今日特马结果歡迎您的到來!

網站公告: 今日特马结果歡迎您的光臨!
 

資訊目錄

News category

聯系方式

 · 電話:0371-64123666
 · 傳真:0371-64133111
 · 地址:河南省鞏義市經濟開發區
 · 郵箱:609996137@qq.com
技術資料
  當前位置:首頁 > 今日特马结果 > 技術資料 > 正文
纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析
  • 來源:美源淨水 時間:2017-12-21 點擊次數:

    纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析

    投加混凝劑的地表水,經過有效過濾後,水中的肉眼可見物被全部去除,濁度通常降到3~5度以下。過濾還能去除大部分緻病菌,減少消毒劑的消耗量,提高消毒的效果。過濾還能夠去除部分有機物,減少水中的有害成分。可以說,過濾是提高給水水質的關鍵措施。

    給水過濾的曆史悠久,最早用于城市供水的過濾技術是慢砂濾,其機理是借助濾料表面的微生物膜來吸附水中的懸浮物及部分溶解物,定期刮除表層堵塞的砂濾料。慢砂濾的濾料粒徑隻有0.3-1mm,濾速隻有0.1-0.3m/h。由于微生物膜能夠吸附部分溶解性雜質,故慢濾的水質很好,通常不必消毒即能飲用。但慢砂濾的濾速太小,産水量太低,而且刮除表層濾料後,水質不能保證,故沒有獲得廣泛應用。混凝技術的發展,使過濾速度提高到8-10m/h,砂濾料的粒徑增加到0.5-1.2 mm。其機理是通過濾料的接觸凝聚作用吸附脫穩的膠體顆粒。

    影響過濾速度的主要因素是濾層的空隙率及比表面積。濾料越細,比表面積越大,過濾時越易截留固體雜質,但阻力也越大;反之,雖然阻力很小,但高速過濾時很容易穿透。而且由于反沖洗,細砂濾料都集中在濾層表面,過濾時,水中的懸浮物多在表層濾料中被截留,使得濾層的阻力迅速增加而超過極限值,而下層濾料仍然沒有發揮截污作用。

    城市規模的擴大,城鎮數量的增多及人們生活水準的提高,導緻給水廠的規模和數量迅速增加,促使人們使用無煙煤粒、陶粒、塑料顆粒等多種濾料及多層濾料,但都未能很完善地解決上述問題。

    新型纖維球濾料由聚酯化學纖維制成,纖維絲直徑20~50um,長度l0-30mm。纖維球外形為球體或扁球體,纖維球濾層的空隙率約為95%,比表面積約為10000m2/m3,過濾水質很好,濾速高達30-80m/h,比重輕、隻有1.38,因此,反沖洗強度很低。

    最早的纖維球濾料是由日本發明的,我國也是發展纖維球濾料及纖維球過濾技術最早的國家之一,已經取得了一定的實際應用經驗。

    1.試驗情況

    為了全面深刻地認識纖維球過濾的特點,在給水現場進行了長期的纖維球濾料和石英濾料的同步試驗,取得了一定的資料。

    1.1 給水處理現場

    給水處理試驗在某工廠的給水淨化車間進行。該車問的處理流程如圖1所示。

纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析

    該車間所用混凝劑為堿式氯化鋁,投加點為一級泵房到配水井的管線上,投加量為25—50mg/L(以Al203計)。借助于管道與配水井的水流紊動作用,完成水的混凝過程。

    試驗期間,引用澄清池或配水井的出水, (分别為圖1中的箭頭A和箭頭B),進行纖維球和石英砂的同步試驗,觀察不同條件下,兩種濾料的運行特征。

    1.2 試驗濾料

    從國産纖維球産生至今,已發展成系列化産品,原料纖維絲徑範圍多在20~75um之間,球徑在10-55mm之間。國産纖維球的空隙率為90%-95%,比表面積和日本纖維球相似,約為3000-20000m2/m3,是傳統石英砂濾料的幾十倍。和砂濾料相比,不僅球徑大,濾層孔徑大,不易堵塞,而且濾料易壓縮,濾層的孔隙分布較理想,上層空隙大、下層孔隙小,便于發揮深層濾料的截泥作用。由于纖維材料的吸附能力強,纖維球的比表面積很大,很容易截留水中的懸浮物質,即使高速運行時,仍不易穿透,為高速過濾和節省空間、占地提供了條件。

    試驗中所用國産纖維球主要是I型及II型的,其性能見表1,纖維球濾層高為1m,石英砂濾料粒徑為0.5-1.2mm,砂層高為0.75m。

纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析

    1.3試驗結果及分析

    國産纖維球及石英砂過濾澄清池出水及配水井出水的試驗情況分别見表2和表3。

纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析

纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析

    (1) 兩種濾料過濾效果

    試驗期問,兩種濾料所有的濾出水中都不含有肉眼可見物。纖維球濾料的出水與砂濾料相仿。過濾澄清水時,濾出水濁度小于1.0度;過濾配水井出水時,濾出水的懸浮物濃度小于5mg/L,一般在2mg/L左右。每次過濾,出水水質良好和穩定,每次過濾終止都是因為濾阻超過極限值而停止。直到終點時,過濾出水的水質部很好。本次試驗,濾阻的極限值為1.50m·H2O

    (2) 過濾阻力随時問的變化

    随着過濾的進行,濾層中截留的懸浮物不斷增加,空隙率不斷下降,阻力不斷上升。砂濾層不可壓縮,随着過濾時間的增加,濾層中有效空隙率逐漸減少。因此,濾層的阻力随過濾時間呈均勻上升趨勢。纖維球濾層可以壓縮,開始過濾時,濾層基本不壓縮,此時,濾層的阻力很小,而且上升速度也很緩慢。當纖維球濾層的阻力上升到一定值時,由于壓差的作用,濾層開始受到壓縮,濾層的有效空隙率加速下降,導緻濾層阻力的加速上升。濾層阻力的迅速上升,促進濾層更快地受到壓縮,有效空隙率更快地下降。因此,纖維球濾層的過濾阻力不斷呈現加速上升趨勢。石英砂和纖維球的過濾阻力的變化情況見圖2。

纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析

    (3) 過濾阻力沿濾層深度方向的分布

    由于砂濾料粒徑很細,濾層的孔徑很小,而且反沖洗使得細砂集中在濾層的上部。進行降流式過濾時,水流先經過表層濾料層,水中的懸浮物被迅速截留,水中的大固體顆粒甚至被阻擋在濾層的上方。砂濾層中,起截泥作用的濾料主要是表層5-10cm厚的濾層。本次試驗的結果表明,砂層上部6-7cm厚的濾層的阻力占整個濾層的92%,下部90%的濾層基本沒有發揮作用。因此,砂濾層的截泥量很低、周期産水量很小。濾層不同部位水頭損失分布情況見圖3。

纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析

    纖維球濾層空隙大,水中固體顆粒很容易進入濾層深處,不産生砂濾時的表層堵塞現象。濾層越深,壓縮作用越強,孔隙率越低,深入濾層的懸浮物就不易穿透濾層底部。在濾層中間約20cm後的範圍内。截污量最大,阻力上升最快,底層厚約20cm的濾層截污少,阻力小,隻起保護作用。纖維球濾料層的壓縮,雖然加劇了濾層阻力的上升,使其較快地超過極限值,但也通過底部濾料防止濾層穿透。壓縮性适宜,可以最佳限度地發揮整個濾層的截污作用。纖維球過濾阻力沿濾層深度的變化情況見圖4。

纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析

    (4)石英砂和纖維球濾速比較

    纖維球濾層孔隙率高,即使在高速過濾時,濾層的阻力仍然很小,而另一特點即纖維球的比表面積很大,再加纖維材料的吸附性能很強,能夠有效地截留固體雜質,保證纖維球過濾的水質。試驗過程中受現場條件局限,試驗的最高濾速為50m/h,最低濾速為10m/h。事實證明,纖維球在各種濾速條件下,都能夠起穩定而有效的過濾作用。和砂濾相比(其濾速為10m/h),纖維球過濾不僅濾速高,而且周期長,産水量大,截污量大。濾速對纖維球濾層的截污量有一定影響。濾速越高,纖維球濾層的截污量越小。試驗表明,纖維球的最佳濾速為30m/h左右。此時,既能較好地發揮纖維球的産水能力,又能較好地發揮濾層的截污作用。

    (5)纖維球和砂層的反沖洗情況

    纖維球粒徑大,比重輕,如果隻用水反沖洗,将會使整個濾層浮起,纖維球沒有摩擦作用,濾層較難沖洗幹淨。因此,纖維球濾層采用氣、水同時反沖洗,氣體起攪動作用,促使纖維球與懸浮物分離。反沖水的強度較小,一般為8-12l/m2·s,甚至可以更低;反沖氣強度一般為20-40l/m2·s;反沖洗時間隻要6-7min即可。反沖洗耗水量隻占過濾水量的0.4%-0.6%。

    砂濾層可以隻用水反沖洗,水的反沖洗強度為15l/m2·s,或者用氣、水同時反沖洗,反沖氣強度一般為15l/m2·s,反沖水強度為4-8/m2·s。反沖洗時間都為6-8min,反沖水量占過濾水量的1%以上。

    上述數據說明:纖維球濾層的反沖水量與過濾水量的比值隻有砂濾層比值的一半左右,因此,纖維球過濾可以顯著節省反沖洗水量,降低運行成本。雖然纖維球濾層的反沖氣強度為20-40L/m2·s,而砂濾層的反沖氣強度隻有15l/m2·s,實際上,纖維球濾層的過濾面積隻有砂濾層的1/3左右,即纖維球濾層總的反沖耗氣量隻有砂濾層的50%-80%,如果砂濾層隻用水反沖洗,則必須增加反沖水強度,消耗更多的水。

    反沖試驗表明,纖維球的反沖洗操作簡便,不會引起濾料的散失,因為濾層上方的多孔擋闆能夠阻止纖維球穿過;纖維球層下面也不必設承托層,因為纖維球濾料的規格很大,穩定性很好。砂濾層正好相反,必須嚴格控制氣、水反沖洗強度,從而既能保證濾層的反沖洗效果,又不緻将砂濾料沖走,砂濾料的大小不一,必須緩慢啟動和關閉反沖設施,以保證砂濾層的結構合理、濾層中的大小濾料不混雜及承托層的穩定。

    2.纖維球濾池及石英砂濾池的比較

    纖維球濾速是砂濾的3倍以上,這意味着,産水能力相同的纖維球濾池将遠小于石英砂濾池,因此,造價将相應減少許多;纖維球濾料的用量也将遠小于砂用量,但纖維球的價格較高;兩種濾料的運行情況和反沖洗情況也不相同。總之,隻有從兩種濾池的造價、兩種濾料的價格及兩種過濾的運行費等多方面進行比較,才可以合理地評價兩種過濾的經濟性。考慮到目前水廠的規模都較大,現以産水量為10萬m3/d的水廠為例,進行兩種個過濾的綜合比較。

    2.1兩種濾料濾池的設計

    纖維球濾池,按濾速30m/h計算,一座日産10萬m3的纖維球濾池,所需的過濾面積僅為160m2,根據經驗,可采用10個單元,每個單元的面積為4.5m×3.6m,采取對稱雙排布置方式,則整座濾池的平面尺寸為9.8m×38m,因為纖維球濾池可以不設承托層,過濾阻力也不超過砂濾阻力,因此,濾池的深度可以略有減少,通常為3.0m左右。

    石英砂濾池,可按濾速8m/h計算,一座日産水量10萬m3的普通快砂濾池,過濾面積将達576m2,是纖維球過濾面積的3.7倍以上。根據規範與經驗,可以采用兩座規格相同的砂濾池并聯運行,每座砂濾池采用6格對稱雙排布置,平面尺寸為27m×32.8m,濾池高度為3.4m。

    2.2兩種過濾池的投資和運行費用

    2.2.1總造價

    兩種過濾池的總造價包括土建、管道費用及濾料費用兩部分。

    (1)土建費用

    根據江蘇省目前的工程經驗,一座規模為5萬m3/d的普通快砂濾池,其造價約為190萬元。兩座砂濾池的造價将達380萬元左右。而一座日産水量為10萬m3的纖維球濾池,總造價僅為140萬元左右。可見,纖維球濾池的投資較普通快砂濾池明顯節省。

    (2)濾料費用

    日産水量為10萬m3的砂濾工藝,需要石英砂400m3、礫石300m3,兩者的費用共計約30萬元。同樣産水量的纖維球濾池,纖維球濾料的費用約為20萬元。纖維球的使用壽命按3年計,則每年的折舊費為6.8萬元。如果不考慮砂濾料的補充或更換,則纖維球濾池更換濾料的費用應比砂濾池高6.8萬元/年。

    從上述兩項計算可知,兩種過濾的投資差别主要是濾池部分的造價。兩種濾料的費用及補充濾料的費用相差并不很大。

    2.2.2運行費用

    運行費用主要是反沖洗費用及反沖洗水外排的費用。

    (1)反沖洗費用

    普通快砂濾池的反沖耗水量為日産水量的5%左右,水費約為0.20元/m3,則一組日産10萬m3的普通快濾池,每年的反沖水量為182.5萬m3,水費達36.5萬元。纖維球過濾的周期長,因此,反沖洗水量占産水量的比例隻有1%-2%,即使按2%計,一座日産10萬m3的纖維球濾池,年産水量僅78萬m3,反沖洗水費約14.6萬元/年。纖維球濾池用氣、水同時反沖洗,風機年運行費用約3.5萬元,即纖維球濾池總的反沖洗費用約為18.1萬元/年,比砂濾池節省18.4萬元/年。

    (2)排污費用

     江蘇省的多數水廠,必須借助提升泵将反沖洗水排出廠外,由于下纖維球濾池的反沖洗水量比砂濾少109.5萬m3/年,即可少抽109.5萬m3的水,估計能減少排污費約10萬元。

    上述各項計算入表4。

纖維球取代砂濾料用于給水處理的應用特點和經濟優勢分析

    從表4可以看出,纖維球濾池的投資将比石英砂濾池節省250萬元;纖維球濾池的運行費用将節省21.6萬元/年。即用纖維球濾池代替石英砂濾池,其經濟效益是顯著的。

    3結論

    纖維球濾料是新型濾料,和傳統的粒狀濾料不同,是軟性可壓縮濾料,而且比重小,比表面積大、空隙率高、空隙分布合理。過濾時,由于濾層下層壓縮性大,上層壓縮程度小,空隙率高的上層濾料截留能力強,有效地避免了表層局部堵塞的現象,而底層的壓縮性好的濾料起保護作用。因此,纖維球過濾具有濾速高、出水水質好、截污量大、周期長、周期産水量大和沖洗水耗少等優點。在水處理廠中,代替砂濾池在技術上是可行的,經濟上是合理的。由于占地面積小,很容易将原有濾池設施經過改造成纖維球濾池而提高供水能力,或很容易增設纖維球濾池而擴大規模。以一座日産水量10萬m3的濾池作比較,纖維球濾池的投資比砂濾池節省250萬元,年運行費用将節約21.6萬元,具有十分顯著的經濟效益。由此可知,纖維球濾料及過濾工藝将可在水處理廠發揮重要作用。

CopyRight:今日特马结果 
備案号:
地址:河南省鞏義市經濟開發區
手機:13598820203
郵箱:609996137@qq.com