彗星式纖維濾料直接過濾原水的試驗研究
摘要：論述了將彗星式(shi)纖維濾(lv)(lv)料(liao)應用于壓力(li)過(guo)濾(lv)(lv)器的中(zhong)試情況。試驗(yan)結(jie)果表明，進水濁度為15-60NTU，濾(lv)(lv)速20-100m/h的條件下(xia)，彗星式(shi)纖維濾(lv)(lv)料(liao)過(guo)濾(lv)(lv)器運行穩定。主要(yao)技術(shu)指標為：出水濁度≤1NTU，懸浮物去除率(lv)≥96.1%，過(guo)濾(lv)(lv)周期2-16.5h，單位面積(ji)周期產水量(liang)250-560 m3/m2，截污量(liang)15-33kg/m3（濾(lv)(lv)料(liao)），反(fan)沖洗耗水率(lv)1-2%，剩(sheng)余積(ji)泥率(lv)0.5-2%。
關鍵詞：彗星式纖維(wei)濾料 過(guo)濾 水處理
0 引言
彗星式(shi)纖(xian)維(wei)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)是(shi)近年發展的結合(he)顆(ke)粒濾(lv)(lv)(lv)料(liao)與纖(xian)維(wei)成形體濾(lv)(lv)(lv)料(liao)特(te)點的一種新型濾(lv)(lv)(lv)料(liao)[1,2]，它既能(neng)發揮(hui)纖(xian)維(wei)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)比表面積大(da)的優勢，又具(ju)備顆(ke)粒過濾(lv)(lv)(lv)材料(liao)反(fan)沖洗簡便的特(te)點。本(ben)文考察了以彗星式(shi)纖(xian)維(wei)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)應用(yong)于壓力式(shi)過濾(lv)(lv)(lv)器的懸浮物去除率(lv)(lv)、過濾(lv)(lv)(lv)周(zhou)期、水(shui)頭損失、截污(wu)量、反(fan)洗耗水(shui)率(lv)(lv)和剩余積泥率(lv)(lv)等指標(biao)，并針(zhen)對試驗結果進行了討論。
1 試驗系統與裝置
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試驗采(cai)用(yong)投加絮凝(ning)劑進行壓(ya)力式(shi)直接過濾(lv)的方(fang)法，工(gong)藝流(liu)程見(jian)圖1。原水為粘(zhan)土和淤泥自配水。過濾(lv)器直徑Ф800mm，碳鋼焊制(zhi)，上下隔(ge)板間距(ju)2.8m。采(cai)用(yong)聚合氯(lv)化鋁（PAC）溶液為絮凝(ning)劑，投加量5-8mg/L，接觸絮凝(ning)時(shi)間1-3min。濾(lv)速(su)范(fan)圍20-100m/h，操作壓(ya)力0.04-0.35MPa，出水濁度≤1NTU。采(cai)用(yong)氣-水聯合方(fang)式(shi)進行反沖洗。
1.2 試驗濾料
濾料規(gui)格為Ф2.5×0.7×(25-30)（彗(hui)核直(zhi)徑(jing)/mm×絲(si)束直(zhi)徑(jing)/mm×彗(hui)尾長度(du)(du)/mm），彗(hui)核相對密(mi)度(du)(du)為1.1，濾料所用纖維為聚酯纖維，纖維絲(si)徑(jing)20-40μm，卷曲數為7-10個/cm。
2 試驗結果
2.1 過濾試驗
彗(hui)星式纖維濾料(liao)過(guo)(guo)濾器的(de)操作(zuo)方式為壓(ya)力(li)(li)式。出水濁(zhuo)度(du)控制(zhi)指(zhi)標為1NTU，試驗過(guo)(guo)程中濾床的(de)水頭(tou)損失處于操作(zuo)壓(ya)力(li)(li)范圍(wei)之內，因(yin)而最大過(guo)(guo)濾時(shi)間由(you)出水泄漏濁(zhuo)度(du)控制(zhi)。
2.1.1 典型試驗(yan)曲線(xian)
圖2為彗(hui)星式濾(lv)料過濾(lv)器在濾(lv)速(su)80m/h下的過濾(lv)曲線。
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2.1.2 試驗結果
表1給出了彗星(xing)式纖維濾(lv)料壓力(li)過(guo)濾(lv)器進水(shui)平(ping)均(jun)濁(zhuo)度(du)在17-61NTU之間、濾(lv)速為(wei)20-100m/h的試驗結果[3]。
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① 試驗(yan)測得，1NTU計濁度(du)相當于1.2176mg/L計懸浮物濃度(du)。
2.2 水頭損失
圖(tu)3為(wei)濾速分別在60m/h和80m/h下(xia)的(de)水(shui)頭損失(shi)隨時間變化的(de)情(qing)況(kuang)；圖(tu)4為(wei)不同進水(shui)濁度下(xia)水(shui) 頭損失(shi)隨時間的(de)變化情(qing)況(kuang)。
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2.3 對懸浮(fu)顆粒的截留(liu)粒徑
采用測定(ding)進出水(shui)顆粒(li)(li)(li)(li)粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)的(de)方法考察(cha)彗星(xing)式(shi)纖維濾料過濾器對不(bu)同(tong)粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)顆粒(li)(li)(li)(li)的(de)截(jie)留效果如下。
(1) 分(fen)別取過濾器進出水水樣(yang)，用顯微(wei)圖像儀記錄(lu)水中顆粒(li)狀況，采用劃線計數(shu)法直(zhi)接測(ce)量水中大(da)于(yu)(yu)2μm粒(li)子的個(ge)數(shu)。對(dui)大(da)于(yu)(yu)2μm的顆粒(li)的去除效果見表(biao)2[4]。
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(2) 金志剛的研究結果表明[5]：對(dui)進水(shui)濁(zhuo)度約50NTU，粒徑小于5μm的顆粒在70%以上的高(gao)嶺(ling)土自(zi)配(pei)水(shui)進行不加藥以20m/h濾(lv)速進行直接過濾(lv)，出水(shui)平均(jun)濁(zhuo)度1NTU，10μm以上的顆粒全部去(qu)除。
2.4 反沖洗過程
2.4.1 反沖洗規程
彗星(xing)式纖(xian)維(wei)濾(lv)料(liao)(liao)的(de)反沖洗(xi)(xi)(xi)(xi)采(cai)用(yong)氣(qi)-水聯合反沖洗(xi)(xi)(xi)(xi)。經過試驗確定反沖洗(xi)(xi)(xi)(xi)規(gui)程為：先以(yi)反沖洗(xi)(xi)(xi)(xi)水將(jiang)(jiang)濾(lv)床(chuang)托起，使濾(lv)床(chuang)略加膨脹，濾(lv)料(liao)(liao)間孔隙增大，然后(hou)進氣(qi)反洗(xi)(xi)(xi)(xi)，進一步(bu)將(jiang)(jiang)濾(lv)料(liao)(liao)沖散。操作(zuo)條件見(jian)表3。
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2.4.2 試驗(yan)結果
(1) 反沖洗耗水率(lv)
彗星式纖維(wei)濾料過濾器的反沖(chong)洗耗水率(lv)約為1-2%。
(2) 剩余積泥率
反沖洗后(hou)濾(lv)料(liao)(liao)的(de)剩余積(ji)泥(ni)(ni)率0.5-2%。反沖洗后(hou)濾(lv)料(liao)(liao)并不(bu)能恢(hui)復到使(shi)用前的(de)狀態(tai)，但運(yun)行(xing)穩定后(hou)，濾(lv)層內(nei)積(ji)泥(ni)(ni)量(liang)基本(ben)不(bu)變。試(shi)驗中測得彗(hui)星式纖(xian)維濾(lv)料(liao)(liao)反沖洗后(hou)的(de)積(ji)泥(ni)(ni)量(liang)：在(zai)濾(lv)速(su)為(wei)40m/h和80m/h下，剩余積(ji)泥(ni)(ni)率分別為(wei)1.81%和1.08%。
2.5 濾料填裝量
過濾器內濾料(liao)填裝量(liang)的(de)不同會(hui)直接影響過濾性能和反(fan)沖(chong)洗效(xiao)果。
表4為填裝量分(fen)別(bie)為160kg/m2和(he)100 kg/m2下(xia)的(de)進出水(shui)(shui)濁度(du)測(ce)量值(zhi)和(he)水(shui)(shui)頭損(sun)失(shi)值(zhi)。當(dang)繼(ji)續減(jian)少濾(lv)料(liao)填裝量至60kg/m2時，在過(guo)濾(lv)開始約1小時后出水(shui)(shui)濁度(du)迅速(su)升高，說明(ming)濾(lv)料(liao)填裝量不宜在60kg/m2以下(xia)。
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3 分析與討論
3.1 彗(hui)星(xing)式纖維(wei)濾(lv)料與纖維(wei)球濾(lv)料各(ge)項性能指(zhi)標對比(bi)
表(biao)(biao)5為彗星式纖(xian)維濾(lv)(lv)料過濾(lv)(lv)器(qi)與纖(xian)維球濾(lv)(lv)料過濾(lv)(lv)器(qi)的(de)各(ge)項指(zhi)標列(lie)表(biao)(biao)，其中(zhong)纖(xian)維球數據取自文獻(xian)[6] 。
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3.1.1 截污(wu)量
在相同濾速(su)下，彗星式纖維(wei)濾料的單位體(ti)積(ji)截污量大于纖維(wei)球濾料。
與(yu)其他纖維(wei)濾(lv)(lv)(lv)料類似，彗星式纖維(wei)濾(lv)(lv)(lv)料在過濾(lv)(lv)(lv)時，由(you)(you)于水流的(de)壓力，使濾(lv)(lv)(lv)床上(shang)疏下密，孔隙率自上(shang)而下由(you)(you)大至小分布，濾(lv)(lv)(lv)床的(de)納(na)污(wu)能力強。濾(lv)(lv)(lv)速降低，截污(wu)量(liang)和過濾(lv)(lv)(lv)周期均有明顯增(zeng)加。
與其(qi)他纖維(wei)(wei)濾(lv)料(liao)不同的(de)是(shi)，通(tong)過(guo)實驗(yan)室有機玻璃過(guo)濾(lv)器(qi)發現，彗星式纖維(wei)(wei)濾(lv)料(liao)濾(lv)床(chuang)上部(bu)約150-200mm的(de)區域內(nei)，濾(lv)料(liao)層(ceng)疏(shu)松，濃集(ji)懸(xuan)浮物多，增(zeng)加了截留懸(xuan)浮物之間(jian)接觸、碰撞(zhuang)的(de)機會，其(qi)作用類似于澄清池中的(de)懸(xuan)浮區。試驗(yan)發現此區域內(nei)水頭損失也很大，表明整個濾(lv)層(ceng)的(de)利用率增(zeng)大，這(zhe)是(shi)彗星式纖維(wei)(wei)濾(lv)料(liao)濾(lv)床(chuang)納污(wu)量大的(de)一個主要原因。此外由于彗星式濾(lv)料(liao)的(de)特殊(shu)形狀(zhuang)，使得反沖洗效果良好，其(qi)剩余積泥率遠小(xiao)于纖維(wei)(wei)球濾(lv)料(liao)，進而增(zeng)大了濾(lv)床(chuang)截污(wu)量。
3.1.2 濾床(chuang)成(cheng)熟期
深(shen)層過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器在(zai)(zai)反沖洗后(hou)的(de)(de)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)初(chu)期(qi)有一段(duan)水(shui)質不穩定階段(duan)，稱(cheng)(cheng)之為濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床的(de)(de)成熟期(qi)[7]或(huo)初(chu)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)階段(duan)。過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)開始階段(duan)對(dui)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器內(nei)反洗水(shui)置換(huan)速度(du)的(de)(de)大小(xiao)、濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層壓縮(suo)的(de)(de)快慢和濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床橫(heng)向的(de)(de)孔(kong)隙結(jie)構(gou)決定了成熟期(qi)的(de)(de)長短(duan)。較高的(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)速不僅使彗星式纖(xian)維(wei)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層積留的(de)(de)反沖洗水(shui)很快被(bei)置換(huan)出(chu)去，同(tong)時也令濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層迅速壓縮(suo)達到(dao)足夠的(de)(de)致密度(du)；而彗星式纖(xian)維(wei)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)尺度(du)小(xiao)、結(jie)構(gou)不對(dui)稱(cheng)(cheng)等因素，使其濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床的(de)(de)孔(kong)隙結(jie)構(gou)在(zai)(zai)橫(heng)向的(de)(de)均勻性得到(dao)明(ming)顯改善。纖(xian)維(wei)球(qiu)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)的(de)(de)初(chu)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)階段(duan)約為1h，彗星式纖(xian)維(wei)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器在(zai)(zai)20-100m/h的(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)速范(fan)圍內(nei)初(chu)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)時間最(zui)大為3min，出(chu)水(shui)濁(zhuo)度(du)便下降到(dao)1NTU以下。
3.1.3 反(fan)沖洗特(te)點
由表5可(ke)知，相同濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)速和(he)(he)進水(shui)(shui)濁度(du)條件下，纖維(wei)球濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)反(fan)沖洗耗水(shui)(shui)率為(wei)5-8%，而彗星式纖維(wei)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)反(fan)沖洗耗水(shui)(shui)率為(wei)1-2%。反(fan)沖洗時通過過濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器的(de)(de)觀察(cha)窗發現(xian)，濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)被沖散后，單(dan)個濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)在(zai)水(shui)(shui)流(liu)和(he)(he)氣流(liu)的(de)(de)共(gong)同作用下在(zai)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器內運動的(de)(de)同時，由于受(shou)到(dao)彗尾(wei)、彗核密(mi)度(du)差（Δρ≥0.13）及不(bu)對稱結構的(de)(de)影響，彗尾(wei)纖維(wei)散開并(bing)擺動，產生(sheng)較強的(de)(de)甩曳(ye)力，使(shi)附(fu)著的(de)(de)固體顆粒易于脫(tuo)離(li)。其(qi)中彗尾(wei)容易散開是因為(wei)每個濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)所包含的(de)(de)纖維(wei)根數少，一般24股×（24-48）根纖維(wei)單(dan)絲，故反(fan)洗時纖維(wei)絲與絲之(zhi)間相互約束較弱。
3.2 濾床水頭損失
濾(lv)(lv)速增(zeng)大或(huo)進水濁(zhuo)度增(zeng)大，濾(lv)(lv)層總(zong)水頭(tou)損失隨時間增(zeng)長較快。
彗星式濾(lv)料(liao)的(de)總水(shui)(shui)頭損(sun)失與過濾(lv)時間并不呈嚴格的(de)線性關系，因(yin)為除(chu)了(le)濾(lv)速和進水(shui)(shui)濁度(du)增加而引(yin)起(qi)的(de)濾(lv)床阻力增加外，截(jie)污量的(de)增大引(yin)起(qi)濾(lv)床進一步壓縮，濾(lv)床的(de)孔隙率減小，使水(shui)(shui)頭損(sun)失上升。
3.3 濾料填裝量
濾料(liao)填(tian)裝(zhuang)量過少(shao)，會(hui)使(shi)濾床過早(zao)的(de)(de)穿透，出水(shui)濁度值迅速升高，達不(bu)到理想效果(guo)；反之濾料(liao)填(tian)裝(zhuang)量過多，會(hui)產(chan)生不(bu)必(bi)要的(de)(de)水(shui)頭損失，并(bing)且(qie)在相同(tong)的(de)(de)反沖洗條件下，濾料(liao)的(de)(de)流化程度降低，影響(xiang)反沖洗效果(guo)。
3.4 運行實例
彗星式(shi)纖維濾料(liao)過濾器在北京市酒仙橋(qiao)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)廠的“污(wu)泥脫水(shui)(shui)車間中水(shui)(shui)回用”運轉試驗表(biao)明，其對有(you)機物有(you)較強的去除能力。
該工藝為(wei)對二沉池出(chu)水投(tou)加絮(xu)(xu)凝(ning)劑后直接過(guo)濾。過(guo)濾器直徑Ф800mm，濾速40m/h，采(cai)用(yong)氣-水聯合反沖洗，絮(xu)(xu)凝(ning)劑為(wei)聚合氯化鋁，投(tou)加量2-8mg/L。表(biao)6為(wei)各測定項目的平均去(qu)除率情況。
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其中因為進水濁度值很低，故濁度去除率只有86.3%。
4 結論
(1) 水溫在8-17℃之(zhi)間(jian)，彗星式(shi)纖維濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)器的過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)速度為20-100m/h，過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)周期2-16.5h，出水濁度≤1NTU。
(2) 彗星式濾(lv)料(liao)截(jie)污量為15-33 kg/m3（濾(lv)料(liao)）。濾(lv)速降低，截(jie)污量增大。
(3) 初濾階段時(shi)間短，在20-100m/h的濾速范圍內初濾時(shi)間小于3min。
(4) 彗星式(shi)纖維(wei)濾(lv)料(liao)應用于壓力過濾(lv)器的濾(lv)料(liao)填裝量(liang)為60-100kg/m2。
(5) 采(cai)用先以反沖(chong)洗(xi)水將濾床托起，然后進(jin)反沖(chong)洗(xi)空氣進(jin)行反沖(chong)洗(xi)的方法，可實現濾料的充分(fen)清洗(xi)，反沖(chong)洗(xi)耗水率1-2%，剩余(yu)積泥(ni)率0.5-2%。
(6) 彗星式纖維濾料(liao)壓力(li)過濾器用于污水過濾的(de)運行實例表(biao)明，其對有(you)機物有(you)較好(hao)的(de)去除效果(guo)。
參考文獻
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