水厂滤池滤料的分析比较
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纤 维 球 滤 料 是 由 直 径 为 10 ～ 50 μm 的 纤 维 丝
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INDUSTRIAL WATER ＆ WASTEWATER
工业用水与废水
Vol ． 44 No ． 5 Oct.， 2013
扎 结 而 成 的 球 体 ［3］， 它 与 传 统 的 钢 性 颗 粒 滤 料 相 比， 弹性效果好， 孔隙率大。 在过滤过程中， 滤层 孔隙沿水流方向逐渐变小， 比较符合理想滤料上大 下小的孔隙分布。 由于纤维球滤料孔隙率大、 比表 面积大、 吸附能力强。 因此纤维球滤料的滤速、 纳 污量、 周期产水量均优于砂滤料［4］。 但是由于反冲 洗时纤维无法散开， 截留的悬浮物颗粒难以脱落， 降低了滤料的洗净度， 影响了滤料的再过滤能力。 1．2 彗星式纤维滤料
INDUSTRIAL WATER ＆ WASTEWATER
工业用水与废水
Vol ． 44 No ． 5 Oct.， 2013
水厂滤池滤料的分析比较
冯金玲
（三门核电有限公司， 浙江 三门 317112）
摘要： 纤维滤料的比表面积大、 过滤精度高、 截污量大。 分析比较了纤维滤料的性能特点， 并结合某水厂滤 池的设计情况， 将其与传统滤料滤池在运行参数、 占地面积、 造价等方面进行了比较讨论， 说明了采用新型纤维 滤料的合理性和优越性， 以供技术人员在选择滤池滤料时参考。
过滤是净水工艺中最重要的处理单元之一。 选 择滤料时， 制水效果、 日常的运行维护以及运行的 经济性都是要考虑的因素。 石英砂滤料是传统粒状 滤料中应用最广泛的一种， 影响过滤效果的因素主 要是粒径和不均匀系数。 粒径过大， 滤料间孔隙也 增大， 在过滤过程中虽然杂质穿透深度增加， 但容 易穿透滤层， 影响出水水质； 粒径过小， 滤料间的 孔隙率减小， 水流阻力增大， 会造成水头损失增加 过快， 因此， 应选择一个相对合适的粒径范围， 在 电厂水处理中， 以石英砂做滤料时， 通常采用的粒 径 范 围 是 0．5 ～ 1．2 mm ［1］。 不 均 匀 系 数 大 的 滤 料 ， 在反洗强度大时， 细小滤料会被反冲洗水带走； 反 洗强度小时， 反洗水不能松动滤层底部大颗粒滤
彗星式纤维滤料将纤维滤料截污性能好的特征 与颗粒滤料反冲洗效果好的特征相结合， 既有纤维 滤料过滤精度高和截污量大的优点， 又具有颗粒滤 料反冲洗洗净度高和耗水量少的优点， 但由于其长 长的尾巴， 运行一段时间之后滤料之间容易打结， 出现“抱团”现象， 影响了滤料的再过滤能力。 1．3 旋翼式纤维滤料
束起到压实作用。 一方面， 滤料处于密实状态， 提 高了滤层截留杂质的效能， 保证了滤后水质； 另一 方面， 由于滤层堆积密度沿水流方向逐渐加大， 使 滤层沿水流动方向的孔隙由大逐渐变小， 从而形成 了变孔隙深层过滤状态， 增加了滤层的截污容量。 反洗时， 气、 水由下而上地冲击扰动， 使滤料处于 悬浮疏松状态， 而且由于旋翼核和纤维丝束的密度 差， 纤维丝随反冲洗水流散开并摆动， 产生较强的 甩拽力， 滤料之间的相互碰撞加剧了纤维在水中的 作用力， 使滤层中的吸附截留物比较容易洗掉， 提 高了滤料的洗净度， 使滤层很快恢复过滤性能。
（Sanmen Nuclear Power Co., Ltd., Sanmen 317112, China）
Abstract： Fiber filter materials are characterized by big specific surface area, high filter fineness and larger particle removal amount. The properties of different kinds of fiber filter materials were analyzed and compared; meanwhile, combining with the design of the filter in a water works, filters adopting fiber filter materials were compared with those adopting traditional filter materials from aspects of operating parameters, floor space, construction cost and so on. The conclusion of the discussion indicated the rationality and superiority of the new type of fiber filter material, which might be provided as references for technical people to select filter material.
关键词： 过滤； 滤池； 新型滤料； 纤维滤料 中图分类号： TU991.24 文献标识码： A 文章编号：%1009 － 2455（2013）05 － 0053 － 03
Analysis and comparison of filter materials in water works
FENG Jin-ling
Keywords： filtration; filter; new type of filter material; fiber filter material
随着我国经济的快速发展， 人民生活水平的提 高 ， 人 们 对 饮 用 水 的 水 质 要 求 也 越 来 越 高 。 GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》的发布对供水行 业提出了更高的要求。
B 水厂滤池设计规模为 2 000 m3 ／ h， 分 2 期建 设， 一期正常出力为 1 000 m3 ／ h， 最大出力为 1 500 m3 ／ h， 滤池分 3 格， 其中考虑 1 格检修， 正常为 2 格运行 1 格备用（二期再扩建 1 格， 共 4 格， 3 用 1 备）。 单池处理能力为 500 m3 ／ h； 每个单池过滤面 积为 32 m2， 采用旋翼式纤维滤料， 结构尺寸为 Φ 2．8 mm × 0．8 mm × （25 ～ 40） mm， 滤 料 层 高 度 为 800 mm， 下层再设置粗砂作为承托层， 规格 Φ 16 mm， 装填高度为 100 mm， 滤 料 总 质 量 约 为 8 000 kg。 设 计 滤 速 为 12 m ／ h， 强 制 滤 速 为 17．85 m ／ h； 反冲洗方式为气水反冲， 气冲强度为 28 L ／ （m2·s）， 水 冲 强 度 为 6 L ／ （m2·s） ， 表 面 扫 洗 强 度 为 2．2 L ／ （m2·s）。 反冲水由反冲洗水泵提供， 由鼓风机提供 反冲气源。 过滤周期为 12 ~ 48 h， 滤池平面尺寸为 11 m × 17 m， 总占地面积为 187 m2。 反洗耗水率为 1% ～ 2％。 设计要求出水浊度小于 1 NTU， 一般小 于 0．4 NTU， 初滤水浊度小于 0．1 NTU。
Hale Waihona Puke Baidu
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冯金玲： 水厂滤池滤料的分析比较
用旋翼式纤维滤料， 设计要求出水浊度小于 1 NTU。 2．2 设计、 运行参数及占地面积比较
A 水厂滤池设计规模为 2．75 万 m3 ／ d（考虑 5％ ～ 10％ 的 水 厂 自 用 水 ） ， 采 用 气 水 反 冲 均 粒 滤 料 滤 池。 正常出力为 1 200 m3 ／ h， 最大出力为 1 500 m3 ／ h， 滤池分为 5 格， 其中考虑 1 格翻砂检修， 单排 单床布置， 单格过滤面积为 38 m2。 采用单层均质 石英砂滤料， 粒径 d10 为 0．95 mm， 不均匀系数 K80 为 1．3， 厚度为 1．2 m； 下层再设置粗砂层， 厚度为 50 mm， 粒 径 为 2．0 mm， 滤 料 总 质 量 约 为 350 t。 设计滤速为 7．84 m ／ h， 反冲洗方式为气水反冲， 气 冲强度为 55 m3 ／ （m2·h）， 冲洗时间为 3 ～ 4 min； 气 水同时反冲洗时， 水冲强度为 12 m3 ／ （m2·h）， 冲洗 时间为 3 ～ 5 min； 单独水冲洗时， 水 冲 强 度 为 17 m3 ／ （m2·h）， 冲洗时间为 5 ～ 8 min； 反冲洗同时进 行表面扫洗， 强度为 2．2 L ／ （m2·s）。 反冲水由冲洗 水泵提供， 由鼓风机提供反冲气源。 过滤周期为 12 h。 滤 砂 年 损 失 率 约 为 3％ 。 滤 池 平 面 尺 寸 为 11．26 m × 24 m， 总 占 地 面 积 为 270 m2。 反 洗 耗 水 率为 2% ～ 5％。 设计要求出水浊度小于 1 NTU， 一 般小于 0．6 NTU， 初滤水浊度小于 0．2 NTU。
料， 致使反洗不彻底。 因此， 这种滤料的滤速和过 滤精度较低， 滤层纳污量小。
纤维滤料主要由纤维丝构成。 纤维丝的单丝直 径为几十微米到几微米， 属于微米级材料（颗粒滤 料属于毫米级）， 其比表面积大， 截留和吸附能力 强， 过滤精度不受滤料粒径限制， 可以在不增加过 滤阻力的同时， 增加截污容量， 而且滤速高， 过滤 周期长。 最初的纤维滤料是短纤维单丝乱堆的方式 构成滤床［2］， 在过滤设备中设置隔离丝网以防止短 纤维滤料流失。 在此基础上， 逐渐出现了纤维球滤 料、 彗星式纤维滤料以及旋翼式纤维滤料。 本文分 析比较了各类纤维滤料的特点， 针对同样出力的滤 池， 比较了采用石英砂滤料与采用旋翼式纤维滤料 的设计、 运行参数及占地面积， 对比了滤池造价。 1 纤维滤料 1．1 纤维球滤料
旋翼式纤维滤料避免了普通纤维球滤料不易清 洗和彗星式滤料容易打结的缺点， 既具有颗粒滤料 反冲洗洗净度高、 反冲洗耗水量少以及初滤水耗水 量少的特点； 又有纤维滤料比表面积大、 过滤精度 高、 截污量大的优点。 2 旋翼式纤维滤料滤池与砂滤池比较 2．1 水源特点及水厂工艺
A 水厂采用附近的水库作为水源， 雨季时水中 悬浮物较多， 但其它时间比较清澈。 水源水质符合 CJ 3020—93《生 活 饮 用 水 水 源 水 质 标 准 》 的 要 求 ， 水质指标达到国家Ⅰ～Ⅱ类标准。 净水工艺流程采 用传统的澄清、 过滤二级处理。 滤池采用石英砂滤 料 V 型 滤 池 ， 设 计 要 求 出 水 浊 度 小 于 1 NTU。 具 体工艺流程如图 2 所示。
为解决上述纤维滤料难以清洗以及“抱团”问 题， 对滤料进行改进， 使滤料的纤维丝束穿过旋翼 核的中心， 并被旋翼核所固结， 形成一种新型纤维 滤料— ——旋翼式纤维滤料， 如图 1 所示。
过滤时， 在水流和水位由上而下的重力作用 下， 纤维滤层被压缩， 密度较大的旋翼核对纤维丝
图 1 旋翼式纤维滤料 Fig. 1 Rotary-fiber filter material
B 水厂在水源条件类似的情况下， 滤池滤料采
水库
一级泵站
混凝剂 前加氯
反冲洗水 后加氯
化学水原水清水池
配水井
机械搅拌澄清池 V 型滤池
回用
生活水清水池
定期排放
废水池
泥饼外运 污泥脱水间 污泥池
混凝剂 超越管
超越管
二级泵站 用户
图 2 A 水厂处理工艺流程 Fig. 2 Flow of water treatment process of water works A
彗星式纤维滤料是一种不对称构型过滤材料。 一端为松散的纤维丝束（彗尾）， 另一端纤维丝束固 定在密度较大的实心体内（彗核）［5］。 过滤时， 密度 较大的彗核起到了对纤维丝束的压密作用， 同时， 由于彗核尺寸较小， 对过滤断面空隙率分布的均匀 性影响不大， 从而提高了滤床的截污能力。 反冲洗 时， 由于彗核和彗尾纤维丝的密度差， 彗尾纤维随 反冲洗水流散开并摆动， 产生较强的甩曳力， 滤料 之间的相互碰撞也加剧了纤维在水中所受到的机械 作用力， 滤料的不规则形状使滤料在反冲洗水流作 用下产生旋转， 强化了反冲洗时滤料受到的机械作 用力。 上述几种力的共同作用使附着在纤维表面的 固体颗粒很容易脱落， 从而提高了滤料的洗净度。
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INDUSTRIAL WATER ＆ WASTEWATER
工业用水与废水
Vol ． 44 No ． 5 Oct.， 2013
扎 结 而 成 的 球 体 ［3］， 它 与 传 统 的 钢 性 颗 粒 滤 料 相 比， 弹性效果好， 孔隙率大。 在过滤过程中， 滤层 孔隙沿水流方向逐渐变小， 比较符合理想滤料上大 下小的孔隙分布。 由于纤维球滤料孔隙率大、 比表 面积大、 吸附能力强。 因此纤维球滤料的滤速、 纳 污量、 周期产水量均优于砂滤料［4］。 但是由于反冲 洗时纤维无法散开， 截留的悬浮物颗粒难以脱落， 降低了滤料的洗净度， 影响了滤料的再过滤能力。 1．2 彗星式纤维滤料
INDUSTRIAL WATER ＆ WASTEWATER
工业用水与废水
Vol ． 44 No ． 5 Oct.， 2013
水厂滤池滤料的分析比较
冯金玲
（三门核电有限公司， 浙江 三门 317112）
摘要： 纤维滤料的比表面积大、 过滤精度高、 截污量大。 分析比较了纤维滤料的性能特点， 并结合某水厂滤 池的设计情况， 将其与传统滤料滤池在运行参数、 占地面积、 造价等方面进行了比较讨论， 说明了采用新型纤维 滤料的合理性和优越性， 以供技术人员在选择滤池滤料时参考。
过滤是净水工艺中最重要的处理单元之一。 选 择滤料时， 制水效果、 日常的运行维护以及运行的 经济性都是要考虑的因素。 石英砂滤料是传统粒状 滤料中应用最广泛的一种， 影响过滤效果的因素主 要是粒径和不均匀系数。 粒径过大， 滤料间孔隙也 增大， 在过滤过程中虽然杂质穿透深度增加， 但容 易穿透滤层， 影响出水水质； 粒径过小， 滤料间的 孔隙率减小， 水流阻力增大， 会造成水头损失增加 过快， 因此， 应选择一个相对合适的粒径范围， 在 电厂水处理中， 以石英砂做滤料时， 通常采用的粒 径 范 围 是 0．5 ～ 1．2 mm ［1］。 不 均 匀 系 数 大 的 滤 料 ， 在反洗强度大时， 细小滤料会被反冲洗水带走； 反 洗强度小时， 反洗水不能松动滤层底部大颗粒滤
彗星式纤维滤料将纤维滤料截污性能好的特征 与颗粒滤料反冲洗效果好的特征相结合， 既有纤维 滤料过滤精度高和截污量大的优点， 又具有颗粒滤 料反冲洗洗净度高和耗水量少的优点， 但由于其长 长的尾巴， 运行一段时间之后滤料之间容易打结， 出现“抱团”现象， 影响了滤料的再过滤能力。 1．3 旋翼式纤维滤料
束起到压实作用。 一方面， 滤料处于密实状态， 提 高了滤层截留杂质的效能， 保证了滤后水质； 另一 方面， 由于滤层堆积密度沿水流方向逐渐加大， 使 滤层沿水流动方向的孔隙由大逐渐变小， 从而形成 了变孔隙深层过滤状态， 增加了滤层的截污容量。 反洗时， 气、 水由下而上地冲击扰动， 使滤料处于 悬浮疏松状态， 而且由于旋翼核和纤维丝束的密度 差， 纤维丝随反冲洗水流散开并摆动， 产生较强的 甩拽力， 滤料之间的相互碰撞加剧了纤维在水中的 作用力， 使滤层中的吸附截留物比较容易洗掉， 提 高了滤料的洗净度， 使滤层很快恢复过滤性能。
（Sanmen Nuclear Power Co., Ltd., Sanmen 317112, China）
Abstract： Fiber filter materials are characterized by big specific surface area, high filter fineness and larger particle removal amount. The properties of different kinds of fiber filter materials were analyzed and compared; meanwhile, combining with the design of the filter in a water works, filters adopting fiber filter materials were compared with those adopting traditional filter materials from aspects of operating parameters, floor space, construction cost and so on. The conclusion of the discussion indicated the rationality and superiority of the new type of fiber filter material, which might be provided as references for technical people to select filter material.
关键词： 过滤； 滤池； 新型滤料； 纤维滤料 中图分类号： TU991.24 文献标识码： A 文章编号：%1009 － 2455（2013）05 － 0053 － 03
Analysis and comparison of filter materials in water works
FENG Jin-ling
Keywords： filtration; filter; new type of filter material; fiber filter material
随着我国经济的快速发展， 人民生活水平的提 高 ， 人 们 对 饮 用 水 的 水 质 要 求 也 越 来 越 高 。 GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》的发布对供水行 业提出了更高的要求。
B 水厂滤池设计规模为 2 000 m3 ／ h， 分 2 期建 设， 一期正常出力为 1 000 m3 ／ h， 最大出力为 1 500 m3 ／ h， 滤池分 3 格， 其中考虑 1 格检修， 正常为 2 格运行 1 格备用（二期再扩建 1 格， 共 4 格， 3 用 1 备）。 单池处理能力为 500 m3 ／ h； 每个单池过滤面 积为 32 m2， 采用旋翼式纤维滤料， 结构尺寸为 Φ 2．8 mm × 0．8 mm × （25 ～ 40） mm， 滤 料 层 高 度 为 800 mm， 下层再设置粗砂作为承托层， 规格 Φ 16 mm， 装填高度为 100 mm， 滤 料 总 质 量 约 为 8 000 kg。 设 计 滤 速 为 12 m ／ h， 强 制 滤 速 为 17．85 m ／ h； 反冲洗方式为气水反冲， 气冲强度为 28 L ／ （m2·s）， 水 冲 强 度 为 6 L ／ （m2·s） ， 表 面 扫 洗 强 度 为 2．2 L ／ （m2·s）。 反冲水由反冲洗水泵提供， 由鼓风机提供 反冲气源。 过滤周期为 12 ~ 48 h， 滤池平面尺寸为 11 m × 17 m， 总占地面积为 187 m2。 反洗耗水率为 1% ～ 2％。 设计要求出水浊度小于 1 NTU， 一般小 于 0．4 NTU， 初滤水浊度小于 0．1 NTU。
Hale Waihona Puke Baidu
·54·
冯金玲： 水厂滤池滤料的分析比较
用旋翼式纤维滤料， 设计要求出水浊度小于 1 NTU。 2．2 设计、 运行参数及占地面积比较
A 水厂滤池设计规模为 2．75 万 m3 ／ d（考虑 5％ ～ 10％ 的 水 厂 自 用 水 ） ， 采 用 气 水 反 冲 均 粒 滤 料 滤 池。 正常出力为 1 200 m3 ／ h， 最大出力为 1 500 m3 ／ h， 滤池分为 5 格， 其中考虑 1 格翻砂检修， 单排 单床布置， 单格过滤面积为 38 m2。 采用单层均质 石英砂滤料， 粒径 d10 为 0．95 mm， 不均匀系数 K80 为 1．3， 厚度为 1．2 m； 下层再设置粗砂层， 厚度为 50 mm， 粒 径 为 2．0 mm， 滤 料 总 质 量 约 为 350 t。 设计滤速为 7．84 m ／ h， 反冲洗方式为气水反冲， 气 冲强度为 55 m3 ／ （m2·h）， 冲洗时间为 3 ～ 4 min； 气 水同时反冲洗时， 水冲强度为 12 m3 ／ （m2·h）， 冲洗 时间为 3 ～ 5 min； 单独水冲洗时， 水 冲 强 度 为 17 m3 ／ （m2·h）， 冲洗时间为 5 ～ 8 min； 反冲洗同时进 行表面扫洗， 强度为 2．2 L ／ （m2·s）。 反冲水由冲洗 水泵提供， 由鼓风机提供反冲气源。 过滤周期为 12 h。 滤 砂 年 损 失 率 约 为 3％ 。 滤 池 平 面 尺 寸 为 11．26 m × 24 m， 总 占 地 面 积 为 270 m2。 反 洗 耗 水 率为 2% ～ 5％。 设计要求出水浊度小于 1 NTU， 一 般小于 0．6 NTU， 初滤水浊度小于 0．2 NTU。
料， 致使反洗不彻底。 因此， 这种滤料的滤速和过 滤精度较低， 滤层纳污量小。
纤维滤料主要由纤维丝构成。 纤维丝的单丝直 径为几十微米到几微米， 属于微米级材料（颗粒滤 料属于毫米级）， 其比表面积大， 截留和吸附能力 强， 过滤精度不受滤料粒径限制， 可以在不增加过 滤阻力的同时， 增加截污容量， 而且滤速高， 过滤 周期长。 最初的纤维滤料是短纤维单丝乱堆的方式 构成滤床［2］， 在过滤设备中设置隔离丝网以防止短 纤维滤料流失。 在此基础上， 逐渐出现了纤维球滤 料、 彗星式纤维滤料以及旋翼式纤维滤料。 本文分 析比较了各类纤维滤料的特点， 针对同样出力的滤 池， 比较了采用石英砂滤料与采用旋翼式纤维滤料 的设计、 运行参数及占地面积， 对比了滤池造价。 1 纤维滤料 1．1 纤维球滤料
旋翼式纤维滤料避免了普通纤维球滤料不易清 洗和彗星式滤料容易打结的缺点， 既具有颗粒滤料 反冲洗洗净度高、 反冲洗耗水量少以及初滤水耗水 量少的特点； 又有纤维滤料比表面积大、 过滤精度 高、 截污量大的优点。 2 旋翼式纤维滤料滤池与砂滤池比较 2．1 水源特点及水厂工艺
A 水厂采用附近的水库作为水源， 雨季时水中 悬浮物较多， 但其它时间比较清澈。 水源水质符合 CJ 3020—93《生 活 饮 用 水 水 源 水 质 标 准 》 的 要 求 ， 水质指标达到国家Ⅰ～Ⅱ类标准。 净水工艺流程采 用传统的澄清、 过滤二级处理。 滤池采用石英砂滤 料 V 型 滤 池 ， 设 计 要 求 出 水 浊 度 小 于 1 NTU。 具 体工艺流程如图 2 所示。
为解决上述纤维滤料难以清洗以及“抱团”问 题， 对滤料进行改进， 使滤料的纤维丝束穿过旋翼 核的中心， 并被旋翼核所固结， 形成一种新型纤维 滤料— ——旋翼式纤维滤料， 如图 1 所示。
过滤时， 在水流和水位由上而下的重力作用 下， 纤维滤层被压缩， 密度较大的旋翼核对纤维丝
图 1 旋翼式纤维滤料 Fig. 1 Rotary-fiber filter material
B 水厂在水源条件类似的情况下， 滤池滤料采
水库
一级泵站
混凝剂 前加氯
反冲洗水 后加氯
化学水原水清水池
配水井
机械搅拌澄清池 V 型滤池
回用
生活水清水池
定期排放
废水池
泥饼外运 污泥脱水间 污泥池
混凝剂 超越管
超越管
二级泵站 用户
图 2 A 水厂处理工艺流程 Fig. 2 Flow of water treatment process of water works A
彗星式纤维滤料是一种不对称构型过滤材料。 一端为松散的纤维丝束（彗尾）， 另一端纤维丝束固 定在密度较大的实心体内（彗核）［5］。 过滤时， 密度 较大的彗核起到了对纤维丝束的压密作用， 同时， 由于彗核尺寸较小， 对过滤断面空隙率分布的均匀 性影响不大， 从而提高了滤床的截污能力。 反冲洗 时， 由于彗核和彗尾纤维丝的密度差， 彗尾纤维随 反冲洗水流散开并摆动， 产生较强的甩曳力， 滤料 之间的相互碰撞也加剧了纤维在水中所受到的机械 作用力， 滤料的不规则形状使滤料在反冲洗水流作 用下产生旋转， 强化了反冲洗时滤料受到的机械作 用力。 上述几种力的共同作用使附着在纤维表面的 固体颗粒很容易脱落， 从而提高了滤料的洗净度。