束状纤维滤料和滤池
更新时间：2013-03-29 13:39 来源:未知 点击数：
束状纤维滤料和滤池
［摘要］束状纤维滤料是一种用高分子纤维制成的新型束状滤料。高效纤维过滤池（器）具有占地面积小，操作简便，易实现自控操作等特点。在几个水厂的试验中，进行了纤维束滤池和普通石英砂快滤池的并联对比试验，试验证明，纤维束滤池出水水质好，占地面积小，完全满足饮用水水质要求。
［关键词］束状纤维；纤维束滤池；水厂；试验
一、束状纤维滤料：
过滤对于去除水中悬浮物（SS）、胶体、微生物，是一种快速、经济、有效的手段，是水处理系统中净化水质不可缺少的环节。
石英砂作为过滤的滤料，由于其来源、机械强度、价格、化学稳定性等方面的优越条件，从而始终占据主要地位。
束状纤维滤料是人工合成纤维，是一种不带有任何功能基团的高分子纤维材料，它过滤吸附水中的悬浮物以表面物理吸附为主。它具有做为滤料的特点是：
1、它具有足够的化学稳定性，过滤过程中没有发生任何溶解于过滤水的现象。
2、它具有比石英砂强度高得多的机械强度，无论反洗强度多高，它也不会发生破损和流失跑料。
3、由于纤维滤料的比表面积大，吸附能力强，其出水水质优于粒状滤料。
滤料的作用在于具有吸附悬浮物的表面积，目前粒状滤料的粒径都是mm级，受其形状所限，再进一步缩小粒径是十分困难的。这样粒状滤料比表面积小的弱点较难突破，比表面积小，其吸附水中胶体杂质的性能弱，再进一步提高滤后水质就较难。束状纤维滤料突破了粒状滤粒的粒径不能进一步缩小的限制，使滤料的直径达到了μm级，这样大大地增加了滤料的比表面积。一般束状纤维滤料的比表面积是石英砂的1.4倍，达到10600m2/m3，增加了水中悬浮固体与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高了滤后水质。这不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被部分去除。至于残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被灭杀，这就为滤后消毒创造了良好条件。
过滤是借滤料间的孔隙来贮存所截留的悬浮物固体。一般束状纤维滤料的孔隙率是0.85，是一般常用石英砂孔隙率0.44的1.9倍。孔隙大，截污容量大，工作周期长。石英砂滤料的粒径为0.5—1.0mm时，未经过处理的水，其截污能力为0.5—1.0kg/m3，经石灰处理的水，其截污能力为0.5—2.0kg/m3，对于经混凝处理的水，为2.5—3.0kg/m3；而束状纤维滤料其截污能力超过了石英砂滤料的一倍以上。孔隙率大不但可以提高截污容量，而且可以在并没有提高过滤阻力的同时，提高了过滤速度。
纤维的弱点是在高温下产生老化，光、热稳定性差，一般使用温度不要超过90℃，而我们在滤池里的束状纤维滤料使用温度一般不会超过50℃，且又无阳光直接照射，正所谓扬长避短。纤维滤料的使用寿命至少在十年以上，这就避免了砂滤料的经常填补和定期以新换旧的麻烦，可大大减轻人们的劳动强度和减少停水检修的时间。
滤料的比表面积
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粒度（mm）
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孔隙率（cm2/g）
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比表面积（cm2/cm3）
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石英砂
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1.2—0.6
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0.44
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50.6—75.1
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束状纤维
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0.056
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0.85
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780—106
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二、纤维束滤池
从1993年起，用一种全新的软滤料——束状纤维代替传统的粒状滤料，开始应用在重力式滤池上，突破了重力式滤池中一直使用粒状滤料的传统观念，开创了在重力式滤池中使用束状滤料的先例。我们先后用束状纤维滤料在重力式滤池里做了小型、中型和生产性试验，都取得了预期的效果，现在已正式投入了某些水厂的生产运行。
我们是在普通快滤池里，把束状纤维滤料悬挂在两块多孔板之间。下面一块多孔板固定在配水干管之上，上面一块活动孔板在冲洗排水槽之下。过滤时借助于水流过滤料所产生的水头损失使上面一块活动孔板下移，使束状纤维处于压实状态，有利于提高水质；反洗时，借助于气、水的动能使上面一块活动孔板上移，使束状纤维滤料处于松散状态，有利于清洗。实现了束状纤维滤料的无序装填过滤和有序装填反洗的最佳效果。
滤层中滤料粒径的分布：
1、 最好是上粗下细；
2、 其次是粗细保持均匀；
3、 上细下粗则效果较差。
使用纤维束滤料完全避免了第三种情况，使第三种情况达到极限状态，它的不均匀系数等于1，是任何均粒滤料望尘莫及的；它可以非常方便地实现第一种情况，用二种不同直径的纤维束连接起来，实现上粗下细的滤层分布，且管理与单层滤料一样简单、方便。即使用单一规格的纤维滤料，在过滤过程中，由于水流经过滤层产生阻力，引起滤层压缩其空隙沿水流方向逐渐变小，比较符合理想滤料上大下小的孔隙分布，属于深度过滤，有利于提高截污容量和延长工作周期，从而也就降低了自耗水量，其自耗水率不大于0.5%。
通过大量试验我们发现：纤维束滤料吸附能力强不仅体现在比表面积大上，而且当水中颗粒迁移到滤料表面上时，则在范德华引力和静电力相互作用下，以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力下，悬浮固体与纤维束滤料的粘附力大于其与石英砂的粘附力。这样虽然有利于提高滤速和提高水质，但却带来了反冲洗的困难，即单独用水反冲洗，即使用高强度反冲洗水也很难洗净滤料，这样做是不经济，也是不可能的。这是一个矛盾的两个方面，即吸附能力强，反冲洗能力也要强。由此我们认为：只有用气、水联合反洗才能使纤维束滤料反洗干净、再生彻底。在我们已投入生产运行的滤池中我们分别采用了三种不同的气、水反冲洗操作方式：
1、 先用空气反冲，再用水反冲；
2、 先用气、水同时反冲，再用水反冲；
3、 先用空气反冲，再用气、水同时反冲，最后再用水反冲。
从反冲洗效果来看，第三种方法最佳，第二种方法效果也很好，但水耗较第三种方法大，第一种方法水耗低，但反冲洗操作时间长，冲洗效果也不如后两种方法。
我们现在采用的反冲洗强度原则是高强度气冲和中、低强度水冲相结合。一般气冲强度（包括单独气冲和气、水同时反冲时的气冲强度）在20—30L/m2·s之间；水冲强度在10 L/m2·s以下，总的反冲时间是15min左右。我们采用第三种反冲操作方法，气冲强度27L/m2·s，冲洗时间4min；气、水同时反冲时，气冲强度不变，水冲强度10 L/m2·s，冲洗时间4min；最后水冲强度仍为10 L/m2·s，冲洗时间为6min，总的反冲时间为14min。
由于纤维束滤料是粒状滤料空隙率的1.9倍，所以，过滤时的水头损失较小，起始水头损失一般在20—30cm左右，终止时水头损失一般不超过120cm。过滤速度一般不低于20m/h。
几年来，我们分别在三个水厂用重力式纤维束滤池和普通石英砂快滤池做了并联对比试验。在这期间既经过了东北地区低温低浊的冬季，也经过了松花江的浑水期；既有经过加药沉淀的沉后水，也有不加药直接过滤的原水。无论那种情况，纤维束滤池在保持20 m/h滤速和石英砂滤池在8m/h滤速情况下，其前者的滤后水水质都明显优于后者的滤后水质，可见该滤料对提高水质有明显效果。
表一、是在吉林某水厂进行的不加混凝剂的过滤试验。
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表一 砂滤池、纤维束滤池并联检测记录
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时 间
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沉后水浊度
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砂滤池浊度
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纤维滤池浊度
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4、5
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22
|
10
|
5
|
|
4、10
|
17
|
13
|
6
|
|
4、18
|
15
|
9
|
6
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表二、是在吉林某水厂冬季进行的低温低浊试验，纤维束滤池流速是20 m/h，石英砂滤池流速是8m/h，混凝剂是硫酸铝。
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表二 砂滤池、纤维束滤池并联检测记录
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时间
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沉后水
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砂 滤 池
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纤 维 束 滤 池
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浊 度
|
温 度
|
PH
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色 度
|
浊 度
|
温 度
|
PH
|
色 度
|
浊 度
|
温 度
|
PH
|
色 度
|
水头损失
|
|
|
12、11
|
3.3
|
6
|
7
|
21-20
|
2.5-1.9
|
6
|
6.8
|
10
|
0.6
|
6
|
6.8
|
10
|
13
|
|
12、12
|
3.2
|
6
|
7
|
21-20
|
2.5-1.9
|
6
|
6.8
|
10
|
0.5
|
6
|
6.8
|
11
|
38
|
|
12、12
|
3.2
|
6
|
7
|
21-20
|
2.5-1.9
|
6
|
6.8
|
10
|
0.5
|
6
|
6.8
|
11
|
38
|
|
12、14
|
3.1
|
4
|
7
|
21-20
|
2.9-1.9
|
4
|
6.8
|
10
|
0.6
|
4
|
6.8
|
10
|
34
|
|
12、15
|
3.2
|
4
|
7
|
18-40
|
3.0-1.9
|
4
|
6.8
|
10
|
0.4
|
4
|
6.7
|
10
|
42
|
|
12、16
|
3
|
4
|
7
|
18-40
|
2.6-1.9
|
4
|
6.8
|
8
|
0.3
|
4
|
6.6
|
9
|
39
|
|
12、17
|
2.9
|
4
|
7
|
19-20
|
2.7-1.9
|
4
|
6.8
|
11
|
0.3
|
4
|
6.7
|
11
|
51
|
|
12、20
|
3.2
|
3
|
7
|
20
|
3.1-1.8
|
3
|
6.8
|
10
|
0.4
|
3
|
6.8
|
10
|
47
|
|
12、21
|
3
|
3
|
7
|
21-30
|
3.0-1.8
|
3
|
6.8
|
8
|
0.5
|
3
|
6.8
|
9
|
26
|
|
12、22
|
3
|
4
|
7
|
20-30
|
2.8-1.8
|
3
|
6.8
|
11
|
0.6
|
4
|
6.8
|
11
|
54
|
|
12、23
|
3.1
|
3
|
7
|
19-30
|
2.5-1.8
|
3
|
6.8
|
10
|
0.6
|
3
|
6.8
|
10
|
34
|
三、 结论：
重力式纤维滤池由于滤后水质好，而有利于提高人民生活质量和提高工业产品的质量，有利于实施我国城市供水行业2000年技术进步规划；由于它的滤速快，可减少水厂占地面积，从而节约建设投资；由于纤维滤料的使用寿命较长，至少可达十多年，可减轻人们的劳动强度，又由于重力式纤维滤池可方便地进行自动控制，有利于实现生产自动化。
经过几年的试验和生产运行，我们认为重力式纤维滤池在理论和技术上是可行的；在经济效益上是可观的；在实际工程中是可用的。
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