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澳门赌场几种纤维过滤器的工作原理及特性
发布时间发布时间:2021-01-10 14:51

  中国给水排水 2003 Vol. 19 CHINA WA TER & WASTEWA TER No . 6 几种纤维过滤器的工作原理及特性 张万友1 , 郗丽娟1 , 陈雪梅1 , 齐铁范2 ( 1. 东北电力学院 应用化学系 , 吉林 吉林市 132012 ; 2. 吉林热电厂 , 吉林 吉林市 132001) 摘 要: 对纤维球过滤器 、 胶囊挤压式纤维过滤器 、 压力板式纤维过滤器及自压式纤维过滤 器的工作原理 、 结构特点及其存在的问题从理论到实践进行了深入剖析 ,证实纤维过滤器具有运行 流速高 、 截污能力强和出水水质好的优势 。 关键词 : 纤维过滤器 ; 纤维球 ; 过滤装置 中图分类号 : TU991. 24 文献标识码 : B 文章编号 : 1000 - 4602 (2003) 06 - 0023 - 03 与粒状过滤材料相比 , 纤维过滤材料的比表面 积较大 ,有更大的界面吸附并截留悬浮物 ,同时纤维 较柔软 ,在过滤时能够实现密度调节或沿水流方向 过滤孔径逐渐变小的合理过滤方式 , 极大程度地实 现了深层过滤 ,使设备出水质量 、 截污能力 、 运行流 速都得到大幅度提高 。 1 纤维球过滤器 下层滤层截留 。在整个滤层中 , 机械筛分和接触絮 凝作用都得到充分发挥 ,从而实现较高的滤速 、 截污 容量和较好的出水水质 。 纤维球过滤污水的现场试验数据表明 [ 1 ] , 当运 行流速在 15 ~ 40 m/ h 时截污容量一般在 2 ~ 12 kg/ m 之间 ,运行流速和截污容量均是砂滤池的数 倍 ,出水浊度明显好于砂滤池 。 该过滤器存在的不足是 : 因纤维球是呈辐射状 的球体 ,靠近球中心部位的纤维密实 ,反洗时无法实 现疏松 ,截留的污物难于彻底清除 ; 用气、 水联合清洗 时纤维球易流失 ,用机械搅拌清洗时纤维球易破碎。 2 胶囊挤压式纤维过滤器 取一束短纤维 ,在其中心紧密结扎或热熔粘结 , 使短纤维形成呈辐射状的球体结构 。这种纤维球的 个体特征是球中心纤维密实 , 越靠近球边缘则纤维 越疏松 ,孔隙率分布不均 。 纤维球过滤器是在容器内填装纤维球形成床 层 ,由于纤维球个体较疏松 ,在床层中纤维球之间的 纤维丝可实现相互穿插 , 此时纤维球的个体特征已 不重要 ,床层形成了一个整体 。床层中纤维球受到 的压力为过滤水流的流体阻力 、 纤维球自身的重力 以及截留悬浮物的重力之和 ( 如果水流从上至下通 过床层 ,该力在滤层中沿水流方向是依次递增的 ) 。 因纤维球具备一定弹性 , 在压力下滤层孔隙率和过 滤孔径由大到小渐变分布 , 滤料的比表面积由小到 大渐变分布 。这是一种过滤效率由低到高递增的理 想过滤方式 ,直径较大 、 容易滤除的悬浮物可被上层 滤层截留 ,直径较小 、 不易滤除的悬浮物可被中层或 过滤器工作原理见图 1 。 图1 胶囊挤压式纤维过滤器示意图 基金项目 : 国家重点新产品项目 ( 2002 ED660020) ?23 ? 2003 Vol. 19 中国给水排水 No . 6 将长纤维束挂装在设备中 ,纤维束下挂重锤 ,纤 维层中安装数个软质胶囊 ,过滤前将胶囊充水 ,横向 挤压长纤维 ,使纤维层孔隙率和过滤孔径由大到小 渐变分布 ,此段滤层特性与纤维球滤层相似 ,过滤效 果也比较接近 。该过滤器的滤速一般为 20 ~40 m/ h ,在进水浊度相同的条件下 , 截污容量是砂滤器的 2~4 倍 。清洗过滤器时 , 先排净胶囊中的水 , 使长 留悬浮物 。上部纤维层因被压缩产生横向弯曲并压 实 ,且过滤面积较大 , 所以 , 起到保证出水水质作用 的应该是该层 。 3 压力板式纤维过滤器 此种过滤器有两种结构形式 , 一种是压力板在 上部 ,另一种是压力板 ( 也叫推力板) 在下部 ( 原理见 图 2) 。设计思路 ( 以压力板在上部为例) : 将长纤维 束与出水孔板固定 , 另一端设置于有一定开孔率的 压力板上 ( 压力板设计成双层结构或外加浮桶以使 其整体密度与水接近) 。另外 ,设计有压力板的导向 和限位装置 ,运行初期靠水流对压力板的水头阻力 , 首先将靠近压力板侧的纤维压弯 , 使水头阻力增大 后产生向下压力 , 进一步挤压下部纤维层 。当压力 板下压至适当位置时 , 限位装置使之停止下移 。反 洗时 ,因压力板设计的整体密度与水接近 ,能够被水 流冲起 ,使纤维层舒展 ,实现对纤维层的彻底清洗 。 纤维束床层得以疏松 ,再用气 — 水混合清洗 。 在挂装的长纤维滤层中安装可充 、 排水的软质 胶囊 ,解决了纤维层的压实 ( 过滤) 、 疏松 ( 清洗) 及纤 维流失问题 ,但也存在一些问题 : ① 设备较复杂 , 除 胶囊外 ,需设有胶囊充 、 排水系统及充水计量装置 ; ② 胶囊损坏是困扰用户的难题 , 其价格较贵且更换 作业过程并不方便 。 可以用刘氏公式计算出胶囊挤压长纤维过滤器 初始工况 [ 2 ] 。设纤维直径为 50 μm , 纤维长为 1. 3 m ,纤维填装孔隙率为 90 % ,每只胶囊充水量为 150 kg ,计算结果如表 1 。 表1 胶囊挤压式纤维过滤器初始水头阻力 设备直径 胶囊数 充水后平均 水头阻力 滤层整体推力 ( m) ( 个) ( kPa) (t) 孔隙率 ( %) 2. 0 2. 5 3. 0 5 7 9 71. 6 73. 5 75. 3 24 19 16 7. 5 9. 3 11. 4 从表 1 可看出 ,在过滤初期 ,滤层就会产生较大 推力 ,靠近出水侧的上部纤维会受到很大的纵向压 力 。因纤维丝纵向刚度极小 ,在此压力下必然弯曲 , 使纤维层整体上移 。当纤维层截留一定悬浮物后 , 随着床层水头阻力增大 , 此上移距离会更大 。因胶 囊中心用钢管 ( 用于进 、 排水) 贯通 ,胶囊下端与钢管 下端连接 ( 这样做便于安装时插入纤维层中 ) , 所以 胶囊不会随纤维层的上移而移动 , 胶囊外壁在纤维 的磨擦力作用下产生向上的拉力 。另一方面 , 因上 部纤维受压力弯曲产生横向堆积 , 占用的横向空间 增大使上部胶囊受到挤压而体积减少 , 迫使胶囊下 部水体积增大 。胶囊下部既受到向上的拉力 , 又受 到内部向外的压力 , 这应该是胶囊易破损且大多从 下部破损的主要原因 。 另外 , 胶囊挤压式过滤器对纤维的压实是靠胶 囊 ,这占用了较大过滤面积 , 在最大挤压部位 ( 即纤 维孔隙率最小部位) 的过滤线速度最高 ,滤速高不利 于滤料吸附 、 截留悬浮物 ,所以此部位不会有效地截 图2 压力板式纤维过滤器 压力板式过滤器克服了胶囊挤压式过滤器的一 些不足 ,但有时压力板易出现卡塞现象 ,影响稳定运 行 。事实上 ,压力板 ( 或推力板 ) 对纤维的推压作用 是值得商榷的 。对这种结构设备的水头阻力的计算 结果见表 2 。 表2 不同开孔率的孔板水头阻力和推力 开孔率 ( %) 水头阻力 ( Pa) 推力 ( kg/ m2 ) 2 250 25 5 37 3. 7 10 8. 7 0. 87 20 1. 8 0. 18 注: 流速为 30 m/ h 。 压力板的开孔率不能太低 , 否则会影响滤层配 水和清洗时的空气流通 。另外 ,为减少卡塞现象 ,压 力板与器壁边缘最少留有 10 mm 缝隙 ,对于 2 m 直 径的过滤器来说此缝隙的面积就相当于 2 %的开孔 率 。从表 2 可看出 , 这点微不足道的推力对纤维层 ?24 ? 2003 Vol. 19 中国给水排水 No . 6 的压缩作用是极为有限的 。另一方面 , 虽然压力板 的密度为 1 g/ mL , 但在进行气 、 水联合清洗时 , 气 、 水混合流体的密度仅为 0. 12 ~ 0. 22 g/ mL , 在这种 混合流体中 ,压力板会产生向下的重力 ,使压力板的 开孔被纤维堵塞 , 影响气 、 水流通 。澳门赌场综上所述 , 压力 板式纤维过滤器的工作机理还值得进一步研究 。 4 自压式纤维过滤器 层所受的纵向压力沿水流方向依次递增 , 所以纤维 层沿水流方向被压缩弯曲的程度也依次增大 , 滤层 孔隙率和过滤孔径沿水流方向由大到小分布 , 这样 就达到了高效截留悬浮物的理想床层状态 。清洁床 层压缩达到平衡后的压缩情况见表 3 。 表3 自压式纤维过滤装置压缩达到平衡时的情况 纤维层位置 0~ 20~ 78. 3~ 99~ 119. 5~ 136. 5~ ( 由上至下) (cm) 20 78. 3 99 119. 5 136. 5 150 纤维层各段初 始高度 (cm) 各段被压缩后 高度 (cm) 压缩比 ( 压后 高/ 压前高) 20 58. 3 20. 7 20 1 53 13 20. 5 9. 5 0. 46 17 7 0. 41 13. 5 5 0. 37 自压式纤维过滤器有两种结构形式 , 一种是出 水孔板在下部 ,一种是出水孔板在上部 ,长纤维束一 端固定在出水孔板上 , 另一端与一质量极小的限制 纤维束相对位置的构件连接 。所谓自压 , 是指不依 靠其他装置 ,仅靠水流对纤维层的水头阻力实现对 纤维层的压缩 。实际上 ,长纤维丝的纵向刚度很小 , 只要对纤维进行适当处理并保持适宜的装填密度 , 依靠滤层的水头阻力就完全可以像纤维球过滤器一 样将纤维层压缩 。该过滤器的工作原理见图 3 。 0. 91 0. 63 注: 流速为 30 m/ h ,水温为 13 ℃。 自压式纤维过滤器的有效过滤面积大 , 设备结 构简单 ,出现机械故障的因素极少 ,且接近出水位置 的纤维压缩比大 ,大都呈横向状态 ,这显然更有利于 吸附 、 截留悬浮物 , 过滤速度 、 过滤效率都能得到进 一步提高 。 5 结语 纤维过滤设备在国内应用的十几年时间里 , 以 其高运行流速 、 高截污能力和出水水质优良等粒状 滤料设备无法相比的优势得到迅猛发展 。作为一种 新兴过滤技术 ,在过滤机理 、 材料选择 、 设备结构和 现场应用等方面尚有较大发展空间 , 有待于进一步 研究 、 开发和完善 。 参考文献 : [1 ] 严煦世 . 水和废水技术研究 [ M ] . 北京 : 中国建筑工业 图3 自压式纤维过滤器 当水流自上向下通过纤维层时 , 在水头阻力作 用下 ,纤维承受向下的纵向压力且越往下则纤维所 受的向下压力越大 。由于纤维纵向刚度很小 , 当纵 向压力足够大时就会产生弯曲 , 进而纤维层会整体 下移 ,最下部纤维首先弯曲并被压缩 , 此弯曲 、 压缩 的过程逐渐上移 , 直至纤维层的支撑力与纤维层的 水 头阻力平衡 ( 压缩过程需 3~5 min ) 。 由于纤维 出版社 ,1992. [2 ] 华绍曾 ,杨学宁 . 实用流体阻力手册 [ M ] . 北京 : 国际工 业出版社 ,1985. 电线 E - mail :jltyhb @mail. jl. cn 收稿日期 :2003 - 01 - 27 本期责任编辑 : 江 荣 编辑 : 衣春敏 孔红春 ?25 ?

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