双旋流高效自动反冲洗过滤器在含油浊环水处理中的应用

2013-07-18陈升权林自力李建勇闫海贺

冶金动力 2013年9期

陈升权,林自力,李建勇,闫海贺

(秦皇岛莱特流体设备制造有限公司,河北秦皇岛 066004）

1 前言

钢性颗粒状过滤材料在循环水系统过滤中做为填料得到广泛的应用，随着对循环水质的需求的提高，钢性颗粒状过滤器的乱层、跑料、过滤精度低、反冲洗难度大、再生效率低等缺点也日渐显现。随着高分子合成纤维工业的发展,纤维的物理、化学性能也有了很大的提高，可供选择的特种功能性纤维种类和数量越来越多。同时,由于广大科技工作者的努力,不断革新床层结构,促使其容易反洗再生,导致纤维深层过滤器的应用日益广泛。各种形式的柔性纤维滤料应用而生，各种结构纤维过滤器技术的发展，也越来越多的应用在生产实际中。纤维材料构成的滤床具有比常规颗粒过滤材料更大的截污容量和过滤精度。

经过特殊技术及工艺处理过的特种功能柔性纤维材料在具有纳污高、过滤精度好的特点的同时还具有疏油性好、便于反洗再生、不易板结的特殊属性。

2 双旋流高效自动反冲洗过滤器工作原理

2.1 纤维过滤器的种类

目前应用于工业水处理的纤维过滤器有很多种，具有代表性的成果有前苏联的滤层高度可调型纤维过滤器、日本的纤维球过滤器、瑞典的刷形纤维过滤器?、韩国的扭扭舞型过滤器和中国的胶囊式纤维过滤器、无囊式纤维过滤器等。可分为：

（1）胶囊挤压式纤维束过滤器

胶囊挤压式纤维过滤器。将长纤维束悬挂孔板上，装在过滤设备中，纤维束下挂重锤，纤维层中安装数个软质胶囊，运行时将胶囊充水，横向挤压长纤维。使纤维层孔隙率和过滤孔径由大到小渐变分布。反洗时先排净胶囊中的水，使长纤维束床层得以疏松。再用气水联合清洗。在挂装的长纤维滤层中安装可充、排水的软质胶囊，解决了纤维层的压实、疏松及纤维流失问题,过滤器结构见图1。

目前使用中存在的一些问题是设备较复杂，除胶囊外，需设有胶囊充、排水系统及充水计量装置；使推广使用受到限制。

主要存在问题有以下几个方面：

图1 过滤器结构示意图

a、由于胶囊经常频繁的充水、排水而导致破裂需经常更换。

b、由于胶囊的阻隔，减小了有效的过滤面积，使过滤器的流量减小，达不到设计流量。

具体见表1 所示。

表1 胶囊挤压式纤维束过滤有关参数

c、由于胶囊的阻隔，使得过滤器得不到彻底的反洗，纤维滤层内积泥严重，滤料老化，过滤器的过滤、吸附能力下降，出水水质下降。

（2）无囊式纤维束过滤器(又称双孔板式纤维束过滤器)

无囊式纤维束过滤器将纤维束纵向有序地固定在上下两块孔板之间，其中一块孔板可以在设备内部上、下运动，是活动孔板；另一块是固定孔板.根据水流方向将该过滤器分为下向流和上向流两种类型。图2 所示的是下向流式，即上孔板是活动孔板，下孔板是固定孔板，其工作原理是利用水流压力使纤维滤料层呈压实状态，过滤时水流自上而下推动上孔板(活动板)落下，压实纤维束见图3，反冲洗时在反向力的作用下与过滤时反向运动，水流由下而上托起活动孔板，拉直纤维束，使滤料层疏松，配合压缩空气在气--水的联合反冲洗作用下使截留在纤维滤料层中的悬浮物得以清除。双孔板式纤维过滤器结构简单，有效过滤面积较胶囊式的有所提高，是一种新型的纤维过滤装置。

图2 无囊式纤维束过滤器结构示意图

图3 无囊式纤维束过滤器过滤状态示意图

该过滤器在使用中存在的问题主要有以下几个方面：

a、过滤时容易出现偏流、壁流的间题，出现短路的现象，水流击穿滤层，使出水的水质质量得不到保证。

b、活动板的压紧装置结构复杂、操作难度大。

c、纤维床层一般较薄，过滤性能不稳定，故容易形成表面过滤，截污量小，影响过滤流量。

（3）自压式纤维球过滤器

纤维球过滤器是在容器内填装纤维球滤料形成滤床，纤维球滤料是由直径为30～40 μm 的纤维丝制成的球体，由于纤维球个体较疏松，在滤料床层中纤维球之间的纤维丝可以实现相互穿插，此时纤维球的个体特征已不重要，滤料床层形成了一个整体。床层中纤维球受到的压力为过滤水流的流体阻力、纤维球自身的重力以及截留悬浮物的重力之和(如果水流从上至下通过滤料层，该压力在滤料层中沿水流方向是依次递增的。

所谓自压，是指不依靠其他装置，仅靠水流阻力、纤维球自身的重力以及截留悬浮物的重力之和对纤维层的压缩。当水流自上而下通过滤层时，滤层承受向下的纵向压力且越往下纤维所受的向下压力越大。因纤维球其备一定弹性，在压力作用下滤料层孔隙率和过滤孔径由大到小渐变分布，滤料的比表面积由小到大渐变分布。这样就达到了过滤效率由低到高递增的理想过滤方式，直径较大、容易滤除的悬浮物可被上层滤层截留，直径较小、不易滤除的悬浮物可被中层下层滤层截留。在整个滤层中，机械筛分和接触絮凝作用都得到充分发挥，从而实现较高的滤速、截污容量和较好的出水水质。纤维球过滤污水的现场试验数据表明，当运行流速在40 m/h 时，运行流速和截污容量均是砂滤池的数倍，出水浊度明显好于砂滤池。

普通纤维球过滤器存在的不足是：因纤维球表面未经化学处理，具有憎水亲油的特性，所以靠近球中心部位截留的杂质难以彻底清除，且设备本体反冲洗结构不合理，效果也不理想，

（3）双旋流高效自动反冲洗过滤器

双旋流高效自动反冲洗过滤器是一种自压式纤维球过滤器，见图4。

图4 双旋流高效自动反冲洗过滤器

在保持了一般自压式纤维球过滤器优点的同时，独特的反冲洗方式使他对纤维滤料的剪切力和碰撞摩擦力同时发生，通过适当调节反冲水流和气流的强弱，对剪切力和碰撞摩擦力进行调节。模拟人工对滤料反复揉搓，特种纤维球滤料具有亲水憎油的特性，使得反洗更加的彻底有效。

特点：

A、径向无极变速的反冲洗模式

为实现上述目的，双旋流高效自动反冲洗过滤器在其圆形筒体壁上，设计了上下两个反冲洗流体环形分配器，在其内部的圆形筒壁的切线方向上，设计有多个特殊孔型的射流孔，这两个环形分配器内的射流孔的方向相反，当反冲洗的水流或气流交替反冲洗时，如上面一个环形分配器处的水流（气流）带动纤维球滤料顺时针旋转，下面的环形分配器处的水流（气流）带动纤维球滤料就会逆时针旋转，这两个旋向不同的水流（气流）的结合处就会产生巨大的剪切力或碰撞力对纤维球滤料进行反复揉搓，达到彻底、有效地清洗纤维球滤料的作用。

当调整水流（气流）的压力时，这两个旋向不同的水流（气流）的旋转速度相应也会发生变化，剪切力或碰撞力也随之产生变化，能够实现独创的径向无极变速的反冲洗模式。这样就避免了一般填料式过滤器在反冲洗时滤料只能随水流（气流）同时流动，剪切力或碰撞力只能依靠滤料自重而产生的微动力，清洗效果不彻底，且清洗周期长，费时、费水。也避免了一般机械搅拌式清洗时，机械装置结构复杂，功耗大，滤料易损坏的弊病。

B、迷宫均流式轴向反冲洗模式

另外，双旋流高效自动反冲洗过滤器在过滤器的底部还设计了迷宫式均流轴向反冲洗装置。该清洗装置将过滤器底部轴向分为若干个清洗区域，使反洗水流（气流）均匀的分配到每一个清洗区域，使每一个反洗区域的流量、压力相等。在过滤器实现过滤方向的轴向清洗时，保证过滤器整体均匀的清洗。避免了一般过滤器底部反冲洗进气（进水）为一个容室，一旦滤料层的某个部位先于其他部位松动、膨胀，造成泄压，其他的滤料就无法实现有效地反冲洗，造成反洗短路，形成反洗失败。

双旋流高效自动反冲洗过滤器在反冲洗操作时，径向反冲洗和轴向反冲洗在自动控制器的控制下，交替进行。有效、彻底的对滤料进行清洗，保证了滤料再生。

C、先进的纤维改性技术

一般的纤维滤料的改性处理，常采用的简单工艺，及药液浸泡或药液浸泡加培烘的工艺，致使药液不能进入纤维滤料内部，只是在滤料表面附着，所以，用该种工艺处理的滤料寿命短。

特种纤维滤料制作工艺是目前专有技术，它是经过无数次实验研发出的一种独特复杂工艺。

加工工艺:清洗处理—高温药剂浸泡—常温真空浸润—中高温蒸烤—冷却整理等过程。

经过该种工艺处理的纤维滤料，药液能够在高温高压状态下，进入分子结构内部，长期、有效地发挥亲水憎油的效果，对油及悬浮物吸附能力强，反洗再生能力好，即使在原油中长时间浸泡，也能利用常温水在短时间内清洗干净的特点。