長(zhǎng)纖維濾料在自來(lái)水工藝處理中的應(yīng)用研究

1、.長(zhǎng)纖維濾料在自來(lái)水工藝處理中的應(yīng)用研究邱 天（南京市自來(lái)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(duì)自研制的長(zhǎng)纖維濾過(guò)濾裝置進(jìn)小型模型試驗(yàn)。試驗(yàn)測(cè)定濾速、過(guò)濾周期、過(guò)濾阻、濾后水質(zhì)和反沖洗強(qiáng)等參數(shù)，并分析參數(shù)之間的關(guān)系， 進(jìn)長(zhǎng)纖維濾與石英砂等其他濾的對(duì)比分析。所有這些試驗(yàn)和對(duì)比都給自來(lái)水廠的改造提供一種模式和參考。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出長(zhǎng)纖維濾具有如下特點(diǎn)：1、濾池濾速高2、濾后水水質(zhì)好3、過(guò)濾周期長(zhǎng)4、產(chǎn)水和截污大5、反沖洗徹底 關(guān)鍵詞：長(zhǎng)纖維、過(guò)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(guò)濾是水處過(guò)程中常用的工藝，自上世紀(jì)快濾池被廣泛用于自來(lái)水的生產(chǎn)以來(lái)，人們通過(guò)對(duì)各種機(jī)的研討，對(duì)其池型、濾、設(shè)備及控制方式的設(shè)

5、計(jì)、改造、 創(chuàng)新活動(dòng)就一直沒(méi)有停止過(guò)，使得快濾池的運(yùn)效斷提高、生產(chǎn)成本斷低、 運(yùn)管加捷，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，自來(lái)水需求的日益增長(zhǎng)，給水工 業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，傳統(tǒng)處工藝中的石英砂，雖然因其具有來(lái)源廣、價(jià)格低、 機(jī)械強(qiáng)和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)而仍被廣泛使用，但是隨著過(guò)濾技術(shù)的斷發(fā)展， 人們對(duì)濾的要求也越來(lái)越高，石英砂濾自身的缺陷也日益凸顯，促使人們斷 開展對(duì)新型濾的研究和應(yīng)用，以突破這一制約快濾池運(yùn)效提高的瓶頸。深層 過(guò)濾論及纖維濾的出現(xiàn)，為自來(lái)水生產(chǎn)中的過(guò)濾工藝和給水工業(yè)注入新的生 機(jī)。纖維過(guò)濾技術(shù)自上世紀(jì) 80 代應(yīng)用于水處領(lǐng)域以來(lái)，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(guò)濾工藝中，濾品質(zhì)及濾層的構(gòu)成是過(guò)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(guò)濾設(shè)備的基本性能和運(yùn)管的基本方法。因此過(guò)濾技術(shù)的發(fā) 展在很大程上取決于對(duì)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?、足夠的機(jī)械強(qiáng)和足夠的化學(xué)穩(wěn)定性 以外，還應(yīng)該具備濾速高、過(guò)濾周期長(zhǎng)、納污大、濾層水頭損失增長(zhǎng)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(guò)濾時(shí)，水先經(jīng)過(guò) 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(guò)濾過(guò)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(jī)高分子化合物，過(guò) 的混凝劑、助凝劑在過(guò)濾過(guò)程中，會(huì)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(guò)多次反沖洗產(chǎn)生破碎或因?yàn)V池 均勻沉造成反沖洗強(qiáng)均勻都會(huì)產(chǎn)生跑砂、砂及死區(qū)現(xiàn)象，這都將造成濾池 運(yùn)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(shí)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(duì)過(guò)濾工藝斷進(jìn)改進(jìn)，出現(xiàn)上向過(guò)濾、雙向過(guò)濾等多種 過(guò)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(shí)踐上開發(fā)出一種過(guò)濾效高、過(guò)濾阻小，納污大并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)操作及維護(hù)方的過(guò)濾裝置，為給水工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步 和自來(lái)水過(guò)濾工藝改造、挖潛提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新途徑。通過(guò)對(duì)自研制的長(zhǎng)纖維過(guò)濾器在自來(lái)水廠沉淀出水、混凝原水兩種同水質(zhì) 條件下的運(yùn)特性的研究，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)長(zhǎng)纖維濾過(guò)濾沉淀池出水、直接過(guò)濾混凝 原水的特點(diǎn)，為濾池應(yīng)用長(zhǎng)纖維濾以及為應(yīng)對(duì)突發(fā)事件而采取混凝原水直接過(guò)濾 運(yùn)方式奠定基礎(chǔ)，同時(shí)，為下一步中試和生產(chǎn)性試驗(yàn)總結(jié)出基本運(yùn)參數(shù)。2、長(zhǎng)纖維過(guò)濾器試驗(yàn)概況

9、2.1、試驗(yàn)裝置及方法試驗(yàn)是在南京市浦口自來(lái)水廠進(jìn)的，試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖 2-1。為于觀察，裝置主 體以有機(jī)玻璃管制成；內(nèi)徑 300mm，總高 2.5m。長(zhǎng)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(shí)均勻布?xì)獠妓?。本試?yàn)采用重過(guò)濾，為保證恒壓過(guò)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(guò)濾時(shí)，水從柱頂虹吸進(jìn)入，通過(guò)重作用經(jīng)濾層后由柱底排出；反沖洗時(shí)，反 沖水經(jīng)計(jì)從過(guò)濾器底部接入，由柱頂溢口排出；氣體由空壓機(jī)供給，從底部 進(jìn)入，由柱頂排出，反洗中氣體起攪動(dòng)作用。進(jìn)水管測(cè)壓管溢流管固定孔板反沖水反沖氣出水圖 2-1 過(guò)濾裝置示意圖2.2、試驗(yàn)濾及加工 試驗(yàn)濾采用聚

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

11、 6070NTU。2.4、測(cè)定參數(shù)及分析儀器 試驗(yàn)測(cè)定參數(shù)包括：進(jìn)、出水濁、濾床阻損失、反沖洗水、氣強(qiáng)、濾后反沖洗水水質(zhì)指標(biāo)等。濁由 TSZ-400A 型臺(tái)式智能散射光濁儀測(cè)定，阻由測(cè)壓 管測(cè)定，反沖洗水、氣強(qiáng)分別由 LZB-50 型液體轉(zhuǎn)子計(jì)和 LZB-40 型氣體轉(zhuǎn)子 計(jì)測(cè)定。濾后水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定規(guī)范測(cè)定。3、沉淀出水過(guò)濾試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1、沉淀出水的過(guò)濾過(guò)濾沉淀出水試驗(yàn)采用的濾速范圍為 1063m/h。由于沉淀出水濁較低，為 于跟蹤測(cè)定、分析，本試驗(yàn)結(jié)合實(shí)際運(yùn)情況選取過(guò)濾周期為 24h。在各運(yùn)周期中 測(cè)同濾速下長(zhǎng)纖維過(guò)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(shí)過(guò)濾器的過(guò)濾特性數(shù)據(jù)。從表中可以看出，長(zhǎng)纖維過(guò)濾 器對(duì)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(guò)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(guò)濾結(jié)束時(shí)的 總水頭損失要比低濾速時(shí)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(shí)濾速下得快，其原因?yàn)楦邽V速時(shí)濾截的懸浮物 比低濾速時(shí)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(shí)的過(guò)

13、濾數(shù)據(jù)初始 濾速 (m/h)終 濾速 (m/h)過(guò)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(shí) 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(shí) 間(h)圖 3-1 濾速 49m/h 時(shí)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(shí)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(gè)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(zhǎng)纖 維過(guò)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(yàn)中進(jìn)水濁在 1012NTU 時(shí)，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(guò)濾 進(jìn)有逐漸增大的趨勢(shì)。從圖中還可看出，濾速小于 30m/h 的低濾速時(shí)，濾后水濁 比濾速大于 30m/h 的高濾速時(shí)要低。分析認(rèn)為，在低濾速時(shí)，過(guò)濾水經(jīng)過(guò)濾床 層的時(shí)間長(zhǎng)，濾對(duì)水中懸浮物的吸附、碰撞、攔截作用時(shí)間長(zhǎng)，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(shí)，連續(xù)過(guò)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(shí)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(zhǎng)纖維濾過(guò)濾時(shí)，由于水 經(jīng)過(guò)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(guò)濾精。3.2、過(guò)濾水頭損失隨時(shí)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(shí)，阻主 水頭損失上升較快。由于高濾速情況時(shí)濾 物大，因此高濾速情況下過(guò)濾水頭損失圖 3-3 出濾速為 20m/h、30m/h 和 46m/h 時(shí)過(guò)濾水頭損失隨過(guò)濾時(shí)間的變化?？?見(jiàn)，在同濾速下，過(guò)濾水頭損失隨過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)而增大，且濾速越高，起始水頭 損失越大，過(guò)濾終時(shí)的水頭損失也越大。由圖還有看出，高濾速時(shí)過(guò)濾水頭損失 上升的速高于低濾速時(shí)。分析認(rèn)為，過(guò)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(guò)濾水頭造成濾

17、孔隙下，使過(guò)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(shí)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(shí) 間(h)圖 3-3 同濾速下濾層總阻歷時(shí)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(shí)，過(guò)濾開始后同時(shí)間阻沿濾床高的變化關(guān)系。 圖中舉 0h、2h、4h、6h、24h 時(shí)過(guò)濾阻沿濾層的分布，可見(jiàn)，隨著過(guò)濾時(shí)間的推移，濾總阻損失由開始時(shí)的到 50 cmH2O 增加到周期末的超過(guò) 140 cmH2O，阻增加 3 倍多，

18、進(jìn)一步驗(yàn)證圖 3-3 中過(guò)濾阻隨時(shí)間斷增加的規(guī)。從圖3-4 還可看出，開始過(guò)濾時(shí)，長(zhǎng)纖維濾層過(guò)濾阻較小，且沿濾層高近似均勻分 布。過(guò)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(guò)濾持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)， 此種規(guī)越為明顯。說(shuō)明長(zhǎng)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(duì)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(guò)濾的特點(diǎn)之一。3.3、反沖洗條件與特性 作為過(guò)濾器濾的再生手段，反沖洗的效果直接關(guān)系到過(guò)濾周期的長(zhǎng)短、出水水質(zhì)及過(guò)濾器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)。本試驗(yàn)中以反沖

19、洗出水濁為考察反沖洗效果的指 標(biāo)。由于長(zhǎng)纖維濾對(duì)懸浮物具有極強(qiáng)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(guò)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(qiáng) 為 45 l/m2s 和 70l/m2s，水強(qiáng)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(yùn)周期 24h 時(shí)同反沖洗條件下床層的反沖洗出水水質(zhì) 比較。由圖可見(jiàn)，每一種反沖洗條件對(duì)應(yīng)的曲線在反沖洗初期都有一個(gè)峰值，即反 沖洗過(guò)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(qiáng)較高

20、時(shí) 反沖出水最高濁的峰值出現(xiàn)時(shí)間前移，分析認(rèn)為，這是由于在氣強(qiáng)高的情況下 氣體對(duì)濾床層的攪動(dòng)作用強(qiáng)，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(shí)間大約在反沖洗 200 秒之后，至反沖洗結(jié)束時(shí)出 水濁保持在 250NTU 以下。從圖中還可看出，在同一水強(qiáng)下，氣體強(qiáng)越高，反 沖洗最終出水濁越低，反沖洗效果越好；在同一氣強(qiáng)下，水強(qiáng)越高，反沖洗 出水濁下越快，對(duì)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(qiáng)的影響相比，氣體強(qiáng)對(duì)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(shí)出水濁都能保持在 250NTU 左右。由圖 3-6、 圖 3-7 對(duì)照?qǐng)D 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(shí) 間(s)時(shí) 間(s)0氣強(qiáng)度70,水強(qiáng)度12 氣強(qiáng)度70,水強(qiáng)度20 氣強(qiáng)度45,水強(qiáng)度12