Thiết kế hệ xử lý sắt/mangan: Sục khí – Lọc

1) Mục tiêu & bối cảnh

Nước ngầm tại nhiều khu vực có sắt (Fe) và mangan (Mn) vượt ngưỡng cho phép, gây vàng ố, mùi tanh, đóng cặn đường ống và thiết bị. Thiết kế đúng ngay từ đầu giúp lọc sạch ổn định, chi phí vận hành thấp, đáp ứng quy chuẩn nước sinh hoạt QCVN 01-1:2024/BYT

2) Chẩn đoán nhanh trước khi thiết kế

Lấy mẫu đúng – Test nhanh để tránh lắp sai cấu hình:

• Chỉ tiêu cần test tại hiện trường: Fe tổng, Mn tổng, pH, TDS, độ đục, mùi; nếu có điều kiện đo thêm ORP/DO.
• Gợi ý ngưỡng thiết kế:
  • Fe > 0,3 mg/L hoặc Mn > 0,1 mg/L ⇒ cần xử lý.
  • pH < 6,8: ưu tiên nâng pH/tiếp xúc oxy hóa trước khi lọc.
  • Fe cao nhưng Mn thấp: sục khí + lọc xúc tác thường đủ.
  • Mn cao/pH thấp: cần oxy hóa mạnh hơn (Châm Javen NaOCl/KMnO₄/ozone) hoặc nâng pH.

3) Lựa chọn tuyến công nghệ (flowsheet)

Tuyến A: Sục khí (aeration) –> bể ngưng –> lọc xúc tác –> khử trùng

• Phù hợp: Fe cao, Mn thấp – trung bình; pH tự nhiên ≥ 6,8.
• Biện pháp sục khí: giàn mưa, venturi ejector, tháp sục khí.
• Vật liệu lọc nước chính: Cát mangan tự nhiên, Feramic, Fimantec, Birm Mỹ, Zeomangan…

Tuyến B: Oxy hóa bằng hoá chất –> bể tiếp xúc –> lọc xúc tác –> khử trùng

• Áp dụng khi: Mn cao, pH thấp, hoặc cần tốc độ phản ứng nhanh.
• Tác nhân oxy hóa thường dùng: NaOCl (clo nồng độ chuẩn), KMnO₄, ozone.
• Yêu cầu: định lượng chính xác, có bồn tiếp xúc đủ thời gian, theo dõi màu/cl dư.

Tuyến C: Nâng pH –> (aeration/oxy hóa) –> lọc xúc tác –> khử trùng

• Dùng khi pH đầu vào quá thấp (thường < 6,5).
• Vật liệu nâng pH phổ biến: calcite/dolomite (lọc trung hòa) hoặc châm kiềm. Ở Việt Nam thường dùng hạt nâng PH Việt Nam hoặc Flomag.

==>> Tất cả tuyến đều cần khử trùng sau lọc (UV hoặc clo)/UF nếu dùng cho sinh hoạt.

4) Thông số thiết kế cốt lõi (áp dụng thực tế)

Một số thông số cốt lõi khi lắp lọc tổng

Ghi chú: Tốc độ & liều thực tế tùy loại vật liệu của nhà sản xuất; luôn kiểm tra bảng khuyến nghị của vật liệu cụ thể.

5) Cách tính nhanh kích thước cột lọc (cho thợ/đại lý)

• Bước 1: Chọn tốc độ lọc thiết kế: $=8\text{m/h}$ (an toàn & phổ biến).
• Bước 2: Tính diện tích mặt cắt: A=Q/v (m2), với $Q$ là lưu lượng đỉnh (m³/h).
• Bước 3: Suy ra đường kính: D = sqrt(4A/pi) (m)
• Bước 4: Chọn cấu hình: 1 cột đường kính lớn hoặc 2–3 cột nhỏ song song để giữ áp & dễ rửa ngược.
• Bước 5: Chiều cao vật liệu chính: 0,8–1,2 m; sỏi đỡ 0,2–0,3 m; khoảng trống 30–50%.

Ví dụ: Villa cần Q = 2,0 m³/h.

• A=2/8=0,25 m2 ==> D ≈ 0,56 m
• Vậy dùng cột 2169 hoặc có thể chọn 3 cột 14″×65″ (≈ 0,35 m đường kính) song song.

Đây là bảng thông số 1 số loại cột cơ bản ở Việt Nam. Thông số về lưu lượng là khi test 1 cột và đổ hạt nhựa Cation, test ở điều kiện lý tưởng.
Trong thực tế khi dùng vật liệu nặng như: Cát, mangan, than…. và lắp nhiều cột nối tiếp, lưu lượng sẽ giảm chỉ còn 30-70%.

6) SOP vận hành – bảo trì (tóm tắt thực chiến)

• Khởi động: Sục khí/oxy hóa ổn định; kiểm tra pH mục tiêu; nạp vật liệu & sục rửa sạch.
• Vận hành: Theo dõi áp chênh (ΔP), màu/độ đục đầu ra, ORP (nếu có).
• Rửa ngược: Khi ΔP vượt ngưỡng hoặc theo lịch (ví dụ 2–7 ngày/lần tùy chất lượng nước và tải).
• Định kỳ 3–6 tháng: test Fe/Mn đầu ra; hiệu chỉnh liều oxy hóa; kiểm tra van tự động; vệ sinh béc, đường ống.
• Thay vật liệu: theo khuyến nghị của nhà sản xuất & tải thực tế (thường sau 1–4 năm).

7) Lỗi thường gặp & cách khắc phục

• pH thấp nhưng không nâng pH –> Mn khó oxy hóa –> bổ sung bước trung hòa hoặc tác nhân oxy hóa mạnh.
• Backwash thiếu lưu lượng –> Vật liệu đóng bánh, mất công suất –> tăng lưu lượng rửa, kiểm tra bơm/đường ống.
• Chọn nhầm vật liệu (VD: dùng nhựa cation cho “khử phèn”) –> định nghĩa lại mục tiêu: cation cho độ cứng; Fe/Mn dùng vật liệu xúc tác.
• Không có khoảng trống đủ –> rửa ngược không nở hạt –> thiết kế lại chiều cao lớp lọc & thân cột.

8) Kết luận

• Tuyến Sục khí –> Lọc là “xương sống” xử lý Fe/Mn cho nước giếng: sục khí/oxy hóa đúng – bể ngưng – lọc xúc tác chuẩn – rửa ngược đúng – khử trùng sau lọc.
• Thiết kế theo số đo thực tế sẽ cho hệ thống ổn định, ít sự cố, chi phí vận hành thấp và đáp ứng quy chuẩn nước sinh hoạt.

Hãy phát triển bản thân bằng cách theo dõi các page chuyên ngành:

• Fanpage: Công nghệ A12
• Fanpage cộng đồng: A12 – WaterHub
• Tham gia Group cộng đồng lọc nước lớn nhất Việt Nam: Hệ sinh thái lọc nước toàn diện