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纖維布塊過濾器是一種新型深層纖維濾料過濾器.試驗中選用50×50正方形,16層的柔性纖維布塊為過濾介質.并利用上篩板在過濾時壓緊纖維,反沖洗時利用氣、水沖擊振蕩纖維,從而實現高效過濾,并較好地解決纖維狀介質不易翻松清洗的問題.纖維布塊過濾器已經走過了從小試→中試→到工業化試驗的全過程,成功地完成了新樣機的試制.纖維布塊過濾代替傳統的粒狀濾料是深層過濾,在過濾器技術發展的道路上是一種嶄新的思維和嘗試.此樣機與其它過濾器相比具有:過濾幅度大、過濾精度高等特點.主要介紹試驗機的工作原理、結構性能及其特點.
    關鍵詞:深層纖維過濾;纖維布塊過濾器;活動篩板;邊流;層流;濾餅;纖維絲
    中圖分類號:Ｔ0028　　文獻標志碼:Ａ
    優勝劣汰是自然界發展的普遍規律,無一例外.由于油田含油污水的特點,清水用精細過濾器有些被淘汰出局,如:筒式過濾器、ＴＣＬ型過濾器、ＰＥ管過濾器、砂濾多功能過濾器、多層濾料過濾器、雙向過濾器等或因濾料不能反洗再生,或因水質不能達標而退出油田含油污水過濾領域.低滲透注水用精細過濾器這一領域隨后被“纖維過濾”迅速占領.其發展速度,相當迅猛.
    隨著高分子合成纖維工業的發展,可供選擇的纖維種類和數量越來越多,纖維的物理、化學性能也有了很大的提高.同時,由于廣大科技工作者的努力,不斷革新床層結構,促使其容易反洗再生,導致纖維深層過濾器的應用日益廣泛.
    20世紀80年代初,日本尤尼奇卡公司首先研制成功了纖維球過濾器.之后,清華大學環境工程研究所從1983年起,也對纖維球濾料進行了試驗研究.雖說各項指標均優于石英砂過濾器,但纖維球過濾器的缺點也是十分明顯的,皆因纖維絲容易卷曲,相互纏結在一起,所形成的纖維球比較硬,填充形成的床層具有顆粒床層的結構特點,球相互之間無聯系,空隙比較大,故容易被懸浮液穿透,在反洗時容易跑料.
    瑞典人ＥａｎｓＭｕｌｌｅｒ在20世紀70年代中期發明了纖維刷型過濾器[1],該過濾器的主要特點是:結構簡單,操作方便.主要不足是:因纖維呈刷狀,容易纏在一起,給反洗帶來困難,纖維床層一般較薄,過濾性能不穩定,故容易形成表面過濾.
    ＬＬＹ高效過濾器[2](纖維束過濾器)是吉林飛特水處理公司研制成功的.它是以合成纖維為濾料,纖維直徑50μｍ,將重約100ｇ的丙綸長絲制成約1ｍ的纖維束,一端固定,另一端用重墜懸掛,其中間設置有一膠囊.過濾時膠囊加壓充水,反洗時膠囊泄壓放水.這種過濾器濾層單薄,不適合大批量的污水處理場所,特別是不適合油田的污水處理.
    旋壓式纖維過濾器是英國ＥｒｉｃＣ.Ｇｒｅｅｎ公司研制的一種纖維過濾器[3],過濾時,通過傳動機構推動活接頭向下滑動,并旋轉使纖維纏繞在內筒上形成濾層.其缺點是內筒直徑不可能大.
    英國Ｅｘｅｔｅｒ大學分離中心研制的ＨＷ深層過濾器[4],其特點是采用活塞壓縮纖維介質,濾層厚度20～25ｃｍ,(纖維床層較薄)過濾時,活塞壓縮過濾介質形成濾層,活塞對纖維的壓縮程度決定可濾除顆粒的細度.
    綜上所述,纖維過濾器的品種很多,它們優點的共同之處都屬精細過濾器.其缺點:過濾介質都是纖維絲.纖維絲經不起折騰,其壽命很短,反洗時容易跑料;纖維床層一般較薄,容易被懸浮物穿透,故容易形成表面過濾;過濾精度不穩定,受來水影響很大;過濾范圍不廣,污水中含量超過含油:20ｍｇ/Ｌ、懸浮物:15ｍｇ/Ｌ,其過濾精度就會超標.
    然而,纖維過濾器特別是對于機械加壓的纖維過濾器,如:英國Ｅｘｅｔｅｒ大學分離中心研制的ＨＷ深層過濾器的結構、特點和應用范圍,代表了20世紀90年代初期的國際先進水平.同時也給我們研制“污水回用纖維布塊深度過濾器”提供了借鑒.
    我國大部分油田已進入中后期開采階段,采出液含水量逐年遞高,許多油田達90%以上,導致采油污水處理量增加較快,并且處理難度越來越大,隨著環保要求的提高,對水質的要求更高,搞好油田污水處理是當務之急.傳統的工藝、設備和技術因處理效率較低、工程投資大、處理成本高,不能滿足油田污水處理的需要.特別是不能滿足油田對低滲透的深度處理水的要求.大慶油田對190座水處理站水質調查總結報告中指出:檢測水處理站共計190座,其中普通污水處理站63座(包括6座注水站),合格率為:12.7%;含油污水深度處理站54座,合格率為:3.7%.我們從以上數據不難看出,大慶油田的污水處理存在的問題是非常嚴重的.特別是深度處理站的合格率為:3.7%.
    油田污水處理的當務之急,孕育了“污水回用纖維布塊深度過濾器”.2002年“污水回用纖維布塊深度過濾器”這一設備在大慶油田采油一廠中三污水處理站進行了第一次試驗.2003年“污水回用纖維布塊深度過濾器”的工業化試驗設備在大慶油田采油一廠中三污水處理站,進行了第二次試驗.試驗取得了圓滿的結果及可喜的科學數據.目前,“污水回用纖維布塊深度過濾器”的工業化設備已經成功地完成了新樣機的試制.
    過濾和反洗是深層過濾器的兩個基本操作方面,過濾時要求纖維介質處于壓實狀態,而反洗時則要求纖維介質處于膨松狀態[5].結構設計必須要能滿足這兩方面的要求,而纖維布塊過濾器成功地解決了這兩方面的問題,它是一步一步不斷地探索、試驗、總結的結果.其設計思想簡述如下:罐體的筒體上部設計有可移動能壓緊的平篩板,其篩板在上液壓裝置的作用下,在罐內以篩板為界,過濾、壓緊時,有效而明顯地將其分為兩個區域:上部為污物區(或稱初級處理區);下部為過濾區(或稱深度處理區).
    由于上部為初級處理區,來水的油污濃度及懸浮物含量高,隨著過濾時間的推移,含量是動態地成倍迅速增長,纖維布塊上部接觸篩板的濾料不堪重負.為了減輕纖維布塊上部濾料的沉重負擔,本發明在其上部設有能隨篩板移動的6個排污通道,能排除高濃度油污及懸浮物.
    邊流、層流的問題:纖維布塊與纖維球的區別就在于纖維球是球型的,纖維布塊是塊狀的.將纖維制成塊狀,是針對以上許多纖維過濾器存在過濾介質(纖維絲)不經折騰,壽命低,反洗時容易跑料,纖維床層較松散,過濾時容易被穿透的缺點而設計的.纖維球周邊無任何約束,且毛邊柔軟,過濾時在水的壓力下,它可緊緊地貼在筒壁上.而纖維布塊就不同了,它是塊狀的,有鱗有角,不可能與筒壁緊貼,且有一定的厚度,污水過濾時必然產生嚴重的邊流與層流.解決層流必須壓緊,與其它深層過濾器相比,它最大的特點是具有一個活動篩板,該活動篩板由上液壓裝置支持,上、下移動.其過濾精度也由壓緊控制.解決邊流的方法是在下篩板的上方每隔150ｍｍ處設計一道阻流環,共5道阻流環.#p#分頁標題#e#
    反洗的問題:在大慶中三污水處理站的(中試)試驗運行中,我們發現:濾料經過壓緊,在油、懸浮物、有機物等多種雜質的過濾接觸中,使成噸的濾料變成了一個打不開的濾餅.若不將這個濾餅打開,是無法實現反洗的.反沖洗是過濾運行中的重要一環,反沖洗效果的好壞將直接影響過濾器的過濾效果,反沖洗不徹底將會加大濾層水頭損失,影響濾池的截留量,惡化出水水質,縮短運行周期,因此選擇合適的反沖洗參數是過濾器正常運行的重要保證.
    纖維布塊過濾器的反洗是氣、水混合反洗.只有纖維布塊才能用氣、水聯合反洗.纖維布塊最大的特點是強度高、面積大、不怕跑料.只有利用水和壓縮空氣同時沖洗濾層,才能有效地將纖維濾餅打開,才能有效地將纖維上附著的污染物沖刷掉.氣、水聯合反洗時,反洗水強度為:8～12Ｌ/(ｍ2·ｓ),反洗氣強度為:≥40Ｌ/(ｍ2·ｓ),反洗時間為:15～20ｍｉｎ.
    纖維布塊過濾器的能力問題:怎樣提高纖維布塊過濾器的處理能力,是一個很大的難題.所謂能力就是過濾器的處理量的問題.處理量=流速×過水面積,在流速一定的條件下,過濾器能力的大小就取決于過水面積了,它與過水面積成正比.那么,在罐體直徑一定的條件下,怎樣才能提高過水面積呢?用傳統鉆孔的辦法是不可能達到的,必須大膽革新,才能有效地解決問題.用傳統鉆孔的辦法,過水面積最大(孔率)為50%,這里的一重大發明是:無切削成孔法,材料利用率98%,在滿足強度的條件下,使過水面積提高了30%.過濾周期為24ｈ.
    本發明新穎之處具有以下優點和積極效果.
    (1)工藝的新穎性:將油田污水的初級處理與深度處理有機地結合為一體,一次性地達到深度處理的精度要求,縮短了污水處理工藝,提高了生產效率,減少了投資成本及運行成本.油田污水的初級處理一般為3級處理:1級除油沉降罐,2級除油沉降罐(或者氣浮裝置),3級核桃殼過濾器.深度處理需要2級.共5級處理才能使含油污水達到深度處理要求.纖維布塊過濾器創建了一個簡捷的污水處理新工藝.如圖1所示.

    “污水回用纖維布塊深度過濾器”經過在大慶油田采油一廠中三污水處理站的成功試驗,纖維布塊過濾器可以替代初級污水處理的核桃殼過濾器,還可以替代“深度處理站”的兩級精細過濾器,也就是大慶人講的:1級頂3級.大慶人初略算了個帳,若用“污水回用纖維布塊深度過濾器”可節約投資成本上千萬;運行成本只是原運行成本的25%.
    設備簡圖如圖2所示.
    (2)設備能力的新穎性:當濾層厚度為:1200ｍｍ,壓緊以后厚度為:600ｍｍ時,流速為:20～25ｍ/ｈ,水頭損失約:0.1～1.5ｍ.過濾后,能將含油為:50ｍｇ/Ｌ、懸浮物為:50ｍｇ/Ｌ、粒徑為:10ｕｍ的來水,過濾為:含油為3ｍｇ/Ｌ、懸浮物為3ｍｇ/Ｌ、粒徑為2μｍ.由此可見,去除率之大,過濾精度之高,是其它過濾器無法相比的.

    (3)過濾介質的新穎性:濾料為纖維布塊,強度高、售價低、易反洗再生.特別應提出的是,由于屬物理過濾,沒有化學藥品的二次污染,有利于環保.該纖維布塊申請的實用新型專利已于2003年1月22日由國家知識產權局授權生效.
    (4)設備結構的新穎性之一:上、下篩板設計獨特,系無金屬切削成孔法加工篩孔,材料利用率達98%.
    (5)設備結構的新穎性之二:本發明設計的壓緊裝置能有效地提高過濾精度.
    (6)設備結構的新穎性之三:本發明設計有能隨篩板移動的6個排污通道、能在運行中排放高濃度油污及懸浮物.