1. Vì sao nhìn lại lịch sử máy tách nước bùn
Một nhà máy chọn máy tách nước bùn hôm nay thường so sánh các loại máy đang có trên thị trường. Nhìn lại cách một nước đi trước đã thay đổi lựa chọn qua nhiều thập niên giúp trả lời câu hỏi khác: yếu tố nào thực sự làm một loại máy được dùng rộng rãi, rồi bị thay thế.
Nhật Bản là ví dụ có số liệu khá đầy đủ, vì ngành thoát nước nước này thống kê chủng loại máy tách nước tại các nhà máy xử lý nước thải đô thị từ đầu thập niên 1960. Bảng 1 tóm tắt các mốc chính; các mục sau đi vào từng giai đoạn.
| Giai đoạn | Loại máy chủ đạo | Động lực thay đổi | Mức ẩm bánh tham chiếu |
|---|---|---|---|
| Cuối thập niên 1950 – 1960s | Lọc chân không (kèm vôi + FeCl₃), ly tâm | Mạng thoát nước mở rộng, bùn tăng; bỏ dần phơi khô và đổ biển | Đủ để chôn lấp, mùi được kìm nhờ vôi |
| Khoảng 1970 | Ép áp lực (ép khung bản tự động) | Quy định ẩm bánh khi chôn lấp siết xuống ≤ 85% | ≤ 70% |
| Khoảng 1980 | Ly tâm (dùng polymer); ép băng tải nhập từ nước ngoài | Polymer hữu cơ tốt hơn; đô thị lớn chuyển sang đốt bùn | Ly tâm < 80% |
| Thập niên 1990 | Ly tâm hiệu suất cao thành chủ đạo cho công suất lớn; ép băng tải giảm dần | Chi phí thay vải, lượng nước rửa lớn của ép băng tải | — |
| Khoảng 2000 trở đi | Ép trục vít nạp áp lực mặt lọc kim loại; các máy mặt lọc kim loại khác (ép đĩa quay…); ly tâm tiêu thụ điện thấp | Tiết kiệm điện năng | — |
Tổng hợp từ khung “Lịch sử máy tách nước bùn đô thị” trong sổ tay LFPI (2011). Mốc năm là gần đúng theo nguồn; cột ẩm bánh chỉ ghi các con số nguồn nêu.
2. Thập niên 1960: lọc chân không và ly tâm
Từ giữa thập niên 1950, mạng thoát nước đô thị ở Nhật mở rộng nhanh, lượng bùn tăng theo. Các thành phố bắt đầu thiếu chỗ phơi bùn và muốn bỏ việc đổ bùn ra biển, nên chuyển sang tách nước bằng máy. Máy đầu tiên được lắp tại nhà máy xử lý nước thải là máy lọc chân không, và gần như cùng lúc là máy ly tâm. Theo thống kê thoát nước năm 1960 mà sổ tay trích dẫn, cả nước khi đó có gần 20 máy lọc chân không và gần 10 máy ly tâm.
Lọc chân không dùng vôi tôi và FeCl₃ làm chất trợ lọc. Lượng vôi lớn kìm được mùi của bùn và cho bánh phù hợp với chôn lấp — đúng nhu cầu lúc đó. Đổi lại, khối lượng bánh tăng thêm phần chất vô cơ đưa vào (xem Chất keo tụ vô cơ).
3. Khoảng 1970: quy định ẩm ≤ 85% đưa ép áp lực lên
Khoảng năm 1970, quy định về độ ẩm của bánh bùn khi chôn lấp được siết xuống 85% trở xuống. Lọc chân không khó đạt mức này ổn định, nên bị thay bằng máy ép áp lực cho bánh khoảng 70% trở xuống.
Trong cùng thập niên, một số nhà thầu hệ thống xử lý bùn của Nhật phát triển máy ép khung bản tự động hoàn toàn để thay máy ép áp lực nhập khẩu mà Tokyo dùng trước đó, và đưa vào nhiều nhà máy xử lý bùn. Từ đây nhiều kiểu máy ép có màng ép (ép lần hai) ra đời. Bản thân máy ép khung bản có lịch sử dài hơn nhiều: máy đầu tiên chế tạo trong nước năm 1915, nhà sản xuất chuyên ngành đầu tiên năm 1930, và nhu cầu tăng mạnh từ năm 1962 khi vải lọc polypropylen bắt đầu được sản xuất trong nước (xem Vải lọc máy ép bùn, Ép khung bản).
Điểm đáng chú ý: lần đổi máy này không do máy mới rẻ hơn hay hiện đại hơn, mà do yêu cầu đầu ra của bánh bùn thay đổi.
4. Khoảng 1980–1990: polymer làm ly tâm và ép băng tải phổ biến
Ly tâm có mặt từ đầu nhưng chưa phổ biến. Từ khoảng 1980, polymer hữu cơ tốt hơn giúp ly tâm ép bùn xuống dưới 80% độ ẩm — đủ cho các nhà máy ở đô thị lớn phải đốt bùn. Ly tâm tiếp tục được cải tiến hiệu suất và đến thập niên 1990 thành loại máy chủ đạo cho công suất lớn (xem Ly tâm decanter).
Cũng trong giai đoạn này, máy ép băng tải phát triển ở nước ngoài được đưa vào Nhật. Điện năng thấp là ưu điểm chính; các kiểu hiệu suất cao ra đời và máy lan nhanh theo tỷ lệ phủ thoát nước. Nhưng đến cuối thập niên 2000, sổ tay ghi nhận ép băng tải ít được chọn hơn do phải thay vải lọc và dùng nhiều nước rửa (xem Ép băng tải).
Điểm đáng chú ý: polymer là yếu tố quyết định máy nào khả thi; còn chi phí vận hành — không phải giá mua — là lý do một loại máy đang phổ biến bị chọn ít đi.
5. Từ khoảng 2000: máy mặt lọc kim loại tiết kiệm điện
Khoảng năm 2000, máy ép trục vít nạp áp lực cỡ lớn dùng mặt lọc kim loại được phát triển như một lựa chọn tiết kiệm điện thay cho ly tâm, và dần phổ biến trên cả nước. Sau đó xuất hiện thêm nhiều kiểu máy khác cũng dùng mặt lọc kim loại, như máy ép đĩa quay; ly tâm cũng được cải tiến để giảm điện năng.
Điểm chung của nhóm máy mặt lọc kim loại là không có khoản thay vải và ít nước rửa — đúng hai điểm yếu đã làm ép băng tải bị chọn ít đi. Trên site, nhóm này gồm ép trục vít, ép đĩa quay và ép con lăn đa đĩa elip (khe giữa các đĩa thép tự làm sạch, kín hoàn toàn, ẩm bánh thực tế 55–86% theo loại bùn). Các máy có mặt lọc vải vẫn giữ chỗ khi cần bánh rất khô (ép khung bản) hoặc công suất rất lớn (ly tâm). So sánh đầy đủ sáu loại: So sánh công nghệ.
6. Hướng phát triển tiếp theo
Trả lời câu hỏi về máy và vật liệu lọc tương lai, sổ tay LFPI (2011) cho rằng nguyên lý lọc cơ bản sẽ không thay đổi lớn. Hướng chính là cải tiến từng bộ phận và vật liệu, và chỉnh máy theo polymer mới. Một số kiểu máy từng được phát triển nhưng chưa phổ biến có thể quay lại khi được cải tiến:
| Hướng | Ý tưởng chính | Đọc thêm |
|---|---|---|
| Cải tiến từng bộ phận, vật liệu | Nguyên lý lọc cơ bản không đổi; cải tiến cơ cấu, tấm lọc, vật liệu lọc | Vải lọc, mặt lọc kim loại |
| Theo sát polymer | Máy ép dùng polymer sẽ được chỉnh theo đặc tính bông của polymer mới | Chọn polymer theo bùn & máy |
| Khử nước điện thẩm | Đưa điện thẩm vào máy ép để kéo thêm nước liên kết | Khử nước điện thẩm |
| Ép kết hợp sấy chân không | Cấp nước nóng vào tấm lọc, hút chân không buồng lọc để sấy ngay trong máy ép | Sấy bùn |
| Lọc động (dòng ngang) | Dòng ngang giảm trở lực bánh trong khi lọc | Điện trở riêng & chỉ số nén |
| Ép lần hai, ép siêu cao áp, kết hợp công nghệ | Ghép các công nghệ đã có, vật liệu composite | So sánh công nghệ |
Trong các hướng trên, khử nước điện thẩm đã có thiết bị thương mại dùng như bước sau máy ép cơ học để giảm thêm độ ẩm (ví dụ thiết bị ELO). Khi cân nhắc, cần so điện năng tăng thêm với chi phí vận chuyển và xử lý bánh bùn tiết kiệm được (xem Sấy bùn).
7. Điểm nhà máy ở Việt Nam có thể rút ra
Việt Nam không cần đi lại đúng lộ trình của Nhật — phần lớn các loại máy trên hiện đều có sẵn. Nhưng bốn quy luật trong 60 năm đó vẫn dùng được khi chọn máy hôm nay:
- Yêu cầu đầu ra của bánh bùn quyết định trước. Ở Nhật, mức ẩm cho phép khi chôn lấp và nhu cầu đốt bùn đã hai lần đổi loại máy chủ đạo. Xác định bánh bùn sẽ đi đâu và cần khô tới mức nào trước khi so máy (xem Pháp lý bùn thải, Xử lý bánh bùn).
- Polymer quyết định máy nào khả thi. Cùng một loại máy, kết quả thay đổi nhiều theo polymer; thử polymer trên chính bùn của nhà máy trước khi kết luận về máy (xem Thử nghiệm tách nước bùn, Chọn polymer).
- Chi phí vận hành quyết định máy có được giữ lâu. Ép băng tải giảm dần không vì ép kém mà vì vải lọc và nước rửa. Tính điện, nước rửa, vật tư tiêu hao và nhân công trên mỗi tấn chất rắn khô (xem Chi phí vận hành, Chi phí đầu tư & vòng đời).
- Chọn máy cho 15–20 năm, không chỉ cho hôm nay. Máy ép dùng được 10–20 năm; trong thời gian đó quy định đầu ra và loại bùn có thể đổi. Một lựa chọn chịu được thay đổi (dải nồng độ đầu vào rộng, bánh khô hơn mức cần hiện tại) đáng giá hơn một lựa chọn tối ưu sát cho điều kiện hiện tại (xem Bảo trì máy ép bùn).
8. Nguồn tham khảo
- LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng (「ユーザーのための ろ過脱水機ガイドブック」), Hiệp hội Công nghiệp Công nghệ Làm trong Chất lỏng Nhật Bản (LFPI), 12/2011: khung “Lịch sử máy tách nước bùn đô thị” (cuối mục 3.5, trích số liệu thống kê thoát nước năm 1960 của Hiệp hội Thoát nước Nhật Bản); khung “Lịch sử máy ép khung bản” (mục 2.3); khung “Lịch sử vải lọc” (mục 6.2); câu hỏi đáp Q46 (chương 10).
Bài là tổng quan lịch sử theo nguồn xuất bản năm 2011, không phải tin thời sự; các mốc năm là gần đúng. Dải độ ẩm bánh 55–86% của máy ép con lăn đa đĩa elip là dải thực tế từ hồ sơ dự án đã tổng hợp trên site, không thuộc nguồn LFPI.
Câu hỏi thường gặp
Máy tách nước bùn đầu tiên ở các nhà máy xử lý nước thải Nhật Bản là loại nào?
Máy lọc chân không, được lắp từ cuối thập niên 1950 – đầu 1960, gần như cùng lúc với máy ly tâm. Năm 1960 cả nước có gần 20 máy lọc chân không và gần 10 máy ly tâm. Lọc chân không dùng vôi tôi và FeCl₃ làm chất trợ lọc, giúp kìm mùi và cho bánh phù hợp chôn lấp.
Vì sao lọc chân không bị thay bằng ép áp lực ở Nhật?
Khoảng năm 1970, quy định độ ẩm bánh bùn khi chôn lấp được siết xuống 85% trở xuống. Lọc chân không khó đạt mức đó ổn định, trong khi máy ép áp lực cho bánh khoảng 70% trở xuống, nên dần thay thế lọc chân không.
Vì sao máy ép băng tải ít được chọn hơn ở Nhật?
Ép băng tải được ưa chuộng nhờ điện năng thấp và lan nhanh từ thập niên 1980, nhưng phải thay vải lọc định kỳ và dùng nhiều nước rửa. Khi các máy mặt lọc kim loại tiết kiệm điện xuất hiện từ khoảng năm 2000, ép băng tải dần ít được chọn hơn.
Máy ép bùn và vật liệu lọc trong tương lai sẽ thay đổi thế nào?
Theo sổ tay LFPI (2011), nguyên lý lọc cơ bản không thay đổi lớn; hướng chính là cải tiến từng bộ phận, vật liệu tấm lọc và chỉnh máy theo polymer mới. Các kiểu từng thử nghiệm có thể quay lại khi được cải tiến: máy ép tích hợp điện thẩm, máy ép kết hợp sấy chân không, lọc động dòng ngang, ép siêu cao áp và các tổ hợp công nghệ.
Bài học lớn nhất từ lịch sử máy tách nước bùn ở Nhật là gì?
Loại máy chủ đạo thay đổi theo ba yếu tố: yêu cầu đầu ra của bánh bùn (quy định chôn lấp, nhu cầu đốt), tiến bộ của polymer, và chi phí vận hành (điện, vải lọc, nước rửa). Khi chọn máy nên xác định trước bánh bùn đi đâu, thử polymer trên bùn thật và tính chi phí vận hành trên mỗi tấn chất rắn khô.
Số liệu có dấu * là công bố của nhà sản xuất, không thay thế thử nghiệm với bùn thực tế.