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 regenerati

2、on 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 as

3、 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 velo

4、city.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计、

5、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、传统石

6、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，下部滤层

7、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，研究人员相继开

8、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2.

9、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 试验滤采用聚酯纤

10、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。、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 6070NTU

11、。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 为同初始滤速时过滤器的过滤

12、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同初始滤速时的过滤数据初始 滤速

13、 (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)0.300.2

14、50.200.150.100.050.00 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，各种滤速情况下出水浊均在

15、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，使滤层上松下紧，孔隙从上 到

16、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孔隙下，使过滤水

17、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，进一步验证图 3

18、-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。本试验中以反冲洗出水浊为考察反

19、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，且在气强较高时 反冲出水最高

20、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