新型梯度過濾器的研制與應(yīng)用

李 杰，胡勤陽，張麗芬

（1.浙江晶泉水處理設(shè)備有限公司，浙江 湖州 313022；2.湖州德翔環(huán)境科技有限公司，浙江 湖州 313022）

1 問題的提出

水過濾的預(yù)處理是指將水中的懸浮物和膠體物等去除或降低至一定程度，達(dá)到一般用水要求的工藝稱為水的預(yù)處理。目前市場上作為水過濾預(yù)處理的裝置主要有“沉沙池”和“機(jī)械過濾器”，作為預(yù)處理，它們都是用于除去水中較大顆粒物。

目前國內(nèi)外采用的沉砂工藝以平流沉砂池、曝氣沉砂池、旋流式沉砂池、多爾沉砂池和豎流沉砂池最為普遍[1]。這些沉砂池通常以＞200 μm 的砂礫作為除砂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[2]。由于不同地區(qū)地質(zhì)地勢的差異，污水進(jìn)水中大部分砂礫粒徑＜200 μm[2-3]。這些大量細(xì)小的砂礫進(jìn)入到后續(xù)處理單元中，給設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的不利影響[4]；此外這種沉砂池需要建設(shè)一定的物理構(gòu)筑物，且處理設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，占地面積大。

機(jī)械過濾器作為預(yù)處理環(huán)節(jié)起到將高濁度水中的較大顆粒物去除的作用。其中起主要作用的是機(jī)械過濾器內(nèi)部的石英砂填料，它是種密度很高的礦石，一臺(tái)產(chǎn)水5 t的機(jī)械過濾器，大概要配1 t的石英砂，機(jī)械過濾器在工作過程中能夠快速截留大量雜質(zhì)，使得機(jī)械過濾器過濾效率逐漸降低，因而需要對機(jī)械過濾裝置及時(shí)做反沖洗，以確保它的正常運(yùn)行。

為克服現(xiàn)有預(yù)處理過濾器存在的弊端，研究開發(fā)一種新型梯度過濾器，采用獨(dú)特的多層次多精度梯度篩管過濾技術(shù)，取長補(bǔ)短從結(jié)構(gòu)上優(yōu)化過濾條件，提高過濾效果，簡化分離過程。

2 結(jié)構(gòu)組成

梯度過濾技術(shù)是將原水經(jīng)過多層不同精度的套接篩管過濾的一種技術(shù)，采用不銹鋼篩管過濾元件，內(nèi)層篩管過濾精度大于外層篩管，從而形成梯度過濾空隙，有效地提高過濾精度和過濾面積，達(dá)到很好的過濾效果，具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，耐高溫，耐腐蝕，機(jī)械性能好，使用壽命長，安全可靠等特點(diǎn)。

新型梯度過濾器由不銹鋼制成，主要由殼體、篩管、上封頭（上蓋）、沉砂斗等組成，篩管設(shè)有若干個(gè)，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 新型梯度過濾器結(jié)構(gòu)圖

其中篩管為3層（或多層）套接過濾濾管，由外向內(nèi)的篩管過濾孔徑依次減小，其中外層篩管是采用不銹鋼金屬條以連續(xù)螺旋盤繞自動(dòng)電阻焊工藝焊接而成的柵式管體，不銹鋼金屬條的截面呈三角形，各三角形金屬條的底面構(gòu)成柵式管體的外周面；中層篩管和內(nèi)層篩管的管體采用不銹鋼管體骨架包覆以不銹鋼網(wǎng)布構(gòu)成。3層過濾篩管的過濾孔徑分別為：外層篩管0.200 ～ 0.400 mm，中層篩管 0.080 ～ 0.120 mm，內(nèi)層篩管 0.004 ～ 0.070 mm。具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 篩管結(jié)構(gòu)圖

3 工作過程、原理和技術(shù)特點(diǎn)

3.1 工作過程

新型梯度過濾器的工作過程：過濾時(shí)原水通過進(jìn)水口進(jìn)入過濾器，再從篩管的外側(cè)進(jìn)入內(nèi)側(cè)，依次經(jīng)過外層篩管、中層篩管和內(nèi)層篩管，使原水中的懸浮物顆粒、膠體等雜質(zhì)被不同精度的3層篩管截留；經(jīng)三級梯度過濾后，過濾水從篩管的中心孔排出，最后的產(chǎn)水從上封頭上的中心管產(chǎn)出。其中外層篩管截留的雜質(zhì)掉落至集污斗中，中層篩管和內(nèi)層篩管截留的雜質(zhì)由底部的外排單向閥排出后掉落至集污斗中，并經(jīng)排污口排出。

3.2 工作原理

新型梯度過濾器在投入使用時(shí)，先將過濾器的進(jìn)水、出水、反沖進(jìn)水接口管分別與原水管、成品水槽和反沖水箱或反沖水泵相連接，并在連接處安裝好控制閥，同時(shí)在過濾器的排污口也安裝控制閥，即可進(jìn)行正常過濾運(yùn)行；當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后，過濾器阻力增大、出水量變小，使進(jìn)出水口的壓差變大，超過設(shè)定值，則需要對過濾器進(jìn)行反沖清洗。此時(shí) PLC控制關(guān)閉進(jìn)水口、出水口的控制閥，然后打開反沖水和排污控制閥，具有一定壓力的反沖水即自上而下、自內(nèi)向外沖洗各多層管篩濾管的濾網(wǎng)，沖洗下的污泥從過濾器排污口排出；反沖洗完畢后，PLC控制關(guān)閉反沖水和排污控制閥，重新打開進(jìn)水口、出口水控制閥，恢復(fù)過濾運(yùn)行。

3.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）采用多層篩管，原水經(jīng)多級梯度過濾，即原水通過過濾孔徑從大到小的篩網(wǎng)層，更多原水中的雜質(zhì)、大顆粒物質(zhì)將被不同梯度的過濾篩網(wǎng)截留下來，從而提高過濾精度，最終使出水水質(zhì)更好，達(dá)到很好的過濾效果。

（2）外層篩管采用不銹鋼金屬條的截面呈三角形，管體外周面上各相鄰三角形金屬柵條之間形成平行環(huán)縫，內(nèi)周面上各相鄰三角形金屬柵條之間則形成徑向V形環(huán)縫，使外層濾管內(nèi)壁縫隙大于外壁縫隙，增加反沖洗力度，不容易被堵塞。

（3）內(nèi)層篩管內(nèi)壁均布有若干豎向加強(qiáng)筋，增強(qiáng)篩管的強(qiáng)度，使篩管不易變形。

4 應(yīng)用實(shí)例

浙北制藥廠的純化水系統(tǒng)原設(shè)計(jì)￠1 000 mm的砂濾過濾器加上￠220 mm的精密過濾器作為原水預(yù)處理，原水采用河水，處理水量為6 m3/h，砂濾過濾器濾料為石英砂，精密過濾器過濾單元為PP濾芯。運(yùn)行結(jié)果顯示，砂濾過濾器每運(yùn)行6 h反沖洗1次，精密過濾器每運(yùn)行5 d出現(xiàn)污堵現(xiàn)象，需要更換濾芯。該原水預(yù)處理工藝存在以下缺點(diǎn)：①砂濾過濾器每次反洗時(shí)間約15 min，反洗時(shí)需要停機(jī)反洗，停機(jī)時(shí)間較長，降低過濾效率；②精密過濾器濾芯不能重復(fù)利用，經(jīng)常需要更換濾芯；③砂濾過濾器體積龐大，占地面積大，不易搬運(yùn)，更換濾料繁瑣。

2017年，浙北制藥廠對純化水系統(tǒng)的現(xiàn)有預(yù)處理設(shè)備進(jìn)行改造，選用￠300 mm的新型梯度過濾器，內(nèi)裝6芯￠80 mm的不銹鋼多層多精度梯度過濾篩管，在進(jìn)水管、出水管和反沖洗管處安裝有控制閥，同時(shí)在過濾器的排污口也安裝控制閥。原水仍采用江河水，處理水量仍設(shè)計(jì)為6 m3/h。從運(yùn)行情況來看，新型梯度過濾器的優(yōu)勢明顯：①反沖消耗時(shí)間縮短使得過濾效率提高，在實(shí)際運(yùn)行過程中，新型梯度過濾器每運(yùn)行2 ～ 3 h會(huì)自動(dòng)反沖洗1次，反沖洗為瞬間沖洗，無需等待較長的時(shí)間即可恢復(fù)正常運(yùn)行，且無污堵現(xiàn)象，運(yùn)行穩(wěn)定，顯著提高過濾效率；②出水水質(zhì)提高，新型梯度過濾器篩管的過濾孔徑從外至內(nèi)分別是0.300，0.080，0.004 mm，一次過濾就能達(dá)到砂濾+精濾組合過濾的出水標(biāo)準(zhǔn)；③反沖洗效率提高，篩管可重復(fù)使用。外層篩管獨(dú)特的三角形篩條使其形成了V型縫隙，使濾管內(nèi)壁縫隙大于外壁縫隙，即外面開口小于里面的開口，增加反沖洗力度，不容易被堵塞，因此篩管可反復(fù)使用，而精密過濾器的PP濾芯一旦污堵，只能更換，不能反復(fù)使用；裝填石英砂，使質(zhì)量更大，不便于移動(dòng)使用。2種預(yù)處理設(shè)備對原水的處理情況見表1。

表1 浙北制藥廠原水處理對比表

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)浙北制藥廠的實(shí)際運(yùn)行情況，新型梯度過濾器投運(yùn)后，與采用砂濾過濾器+精密過濾器的預(yù)處理工藝相比，由于簡化了工藝系統(tǒng)，減少設(shè)備數(shù)量，從而使一次性投資減少50%以上，同時(shí)使設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用大為降低；且由于反沖洗時(shí)間縮短，使反洗耗水量大大降低，節(jié)水效益相當(dāng)可觀，經(jīng)濟(jì)效果良好。

此外，改造后的設(shè)備摒棄了大體積的設(shè)備以及較重的石英砂填料，使運(yùn)輸和安裝便捷，降低人工成本；采用自動(dòng)控制工序也降低人工成本，大大提升新型梯度過濾器的運(yùn)行穩(wěn)定性。

6 結(jié) 語

新型梯度過濾器因采用多級梯度過濾精度的篩管濾元，使原水中的雜質(zhì)通過孔徑由大到?。催^濾精度由小到大）的篩網(wǎng)層，更多的雜質(zhì)和懸浮顆粒物質(zhì)被不同的梯度過濾篩網(wǎng)截留下來，從而提高過濾精度，使出水水質(zhì)更好，達(dá)到很好的過濾效果。新型梯度過濾器與現(xiàn)有的過濾元件相比，一次出水即達(dá)到通常水凈化的砂濾過濾+精濾組合過濾的出水標(biāo)準(zhǔn)，具有過濾精度高、過濾效果好、設(shè)備占地面積小、使用壽命長、安全可靠等特點(diǎn)，從而擴(kuò)大應(yīng)用范圍和現(xiàn)場適應(yīng)性，值得在水處理行業(yè)中推廣應(yīng)用。