长纤维高速过滤器过滤净水厂沉淀出水的试验研究-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘要:对自行研制的长纤维高速过滤器,进行了净水厂沉淀出水过滤的试验研究和分析.结果表 明:长纤维高速过滤器最高滤速可达60m/h以上,当进水浊度为8~12NTU时,滤后水浊度均低 于0.4NTU,过滤周期可达24 h以上,运行效果稳定,反冲洗彻底,反洗时间短,截污量和产水量 均远优于目前常用过滤器,展示了良好的应用前景.
关键词:长纤维;过滤器;净水
中图分类号:X505　　文献标识码:A　　文章编号:1001-0505(2003)05-0673-04
过滤是水处理中去除悬浮物(浊度)及其相关 物质的最常用的处理方法之一,而滤材则是决定过 滤器性能的最关键的因素[1].纤维作为滤料应用于 水的过滤处理,具有比表面积大、孔隙率高、纳污能 力强等优点,是目前认为的最理想的过滤材料之 一,因此得到越来越多的开发和应用,如人们熟知 的纤维球过滤器[2]、短纤维过滤器[3]、胶囊式纤维 束过滤器[4]等.有关研究表明,这些纤维过滤器均 可达到较高的滤速,但由于各自结构和过滤机理的 不同,都存在不同的缺陷,如纤维球内部积泥难以 去除,短纤维反洗时易流失,胶囊式纤维束过滤器 胶囊易破损,需频繁更换等[5].而本试验采用的长 纤维高速过滤器由于设计独特,结构简单,并克服 了上述纤维过滤器的若干不足,因而具有优越的过 滤性能.本文介绍了长纤维高速过滤器过滤净水厂 沉淀池出水的试验研究.
1　试验概况
1.1　试验装置及方法
试验是在南京市浦口自来水厂进行,试验装置 如图1所示.为便于观察,装置主体用有机玻璃管 制成;内径300mm,总高2.5 m.一端悬臂的长纤维 组件固定于反应器本体,底部设多孔板,以使反洗 时均匀布气布水.本试验采用重力过滤,为保证恒 压过滤和反洗排水,上部设溢流口,进水采用虹吸 管由净水厂沉淀池直接进水.
过滤时,水从柱顶虹吸进入,通过重力作用经滤 层后由柱底排出;反冲洗时,反冲水经流量计从过滤 器底部接入,由柱顶溢流口排出;气体由空压机供给, 从底部进入,由柱顶排出,反洗中气体起搅动作用.

1.2　试验滤料及加工
试验滤料采用聚酯纤维丝材料,经专门方法按 一定密度编织成长纤维滤料组件,具体参数见表1.

表1数据表明:长纤维滤料具有孔隙率高、比 表面积大等优点,为提高滤速、纳污容量和延长过 滤周期创造了条件.
1.3　试验水质
试验直接过滤净水厂沉淀出水.试验中,进水 温度为10~15℃,pH为7~8.5,色度小于5度,进 水浊度在8~12 NTU.为便于说明,本文以下主要 以浊度为考察过滤器性能的主要指标.
1.4　测定参数及分析仪器
试验测定参数包括:进、出水浊度,滤床阻力损 失,反冲洗水、气强度等.浊度由TSZ 400A型台式 智能散射光浊度仪测定,阻力由测压管测定,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.
2　试验结果及分析
2.1　沉淀出水的过滤
本试验采用的滤速范围为10~63m/h,试验测 量了不同滤速下长纤维过滤器的出水水质、阻力特 性及反冲洗条件.表2为初始滤速为49 m/h时的 过滤特性.

图2为49 m/h滤速下的进、出水浊度变化历 程.由表2和图2可见,长纤维过滤器在高滤速下 具有很高的浊度去除率、截污能力和产水率.进水 水质为10~12NTU,连续过滤24 h,滤后水浊度均 小于0.4NTU,效果非常稳定,出水远优于2001年 最新实施的生活饮用水卫生规范中的净水厂供水 水质要求[6].分析认为,长纤维滤料过滤时,由于水 图2　V=49 m/h时的进、出水水质变化 流经过滤层所产生的阻力,加上滤层截污后的自 重,使滤层上松下紧,孔隙率从上到下由大至小分 布,接近于理想的多层滤料结构,从而保证了最大 的纳污量和较高的过滤精度.
2.2　过滤阻力与时间关系
图3为试验滤速在20,30,46 m/h时过滤阻力 与时间的关系.由图可知,在不同滤速下,过滤阻力 随过滤时间延长而增大,滤速越高,起始阻力越大, 过滤终了时的阻力也越大.分析认为,过滤阻力的 增加由2方面引起,一是滤层受到压缩,孔隙率下 降,造成过滤阻力增大;二是由于悬浮物的不断截 留,造成滤料孔隙率下降,使过滤阻力增大.特别是 在滤层压缩到极限时,阻力主要是由悬浮物截留而 引起的,在此情况下阻力上升较快.


2.3　过滤阻力沿滤层变化
图4为初始滤速V=49m/h时,不同时间阻力 沿滤床高度的变化关系.图中列举了过滤开始,2, 4,6,24 h时过滤阻力沿滤层高度的分布,可见,随 着过滤时间的推移,滤料阻力由开始时小于4.5 kPa增加到周期末超过14.0 kPa,阻力增加了3倍 多.从图4还可看出,开始过滤时,长纤维滤料层过 滤阻力较小,且沿滤层高度近似均匀分布.随着过 滤的进行,过滤阻力沿滤层由上而下逐渐增加,在 滤料高度小于30 cm时,阻力增加减缓,滤料的阻 力损失主要集中在滤层高度30 cm位置以上的部 分.过滤持续时间越长,此种规律越为明显.说明长 纤维滤料层充分发挥了全滤层的截污作用,在滤层 中部截污量最大.30 cm以下的滤层截污量相对较 少,滤层阻力小,一定程度上起到保证滤后水质的 作用,这也是长纤维过滤的特点之一.

2.4　反冲洗条件与特性
作为过滤器滤料的再生手段,反冲洗的效果直 接影响到过滤周期的长短、出水水质及过滤器的长 期稳定运行.本试验中以反冲洗出水浊度作为考察 反冲洗效果的指标.
由于长纤维滤料对悬浮物具有极强的吸附能 力和较高的纳污量,以往的研究认为,宜以气水联 合反冲洗为佳[4].本研究的反冲洗操作过程为:先 单水梳理滤料(0.5 min),继而气水联合反洗(4 min),最后单水漂洗(1 min).采用的气水强度范围 分别为45~70L/(m².s)和12~20L/(m².s).
图5为滤速V=30m/h、运行周期为24 h时床 层的反冲洗出水水质比较.本文采用气体强度为 45L/(m².s)和70L/(m².s),水强度为12 L/(m².s) 和20L/(m².s)进行组合分别考察反冲洗效果.由 图可见,在同一水强度下,气体强度越高,反冲洗出 水浊度越低,反冲洗效果越好;在同一气强度下,水 强度越高,反冲洗出水浊度越低,反冲洗效果越好. 且可看出,与水强度的影响相比,气体强度对反冲 洗效果的影响更为显著.由图还可看出,在各种反 冲洗条件下,反冲洗出水最高浊度出现在40~50 s 之间,不同反冲洗条件最高出水浊度出现的时间有 所不同.

由图6可见,在同一反冲洗强度(气体:70 L/ (m².s);水:20 L/(m².s))时,滤速越高,反冲洗出 水浊度越高.图中曲线进一步表明,高滤速时反冲 出水浊度变化曲线的峰值比低滤速时出现得晚.分 析认为,这是由于高滤速时滤料的截污量较大,同 一反洗条件下滤料截留的悬浮物脱离滤料的速度 要慢.但5min气水联合反冲洗后浊度均降至250 NTU以下,说明水、气强度已可满足各种滤速下的 反冲洗要求.分析认为,本过滤器能在如此短的反 冲洗时间下达到满意的反冲洗效果,是与长纤维过 滤器合理的结构设置和有效的反冲洗方式密切相 关.本过滤器的长纤维下端固定、上端保持自由状 态,反冲洗时,滤料经过单水梳理使得其孔隙率变 大,降低了反冲洗阻力;气水联合反冲时,滤料上端 的自由状态使得其在气体的搅动下充分摆动,使截 留的悬浮物可最大限度地迅速脱离滤料;最后1 min的单水漂洗进一步使脱离滤料的悬浮物被冲 出系统,从而保证了反冲洗效果.

3　结　论
1)长纤维高速过滤器滤速高　试验中最高滤 速可达60m/h以上.
2)出水水质好　进水浊度为8~12 NTU时, 出水浊度稳定在0.4 NTU以下,去除率大于96%, 优于净水厂滤后水的水质要求.
3)过滤周期长　本试验中常规过滤采用的周 期为24 h,通过穿透过滤试验发现,对于沉淀出水 的周期可达40 h以上.
4)产水量和截污量大　经计算,截污量达到 36 kg/m³.周期产水量可达1 km³/m²(反应器断面) 以上,是普通砂滤池的6~8倍.
5)反冲洗彻底　试验中反冲洗水强度为12~ 20L/(m².s),气强度为45~70L/(m².s),可达到满 意的反冲洗效果.
6)占地省,运行管理方便　粗略估算,规模相 同的过滤单元,长纤维过滤器的占地面积约为砂滤 的1/6.

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