长纤维滤料在自来水工艺处理中的应用研究

1、.长纤维滤料在自来水工艺处理中的应用研究邱 天（南京市自来水板桥有限责任公司，城南污水处理厂南京 210039）摘要 本文对自研制的长纤维滤过滤装置进小型模型试验。试验测定滤速、过滤周期、过滤阻、滤后水质和反冲洗强等参数，并分析参数之间的关系， 进长纤维滤与石英砂等其他滤的对比分析。所有这些试验和对比都给自来水厂的改造提供一种模式和参考。 通过实验得出长纤维滤具有如下特点：1、滤池滤速高2、滤后水水质好3、过滤周期长4、产水和截污大5、反冲洗彻底 关键词：长纤维、过滤、净水、反冲洗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、绪论 过滤是水处过程中常用的工艺，自上世纪快滤池被广泛用于自来水的生产以来，人们通过对各种机的研讨，对其池型、滤、设备及控制方式的设

5、计、改造、 创新活动就一直没有停止过，使得快滤池的运效断提高、生产成本断低、 运管加捷，随着社会经济的迅速发展，自来水需求的日益增长，给水工 业进入新的发展时期，传统处工艺中的石英砂，虽然因其具有来源广、价格低、 机械强和化学稳定性好等特点而仍被广泛使用，但是随着过滤技术的断发展， 人们对滤的要求也越来越高，石英砂滤自身的缺陷也日益凸显，促使人们断 开展对新型滤的研究和应用，以突破这一制约快滤池运效提高的瓶颈。深层 过滤论及纤维滤的出现，为自来水生产中的过滤工艺和给水工业注入新的生 机。纤维过滤技术自上世纪 80 代应用于水处领域以来，以其卓越的工作性能和 好的处效果得到迅速的发展。1.1、传

6、统石英砂滤的弊端 过滤工艺中，滤品质及滤层的构成是过滤设备性能优的关键，它们决定着滤后水的水质、过滤设备的基本性能和运管的基本方法。因此过滤技术的发 展在很大程上取决于对滤和滤层构成的研究与改进。一种好的滤除要具有适当的孔隙、足够的机械强和足够的化学稳定性 以外，还应该具备滤速高、过滤周期长、纳污大、滤层水头损失增长慢、反冲洗彻底等。传统的石英砂滤层在反冲洗后由于水筛分作用，使得沿水方向的砂 子径逐渐变大、孔隙尺寸也沿水方向逐渐变大，当下向过滤时，水先经过 径小、孔隙也小的上部砂层，再到径大、孔隙也大的下部砂层。水中颗 大部分截在上部数厘米深内，床层上部孔隙容堵，床层的水头损失上升迅 速，下部

7、滤层大部分容尚未得到充分用即得终止过滤过程，造成滤层使 用效高。另外，由于目前采用的混凝剂、助凝剂均为有机高分子化合物，过 的混凝剂、助凝剂在过滤过程中，会在床层内聚集，反冲洗充分，造成床层 板结、结球等现象。这将进一步阻碍滤速和产水的提高、缩短滤池的工作周期。 第三、由于石英砂在滤池中是散状堆积的，因经过多次反冲洗产生破碎或因滤池 均匀沉造成反冲洗强均匀都会产生跑砂、砂及死区现象，这都将造成滤池 运状态的恶性循环（如图片 1-11-4）。图片 1-1 滤池反冲洗时的跑砂现象图片 1-2滤池砂现象图片 1-3滤池砂现象图片 1-4滤池砂现象为克服石英砂滤的缺陷，20 世纪 50 代，研究人员相

8、继开发多层滤、 均质滤等，并对过滤工艺断进改进，出现上向过滤、双向过滤等多种 过滤形式。1.2、本研究的目的、意义及内容 本课题研究的目的在于从论和实践上开发出一种过滤效高、过滤阻小，纳污大并且结构简单、运操作及维护方的过滤装置，为给水工业的技术进步 和自来水过滤工艺改造、挖潜提供一种经济实用的新途径。通过对自研制的长纤维过滤器在自来水厂沉淀出水、混凝原水两种同水质 条件下的运特性的研究，进一步认识长纤维滤过滤沉淀池出水、直接过滤混凝 原水的特点，为滤池应用长纤维滤以及为应对突发事件而采取混凝原水直接过滤 运方式奠定基础，同时，为下一步中试和生产性试验总结出基本运参数。2、长纤维过滤器试验概况

9、2.1、试验装置及方法试验是在南京市浦口自来水厂进的，试验装置见图 2-1。为于观察，装置主 体以有机玻璃管制成；内径 300mm，总高 2.5m。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。本试验采用重过滤，为保证恒压过滤和 反洗排水，上部设溢口，进水采用虹吸管由净水厂沉淀池或混凝段直接进水。过滤时，水从柱顶虹吸进入，通过重作用经滤层后由柱底排出；反冲洗时，反 冲水经计从过滤器底部接入，由柱顶溢口排出；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。进水管测压管溢流管固定孔板反冲水反冲气出水图 2-1 过滤装置示意图2.2、试验滤及加工 试验滤采用聚

10、酯纤维丝材，经专门方法按一定密编织成长纤维滤组件，具体参数见表 2-1。试验滤纤维丝径（m）纤维长（mm）孔隙（%）比表面积（m2/m3）聚酯纤维351200约 938000表 2-1长纤维滤基本特性表 2-1 数据表明：长纤维滤具有孔隙高、比表面积大等优点，为提高滤速、 纳污容和延长过滤周期创造条件。2.3、试验水质试验直接过滤净水厂沉淀出水。试验期间，进水温 1015，pH 为 78.5，色 小于 5 ，进水浊在 812NTU。为于说明，本文以下主要以浊为考察过滤器性能的主要指标。 2.3.2、净水厂混凝原水试验直接过滤净水厂混凝原水。试验期间，进水温 1520，pH 为 78，进水 浊在

11、 6070NTU。2.4、测定参数及分析仪器 试验测定参数包括：进、出水浊、滤床阻损失、反冲洗水、气强、滤后反冲洗水水质指标等。浊由 TSZ-400A 型台式智能散射光浊仪测定，阻由测压 管测定，反冲洗水、气强分别由 LZB-50 型液体转子计和 LZB-40 型气体转子 计测定。滤后水各项水质指标按国家标准测定规范测定。3、沉淀出水过滤试验结果与分析3.1、沉淀出水的过滤过滤沉淀出水试验采用的滤速范围为 1063m/h。由于沉淀出水浊较低，为 于跟踪测定、分析，本试验结合实际运情况选取过滤周期为 24h。在各运周期中 测同滤速下长纤维过滤器的出水水质、阻特性及反洗条件。表 3-1 为同初始滤

12、速时过滤器的过滤特性数据。从表中可以看出，长纤维过滤 器对沉淀出水浊的去除均在 96% 以上。滤层最大压缩为 57%，最大水头损 失为 149 cmH2O。过滤器产水最高达到 1260 m³/m²·d（反应器断面），周期内截污 最高达 9.5 kg/ m3 滤。从表 3-1 中还可看出，在高滤速情况下，滤层的起始水头损失和过滤结束时的 总水头损失要比低滤速时大。另外还可看出，高滤速情况下滤速下得比低滤速情 况要快。分析认为，高滤速时滤速下得快，其原因为高滤速时滤截的悬浮物 比低滤速时多，使得滤孔隙变小，滤层的阻变大，因而造成滤速的快速下。表 3-1同初始滤速时的过

13、滤数据初始 滤速 (m/h)终 滤速 (m/h)过滤 周期（h）滤层 起始 高(cm)滤层 终 高(cm)起始 压差 (cmH2O)终 压差 (cmH2O)浊平 均去除 （%）截污 (/m3 滤)产水 (m3/m2·d)634224886895149969.512604939249270931479781056423724947382138977948302524968459809756602419249785324198451613122498871922992300V=49m/h14滤后水浊 度(NTU)1210864200510152025时 间 （ h）0.35浊 度(NTU

14、)0.300.250.200.150.100.050.00 63m/h49m/h 42m/h 30m/h 24m/h 13m/h0510152025时 间(h)图 3-1 滤速 49m/h 时的进、出水水质变化图3-2 同滤速情况下滤后水浊历时变化图 3-1 为 49m/h 滤速下的进、出水浊变化历程。此图可直观看出，在整个周期 中，进水水质在 1012NTU，滤后水出水水质非常稳定，维持在 0.35NTU 以下，长纤 维过滤器在此高滤速下具有很高的浊去除，此工况下浊平均去除达 97%。 图 3-2 为试验中进水浊在 1012NTU 时，几种主要滤速下滤后水的浊变化。由图 中可看出，各种滤速情

15、况下出水浊均在 0.4NTU 以下，各周期中滤后水浊随过滤 进有逐渐增大的趋势。从图中还可看出，滤速小于 30m/h 的低滤速时，滤后水浊 比滤速大于 30m/h 的高滤速时要低。分析认为，在低滤速时，过滤水经过滤床 层的时间长，滤对水中悬浮物的吸附、碰撞、拦截作用时间长，因此出水浊较低。由图 3-1 和图 3-2 可得出如下结论，进水水质在 1012NTU 时，连续过滤 24h， 滤后水浊均在 0.4NTU 以下，效果非常稳定，出水远优于 2001 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5。分析认为，长纤维滤过滤时，由于水 经过滤层所产生的阻，加上滤层截污后的自重，使滤层上松下

16、紧，孔隙从上 到下由大至小分布，接近于想的多层滤结构，从而保证较高的过滤精。3.2、过滤水头损失随时间变化损失增大；二是由于悬浮物的断截， 大。特别是在滤层压缩到极限时，阻主 水头损失上升较快。由于高滤速情况时滤 物大，因此高滤速情况下过滤水头损失图 3-3 出滤速为 20m/h、30m/h 和 46m/h 时过滤水头损失随过滤时间的变化。可 见，在同滤速下，过滤水头损失随过滤时间延长而增大，且滤速越高，起始水头 损失越大，过滤终时的水头损失也越大。由图还有看出，高滤速时过滤水头损失 上升的速高于低滤速时。分析认为，过滤水头损失的增加由两方面引起，一是滤 层受到压缩，孔隙下，造成过滤水头造成滤

17、孔隙下，使过滤水头损失增 要是由悬浮物截而引起的，在此情况下 层压缩程大，滤单位时间截悬浮比低滤速情况下要大，并且增加速要大。160总 阻 力损失 (cmH O)214012010080604020046m/h30m/h20m/h0510152025时 间(h)图 3-3 同滤速下滤层总阻历时变化图图 3-4 滤阻沿滤层的变化图 3-4 为初始滤速 V=49m/h 时，过滤开始后同时间阻沿滤床高的变化关系。 图中举 0h、2h、4h、6h、24h 时过滤阻沿滤层的分布，可见，随着过滤时间的推移，滤总阻损失由开始时的到 50 cmH2O 增加到周期末的超过 140 cmH2O，阻增加 3 倍多，

18、进一步验证图 3-3 中过滤阻随时间断增加的规。从图3-4 还可看出，开始过滤时，长纤维滤层过滤阻较小，且沿滤层高近似均匀分 布。过滤阻沿滤层由上而下逐渐加大，在滤高为 30cm 位置处向下阻增加减 缓，滤的阻损失主要集中在滤层高 30cm 位置以上部分。过滤持续时间越长， 此种规越为明显。说明长纤维滤层充分发挥全滤层的截污作用，在滤层中部 截污最大。底部 30cm 以下的滤层截污相对较少，滤层阻小，一定程上起到 保证滤后水水质的作用，这也是此纤维过滤的特点之一。3.3、反冲洗条件与特性 作为过滤器滤的再生手段，反冲洗的效果直接关系到过滤周期的长短、出水水质及过滤器的长期稳定运。本试验中以反冲

19、洗出水浊为考察反冲洗效果的指 标。由于长纤维滤对悬浮物具有极强的吸附能和较高的纳污，以往的研究认 为，宜以气水联合反冲洗为佳6。本研究的反冲洗操作过程为：先单水梳滤（半 分钟），继而气水联合反洗（4 分钟），最后单水漂洗（1 分钟）。本文采用气体强 为 45 l/m2s 和 70l/m2s，水强为 12 l/m2s 和 20l/m2s 进组合，分别考察反冲 洗效果。图 3-5 为滤速 30m/h、运周期 24h 时同反冲洗条件下床层的反冲洗出水水质 比较。由图可见，每一种反冲洗条件对应的曲线在反冲洗初期都有一个峰值，即反 冲洗过程中最高的出水浊，一般出现在反冲洗 4050 秒之间，且在气强较高

20、时 反冲出水最高浊的峰值出现时间前移，分析认为，这是由于在气强高的情况下 气体对滤床层的搅动作用强，从而使得积于从滤上脱。随着反冲洗的进，曲线逐渐进入平稳阶段，时间大约在反冲洗 200 秒之后，至反冲洗结束时出 水浊保持在 250NTU 以下。从图中还可看出，在同一水强下，气体强越高，反 冲洗最终出水浊越低，反冲洗效果越好；在同一气强下，水强越高，反冲洗 出水浊下越快，对应曲线进入平稳阶段越快，反冲洗最终出水浊越低，反冲 洗效果越好。与水强的影响相比，气体强对反冲洗效果的影响为显著。图 3-6、图 3-7 分别为 10m/h 和 50 m/h 两种滤速同反冲洗条件下反冲洗出水的 浊变化。图中可看出，反冲洗结束时出水浊都能保持在 250NTU 左右。由图 3-6、 图 3-7 对照图 3-5 还可看出，各图中出水浊的平均峰值随着滤速的增加而增大，这 是由于相同周期下滤速越高，滤床的积越大，在反冲洗中表现为反冲洗出水最 高浊越大。35003000度(NTU)250020001500浊1000500050100 150 200 250300050100 150 200 250 300时 间(s)时 间(s)0气强度70,水强度12 气强度70,水强度20 气强度45,水强度12