“自助式”纤维束虹吸滤池在西部水场中的应用
摘要：西部水场扩建设计的主体构筑物-滤池，采用的是"自助式"纤维束虹吸滤池。本设计是国内第一次将纤维束过滤技术应用于大规模的滤池，开创了纤维过滤技术在重力式滤池中应用的典范，其具有占地小、操作管理方便、出水效果好等优势。重点介绍了"自助式"纤维束滤池的技术特点和先进性。
关键词："自助式"纤维束虹吸滤池 西部水场 过滤 先进性
1西部水场流程简介
中国石油天然气股份有限公司吉林石化公司西部水场为吉林石化公司西部各装置的供水基地，建于二十世纪九十年代，生产沉淀水规模为10000m3/h，过滤水规模为5000m3/h。担负着为吉林石化公司化肥厂、树脂厂、丙烯腈厂、动力二厂等西部各厂提供生产用水的任务。
西部水场水源来自松花江水水系，其特点是低温低浊，水的絮凝、沉淀条件较差，难以净化处理，一般需要采取加大混凝剂的投加量，投加助凝剂以及采用保守的设计参数等措施。西部水场原工艺流程为：源水取自松花江，经取水戽头内取水泵加压后进入配水井，在配水井内加入混凝剂后自流至反应沉淀池，沉淀池出水进入石英砂滤池(处理能力为5000m3/h)，经过过滤后的水(浊度≤3NTU)进入清水池(容积为10000m3)，最后从清水池经泵提升向西部各个用水装置供应生产用水。
本次扩建主要解决水场过滤水量供应不足的问题，因此需新建一套同等规模(5000m3/h)的滤池。和原有的石英砂滤池共同处理沉淀池出水，相应增加配套的提升泵房、回用水泵房、鼓风机房等。
目前，水场内用地紧张，已没有空地新建滤池，需要拆除原有的辅助间和加药间方能重新建设，但仍无法满足原石英砂滤池的占地尺寸要求，为解决以上问题，本设计采用了占地面积小、技术先进的"自助式"纤维束虹吸滤池。
2纤维束过滤技术的特点
我国目前净水厂大都采用混凝沉淀或澄清过滤的常规处理工艺，每种工艺都有多种不同形式的构筑物。纤维束过滤是以纤维滤料代替了传统的无烟煤、石英砂、陶粒砂等粒状滤料。它解决了由于粒状滤料粒径不能进一步缩小而带来的各种限制：
(1)过滤精度差，不能适应越来越高的用水水质要求。
(2)过滤速度慢，增加设备初期投资及建设面积。
(3)截污容量小，过滤周期短，自用水耗高。
因为单个纤维丝直径仅为30～40微米，而传统的石英砂、无烟煤、陶粒砂等粒状滤料的粒径为600～1200微米，这样，微小的纤维直径提高了滤料比表面积和表面自由能，增加了水体中杂质颗粒与滤料的接触机会，从而提高过滤精度，加大了截污能力，纤维具有疏水性，过滤阻力极小，运行流速快，制水能力大。
纤维过滤在国内净水领域已有成熟的应用效果，但只是应用在过滤器和小规模滤池中，本次设计是国内第一次将纤维束过滤应用于大规模的混凝土滤池。
3"自助式"过滤的工艺原理及先进性
3.1 工艺原理
"自助式"高效纤维虹吸滤池是把石英砂虹吸滤池与高效纤维过滤技术有机的结合在一起，分别保留虹吸滤池和纤维过滤技术的特性而发展起来的新型滤池。保持原石英砂虹吸滤池的池体结构，只对池体内部滤料及支撑结构做相应的变动，其内部结构主要为：池体下部设有布气装置，上部依次安装固定孔板、纤维滤料、活动孔板、拖动板、自助压实松散装置和反洗布水槽。池中部装填的纤维滤料呈束状挂装，纤维束下端连接在固定多孔板上，纤维束上端连接活动孔板、拖动板及"自助式压实松散"装置。
过滤时，水从池体上部进水槽均匀进入池体，纤维在过滤水头、孔板重力和"自助式压实松散"装置的多重作用下向下堆积形成压实滤层。
反洗时，水和空气从池体底部进入，纤维同样在水的浮力、气泡的拖力和"自助式压实松散"装置的作用下，向上伸展至纤维完全松散，进行最先进的反洗技术—气水合洗，从而达到纤维清洗再生的最佳效果。在实际工业生产中，为了保证纤维滤料压实状态达到最佳，在滤池固定装置上适当位置(按滤料下压高度为300mm计)加装限位装置。
3.2 先进性
(1)固定的挂装方式
纤维束滤料采用固定式(两端分别固定)的填装方式，可以人为的控制过滤断面的填装密度。成功的解决了石英砂、无烟煤、纤维球等其它滤料在滤池中自由堆积方式的弊端，有效地克服了滤料的壁效应、完全杜绝偏流及反洗跑料现象。
(2)纤维密度的双向可控性
①过滤时纤维密度的可控性
滤池在过滤时，纤维在水头和自助压实松散装置的双重作用下向下堆积形成适度压实滤层。这是应用自助压实松散装置内的浮球来控制水的流通截面积，从而调节纤维过滤层的过滤密度，而且这种密度调节是可控的，原理是"自助压实装置"的合理设定，这样就可以使过滤密度最合理，实现了精度过滤。
②反洗时纤维密度的可控性
滤池在反洗时，反洗水及空气从池体下部进入，在"自助压实松散装置"的作用下，反洗水及空气气泡不能快速通过纤维滤层，只有在拖动装置完成对纤维滤料的完全松散后，才能使水和空气均匀通过纤维过滤层，最终完成对纤维滤料的彻底反洗。
通过以上过滤和反洗时密度的双向可控，从而保证了自助式纤维束滤池的精密过滤和彻底反洗。
4在西部水场扩建中的应用效果
4.1占地面积小，节省基建投资
本设计中，"自助式"纤维虹吸滤池占地面积小(840 m2)，仅为毗邻的石英砂滤池的(2550 m2)的1/3。这是由于纤维束作为过滤介质，其过滤速度为石英砂滤料的2～3倍。这样，本项目在解决用地紧张问题的同时也节省了土建的建设投资。
4.2运行高效稳定
经混凝沉淀处理后的水，原水浊度在30NTU以下时，相应运行流速在20 m/h,纤维滤池的出水浊度可以控制在2NTU以下，浊度去除率大于92%，悬浮物去除率可达100%，对于低温低浊水，水温5℃以下，进水浊度2.1NTU时，出水浊度控制在0.25NTU以下，去除率85%以上。同时对水中的胶体、大分子有机物、细菌和病毒都有不同程度的去除。
新建的纤维束滤池于2009年12月29日一次开车成功，并马上投入运行，目前已运行一年多，出水水质合格、稳定。在2010年夏季吉林市突发洪水期间，松花江水质出现了近十年没有的恶化，浊度急剧上升，高峰期浊度平均值达500NTU，是正常期间的3倍，而且水源水质的净化需要一个漫长的过程，2010年整个冬季的水源浊度始终高于正常值，平均在40~50 NTU，在水温3℃的低温情况下，处理如此高浊度的水，是西部水场运行以来的第一次。但实践证明，自助式纤维束滤池经受住了考验，始终保证了出水浊度的要求(<3NTU)。
4.3节能降耗
纤维束滤料的截物容量是石英砂滤料的3～4倍，制水能力相同的情况下，其运行周期也是石英砂滤池的3～4倍。有效的降低了滤池反洗的频次，从而减少了自用水耗。按最少24小时运行周期计算，石英砂滤池的自用水耗为4.8%，而纤维束滤池的自用水耗只有1.5%。节水效果显著。
石英砂滤池需要每年定量补充滤料，纤维束滤料使用寿命为10年，大大减少了运行成本。
4.4自动化程度高
采用科学、准确、安全和稳定的自动—手动连锁操作PLC程序控制系统。该系统是由液位计、定时器、工艺指示灯、操作开关及PLC组成并控制运行。其控制采用手动(软手动)与自动两种方式进行。手动方式可任意选择需要反洗的滤池，并可对其按设定工艺步骤进行反洗。自动方式将根据设定的时间和设定液位的上限自动进行运行和反洗。先进的自动化控制水平极大地方便了管理和操作。
5小结
实践应用证明了西部水场的"自助式"纤维束虹吸滤池不但使纤维束优异的过滤性能得以充分发挥，而且成功的结合了虹吸滤池结构原理，自动运行等特点，操作简便、运行可靠、故障率低、处理效率高。开创了纤维过滤技术在重力式滤池中应用的典范，在国内处于领先水平。
参考文献
[1]室外给水设计规范，第51页，中华人民共和国建设部，中国计划出版社，北京。
[2]国内外给水工程设计实例，第44页，化学工业出版社，北京。
[3]几种纤维过滤器的工作原理及特性，中国给水排水，天津，2003，19(6)，23-25页，张万友、郗丽娟等。
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