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纤维球滤料过滤的特点

  • 可以将纤维球滤料过滤的特点归纳如下。
  • 纤维滤料比表面积大,纤维过滤介质由直径为20-50μm的纤维丝构成,其有较大的比表面积,纤维球滤料的比表面积在104m2/m3滤料以上,而传统石英砂滤料的比表面积仅在300m2/m3滤料左右。
  • 纤维滤料层孔隙率大,由纤维球滤料构成的滤料层有较大的孔隙率,如纤维球滤料层的孔隙率在95%左右,而传统石英砂滤料层的孔隙率仅在40%左右。
  • 纤维滤料过滤速度高,水头损失增加速率慢,纤维球滤料构成的滤料层孔隙率大,阻力小,易于实现深层过滤,其过滤速度可高达30-50m/h,当过滤速度>50m/h时,设备仍能正常运行,而传统石英砂滤料构成的滤料层阻力很大,过滤速度为8-10m/h,如加大流速,则易引起穿透。当进出水浊度相近时纤维球滤料滤池的过滤速度是均质石英砂滤池过滤速度的2.5倍。在相同滤速下,随着过滤时间的延长,石英砂滤料滤池总水头损失的增大速率远远超过纤维滤料滤池总水头损失的增大速率。分析认为,纤维滤料过滤时水头损失增加的原因主要是过滤过程中滤料的压缩和悬浮物的不断截留,二者均使滤料孔隙率减小,水头损失增大。当滤料压缩到一定程度时,悬浮物的截留对阻力的增加起主要作用。而石英砂滤料滤池过滤时水头损失的增加主要是由悬浮物的截留所引起。过滤速度较大时,滤料单位时间内截留的悬浮物最较大,因此过滤水头损失增加速率也较大。在相同的过滤速度下,用纤维滤料过滤之所以水头损失的增加速率较石英砂滤料过滤时缓慢,是因为过滤过程中合理的滤料层结构使深层过滤得以实现,从而降低了水头损失的增加速率。而传统的石英砂过滤则恰恰相反,滤料经反冲洗后由于水力分级使孔隙率自上而下从小到大分布。使过滤后悬浮物在滤料表面大量截留,表层过滤阻力迅速增加。
  • 纤维球滤料过滤周期长,纤维滤料过滤周期长,即使原水悬浮物很高,微絮凝过滤的周期仍可达15h左右,而石英砂滤料微絮凝过滤的周期只有3h左右,已不符合生产需要;在进水浊度为7--14NTU时,长纤维过滤器在9-55m/h较宽的初始滤速范围内均可达到50h以_上的过滤周期,低速过滤时的最长过滤周期可达100h以上,且在过滤周期内的出水浊度均稳定在0.2NTU以下。而石英砂过滤器只有在初始滤速为14.9m/h和6m/h的条件下,才有15h以上的过滤周期,在起始滤速为23m/h和51m/h的条件下,出水浊度始终在0.5NTU以上,超出《生活饮用水卫生规范》要求。这表明普通石英砂滤料滤池只有在较小的过滤速度下才能达到一定的过滤效果和过滤周期。纤维球滤料滤池之所以较普通石英砂滤料滤池在过滤速度和过滤周期等方面其有明显优势,最主要的原因在于滤料及滤料层结构。如纤维滤料上端自由,下端固定,过滤时由水流产生的阻力和滤料层截污后的自重使滤料层上松下紧,孔隙率自上而下由大到小分布,实现了深层过滤,从而达到了过滤速度和过滤周期的统一。
  • 纤维滤料产水量大,截污容量大,截污能力强,当纤维球滤料滤池高速过滤时,周期产水量为普通石英砂滤料滤池的2倍,微絮凝过滤时,滤料层的截污量是石英砂滤料层的4倍左右。过滤速度越低,纤维球过滤周期产水量越大,滤料层截污能力越强。如长纤维过滤器的纳污量可达9--13kg/m3滤料,是普通石英砂滤池纳污量的3-4倍。长纤维滤料巨大的孔隙率和比表面积又使纤维滤料层深层过滤效果更好,纳污量更大。
  • 纤维滤料过滤出水水质好,纤维球过滤出水水质好,如过滤澄清池出水,其浊度已降为1NTU左右,即使过滤加药原水,进行微絮凝过滤,出水ss仍低于5mg/L,能够满足使用要求。试验结果表明,在进水浊度为7-14NTU时,长纤维过滤器在最小9m/h和最大55m/h两种初始滤速条件下均可使初滤水在1min内降至0.5NTU以下,且在过滤周期(50h)内滤出水浊度可稳定在0.2NTU以下,说明纤维过滤器过滤效果稳定,普通石英砂滤料在其较理想的初始滤速9m/h的条件下进行过滤,初滤水浊度和周期内出水浊度均不及纤维过滤。这主要是因为纤维滤料易于压缩,加之纤维滤料的均匀致密性、巨大的比表面积和良好的吸附性能,从而极大地缩短了滤床的成熟期,保证了初滤水在极短的时间内即可满足出水要求。长纤维过滤器合理的滤料层孔隙率分布接近理想的滤料层结构,从而保证了滤出水水质和过滤精度。
  • 纤维滤料自耗水率低,纤维滤料自耗水率低,如纤维球滤料反冲洗水量仅占过滤水量的0.4%-0.6%,而石英砂滤料的反冲洗水量占过滤水量的1%以上,即在过滤相同水量时,纤维球反冲洗用水量仅为石英砂滤料反冲洗水量的1/3左右。纤维球滤料不会随反冲洗水流失。与石英砂滤料过滤相比,纤维球滤料的反冲洗宜采取高强度气水反冲洗方式,反冲洗水强度为8-12L(m2·s),反冲洗气强度为40L/(m2·s)左右,反冲时间为5-7min。而对石英砂滤料,由于滤料易流失的特点,反冲洗气、水强度均不宜过大,反冲洗强度必须控制在12--14L/(m2·s)。在相同的反冲洗时间((5min)内,不同滤速下纤维过滤器过滤的截泥洗出率均比石英砂过滤的高,而周期反冲洗耗水率比石英砂过滤低很多。其原因是纤维滤料的物理特性和合理的结构形式要求反冲洗操作时采用高强度气--水联合的方式,冲洗过程中纤维滤料在水流作用下得以充分舒展,在气流作用下剧烈摆动,因而截留的悬浮物能迅速和最大限度地脱离滤料被水带出。与纤维滤料相比,粒状石英砂滤料流态化性能较强,不宜采用较大的气--水强度进行反冲洗,否则会造成滤料的大量流失。总之,石英砂滤料反冲洗效果不及纤维滤料彻底且反冲洗耗水率较高。纤维球滤料粒径较大,滤料层顶部的多孔板能有效防止滤料的散失。因此,纤维过滤器反冲洗操作方便可靠,冲洗耗水率低。
  • 纤维过滤器占地面积小,总体来说,纤维过滤器占地面积小。如纤维球过滤设施的占地面积仅为普通石英砂滤料滤池的1/5左右,小型水厂如果采用纤维球过滤设施,其投资可以节省50%以上,大型水厂采用纤维球过滤工艺投资将显著降低。
  • 纤维滤料使用寿命长,纤维滤元(纤维束)经久耐用,使用寿命不低于15年。纤维束过滤技术可以代替传统的石英砂过滤技术,既可设计成各种重力式滤池形式,也可以制作成压力式滤罐。当选用无毒的纯聚丙烯纤维为滤元时,既可以将其用于工业用水处理,也可以用于生活饮用水理。
  • 纤维球滤料的膨化度影响过滤效果,纤维膨化与否及膨化度对过滤精度、周期、截污容量等过滤效果有较大的影响,随膨化度的上升,其过滤周期延长,制水量增多,截污能力提高。由于纤维过滤装置结构特点的制约,选用膨化度为20%的纤维滤料结果最佳。丙纶纤维滤料单丝自然状态下为直线状,表面光滑,黏附性及截留杂质能力较差,经膨化处理后的纤维单丝变得柔软、表面粗糙,自然状态弯曲,多丝成束后膨松易于压实,滤料层空隙均匀,吸附截留杂质的能力显著提高。纤维滤料层为柔性丝状材料,密度较小,便于以各种结构状态构成过滤介质,以适应过滤工艺的需要。
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