长钎维高速过滤器的反冲洗特性
                            周 飞  王世和  赵 欢  吴 剑
                 （东南大学市政工程系，江苏 南京 ２１００９６）
　　摘要：以不同的气、水强度对过滤的纤维滤层进行联合反冲洗。通过对反冲洗出水浊度的详细测定和不同反洗时间截泥洗出率的计算，详细探讨了自行研制的长纤维高速过滤器的反冲洗特性，证明了该型过滤器结构上的创新和
改进，显著提高了反冲洗效果，从而有效地改善了总体过滤性能。
　　关键词：长纤维；高速过滤器；反冲洗；净水
　　本文通过净水厂沉淀池出水的过滤与反冲洗试验，对其反冲洗特性进行较为详细的研究，以证明该型过滤器在反冲洗操作上的优越性。
　　1．试验概况
　　 试验在南京浦口自来水厂进行，试验设备为长纤维高速过滤器，试验流程如图 １ 所示。过滤器主体以有机玻璃管制成，内径为 ３００ｍｍ，总高约２５００ｍｍ。纤维组件以法兰固定于过滤器筒体，底部设气体分布器，便于反洗时布气均匀；反洗出水由上部溢流口排出。
　　　　　　　　　　
    试验以浊度作为水质的考察指标，采用虹吸管引入该厂沉淀出水进行过滤，进水浊度约 １０ＮＴＵ，以 ０．５ＮＴＵ 作为本研究的过滤穿透点；由离心泵引入该厂成品出厂水作为反冲水，反冲气由空压机供给，反冲水、气分别经由阀门调节和转子流量计测量后由过滤器底部引入。浊度由 ＴＳＺ－４００Ａ 型台式智能散射光浊度仪测定，反冲洗水、气强度分别由ＬＺＢ－５０ 型液体转子流量计和 ＬＺＢ－４０ 型气体转子流量计测定。
    通过对过滤穿透后的纤维滤层采用不同强度的气、水进行联合反冲洗，并对反冲出水浊度的变化规律和滤料截泥洗出率进行分析，系统研究了长纤维高速过滤器的反冲洗特性、条件和优势。
    2.结果与讨论
    2.1反冲洗方式的选择
     反冲洗方式通常有两种：单水反冲洗和气、水联合反冲洗。为确定长纤维高速过滤器合理的反冲洗方式，本研究先以强度为 ２３．６Ｌ／ｍ２·ｓ（６０００Ｌ／ｈ）的反冲水对过滤穿透后的滤料进行单水反洗 ２０ｍｉｎ；为对比不同反冲洗方式的效果，在保持反冲水强度不变的情况下，通入强度为 １５．７Ｌ／ｍ２·ｓ（４ｍ３／ｈ）的反冲气，进xx、水联合反冲洗 ２０ｍｉｎ；而后加大反冲气强度至 ７０．８Ｌ／ｍ２·ｓ（１８ｍ３／ｈ），再反洗 ２０ｍｉｎ。分别测量各不同反冲洗时段的反冲洗出水浊度变化情况。试验发现，对长纤维滤料以单水反冲洗的方式进行反冲洗，反洗效果极不理想，当通入反冲气，进xx、水联合反冲洗时，反洗效果明显提高，出水浊度立刻升至约 １２０００ ＮＴＵ。同时发现，在气冲强度为１５．７Ｌ／ｍ２·ｓ 的条件下，气、水联合反冲洗 ２０ｍｉｎ 后，反洗出水浊度已降至约 ２０ＮＴＵ，但当增大气量至７０．８Ｌ／ｍ２·ｓ 时，出水浊度又回升至 １００００ ＮＴＵ 以上，表明在气冲强度为 １５．７Ｌ／ｍ２·ｓ 条件下仍有相当量的积泥未能洗脱，所以反冲气强度必须超过一定数值，才能达到良好的反洗效果。这是由于纤维滤料对截留的悬浮物具有很强的吸附能力，以及纤维滤料较小的密度和纤维组件的大空隙率，使单纯的水洗难以达到脱除纤维滤料上截留悬浮物的目的，必须采用气、水联合反冲洗方式，借助一定强度的反冲气体的强烈搅动和振荡，促成纤维间的摩擦，才能达到良好的反冲洗效果。
　　 2.　2 气，水联合反冲洗条件的确定
     2.2.1淡水单水梳理
     过滤结束时，截留的大量积泥使纤维滤料处于压实状态，而纤维滤料膨松舒展、内部孔隙充分张开是保证气、水与滤料充分接触，获得良好反冲洗效果的前提条件。各种纤维过滤器均有各自使纤维滤料在反冲洗时保持松散状态的方法［１］，本长纤维高速过滤器采用极为方便的单水梳理的方式，使纤维滤料舒展拉直，以利于气、水联合反冲洗。试验发现单水梳理滤料时，水流以平推流状态流过滤料，同时使滤料舒张拉直，因此，单水梳理时间xx由水流量和设备尺寸决定。本试验当水流量为 ６０００Ｌ／ｈ 时，单水梳理约需 ５０ｓ，而当水流量为 ４０００Ｌ／ｈ 时，单水梳理则需 ７５ｓ。
     2.2.2 气，水反冲洗强度对反冲洗效果的影响
     采用气洗强度分别为 １５．７Ｌ／ｍ２·ｓ、３９．３Ｌ／ｍ２·ｓ、７０．８Ｌ／ｍ·ｓ，与水洗强度分别为 ７．９Ｌ／ｍ·ｓ、２２ １５．７Ｌ／ｍ·ｓ、 ２２３．６Ｌ／ｍ２·ｓ 的不同组合，分别对过滤穿透的滤层反洗２０ｍｉｎ，并将各反冲洗条件下前 ５ｍｉｎ 的反洗出水浊度变化示于图 ２。
     由图 ２（ａ）可见，当气洗强度为较小的 １５．７Ｌ／ｍ２·ｓ时，在各种水洗强度下，反洗出水浊度均保持大致相同的曲线形态；随着气洗强度的增大和气、水比的提高，图 ２（ｂ）和图 ２（ｃ）显示出反洗出水浊度曲线的峰值范围逐渐变宽。
                   
                   
     反冲洗的直接作用就是使纤维滤料的过滤能力得以恢复，确保过滤出水水质和过滤周期。为研究反冲洗后残留积泥对过滤效果的影响，本研究选择反冲洗条件为： 气洗强度１５．７Ｌ／ｍ·ｓ，水洗强度７．９Ｌ／ｍ·ｓ，（１）２２反洗 ５ｍｉｎ；（２） 气洗强度 ３９．３Ｌ／ｍ２·ｓ，水洗强度１５．７Ｌ／ｍ２·ｓ，反洗 ５ｍｉｎ； 气洗强度 ７０．８Ｌ／ｍ２·ｓ，水洗（３）强度 ２３．６Ｌ／ｍ·ｓ，反洗 １ｈ。对三种反冲洗条件分别进２行反洗和过滤试验，将其后的过滤出水试验结果示于图 ３。
        
由图 ３ 可见，以上述三种反冲洗条件反洗后进行过滤，均能达到很好的过滤出水水质，但过滤周期大为不同，过滤周期随积泥洗出率的增大而增大。分析认为：长纤维高速过滤器反洗后纤维滤料上残存的积泥与纤维球反洗后残存积泥有着本质的不同，纤维球上残存积泥是由于球心处纤维密实，反冲气、水难以冲刷到而残留的，而长纤维滤料上残存积泥则是反冲气、水对纤维滤料的冲击力、振荡力以及摩擦力与纤维滤料对截泥的吸附力平衡的结果。纤维球滤料上残存积泥会在过滤压缩时，部分释放而使滤出水水质受到影响，因而影响到纤维球滤料在净水厂的应用，而长纤维滤料反洗后残存积泥不会影响过滤出水水质，但会使长纤维滤料在过滤时对悬浮物的吸附量减少，从而使滤料的周期纳污量减小，过滤周期缩短。故而，实际操作时应根据具体过滤过程对过滤周期的要求和经济因素等来确定合理的气、水联合反冲洗条件。
2.2.4单水漂洗
      气、水联合反冲洗时，由于气流搅拌造成的返混以及气、水混合使得流体密度的减小均不利于将从滤料上剥离下的截泥带出系统，因此，在气、水联合反洗后，再以单水漂洗滤料，不仅可{zd0}限度地将冲刷下的截泥带出系统，进一步提高截泥的洗出率，而且对再次过滤时缩短滤床的成熟期也极为有利。试验发现，单水漂洗时，水流以平推流方式稳定流过系统，因而单水漂洗时间由水流速度和过滤器高度决定。本试验系统，在各种气、水联合反冲洗条件下，以原有水洗强度单水漂洗 １!２ｍｉｎ 后均可使反冲洗出水浊度降至 ０．４ＮＴＵ 以下。
2.2.5气、水联合反冲洗操作条件
    考虑到长纤维高速过滤器具有纳污容量大的特点［１］，过滤穿透时截留大量的悬浮物，故气、水联合反冲洗时，若采取先单独气洗再水洗的规程，必将在过滤器内形成浓度极大的浆液，影响反冲洗效果。本研究依据试验结果，并考虑简化控制过程，推荐长纤维高速过滤器的反冲洗条件为：先以水洗强度约１５Ｌ／ｍ２·ｓ，单水梳理滤料 １．５ｉｎ；而后保持水洗强度不变，通入强度约为 ４０Ｌ／ｍ２·ｓ 的反冲气，进xx水联合反冲洗 ４ｍｉｎ；{zh1}，停止反冲气，以强度１５Ｌ／ｍ·ｓ 的单水再漂洗滤料 １．５ｍｉｎ。
    2.3长纤维高速过滤器反冲洗优势
    长纤维高速过滤器合理的结构型式，使得反冲洗时，长纤维滤料在水流作用下得以充分舒展，在气流作用下剧烈摆动，因而截留的悬浮物能{zd0}限度地迅速脱离滤料。本研究按前述推荐的反冲洗条件重复进行反冲洗和其后的净水厂沉淀出水过滤试验，试验发现，每次反冲洗，纤维滤料均恢复良好，积泥洗出率超过 ９０％；反洗后过滤特性为：滤层成熟期小于 ４ｍｉｎ，周期内滤出水稳定在 ０．２ＮＴＵ 以下；在初始滤速大于 ４０ｍ／ｈ 的条件下，滤层浊度泄漏时间大于 ７０ｈ，若取过滤周期 ４８ｈ，则平均滤速约３０ｍ／ｈ，周期产水量不小于 １４００ｍ３／ｍ２（滤料），为普通砂滤池 ６"８ 倍，反冲洗耗水率仅约为 ０．４％，出水水质、周期产水量和反洗水耗均优于国内工程中应用较多的几种纤维过滤器#%&()，且纤维反洗后无乱层和纤维破损、流失现象。本试验装置已持续运行三年多，一直保持良好的运行状态。
     3. 结论 
     对长纤维高速过滤器只有采用气、水联合反冲洗的方式才能达到良好的反冲洗效果，在气水联合反冲洗中，反冲气对截泥从纤维滤料上的分离起着决定的作用，而反冲水则主要为将剥离下的截泥带走，故必须保证一定大小的反冲气强度；过大的气、水比不利于将从滤料上剥离下的截泥及时带出系统，存在合理的反冲气、水组合和气、水联合反冲洗时间；长纤维滤料反洗后残留积泥对过滤出水水质无影响，但会影响滤料的过滤周期；依据试验结果，推荐反冲洗程序为：先单水梳理滤料，继而气、水联合反洗，{zh1}单水漂洗，并给出了适宜的反冲洗条件，通过反复进行过滤与反冲洗试验证明了长纤维高速过滤器的性能优势。