论纤维过滤技术的新进展——柔性自反馈纤维过滤技术

纤维过滤技术从20世纪80年代在我国开始工业应用以来, 以过滤精度高、滤速快、截污容量大等特点, 成为石英砂等颗粒状滤料过滤器的替代产品, 市场占有率不断扩大。在实际的应用过程中, 研究人员不断改进, 从以纤维球[1]和彗星式[2]纤维滤料等为代表的“自然堆积式”和以胶囊挤压[3]和活动孔板[4]结构等为代表的“有序装填式”两个方向对纤维过滤技术进行了发展和探索。特别是近年来, 研究人员从理论上大胆创新, 结合两类纤维过滤器的技术优势, 从纤维本身的特性出发, 通过深入的理论分析和试验研究, 在选择最适宜用作滤料的纤维和最佳膨化工艺基础上, 设计出过滤效果好, 又有利于反洗的设备结构, 在解决纤维滤料过滤精度高而清洗困难的技术难题的同时, 实现纤维过滤装置的自反馈运行, 同时达到了设备结构简单、操作方便、基本免维护的理想效果, 形成了柔性自反馈纤维过滤技术。

1 自然堆积式短纤维过滤器

所谓“自然堆积式”纤维过滤器, 是指床型结构类同于颗粒床, 仅是以纤维滤料代替了颗粒滤料。目前, 主要的自然堆积式纤维过滤器有:纤维球过滤器、彗星式纤维过滤器。

纤维球过滤器过滤精度高, 截污量大3~10kg/m3, 过滤周期长, 短路、偏流现象少。纤维球滤料的不足之处在于:反冲洗时, 滤芯密实处积泥难以冲洗掉, 这部分残存积泥一方面使纤维球截污能力降低另一方面在再次过滤时因滤料受压释放而影响出水水质, 滤料使用寿命较短, 造价较高。

彗星式纤维过滤器因过滤材料外形近似于“彗星”而得名, 滤速最高可达50m/h反冲洗性能得到较大的改善。彗星式纤维滤料在使用过程中存在的主要问题有:反洗采用机械搅拌, 容易使滤料破坏, 如采取大强度气水合洗则滤料易流失。

2 有序装填的长纤维过滤器

有序装填的长纤维滤料采用丙纶长丝作为滤料, 设备内装有限制滤料位置的结构。由于大幅提高了反洗气、水对纤维滤料的作用力, 所以反洗效果好。比较典型的有:胶囊挤压式纤维过滤器、活动孔板式纤维过滤器等。

胶囊挤压式纤维过滤器是较早成功地用于我国工程界的一种纤维束过滤器。因滤速快、反洗彻底、精度可调, 在上世纪九十年代得到广泛推广。该型过滤器在长期应用中显露出胶囊易疲劳损坏, 检修量大, 操作较复杂, 胶囊充填在滤层中降低了滤床的有效过滤面积等不足之处。

活动孔板式纤维过滤器取消了胶囊, 增大了截污能力, 操作简单, 滤速高。该型过滤器的主要不足有:带逆止阀和导柱的滑动孔板易出现卡塞现象, 影响稳定运行。如采用单层不锈钢孔板, 由于孔板有一定重量, 采用下进水方式过滤时, 滤液流经滑动孔板时的水头损失对滑板的推力较小, 因此对纤维层的压缩作用是有限的;如采用上进水方式过滤, 反洗时, 活动孔板的位移幅度又不足以充分拉伸纤维束, 难以达到最佳的清洗效果。

3 柔性自反馈纤维过滤器理论依据、结构特点与性能优势

通过对上述纤维过滤技术的理论分析和大量试验, 研究人员大胆创新, 开发出了独特的柔性自反馈纤维过滤技术。

(1) 依据纤维深层过滤理论, 结合“自然堆积式”和“有序装填式”两类纤维过滤设备各自优势, 柔性自反馈纤维过滤器选用丙纶长丝作为滤料, 采用上端自由的结构及独特的纤维束安装方式, 使过滤时纤维滤床处于接近短纤维自然堆积床层的状态, 清洗时又呈现“有序装填式”状态, 有效解决了纤维滤料过滤效果好而清洗困难的矛盾, 既保证了过滤效果和出水水质, 又使反洗效果大为提高。

(2) 滤料为丙纶长丝, 密度小, 底端固定, 上端自由, 纤维密度随水流压差大小变化而变化, 形成柔性自反馈的过滤机制, 过滤精度高, 并避免了短路、偏流现象。

(3) 柔性自反馈纤维过滤技术过滤精度高:水中悬浮物的去除率可接近100%, 经良好混凝处理的原水浊度≤20FTU时, 过滤后出水浊度始终≤2FTU。并对细菌、病毒、大分子有机物等杂质有显著的去除作用;过滤速度快:为30~50m/h, 是传统过滤器过滤速度的3~5倍;截污容量大:为5~10kg/m3 (滤料) , 是传统过滤器截污容量的2~4倍;占地面积小:相同的制水量, 占地仅为传统过滤器的1/3~1/2;自用水耗低:仅为周期制水量的1%~3%;一般情况下可用原水进行反洗;滤元连续使用寿命不少于10年, 不存在跑料、板结等现象。

柔性自反馈纤维过滤技术设备结构简单、操作方便、基本免维护。在设备的自用水率、运行成本、基建投资等各方面指标均处于国内领先水平。该技术可在电力、石化等工业领域的供水、循环水净化处理, 市政供水的过滤处理, 污水深度处理等方面替代传统的石英砂过滤, 并可方便地对原有的砂滤器、纤维过滤器进行技术改造。

摘要：论文介绍、分析了“自然堆积式”和“有序装填式”等纤维过滤技术的特点, 阐述了结合两类滤床优势的柔性自反馈纤维过滤技术的原理。该技术有效解决了纤维滤料过滤与清洗相矛盾的难题, 其过滤精度高, 运行成本低, 滤料使用寿命长, 设备结构简单、操作方便、基本免维护。

关键词：纤维束过滤,柔性,自反馈

参考文献

[1] 金实.纤维球过滤材料[P].中国实用新型, (ZL852000391) .

[2] 李振瑜.彗星式纤维过滤体[P].中国实用新型, (ZL982492987) .

[3] 刘凡清.介质过滤方法及设备[P].中国专利, (ZL87100467) .

[4] 承慰才.纤维过滤装置[P].中国专利, (ZL98246416.9) .