“Hồ 60 khối thì dùng bình bao nhiêu?” — đây là câu hỏi chúng tôi nhận nhiều nhất về bình lọc, và cũng là câu hỏi không có câu trả lời trực tiếp. Bình lọc không được chọn theo thể tích hồ. Nó được chọn theo lưu lượng, và cụ thể hơn là theo diện tích bề mặt lọc cần thiết để đưa lưu lượng đó qua với tốc độ đủ chậm.
Bài này trình bày phép tính đó, kèm bảng tra diện tích theo đường kính bình, một ví dụ đầy đủ, và một cái bẫy mà rất nhiều hồ mắc phải: chọn bình quá to.
Con số quyết định: tốc độ lọc
Tốc độ lọc = Lưu lượng ÷ Diện tích bề mặt lọc, đơn vị m³/h trên mỗi m².
Ý nghĩa vật lý rất dễ hình dung. Lớp cát giữ hạt bẩn nhờ nước đi qua đủ chậm để hạt bẩn có thời gian bám vào bề mặt hạt cát. Đẩy nước qua nhanh quá thì hạt bẩn bị cuốn xuyên qua lớp cát và quay lại hồ. Đó là lý do một hồ có thể đục dai dẳng dù bơm khoẻ và bình lọc mới.
Bình lọc cát tốc độ cao dùng cho hồ gia đình thường được thiết kế trong khoảng 30–50 m³/h/m². Các quy định áp dụng cho hồ bơi kinh doanh và hồ công cộng thường siết con số này xuống thấp hơn. Chúng tôi nêu khoảng này để anh chị hình dung độ lớn; con số dùng để chọn phải lấy từ catalogue của đúng loại bình, và với công trình kinh doanh thì phải đối chiếu quy định áp dụng cho loại công trình đó — anh chị tra văn bản gốc trên Công báo, đừng lấy con số ai đó đọc lại.
Diện tích lọc tính từ đâu
Với bình lọc cát hình trụ đứng, diện tích bề mặt lọc là tiết diện ngang của lớp cát:
A = π × D² ÷ 4
Lưu ý một chỗ dễ nhầm: đường kính danh nghĩa của vỏ bình không phải lúc nào cũng bằng đường kính lớp cát hữu ích. Một số dòng bình có vỏ dày, có gân, có khoang phân phối chiếm chỗ. Nếu catalogue ghi thẳng diện tích lọc, hãy lấy con số đó thay vì tự tính từ đường kính vỏ. Đây chính là ý của tiêu đề bài: chọn theo diện tích lọc, không theo đường kính vỏ.
Bảng tra — diện tích và lưu lượng tối đa theo đường kính
Cột diện tích tính theo công thức trên. Hai cột lưu lượng là lưu lượng tối đa nếu anh chị muốn giữ tốc độ lọc ở mức 30 hoặc 40 m³/h/m².
| Đường kính | Diện tích lọc | Lưu lượng tối đa ở 30 m³/h/m² | Lưu lượng tối đa ở 40 m³/h/m² |
|---|---|---|---|
| 400 mm | 0,126 m² | 3,8 m³/h | 5,0 m³/h |
| 500 mm | 0,196 m² | 5,9 m³/h | 7,9 m³/h |
| 600 mm | 0,283 m² | 8,5 m³/h | 11,3 m³/h |
| 700 mm | 0,385 m² | 11,5 m³/h | 15,4 m³/h |
| 800 mm | 0,503 m² | 15,1 m³/h | 20,1 m³/h |
| 900 mm | 0,636 m² | 19,1 m³/h | 25,4 m³/h |
| 1.000 mm | 0,785 m² | 23,6 m³/h | 31,4 m³/h |
Bảng này dùng để tra nhanh và để kiểm tra bình đang có. Nó không thay thế catalogue.
Ví dụ tính đầy đủ
Hồ gia đình 60 m³, chu kỳ tuần hoàn thiết kế 5 giờ.
Bước 1 — Lưu lượng cần
Q = 60 ÷ 5 = 12 m³/h
Chu kỳ tuần hoàn thường dùng là 4–6 giờ với hồ gia đình và 2–4 giờ với hồ kinh doanh. Cách chọn con số này cho từng loại hồ chúng tôi đã trình bày trong bài thể tích hồ và chu kỳ tuần hoàn.
Bước 2 — Diện tích lọc cần
Chọn tốc độ lọc thiết kế 40 m³/h/m²:
A = 12 ÷ 40 = 0,30 m²
Bước 3 — Đổi ra đường kính
D = √(4A ÷ π) = √(4 × 0,30 ÷ 3,1416) = √0,382 = 0,618 m — tức khoảng 620 mm.
Không có bình 620 mm, nên phải chọn giữa hai cỡ có sẵn:
| Phương án | Diện tích | Tốc độ lọc thực tế | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Bình 600 mm | 0,283 m² | 12 ÷ 0,283 = 42,4 m³/h/m² | Vẫn trong khoảng thông dụng, nhưng không còn dư địa. Lọc mịn kém hơn, rửa ngược dày hơn |
| Bình 700 mm | 0,385 m² | 12 ÷ 0,385 = 31,2 m³/h/m² | Lọc mịn hơn rõ rệt, chu kỳ rửa ngược thưa hơn, có dư địa nếu sau này tăng lưu lượng |
Với hồ gia đình, chúng tôi chọn 700 mm — nhưng chỉ sau khi kiểm tra bước 4.
Bước 4 — Cái bẫy: bình to mà bơm không rửa nổi
Đây là phần bị bỏ qua trong hầu hết các thiết kế chúng tôi tiếp nhận, và là lý do “chọn bình to nhất có thể” là lời khuyên sai.
Rửa ngược hoạt động bằng cách đảo chiều dòng nước để nâng và làm nở lớp cát lên, cho các hạt cát tách rời nhau và nhả bẩn ra. Muốn nở được lớp cát, dòng nước phải đạt một tốc độ tối thiểu — và tốc độ rửa ngược yêu cầu cao hơn tốc độ lọc. Con số cụ thể nằm trong tài liệu của từng loại bình.
Thử với ví dụ trên. Giả sử catalogue của bình 700 mm yêu cầu tốc độ rửa ngược 40 m³/h/m²:
- Lưu lượng rửa ngược cần = 0,385 × 40 = 15,4 m³/h
- Bơm đang chọn cho chế độ lọc là 12 m³/h
Ở chế độ rửa ngược, đường đi của nước khác nên tổn thất áp cũng khác, và bơm sẽ cho ra một lưu lượng khác với lúc lọc. Vì vậy phải tra lại đường đặc tính bơm ở điều kiện rửa ngược để biết bơm có đạt 15,4 m³/h hay không. Cách dựng con số cột áp để tra nằm trong bài tính tổn thất áp đường ống hồ bơi.
Nếu bơm không đạt, hậu quả rất cụ thể và rất khó chẩn đoán về sau:
- Lớp cát không nở lên, chỉ có phần trên cùng được xáo
- Bẩn tích lại thành mảng cứng trong lớp cát
- Nước tìm đường đi men theo các mảng đó — hiện tượng kênh dòng — và gần như không được lọc
- Đồng hồ áp không tăng nhiều nên chủ hồ tưởng bình còn sạch, trong khi nước cứ đục
Kết luận thực dụng: bình lọc phải đủ lớn để lọc tốt, và đủ nhỏ để bơm rửa ngược được. Hai điều kiện này kéo về hai hướng ngược nhau, và điểm chọn nằm ở giữa. Đó là lý do phép tính này không thể thay bằng một bảng “hồ bao nhiêu khối thì bình bao nhiêu inch”.
Lớp cát bên trong
Diện tích quyết định tốc độ lọc, còn chất lượng lọc còn phụ thuộc vào lớp vật liệu:
- Cỡ hạt. Cát thạch anh cỡ 0,4–0,8 mm là cỡ thông dụng cho lớp lọc chính. Hạt nhỏ hơn lọc mịn hơn nhưng nghẹt nhanh hơn
- Chiều dày lớp cát. Lấy theo tài liệu của bình. Đổ thiếu thì nước xuyên qua nhanh; đổ thừa thì choán mất khoảng trống cần cho lớp cát nở khi rửa ngược — và lại quay về đúng vấn đề ở bước 4
- Lớp sỏi đỡ. Nằm dưới cùng, bao quanh hệ thu nước. Đổ sai cỡ hoặc sai thứ tự thì cát lọt vào ống thu và quay lại hồ
Cát không hỏng theo kiểu nhìn thấy được. Nó mòn tròn dần, mất cạnh sắc, giảm khả năng giữ bẩn, và đồng thời bị bết lại bởi dầu và canxi. Dấu hiệu là chu kỳ rửa ngược ngày càng dày trong khi nước ngày càng kém trong.
Bảng kiểm chọn bình lọc — in ra dùng được
| # | Mục | Giá trị | Đơn vị |
|---|---|---|---|
| 1 | Thể tích hồ | m³ | |
| 2 | Chu kỳ tuần hoàn chọn | giờ | |
| 3 | Lưu lượng cần = (1) ÷ (2) | m³/h | |
| 4 | Tốc độ lọc thiết kế (theo catalogue / quy định áp dụng) | m³/h/m² | |
| 5 | Diện tích lọc cần = (3) ÷ (4) | m² | |
| 6 | Đường kính tương ứng = √(4×(5)÷π) | m | |
| 7 | Cỡ bình có sẵn được chọn | mm | |
| 8 | Diện tích lọc thực tế của bình đó (theo catalogue) | m² | |
| 9 | Tốc độ lọc thực tế = (3) ÷ (8) | m³/h/m² | |
| 10 | Tốc độ rửa ngược yêu cầu (theo catalogue) | m³/h/m² | |
| 11 | Lưu lượng rửa ngược cần = (8) × (10) | m³/h | |
| 12 | Lưu lượng bơm đạt được ở chế độ rửa ngược | m³/h | |
| 13 | (12) có ≥ (11) không? | Có / Không |
Dòng 9 phải nằm trong khoảng cho phép của bình. Dòng 13 phải là “Có”. Nếu dòng 13 là “Không”, hãy quay lại dòng 7 và chọn bình nhỏ hơn một cấp, hoặc tính lại bơm — đừng chấp nhận một hệ thống không rửa ngược được.
Ba dấu hiệu bình lọc đang bị chọn sai
| Dấu hiệu | Nguyên nhân thường gặp |
|---|---|
| Nước đục nhẹ kéo dài dù hoá chất đúng và chu kỳ đủ | Tốc độ lọc quá cao — bình nhỏ so với lưu lượng |
| Phải rửa ngược rất thường xuyên | Bình nhỏ, hoặc lớp cát đã mòn và bết |
| Rửa ngược xong nước vẫn không cải thiện, chênh áp không giảm | Lưu lượng rửa ngược không đủ để nở lớp cát — kênh dòng |
Trường hợp thứ ba hay bị chẩn đoán nhầm thành “cát hỏng, phải thay cát”. Thay cát xong thì đỡ được vài tháng rồi lặp lại, vì nguyên nhân gốc — lưu lượng rửa ngược — chưa được chạm tới.
Chúng tôi có thể giúp gì
Nếu anh chị đang chuẩn bị thay bình lọc, hoặc đang nghi ngờ bình hiện tại không phù hợp, kiểm toán hệ thống hồ bơi của Văn Lang Pool sẽ đo lưu lượng thực tế, kiểm tra tình trạng lớp cát, tính lại tốc độ lọc và tốc độ rửa ngược thực tế, rồi đưa ra khuyến nghị bằng con số chứ không bằng cảm tính. Gói kiểm toán từ 15 triệu — và trong nhiều trường hợp kết luận là bình hiện tại vẫn dùng được, chỉ cần sửa cách vận hành.
Gói bảo trì và vận hành hồ bơi theo dõi chênh áp và chu kỳ rửa ngược theo tuần, nên tình trạng lớp cát được phát hiện từ sớm: 1 lần/tuần — 5 triệu/tháng, 2 lần/tuần — 8 triệu/tháng, cho hồ đến 80 m³ trong TP.HCM.