多介质过滤器在地表水中的应用研究.pdf

收稿日期：2023-08-15作者简介：孙宝红（1989），女，安徽滁州人，硕士研究生，工程师，主要从事化学水处理的技术和管理工作。联系方式：13915821413多介质过滤器在地表水中的应用研究孙宝红，赵京岳，张海秋，吴华龙（中盐金坛盐化有限责任公司，江苏 常州213200）摘要：为提高反渗透系统进水水质，将预处理的纤维球过滤器改造为多介质过滤器，并考察多介质过滤器的程控调试情况、产水水质情况、制水周期、反洗时间，以及多介质过滤器与纤维球过滤器的对比情况。通过设备的比选优化，表明多介质过滤器在地表水中明显改善了产水水质，减轻了反渗透系统的压力。关键词：多介质过滤器；调试；地表水；改善中图分类号：TQ051.8+5文献标识码：A文章编号：2096-3408（2024）04-0038-03Research on Application of Multi-media Filterin Surface WaterSUN Baohong，ZHAO Jingyue，ZHANG Haiqiu，WU Hualong（China Salt Jintan Salt Chemical Co，Ltd，Changzhou 213200，China）Abstract：In order to improve the water quality of the reverse osmosis system，the pre-treated fiber ball filter was transformed into a multi-media filte.The program control debugging，water quality，water production cycle，and backwashing time of the multi medium filter were investigated.At the same time，we also conducted a comparative study between multi-media filter andfiber ball filter.Through the comparison and optimization of the equipment，it is shown that themulti-media filter can obviously improve the quality of the produced water and can also reduce thepressure of the reverse osmosis system in surface water.Key words：Multi-media filter；Debugging；Surface water；Improve1前言过滤器广泛应用于化工、石油、食品、制药、水处理、煤炭、选矿等行业1。多介质过滤器是利用两种以上过滤介质，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒状材料，从而有效除去悬浮杂质使水澄清的过程。常用的滤料有石英砂、无烟煤、锰砂等，主要用于水处理除浊、软化水、纯水的前级预处理等。多介质过滤器过滤原理是原水通过滤料时，通过拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用使悬浮物颗粒迁移到滤料表面，在范德华引力、静电力、化学键和化学吸附力的作用下，粘附于滤料颗粒表面。通过滤料的纳污截留作用，进一步降低水的浊度及SDI值。过滤一段时间后，表层滤料间的缝隙逐渐为污染物粒子所堵塞，形成滤膜，使过滤阻力剧增，滤速剧减或可能出现滤膜裂缝，出现污染物穿透的现象，因此多介质过滤器运行一段时间后应及时反洗，多采用气水联合反洗，反洗效果良好。2公司现状中盐金坛盐化有限责任公司（以下简称“公司”）反渗透水的预处理工艺为“地表水+沉淀池+纤维球过滤器+超滤+反渗透”。纤维球过滤器的填料为纤维球，纤维球是用人工合成纤维通过一定工艺过程加工形成的球形滤料。纤维球过滤器在过滤过程中，原水中被纤维球滤料截留的悬浮物随着过滤时间的增加而不断累积，最终达到饱和状态，盐科学与化工Journal of Salt Science and Chemical Industry第53卷第4期2024年4月38从而使过滤阻力增大，同时也失去过滤截留悬浮物的作用。这时纤维球过滤器就需要进行反冲洗，使滤料再生。但在反洗过程中，纤维球内部吸附的杂质难以反洗干净，长期积累，过滤器的出水水质无法保证，对后续反渗透系统的影响较大。另外，纤维球使用寿命较短，更换填料的成本也较高。纤维球过滤器在含油水处理中效果较好，但在公司的地表水处理中效果并不理想。多介质过滤器因其双重填料在普通的地表水预处理中效果更好2。多介质过滤器运行流速较低，产水水质好造价低廉，运行费用低，易反冲洗，可根据不同工艺选择填料类型及填装高度。通过多方调研考察，决定将纤维球过滤器改造为多介质过滤器。多介质过滤器主要是替代原先的纤维球过滤器，阀门为气动门，运行为DCS控制的全自动运行。多介质过滤器的前端进水为沉淀池出水，采用的是地表水加絮凝剂聚合氯化铝的絮凝沉淀工艺。多介质过滤器主要参数为：直径3 600 mm，产水量100 m3/h，出水浊度1 NTU。多介质过滤器本体为碳钢内部衬胶，进水装置为喇叭式布水方式，出水装置为多孔板配加强型ABS排水帽。滤头是滤池布水系统关键部件，使进入滤池的污水能在通过配水滤头均匀集水，并且该布水系统除作为滤池正常运行时布水用外，也可用于定期对滤池进行反冲洗时布水。排水帽选用长柄加强型ABS滤头，规格为1T/H个；每个滤头上缝隙为（0.60.05）mm，每个滤头上缝隙面积5.510-4m2，滤头面积为0.02 m2/个，收水均匀，阻力损失小，配水配气均匀。3多介质过滤器调试及运行情况3.1多介质过滤器程控调试运行多介质过滤器安装完成后首先进行顺控调试，不带负载。多介质过滤器运行程控步骤有运行顺控、停止顺控和反洗顺控。运行顺控程序为先开机正洗，排气阀开、正洗排水阀开、进水阀开、工业水泵开、杀菌剂计量泵开，5 min后出水阀开、正洗排水阀关、排气阀关。停止顺控程序为进水阀关、出水阀关、排气阀开。反洗顺控程序为排气阀开、反排阀开、反洗进水阀开、水反洗5 min，主要清洗滤料最上层截留物，然后排掉过滤器内部的部分存水，反洗进水阀关、正洗排水阀开、等待5 min，正洗排水阀关、进气阀开、气洗5 min，将滤料全部松动，进气阀关、静置10 min，反洗进水阀开、清洗15 min，反洗进水阀关、正洗排水阀开。调试时，将每台多介质过滤器都按照程控程序运行一遍，所有阀门都能按照程序正常开关，DCS控制系统运行正常，空载调试完成。3.2多介质过滤器投运情况多介质过滤器空载调试完成后，即进入带负荷试运行阶段。先将一台多介质过滤器投入运行，并考察运行时间分别为6、12、18、24、30、36 h时，多介质过滤器的产水浊度和过滤压差，结果见表1。从表1可以看出，多介质过滤器在24 h内的产水水质一直比较稳定，浊度基本维持在0.3 NTU，运行至30 h的时候，产水浊度上升到0.4 NTU，随着时间的延长产水浊度进一步增加。多介质过滤器的过滤压差随着运行时间的延长也呈逐渐增加的趋势，在 24 h 内 过 滤 压 差 从 0.008 MPa 增 加 至0.015 MPa，此时多介质过滤器的产水量下降较多，继续运行，过滤压差增长变快。结果表明，多介质过滤器在24 h内可以有效过滤水中的杂质，继续运行过滤层的截留性能达到饱和，继而产水水质下降 3，因此可将多介质过滤器的运行时间设置为24 h。多介质过滤器运行一个周期后需要反洗恢复过滤性能，为选定最佳反洗时长，分别考察反洗时间为3、6、9、12、15、18 min时，多介质过滤器的反排水浊度，结果见表2。从表2可以看出，反洗时间在6 min以内时，随着反洗时间的延长，反排水的浊度增大，这主要是因为初始阶段随着过滤介质逐渐松动，过滤介质间截留的杂质不断被洗出，反排水的浊度越来越大。反洗时间达到12 min时，反排水的浊度下降，这是因为随着反洗的进行，过滤器的内部杂质会不断变少4。反洗时间至 15 min时，反排水变清，反洗时间到18 min时，反排水浊度已无明显变化，并逐渐趋于稳定，最终达到反洗的终点，因此设置多介表1多介质过滤器运行产水浊度和过滤压差Tab.1Water turbidity and filtration pressure difference ofmulti-media filter operation运行时间/h产水浊度/NTU过滤压差/MPa60.30.008120.30.008180.30.010240.30.015300.40.019360.50.022表2多介质过滤器反排水浊度Tab.2Back drainage turbidity of multi-media filter反洗时间/min产水浊度/NTU310.6616.3915.8125.3152.3182.2孙宝红，等：多介质过滤器在地表水中的应用研究39盐科学与化工第53卷第4期2024年4月质过滤器的最佳反洗时长为15 min，这样既能将多介质过滤器滤料清洗干净，又能节约反洗用水。3.3多介质过滤器与纤维球过滤器产水水质对比多介质过滤器正式投运后，为了比较多介质过滤器与纤维球过滤器产水水质，因此考察了运行时间分别为4、8、12、16、20、24 h时，两种过滤器对应的产水浊度，结果见表3。从表3可以看出，在24 h内，多介质过滤器的产水浊度都在0.3 NTU，较为稳定；而纤维球过滤器的产水浊度在12 h内保持在0.5 NTU。随着时间的延长，产水浊度持续增加，当时间达到24 h时，产水浊度已经增加至1.3 NTU。可以看出在公司的地表水系统中多介质过滤器产水优于纤维球过滤器，并且产水水质的稳定性也更高。多介质过滤器运行一段时间后，超滤装置进水水质明显提高，观察现场超滤透明管水质颜色清亮，无悬浮物。随着超滤装置进水水质提高，可将超滤膜的运行过滤时间由原来的50 min调整至60 min，减少了超滤装置反洗和反渗透装置化学清洗频率，可保护超滤和反渗透膜元件，降低水处理自用水率，节能效果明显。4结论通过对多介质过滤器的运行时间、产水水质、反洗时间、过滤压差等参数的考察，表明多介质过滤 器 最 优 运 行 时 间 可 达 24 h，产 水 浊 度 维 持0.3 NTU，最佳反洗时间为15 min，过滤压差可控制在0.015 MPa以内。采用多介质过滤器可提高反渗透系统进水水质，延长超滤膜的周期运行时间，减少系统清洗自用水量，既可保证设备的安全稳定运行，又最大化节约公司生产用水。参考文献1李英翔，吴长莹，念吉红.工艺磷酸盐过滤器改造及试车 J.盐科学与化工，2018，47（10）：34-36.2陈胜喜，刘小亮.多介质过滤器、超滤和反渗透技术在中水回用中的应用探讨 J.节能，2014，33（7）：37-40.3尹先清，刘云龙，王志永，等.双滤料过滤器在油田污水处理中的应用 J.油气田地面工程，2002，21（4）：65-66.4赵瑞峰.多介质过滤器的分析 J.山西冶金，2005，28（1）：61-63.（编辑：丁捷）运行时间/h多介质过滤器/NTU纤维球过滤器/NTU40.30.580.30.5120.30.5160.30.8200.30.9240.31.3表3多介质过滤器与纤维球过滤器产水浊度对比Tab.3Comparison of water turbidity produced by multi-media filterand fiber-ball filter3结论文章研究了驯化过程对小球藻对沼液中污染物质的降解效率，结果表明，驯化过程可有效提升小球藻对化学需氧量（CODcr）和总磷（TP）的去除效率，并保持高度的稳定性，但驯化过程并不会提高小球藻对氨氮的降解过程。参考文献1XIE B，GONG W，TANG X，et al.Blending high concentration of anaerobic digestion effluent and rainwater for cost-effective Chlorellavulgaris cultivation in the photobioreactorJ.Chemical Engineering Journal，2019，360：861-865.2LU Y，ZHUO C，LI Y，et al.Evaluation of filamentous heterocystous cyanobacteria for integrated pig-farm biogas slurry treatmentand bioenergy production J.Bioresource Technology，2020，297：122 418.3UGGETTI E，SIALVE B，LATRILLE E，et al.Anaerobic digestateas substrate for microalgae culture：The role of ammonium concentration on the microalgae productivity J.Bioresource Technology，2014，152：437-443.4ZHOU W，WANG Z，XU J，et al.Cultivation of microalgae Chlorellazofingiensis on municipal wastewater and biogas slurry towards bioenergyJ.Journal of Bioscience and Bioengineering，2018，126（5）：644-648.5ZENG W，WANG D，LUO Z，et al.Phosphorus recovery from pigfarm biogas slurry by the catalytic ozonation process with MgO asthe catalyst and magnesium source J.Journal of Cleaner Production，2020，269：122 133.6MIN F，HONGGUANG Z，JIEQIONG M.Measurement and analysis of biogas fertilizer use efficiency，nutrient distribution and influencing factors of biogas residues and slurry on pig farms J.International journal of agricultural and biological engineering，2014，7（1）：60.7陆岐楠，曲晓睿，石李陪，等.生猪粪污的治理模式选择与处理优化建议基于河南省的实地调研分析 J.江苏农业科学，2017，45（16）：264-268.8范小芳，康鹏洲，王晓辉，等.沼液资源化利用混凝絮凝处理技术研究进展 J.中国沼气，2021，39（6）：46-54.9宋英今，王冠超，李然，等.沼液处理方式及资源化研究进展 J.农业工程学报，2021，37（12）：237-250.10李彦铭.生物质炭吸附沼液回收氮磷资源化利用研究 D.杭州：浙江农林大学，2021.11宋楚雯，汪诚文，伍金伟.利用生物炭吸附沼液观察其对小油菜种植的应用研究 J.中国沼气，2016，34（1）：4-7.12李大伟，孟范平，崔鸿武.利用市政污水厂尾水培养产油微藻营养盐去除与生物质生产 J.中国海洋大学学报（自然科学版），2022，52（2）：10-13.13STANIER R Y，KUNISAWA 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