纤维束过滤器的水头损失特性研究-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘　要:　从研究纤维束滤料的传质效率—水头损失特性出发,确定了纤维束过滤器的技术参数。实践表明:纤维束过滤器的滤速可达20 m/h以上,较砂滤池有大幅提高,同时其出水水质更好,周期制水量增加了4~6倍,而自用水率不足周期制水量的1%。
关键词:　过滤器;　纤维束滤料;　水头损失
中图分类号: TU991. 2　　文献标识码: C　　文章编号:1000-4602(2005)11-0053-03
目前,广泛采用的纤维束过滤器均是压力式,笔者关心的则是将纤维束滤料应用于重力式滤池的可行性,即在保证出水水质且净压头较小的条件下,实现较高的滤速和截污容量。为此,研究了纤维束滤料的滤速—水头损失特性,以确定纤维束过滤器的技术参数。
1　材料与方法
1.1　纤维束滤料
所用纤维束滤料为丙纶纤维,其性能参数见表1

1.2　原水水质
原水为人工配制,通过投加粘土控制过滤装置进水浊度为15~40 NTU。
1.3　装置及流程
过滤装置用有机玻璃制成,其内径为Φ500mm,有效高度为1 500 mm,沿高度方向开有间距为100 mm的测压及取样孔14个,内设纤维密度调节装置,上部进水、下部出水,控制出水浊度≤3 NTU。
反冲洗水来自高位水箱,净压头为10. 78 kPa,水洗强度为4 L/(m²·s),气洗强度为50~70 L/(m².s)。具体流程见图1。

2　结果及讨论
2.1　水头损失沿床层高度的变化
在滤速为22. 3 m/h及进水浊度分别为17. 1、27. 9和35. 7 NTU时,过滤初期的滤层水头损失均较小,随进水浊度的增加则水头损失略有增加;运行8 h后,不同进水浊度的床层阻力分布情况几乎一致,在深度为500 mm处水头损失开始明显增加。
在进水浊度相近的情况下(分别为16. 95、24. 51和33. 73 NTU)提高滤速至30m/h,对运行初期和运行5 h后的床层水头损失分布情况进行了测定。结果显示:除总水头损失略有增加外,沿床层水头损失分布规律与前面的几乎相同。从水力学的角度分析,当水流自上而下通过纤维束时纤维承受向下的纵向压力,且越往下则其所承受的压力越大。由于纤维纵向刚度很小,当纵向压力足够大时就会产生弯曲,导致纤维束层整体下移,最下部的首先弯曲并被压缩,这种弯曲、压缩过程逐渐上移,直至纤维束层所受支撑力与水头阻力相平衡。由于纤维束层所受纵向压力沿水流方向依次递增,所以沿水流方向被压缩弯曲的程度也依次增大,滤层孔隙率和过滤孔径沿水流方向由大到小分布,水头损失沿水流方向由小到大变化,表现出良好的渗透过滤性能。
2.2　沿床层高度的比阻分布
在滤速为22. 3m/h、进水浊度分别为17. 1NTU和35. 07 NTU时,对过滤初期及运行8 h后比阻沿床层的分布进行了测定。结果表明,随进水浊度的增加则过滤初期的比阻也增加,运行8 h后两种水质下的沿床层比阻分布规律几乎一致(见图2):在500~600 mm处比阻急剧增加并出现“峰值”。提高滤速为30 m/h,保持进水浊度分别为24. 51 NTU和33. 73 NTU,则运行初期及5 h的沿床层比阻分布表现出了与前述试验相同的变化规律。这表明:
过滤时沿水流方向滤层孔隙率逐渐变小,上部床层孔隙率较大,尽管不断积泥,但水头损失增加不大;
下部床层孔隙率小,少量积泥就可导致较大的水头损失。这与石英砂滤料的有很大差别。对于均匀粒径的砂滤层而言,其孔隙率沿滤层深度方向不变,水头损失沿深度方向近似呈直线增加并与滤速成正比。

2.3　水头损失随运行时间的变化
滤速为20 m/h时, 250 mm和750 mm深度滤层处的水头损失随过滤时间的变化见图3,滤速为22. 3 m/h和30 m/h时, 750 mm深度滤层处水头损失随过滤时间的变化见图4。

由图3、4可知,随过滤时间的延长则水头损失近似呈直线增长;上部滤层由于孔隙率大,水头损失随时间变化缓慢,下部床层因孔隙率小而水头损失增加较快;流速增大则水头损失增加,同时由于水流剪切力增大,悬浮物向床层深度方向穿透的速度加快,过滤周期缩短。
综上所述,在净压头为10.78 kPa、进水浊度为15~40 NTU、出水浊度为3 NTU时,滤速可达20 m/h,在此滤速下可连续运行16 h以上。反洗时,由于床层放松,整个床层的孔隙率趋于一致,反洗阻力很小,在气、水共同作用下可实现对滤层的彻底清洗。
3　结论
①　纤维束滤料过滤水头损失小,可应用于以重力方式运行的过滤设备,其滤速可达20 m/h以上。
②　由于重力式过滤设备的过滤面积较大,在设计时应充分考虑布气的均匀性,这是保证清洗效果的关键。
③　纤维束滤料需采用气水联合清洗,对石英砂滤池进行改造时应采取有效措施加以解决。参考文献:
[1]　张万友,郗丽娟,陈雪梅,等.几种纤维过滤器的工作原理及特性[J].中国给水排水, 2003, 19(6): 23-25.

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