Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đĩa lọc trong hệ thống lọc nước cấp

Trong bối cảnh ô nhiễm nguồn nước ngày càng nghiêm trọng, việc xử lý và cung cấp nước sạch đạt tiêu chuẩn cho sinh hoạt và sản xuất trở thành một ưu tiên hàng đầu. Hệ thống lọc nước cấp đóng vai trò then chốt trong quá trình này, và đĩa lọc là một trong những thành phần quan trọng, không thể thiếu, đặc biệt trong các hệ thống lọc tiên tiến. Đĩa lọc được ưa chuộng nhờ khả năng loại bỏ cặn bẩn hiệu quả, độ bền cao và chi phí vận hành, bảo trì hợp lý. Bài viết này sẽ đi sâu vào cấu tạo chi tiết và nguyên lý hoạt động của đĩa lọc, giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về vai trò và lợi ích của công nghệ lọc này trong việc đảm bảo chất lượng nước cấp.

Đĩa lọc là một giải pháp công nghệ đã được chứng minh hiệu quả trong việc loại bỏ các hạt rắn lơ lửng, rong rêu, bùn đất và các tạp chất khác có kích thước từ vài chục đến hàng trăm micron. Với thiết kế độc đáo và khả năng tự làm sạch, đĩa lọc ngày càng trở nên phổ biến trong nhiều ứng dụng, từ lọc nước sinh hoạt gia đình, nước tưới tiêu nông nghiệp đến các hệ thống xử lý nước công nghiệp quy mô lớn.

Cấu tạo chi tiết của Đĩa lọc trong Hệ thống lọc nước cấp

Một hệ thống lọc đĩa hoàn chỉnh thường bao gồm nhiều thành phần được tích hợp chặt chẽ với nhau để tạo nên một quy trình lọc hiệu quả và tự động. Dưới đây là các thành phần chính cấu tạo nên đĩa lọc:

Vỏ lọc (Housing/Manifold)

Vỏ lọc, hay còn gọi là thân lọc, là bộ phận bên ngoài bao bọc toàn bộ các cụm đĩa lọc và các thành phần bên trong. Vỏ lọc thường được chế tạo từ các vật liệu có độ bền cao, chống ăn mòn tốt như nhựa kỹ thuật cao (ví dụ: polypropylene – PP, polyamide – PA) hoặc thép không gỉ (inox 304, 316). Sự lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào áp suất làm việc, tính chất hóa học của nước cần lọc và yêu cầu về độ bền trong môi trường cụ khắc nghiệt.

Chức năng: Vỏ lọc có nhiệm vụ chứa đựng các cụm đĩa lọc, tạo không gian kín để nước chảy qua và chịu được áp lực của dòng nước. Nó cũng bảo vệ các thành phần bên trong khỏi các tác động bên ngoài và duy trì môi trường áp suất ổn định cho quá trình lọc.
Thiết kế: Vỏ lọc thường có các cổng vào và ra nước, cổng xả cặn (drain port) và vị trí để lắp đặt van, đồng hồ đo áp suất. Thiết kế của vỏ lọc cũng phải đảm bảo dễ dàng tháo lắp để bảo trì và thay thế các cụm đĩa lọc khi cần thiết.

Cụm đĩa lọc (Disc Element/Cartridge)

Đây là trái tim của hệ thống lọc đĩa, nơi diễn ra quá trình lọc chính. Mỗi cụm đĩa lọc bao gồm hàng trăm hoặc hàng nghìn đĩa nhựa mỏng, tròn được xếp chồng lên nhau và nén chặt.

Vật liệu: Các đĩa lọc thường được làm từ nhựa polypropylene (PP) hoặc các loại nhựa kỹ thuật khác có khả năng chịu hóa chất và mài mòn tốt.
Thiết kế bề mặt: Bề mặt của mỗi đĩa được thiết kế với các rãnh nhỏ, chính xác có hình dạng đặc biệt (thường là rãnh chéo hoặc rãnh đồng tâm). Khi các đĩa được xếp chồng lên nhau và nén chặt, các rãnh này sẽ tạo ra một mạng lưới không gian ba chiều phức tạp với kích thước khe hở cực nhỏ, đóng vai trò như các kênh lọc. Kích thước của các rãnh này quyết định cấp độ lọc (micron) của hệ thống, từ 20 micron đến 400 micron hoặc hơn.
Màu sắc: Các đĩa lọc thường có màu sắc khác nhau để dễ dàng phân biệt cấp độ lọc (ví dụ: màu đỏ cho 20 micron, màu vàng cho 50 micron, màu xanh cho 100 micron…).
Cấu trúc cụm: Các đĩa lọc được xỏ qua một trục trung tâm (spine) và được nén chặt bằng một lực lò xo hoặc một cơ cấu nén thủy lực. Khi nén, các rãnh trên bề mặt đĩa sẽ tạo ra các điểm giao nhau, hình thành một ma trận lọc dày đặc và hiệu quả.

Trục trung tâm (Spine)

Là một thanh hình trụ rỗng, thường được làm từ nhựa kỹ thuật hoặc thép không gỉ. Các đĩa lọc được xỏ qua trục này. Trục trung tâm có các lỗ hoặc khe để thu gom nước sạch sau khi đã được lọc qua các khe đĩa.

Lò xo nén hoặc cơ cấu nén thủy lực

Để giữ cho các đĩa lọc được nén chặt và ổn định trong quá trình lọc, một lò xo nén (thường áp dụng cho các hệ thống nhỏ) hoặc một cơ cấu nén thủy lực (đối với các hệ thống lớn hơn) được sử dụng. Áp lực nén này đảm bảo rằng các khe hở lọc được duy trì ở kích thước mong muốn, ngăn chặn các hạt bẩn lớn hơn lọt qua.

Van điều khiển (Control Valves)

Các van điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa quá trình lọc và rửa ngược. Chúng có thể là van thủy lực, van điện từ hoặc van cơ khí.

Chức năng: Điều chỉnh hướng dòng chảy của nước trong quá trình lọc và quá trình rửa ngược.
Vị trí: Thường được lắp đặt ở đầu vào, đầu ra và đường xả cặn của hệ thống.

Bộ điều khiển tự động (Controller)

Hệ thống lọc đĩa nước cấp hiện đại thường được trang bị bộ điều khiển tự động (PLC hoặc vi điều khiển).

Chức năng: Giám sát áp suất, thời gian hoạt động, và tự động kích hoạt quá trình rửa ngược khi cần thiết (dựa trên chênh lệch áp suất hoặc cài đặt thời gian). Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất lọc và giảm thiểu sự can thiệp của con người.
Cảm biến: Bộ điều khiển thường được kết nối với các cảm biến áp suất ở đầu vào và đầu ra của bộ lọc để phát hiện sự tắc nghẽn.

Đồng hồ đo áp suất (Pressure Gauges)

Được lắp đặt ở cả đầu vào và đầu ra của bộ lọc.

Chức năng: Giúp người vận hành theo dõi chênh lệch áp suất qua bộ lọc. Khi chênh lệch áp suất tăng lên đến một ngưỡng nhất định, đó là dấu hiệu cho thấy bộ lọc bị tắc nghẽn và cần được rửa ngược.
Tầm quan trọng: Là công cụ quan trọng để xác định thời điểm rửa ngược, đảm bảo hiệu suất lọc tối ưu.

Nguyên lý hoạt động của Đĩa lọc trong Hệ thống lọc nước cấp

Nguyên lý hoạt động của đĩa lọc dựa trên sự kết hợp của lọc bề mặt (surface filtration) và lọc sâu (depth filtration), cùng với khả năng tự làm sạch hiệu quả thông qua quá trình rửa ngược.

Quá trình lọc (Filtration Cycle)

Nước chưa lọc đi vào: Nước thô (nước đầu vào) chứa các hạt cặn bẩn được dẫn vào vỏ lọc thông qua cổng vào.
Dòng chảy qua các đĩa nén: Nước sẽ đi từ bên ngoài vào bên trong cụm đĩa lọc. Do các đĩa được nén chặt, nước buộc phải đi qua các rãnh cực nhỏ được hình thành giữa các đĩa.
Giữ lại cặn bẩn: Các hạt cặn bẩn có kích thước lớn hơn khe hở của các rãnh sẽ bị giữ lại trên bề mặt bên ngoài của các đĩa và trong các rãnh. Các hạt nhỏ hơn có thể bị giữ lại sâu hơn trong cấu trúc rãnh phức tạp do hiệu ứng lọc sâu. Quá trình này diễn ra liên tục, nước sạch sẽ đi vào trục trung tâm rỗng và được dẫn ra ngoài thông qua cổng nước sạch.
Tăng áp suất: Theo thời gian, các cặn bẩn tích tụ trên bề mặt và trong các rãnh của đĩa lọc, làm giảm lưu lượng nước đi qua và tăng chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra của bộ lọc. Khi chênh lệch áp suất này đạt đến một ngưỡng cài đặt (ví dụ: 0.5 – 1.0 bar), hoặc sau một khoảng thời gian nhất định, bộ điều khiển sẽ tự động kích hoạt quá trình rửa ngược.

Quá trình rửa ngược (Backwash Cycle)

Quá trình rửa ngược là một tính năng nổi bật của đĩa lọc, cho phép làm sạch các đĩa lọc bị tắc nghẽn mà không cần tháo rời. Quá trình này thường được tự động hóa hoàn toàn.

Đảo ngược dòng chảy và nhả nén: Khi quá trình rửa ngược bắt đầu, bộ điều khiển sẽ kích hoạt các van để đảo ngược hướng dòng chảy của nước. Đồng thời, áp lực nén các đĩa sẽ được giải phóng (lò xo nhả ra hoặc cơ cấu thủy lực nhả nén), khiến các đĩa lọc rời ra và bung nhẹ. Sự nhả nén này tạo ra một không gian lớn hơn giữa các đĩa, cho phép dòng nước rửa ngược đi qua dễ dàng hơn và cuốn trôi các cặn bẩn.
Phun xoáy (Jetting/Turbulent Flow): Nước sạch (thường là nước đã được lọc hoặc nước từ một nguồn áp lực khác) được đưa vào từ trục trung tâm của cụm đĩa và phun ngược ra ngoài qua các rãnh trên bề mặt đĩa. Khi nước đi qua các rãnh và gặp các cặn bẩn, nó sẽ tạo ra một dòng chảy xoáy mạnh mẽ, đánh bật và cuốn trôi các hạt bẩn đã bám vào bề mặt đĩa.
Thải cặn bẩn: Nước rửa ngược mang theo cặn bẩn sẽ được xả ra ngoài thông qua một cổng xả riêng biệt, thường được đưa vào hệ thống thoát nước hoặc hệ thống xử lý bùn.
Khôi phục áp suất nén: Sau khi quá trình rửa ngược hoàn tất (thường kéo dài từ vài giây đến vài phút tùy theo mức độ tắc nghẽn và cài đặt), các van sẽ chuyển về chế độ lọc, và các đĩa lọc lại được nén chặt như ban đầu, sẵn sàng cho chu trình lọc tiếp theo.

Tự động hóa và Hiệu quả

Sự tự động hóa trong quá trình rửa ngược giúp duy trì hiệu suất lọc liên tục và ổn định mà không cần sự can thiệp thủ công thường xuyên. Điều này không chỉ tiết kiệm nhân công mà còn kéo dài tuổi thọ của hệ thống. Khả năng làm sạch hiệu quả của đĩa lọc cũng giảm thiểu lượng nước thải ra so với một số loại bộ lọc khác, góp phần bảo vệ môi trường.

Ưu điểm và Nhược điểm của Đĩa lọc trong Hệ thống lọc nước cấp

Ưu điểm

Hiệu quả lọc cao: Khả năng loại bỏ các hạt rắn lơ lửng, bùn, rong rêu rất tốt, với cấp độ lọc đa dạng từ vài chục đến vài trăm micron.
Khả năng tự làm sạch (rửa ngược tự động): Đây là ưu điểm nổi bật nhất, giúp giảm đáng kể chi phí vận hành và bảo trì, không cần thay thế lõi lọc thường xuyên.
Độ bền cao: Các đĩa lọc thường được làm từ vật liệu nhựa cao cấp, chịu được hóa chất và mài mòn, có tuổi thọ sử dụng lâu dài.
Tiết kiệm nước: Lượng nước sử dụng cho quá trình rửa ngược thường ít hơn so với các loại bộ lọc cát hoặc than truyền thống.
Dễ dàng bảo trì: Quá trình rửa ngược tự động giúp giảm tần suất bảo trì thủ công. Khi cần vệ sinh sâu hơn, các đĩa lọc có thể dễ dàng tháo ra và làm sạch.
Thiết kế nhỏ gọn: So với bộ lọc cát cùng công suất, hệ thống lọc đĩa thường có kích thước nhỏ gọn hơn, tiết kiệm không gian lắp đặt.
Hoạt động ổn định: Ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi đột ngột về chất lượng nước đầu vào (trong phạm vi nhất định).
Thân thiện với môi trường: Giảm lượng chất thải rắn so với các loại lọc dùng lõi phải thay thế định kỳ.

Nhược điểm

Chi phí đầu tư ban đầu cao: So với một số loại bộ lọc đơn giản khác (như bộ lọc túi hoặc một số loại lõi lọc), chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống lọc đĩa có thể cao hơn.
Không loại bỏ được chất hòa tan: Đĩa lọc chỉ loại bỏ các hạt rắn lơ lửng, không có khả năng loại bỏ các chất hòa tan, hóa chất, vi khuẩn, virus hoặc các ion kim loại nặng. Để xử lý các vấn đề này, cần kết hợp với các công nghệ lọc khác (như than hoạt tính, RO, UF, đèn UV…).
Yêu cầu áp lực nước: Để hoạt động hiệu quả, đặc biệt là trong quá trình rửa ngược, hệ thống đĩa lọc yêu cầu một áp lực nước nhất định.
Có thể bị tắc nghẽn hoàn toàn nếu nước quá bẩn: Nếu nước đầu vào có quá nhiều cặn bẩn mịn hoặc các hạt dầu mỡ, đĩa lọc có thể bị tắc nghẽn nhanh chóng và quá trình rửa ngược có thể không hoàn toàn hiệu quả, đòi hỏi phải vệ sinh thủ công thường xuyên hơn.
Không phù hợp cho mọi ứng dụng: Đối với các ứng dụng yêu cầu loại bỏ các hạt siêu nhỏ (dưới 5 micron) hoặc các vi sinh vật, cần sử dụng các công nghệ lọc tiên tiến hơn.

Ứng dụng của Đĩa lọc trong Hệ thống lọc nước cấp

Nhờ những ưu điểm vượt trội, đĩa lọc được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

Lọc nước sinh hoạt và dân dụng: Lọc nước giếng khoan, nước máy có nhiều cặn bẩn, sỏi cát, rong rêu cho các hộ gia đình, khu dân cư, biệt thự.
Hệ thống tiền xử lý nước: Đặt trước các hệ thống lọc tinh hơn như RO, UF, Nano để bảo vệ màng lọc, kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí thay thế màng.
Lọc nước tưới tiêu nông nghiệp: Đặc biệt hiệu quả trong hệ thống tưới nhỏ giọt, tưới phun mưa, bảo vệ vòi phun khỏi tắc nghẽn do cặn bẩn.
Lọc nước công nghiệp:
- Nước làm mát: Loại bỏ cặn bẩn trong tháp giải nhiệt, hệ thống làm mát tuần hoàn.
- Nước cho sản xuất: Lọc nước đầu vào cho các nhà máy dệt may, thực phẩm, đồ uống, hóa chất, điện tử…
- Nước thải công nghiệp: Xử lý sơ bộ nước thải có nhiều cặn lơ lửng trước khi đi vào các công đoạn xử lý tiếp theo.
Lọc nước nuôi trồng thủy sản: Loại bỏ các chất rắn lơ lửng, cặn thức ăn trong hệ thống nuôi trồng.
Hệ thống xử lý nước hồ bơi, spa: Loại bỏ tóc, cặn bẩn, côn trùng, lá cây để giữ cho nước hồ bơi trong sạch.

Lựa chọn Đĩa lọc phù hợp

Để lựa chọn được hệ thống đĩa lọc phù hợp, cần cân nhắc các yếu tố sau:

Nguồn nước đầu vào: Phân tích chất lượng nước thô (độ đục, hàm lượng chất rắn lơ lửng, pH…).
Lưu lượng nước cần lọc: Xác định công suất lọc cần thiết (m³/giờ).
Cấp độ lọc mong muốn: Phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng (ví dụ: 130 micron cho tưới tiêu, 20 micron cho tiền xử lý RO).
Áp suất nước: Đảm bảo đủ áp suất cho quá trình lọc và rửa ngược.
Không gian lắp đặt: Kích thước của hệ thống đĩa lọc.
Ngân sách đầu tư và vận hành: So sánh chi phí ban đầu và chi phí bảo trì.

Việc tham khảo ý kiến từ các chuyên gia hoặc nhà cung cấp uy tín sẽ giúp bạn lựa chọn giải pháp tối ưu nhất cho nhu cầu của mình.

Kết luận

Đĩa lọc là một công nghệ lọc nước hiệu quả và đáng tin cậy, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng nước cấp cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Với cấu tạo thông minh và nguyên lý hoạt động tự động hóa qua quá trình rửa ngược, đĩa lọc không chỉ mang lại hiệu quả lọc cao mà còn tối ưu hóa chi phí vận hành và bảo trì. Việc hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đĩa lọc sẽ giúp các cá nhân và doanh nghiệp đưa ra quyết định đầu tư sáng suốt, góp phần vào việc bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.