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束狀纖維濾料和濾池
更新時(shí)間：2013-03-29 13:39 來源:未知 點(diǎn)擊數(shù)：
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(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)自控操作等特點(diǎn)。在幾個(gè)水廠的試驗(yàn)中，進(jìn)行了纖維束濾池和普通石英砂快濾池的并聯(lián)對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)證明，纖維束濾池出水水質(zhì)好，占地面積小，完全滿足飲用水水質(zhì)要求。
［關(guān)鍵詞］束狀纖維；纖維束濾池；水廠；試驗(yàn)
一、束狀纖維濾料：
過濾對(duì)于去除水中懸浮物（SS）、膠體、微生物，是一種快速、經(jīng)濟(jì)、有效的手段，是水處理系統(tǒng)中凈化水質(zhì)不可缺少的環(huán)節(jié)。
石英砂作為過濾的濾料，由于其來源、機(jī)械強(qiáng)度、價(jià)格、化學(xué)穩(wěn)定性等方面的優(yōu)越條件，從而始終占據(jù)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(tuán)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(diǎn)是：
1、它具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，過濾過程中沒有發(fā)生任何溶解于過濾水的現(xiàn)象。
2、它具有比石英砂強(qiáng)度高得多的機(jī)械強(qiáng)度，無論反洗強(qiáng)度多高，它也不會(huì)發(fā)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(qiáng)，其出水水質(zhì)優(yōu)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(jí)，受其形狀所限，再進(jìn)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(diǎn)較難突破，比表面積小，其吸附水中膠體雜質(zhì)的性能弱，再進(jìn)一步提高濾后水質(zhì)就較難。束狀纖維濾料突破了粒狀濾粒的粒徑不能進(jìn)一步縮小的限制，使濾料的直徑達(dá)到了μm級(jí)，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(dá)到10600m2/m3，增加了水中懸浮固體與濾料的接觸機(jī)會(huì)和濾料的吸附能力，從而提高了濾后水質(zhì)。這不僅在于進(jìn)一步降低水的濁度，而且水中有機(jī)物、細(xì)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(xì)菌、病毒等在失去渾濁物的保護(hù)或依附時(shí)，在濾后消毒過程中也將容易被滅殺，這就為濾后消毒創(chuàng)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�？紫洞�，截污容量大，工作周期長。石英砂濾料的粒徑為0.5—1.0mm時(shí)，未經(jīng)過處理的水，其截污能力為0.5—1.0kg/m3，經(jīng)石灰處理的水，其截污能力為0.5—2.0kg/m3，對(duì)于經(jīng)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�？紫堵蚀蟛坏梢蕴岣呓匚廴萘�，而且可以在并沒有提高過濾阻力的同時(shí)，提高了過濾速度。
纖維的弱點(diǎn)是在高溫下產(chǎn)生老化，光、熱穩(wěn)定性差，一般使用溫度不要超過90℃，而我們?cè)跒V池里的束狀纖維濾料使用溫度一般不會(huì)超過50℃，且又無陽光直接照射，正所謂揚(yáng)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(jīng)常填補(bǔ)和定期以新?lián)Q舊的麻煩，可大大減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度和減少停水檢修的時(shí)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?zhèn)鹘y(tǒng)的粒狀濾料，開始應(yīng)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(tǒng)觀念，開創(chuàng)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(chǎn)性試驗(yàn)，都取得了預(yù)期的效果，現(xiàn)在已正式投入了某些水廠的生產(chǎn)運(yùn)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(dòng)孔板在沖洗排水槽之下。過濾時(shí)借助于水流過濾料所產(chǎn)生的水頭損失使上面一塊活動(dòng)孔板下移，使束狀纖維處于壓實(shí)狀態(tài)，有利于提高水質(zhì)；反洗時(shí)，借助于氣、水的動(dòng)能使上面一塊活動(dòng)孔板上移，使束狀纖維濾料處于松散狀態(tài)，有利于清洗。實(shí)現(xiàn)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(xì)；
2、 其次是粗細(xì)保持均勻；
3、 上細(xì)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(dá)到極限狀態(tài)，它的不均勻系數(shù)等于1，是任何均粒濾料望塵莫及的；它可以非常方便地實(shí)現(xiàn)第一種情況，用二種不同直徑的纖維束連接起來，實(shí)現(xiàn)上粗下細(xì)的濾層分布，且管理與單層濾料一樣簡(jiǎn)單、方便。即使用單一規(guī)格的纖維濾料，在過濾過程中，由于水流經(jīng)過濾層產(chǎn)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(yàn)我們發(fā)現(xiàn)：纖維束濾料吸附能力強(qiáng)不僅體現(xiàn)在比表面積大上，而且當(dāng)水中顆粒遷移到濾料表面上時(shí)，則在范德華引力和靜電力相互作用下，以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)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(zhì)，但卻帶來了反沖洗的困難，即單獨(dú)用水反沖洗，即使用高強(qiáng)度反沖洗水也很難洗凈濾料，這樣做是不經(jīng)濟(jì)，也是不可能的。這是一個(gè)矛盾的兩個(gè)方面，即吸附能力強(qiáng)，反沖洗能力也要強(qiáng)。由此我們認(rèn)為：只有用氣、水聯(lián)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(chǎn)運(yùn)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(shí)反沖，再用水反沖；
3、 先用空氣反沖，再用氣、水同時(shí)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(shí)間長，沖洗效果也不如后兩種方法。
我們現(xiàn)在采用的反沖洗強(qiáng)度原則是高強(qiáng)度氣沖和中、低強(qiáng)度水沖相結(jié)合。一般氣沖強(qiáng)度（包括單獨(dú)氣沖和氣、水同時(shí)反沖時(shí)的氣沖強(qiáng)度）在20—30L/m2·s之間；水沖強(qiáng)度在10 L/m2·s以下，總的反沖時(shí)間是15min左右。我們采用第三種反沖操作方法，氣沖強(qiáng)度27L/m2·s，沖洗時(shí)間4min；氣、水同時(shí)反沖時(shí)，氣沖強(qiáng)度不變，水沖強(qiáng)度10 L/m2·s，沖洗時(shí)間4min；最后水沖強(qiáng)度仍為10 L/m2·s，沖洗時(shí)間為6min，總的反沖時(shí)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(shí)的水頭損失較小，起始水頭損失一般在20—30cm左右，終止時(shí)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(gè)水廠用重力式纖維束濾池和普通石英砂快濾池做了并聯(lián)對(duì)比試驗(yàn)。在這期間既經(jīng)過了東北地區(qū)低溫低濁的冬季，也經(jīng)過了松花江的渾水期；既有經(jīng)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(zhì)都明顯優(yōu)于后者的濾后水質(zhì)，可見該濾料對(duì)提高水質(zhì)有明顯效果。
表一、是在吉林某水廠進(jìn)行的不加混凝劑的過濾試驗(yàn)。
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表一 砂濾池、纖維束濾池并聯(lián)檢測(cè)記錄
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時(shí) 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
|
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4、10
|
17
|
13
|
6
|
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4、18
|
15
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9
|
6
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表二、是在吉林某水廠冬季進(jìn)行的低溫低濁試驗(yàn)，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(lián)檢測(cè)記錄
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時(shí)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
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PH
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色 度
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濁 度
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溫 度
|
PH
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色 度
|
濁 度
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溫 度
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PH
|
色 度
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水頭損失
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12、11
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3.3
|
6
|
7
|
21-20
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2.5-1.9
|
6
|
6.8
|
10
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0.6
|
6
|
6.8
|
10
|
13
|
|
12、12
|
3.2
|
6
|
7
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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
|
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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(jié)論：
重力式纖維濾池由于濾后水質(zhì)好，而有利于提高人民生活質(zhì)量和提高工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，有利于實(shí)施我國城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步規(guī)劃；由于它的濾速快，可減少水廠占地面積，從而節(jié)約建設(shè)投資；由于纖維濾料的使用壽命較長，至少可達(dá)十多年，可減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，又由于重力式纖維濾池可方便地進(jìn)行自動(dòng)控制，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。
經(jīng)過幾年的試驗(yàn)和生產(chǎn)運(yùn)行，我們認(rèn)為重力式纖維濾池在理論和技術(shù)上是可行的；在經(jīng)濟(jì)效益上是可觀的；在實(shí)際工程中是可用的。
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