滤料的性能是通过过滤装置的运行性能而体现的.docx
《滤料的性能是通过过滤装置的运行性能而体现的.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《滤料的性能是通过过滤装置的运行性能而体现的.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
滤料的性能是通过过滤装置的运行性能而体现的
性能
滤料的性能是通过过滤装置的运行性能而体现的，采用DA863彗星式纤维滤料的过滤装置包括压力式DA863过滤器和D型滤池。
描述过滤装置性能的通用方法是采用技术指标进行描述，如，滤池结构参数、过滤速度和过滤周期等操作参数、滤料性质参数，以及滤床纳污量等综合性参数。
DA863彗星式纤维滤料过滤对原水的水质和水量变化具有较强的适应性，过滤操作参数的选择范围大，因此，在采用常规技术指标法描述的基础上，辅以性能曲线描述DA863彗星式纤维滤料过滤过程，可更直观地反映过滤装置的性能，从而为过滤装置的设计、运行操作和监控提供有效的参数选择依据。
衡量过滤装置性能的技术参数涉及滤料性质、滤床状态、过滤过程和反冲洗操作等几个方面，见表12-1。
表12-1过滤装置的主要性能指标和参数
类别
指标
参数及符号
滤料性质指标
材料种类与来源
如砂滤料、纤维成形体滤料
尺寸
如粒度、纤维单丝直径等
物化性质
水力分级特性、表面性质等
滤床状态指标
填充量
滤床高度（H）
孔隙率及其分布
孔隙率，滤床可压缩性
纳污能力
单位体积滤床纳污量（R）
运行操作指标
过滤过程
运行效率
滤速（V）
过滤操作时间
过滤周期（T）
动力效率
滤床水头损失（ΔH）
处理能力
单位面积日产水量（Qn）
悬浮物去除能力
悬浮物去除率，过滤精度
反冲洗操作
反冲洗规程
反冲洗时间，反冲洗的气/水强度
水利用率
反冲洗耗水率（α）
反冲洗程度
滤料剩余积泥率
过滤装置各项性能指标的重要性随着滤料性质、运行方式和处理要求而不同，单一的性能参数不能确切表示滤料或过滤装置的性能优劣。
过滤装置性能曲线的基本概念
1．过滤参数与性能曲线
过滤装置的性能指标参数（如滤速、过滤周期、水头损失和纳污量等）可以通过试验和计算得出，但这些参数之间的关系是什么？
当某项参数发生变化时，其它操作参数又如何随之发生变化的？
这些问题可以通过过滤装置的性能曲线进行描述和分析。
DA863过滤器和D型滤池的性能曲线是将过滤过程的各主要参数相互关联起来的一组曲线，可直观地反映出过滤装置的工况范围和操作点。
通过性能曲线，设计者和使用者可以方便地掌握过滤装置的适用条件和范围，进而有针对性地进行设备选型和运行操作条件选择。
采用性能曲线描述DA863过滤器和D型滤池性能的方法是一个新的尝试，这一方法在以往的过滤理论中缺乏系统性论述。
由于过滤过程涉及因素众多，除过滤装置本身的性能指标外，还与原水的性质（如悬浮物组成和浓度、水温）以及预处理方法和效率等各种因素有关，目前的性能曲线主要针对过滤装置的运行参数，包括：
过滤速度（下简称滤速，V，m/h）、过滤周期（T，h）、单位面积日产水量（Qn，m3/m2·d）、滤床水头损失（ΔH，mH2O）、进水悬浮物浓度（Ci，mg/L）和出水悬浮物浓度（Ce，mg/L）、反冲洗耗水率（α，%）、单位体积滤床纳污量（R，kg/m3）等[3]，这些参数的相互关系分别阐述如下。
2．单位面积日产水量（Qn）与滤速（V）的关系
理论上，若过滤装置以恒定滤速（V）无限期运行，则单位面积最大日产水量（Qm，m3/m2·d）为：
（12-1）
即，最大日产水量（Qm）与滤速（V）呈线性关系。
若假设：
①原水水质不变，即不考虑进出水浓度对过滤周期的影响；②反冲洗操作时间为0.5小时；③过滤周期为T；④每日反冲洗次数为n；⑤反冲洗耗水率为α。
过滤装置的每日反冲洗次数：
（12-2）
每日反冲洗耗水量：
（12-3）
过滤装置单位面积日产水量：
即，
（12-4）
式（12-4）为过滤装置日产水量与滤速的关系式，简记为Qn-V关系。
在实际过滤操作中，如果过滤周期不变，则该曲线为直线。
对式（12-4）作图得不同滤速下过滤装置单位面积日产水量与过滤周期的关系，见图12-2，图中，α=5%。
图12-2不同过滤周期下单位面积日产水量与滤速的关系
从单位面积日产水量与滤速的分析可得出如下结论：
①针对每个滤速值，过滤装置的日产水量都有一个上限，T越大，Qn越接近Qm；②过滤周期相同的情况下，滤速每增加一倍，日产水量增加100%，因此，滤速的大小决定了日产水量的大小，亦即决定了处理能力。
3．过滤周期（T）与滤速（V）的关系
一般而言，滤速越大，水中悬浮颗粒在滤床中的迁移速度越快，相应地，滤床越容易穿透，过滤周期也就越短。
理论分析表明[4]，滤床纳污量（R）是决定过滤周期（T）和滤速（V）的关键因素，故而，可以通过计算滤床纳污量求得过滤周期（T）和滤速（V）的关系。
滤床纳污量的表达式：
（12-5）
或，
（12-6）
对于DA863彗星式纤维滤料，滤速不同，过滤压力不同，则滤床的压缩程度不同，滤床孔隙率亦不同，因此，滤床纳污量主要与滤速有关。
由式（12-6），当进水和出水浓度变化不大时，T随R的增加而增加，随V的增加而减小。
通过试验可测定滤床纳污量随滤速的变化关系，采用理论计算与试验数据拟合的方法可得出滤床纳污量与滤速的关系式R（V），结合式（12-6），可得出过滤周期与滤速的关系，简记为T-V关系。
4．水头损失（ΔH）与过滤速度（V）的关系
由试验数据可以绘制出滤床水头损失随过滤速度的变化，简记为ΔH-V关系。
5．性能曲线的实用意义
通常，过滤装置的使用者出于不同目的和应用条件，需要在初始投资、运行成本、占地面积和处理效率等诸多因素中权衡利弊。
由于DA863彗星式纤维滤料过滤装置可以实现在较宽的工况参数范围内运行，单纯性能指标不便于使用者做出决定，因此，使用者可参考性能曲线进行过滤装置的选型、过滤系统配置和运行操作控制。
以较小的占地面积实现较大的处理规模是水处理工程追求的目标之一，通过日产水量与滤速的关系（Qn-V关系），可以粗略估计出过滤装置应采用的滤速值。
由过滤周期与滤速的关系（T-V关系），一方面，设计人员可以根据不同的处理任务选择合理的过滤周期和滤速；另一方面，操作人员在运行过程中，可以根据运行条件或运行要求的变化，选择相应的过滤运行工况。
滤床水头损失与过滤速度的关系（ΔH-V关系）的实用意义在于：
第一，是水泵选型的依据之一；第二，为过滤系统的水力设计（如管路配置、过滤器配水系统）提供了基础数据。
过滤过程的试验结果
表12-2为DA863过滤器的典型运行结果。
表12-2DA863过滤器的典型试验结果
试验周期编号
1
2
3
4
5
水温（℃）
17
13
9
10
8
絮凝剂
PAC
PAM
PAC
PAM
PAC
PAM
PAC
PAM
PAC
PAM
絮凝剂投加量（mg/L）
6
0
6
0.02
4
0.01
8
0.016
8
0.02
滤速（m/h）
20
40
40
60
80
过滤周期（h）
16.5
6.5
14.0
7.0
5.0
单位面积日产水量（m3）
460
880
915
1347
1760
单位面积周期产水量（m3/m2·d）
330
260
560
540
560
平均进水浊度（NTU）
62
58
28
21
17
出水浊度（NTU）
≤1
≤1
≤1
≤1
≤1
平均去除率（%）
99.47
98.64
98.54
98.17
96.10
起始水头损失
（mH2O）
――
0.45
――
0.96
1.47
终止水头损失
（mH2O）
――
6.07
――
7.60
8.92
滤床纳污量
（kg/m3滤料）
24.1
17.7
18.4
10.4
8.0
分别取过滤器进出水水样，用显微图像仪记录水中颗粒状况，采用划线计数法直接测量水中大于2μm粒子的个数，得出试验条件下DA863彗星式纤维滤料过滤器对大于2μm的颗粒的去除率≥95%。
反冲洗操作的试验结果
反冲洗操作采用气-水联合反冲洗的方法。
进行气－水联合反冲洗时，空气泡与滤料间的摩擦力、单个滤料间碰撞力和水的剪切力是促使杂质颗粒与滤料分离的主要因素，反冲洗操作的关键在于过滤器反冲洗时间与条件控制，以及反洗空气的压力、强度和均匀度。
经试验，确定DA863过滤器的反冲洗规程为：
先以反冲洗水将滤床托起，然后通入反冲洗空气，详见表12-3。
表12-3DA863过滤器反冲洗操作规程
反冲洗规程
操作时间
（min）
反冲洗空气强度（L/m2·s）
反冲洗水强度（L/m2·s）
水流托起滤床
1
――
30
空气反冲洗
6.5
40
――
气-水混和反冲洗
2
40
11
水流冲洗
2.5
――
30
总计
12
――
――
试验得出，反冲洗耗水率为1.27%。
DA863过滤器的性能参数
通过生产性试验考察，DA863过滤器的性能参数如表12-4。
表12-4DA863过滤器的性能参数试验结果
类别
技术指标
原水性质
水温，℃
8-17
进水浊度，NTU
15-110
出水浊度，NTU
≤1
运行操作指标
过滤过程
滤速，m/h
20-100
过滤周期，h
5-16.5
滤床水头损失，mH2O
6.07-8.92
单位面积日产水量，m3/m2·d
465-2000
悬浮物去除率，%
>95
滤床纳污量，kg/m3
21.70-41.52
反冲洗过程
反冲洗时间，min
12
反冲洗空气强度，L/m2·s
40
反冲洗水强度，L/m2·s
11/30
反冲洗耗水率，%
1-2
滤料剩余积泥率，%
0.5-2
DA863过滤器的性能曲线
1．试验数据整理
日产水量与滤速的关系（Qn-V关系）和滤床水头损失与过滤速度的关系（ΔH-V关系）可由表12-2中的试验数据绘出，如图12-3和图12-4。
图12-3日产水量与滤速的关系图12-4滤床水头损失与过滤速度的关系
过滤周期与滤速关系（T-V关系）与过滤器进水浓度密切相关，由表12-2中的数据仅能绘出试验条件下的T-V关系，见图12-5，图中，进水浊度分别为17-28NTU和54-62NTU。
图12-5试验条件下过滤周期与滤速的关系
为绘制不同进水浊度下的过滤周期与滤速关系，对表12-2中的R与V值进行数值拟合，结果如式（12-7）和图12-6。
（12-7）
将式（12-7）代入式（12-6），得：
（12-8）
图12-6滤床纳污量与滤速的关系
依式（12-8）可计算在相同出水浓度下（Ce<1NTU），不同进水浓度（Ci）和不同滤速（V）时的过滤周期（T），见图12-7，该图显示，根据有限的试验数据，可以通过计算的方法得出一般条件下过滤器的滤速与过滤周期数值，从而大幅减少了试验工作量。
图12-7不同进水浓度的T-V曲线
2．DA863过滤器的性能曲线
针对一定的进水浓度范围，将上述的Qn-V关系、ΔH-V关系和T-V关系绘制在同一张图上，便得到了过滤器性能曲线，图12-8。
图12-8进水浊度为54-62NTU时过滤器的性能曲线
（注：
Qn－×102m3/m2·d，T－h，ΔH－m）
DA863过滤器的性能曲线给出了过滤过程的主要参数随滤速的变化情况，这一方法简明直观，对过滤器的设计和运行具有参考意义。
D型滤池的性能
12.6.4.1性能试验
DA863彗星式纤维滤料适用于多种构型的滤池，不同池型的滤池在应用上各具特点。
研究显示，D型滤池的性能在描述方法上与DA863过滤器具有相似之处，表12-5为D型滤池性能参数的试验结果。
表12-5D型滤池性能参数的试验结果
类别
技术指标
原水性质
水温，℃
8-17
进水浊度，NTU
10-45
出水浊度，NTU
≤1
运行操作指标
过滤过程
滤速，m/h
20-50
过滤周期，h
8
-37
滤床水头损失，mH2O
0.17-1.10
单位面积日产水量，m3/m2·d
500-900
悬浮物去除率，%
>95
滤床纳污量，kg/m3
30.01-53.84
反冲洗过程
反冲洗时间，min
15
反冲洗空气强度，L/m2·s
30
反冲洗水强度，L/m2·s
14
反冲洗耗水率，%
1-2
滤料剩余积泥率，%
0.78
D型滤池性能曲线
通过试验数据处理及分析，得出D型滤池的性能曲线如图12-9，该图绘出了在出水浊度（Ce<1NTU）的条件下，进水浊度在10-45NTU的范围内，日产水量与滤速的关系（Qn-V关系）、过滤周期与滤速关系（T-V关系），以及滤床水头损失与过滤速度的关系（ΔH-V关系）。
图12-9D型滤池的性能曲线
（注：
Qn－×102m3/m2·d，T－×10h，ΔH－×10-1m）
考虑到图12-9是在特定试验条件下的结果，而实际工程中有许多不确定因素，例如，原水的性质及变化、原水预处理方法及效果、水处理工程的系统配置，以及运行管理等情况，因此，D型滤池的设计参数应根据待处理工程的实际情况综合权衡，参考取值如表12-6，应用实例见12.6.5。
表12-6D型滤池设计数据参考取值
进水浊度（Ci,NTU）
≤30
过滤速度（V,m/h）
20-30
过滤周期（T,h）
8-20
单位面积日产水量（Qn,m3/m2·d）
400-700
D型滤池与DA863过滤器的性能比较
在使用相同滤料的条件下，DA863彗星式纤维滤料过滤器性能曲线与DA863彗星式纤维滤料滤池性能曲线的图形相似，过滤周期、日产水量及水头损失随过滤速度的变化趋势相同。
两者的性能差异主要体现在水头损失的大小，DA863彗星式纤维滤料过滤器是压力式过滤器，滤速高，在过滤过程中，滤料所受的压力较大，滤床的孔隙率较小，因此，水头损失较大。
DA863彗星式纤维滤料滤池过滤压力较低，滤料之间的密实程度与过滤器相比较较小，滤床的孔隙率较大，因此，水头损失较小。
过滤装置的选型
DA863高效过滤器
1、DA863过滤器外形尺寸参数表
2、DA863过滤器规格及性能表
注：
1、滤前水质为经过混凝处理的原水；
2、滤前水质为含铁、锰地下水时，应先进行预处理；
3、设计过滤速度40m/h；工程设计中可根据实际情况选取相应的过滤速度；
3、DA863过滤器工艺流程图
D型滤池
1、D型滤池示意图
2、D型滤池主要工艺参数表
3、D型滤池配套设备参数表
4、D型滤池参考选型表
应用实例
采用彗星式纤维过滤材料的过滤技术历经10年的研发和推广，因其具有滤速高、纳污量大和反冲洗耗水量低等突出优点，因而在给水处理、中水回用和工业水处理等领域获得了广泛应用[6~10]。
在给水处理中的应用实例
1.工程概况
上海梅山矿业有限公司自备水厂将原有的采用石英砂单层滤料的双阀滤池改造为采用DA863彗星式纤维滤料的高效滤池，取水来自长江，单座滤池设计产水能力由改造前的300m3/h增加至1000m3/h，滤后水浊度小于1NTU，改造工程于2005年5月投入运行。
2.技术特点
高效滤池的内部结构如图12-10，主要组成部分说明如下。
①滤池配水系统
配水布气系统采用小阻力配水系统，在滤板上均匀布置了1500个可调式长柄滤头，其滤杆可上下调节，范围在0～50mm。
②滤池布水系统
布水系统采用4个DN400mm孔在中心筒内部环形均布，中心筒以外的布水区域铺设0.84mm的不锈钢丝网。
③承托层
滤池采用稀土瓷砂滤料作为承托层，不仅能够起到承托作用，而且在反冲洗时，与DA863彗星式纤维滤料相互撞击，强化了对滤料的反冲洗效果。
④滤床反冲洗
改造工程采用了气-水联合反冲洗方式，反冲洗规程为：
首先进行气冲，然后进行气水联合反冲，最后用水冲漂洗。
反冲洗气冲强度为25L/（s﹒m2）。
反冲洗水采用沉淀水，水冲强度6.5L/（s﹒m2），利用水头高差作为动力反冲漂洗DA863彗星式纤维滤料，水头高差为1.5m。
图12-10高效滤池内部结构图
3.运行结果
在滤池进水浊度4～8NTU的情况下，出水浊度在1NTU以下，过滤速度25～30m/h，过滤周期10～12h，反冲洗耗水率2%～2.5%。
在污水深度处理中的应用实例
1.工程概况
成都沙河污水处理厂是成都市中心城水环境综合治理的一个重要组成部分。
该工程的原水是成都市生活污水，深度处理中的过滤工艺采用D型滤池（商品名称）过滤技术。
处理水量为100000m3/d，总变化系数1.3。
深度处理的进水为二级处理出水，SS≤50mg/L。
过滤出水SS≤10mg/L，经消毒后排入沙河。
2.D型滤池
D型滤池是一种快滤池，它采用DA863彗星式纤维滤料，小阻力配水系统，气水反冲洗，恒水位或变水位过滤方式。
滤池主体结构（包括池体、池内分区隔墙、梁柱、V型槽和出水槽）为现场浇注钢筋混凝土结构，在工艺设计上分为进水布水系统、出水配水系统和气-水反冲洗系统。
D型滤池构造简图如图12-11所示。
图12-11 D型滤池构造简图
1-总进水渠；2-进水方闸门；3-进水方孔；4-进水堰；5-V型槽进水侧孔；6-V型槽；7-表面扫洗孔；8-滤料拦截板；9-DA863纤维滤料；10-滤网板；11-滤板；12-长柄滤头；13-底部空间；14-布气圆孔；15-配水方孔；16-排污槽；17-气水分配渠；18-水封池；19-出水堰；20-清水渠；21-清水阀；22-排水阀；23-初滤水阀；24-冲洗水阀；25-冲洗气阀；26-废气阀
3.设计参数和处理效果
主要设计参数见表12-7。
表12-7D型滤池的主要设计参数
参数
滤速
（m/h）
过滤周期
（h）
水头损失
（m）
滤床厚度
（m）
反冲洗水洗强度
（L﹒s-1﹒m-2）
反冲洗气洗强度
（L﹒s-1﹒m-2）
表面扫洗强度
（L﹒s-1﹒m-2）
数值
15～25
8～24
0.6～2.3
0.65～0.80
6～7
20～30
2～4
以污水处理厂二级处理出水为原水，采用直接过滤工艺的D型滤池过滤技术，在进水SS为17～27mg/L的情况下，出水SS为4.4～9.6mg/L，达到10mg/L以下，满足了设计要求。
4.经济指标
滤池占地面积为710m2，反洗设备房占地面积为180m2。
工程总投资约850万元，其中土建投资约200万元，设备、电气、仪表约650万元。
运行成本约为0.022元/m3。
12.6.6.3处理煤矿井下水的应用实例
煤矿井下水是指在煤炭开采过程中，渗入井下采掘空间的水。
我国煤矿平均吨煤涌水量为4m3，但不同地区差异较大,东北地区一般矿井吨煤涌水量在2～3m3；华北、华东及河南等大部分矿区一般为3～5m3；南方矿区平均吨煤涌水量在10m3以上，西部矿区的吨煤涌水量在1.6～3m3左右，对井下水的综合利用开发已成为开发矿区未来供水水源的一个重要途径。
神东矿区位于陕北黄土高原北线,毛乌素沙漠东南边缘,年蒸发量为年降水量的五倍,属水资源贫乏地区。
为解决水资源短缺日益突出的矛盾，神东矿区对煤矿井下水的开发进行了积极的探索。
1.处理工程简介
神东矿区井下水处理工程的日处理量为10000m3，于2003年10月投入使用，工艺流程为：
原水→斜管沉淀池→DA863滤池（商品名称）→清水池。
2.运行参数
滤前水浊度7.5～10NTU，平均滤速23m/h，初始水头0.6mH2O，终期水头1.8mH2O，采用气-水联合反冲洗，反冲洗历时13min。
3.处理效果
滤后水浊度＜1NTU，过滤周期30h，周期产水量690m3，反冲洗耗水率7.2%。
出水水质指标为：
pH值6.5～6.7，总硬度174～184mg/L，硝酸盐0.1mg/L，耗氧量0.5mg/L，铁0.07～0.1mg/L，锰0.4mg/L。
升级会员 