摘要：重力式纖維束濾池與均粒濾池四年多對(duì)比性平行生產(chǎn)試驗(yàn)證明，纖維束濾池效果理想，效益顯著，為老廠(chǎng)濾池的挖潛改造和新廠(chǎng)濾池的 經(jīng)濟(jì) 設(shè)計(jì)，提供了可推廣和借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：纖維束濾料 給水濾池 均粒濾料 對(duì)比性 平行生產(chǎn)試驗(yàn)

0　引言

自1804年英國(guó)首次記載了慢濾池和1870年在美國(guó)現(xiàn)出了第一座普通快濾池后，過(guò)濾技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了迅速 發(fā)展 廣泛 應(yīng)用 。而粒狀濾料作為水處理中過(guò)濾介質(zhì)的核心，一百多年來(lái)一直在水處理中發(fā)揮著重要作用。

濾料的作用在于具有吸附懸浮物的表面積。粒狀濾料的粒徑都是mm級(jí)，比表面積小，其吸附懸浮顆粒濁質(zhì)和膠體雜質(zhì)的性能弱，再進(jìn)下提高濾后水質(zhì)比較難。濾料層的孔隙度是表征其儲(chǔ)存所截留懸浮固體能力的。 目前 濾池常用的石英砂濾料的孔隙度為0.43，無(wú)煙煤為0.5。因受粒狀濾料形狀的限制也有困難。纖維球的比表面積及隙度度比較大，脫離了傳統(tǒng)粒狀濾料的束縛，為改變天然濾料的形狀和特性邁出了第一步。但由于它有一個(gè)密實(shí)的纖維球心，故其仍屬于粒狀濾料的范圍。

1996年二水廠(chǎng)進(jìn)行改選，我們將4個(gè)普通快濾池反洗方式改為氣水沖洗，3個(gè)濾池的過(guò)濾介質(zhì)由普通海砂改為均粒濾料，其余1個(gè)濾池改為丙綸纖維束濾料，將兩種濾料作對(duì)比性平行生產(chǎn)試驗(yàn)。現(xiàn)將試驗(yàn)情況介紹如下：

1 普通快濾池改造概況

普通快濾池兩組4格，單池面積9m2。濾池深度4.2m，濾池與清水池最高水位高差2.6m，濾池最高水面與水力循環(huán)(加斜管)澄清池水面落差3.4m。

96年改造，在原濾池主體結(jié)構(gòu)、水沖洗管道系統(tǒng)和清水系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，改進(jìn)濾層，增加氣洗系統(tǒng)。普通海砂濾料改為均粒濾料。

d=0.8=1.0mm,k80=1.3,濾層厚度1.0m。承托層厚度450mm。

1.1設(shè)計(jì)參數(shù)

濾池改造設(shè)計(jì)參數(shù)：濾速10m/h，單池產(chǎn)水能力2160m3/d，過(guò)濾周期24--48h，濾前濁度小于10度。氣洗強(qiáng)度15--20l/(s.m2)，氣洗時(shí)間3--5min。水沖強(qiáng)度10--151(s.m2)，水洗時(shí)間5-7min。4池處理水量8460m3。

1.2風(fēng)路系統(tǒng)

貼靠原有大阻力穿孔管配水系統(tǒng)上部，設(shè)豐型管路穿孔配氣系統(tǒng)。主管DN150mm，氣流速10--15m/s;支管DN25mm，孔口氣流速20-30m/s。設(shè)R223F-14.3/49型羅茨風(fēng)機(jī)2臺(tái)，一用一備。單臺(tái)供氣量14.3m3/min，氣壓49kpa，配套電機(jī)22kw。

2 策略式纖維束濾池

重力式纖維束濾池利用普通快濾池改造而成。

利用普通快濾池濾床空間，把束狀纖維懸掛在上下兩塊孔板中間。底部孔固定，上部孔板有機(jī)械調(diào)節(jié)裝置。過(guò)濾時(shí)，利用濾池中的水位由上而下的重力使濾層壓縮，纖維束濾料處于密實(shí)狀態(tài)，提高了濾層截留雜質(zhì)的效能，保證了濾后水質(zhì)。沖洗時(shí)，氣水由下而上地沖擊擾動(dòng)，使束狀濾料處于懸浮松狀態(tài)，濾層中的吸附截留物得到洗脫。從而實(shí)現(xiàn)了束狀纖維濾料無(wú)序裝填過(guò)濾和有序裝填反洗的最佳狀態(tài)。

機(jī)械調(diào)節(jié)裝置可根據(jù)出水水質(zhì)和濾速的要求，迅速調(diào)節(jié)束狀濾料的堆積密度。

2.1聚丙烯纖維

丙綸纖維絲的學(xué)名為聚丙烯，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：

它是不帶任何功能基團(tuán)的高分子纖維材料。丙綸纖維絲的直徑為um級(jí)，其表面積遠(yuǎn)比粒料大，易于吸附水中懸浮濁質(zhì)和膠體雜質(zhì)。其吸附能弱，纖維表面吸附水中懸浮濁質(zhì)和膠體雜質(zhì)。其吸附能弱，纖維表面吸附截留的泥渣等可用氣水洗脫掉。

聚丙烯纖維的生產(chǎn)原料是聚丙烯樹(shù)脂，聚丙烯樹(shù)脂屬于高分子聚合物。聚丙烯纖維生產(chǎn)過(guò)程是高分子物理變化過(guò)程，其化學(xué)成份不發(fā)生變化。經(jīng) 中國(guó) 預(yù)防醫(yī)學(xué) 科學(xué) 院環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測(cè)所對(duì)聚丙烯樹(shù)脂進(jìn)行急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)、蓄積性毒性試驗(yàn)、Ames試驗(yàn)、CHL細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)和有害物含量檢測(cè)，結(jié)果為無(wú)毒、無(wú)明顯蓄積性、無(wú)致突變性，符合我國(guó)有關(guān)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

聚丙烯纖維絲性能質(zhì)地輕、強(qiáng)度高、彈性好、耐磨損、耐腐蝕、不吸水。做為濾水材料：

⑴具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，濾水過(guò)程中無(wú)有害成分溶出;

⑵反冼氣水高強(qiáng)度的摩擦、碰撞、剪切力不會(huì)發(fā)生破損和流失跑料;

⑶多年浸泡在水中耐久不腐。

2.2 氣水沖洗系統(tǒng)

為充分利用原普通快濾池的過(guò)濾空間，保證一定的過(guò)濾深度，纖維束濾池氣路系統(tǒng)不另設(shè)豐型配氣管路，在池內(nèi)原DN400mm的大阻力配水干管上開(kāi)孔，直接與進(jìn)池的DN150mm配氣干管焊接，使配氣管路系統(tǒng)與配水管路系統(tǒng)合二之一，既能氣水單洗，又能氣水混洗。

2.3 參數(shù)

孔板選用厚度20mm鋼板，開(kāi)孔率10%，孔徑10mm。

根據(jù)濾池內(nèi)配水干管與排水槽下緣空間深度，丙綸纖維束凈長(zhǎng)度取1.35m。

丙綸絲重量與濾池內(nèi)纖維束濾料體積比為160kg/m3。

氣水沖洗強(qiáng)度和沖洗歷時(shí)，同改為均粒濾料的普通快濾池。

2.4 安裝

鋼板切割分塊鉆孔后，底層孔板緊貼池底配水干管上面，水平焊接為一整塊，水平誤差小于±5mm。孔板與池底、池壁固定牢靠，以防沖洗時(shí)松動(dòng)上浮?？装迮c四周池壁縫隙，擠壓木條后用水泥砂漿抹嚴(yán)。

上層孔板預(yù)留人孔。吊入池內(nèi)焊接成一整塊后，吊起暫作固定，由人孔進(jìn)入，按序懸掛束狀纖維濾料，完畢封閉人孔。最后在池上安裝機(jī)械調(diào)節(jié)裝置，用以調(diào)節(jié)上層孔板。

3 效果 分析

3.1 水質(zhì)

經(jīng)分別試驗(yàn)，纖維束濾池上部設(shè)機(jī)械調(diào)整裝置和孔板，不設(shè)機(jī)械調(diào)整裝置只設(shè)孔板，不設(shè)調(diào)整裝置和孔板，三種型式的濾后水質(zhì)沒(méi)有明顯區(qū)別。

3.1.1 渾濁度

1996年～1999年，濾前水、均粒濾池和纖維束濾池濾后水濁度指標(biāo)的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，冬季1～3月和11月、12月5個(gè)月冰封期間，水庫(kù)存原水濁度7--9度，經(jīng)過(guò)澄清池 自然 沉淀，濁度降至5～7度，均粒濾池的去濁率為36～53%，纖維束濾池的去濁率為68～78%，纖維束濾料比均粒濾料的去濁率高47～54%。投絮凝劑期間，均粒濾池的去濁率為66～75%，纖維束濾池的去濁率為78～87%，纖維束濾料比較粒濾料的去濁率高47～52%。

見(jiàn)表1：96～99年濾池除濁對(duì)比性平行生產(chǎn)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表。

濁度儀為無(wú)錫市光明濁度儀廠(chǎng)產(chǎn)STE-A12型濁度儀，濁度標(biāo)準(zhǔn)液為硅藻土配制

96～99年濾池除濁對(duì)比性平行生產(chǎn)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

表1

3.1.2 水質(zhì)其它指標(biāo)

由于纖維束濾料除濁率高于均粒濾料，經(jīng)對(duì)纖維束濾池的濾后水作常規(guī)化驗(yàn)，氨氮、亞硝酸鹽氮含量比均粒濾料低20——25%，鐵、錳低20——30%。耗氧量和微生物等指標(biāo)，也均有降低。

見(jiàn)表2：濾池水質(zhì)常規(guī)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

濾池水質(zhì)常規(guī)檢測(cè)數(shù)據(jù)

表2

3.2 濾速、過(guò)濾周期、濾水量、水頭損失

在相同工況下，纖維濾料和均粒濾料濾池歷經(jīng)4年雨季高濁期和冬季低溫低濁期的生產(chǎn)運(yùn)行，纖維束濾池的濾速、過(guò)濾周期、濾水量和水頭損失等運(yùn)行參數(shù)，均優(yōu)于均粒濾料濾池。

詳見(jiàn)表3：濾池運(yùn)行參數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)。

濾池運(yùn)行參數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)

表3

3.3 過(guò)濾性能

過(guò)濾性能指數(shù)(MSC)是綜合評(píng)價(jià)濾池過(guò)濾性能的指標(biāo)。

MSC=(Co-C)VT/△H

式中：Co-過(guò)濾周期內(nèi)平均進(jìn)水濁度(mg/l);

C--過(guò)濾周期內(nèi)平均出水濁度(mg/l);

V--過(guò)濾周期內(nèi)平均濾速(m/h);

T--用水質(zhì)指標(biāo)控制的過(guò)濾周期(h)

△H--過(guò)濾周期內(nèi)水頭損失增量;

H--濾床期終水頭損失(m)

Ho--濾床初始水頭損失(m)。

經(jīng) 計(jì)算 ，均粒濾料MSC為664kg/m，纖維濾料的MSC為2024kg/m3，纖維濾料池比均粒濾料池高3倍，說(shuō)明纖維束濾料的過(guò)濾性能優(yōu)于均粒濾料。

4、效益 分析

4.1 經(jīng)濟(jì) 效益

4.1.1 冬季低溫低濁期間

樺甸市地處吉林東南高寒山區(qū)，年平均氣溫3.9℃，最低氣溫-45℃。冬季水溫0--2℃，水庫(kù)原水濁度7--9度，低溫低濁期達(dá)5個(gè)月之久。在此期間，原水經(jīng)澄清池 自然 沉淀后，濾前濁度5——7度，均粒濾池去濁率36--53%，不加絮凝劑濾后濁度難以達(dá)到3度以下。纖維濾池去濁率68--78%，不加絮凝劑濾后濁度可達(dá)3度以下。

冬季低溫低濁期間，二廠(chǎng)絮凝劑液體聚和鋁投量需要15mg/l，液體聚和鋁含運(yùn)費(fèi)單價(jià)1400元/t，每m3水費(fèi)用0.021元，5個(gè)月藥劑費(fèi)為4.725萬(wàn)元。

加藥泵功率0.75kw，動(dòng)力費(fèi)0.34元/(kw.h)，5個(gè)月為918元。

按三班8小時(shí)，每周5天工作制 計(jì)算 ，含串休三班需要5人，月人均工資按600元計(jì)，5個(gè)月為1.5萬(wàn)元。

以上三項(xiàng)費(fèi)用6.3168萬(wàn)元，采用纖維濾料可減少這筆費(fèi)用。

4.1.2 產(chǎn)量和收入

纖維濾池速較均粒濾池提高35%，過(guò)濾周期延123%，濾水量增加36%，每年可增加水量192萬(wàn)m3。按樺甸城區(qū) 目前 綜合水價(jià)并剔出35%的產(chǎn)銷(xiāo)差，每年水費(fèi)收入增249.6萬(wàn)元。

4.1.3 均粒濾料直接費(fèi)

濾料按福建晉江購(gòu)貨，濾料銷(xiāo)售費(fèi)、包裝費(fèi)、產(chǎn)地短途運(yùn)費(fèi)、鐵路運(yùn)費(fèi)和水廠(chǎng)短途運(yùn)費(fèi)，每m3均粒濾料928.7元，每m3卵石1130.3元。濾床承托層厚度0.45m，濾料濾層厚度1.0m，折算承托層用量0.45m3/m2，濾層用量1.68m3/m2，含濾池出砂和鋪砂人工費(fèi)，普通快濾池更換一次每m2濾池直接費(fèi)為1524元。

4.1.4 纖維濾料直接費(fèi)

按只裝底部孔板，上部為無(wú)調(diào)節(jié)裝置與孔板的堆積式纖維濾池計(jì)算，聚丙烯材料費(fèi)、汽車(chē)運(yùn)輸費(fèi)、纖維加工費(fèi)、孔板材料費(fèi)、孔板切割鉆孔費(fèi)、零星購(gòu)件費(fèi)、短途裝運(yùn)和安裝費(fèi)，每m2纖維束濾料濾池直接費(fèi)為5419元。

4.1.5 費(fèi)用比較

聚丙烯纖維濾料使用年限可達(dá)15年，按使用周期10年計(jì)算。10年均粒濾料需要更換3次，每m2直接費(fèi)為4572元，比纖維濾料低847元。按二廠(chǎng)目前生產(chǎn)規(guī)模計(jì)算，10年纖維濾池冬季減少支出63.168萬(wàn)元。上兩項(xiàng)費(fèi)用比較，纖維濾池節(jié)節(jié)省資金63.833萬(wàn)元。按水費(fèi)價(jià)格不上調(diào)考慮，10年增加消費(fèi)收入2496萬(wàn)元。此三項(xiàng)費(fèi)用為2182萬(wàn)元，即纖維濾池10年可獲得經(jīng)濟(jì)效益2559萬(wàn)元。

4.2 社會(huì) 效益

束狀纖維軟性濾料代替粒狀濾料 應(yīng)用 于普通濾池，突破了重力式濾池一直用粒狀濾料的傳統(tǒng)觀念，開(kāi)創(chuàng)了城市給水濾池使用束狀濾料的先例，生產(chǎn)試驗(yàn)4年之久，效果顯著，并已取得了國(guó)家專(zhuān)利權(quán)。

纖維束濾料避免了粒狀濾料的粒徑不能進(jìn)下縮小的限制，使濾料的直徑達(dá)到了μm級(jí)，大大增加了濾料的比表面積，使其達(dá)到了3000m2/m3，增加了水中懸浮固體與濾料的接觸機(jī)會(huì)和濾料的吸附能力，從而提高了濾后水質(zhì)，束狀纖維濾料的孔隙度大于0.9，不增加過(guò)濾阻力就能增加截污容量，而且濾速高，過(guò)濾周期長(zhǎng)，為老廠(chǎng)濾池的挖潛改造和新廠(chǎng)濾池的經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)，提供了可推廣和借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

纖維濾料使用周期10年以上，避免了海砂濾料經(jīng)常填補(bǔ)和定期更換的麻煩，減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和停水檢修的時(shí)間。

5 結(jié) 語(yǔ)

采用氣水沖洗的均粒濾池由于吸取了法國(guó)V型濾池的優(yōu)點(diǎn)，目前已為國(guó)內(nèi)許多水廠(chǎng)所采用。運(yùn)行證明，效果甚佳。但氣水沖洗的纖維束濾池的過(guò)濾指數(shù)尚優(yōu)于均粒濾濾池。如能采用纖束濾池過(guò)濾技術(shù)，可獲得更加顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

江河湖泊水庫(kù)存水低溫低濁的凈化處理目前仍是一個(gè)難題。4年之久的生產(chǎn)試驗(yàn)證明，氣水沖洗纖維束濾池對(duì)東北低濁水的處理，不失為一種有效、經(jīng)濟(jì)、可行的 方法 ，值得進(jìn)一步 研究 和推廣。

重力式纖維束濾池由于濾后水質(zhì)好，有利于提高人民生活質(zhì)量和 工業(yè) 產(chǎn)品質(zhì)量，有利用于實(shí)現(xiàn)我國(guó)城鎮(zhèn)供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步規(guī)劃。由于濾速快，可減少水廠(chǎng)的占地面積，降低濾池單體構(gòu)筑物的建設(shè)投資。纖維濾料使用周期長(zhǎng)，可降低濾料更換費(fèi)用，又由于重力式纖維束濾池便于自動(dòng)控制，有利于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集散型生產(chǎn)自動(dòng)化管理。

經(jīng)過(guò)4年多的生產(chǎn)試驗(yàn)，我們?cè)诶w維束濾料重力式給水濾池應(yīng)用方面，初步做了一些有益的嘗試，取得了某些成功經(jīng)驗(yàn)。纖維濾池的濾速高，過(guò)濾周期長(zhǎng)，但其中洗歷時(shí)也相對(duì)增加。由于纖維濾料的截污速高，過(guò)濾周期長(zhǎng)，但其沖洗歷時(shí)也相對(duì)增加。由于纖維過(guò)濾機(jī)理，濾池運(yùn)行能力強(qiáng)，必須要用氣水予以反沖洗。此外，在纖維過(guò)濾機(jī)理，濾池運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化控制和用于低溫濁水處理方面，尚需深層次研究和進(jìn)一步探索。

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