“彗星式纖維濾料”高速濾池工藝設(shè)計(jì)

1、“彗星式纖維濾料”高速濾池工藝設(shè)計(jì)摘要：簡(jiǎn)述了“彗星式纖維濾料”的性能，介紹了采用“彗星”式纖維濾料濾池的工藝設(shè)計(jì)。并結(jié)合濾床特點(diǎn)，探討了該新型濾池的運(yùn)行效能。表明“彗星”式纖維濾料濾池實(shí)現(xiàn)高速過(guò)濾，效能優(yōu)異的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：彗星式纖維濾料 過(guò)濾速度 氣水反沖洗當(dāng)今水處理技術(shù)中，大流量水體的懸浮顆粒分離工藝是制約水處理工程實(shí)際運(yùn)行的一個(gè)難題。評(píng)價(jià)過(guò)濾器是否處于高效狀態(tài)，濾料的自適應(yīng)性是關(guān)鍵，即過(guò)濾時(shí)濾料構(gòu)成的濾層具有空隙率從上到下逐漸變小的“理想濾層”的特點(diǎn)，反沖洗后濾料充分清潔，并且“理想濾層”的特點(diǎn)不被改變。 快濾池的過(guò)濾介質(zhì)是粒狀材料，這幾乎是一個(gè)固定概念。快濾池借粒狀材料的表面積附著懸浮

2、固體，借顆粒間的孔隙來(lái)貯存所截留的懸浮固體。因此粒狀濾料所具有的比表面積和孔隙度大小也就反映了快濾池所具有的去除懸浮固體的極限能力。這個(gè)極限能力可以估計(jì)如下：1m3濾料約含有450l的孔隙，為了讓水流能繼續(xù)通過(guò)濾層，假定可供貯存懸浮固體的孔隙平均值只有110l，即25%的孔隙絕對(duì)值。按附著絮體所含干物質(zhì)濃度為1060g/l計(jì)，得出1m3濾料所能截留的干物質(zhì)量大致在1100g6600g的范圍內(nèi)。過(guò)濾速度、過(guò)濾工作周期和所去除的懸浮固體濃度三者的乘積必然處在這個(gè)范圍內(nèi)。因此，要突破上述快濾池的截留懸浮固體的能力，必然用粒狀顆粒以外的材料作為過(guò)濾介質(zhì)。 清華大學(xué)研制成功的“彗星式纖維濾料”，形象地說(shuō)

3、即為?顆粒狀的濾料象彗星一樣拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的“尾巴”? 纖維，將纖維濾料截污性能好的特征與顆粒濾料反沖洗效果好的特征相結(jié)合，形成一種全新的過(guò)濾材料。 顆粒過(guò)濾材料的重要特征是可以方便地在濾池內(nèi)完成清洗，但是采用纖維材料作為過(guò)濾材料的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)是其比其他實(shí)體顆粒材料具有大得多的比表面積和空隙率，其孔隙度高達(dá)90%95%，對(duì)比之下，粒徑1mm石英砂濾層孔隙度為45%，由此推斷，由纖維材料構(gòu)成的濾床具有比常規(guī)顆粒過(guò)濾材料大得多的納污量。納污量為單位體積濾床每周期截留的懸浮顆粒物的質(zhì)量，納污量的提高對(duì)濾池效率的提高具有決定性的意義。這也是在保證濾后水質(zhì)合乎要求及合適過(guò)濾周期的前提之下，應(yīng)用“彗星”式纖維濾料

4、的濾池可以比常規(guī)砂濾料濾池濾速高45倍的高濾速運(yùn)行。 該過(guò)濾材料的特點(diǎn)是其一端為松散的纖維絲束，又稱“彗尾”，另一端纖維絲束固定在密度較大的“彗核”內(nèi)。過(guò)濾時(shí)，密度較大的“彗核”起到了對(duì)纖維絲束的壓密作用，同時(shí)，又由于“彗核”的尺寸較小，對(duì)過(guò)濾斷面空隙率分布的均勻性影響不大，從而提高了濾床的截污能力。氣水同時(shí)反沖洗時(shí)，由于“彗核”和“彗尾” 纖維絲束的密度差，“彗尾” 纖維絲束隨反沖洗水流散開并擺動(dòng)，產(chǎn)生較強(qiáng)的甩曳力，過(guò)濾材料之間的相互碰撞也加劇了纖維在水中所受到的機(jī)械作用力，過(guò)濾材料的不規(guī)則形狀使過(guò)濾材料在反沖洗水流作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)化了纖維在水中所受到的機(jī)械作用力，上述幾種力的共同作用結(jié)果

5、使附著在纖維表面的固體雜質(zhì)顆粒很容易脫落，從而提高了過(guò)濾材料的洗凈度。 彗星式纖維過(guò)濾材料構(gòu)成的過(guò)濾層其空隙率沿濾層高度呈梯度分布，下部過(guò)濾材料壓實(shí)程度高，空隙率相對(duì)較小，易于保證過(guò)濾精度。整個(gè)濾層空隙率由下而上逐漸增大，這種濾層空隙率的分布特性有利于實(shí)現(xiàn)高速和高精度過(guò)濾。 彗星式纖維過(guò)濾材料的規(guī)格尺寸經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究確定，其合適的尺寸為：2.20.4(3540)( 彗核直徑絲束直徑彗尾長(zhǎng)度）。 下面以150000m3/d規(guī)模的“彗星”式纖維濾料濾池的設(shè)計(jì)為例，進(jìn)一步論述其特性。 （一）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料： 設(shè)計(jì)規(guī)模：150000m3/d；采用“彗星”式纖維濾料；設(shè)計(jì)濾速30m/h；恒水位過(guò)濾；采用氣水反

6、沖洗，采用長(zhǎng)柄濾頭配水配氣系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下表：edium none; BORDER-TOP: medium none; BORDER-LEFT: medium none; BORDER-BOTTOM: medium none; BORDER-COLLAPSE: collapse borderColor=#000000 cellSpacing=0 cellPadding=0 align=center border=1過(guò)濾階段 edium none; WIDTH: 340.8pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid; H

7、EIGHT: 10.15pt width=454 colSpan=4設(shè)計(jì)濾速30m/h；恒水位過(guò)濾；沖洗前水頭損失2.5m； “彗星”式纖維濾層800mm；過(guò)濾周期1624h；濾后水濁度1NTUedium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: windowtext 2.25pt double; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid; HEIGHT: 10.15pt width=114 rowSpan=2反沖洗階段

8、 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 255.6pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid; HEIGHT: 10.15pt width=341 colSpan=3反沖洗強(qiáng)度 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP:

9、 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid; HEIGHT: 10.15pt width=114 rowSpan=2反沖洗歷時(shí) (min)edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid; HEIGHT: 10.1pt width=114空氣沖洗強(qiáng)度 (L/s.m2) edium none; PADDING-L

10、EFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid; HEIGHT: 10.1pt width=114水沖洗強(qiáng)度 (L/s.m2) edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: wind

11、owtext 1pt solid; HEIGHT: 10.1pt width=114表面掃洗水強(qiáng)度 (L/s.m2)edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: windowtext 2.25pt double; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid width=114空氣沖洗 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT:

12、 medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid width=11430 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid width=114edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM

13、: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid width=1142 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid width=1142edium none; PADDING-LEFT: 5.

14、4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: windowtext 2.25pt double; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid width=114氣水同時(shí)沖洗 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid w

15、idth=11430 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid width=1146 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: w

16、indowtext 1pt solid width=1142 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 1pt solid width=11415edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: windowtext 2.25pt double; WIDTH: 85.2pt; P

17、ADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 2.25pt double width=114水沖洗 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 2.25pt double width=114edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: m

18、edium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 2.25pt double width=1146 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 2.25pt double width=1142 edium none; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING

19、-BOTTOM: 0cm; BORDER-LEFT: medium none; WIDTH: 85.2pt; PADDING-TOP: 0cm; BORDER-BOTTOM: windowtext 2.25pt double width=1143（二）設(shè)計(jì)計(jì)算： 濾池共分4格，每格過(guò)濾水量Q=37500 m3/d，擬根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)濾板的尺寸及安裝間隙進(jìn)行組合排列，根據(jù)濾速要求，確定單格濾池過(guò)濾面積為63 m2，設(shè)計(jì)濾速24.8 m/h。 進(jìn)水系統(tǒng) 進(jìn)水系統(tǒng)由進(jìn)水閥、進(jìn)水堰、V型槽組成。每格濾池設(shè)1個(gè)DN600電動(dòng)（氣動(dòng)）進(jìn)水閥，進(jìn)水閥在反沖洗開始時(shí)部分關(guān)閉，減少進(jìn)水量，此時(shí)的濾池進(jìn)水量即為濾池的表面

20、掃洗水量。表面掃洗水強(qiáng)度按2.0l/s.m2考慮，則表面掃洗水流量126l/s，即進(jìn)水閥部分關(guān)閉后減少75%的水量。進(jìn)水堰可平衡各濾池的進(jìn)水量。V型槽可使待濾水均勻進(jìn)入濾池，其底部的均布小孔可均勻分配表面掃洗水。 過(guò)濾系統(tǒng) 過(guò)濾系統(tǒng)由濾層、濾板濾頭、清水槽、清水管、濾后水溢流水箱組成。 濾層采用“彗星”式纖維濾料，厚度0.8m； 濾板采用鋼筋混凝土濾板，也可考慮采用其它材質(zhì)。濾板的制作安裝要求較高，不能以一般的土建梁板要求，而應(yīng)以設(shè)備及化工裝置要求進(jìn)行。濾板用螺栓固定在托梁上，濾板間的接縫材料具有很好的粘接強(qiáng)度和延展性，不漏氣、不漏水、無(wú)有害物質(zhì)滲出。濾頭采用特制長(zhǎng)柄濾頭，安裝固定在濾板上，其

21、配水孔和配氣孔的開孔面積與普通長(zhǎng)柄濾頭不同，能達(dá)到小阻力配水和大阻力配氣功能，配水配氣均勻。 濾后水經(jīng)濾后水DN600出水閥進(jìn)入濾后水溢流水箱，濾后水溢流水箱的溢流出水堰的標(biāo)高根據(jù)濾池內(nèi)允許的最大水頭損失確定。 反沖洗系統(tǒng) 采用長(zhǎng)柄濾頭配水配氣系統(tǒng)和表面掃洗。因“彗星”式纖維濾料比重低須設(shè)置不銹鋼攔截網(wǎng)板防止濾料損失。配水配氣系統(tǒng)由進(jìn)氣管、進(jìn)水管、氣水分配槽、配氣配水室、布?xì)饪?、長(zhǎng)柄濾頭組成；表面掃洗則是在V型槽底部的均布小孔，均勻分配表面掃洗水，孔中心線與排污渠堰頂齊平。 反沖洗按先單獨(dú)氣沖洗，再氣水同時(shí)沖洗，最后單獨(dú)水沖漂洗的步驟進(jìn)行。氣水反沖洗的均勻性非常重要，也要濾池設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。具體措施有如下幾點(diǎn)： 設(shè)置氣水分配槽，按進(jìn)水進(jìn)氣端高度大尾端高度小布置，槽側(cè)底部開配水孔，槽側(cè)上部開配氣孔，開孔面積及間距按一定的水頭損失計(jì)算確定，從而使氣、水較均勻地進(jìn)入濾板下的配氣配水室。 濾板底部托梁處設(shè)氣壓均衡槽，平衡托梁兩側(cè)的氣墊層。 選擇合適開孔率的長(zhǎng)柄濾頭，使濾池內(nèi)各點(diǎn)的氣壓氣量及水壓水量均一致。 濾板嚴(yán)格制作安裝，水平誤差不大于2mm。 表面掃洗孔及配氣孔的標(biāo)高安裝亦須嚴(yán)格控制。 排污系統(tǒng) 排污系統(tǒng)由排污堰、排污渠、排污閥、放空閥、事故溢流堰組成。 排污系統(tǒng)最關(guān)鍵的是排污堰。施工完成后，排污堰堰頂標(biāo)高各處須一致，否則因過(guò)水量不一致而影響反沖洗水的均勻性。 反沖洗伊始，受濾層