc nước sinh hoạt sử dụng vật liệu lọc dạng hạt từ điatomit và tro trấu với công suất 200 lít/giờ đáp ứng quy chuẩn của Bộ Y tế về nước sinh hoạt với đặc tính như sau:

+ Số cột lọc: 5

+ Hệ thống van điều khiển: van điện từ

+ Hệ thống thiết bị, giá đỡ: inox SUS 304

+ Cột lọc: bằng thủy tinh 44

3. Đề tài đã hoàn thành 1 quy trình công nghệ chế tạo vật liệu lọc dạng hạt trên cơ sở kết hợp sử dụng điatomit và vỏ trấu sử dụng cho nhà máy nước sinh hoạt với 7 công đoạn bao gồm: nghiền, trộn và tạo hình phối liệu, sấy, nung, gia công và đóng bao sản phẩm

4. Đề tài đã hoàn thành 1 bộ tài liệu thiết kế kèm thuyết minh dây chuyền pilot lọc nước sinh hoạt sử dụng vật liệu lọc dạng hạt từ điatomit và tro trấu với công suất 50m3 /ngày đêm.

5. Đề tài đã hoàn thành báo cáo kết quả thử nghiệm sản phẩm vật liệu lọc dạng hạt trong nhà máy nước sinh hoạt tại xã Bắc Hưng, huyện Tiên Lãng, tỉnh Hải Phòng trong thời gian 1 tháng. Kết quả thử nghiệm nước cho thấy, chất lượng nước đầu ra sau khi lọc bằng hạt lọc điatomit và tro trấu đều đảm bảo theo quy chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT.

+ So với vật liệu lọc cát, tổng cường độ gió cần sục rửa hạt lọc diatomit thấp hơn 1,5 lần; Tổng cường độ nước cần sục rửa thấp hơn 1,33 lần và Tổng thời gian sục rửa gió, nước kết hợp ít hơn 1,33 lần ;

+ Chu kỳ lọc của bể lọc diatomit dài gấp 1,2 đến 1,5 lần so với bể lọc sử dụng cát;

+ Vật liệu diatomit nhẹ, công nhân vận chuyển dễ dàng và tốn ít sức lực hơn.

6. Đề tài đã xây dựng được dự thảo và thuyết minh tiêu chuẩn vật liệu lọc điatomit dạng hạt dùng trong xử lý nước sạch - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

Nhóm đề tài kiến nghị Bộ KHCN cho tiếp tục thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu chế tạo vật liệu lọc dạng bột trong việc xử lý các chất thải công nghiệp và hấp phụ kim loại nặng để tiếp tục phát triển sản phẩm lọc trên cơ sở điatomit của Việt Nam. Triển khai dự án sản xuất công nghiệp "Hoàn thiện công nghệ chế tạo hạt lọc từ điatomit và tro trấu" để có điều kiện nghiên cứu nâng cao tính năng của hạt lọc và hoàn thiện công nghệ chế tạo cũng như các phương án sử dụng hiệu quả trong bể lọc tại nhà máy sản xuất nước.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17570/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (TH)