長纖維濾料在自來水工藝處理中的應(yīng)用研究

1、.長纖維濾料在自來水工藝處理中的應(yīng)用研究邱 天（南京市自來水板橋有限責(zé)任公司，城南污水處理廠南京 210039）摘要 本文對自研制的長纖維濾過濾裝置進(jìn)小型模型試驗。試驗測定濾速、過濾周期、過濾阻、濾后水質(zhì)和反沖洗強等參數(shù)，并分析參數(shù)之間的關(guān)系， 進(jìn)長纖維濾與石英砂等其他濾的對比分析。所有這些試驗和對比都給自來水廠的改造提供一種模式和參考。 通過實驗得出長纖維濾具有如下特點：1、濾池濾速高2、濾后水水質(zhì)好3、過濾周期長4、產(chǎn)水和截污大5、反沖洗徹底 關(guān)鍵詞：長纖維、過濾、凈水、反沖洗The Application of the Long Fiber Filter in the regenerat

2、ion of Supply-WaterFactoryAbstractThe filtering process on the effluent of sedimentation tank and flocculation water in supply-water factory by long fiber high efficiency filter, its medium-sized experiment an productional experiment are studied in this paper. The author mensurates such parameters a

3、s filtering velocity, filtering period, filtering resistance and back wash condition and analyses their relation. . All of these will provide a model in regeneration of a supply-water factory.The main results of the experiment are summarized as follows: 1、The long fiber filter has high filtering vel

4、ocity.;2、The long fiber filter has good production. 3、The filtering period is long enough.4、Much production and particles association. 5、The filter can be backwashed thoroughly.Key words:long fiber, filtration, clean-water, backwash1、緒論 過濾是水處過程中常用的工藝，自上世紀(jì)快濾池被廣泛用于自來水的生產(chǎn)以來，人們通過對各種機的研討，對其池型、濾、設(shè)備及控制方式的設(shè)

5、計、改造、 創(chuàng)新活動就一直沒有停止過，使得快濾池的運效斷提高、生產(chǎn)成本斷低、 運管加捷，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，自來水需求的日益增長，給水工 業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展時期，傳統(tǒng)處工藝中的石英砂，雖然因其具有來源廣、價格低、 機械強和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點而仍被廣泛使用，但是隨著過濾技術(shù)的斷發(fā)展， 人們對濾的要求也越來越高，石英砂濾自身的缺陷也日益凸顯，促使人們斷 開展對新型濾的研究和應(yīng)用，以突破這一制約快濾池運效提高的瓶頸。深層 過濾論及纖維濾的出現(xiàn)，為自來水生產(chǎn)中的過濾工藝和給水工業(yè)注入新的生 機。纖維過濾技術(shù)自上世紀(jì) 80 代應(yīng)用于水處領(lǐng)域以來，以其卓越的工作性能和 好的處效果得到迅速的發(fā)展。1.1、傳

6、統(tǒng)石英砂濾的弊端 過濾工藝中，濾品質(zhì)及濾層的構(gòu)成是過濾設(shè)備性能優(yōu)的關(guān)鍵，它們決定著濾后水的水質(zhì)、過濾設(shè)備的基本性能和運管的基本方法。因此過濾技術(shù)的發(fā) 展在很大程上取決于對濾和濾層構(gòu)成的研究與改進(jìn)。一種好的濾除要具有適當(dāng)?shù)目紫丁⒆銐虻臋C械強和足夠的化學(xué)穩(wěn)定性 以外，還應(yīng)該具備濾速高、過濾周期長、納污大、濾層水頭損失增長慢、反沖洗徹底等。傳統(tǒng)的石英砂濾層在反沖洗后由于水篩分作用，使得沿水方向的砂 子徑逐漸變大、孔隙尺寸也沿水方向逐漸變大，當(dāng)下向過濾時，水先經(jīng)過 徑小、孔隙也小的上部砂層，再到徑大、孔隙也大的下部砂層。水中顆 大部分截在上部數(shù)厘米深內(nèi)，床層上部孔隙容堵，床層的水頭損失上升迅 速，下部

7、濾層大部分容尚未得到充分用即得終止過濾過程，造成濾層使 用效高。另外，由于目前采用的混凝劑、助凝劑均為有機高分子化合物，過 的混凝劑、助凝劑在過濾過程中，會在床層內(nèi)聚集，反沖洗充分，造成床層 板結(jié)、結(jié)球等現(xiàn)象。這將進(jìn)一步阻礙濾速和產(chǎn)水的提高、縮短濾池的工作周期。 第三、由于石英砂在濾池中是散狀堆積的，因經(jīng)過多次反沖洗產(chǎn)生破碎或因濾池 均勻沉造成反沖洗強均勻都會產(chǎn)生跑砂、砂及死區(qū)現(xiàn)象，這都將造成濾池 運狀態(tài)的惡性循環(huán)（如圖片 1-11-4）。圖片 1-1 濾池反沖洗時的跑砂現(xiàn)象圖片 1-2濾池砂現(xiàn)象圖片 1-3濾池砂現(xiàn)象圖片 1-4濾池砂現(xiàn)象為克服石英砂濾的缺陷，20 世紀(jì) 50 代，研究人員相

8、繼開發(fā)多層濾、 均質(zhì)濾等，并對過濾工藝斷進(jìn)改進(jìn)，出現(xiàn)上向過濾、雙向過濾等多種 過濾形式。1.2、本研究的目的、意義及內(nèi)容 本課題研究的目的在于從論和實踐上開發(fā)出一種過濾效高、過濾阻小，納污大并且結(jié)構(gòu)簡單、運操作及維護方的過濾裝置，為給水工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步 和自來水過濾工藝改造、挖潛提供一種經(jīng)濟實用的新途徑。通過對自研制的長纖維過濾器在自來水廠沉淀出水、混凝原水兩種同水質(zhì) 條件下的運特性的研究，進(jìn)一步認(rèn)識長纖維濾過濾沉淀池出水、直接過濾混凝 原水的特點，為濾池應(yīng)用長纖維濾以及為應(yīng)對突發(fā)事件而采取混凝原水直接過濾 運方式奠定基礎(chǔ)，同時，為下一步中試和生產(chǎn)性試驗總結(jié)出基本運參數(shù)。2、長纖維過濾器試驗概況

9、2.1、試驗裝置及方法試驗是在南京市浦口自來水廠進(jìn)的，試驗裝置見圖 2-1。為于觀察，裝置主 體以有機玻璃管制成；內(nèi)徑 300mm，總高 2.5m。長纖維組件固定于反應(yīng)器本體，底 部設(shè)多孔板，以使反洗時均勻布?xì)獠妓１驹囼灢捎弥剡^濾，為保證恒壓過濾和 反洗排水，上部設(shè)溢口，進(jìn)水采用虹吸管由凈水廠沉淀池或混凝段直接進(jìn)水。過濾時，水從柱頂虹吸進(jìn)入，通過重作用經(jīng)濾層后由柱底排出；反沖洗時，反 沖水經(jīng)計從過濾器底部接入，由柱頂溢口排出；氣體由空壓機供給，從底部 進(jìn)入，由柱頂排出，反洗中氣體起攪動作用。進(jìn)水管測壓管溢流管固定孔板反沖水反沖氣出水圖 2-1 過濾裝置示意圖2.2、試驗濾及加工 試驗濾采用聚

10、酯纖維絲材，經(jīng)專門方法按一定密編織成長纖維濾組件，具體參數(shù)見表 2-1。試驗濾纖維絲徑（m）纖維長（mm）孔隙（%）比表面積（m2/m3）聚酯纖維351200約 938000表 2-1長纖維濾基本特性表 2-1 數(shù)據(jù)表明：長纖維濾具有孔隙高、比表面積大等優(yōu)點，為提高濾速、 納污容和延長過濾周期創(chuàng)造條件。2.3、試驗水質(zhì)試驗直接過濾凈水廠沉淀出水。試驗期間，進(jìn)水溫 1015，pH 為 78.5，色 小于 5 ，進(jìn)水濁在 812NTU。為于說明，本文以下主要以濁為考察過濾器性能的主要指標(biāo)。 2.3.2、凈水廠混凝原水試驗直接過濾凈水廠混凝原水。試驗期間，進(jìn)水溫 1520，pH 為 78，進(jìn)水 濁在

11、 6070NTU。2.4、測定參數(shù)及分析儀器 試驗測定參數(shù)包括：進(jìn)、出水濁、濾床阻損失、反沖洗水、氣強、濾后反沖洗水水質(zhì)指標(biāo)等。濁由 TSZ-400A 型臺式智能散射光濁儀測定，阻由測壓 管測定，反沖洗水、氣強分別由 LZB-50 型液體轉(zhuǎn)子計和 LZB-40 型氣體轉(zhuǎn)子 計測定。濾后水各項水質(zhì)指標(biāo)按國家標(biāo)準(zhǔn)測定規(guī)范測定。3、沉淀出水過濾試驗結(jié)果與分析3.1、沉淀出水的過濾過濾沉淀出水試驗采用的濾速范圍為 1063m/h。由于沉淀出水濁較低，為 于跟蹤測定、分析，本試驗結(jié)合實際運情況選取過濾周期為 24h。在各運周期中 測同濾速下長纖維過濾器的出水水質(zhì)、阻特性及反洗條件。表 3-1 為同初始濾

12、速時過濾器的過濾特性數(shù)據(jù)。從表中可以看出，長纖維過濾 器對沉淀出水濁的去除均在 96% 以上。濾層最大壓縮為 57%，最大水頭損 失為 149 cmH2O。過濾器產(chǎn)水最高達(dá)到 1260 m³/m²·d（反應(yīng)器斷面），周期內(nèi)截污 最高達(dá) 9.5 kg/ m3 濾。從表 3-1 中還可看出，在高濾速情況下，濾層的起始水頭損失和過濾結(jié)束時的 總水頭損失要比低濾速時大。另外還可看出，高濾速情況下濾速下得比低濾速情 況要快。分析認(rèn)為，高濾速時濾速下得快，其原因為高濾速時濾截的懸浮物 比低濾速時多，使得濾孔隙變小，濾層的阻變大，因而造成濾速的快速下。表 3-1同初始濾速時的過

13、濾數(shù)據(jù)初始 濾速 (m/h)終 濾速 (m/h)過濾 周期（h）濾層 起始 高(cm)濾層 終 高(cm)起始 壓差 (cmH2O)終 壓差 (cmH2O)濁平 均去除 （%）截污 (/m3 濾)產(chǎn)水 (m3/m2·d)634224886895149969.512604939249270931479781056423724947382138977948302524968459809756602419249785324198451613122498871922992300V=49m/h14濾后水濁 度(NTU)1210864200510152025時 間 （ h）0.35濁 度(NTU

14、)0.300.250.200.150.100.050.00 63m/h49m/h 42m/h 30m/h 24m/h 13m/h0510152025時 間(h)圖 3-1 濾速 49m/h 時的進(jìn)、出水水質(zhì)變化圖3-2 同濾速情況下濾后水濁歷時變化圖 3-1 為 49m/h 濾速下的進(jìn)、出水濁變化歷程。此圖可直觀看出，在整個周期 中，進(jìn)水水質(zhì)在 1012NTU，濾后水出水水質(zhì)非常穩(wěn)定，維持在 0.35NTU 以下，長纖 維過濾器在此高濾速下具有很高的濁去除，此工況下濁平均去除達(dá) 97%。 圖 3-2 為試驗中進(jìn)水濁在 1012NTU 時，幾種主要濾速下濾后水的濁變化。由圖 中可看出，各種濾速情

15、況下出水濁均在 0.4NTU 以下，各周期中濾后水濁隨過濾 進(jìn)有逐漸增大的趨勢。從圖中還可看出，濾速小于 30m/h 的低濾速時，濾后水濁 比濾速大于 30m/h 的高濾速時要低。分析認(rèn)為，在低濾速時，過濾水經(jīng)過濾床 層的時間長，濾對水中懸浮物的吸附、碰撞、攔截作用時間長，因此出水濁較低。由圖 3-1 和圖 3-2 可得出如下結(jié)論，進(jìn)水水質(zhì)在 1012NTU 時，連續(xù)過濾 24h， 濾后水濁均在 0.4NTU 以下，效果非常穩(wěn)定，出水遠(yuǎn)優(yōu)于 2001 最新實施的生活 飲用水衛(wèi)生規(guī)范中的凈水廠供水水質(zhì)要求5。分析認(rèn)為，長纖維濾過濾時，由于水 經(jīng)過濾層所產(chǎn)生的阻，加上濾層截污后的自重，使濾層上松下

16、緊，孔隙從上 到下由大至小分布，接近于想的多層濾結(jié)構(gòu)，從而保證較高的過濾精。3.2、過濾水頭損失隨時間變化損失增大；二是由于懸浮物的斷截， 大。特別是在濾層壓縮到極限時，阻主 水頭損失上升較快。由于高濾速情況時濾 物大，因此高濾速情況下過濾水頭損失圖 3-3 出濾速為 20m/h、30m/h 和 46m/h 時過濾水頭損失隨過濾時間的變化。可 見，在同濾速下，過濾水頭損失隨過濾時間延長而增大，且濾速越高，起始水頭 損失越大，過濾終時的水頭損失也越大。由圖還有看出，高濾速時過濾水頭損失 上升的速高于低濾速時。分析認(rèn)為，過濾水頭損失的增加由兩方面引起，一是濾 層受到壓縮，孔隙下，造成過濾水頭造成濾

17、孔隙下，使過濾水頭損失增 要是由懸浮物截而引起的，在此情況下 層壓縮程大，濾單位時間截懸浮比低濾速情況下要大，并且增加速要大。160總 阻 力損失 (cmH O)214012010080604020046m/h30m/h20m/h0510152025時 間(h)圖 3-3 同濾速下濾層總阻歷時變化圖圖 3-4 濾阻沿濾層的變化圖 3-4 為初始濾速 V=49m/h 時，過濾開始后同時間阻沿濾床高的變化關(guān)系。 圖中舉 0h、2h、4h、6h、24h 時過濾阻沿濾層的分布，可見，隨著過濾時間的推移，濾總阻損失由開始時的到 50 cmH2O 增加到周期末的超過 140 cmH2O，阻增加 3 倍多，

18、進(jìn)一步驗證圖 3-3 中過濾阻隨時間斷增加的規(guī)。從圖3-4 還可看出，開始過濾時，長纖維濾層過濾阻較小，且沿濾層高近似均勻分 布。過濾阻沿濾層由上而下逐漸加大，在濾高為 30cm 位置處向下阻增加減 緩，濾的阻損失主要集中在濾層高 30cm 位置以上部分。過濾持續(xù)時間越長， 此種規(guī)越為明顯。說明長纖維濾層充分發(fā)揮全濾層的截污作用，在濾層中部 截污最大。底部 30cm 以下的濾層截污相對較少，濾層阻小，一定程上起到 保證濾后水水質(zhì)的作用，這也是此纖維過濾的特點之一。3.3、反沖洗條件與特性 作為過濾器濾的再生手段，反沖洗的效果直接關(guān)系到過濾周期的長短、出水水質(zhì)及過濾器的長期穩(wěn)定運。本試驗中以反沖

19、洗出水濁為考察反沖洗效果的指 標(biāo)。由于長纖維濾對懸浮物具有極強的吸附能和較高的納污，以往的研究認(rèn) 為，宜以氣水聯(lián)合反沖洗為佳6。本研究的反沖洗操作過程為：先單水梳濾（半 分鐘），繼而氣水聯(lián)合反洗（4 分鐘），最后單水漂洗（1 分鐘）。本文采用氣體強 為 45 l/m2s 和 70l/m2s，水強為 12 l/m2s 和 20l/m2s 進(jìn)組合，分別考察反沖 洗效果。圖 3-5 為濾速 30m/h、運周期 24h 時同反沖洗條件下床層的反沖洗出水水質(zhì) 比較。由圖可見，每一種反沖洗條件對應(yīng)的曲線在反沖洗初期都有一個峰值，即反 沖洗過程中最高的出水濁，一般出現(xiàn)在反沖洗 4050 秒之間，且在氣強較高

20、時 反沖出水最高濁的峰值出現(xiàn)時間前移，分析認(rèn)為，這是由于在氣強高的情況下 氣體對濾床層的攪動作用強，從而使得積于從濾上脫。隨著反沖洗的進(jìn)，曲線逐漸進(jìn)入平穩(wěn)階段，時間大約在反沖洗 200 秒之后，至反沖洗結(jié)束時出 水濁保持在 250NTU 以下。從圖中還可看出，在同一水強下，氣體強越高，反 沖洗最終出水濁越低，反沖洗效果越好；在同一氣強下，水強越高，反沖洗 出水濁下越快，對應(yīng)曲線進(jìn)入平穩(wěn)階段越快，反沖洗最終出水濁越低，反沖 洗效果越好。與水強的影響相比，氣體強對反沖洗效果的影響為顯著。圖 3-6、圖 3-7 分別為 10m/h 和 50 m/h 兩種濾速同反沖洗條件下反沖洗出水的 濁變化。圖中可看出，反沖洗結(jié)束時出水濁都能保持在 250NTU 左右。由圖 3-6、 圖 3-7 對照圖 3-5 還可看出，各圖中出水濁的平均峰值隨著濾速的增加而增大，這 是由于相同周期下濾速越高，濾床的積越大，在反沖洗中表現(xiàn)為反沖洗出水最 高濁越大。35003000度(NTU)250020001500濁1000500050100 150 200 250300050100 150 200 250 300時 間(s)時 間(s)0氣強度70,水強度12 氣強度70,水強度20 氣強度45,水強度12