某化水系統(tǒng)雙室過(guò)濾器故障分析及解決措施

曹宏偉，許 躍

(天津?；h(huán)境工程有限公司 天津300280)

過(guò)濾器作為一種粗過(guò)濾設(shè)備，在水處理領(lǐng)域被廣泛使用，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、使用方便等特點(diǎn)，根據(jù)其用途可劃分為多種型式，如石英砂過(guò)濾器、多介質(zhì)過(guò)濾器、錳砂過(guò)濾器等。其中多介質(zhì)過(guò)濾器又稱(chēng)機(jī)械過(guò)濾器，主要利用一種或幾種過(guò)濾介質(zhì)，在一定壓力下，使水通過(guò)該介質(zhì)，去除水中的懸浮物質(zhì)、固體顆粒和機(jī)械雜質(zhì)等水中不溶解的、非膠態(tài)的固體物質(zhì)[1]。常用的過(guò)濾器一般為單室設(shè)計(jì)，即一臺(tái)設(shè)備僅具有一個(gè)過(guò)濾腔室，原水從罐體頂部經(jīng)布水器進(jìn)入罐體，以保證布水均勻，避免水流直接沖擊濾料造成濾層混亂或偏流等問(wèn)題，之后水流經(jīng)過(guò)濾層過(guò)濾，去除進(jìn)水中的懸浮物等雜質(zhì)，出水滿足后續(xù)工藝要求。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的雙室過(guò)濾器，例如CN200720062283.8、CN201020530636.4 和CN20182 0718813.8 等介紹的垂直型式的；也有2 個(gè)腔室并聯(lián)運(yùn)行的[2]，其目的是在提高過(guò)濾效果或提高單套處理量的基礎(chǔ)上，減少過(guò)濾器數(shù)量或占地，優(yōu)化布置。

1 工藝流程

1.1 工藝流程簡(jiǎn)介及設(shè)備參數(shù)

某化工廠現(xiàn)有一套化水系統(tǒng)，原水為市政水，進(jìn)水電導(dǎo)600 μS/cm，工藝采用雙室過(guò)濾器+反滲透+混床處理工藝，反滲透產(chǎn)水用于裝置生產(chǎn)用水及鍋爐補(bǔ)水。主要設(shè)備參數(shù)如下。

1.1.1 雙室過(guò)濾器

本系統(tǒng)采用4 套雙室過(guò)濾器，每臺(tái)過(guò)濾器具有上、下2 個(gè)過(guò)濾腔室，雙室過(guò)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和外部管路示意圖分別見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 雙室過(guò)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of interior structure of double chamber filter

圖2 雙室過(guò)濾器外部管路示意圖Fig.2 Schematic diagram of external line of double chamber filter

上室填裝無(wú)煙煤+石英砂濾料，無(wú)煙煤粒徑2～4 mm、填裝高度400 mm，石英砂粒徑1～2 mm、填裝高度800 mm；下室填裝精制石英砂濾料，粒徑0.5～1 mm，填裝高度500 mm。設(shè)備筒體直徑3 400 mm，設(shè)計(jì)濾速7～8 m/h，單套產(chǎn)水量60～70 m3/h，反洗周期24 h。上、下室布水器均為圓柱形，直徑350 mm，高450 mm，不銹鋼材質(zhì)，采用法蘭與筒體內(nèi)部連接，布水器表面均布篩孔，孔徑6 mm，為防止反洗時(shí)濾料被沖出，廠家在下室布水器外表面包裹了一層12 目的不銹鋼絲網(wǎng)。

上室多孔板與下室頂板之間形成第三腔，用以完全分割上室和下室，保證上、下室的獨(dú)立性，同時(shí)保證氣擦洗時(shí)空氣能夠全部經(jīng)第三腔進(jìn)入上室而不進(jìn)入下室，使用6 根直徑89 mm 的鋼管連接上室多孔板與下室頂板，起到固定下室頂板的作用。第三腔內(nèi)的下室進(jìn)水管和下室排氣管與下室頂板和管壁連接處均為法蘭連接。

1.1.2 反滲透設(shè)備

配置2 套反滲透設(shè)備，單套產(chǎn)水量100 m3/h，采用6 芯膜殼，膜元件型號(hào)為BW30-400，壓力容器為一級(jí)三段設(shè)計(jì)，按照12∶6∶3 排列，系統(tǒng)回收率80%。

1.1.3 混床

采用2 臺(tái)直徑2 800 mm 混床，1 用1 備，設(shè)計(jì)濾速30～35 m/h，單臺(tái)設(shè)計(jì)產(chǎn)水量200 m3/h。內(nèi)部填裝：001×7 MB 型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子樹(shù)脂，填充高度500 mm；201×7 MB 強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂，填充高度1 000 mm。

1.2 雙室過(guò)濾器的產(chǎn)水及反洗流程說(shuō)明

1.2.1 產(chǎn)水

過(guò)濾采用上、下雙室設(shè)計(jì)，上室起到粗過(guò)濾作用，下室起到細(xì)過(guò)濾作用，通過(guò)在進(jìn)水管道投加絮凝劑——聚合氯化鋁，增強(qiáng)水中懸浮物的絮凝效果，提高懸浮物去除率。進(jìn)水首先從過(guò)濾器頂部經(jīng)布水器均勻地進(jìn)入上室，經(jīng)濾層過(guò)濾后匯集至第三腔；再通過(guò)罐體外垂直布置的上室產(chǎn)水管進(jìn)入下室進(jìn)水管。下室進(jìn)水管在第三腔內(nèi)通過(guò)法蘭與下室頂板的進(jìn)水口相連，上室產(chǎn)水經(jīng)下室布水器均勻布水后，進(jìn)行二次精濾；最終從下室產(chǎn)水管排出，出水能夠?qū)崿F(xiàn)SDI不大于3，滿足反滲透裝置的進(jìn)水要求。

1.2.2 反洗

過(guò)濾器的上、下室為獨(dú)立反洗，其中僅上室設(shè)計(jì)了氣擦洗。過(guò)濾器反沖洗時(shí)，反沖洗水由下而上通過(guò)濾料層，當(dāng)反洗強(qiáng)度較低時(shí)，濾床處于靜止?fàn)顟B(tài)，隨著反沖洗強(qiáng)度增加，部分濾料互相摩擦，濾層逐漸膨脹，當(dāng)反洗強(qiáng)度達(dá)到某定值時(shí)，大部分濾料獨(dú)立運(yùn)動(dòng)而完全不由別的濾料支撐，并且水流對(duì)濾料層的動(dòng)水壓力近似等于濾料層中水的重量。濾層的膨化高度與濾料密度成反比，與反洗強(qiáng)度成正比[3]。過(guò)濾器到達(dá)反洗周期后，設(shè)備停運(yùn)，除上下室的排氣閥以外，所有閥門(mén)均關(guān)閉，設(shè)備進(jìn)入待反洗狀態(tài)。反洗時(shí)，首先反沖洗上室，開(kāi)上室排氣閥，上室排水閥，上室反洗進(jìn)水閥，啟動(dòng)反洗水泵，反洗水經(jīng)上室反洗進(jìn)水管進(jìn)入第三腔，充滿第三腔后，經(jīng)上室多孔板，由下至上反洗濾料；反沖洗5 min 后，停反洗供水泵，同時(shí)關(guān)閉上室反洗進(jìn)水閥，開(kāi)上室排水閥，排水至濾料上表面100～150 mm 處，停止排水，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行氣擦洗，促使濾料之間進(jìn)行摩擦，以增強(qiáng)上室反洗效果；氣擦洗5 min 后，停鼓風(fēng)機(jī)，開(kāi)上室反洗進(jìn)水閥，重新啟動(dòng)反洗水泵，再次反洗上室10 min。上室反洗結(jié)束后，對(duì)下室進(jìn)行反沖洗。開(kāi)下室反洗進(jìn)水閥和下室反洗排水閥，啟動(dòng)反洗水泵，反洗下室15 min，停反洗水泵，下室反洗結(jié)束，設(shè)備待用。

2 問(wèn)題排查及分析

2.1 排查

設(shè)備在運(yùn)行初期，由于雙室過(guò)濾器優(yōu)良的處理效果，能夠保證出水SDI 不大于3，反滲透保安過(guò)濾器濾芯壽命基本能夠維持60 d 左右，反滲透設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。但運(yùn)行至1 年以后，保安過(guò)濾器濾芯更換周期逐步從60 d 降到35～40 d。經(jīng)調(diào)查，原水水質(zhì)、投加藥劑的種類(lèi)及投加量及操作條件較運(yùn)行初期均未發(fā)生明顯變化，反滲透設(shè)備運(yùn)行較為穩(wěn)定；筆者對(duì)保安過(guò)濾器濾芯上的污染物進(jìn)行了取樣，發(fā)現(xiàn)其為土黃色；經(jīng)XRD 分析，發(fā)現(xiàn)其中Al2O3含量約為60%，故判斷過(guò)濾器前端投加的絮凝劑(聚合氯化鋁)是造成保安過(guò)濾器污堵的主要原因。

經(jīng)過(guò)對(duì)4 臺(tái)雙室過(guò)濾器的出水SDI 進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)SDI 值較設(shè)備運(yùn)行初期均大幅超標(biāo)，其數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 雙室過(guò)濾器出水SDI值Tab.1 Filtered water SDI of double chamber filter

由此斷定雙室過(guò)濾器處理效果不佳是造成保安過(guò)濾器濾芯污堵的主要原因。為排查過(guò)濾器問(wèn)題，筆者反復(fù)觀察了雙室過(guò)濾器的運(yùn)行及反洗過(guò)程，并觀察了PLC 上的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

①由于過(guò)濾器的運(yùn)行采用時(shí)間控制，人為操作較少，且其排水管道均引至排水溝蓋板下方，平時(shí)不易觀察，故較難引起操作人員注意。筆者觀察過(guò)濾器設(shè)備的運(yùn)行及反洗情況，發(fā)現(xiàn)在反洗上室時(shí)，上室排水管存在排水量時(shí)大時(shí)小的脈沖式出水問(wèn)題且下室排氣管也有持續(xù)的水流排出；在氣擦洗時(shí)，發(fā)現(xiàn)下室排氣管道存在水、氣同時(shí)排出的問(wèn)題。并且從下室視鏡觀察，發(fā)現(xiàn)上室氣洗時(shí)，下室內(nèi)部有間斷性的氣泡出現(xiàn)。

②下室在反洗時(shí)，發(fā)現(xiàn)反洗泵出口壓力表運(yùn)行壓力為0.2 MPa，反洗1～2 min 后，運(yùn)行壓力上升為0.25 MPa；從PLC 上觀察，反洗水泵運(yùn)行初期，反洗流量為 180 m3/h，反洗1～2 min 后，流量驟降至80 m3/h 左右，并維持至反洗泵停止。

2.2 分析

針對(duì)以上問(wèn)題，筆者將設(shè)備排水后打開(kāi)了上、下室及第三腔的人孔，發(fā)現(xiàn)主要有兩方面問(wèn)題。

2.2.1 問(wèn)題一

下室進(jìn)水管道與下室頂板連接法蘭斷開(kāi)以及下室排氣管與第三腔罐壁內(nèi)側(cè)法蘭斷開(kāi)，同時(shí)上室多孔板和下室頂板之間的固定支柱在與下室頂板的焊接處全部開(kāi)焊，襯膠層脫落，失去了固定下室頂板的作用。分析認(rèn)為，由于下室頂板為8 mm 鋼板，雖使用

槽鋼制作了“井”字形支撐，但其抗形變性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低

于上室頂板使用的橢圓封頭。上室反沖洗時(shí)，反洗水充滿第三腔后進(jìn)入上室，第三腔中的水壓會(huì)使下室頂板產(chǎn)生向下的變形；而在下室反洗時(shí)，又會(huì)在水壓作用下，產(chǎn)生向上的變形。長(zhǎng)此以往，導(dǎo)致連接上室多孔板和下室頂板的6 根支柱在與下室頂板的連接處脫焊，進(jìn)而導(dǎo)致位于第三腔內(nèi)的下室進(jìn)水管和下室排氣管的連接法蘭在第三腔內(nèi)分離。法蘭分離將產(chǎn)生以下問(wèn)題，當(dāng)下室進(jìn)水管道和下室排氣管的連接法蘭與罐壁內(nèi)測(cè)的法蘭分離后，第三腔將直接和下室、室外連通。在上室氣擦洗時(shí)，由于下室排氣管法蘭分離，導(dǎo)致部分氣體及部分上室排水直接經(jīng)下室排氣管道直接排出罐外，產(chǎn)生下室排氣管漏風(fēng)及排水問(wèn)題，也將減少用于氣洗上室濾料的風(fēng)量，影響上室氣洗及反洗效果。據(jù)此歸納如下：

①氣洗時(shí)需要將上室液位排放至距濾料頂面約100 mm 處，使罐內(nèi)存水既能全部浸沒(méi)濾料又不會(huì)由于水位過(guò)高而使濾料沖出，但由于下室排氣管的連接法蘭與罐壁內(nèi)測(cè)的法蘭分離，導(dǎo)致在氣擦洗時(shí)上室仍在排水，水位將逐步降低至濾料頂面以下，從而使氣洗失去攪拌濾料的作用。

②由于第三腔與下室直接連通，在上室反洗時(shí)，將有一部分水經(jīng)下室進(jìn)水口和下室排氣口進(jìn)入下室或排至室外，從而造成上室反沖洗水不足，上室排水管道存在脈沖式出水問(wèn)題，影響上室反洗效果。③久而久之，上室濾料截留的污染物由于不能及時(shí)沖洗出罐外，濾層的納污量逐漸升高最終飽和，絮凝劑等污染物將透過(guò)濾層，失去過(guò)濾作用。

2.2.2 問(wèn)題二

下室布水器擠壓變形，外表面包裹的不銹鋼絲網(wǎng)表面積存了大量土黃色絮狀污垢。其將引起一些問(wèn)題。

①下室布水器外包裹了一層12 目的不銹鋼絲網(wǎng)，雖能夠防止反洗時(shí)細(xì)小的石英砂濾料被反洗水沖出，但也攔截了大量的絮狀污染物，污染物堵塞了絲網(wǎng)孔，減小了反洗水流通道，導(dǎo)致布水器在長(zhǎng)期的反洗過(guò)程中，受水壓作用變形。

②下室進(jìn)水時(shí)，濾網(wǎng)上的污垢被沖刷至濾料表面；當(dāng)反洗時(shí)，積存在濾料表面的污垢正常情況下將全部經(jīng)布水器沖出罐內(nèi)，但由于濾網(wǎng)的作用，污垢將快速積累至濾網(wǎng)表面，從而堵塞濾網(wǎng)，減小反洗水的水流通道。這也造成了反洗初期反洗水量、水壓正常，但很快便驟降至80 m3/h 并伴隨泵出口壓力升高的現(xiàn)象。

③由于下室截留的污染物在一次又一次的反洗時(shí)不能徹底沖出，在下室逐漸積累，最終使濾層達(dá)到納污上限。污染物透過(guò)濾層進(jìn)入產(chǎn)水中，并進(jìn)入保安過(guò)濾器，在濾芯上富集，從而污堵濾芯。而上室反洗不徹底的情況也將加速下室濾料的納污負(fù)荷達(dá)到飽和，使過(guò)濾器失去過(guò)濾作用。

3 解決措施

維修主要有以下3 個(gè)目的：一是加強(qiáng)支柱對(duì)下室頂板的固定作用，減少其在上下室反洗時(shí)產(chǎn)生形變，避免下室進(jìn)水管和下室排氣管法蘭再次分離的問(wèn)題出現(xiàn)；二是在原下室進(jìn)水管和下室排氣管的水平管段上增加撓性連接件，以防止在支柱脫焊后，下室頂板形變產(chǎn)生的力全部作用在管段兩端的連接法蘭處，造成法蘭分離；三是拆除下室布水器外表面的絲網(wǎng)，防止其阻礙下室污垢的外排。具體措施如下：

①將原6 根直徑89 mm 的鋼管替換為8 根直徑133 mm 的鋼管，增加鋼管數(shù)量及與下室頂板的接觸面積，增強(qiáng)其對(duì)下室頂板的固定作用，鋼管及焊口部位重新包橡膠進(jìn)行防腐。

②將位于第三腔內(nèi)下室進(jìn)水管的水平管段縮短1 000 mm，下室排氣管的水平管段縮短300 mm，均使用通徑與原管道相匹配的不銹鋼材質(zhì)撓性連接件進(jìn)行替換；由于撓性連接件有一定的形變功能，可以有效吸收下室頂板形變產(chǎn)生的作用力，防止連接法蘭分離。

③更換下室布水器，拆除布水器外包裹的不銹鋼絲網(wǎng)，同時(shí)在反洗時(shí)通過(guò)控制反洗泵出口閥門(mén)開(kāi)度，將泵出口流量控制在一定范圍內(nèi)，使濾料既能夠在反洗水的作用下整體浮動(dòng)，又不會(huì)因?yàn)榉聪此窟^(guò)大而將濾料沖出。

4 設(shè)備維修后運(yùn)行狀況

設(shè)備維修后重新投入使用，產(chǎn)水SDI 值恢復(fù)至小于或等于3，連續(xù)運(yùn)行6 個(gè)月后，設(shè)備運(yùn)行保持穩(wěn)定，未再次出現(xiàn)之前的問(wèn)題，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 整改后雙室過(guò)濾器出水SDI值Tab.2 Filtered water SDI of double chamber filter after reconstruction

5 小 結(jié)

在設(shè)計(jì)此類(lèi)垂直布置的雙室過(guò)濾器時(shí)，其下室頂板也應(yīng)采用橢圓封頭，這樣能夠具有更好的耐壓及抗形變性能。

設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)勤于觀察設(shè)備運(yùn)行狀況，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡檢，精細(xì)化管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在隱患和問(wèn)題，將問(wèn)題消除在萌芽階段，保證設(shè)備能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。