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粒状滤料过滤技术发展与应用的探讨
作者:管理员    发布于:2015-11-10 08:49:15    文字:【】【】【

  DOI珊呢矩货粒状滤料过滤技术发展与应用的探讨李国会,王继斌,李晓华(中国环境管理干部学院,河北秦皇岛066004)速。随着多种滤料的开发,深层过滤技术得到发展,直接过滤工艺应运而生。反冲洗是快滤池的一项关键技术,气水联合反冲洗对滤料过滤能力的再生效果优于单水反冲洗。滤料过滤存在跑料、料层板结等问题,在工程实践中逐步得到改进。

  国内外进行的污水回用的研究和实践证明,常规水处理工艺不能达到回用的要求,需要进行过滤等深度处理。使用各种粒状滤料过滤生化出7水是当前进一步去除水中残余污染物广泛使用的方法之一。

  1过滤技术的发展1829年英国伦敦出现了世界上座慢滤池,慢滤池的实质是在滤层顶部形成一层生物滤膜发挥着对水的净化作用。水流速度很慢,滤速为0.1~0.3m/h,需很大的占地面积,建造费用大,运行费用高111.由于慢滤池的这些缺点,快滤池技术自1870年迅速发展起来。

  初采用的快滤池标准滤速约为5m/h,现代快滤池滤速可达40m/h,甚至更高。

  快滤池的运行,采用投加混凝剂的办法解决了在高速水流条件下,将悬浮固体粘着在滤料表李国会王继斌李晓华粒状滤料过滤技术发展与应用的探讨面上的问题;采用反冲洗的办法来清除在数小时甚至数十小时内滤层中所截留的悬浮物。

  快滤池发展以后,人们不断改进过滤方式和滤池形式,主要目的是增加滤池的含污能力,延长运行周期以及提高过滤速度,减少基建投资与运行费用等。出现了多种类型滤池|2~31,主要有:快滤池和高速滤池,下向流滤池、上向流滤池、双向流滤池,单层、双层、三层滤料滤池及混合滤料滤池,固定床式滤池和移动床式滤池,压力式和重力式滤池,间歇滤池和连续滤池等等。

  2滤料深层过滤技术的研究深层过滤由快滤池技术发展应运而生141.深层过滤是通过整个滤料层去除水中的悬浮物,充分利用整个滤层孔隙的容量截留固体沉淀物。因此,深层过滤技术的关键是过滤介质――滤料。2.1粒状滤料的开发从20世纪70年代人们对滤料截留杂质的机理有了更新的认识,为了提高滤池的工作效率和纳污能力,人们在滤料的研究上做了大量工作,开发出多种滤料。

  石英砂是使用早的滤料。后来开发了无烟煤、石榴石、钛铁矿、磁铁矿、金刚砂等;人工合成的轻质滤料中有聚苯乙烯球粒、聚氯乙烯球粒等,主要用于工业水处理中;用无机材料经烧结、破碎后制成的滤料有陶粒滤料、陶瓷滤料等;水淬渣是高炉炼铁过程中排出的经水淬急冷的炉渣,作为滤料用于水处理也在开发研究中。

  2.2深层过滤技术的研究首先人们研究了均质滤料均质滤料并非指滤料粒径完全相同,而是指沿着整个滤层深度方向的任一横断面上滤料组成和平均粒径均匀一致。

  虽然均质滤料有较好的过滤效果,滤层能够充分发挥截污容量,但是均质滤料滤池在反冲洗时滤层膨胀,发生水力分级,原来的均质滤料滤层就变成了分级滤料滤层。

  分级滤料滤层沿过滤水流方向的滤料粒径和孔隙尺寸都逐渐变大。当下向流过滤时,水中颗粒大部分截留在上部,床层上部孔隙容易堵塞,床层的水头损失迅速上升,下部滤层大部分容量尚未发挥作用就不得不终止过滤,进行反冲洗。

  许保玖教授111认为理想的滤层沿着过滤的水流方向,滤层中的滤料的粒径和滤料颗粒间的孔隙都从大到小递减。使得进入滤池的水先接触到浮固体后仍然保留了一定的孔隙,允许水中的悬浮物进入滤层的内部,在过滤的水头损失达到大值时,整个滤层截留悬浮固体的能力得到充分利用。

  为了克服传统单一滤料滤层水力分级的缺P陷研究人员开发了双层滤料,即在石英砂滤层上部放置一层粒径较大、密度较小的轻质滤料。双层滤料滤层过滤时,水先通过粗粒滤料,后通过细粒滤料,增加了床层截污容量,延长了过滤周期,体现了理想滤层的概念。使用较早也较广泛的轻质滤料是无烟煤,无烟煤的密度比石英砂小,在反冲洗后无烟煤仍保持在石英砂层上面。后来使用的轻质滤料还有人工陶粒,人工合成纤维等。

  三层滤料151,即在双层滤料下部再加一层密度大、粒径更小的滤料,从滤层的上部到下部其孔隙变化总趋势逐渐减小,下一层滤料一般用石榴石、磁铁矿等。

  四层滤料161和五层滤料171更追求理想滤层的效果。Sembi和Ives181用计算机模拟了十层滤料滤层的过滤情况。沿着过滤的水流方向,滤层中滤料的粒径和颗粒间孔隙都沿水流方向从大到小递减。依此推演,滤料层数越多,滤层结构越合理,越符合理想滤层的概念。然而在实际应用中存在许多问题,如相邻两层滤料在反冲洗时出现混层现象191,加之滤料流失、滤料来源有限和加工复杂等因素,生产中所采用的仍然是双层和三层滤料。

  2.3合成纤维在深层过滤技术中的应用人造净水材料研制的成功,进一步推动了深层滤料过滤技术的发展。人工合成纤维,如丙纶、涤纶等,具备作为滤料的基本条件,有石英砂等粒状滤料无法相比的巨大的比表面积和较高的床层孔隙率,从而拓展了深层滤料过滤工艺的适用范围,提高了过滤效率,增加了床层截污容量,降低了过滤阻力。

  20世纪80年代,合成纤维滤料开始应用于水处理。纤维滤床的滤速为砂滤床的5~8倍,能有效去除0. 5~10m的微小颗粒,经简单的反冲洗可重复使用。

  清华大学环境工程研究所用短纤维束结扎而形成纤维球滤料。这种纤维球充填形成的床层结构较为合理,上部孔隙尺寸大,下部孔隙尺寸小,形成了类似理想滤层的孔隙分布。这种纤维球存的那部分滤层多容纳悬浮固体在容纳较多的悬在着内部隹以清洗的问题110中国环境管理干部学院学报东北电力学院等1111对纤维束滤料过滤的。

  实践表明,纤维束滤料可用于反渗透法脱盐等对水质要求较严格的预处理。完全可以满足反渗透膜分离过程对进水水质的要求,而且滤层阻力小,截污容量大。

  纤维束滤料也可以用于污水回用的过滤处理。实践表明1121,当城市二级生化处理出水达标时,经投药后的直接过滤出水可满足一般的回用要求。南京师范大学1131的实验研究也表明:纤维束滤料直接过滤浊度为20~40NTU原水时效果良好;纤维束微絮凝直接过滤过程中水头损失小,周期出水浊度在3NTU以下,满足过滤出水要求。

  李振瑜等1141研制的彗星式纤维过滤材料,过滤速度高,悬浮物去除率高,并且反冲洗耗水率低(<2),剩余积泥率低(<5)。

  3直接过滤工艺的应用双层、多层及纤维滤料的出现,不仅改变了滤床的结构,提高了滤床的性能,而且将传统水处理过程中混凝和过滤两个独立的操作单元简化。出现了在过滤前不设置沉淀装置1151,把混凝与过滤合成一体的直接过滤处理单元,是深层过滤技术发展的体现。

  直接过滤是20世纪50年代由Pitman和Conloy用双层滤料实验成功的。直接过滤具有设计简单,节省占地面积,以及减少投资和运行费用等优点。20世纪80年代后,直接过滤工艺在西方发达国家,如美国、欧洲及澳大利亚得到广泛应用。目前,新建水厂很多都采用了直接过滤工艺,滤料主要采用均质粗粒,粒径达1.2~1.8mm,滤层厚度3m以上,滤速达20m 1996年澳大利亚悉尼市1171建成的日处理500万t的深床直接过滤处理水厂,其工艺中采用均质大颗粒石英砂滤料,床深3m以上,滤速达到20m/h.北京清河污水处理厂中水车间现在采用泵前加药混凝的直接过滤工艺处理二级生化出水,过滤器选用DA863纤维球高效过滤器,日处理量1万m3,回用于厂区内绿化及生产,节约大量自来水的使用,收到很好的经济效益。

  4滤池反冲洗滤池从水中去除的杂质聚积在滤料之间的孔隙中,随着过滤的进行,孔隙逐渐被杂质堵塞而使穿透滤层而导致出水水质下降,滤层失去过滤能力,这时就必须反冲洗。所以,反冲洗是快滤池的一项关键技术。

  现在一般认为,悬浮颗粒从滤料表面脱落是水流剪切和颗粒碰撞综合作用的结果1181.滤池反冲洗的方法大致分有单水反冲洗和空气擦洗辅助的水反冲洗两种。实践证明气水联合反冲洗比单水反冲洗效果好。

  石英砂滤料快滤池的运行经验表明,气水反冲洗时先用空气反冲,然后气水同时反冲,后用水漂洗的方式效果好119.冲洗强度及冲洗时5粒状滤料过滤技术存在问题及改进的讨论粒状滤料过滤技术的应用过程中存在一些问题,如:过滤设施截面积过大,布水不均匀,容易造成过滤面死角,影响出水水质和降低过滤周期;反洗时水流、气流强度分布不均造成跑料,大阻力配水系统(如:穿孔管)的反冲洗强度较大,冲洗耗水量多,能耗较高;局部料层板结严重,石英砂等硬质粒状滤料对本体、阀门损坏严重,密封面经常被损坏,影响设备使用寿命等等。

  针对这些问题人们在实践中不断改进,如:将进水的布水装置溢流堰改为配水盘,能够达到均匀配水、减少过滤面死角的目的。

  将大阻力配水系统的穿孔管改为滤头配水配气,并增设滤板,使布水布气得到较好的均压性能,较充分地保障反冲洗的均匀度,防止反洗时造成跑料。同时滤头的使用和气水联合反冲洗降低了反冲水的强度和水的使用量,避免了反洗跑料,提高了反洗效果,并且降低了能耗。

  反冲洗强度不均匀和泥球的存在是造成料层板结的主要原因。在布水装置下增加旋转式表面冲洗装置,可以利用喷出的压力水的反作用推动喷管转动,同时可以利用喷管旋转产生的搅拌作用破坏滤层的泥球。

  将颗粒滤料改为纤维束或纤维球滤料,可以减少对本体和阀门的磨损。使用纤维球滤料可以设置孔洞较小的纱网,以防止反冲时跑料。

  6结语实践证明,粒状滤料过滤不仅处理效果良好,而且有投资费用低、操作简单、反冲洗容易实现等优点,在给水处理、中水回用等技术领域有着更广水头损失达瞧。或者滤层的容量减小杂质阔的应用厩李国会王继斌李晓华粒状滤料过滤技术发展与应用的探讨随着粒状滤料过滤技术在工程实践中的广泛应用,深层过滤技术日趋成熟。但是在延长过滤周期、提高滤层截污能力和降低运行成本,以及通过开发新滤料进一步发展深层过滤技术等方面还有很大潜力。对于滤料床层的积泥情况和颗粒滤料截留悬浮物的机理的研究还不完全清楚,需要利用扫描电子显微镜等进行深入研究。

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