过滤技术的发展状况简介
过滤是指悬浮液经过多孔介质或滤膜进行固液分离的过程,是水处理工艺过程之一。水的过滤可视为一种“物理—化学”过程,使水通过颗粒物料滤床,分离出水中的悬浮杂质和胶体杂质。水充满在滤料的空隙内,杂质被吸附在颗粒的表面或被截留在空隙中。最早的过滤设备是一种横向水流的滤池,后来才发展为竖向水流的,这时才正式称之为慢滤池。其滤速为一儿。年,美国人研究发明了快滤池,并于年建立了第一座快滤池。快滤池因它的滤速快而得名,其滤料与慢滤池基本相同,有效粒径约为一,滤层厚度约为一,滤速约为一小。因此,到了世纪初,慢滤池逐渐被淘汰,取而代之的是快滤池技术。
反粒度过滤技术的发展
“杂质在过滤层中的穿透深度是时间的函数,合理而有效的过滤方法是待滤水先经过粗滤料,再经过细滤料的过滤。”亦认为“目前采用的单级滤料下向流过滤方式,因反冲洗后造成滤料粒径从上至下逐渐增大的滤层结构是最不合理的。为了改善水质又充分发挥整个滤床的截污作用,待滤水应该是先粗后细的过滤方式。”这就是最早的“反粒度过滤”的概念砚。为达到反粒度过滤的目的,人们在传统单级滤料下向流过滤的基础上做了以下两方面的改进过滤的进水流向研究作为“反粒度,,过滤理论的应用,首先在处理含铁量高的地下水方面获得成功,“在单一石英砂滤层中待滤水从底层粗滤料进,从表层细滤料出的`上向流'过滤是最适于上述理论的过滤方式,也是最接近理想滤层的过滤方式。”上向流滤池的滤速过大,则滤层会膨胀起来并开始呈流动状态。这时滤层便不能去除悬浮物,前苏联解决上向流滤床膨胀的主要办法是采用双向流滤池或称滤池。原水由上、下两个方向进入,过滤后的水由滤层中部的集水装置流出。
上向流和双向流的反冲洗均比较困难,再加上上向流的滤床膨胀困难和双向流的结构复杂,使它们的应用受到限制。
在研究了上向流、下向流和双向流过滤,人们对辐射流过滤也进行了研究〕。辐射流过滤装置中,水由圆筒形滤料层的中心水平向周围放射性流动,并在周边排出,经内周滤层除去了大部分杂质的悬浮液,通过外周滤层时,以更低的滤速进行最后精滤可以得到良好的水质。但是外向辐射流过滤中,杂质去除基本上集中在表层至多厘米以内,比普通下向流的穿透深度还低,这意味着它实际上将很快地产生表层阻塞。外向辐射流依靠增加水动力能量消耗来迫使杂质向滤层深处穿透也并不经济。
横向流收敛式过滤是根据过滤截留杂质的自然趋势,主要是表层作用而出现的一种新的过滤方式。它是指过滤进水从外向里横向收敛水平式地流过滤介质进行过滤。这种水流方式增大了滤池的过滤进水表面面积,使环绕四周的外层过滤介质充分发挥过滤作用,提高了过滤效率。收敛流滤池便于安装使用和节约占地,可用于采矿、乡村镇、工厂的给水和废水处理。
滤料级配组合的研究分析
为获得“反粒度”过滤的优良效果,同时又解决过滤时滤层膨胀问题,十九世纪四十年代初期,为了处理华盛顿汉福德地区的放射性物质,急需生产水质较好的水主要是要求浊度低,和',领导研究了反粒度过滤。第一阶段发展了双滤层滤料滤池。双滤层滤料是由上层的粗滤料无烟煤和下层的细滤料石英砂构成。由于无烟煤的密度比石英砂小,在反冲洗后无烟煤层仍然保持在石英砂层上面。就整体来说,双层滤料体现了水先通过粗粒滤料后再通过细粒滤料的理想滤层概念`。国内运行经验表明,双层滤料截污能力较单层滤料约高倍以上,滤速可提高一倍,水头损失增长率小于单层滤料滤池。但是,在无烟煤层和石英砂层本身内,仍然不能避免反冲洗时的分级作用。因此可以说,双层滤料是由两层分级滤料所构成的,是在整体上具有理想滤层概念的滤层。
伦敦大学最早提出了煤一砂一石榴石的三层滤料实验滤池。我国对它的研究始于年代初。三层滤料滤池的上层为大粒径的轻质滤料,中层一般为中粒径的石英砂,下层则为小粒径的重质滤料。上层粗滤料的孔隙较大,截泥容量也大,能够截留去除水中的大部分杂质。下层细滤料的孔隙较小,比表面积大,能够截留去除水中细小的少量剩余杂质,起到精滤作用,从而保证了出水水质。这种滤床的整个深度的级配充分发挥了每层滤料的过滤作用。但六、七十年代国内外对三层滤料滤池的研究表明,三层滤料在出水水质、水头损失及单位面积产水量方面并不优于双层滤料。故目前常倾向于采用双层滤料滤池。
均质滤料的过滤技术
“均质滤料,,,是指沿整个滤层深度方向的任一横断面上,滤料组成和平均粒径均匀一致。并不是指滤料粒径完全相同,滤料粒径仍存在一定程度的差别,但差别比一般单层级配滤料小,运行后还要保持做到这一点,必需在反冲洗时滤料层不过分膨胀,若膨胀会发生水力分级,破坏均质滤层的粒径分布。为使滤层不膨胀,滤料不发生水力分级,又能清洗干净,在反冲洗时采用气水反冲,这样就使均质滤层过滤在实际中得以广泛应用。均质滤层的纳污能力显然也大于上细下粗的级配滤层,且能克服表面阻塞,具有过滤周期长,水头损失小,反冲洗耗水率低,在较高滤速下可提供优质的滤后水的特点。当前应用较多的气水反冲滤池大多属于均质滤料滤池。
精细过滤工艺的设计
过滤是油田废水处理的关键工艺,也是废水处理的最后一关。各油田和设计、单位都把过滤技术和设备作为研究的重点,但到目前为止,都存在着缺陷,使得处理出水和含油量很难达到石油天然气行业标准中《碎屑岩油藏注水推荐指标》一规定的回注水标准出水油类几,几。针对标准,在反粒度过滤理论、均质滤料过滤和多层滤料过滤器的基础上,进行多级精细过滤装置的设计。该装置为间歇式反粒度过滤装置,每一级都采用均质的滤料,但各级中滤料的粒径大小不相同,从总体上看存在由大到小的级配现象,使得滤层整体截污量分布更加均匀,能确保在高速过滤条件下达到级标准。装置采用密闭压力式下向流深层过滤,运行简单,反冲洗时各仓互不污染。多级精细过滤罐的反冲洗有六路反洗进水管和六路反冲洗出水管,分别对应多级精细过滤罐的六个部分,反洗时独立进行。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
精细过滤材料的选定
根据实验室已做小试试验',选用经过亲油材料改性后的山铝陶瓷滤料。粒径分别设计为第一级一卫,第二级为一,第三级为一,这种陶瓷滤料与传统使用的石英砂、核桃壳等滤料相比,体现了更为优异的性能。其过滤周期较长,滤出水浊度低,截污能力强,成熟期短,更具有抗冲击负荷能力。
精细过滤器结构设计
装置设计为对称的两部分也称为两路,每部分又分成级独立的均质过滤器,级过滤器则按照反粒度过滤理论配置滤料的粒径,每级过滤器内部设计独立的反洗水路,能够保证每级滤料层都能得到充分反洗,为了美观,三级过滤器组合成一个大的圆形过滤器,增加整体设计的美感和统一性。
设计示意图如下
