束狀纖維濾料和濾池
更新時間：2013-03-29 13:39 來源:未知 點擊數：
束狀纖維濾料和濾池
［摘要］束狀纖維濾料是一種用高分子纖維制成的新型束狀濾料。高效纖維過濾池（器）具有占地面積小，操作簡便，易實現自控操作等特點。在幾個水廠的試驗中，進行了纖維束濾池和普通石英砂快濾池的并聯對比試驗，試驗證明，纖維束濾池出水水質好，占地面積小，完全滿足飲用水水質要求。
［關鍵詞］束狀纖維；纖維束濾池；水廠；試驗
一、束狀纖維濾料：
過濾對于去除水中懸浮物（SS）、膠體、微生物，是一種快速、經濟、有效的手段，是水處理系統中凈化水質不可缺少的環節。
石英砂作為過濾的濾料，由于其來源、機械強度、價格、化學穩定性等方面的優越條件，從而始終占據主要地位。
束狀纖維濾料是人工合成纖維，是一種不帶有任何功能基團的高分子纖維材料，它過濾吸附水中的懸浮物以表面物理吸附為主。它具有做為濾料的特點是：
1、它具有足夠的化學穩定性，過濾過程中沒有發生任何溶解于過濾水的現象。
2、它具有比石英砂強度高得多的機械強度，無論反洗強度多高，它也不會發生破損和流失跑料。
3、由于纖維濾料的比表面積大，吸附能力強，其出水水質優于粒狀濾料。
濾料的作用在于具有吸附懸浮物的表面積，目前粒狀濾料的粒徑都是mm級，受其形狀所限，再進一步縮小粒徑是十分困難的。這樣粒狀濾料比表面積小的弱點較難突破，比表面積小，其吸附水中膠體雜質的性能弱，再進一步提高濾后水質就較難。束狀纖維濾料突破了粒狀濾粒的粒徑不能進一步縮小的限制，使濾料的直徑達到了μm級，這樣大大地增加了濾料的比表面積。一般束狀纖維濾料的比表面積是石英砂的1.4倍，達到10600m2/m3，增加了水中懸浮固體與濾料的接觸機會和濾料的吸附能力，從而提高了濾后水質。這不僅在于進一步降低水的濁度，而且水中有機物、細菌乃至病毒等將隨水的濁度降低而被部分去除。至于殘留于濾后水中的細菌、病毒等在失去渾濁物的保護或依附時，在濾后消毒過程中也將容易被滅殺，這就為濾后消毒創造了良好條件。
過濾是借濾料間的孔隙來貯存所截留的懸浮物固體。一般束狀纖維濾料的孔隙率是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，工作周期長。石英砂濾料的粒徑為0.5—1.0mm時，未經過處理的水，其截污能力為0.5—1.0kg/m3，經石灰處理的水，其截污能力為0.5—2.0kg/m3，對于經混凝處理的水，為2.5—3.0kg/m3；而束狀纖維濾料其截污能力超過了石英砂濾料的一倍以上。孔隙率大不但可以提高截污容量，而且可以在并沒有提高過濾阻力的同時，提高了過濾速度。
纖維的弱點是在高溫下產生老化，光、熱穩定性差，一般使用溫度不要超過90℃，而我們在濾池里的束狀纖維濾料使用溫度一般不會超過50℃，且又無陽光直接照射，正所謂揚長避短。纖維濾料的使用壽命至少在十年以上，這就避免了砂濾料的經常填補和定期以新換舊的麻煩，可大大減輕人們的勞動強度和減少停水檢修的時間。
濾料的比表面積
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粒度（mm）
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孔隙率（cm2/g）
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比表面積（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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束狀纖維
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0.056
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0.85
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780—106
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二、纖維束濾池
從1993年起，用一種全新的軟濾料——束狀纖維代替傳統的粒狀濾料，開始應用在重力式濾池上，突破了重力式濾池中一直使用粒狀濾料的傳統觀念，開創了在重力式濾池中使用束狀濾料的先例。我們先后用束狀纖維濾料在重力式濾池里做了小型、中型和生產性試驗，都取得了預期的效果，現在已正式投入了某些水廠的生產運行。
我們是在普通快濾池里，把束狀纖維濾料懸掛在兩塊多孔板之間。下面一塊多孔板固定在配水干管之上，上面一塊活動孔板在沖洗排水槽之下。過濾時借助于水流過濾料所產生的水頭損失使上面一塊活動孔板下移，使束狀纖維處于壓實狀態，有利于提高水質；反洗時，借助于氣、水的動能使上面一塊活動孔板上移，使束狀纖維濾料處于松散狀態，有利于清洗。實現了束狀纖維濾料的無序裝填過濾和有序裝填反洗的最佳效果。
濾層中濾料粒徑的分布：
1、 最好是上粗下細；
2、 其次是粗細保持均勻；
3、 上細下粗則效果較差。
使用纖維束濾料完全避免了第三種情況，使第三種情況達到極限狀態，它的不均勻系數等于1，是任何均粒濾料望塵莫及的；它可以非常方便地實現第一種情況，用二種不同直徑的纖維束連接起來，實現上粗下細的濾層分布，且管理與單層濾料一樣簡單、方便。即使用單一規格的纖維濾料，在過濾過程中，由于水流經過濾層產生阻力，引起濾層壓縮其空隙沿水流方向逐漸變小，比較符合理想濾料上大下小的孔隙分布，屬于深度過濾，有利于提高截污容量和延長工作周期，從而也就降低了自耗水量，其自耗水率不大于0.5%。
通過大量試驗我們發現：纖維束濾料吸附能力強不僅體現在比表面積大上，而且當水中顆粒遷移到濾料表面上時，則在范德華引力和靜電力相互作用下，以及某些化學鍵和某些特殊的化學吸附力下，懸浮固體與纖維束濾料的粘附力大于其與石英砂的粘附力。這樣雖然有利于提高濾速和提高水質，但卻帶來了反沖洗的困難，即單獨用水反沖洗，即使用高強度反沖洗水也很難洗凈濾料，這樣做是不經濟，也是不可能的。這是一個矛盾的兩個方面，即吸附能力強，反沖洗能力也要強。由此我們認為：只有用氣、水聯合反洗才能使纖維束濾料反洗干凈、再生徹底。在我們已投入生產運行的濾池中我們分別采用了三種不同的氣、水反沖洗操作方式：
1、 先用空氣反沖，再用水反沖；
2、 先用氣、水同時反沖，再用水反沖；
3、 先用空氣反沖，再用氣、水同時反沖，最后再用水反沖。
從反沖洗效果來看，第三種方法最佳，第二種方法效果也很好，但水耗較第三種方法大，第一種方法水耗低，但反沖洗操作時間長，沖洗效果也不如后兩種方法。
我們現在采用的反沖洗強度原則是高強度氣沖和中、低強度水沖相結合。一般氣沖強度（包括單獨氣沖和氣、水同時反沖時的氣沖強度）在20—30L/m2·s之間；水沖強度在10 L/m2·s以下，總的反沖時間是15min左右。我們采用第三種反沖操作方法，氣沖強度27L/m2·s，沖洗時間4min；氣、水同時反沖時，氣沖強度不變，水沖強度10 L/m2·s，沖洗時間4min；最后水沖強度仍為10 L/m2·s，沖洗時間為6min，總的反沖時間為14min。
由于纖維束濾料是粒狀濾料空隙率的1.9倍，所以，過濾時的水頭損失較小，起始水頭損失一般在20—30cm左右，終止時水頭損失一般不超過120cm。過濾速度一般不低于20m/h。
幾年來，我們分別在三個水廠用重力式纖維束濾池和普通石英砂快濾池做了并聯對比試驗。在這期間既經過了東北地區低溫低濁的冬季，也經過了松花江的渾水期；既有經過加藥沉淀的沉后水，也有不加藥直接過濾的原水。無論那種情況，纖維束濾池在保持20 m/h濾速和石英砂濾池在8m/h濾速情況下，其前者的濾后水水質都明顯優于后者的濾后水質，可見該濾料對提高水質有明顯效果。
表一、是在吉林某水廠進行的不加混凝劑的過濾試驗。
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表一 砂濾池、纖維束濾池并聯檢測記錄
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時 間
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沉后水濁度
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砂濾池濁度
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纖維濾池濁度
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4、5
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22
|
10
|
5
|
|
4、10
|
17
|
13
|
6
|
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4、18
|
15
|
9
|
6
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表二、是在吉林某水廠冬季進行的低溫低濁試驗，纖維束濾池流速是20 m/h，石英砂濾池流速是8m/h，混凝劑是硫酸鋁。
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表二 砂濾池、纖維束濾池并聯檢測記錄
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時間
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沉后水
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砂 濾 池
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纖 維 束 濾 池
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濁 度
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溫 度
|
PH
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色 度
|
濁 度
|
溫 度
|
PH
|
色 度
|
濁 度
|
溫 度
|
PH
|
色 度
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水頭損失
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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
|
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12、17
|
2.9
|
4
|
7
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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
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三、 結論：
重力式纖維濾池由于濾后水質好，而有利于提高人民生活質量和提高工業產品的質量，有利于實施我國城市供水行業2000年技術進步規劃；由于它的濾速快，可減少水廠占地面積，從而節約建設投資；由于纖維濾料的使用壽命較長，至少可達十多年，可減輕人們的勞動強度，又由于重力式纖維濾池可方便地進行自動控制，有利于實現生產自動化。
經過幾年的試驗和生產運行，我們認為重力式纖維濾池在理論和技術上是可行的；在經濟效益上是可觀的；在實際工程中是可用的。
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