Máy ép bùn khung bản (Filter Press): bánh bùn khô nhất và cái giá của vận hành theo mẻ

Máy ép khung bản là thiết bị tách nước bùn cổ điển và cho bánh bùn khô nhất trong các loại máy cơ khí theo nhận định của EPA Hoa Kỳ. Nó đặc biệt hợp với bùn vô cơ (xi mạ, kim loại, khoáng). Tuy nhiên đó là máy vận hành theo mẻ, cơ khí phức tạp, nhiều chi tiết dễ hỏng: vải lọc, bản lọc, xi lanh thủy lực, bơm nạp. Bài này đi sâu vào những chỗ hay hỏng và cách nhận biết sớm.

Nguyên lý

Các bản lọc (bằng nhựa polypropylene hoặc vật liệu khác) xếp song song, mỗi bản có lõm và phủ vải lọc. Hệ thủy lực ép các bản lại thành từng khoang lọc. Bùn được bơm vào khoang với áp suất cao, nước xuyên qua vải lọc, chất rắn bị giữ lại thành bánh bùn. Ở loại màng (diaphragm), sau khi bơm đầy, màng cao su được bơm phồng bằng khí nén hoặc nước để ép lần hai, cho bánh bùn khô và đồng đều hơn. Sau chu kỳ, hệ thủy lực mở khung, các bản lần lượt được dịch ra và bánh bùn rơi xuống.

Theo EPA, với bùn thải sinh hoạt, chu kỳ ép thường kéo dài 1,5 đến 4 giờ và cho bánh bùn khoảng 35 đến 55% chất rắn khi dùng vôi và muối sắt để điều hòa; bánh bùn đạt trên 40% là phổ biến. Độ ẩm bánh bùn thường vào khoảng 60 đến 70%.

Ưu điểm

• Bánh bùn rất khô, giúp giảm chi phí lưu chứa, vận chuyển và xử lý cuối cùng.
• Phù hợp nhất với bùn vô cơ và bùn khó tách nước; độ khô ít phụ thuộc vào nồng độ bùn cấp.
• Có thể không cần polymer với bùn vô cơ; dùng vôi để ổn định và khử trùng bùn.
• Ít cần người theo dõi trong pha lọc (khoảng 1 đến 3 giờ mỗi mẻ).
• Tỷ lệ thu hồi chất rắn cao, thường cao nhất trong các loại máy ép cơ học.

Nhược điểm và giới hạn

• Vận hành theo mẻ, không liên tục. Thời gian chu kỳ dài, máy kích thước lớn, tốn diện tích.
• Chi phí đầu tư cao và cần kết cấu đỡ. Cần sàn thao tác, nhà xưởng, chiều cao đủ để xả bánh bùn (thường trên 1,5 m).
• Cơ khí phức tạp. Nhiều cơ cấu chuyển động cần bảo trì: thủy lực, bơm nạp, vít tải bã, cơ cấu dịch bản.
• Nhiều việc thủ công. Chuẩn bị, rửa vải lọc và lấy bánh bùn thường tốn nhân công.
• Không thể che kín hoàn toàn, người vận hành tiếp xúc mùi, khí lưu huỳnh và amoniac lúc xả bánh bùn.
• Hóa chất vôi và muối sắt chiếm 15 đến 40% khối lượng bánh bùn, làm giảm phần lợi ích của việc ép khô.
• Hạn chế với bùn hữu cơ nhiều: nếu tỷ lệ hữu cơ cao (trên 15%) vải lọc dễ tắc, không ép được đúng năng lực.

Các sự cố thường gặp

Nhà cung cấp hóa chất và thiết bị ghi nhận các nguyên nhân dừng máy phổ biến nhất gồm vải lọc, hệ thủy lực, bản lọc bị vênh hoặc hỏng, đường cấp bùn bị tắc và cách bảo trì bị động (chỉ sửa khi hỏng).

Vải lọc mòn hoặc tắc

• Biểu hiện: Bánh bùn dính vải khó bong; chu kỳ dài; SS cao trong nước lọc
• Nguyên nhân thường gặp: Hóa chất, mài mòn, rửa không đủ; cặn khoáng bám (đặc biệt khi dùng vôi)
• Hướng xử lý: Rửa áp cao định kỳ; ngâm axit khi có cặn; chọn vật liệu vải hợp bùn; thay vải khi rửa không còn hiệu quả

Hệ thủy lực hỏng

• Biểu hiện: Rò rỉ dầu; mất lực đóng; chu trình không đồng đều
• Nguyên nhân thường gặp: Dầu bẩn; phớt hoặc ống mòn; xuống cấp
• Hướng xử lý: Kiểm tra rò rỉ thường xuyên; theo dõi áp lực đóng; dự trữ phụ tùng thủy lực

Bản lọc vênh, nứt, vỡ

• Biểu hiện: Bánh bùn không đều; vải mòn nhanh; rò rỉ khi ép
• Nguyên nhân thường gặp: Ứng suất cơ khí; cặn bám trên vùng làm kín; lệch khi xả bánh bùn
• Hướng xử lý: Kiểm tra bản định kỳ; chỉnh lệch sớm; thay trước khi gây hỏng dây chuyền

Chảy bùn giữa các bản lọc

• Biểu hiện: Bùn rỉ ra mép bản
• Nguyên nhân thường gặp: Bản không kín; đóng không đủ lực; gioăng hỏng; vải xếp nếp
• Hướng xử lý: Căn chỉnh bản; tăng lực đóng; thay gioăng; tránh cấp quá mức

Cốt xi lanh cong, cơ cấu co giãn khung không chạy

• Biểu hiện: Máy không mở hoặc đóng được
• Nguyên nhân thường gặp: Lệch tải; thủy lực mất áp; hư hỏng cơ khí
• Hướng xử lý: Bảo trì phòng ngừa; kiểm tra cốt xi lanh và cơ cấu dẫn hướng

Tắc đường cấp bùn, bơm nạp hỏng

• Biểu hiện: Áp suất cấp tăng bất thường, mẻ ép không đầy
• Nguyên nhân thường gặp: Cặn tích trong đường ống; bơm không phù hợp; bùn chất lượng dao động
• Hướng xử lý: Xả rửa đường ống định kỳ; giám sát chất lượng bùn; kiểm tra bơm nạp

Vít tải bã không chạy

• Biểu hiện: Bánh bùn dồn ứ dưới máy
• Nguyên nhân thường gặp: Kẹt do bùn khô cứng; hỏng motor hoặc hộp số
• Hướng xử lý: Vệ sinh sau mỗi ca; kiểm tra dẫn động

Bánh bùn hỏng (đọc bánh bùn để chẩn đoán)

• Biểu hiện: Nứt ở mép mà giữa mịn; mảng bóng tối; vệt nhạt; nhão không thành bánh
• Nguyên nhân thường gặp: Bản lệch hoặc vải tắc ở giữa; áp lực đóng thấp dưới khoảng 225 psi ở máy màng; gioăng mòn; kênh rò; polymer sai liều
• Hướng xử lý: Kiểm tra căn bản, vải, áp lực đóng, gioăng, mắt cấp; đo nồng độ bùn cấp (tối ưu 1 đến 8% TSS) và liều hóa chất

Bánh bùn bám vải, xả không sạch

• Biểu hiện: Cần tay hỗ trợ xả bánh; chất rắn còn lại trên vải
• Nguyên nhân thường gặp: Dùng polymer dẫn đến chu kỳ dài, bánh dính; vải không thích hợp
• Hướng xử lý: Dùng vải phủ chống dính; chất hỗ trợ tách bánh; máy rung bản; ưu tiên kiểu màng khi dùng polymer

Khi nào phù hợp, khi nào nên cân nhắc lại

Thường phù hợp

• Bùn vô cơ: xi mạ, kim loại, khoáng, bùn keo tụ hóa lý
• Yêu cầu bánh bùn rất khô để giảm chi phí xử lý cuối
• Có mặt bằng, nhà xưởng, sàn thao tác, nhân sự chuyên trách

Nên cân nhắc kỹ

• Bùn hữu cơ nhiều (trên khoảng 15%), dễ tắc vải
• Cần vận hành liên tục, ít người, ít mặt bằng
• Cơ sở nhỏ, không có kết cấu đỡ và thời gian theo dõi thủ công

Danh mục kiểm tra vận hành

• Sau mỗi mẻ: kiểm tra bánh bùn (nứt, vệt, độ đồng đều), xả bánh sạch, vệ sinh vùng làm kín của bản.
• Hằng tuần: kiểm tra rò rỉ thủy lực, áp lực đóng, gioăng, đường cấp bùn; rửa vải áp cao.
• Định kỳ: đánh giá thay vải theo số mẻ; kiểm tra độ vênh bản; bảo trì bơm nạp và vít tải bã.
• Duy trì kho phụ tùng thủy lực và vải lọc; lập chương trình bảo trì phòng ngừa.

Nếu bùn của bạn là bùn hữu cơ, bùn có dầu mỡ và bạn cần vận hành liên tục ít người, có thể xem thêm Slit Saver và trang ứng dụng ngành chăn nuôi.

Câu hỏi thường gặp

Đọc bánh bùn để phát hiện lỗi máy khung bản như thế nào?

Bánh nứt ở mép mà giữa mịn thường do bản lệch hoặc vải tắc ở giữa; mảng bóng tối là dấu hiệu áp lực đóng thấp hoặc gioăng mòn; vệt nhạt là kênh rò; bánh nhão không thành bánh là do bùn cấp sai nồng độ hoặc sai liều hóa chất.

Vì sao máy khung bản không hợp bùn hữu cơ cao?

Nếu tỷ lệ hữu cơ trên khoảng 15%, vải lọc dễ tắc và máy không phát huy đúng năng lực. Máy phù hợp nhất với bùn vô cơ như xi mạ, kim loại, khoáng.

Nguồn tham khảo

• US EPA – Biosolids Technology Fact Sheet: Recessed-Plate Filter Press (EPA 832-F-00-058): https://www.epa.gov/sites/default/files/2018-11/documents/recessed-plate-filter-press-factsheet.pdf
• ChemREADY – The Most Common Reasons Filter Presses Go Down: https://www.getchemready.com/water-facts/the-most-common-reasons-filter-presses-go-down-and-how-to-prevent-them/
• ChemREADY – How to Read a Filter Press Cake: https://www.getchemready.com/water-facts/how-to-read-filter-press-cake/
• Micronics – Filter Press Troubleshooter (Filter Cloth is Blinding): https://www.micronicsinc.com/wp-content/uploads/filterpresstroubleshooter.pdf
• Diefenbach – Common Challenges in Filter Press Operations: https://diefenbach.com/resources/common-challenges-in-filter-press-operations-and-how-to-overcome-them
• Ảnh Hình 2 và Hình 3: Peter Craven, CC BY 2.0, qua Wikimedia Commons.

Bài viết tổng hợp từ tài liệu kỹ thuật của EPA Hoa Kỳ và các nguồn công khai. Số liệu mang tính tham khảo.

— Thợ Ép Bùn