长纤维高速过滤器的运行特性与性能优势
2010-06-23 13:17:57 阅读13 评论0 字号：大中小
| 长纤维高速过滤器的运行特性与性能优势 王世和 周飞 吴铭铭 赵欢 吴剑 陆敏博 ( 东南大学市政工程系, 江苏南京210096) 作者简介：王世和( 1945- ) , 男, 教授, 博士生导师, wshhj@seu.edu.cn 摘要：通过对净水厂沉淀出水和长江源水的过滤试验, 并与传统砂滤及已在实践中应用的两类纤维过滤器进行对比, 证实了自行研制的长纤维高速过滤器的性能优势。该型过滤器在结构上的突破性改进, 使纤维过滤技术更趋成熟和高效, 对推动纤维过滤技术的发展和提高我国水处理水平均具有重要意义。 关键词：纤维过滤器; 过滤; 性能优势 中图分类号：TU991.24;TQ051.8+5 文献标识码: A 文章编号: 1005- 8265( 2008) 01- 0038- 04 纤维滤料以其体轻、径细、质柔的特点和过滤时表现出的高滤速、大纳污量的优势, 为深层过滤技术的发展带来了质的飞跃。因此, 自上世纪80 年代应用于水处理领域以来, 纤维过滤技术得到了迅猛的发展。见诸报道的纤维过滤器已有多种[1- 3], 如纤维球、胶囊挤压式纤维过滤器和滑板式过滤器已在我国工程实践中得到了一定程度的应用。但其各自在结构上的诸多弊端, 给过滤效率提高及反冲洗过程带来了难以克服的问题。 为此, 研究者在深入理解纤维过滤机理和总结已有的各类纤维过滤器优劣的基础上, 于五年前成功开发了一种新型长纤维高速过滤器。经过近五年的反复试验表明, 该型过滤器不仅在结构上更加合理, 且其过滤和反冲洗性能远远优于现有各类过滤器[4], 本文在试验的基础上, 对长纤维高速过滤器的过滤性能及反冲洗特性作了全面、系统的阐明, 并通过与其它过滤器的比较, 详细分析了其性能优势。 1 试验概况 试验在南京浦口自来水厂进行的, 试验流程及所采用的长纤维高速过滤器如图1 所示。过滤器主体以有机玻璃管制成, 内径为300 mm, 总高约2 500 mm。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; 上部设溢流口以确保常压过滤和用于反冲洗排水; 筒体中部不同高程处设三个取样、测压口。纤维组件采用聚酯纤维材料按特定方法编制而成, 具体参数见表1。 试验以浊度作为固含物指标来考察过滤器对悬浮物的去除效果, 同时, 测定过滤前后的氨氮、耗氧量、大肠杆菌群数和xx总数等指标, 以全面考察出水水质;通过研究不同初始滤速下长纤维高速过滤器的出水浊度( 含初滤水) 、滤速、滤阻等的变化规律, 较全面地探讨长纤维高速过滤器的过滤性能; 通过不同气、水强度的反冲洗组合, 研究长纤维高速过滤器的反冲洗条件和特性。  试验中浊度由TSZ- 400A 型台式智能散射光浊度仪测定, 氨氮的测定方法为纳氏试剂分光光度法, 耗氧量采用高锰酸钾氧化法测定, 大肠杆菌群数和xx总数分别采用多管发酵法和平皿培养法测定, 阻力由测压管测定, 滤速采用体积法测定, 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。 试验于2001 年9 月至2005 年9 月间进行, 先后进行了净水厂沉淀出水和反应段混凝源水两种进水情况下的过滤试验, 进水浊度范围为2～100 NTU; 沉淀池出水过滤试验初始滤速为10～60 m/h; 受试验现场条件的限制, 混凝源水直接过滤试验初始滤速为10～40 m/h。 2 试验结果及分析 2.1 过滤出水水质 表2 为几种主要初始滤速和进水浊度下长纤维高速过滤器初滤水浊度的变化情况, 图2 和图3 反映了不同初始滤速与进水浊度下周期内过滤出水浊度变化情况。   试验表明, 在试验范围内的各种初始滤速和进水浊度下, 初滤水浊度均可在4 分钟内迅速降至0.3 NTU 以下。其后, 滤出水浊度可稳定在0.2 NTU 以下, 直至穿透。本试验中其它卫生学指标的过滤情况为: 氨氮去除率70%～90%、耗氧量去除率30%～50% 、xx和大肠杆菌的去除率均超过99.99%, 出水xx总数保持在3～5 CFU/ml, 总大肠菌群未检出, 各项检测指标均远优于2006 年{zx1}颁布的生活饮用水卫生标准的要求[5], 出水水质良好。分析认为, 长纤维滤料充分利用了柔性纤维的优点, 滤料更易于压缩, 保证了初滤水在极短的时间内即可满足出水要求; 过滤器合理的结构、纤维组件的均匀致密性, 进一步保证了长纤维高速过滤器优良的出水水质。 2.2 过滤周期内的滤阻和滤速变化 图4 反映了不同初始滤速下长纤维高速过滤器水头损失的历时变化关系。可见, 长纤维滤层的过滤阻力随着初始滤速的增加而显著增大。初始滤速较大时, 过滤前期水头损失上升的幅度也大, 至过滤中、后期, 由于滤速降低, 水头损失的增幅逐步减缓。同时还可看出, 水头损失的变化随初始滤速的降低而趋缓, 当初始滤速为10m/h 时, 水头损失基本维持在低于200 mmH2O 的水平。  由于本试验为恒压过滤, 滤阻的变化势必影响滤速的变化, 图5 和图6 给出了两种过滤情况下滤速随时间的变化关系。可见, 随着过滤过程的进行, 过滤速度逐渐减小,直至临近穿透时又开始回升。且在不同初始滤速下滤速下降的速率不同, 初始滤速越大, 滤速下降得越快。当初始滤速低于25m/h 时, 滤速的下降减缓, 初始滤速为10m/h时, 过滤周期内的滤速变化极小, 运行极为平稳。   2.3 过滤周期内平均滤速和纳污量 利用图5 和图6 所给出的周期内滤速变化关系, 通过近似计算, 可得不同初始滤速和进水浊度下的平均滤速和单位滤料体积( 以压缩前滤料高度计算) 的纳污量,列于表3。  分析认为, 随着长纤维高速过滤器过滤过程的进行, 水流流经滤层所产生的阻力和截留的悬浮物对滤层产生的压实作用, 不仅使纤维排列更加紧密, 而且使滤层的孔隙分布更加符合理想的多层滤料结构, 这不仅保证了优良的出水水质, 且由于全滤层截污能力的充分发挥, 滤层的截污量显著提高。另外, 本组研制的长纤维高速过滤器在设备结构上的突破性改进, 极大地提高了过滤器的有效过滤面积和反冲洗效果, 对进一步增大该型过滤器的纳污量也起着重要作用。 2.4 反冲洗特性 长纤维滤料对悬浮物具有很强的吸附拦截能力, 因而在较长的过滤周期内使纤维滤层具有更大的含污量。为此, 合理的反冲洗是确保其长期稳定运行的关键。大量试验证明, 本组开发的长纤维滤料, 采用气、水联合反冲洗方式可获得理想的反洗效果。通过试验分析, 最终确定的反冲洗程序为: 先单水梳理滤料约半分钟, 继而气水联合反洗约4～6 分钟, {zh1}单水漂洗约1 分钟。试验发现, 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。本试验中, 当气洗强度为40L/m2·s,水洗强度为16 L/m2·s 时, 仅需6 分钟即可洗脱纤维滤料上80%以上的截留物, 反冲洗出水浊度小于150 NTU。经随后的反复验证, 此时已满足反冲洗要求。经计算, 长纤维过滤器过滤沉淀池出水的反冲洗水耗仅占过滤产水的0.2%～0.4%, 直接过滤长江源水的反冲洗水耗占过滤产水的1%～1.5%。 此外, 长纤维过滤组件结构设置合理, 纤维固定性好, 反冲洗过程中无任何纤维流失和破损现象, 经过两年多的运行试验, 纤维组件材料完好无损, 每次反冲洗均恢复良好。 3 性能比较与优势 在我国, 纤维球、彗星式纤维滤料和胶囊挤压式过滤器是目前主要应用的几种纤维过滤器[7], 现将长纤维高速过滤器的主要性能与它们以及砂滤进行对比, 列于表4,可以看出, 长纤维高速过滤器具有明显的性能优势。对比于纤维球和彗星式纤维滤料等“散堆式”纤维滤料, 长纤维高速过滤器在设备结构上摆脱了“散堆式”滤料在反冲洗时对流化效果的依赖, 很好地解决了滤料流失、整体上浮和纤维密实处积泥难以洗净的问题, 提高了反冲洗的效果, 拓宽了纤维滤料的使用范围。同时,一体化的纤维滤料还克服了散堆滤料由于存在球形死结而带来的有效过滤面积的降低以及滤床横断面孔隙率分布的不均匀, 有效避免了过滤中沟流、短路等现象,提高了滤床横断面上的均匀致密性。 对比于短纤维束过滤器、胶囊挤压式纤维过滤器和滑板式纤维过滤器等其它“规整式”纤维过滤器, 长纤维高速过滤器由于取消了挤压和限制纤维相对位置的构件, 滤床截面利用率得以提高、设备结构大大简化、操作过程更加方便、组件加工更为便利、操作故障大大减少,从而使采用长纤维滤料对净水厂滤池进行改造成为可能。 4 结语 本组研制的长纤维高速过滤器对比已有各类纤维过滤器在结构上突破性的改进, 有效改善了纤维过滤器的反冲洗效果、提高了其有效过滤面积, 从而显著提高了其过滤性能。本文通过净水厂较长期的过滤试验和反复验证, 充分证实了长纤维高速过滤器的性能优势, 该型过滤器设备结构上的简单方便和良好的出水水质, 也扩大了纤维过滤技术的过程应用, 使采用纤维过滤技术对净水厂过滤池进行改造成为可能。目前, 我们已在南京某自来水厂实施此项改造, 初步显示出良好的性能和效果。因此, 长纤维高速过滤器的研制与开发应用对推进纤维过滤技术的发展和提高我国水处理技术水平均起着积极的作用。 参考文献: [1] 张万友, 郗丽娟, 陈雪梅, 等. 几种纤维过滤器工作原理及特性[J]. 中国给水排水, 2003, 19(6):23- 25 . [2] Richard J. Wakeman. FILTERING APPARATUS ANDMETHOD [P]. US Patent, 4776962, 1998- 10- 11. [3] Hans M, Im A. FILTERING METHOD AND APPARATUS [P]. SWITZERLAND Patent, 4167482, 1979- 09- 11. [4] 张浩,王世和,黄娟, 等.长纤维高速过滤器过滤净水厂沉淀出水的试验研究[J].东南大学学报, 2003, 33(5):673- 676. [5] 生活饮用水卫生标准GB5749- 2006. [6] 耿土锁. 纤维球直接过滤给水与废水的试验研究[J]. 江苏环境科技, 1996, (2):1- 6.. [7] 刘凡清, 范德顺, 黄钟. 固液分离与工业水处理[M]. 北京: 中国石化出版社, 2001. 272- 273. 责任编辑: 艾桂林( 0791- 3708886) |
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