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纤维滤料在水处理方面的应用研究

  • 去除细菌:试验表明,长纤维过滤器对进水温度为0-15℃,pH值为7-8.5、色度小于5度、浊度在7-14NTU的水质进行处理后,过滤效果稳定,出水水质好。长纤维过滤器对细菌、总大肠菌群的去除率接近100%,纤维球过滤出水细菌总数小于4个/100mL,总大肠菌群未检出。在9-55m/h的各种滤速下均可使初滤水浊度在1min内降至0.5NTU以下,并且在过滤周期内滤出水浊度可稳定在0.2NTU以下,包括化学和卫生学指标在内的其他各项水质指标均优于《生活饮用水卫生规范》的要求。除浊度和卫生学指标外,长纤维过滤器在化学水质指标方面的去除率也较好。试验结果表明,长纤维过滤器对氨氮的去除率不低于80%,对耗氧量的去除率可达50%,均优于石英砂滤料滤池。
  • 去除浊度:对浊度在1.8--2.6NTU、平均浊度是2.22NTU的黄浦江一支流水源水进行常规工艺处理,在澄清池后分别采用纤维球滤料滤池和均质滤料滤池进行对比过滤试验,设计处理水量都为4m3/h。试验结果表明,纤维滤池的出水浊度最低可达0.08NTU,最高为0.18NTU,平均是0.123NTU。均质滤料滤池的出水浊度最低0.19NTU,最高0.26NTU,平均0.221NTU。而实际生产中普通快滤池出水浊度的平均值是0.418NTU,对浊度的去除效果是三种滤池中最差的。纤维滤料滤池与普通快滤池相比滤速提高了2.3倍,而出水浊度下降了70%。均质滤料滤池与普通快滤池相比,滤速提高了0.3倍,出水浊度下降了47%。这说明新型的均质滤料过滤技术及纤维束过滤技术均优于单层石英砂级配滤料普通快滤池过滤技术。另外,纤维束滤料过滤比均质滤料过滤具有更高的过滤精度、过滤速度和截污能力,可以将过滤速度提高两倍以上,而将出水浊度降低70%,过滤效果较为显著。
  • 陈国锋等于2006年11-12月对某石化水厂澄清池出水也分别采用纤维滤料滤池和均质滤料滤池进行过滤的中试研究,原水浊度在1.0-2.ONTU,处理水量均为100m3/h,其中砂滤池的设计滤速为8m/h,水反冲洗强度为1OL/(s·m2),气反冲洗强度为16L/(s·m2);纤维滤料滤池的滤速为16m/h,其中气反冲洗强度为80L/(s·m2),水反冲洗强度为8L/(s·m2)。试验结果表明,出水浊度相近时,纤维滤料滤池滤速是均质滤料滤池的2.5倍,即纤维滤料滤池的平均滤速和纳污量均远大于均质滤料滤池。另外,当纤维滤料滤池滤速为16m/L时,出水浊度低于0.1NTU,均质滤料滤池滤速为8m/h时,出水浊度在0.1NTU以上。有时能达到0.2NTU。即纤维滤料滤池的出水水质远好于均质滤料滤池的出水水质。试验结果还表明,纤维滤料滤池在初始滤速为16m/h时可使初滤水在6min内降至0.2NTU以下,且在过滤周期内滤出水浊度均稳定在0.1NTU以下,说明纤维滤料滤池的过滤稳定性好,而均质滤料滤池在初始滤速为8m/h时,初滤水浊度和周期内出水浊度都不及纤维滤池。这是由于纤维滤料易于压缩,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。
  • 实践表明,当城市二级生化处理出水达标时,经投药后的直接过滤出水可满足一般回用水的要求。直接过滤工艺是在20世纪50年代初首先由美国的Pitnian和Conloy创造,与传统过滤相比,直接过滤工艺中没有沉淀设备,因而可节省基建投资,但滤床容易堵塞,过滤周期也会相对较短。解决此问题的关键在于选择比表面积大、截污容量大的纤维滤料来进行过滤处理。此外,根据过滤进水的不同特点,直接过滤又分为微絮凝过滤和接触过滤,在处理20-10ONTU的中浊度原水时,采用纤维滤料进行微絮凝过滤的效果优于接触过滤。贾国正等用纤维束滤料进行直接过滤微絮凝原水的试验研究表明,纤维束滤料直接过滤浊度为20-40NTU的原水时,过滤效率高,对浊度的去除率90%以上。纤维束过滤过程中,整个床层都发挥了作用,属于深层滤床过滤。在20-30m/h的滤速范围内,进水浊度为20-40NTU时,纤维束滤料直接过滤的运行工况稳定,即使采用30m/h的滤速,仍然有2-4h的过滤周期。纤维束微絮凝直接过滤过程中水头损失小,周期出水浊度在3NTU以下,满足过滤出水要求。纤维束滤料的截污能力很强,试验中截污量高达7.8-9.2kg/m3滤料,滤速增加,滤层截污量减小,但进水浊度增大,滤料层截污量变化不大。
  • 武汉石化供水车间对单间过滤面积为4.5m*4.5m的虹吸滤池(共10间)采用聚丙烯纤维束状滤料代替传统单层石英砂滤料进行改造,解决了原来石英砂滤料滤池在运行中存在反冲洗水头小、冲洗不彻底、滤料易板结、滤孔易被石英砂堵塞等问题。并增加多孔板配水系统和空气反冲洗,原设计处理水量为200t/h,改造后处理水量达400t/h,使滤前浊度为3-5NTU的水过滤后出水浊度≤1NTU,过滤周期不小于24h,滤速高达20m/h。改造前石英砂虹吸滤池仅用水反冲洗,耗时约11min,改造后气水同时反冲洗耗时仅用7min,其中反冲洗时间约3min,耗时为原来的64%。改造前反冲洗用水量为138.2t,改造后反冲洗用水量为87.5t,即改造后可节约用水36.7%。因此,用纤维束滤料代替石英砂滤料的虹吸游池具有过滤效率高、滤速快、截污量大、制水率高的特点,在提高过滤水量、保证出水水质的同时,还可以节约反冲洗用水。付万军等也介绍了吉林某热电厂将原有一座12格的石英砂滤料虹吸滤池,单格面积为3.Om*3.5m,改造为纤维束滤料滤池。原滤速为7-8m/h,最高为10m/h,改造后滤速为20-30m/h;与石英砂滤料滤池相比,改造以后的出水量可提高2-3倍,提高了产水量,原来单池的出水量为720m3/d,现在出水量为1500m3/d,提高了1倍多;除浊效果也有了很大改善,浊度<12NTU的原水经过充分混凝后过滤出水蚀度<1.ONTU,原水度<5NTU时,出水浊度<0.5NTU,并且对藻类、有机物、胶体等有明显的去除。水反冲洗强度为10-12L/(m2·s),水反冲洗时间为5-7min,气洗强度为6L/(m2·s),气洗时间为3-5min,自用耗水过低,仅为周期产水量的1%-3%,制水率由原来的97.4%提高到了99.2%。截污容量高(6.10kg/m3),纤维滤料使用寿命长达10年以上而且无任何流失。
  • 去除地下水中的铁:地下水除铁最常用的方法是采用接触氧化工艺,用锰砂、石英砂及无烟煤滤料等硬质滤料为活性铁质滤膜的载体,运行经验成熟。效果也不错,但存在过滤速度较低、反冲洗强度不易控制等问题。而软性纤维滤料由于其具有巨大的比表面积,吸附及截留能力强,滤料密实程度可以随过滤及反冲洗的需要进行调整,克服了硬质滤料在除铁过程中的不足。彭永臻等采用胶囊式纤维过滤器对松花江流域地下水中铁的去除进行了中试研究,该水源中Fe2+的浓度最高达11.6mg/L,过滤器处理规模为1.5m3/h。在过滤器内填装细长丙纶纤维丝,纤维丝直径20um,长度为1.2m。试验发现,纤维滤料除铁的成熟期短,随着运行天数的增加,出水中含铁量逐渐下降,仅14天后达标(不超过0.3mg/L),并且出水水质稳定,表明纤维滤料的除铁滤膜已成熟。除铁效果好,以过滤水头损失达到0.2MPa为过滤终点,逐渐提高过滤速度,当过滤速度达到20m/h时,除铁效果良好,过滤周期较长,长达16-20h。
    总之,用纤维滤料除铁时具有成熟期短、除铁效率高的特点。在过滤速度为20m/h时能将原水中Fe2+从11.6mg/L去除至0.3mg/L以下。并且发现原水中的三价铁是影响出水水质的重要因素,应减少曝气后停留时间及控制曝气量来减少滤前水中三价铁的含量。
  • 中水处理:济南市水质净化二厂处理规模为20*104t/d,该厂采用的氧化沟工艺具备除磷脱氮功能,出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)二级标准,出水中的悬浮物及浊度指标较低且水质稳定,为中水利用创造了有利条件。根据微絮凝原理,可省去絮凝反应池及沉淀池,原水经加药混合后直接进行过滤,而过滤技术的选择首先应以保证滤后的水质指标为前提,以提高过滤速度、增加周期产水量和截泥量减少基建投资与运行费用为宗旨。滤池中的滤料是承担过滤功能的主要部分,其质量的好坏直接决定着出水水质。目前以纤维球、纤维束为主的可压缩软性滤料具有过滤速度高、截泥量大的特点。有较为广泛的应用。纤维球滤料与纤维束滤料相比,前者的初期运行效果较好,但随着运行时间的增长,在反冲洗过程中,纤维球滤料很难冲洗干净,滤料更换频繁,这样其运行费用增高。纤维束滤料使用寿命较长,技术可靠。确定过滤环节采用压力式滤池,滤料选用纤维束材料,其工艺流程见图3-6。运行后效果稳定,2004年6月15日--8月11日连续两个月对出水水质进行化验分析,发现出水水质稳定,出水各项指标均达到生活杂用水水质标准。

  • 去除有机物:从纤维滤料滤池和均质滤料滤池出水CODmn的去除效果比较可看出,纤维滤料滤池和均质滤料滤池对有机物的去除都很少。这主要是因为过滤只能去除附着在悬浮颗粒上的有机物,对溶解性有机物的去除效果较差,而悬浮颗粒在澄清池中已得到较大的去除,故过滤过程对有机物的去除效果较差。
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