陳升權(quán),林自力,李建勇,閆海賀

(秦皇島萊特流體設(shè)備制造有限公司,河北秦皇島 066004）

1 前言

鋼性顆粒狀過濾材料在循環(huán)水系統(tǒng)過濾中做為填料得到廣泛的應(yīng)用，隨著對循環(huán)水質(zhì)的需求的提高，鋼性顆粒狀過濾器的亂層、跑料、過濾精度低、反沖洗難度大、再生效率低等缺點也日漸顯現(xiàn)。隨著高分子合成纖維工業(yè)的發(fā)展,纖維的物理、化學性能也有了很大的提高，可供選擇的特種功能性纖維種類和數(shù)量越來越多。同時,由于廣大科技工作者的努力,不斷革新床層結(jié)構(gòu),促使其容易反洗再生,導(dǎo)致纖維深層過濾器的應(yīng)用日益廣泛。各種形式的柔性纖維濾料應(yīng)用而生，各種結(jié)構(gòu)纖維過濾器技術(shù)的發(fā)展，也越來越多的應(yīng)用在生產(chǎn)實際中。纖維材料構(gòu)成的濾床具有比常規(guī)顆粒過濾材料更大的截污容量和過濾精度。

經(jīng)過特殊技術(shù)及工藝處理過的特種功能柔性纖維材料在具有納污高、過濾精度好的特點的同時還具有疏油性好、便于反洗再生、不易板結(jié)的特殊屬性。

2 雙旋流高效自動反沖洗過濾器工作原理

2.1 纖維過濾器的種類

目前應(yīng)用于工業(yè)水處理的纖維過濾器有很多種，具有代表性的成果有前蘇聯(lián)的濾層高度可調(diào)型纖維過濾器、日本的纖維球過濾器、瑞典的刷形纖維過濾器?、韓國的扭扭舞型過濾器和中國的膠囊式纖維過濾器、無囊式纖維過濾器等?？煞譃椋?/p>

（1）膠囊擠壓式纖維束過濾器

膠囊擠壓式纖維過濾器。將長纖維束懸掛孔板上，裝在過濾設(shè)備中，纖維束下掛重錘，纖維層中安裝數(shù)個軟質(zhì)膠囊，運行時將膠囊充水，橫向擠壓長纖維。使纖維層孔隙率和過濾孔徑由大到小漸變分布。反洗時先排凈膠囊中的水，使長纖維束床層得以疏松。再用氣水聯(lián)合清洗。在掛裝的長纖維濾層中安裝可充、排水的軟質(zhì)膠囊，解決了纖維層的壓實、疏松及纖維流失問題,過濾器結(jié)構(gòu)見圖1。

目前使用中存在的一些問題是設(shè)備較復(fù)雜，除膠囊外，需設(shè)有膠囊充、排水系統(tǒng)及充水計量裝置；使推廣使用受到限制。

主要存在問題有以下幾個方面：

圖1 過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

a、由于膠囊經(jīng)常頻繁的充水、排水而導(dǎo)致破裂需經(jīng)常更換。

b、由于膠囊的阻隔，減小了有效的過濾面積，使過濾器的流量減小，達不到設(shè)計流量。

具體見表1 所示。

表1 膠囊擠壓式纖維束過濾有關(guān)參數(shù)

c、由于膠囊的阻隔，使得過濾器得不到徹底的反洗，纖維濾層內(nèi)積 泥嚴重，濾料老化，過濾器的過濾、吸附能力下降，出水水質(zhì)下降。

（2）無囊式纖維束過濾器(又稱雙孔板式纖維束過濾器)

無囊式纖維束過濾器將纖維束縱向有序地固定在上下兩塊孔板之間，其中一塊孔板可以在設(shè)備內(nèi)部上、下運動，是活動孔板；另一塊是固定孔板.根據(jù)水流方向?qū)⒃撨^濾器分為下向流和上向流兩種類型。圖2 所示的是下向流式，即上孔板是活動孔板，下孔板是固定孔板，其工作原理是利用水流壓力使纖維濾料層呈壓實狀態(tài)，過濾時水流自上而下推動上孔板(活動板)落下，壓實纖維束見圖3，反沖洗時在反向力的作用下與過濾時反向運動，水流由下而上托起活動孔板，拉直纖維束，使濾料層疏松，配合壓縮空氣在氣--水的聯(lián)合反沖洗作用下使截留在纖維濾料層中的懸浮物得以清除。雙孔板式纖維過濾器結(jié)構(gòu)簡單，有效過濾面積較膠囊式的有所提高，是一種新型的纖維過濾裝置。

圖2 無囊式纖維束過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 無囊式纖維束過濾器過濾狀態(tài)示意圖

該過濾器在使用中存在的問題主要有以下幾個方面：

a、過濾時容易出現(xiàn)偏流、壁流的間題，出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，水流擊穿濾層，使出水的水質(zhì)質(zhì)量得不到保證。

b、活動板的壓緊裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作難度大。

c、纖維床層一般較薄，過濾性能不穩(wěn)定，故容易形成表面過濾，截污量小，影響過濾流量。

（3）自壓式纖維球過濾器

纖維球過濾器是在容器內(nèi)填裝纖維球濾料形成濾床，纖維球濾料是由直徑為30～40 μm 的纖維絲制成的球體，由于纖維球個體較疏松，在濾料床層中纖維球之間的纖維絲可以實現(xiàn)相互穿插，此時纖維球的個體特征已不重要，濾料床層形成了一個整體。床層中纖維球受到的壓力為過濾水流的流體阻力、纖維球自身的重力以及截留懸浮物的重力之和(如果水流從上至下通過濾料層，該壓力在濾料層中沿水流方向是依次遞增的。

所謂自壓，是指不依靠其他裝置，僅靠水流阻力、纖維球自身的重力以及截留懸浮物的重力之和對纖維層的壓縮。當水流自上而下通過濾層時，濾層承受向下的縱向壓力且越往下纖維所受的向下壓力越大。因纖維球其備一定彈性，在壓力作用下濾料層孔隙率和過濾孔徑由大到小漸變分布，濾料的比表面積由小到大漸變分布。這樣就達到了過濾效率由低到高遞增的理想過濾方式，直徑較大、容易濾除的懸浮物可被上層濾層截留，直徑較小、不易濾除的懸浮物可被中層下層濾層截留。在整個濾層中，機械篩分和接觸絮凝作用都得到充分發(fā)揮，從而實現(xiàn)較高的濾速、截污容量和較好的出水水質(zhì)。纖維球過濾污水的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)表明，當運行流速在40 m/h 時，運行流速和截污容量均是砂濾池的數(shù)倍，出水濁度明顯好于砂濾池。

普通纖維球過濾器存在的不足是：因纖維球表面未經(jīng)化學處理，具有憎水親油的特性，所以靠近球中心部位截留的雜質(zhì)難以徹底清除，且設(shè)備本體反沖洗結(jié)構(gòu)不合理，效果也不理想，

（3）雙旋流高效自動反沖洗過濾器

雙旋流高效自動反沖洗過濾器是一種自壓式纖維球過濾器，見圖4。

圖4 雙旋流高效自動反沖洗過濾器

在保持了一般自壓式纖維球過濾器優(yōu)點的同時，獨特的反沖洗方式使他對纖維濾料的剪切力和碰撞摩擦力同時發(fā)生，通過適當調(diào)節(jié)反沖水流和氣流的強弱，對剪切力和碰撞摩擦力進行調(diào)節(jié)。模擬人工對濾料反復(fù)揉搓，特種纖維球濾料具有親水憎油的特性，使得反洗更加的徹底有效。

特點：

A、徑向無極變速的反沖洗模式

為實現(xiàn)上述目的，雙旋流高效自動反沖洗過濾器在其圓形筒體壁上，設(shè)計了上下兩個反沖洗流體環(huán)形分配器，在其內(nèi)部的圓形筒壁的切線方向上，設(shè)計有多個特殊孔型的射流孔，這兩個環(huán)形分配器內(nèi)的射流孔的方向相反，當反沖洗的水流或氣流交替反沖洗時，如上面一個環(huán)形分配器處的水流（氣流）帶動纖維球濾料順時針旋轉(zhuǎn)，下面的環(huán)形分配器處的水流（氣流）帶動纖維球濾料就會逆時針旋轉(zhuǎn)，這兩個旋向不同的水流（氣流）的結(jié)合處就會產(chǎn)生巨大的剪切力或碰撞力對纖維球濾料進行反復(fù)揉搓，達到徹底、有效地清洗纖維球濾料的作用。

當調(diào)整水流（氣流）的壓力時，這兩個旋向不同的水流（氣流）的旋轉(zhuǎn)速度相應(yīng)也會發(fā)生變化，剪切力或碰撞力也隨之產(chǎn)生變化，能夠?qū)崿F(xiàn)獨創(chuàng)的徑向無極變速的反沖洗模式。這樣就避免了一般填料式過濾器在反沖洗時濾料只能隨水流（氣流）同時流動，剪切力或碰撞力只能依靠濾料自重而產(chǎn)生的微動力，清洗效果不徹底，且清洗周期長，費時、費水。也避免了一般機械攪拌式清洗時，機械裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗大，濾料易損壞的弊病。

B、迷宮均流式軸向反沖洗模式

另外，雙旋流高效自動反沖洗過濾器在過濾器的底部還設(shè)計了迷宮式均流軸向反沖洗裝置。該清洗裝置將過濾器底部軸向分為若干個清洗區(qū)域，使反洗水流（氣流）均勻的分配到每一個清洗區(qū)域，使每一個反洗區(qū)域的流量、壓力相等。在過濾器實現(xiàn)過濾方向的軸向清洗時，保證過濾器整體均勻的清洗。避免了一般過濾器底部反沖洗進氣（進水）為一個容室，一旦濾料層的某個部位先于其他部位松動、膨脹，造成泄壓，其他的濾料就無法實現(xiàn)有效地反沖洗，造成反洗短路，形成反洗失敗。

雙旋流高效自動反沖洗過濾器在反沖洗操作時，徑向反沖洗和軸向反沖洗在自動控制器的控制下，交替進行。有效、徹底的對濾料進行清洗，保證了濾料再生。

C、先進的纖維改性技術(shù)

一般的纖維濾料的改性處理，常采用的簡單工藝，及藥液浸泡或藥液浸泡加培烘的工藝，致使藥液不能進入纖維濾料內(nèi)部，只是在濾料表面附著，所以，用該種工藝處理的濾料壽命短。

特種纖維濾料制作工藝是目前專有技術(shù)，它是經(jīng)過無數(shù)次實驗研發(fā)出的一種獨特復(fù)雜工藝。

加工工藝:清洗處理—高溫藥劑浸泡—常溫真空浸潤—中高溫蒸烤—冷卻整理等過程。

經(jīng)過該種工藝處理的纖維濾料，藥液能夠在高溫高壓狀態(tài)下，進入分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部，長期、有效地發(fā)揮親水憎油的效果，對油及懸浮物吸附能力強，反洗再生能力好，即使在原油中長時間浸泡，也能利用常溫水在短時間內(nèi)清洗干凈的特點。

3 雙旋流高效自動反沖洗過濾器應(yīng)用效果

3.1 雙旋流高效自動反沖洗過濾器與普通過濾器性能對比

（1）雙旋流高效自動反沖洗過濾器的濾速大，周期長，解決了傳統(tǒng)石英砂過濾器濾速和周期的矛盾，試驗中的纖維過濾最高濾速可達55 m/h 以上，是傳統(tǒng)砂濾器的3 倍以上。一臺纖維過濾器的處理流量是傳統(tǒng)砂濾器的2.5 倍。

（2）雙旋流高效自動反沖洗過濾器的出水水質(zhì)好，優(yōu)于傳統(tǒng)砂濾器，在各種濾速下周期出水濁度均穩(wěn)定在0.2 NTU 左右。

（3）纖維過濾器截污量大，經(jīng)計算可達17～35 kg/m3，是普通砂濾器的3 倍以上。

（4）與普通砂濾器相比纖維過濾器分區(qū)反沖洗更徹底，反洗耗水率低，運行費用低，性價比高，保證了過濾器長期穩(wěn)定的運行。

（5）經(jīng)過特殊處理后的獨特功能纖維過濾器對不良水質(zhì)的適用范圍更寬，對含油污水的處理更有其獨特性。

3.2 雙旋流高效自動反沖洗過濾器與普通過濾器參數(shù)對比

對比參數(shù)見表2。

表2 雙旋流高效自動反沖洗過濾器與普通過濾器參數(shù)對比

4 實例

雙旋流高效自動反沖洗過濾器在宣鋼、承鋼等十幾個含油污水循環(huán)系統(tǒng)中已經(jīng)大量投入使用，經(jīng)檢測，當過濾器進水SS(懸浮物)在80～90 mg/L 時，出水的SS(懸浮物)在8～9 mg/L 之間。當過濾器進水油含量在25～30 mg/L 時，出水的油含量在3～5 mg/L 之間。

5 結(jié)論

雙旋流高效自動反沖洗過濾器 是一種新型高效過濾設(shè)備，除具有普通纖維球過濾器的優(yōu)點外，同時也克服了普通纖維球過濾器的缺點。它是一種高效、高精度、耐油污、截污量大的較為理想的過濾設(shè)備，在冶金、石油、煤化工等含油污水的處理中，有較大的推廣、適用價值。