Các dạng nước trong bông bùn và nguyên lý tách nước

1. Bốn dạng nước trong bông bùn

Bùn là một hệ keo phức tạp, không chỉ là nước lẫn chất rắn. Nước trong bông bùn tồn tại dưới bốn dạng chính, sắp xếp từ dễ đến khó tách:

2. Nguyên lý tách nước tương ứng

• Lắng và tách trọng lực: dành cho nước tự do; ứng dụng ở bể lắng, máy cô đặc, vùng thoát nước của máy ép.
• Ép cơ học: dùng lực nén để loại nước tự do và một phần nước mao dẫn; gồm ép băng tải, ép khung bản, ép trục vít, máy ép con lăn đa đĩa elip.
• Keo tụ – tạo bông (flocculation): trung hòa điện tích, làm nước bề mặt dễ thoát; áp dụng trước bước ép cơ học.
• Khử nước điện thẩm (electro-osmosis): dùng điện trường một chiều để tách thêm phần nước xen kẽ và nước bề mặt mà ép cơ học không tách được; thường nối sau máy ép.
• Sấy nhiệt: bay hơi nước liên kết và nước nội bào; gồm máy sấy bùn, sấy năng lượng mặt trời, sấy tầng sôi.
• Phá cấu trúc tế bào (cell lysis): dùng hóa chất hoặc nhiệt để giải phóng nước nội bào, ví dụ ổn định bùn bằng vôi hoặc tiền xử lý nhiệt trước khi sấy.

3. Áp dụng khi chọn công nghệ

Mỗi loại bùn có tỷ lệ các dạng nước khác nhau, nên cùng một máy cho kết quả khác nhau:

• Bùn sinh học nhiều nước liên kết: cần polymer phù hợp và lực ép đủ mạnh; nếu cần bánh bùn khô hơn thì bổ sung khử nước điện thẩm.
• Bùn vô cơ nhiều nước tự do: lắng và ép đơn giản là đủ, nhưng cần lưu ý mài mòn thiết bị.
• Bùn thực phẩm có thể có nhiều nước nội bào và dầu mỡ: cân nhắc tiền xử lý và chọn thiết bị có cơ cấu tự làm sạch mặt lọc.

Vì thế mỗi công nghệ có một giới hạn độ ẩm bánh bùn tự nhiên (xem bảng so sánh ở trang Công nghệ) và muốn vượt giới hạn đó thường phải dùng nguyên lý khác chứ không chỉ ép mạnh hơn. Cách quy đổi độ ẩm sang khối lượng nước thực sự tách được được giải thích ở bài Độ ẩm bánh bùn.

Keo ưa nước và keo kỵ nước. Hạt keo được chia theo ái lực với nước. Keo ưa nước như protein, tinh bột được lớp nước hydrat hóa bao bọc: thêm một ít chất điện ly (như phèn, muối sắt) vẫn bền, hạt ít kết lại với nhau, và dung dịch thường nhớt hơn nước. Keo kỵ nước như hydroxit kim loại thì dễ keo tụ chỉ với một lượng nhỏ chất điện ly. Trường hợp cực đoan là gel: gel thạch hay gelatin chứa 95–99% nước.

Vì vậy bùn có nhiều hạt mịn và chất hữu cơ ưa nước thường khó tách, còn bùn nhiều chất kỵ nước thì dễ hơn. Bùn sinh học phải được keo tụ để phá lớp ưa nước rồi mới ép được, và sau ép băng tải, trục vít hay ly tâm vẫn còn khoảng 80% nước; muốn thấp hơn phải thêm bước như sấy.

Nguồn tham khảo: LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, mục 1.1.2, Q5 và Q12.

4. Chẩn đoán bùn khó ép

Khi bùn khó ép, hãy hỏi loại nước nào đang "cố thủ" trong bùn:

1. Thử lọc trọng lực: nếu nước thoát chậm dù bông tốt, có thể do trộn polymer hoặc mặt lọc bị bít.
2. Đo độ ẩm bánh bùn sau ép so với mức thường đạt của công nghệ đó: nếu chênh nhiều, kiểm tra điều hòa bùn và thông số ép.
3. Nếu đã tối ưu mà bánh bùn vẫn ẩm, khả năng cao phần nước còn lại là nước liên kết hoặc nước nội bào; xem xét điện thẩm, sấy hoặc tiền xử lý.

Xem thêm Bùn khó tách nước và Xử lý sự cố tách nước bùn.

Câu hỏi thường gặp

Số liệu có dấu * là công bố của nhà sản xuất, không thay thế thử nghiệm với bùn thực tế.