纖維布塊過(guò)濾器是一種新型深層纖維濾料過(guò)濾器.試驗中選用50×50正方形,16層的柔性纖維布塊為過(guò)濾介質(zhì).并利用上篩板在過(guò)濾時(shí)壓緊纖維,反沖洗時(shí)利用氣、水沖擊振蕩纖維,從而實(shí)現高效過(guò)濾,并較好地解決纖維狀介質(zhì)不易翻松清洗的問(wèn)題.纖維布塊過(guò)濾器已經(jīng)走過(guò)了從小試→中試→到工業(yè)化試驗的全過(guò)程,成功地完成了新樣機的試制.纖維布塊過(guò)濾代替傳統的粒狀濾料是深層過(guò)濾,在過(guò)濾器技術(shù)發(fā)展的道路上是一種嶄新的思維和嘗試.此樣機與其它過(guò)濾器相比具有:過(guò)濾幅度大、過(guò)濾精度高等特點(diǎn).主要介紹試驗機的工作原理、結構性能及其特點(diǎn).
關(guān)鍵詞:深層纖維過(guò)濾;纖維布塊過(guò)濾器;活動(dòng)篩板;邊流;層流;濾餅;纖維絲
中圖分類(lèi)號:Ｔ0028 文獻標志碼:Ａ
優(yōu)勝劣汰是自然界發(fā)展的普遍規律,無(wú)一例外.由于油田含油污水的特點(diǎn),清水用精細過(guò)濾器有些被淘汰出局,如:筒式過(guò)濾器、ＴＣＬ型過(guò)濾器、ＰＥ管過(guò)濾器、砂濾多功能過(guò)濾器、多層濾料過(guò)濾器、雙向過(guò)濾器等或因濾料不能反洗再生,或因水質(zhì)不能達標而退出油田含油污水過(guò)濾領(lǐng)域.低滲透注水用精細過(guò)濾器這一領(lǐng)域隨后被“纖維過(guò)濾”迅速占領(lǐng).其發(fā)展速度,相當迅猛.
隨著(zhù)高分子合成纖維工業(yè)的發(fā)展,可供選擇的纖維種類(lèi)和數量越來(lái)越多,纖維的物理、化學(xué)性能也有了很大的提高.同時(shí),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(guò)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(guò)濾器.之后,清華大學(xué)環(huán)境工程研究所從1983年起,也對纖維球濾料進(jìn)行了試驗研究.雖說(shuō)各項指標均優(yōu)于石英砂過(guò)濾器,但纖維球過(guò)濾器的缺點(diǎn)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(diǎn),球相互之間無(wú)聯(lián)系,空隙比較大,故容易被懸浮液穿透,在反洗時(shí)容易跑料.
瑞典人ＥａｎｓＭｕｌｌｅｒ在20世紀70年代中期發(fā)明了纖維刷型過(guò)濾器[1],該過(guò)濾器的主要特點(diǎn)是:結構簡(jiǎn)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(lái)困難,纖維床層一般較薄,過(guò)濾性能不穩定,故容易形成表面過(guò)濾.
ＬＬＹ高效過(guò)濾器[2](纖維束過(guò)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(cháng)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(guò)濾時(shí)膠囊加壓充水,反洗時(shí)膠囊泄壓放水.這種過(guò)濾器濾層單薄,不適合大批量的污水處理場(chǎng)所,特別是不適合油田的污水處理.
旋壓式纖維過(guò)濾器是英國ＥｒｉｃＣ.Ｇｒｅｅｎ公司研制的一種纖維過(guò)濾器[3],過(guò)濾時(shí),通過(guò)傳動(dòng)機構推動(dòng)活接頭向下滑動(dòng),并旋轉使纖維纏繞在內筒上形成濾層.其缺點(diǎn)是內筒直徑不可能大.
英國Ｅｘｅｔｅｒ大學(xué)分離中心研制的ＨＷ深層過(guò)濾器[4],其特點(diǎn)是采用活塞壓縮纖維介質(zhì),濾層厚度20～25ｃｍ,(纖維床層較薄)過(guò)濾時(shí),活塞壓縮過(guò)濾介質(zhì)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(guò)濾器的品種很多,它們優(yōu)點(diǎn)的共同之處都屬精細過(guò)濾器.其缺點(diǎn):過(guò)濾介質(zhì)都是纖維絲.纖維絲經(jīng)不起折騰,其壽命很短,反洗時(shí)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(guò)濾;過(guò)濾精度不穩定,受來(lái)水影響很大;過(guò)濾范圍不廣,污水中含量超過(guò)含油:20ｍｇ/Ｌ、懸浮物:15ｍｇ/Ｌ,其過(guò)濾精度就會(huì )超標.
然而,纖維過(guò)濾器特別是對于機械加壓的纖維過(guò)濾器,如:英國Ｅｘｅｔｅｒ大學(xué)分離中心研制的ＨＷ深層過(guò)濾器的結構、特點(diǎn)和應用范圍,代表了20世紀90年代初期的國際先進(jìn)水平.同時(shí)也給我們研制“污水回用纖維布塊深度過(guò)濾器”提供了借鑒.
我國大部分油田已進(jìn)入中后期開(kāi)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(lái)越大,隨著(zhù)環(huán)保要求的提高,對水質(zhì)的要求更高,搞好油田污水處理是當務(wù)之急.傳統的工藝、設備和技術(shù)因處理效率較低、工程投資大、處理成本高,不能滿(mǎn)足油田污水處理的需要.特別是不能滿(mǎn)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(zhì)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(wèn)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(wù)之急,孕育了“污水回用纖維布塊深度過(guò)濾器”.2002年“污水回用纖維布塊深度過(guò)濾器”這一設備在大慶油田采油一廠(chǎng)中三污水處理站進(jìn)行了第一次試驗.2003年“污水回用纖維布塊深度過(guò)濾器”的工業(yè)化試驗設備在大慶油田采油一廠(chǎng)中三污水處理站,進(jìn)行了第二次試驗.試驗取得了圓滿(mǎn)的結果及可喜的科學(xué)數據.目前,“污水回用纖維布塊深度過(guò)濾器”的工業(yè)化設備已經(jīng)成功地完成了新樣機的試制.
過(guò)濾和反洗是深層過(guò)濾器的兩個(gè)基本操作方面,過(guò)濾時(shí)要求纖維介質(zhì)處于壓實(shí)狀態(tài),而反洗時(shí)則要求纖維介質(zhì)處于膨松狀態(tài)[5].結構設計必須要能滿(mǎn)足這兩方面的要求,而纖維布塊過(guò)濾器成功地解決了這兩方面的問(wèn)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(jiǎn)述如下:罐體的筒體上部設計有可移動(dòng)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(guò)濾、壓緊時(shí),有效而明顯地將其分為兩個(gè)區域:上部為污物區(或稱(chēng)初級處理區);下部為過(guò)濾區(或稱(chēng)深度處理區).
由于上部為初級處理區,來(lái)水的油污濃度及懸浮物含量高,隨著(zhù)過(guò)濾時(shí)間的推移,含量是動(dòng)態(tài)地成倍迅速增長(cháng),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(fā)明在其上部設有能隨篩板移動(dòng)的6個(gè)排污通道,能排除高濃度油污及懸浮物.
邊流、層流的問(wèn)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(guò)濾器存在過(guò)濾介質(zhì)(纖維絲)不經(jīng)折騰,壽命低,反洗時(shí)容易跑料,纖維床層較松散,過(guò)濾時(shí)容易被穿透的缺點(diǎn)而設計的.纖維球周邊無(wú)任何約束,且毛邊柔軟,過(guò)濾時(shí)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(guò)濾時(shí)必然產(chǎn)生嚴重的邊流與層流.解決層流必須壓緊,與其它深層過(guò)濾器相比,它最大的特點(diǎn)是具有一個(gè)活動(dòng)篩板,該活動(dòng)篩板由上液壓裝置支持,上、下移動(dòng).其過(guò)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(huán),共5道阻流環(huán).#p#分頁(yè)標題#e#
反洗的問(wèn)題:在大慶中三污水處理站的(中試)試驗運行中,我們發(fā)現:濾料經(jīng)過(guò)壓緊,在油、懸浮物、有機物等多種雜質(zhì)的過(guò)濾接觸中,使成噸的濾料變成了一個(gè)打不開(kāi)的濾餅.若不將這個(gè)濾餅打開(kāi),是無(wú)法實(shí)現反洗的.反沖洗是過(guò)濾運行中的重要一環(huán),反沖洗效果的好壞將直接影響過(guò)濾器的過(guò)濾效果,反沖洗不徹底將會(huì )加大濾層水頭損失,影響濾池的截留量,惡化出水水質(zhì),縮短運行周期,因此選擇合適的反沖洗參數是過(guò)濾器正常運行的重要保證.
纖維布塊過(guò)濾器的反洗是氣、水混合反洗.只有纖維布塊才能用氣、水聯(lián)合反洗.纖維布塊最大的特點(diǎn)是強度高、面積大、不怕跑料.只有利用水和壓縮空氣同時(shí)沖洗濾層,才能有效地將纖維濾餅打開(kāi),才能有效地將纖維上附著(zhù)的污染物沖刷掉.氣、水聯(lián)合反洗時(shí),反洗水強度為:8～12Ｌ/(ｍ2·ｓ),反洗氣強度為:≥40Ｌ/(ｍ2·ｓ),反洗時(shí)間為:15～20ｍｉｎ.
纖維布塊過(guò)濾器的能力問(wèn)題:怎樣提高纖維布塊過(guò)濾器的處理能力,是一個(gè)很大的難題.所謂能力就是過(guò)濾器的處理量的問(wèn)題.處理量=流速×過(guò)水面積,在流速一定的條件下,過(guò)濾器能力的大小就取決于過(guò)水面積了,它與過(guò)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(guò)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(wèn)題.用傳統鉆孔的辦法,過(guò)水面積最大(孔率)為50%,這里的一重大發(fā)明是:無(wú)切削成孔法,材料利用率98%,在滿(mǎn)足強度的條件下,使過(guò)水面積提高了30%.過(guò)濾周期為24ｈ.
本發(fā)明新穎之處具有以下優(yōu)點(diǎn)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(chǎn)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(guò)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(guò)濾器創(chuàng )建了一個(gè)簡(jiǎn)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(guò)濾器”經(jīng)過(guò)在大慶油田采油一廠(chǎng)中三污水處理站的成功試驗,纖維布塊過(guò)濾器可以替代初級污水處理的核桃殼過(guò)濾器,還可以替代“深度處理站”的兩級精細過(guò)濾器,也就是大慶人講的:1級頂3級.大慶人初略算了個(gè)帳,若用“污水回用纖維布塊深度過(guò)濾器”可節約投資成本上千萬(wàn);運行成本只是原運行成本的25%.
設備簡(jiǎn)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(shí),流速為:20～25ｍ/ｈ,水頭損失約:0.1～1.5ｍ.過(guò)濾后,能將含油為:50ｍｇ/Ｌ、懸浮物為:50ｍｇ/Ｌ、粒徑為:10ｕｍ的來(lái)水,過(guò)濾為:含油為3ｍｇ/Ｌ、懸浮物為3ｍｇ/Ｌ、粒徑為2μｍ.由此可見(jiàn),去除率之大,過(guò)濾精度之高,是其它過(guò)濾器無(wú)法相比的.
(3)過(guò)濾介質(zhì)的新穎性:濾料為纖維布塊,強度高、售價(jià)低、易反洗再生.特別應提出的是,由于屬物理過(guò)濾,沒(méi)有化學(xué)藥品的二次污染,有利于環(huán)保.該纖維布塊申請的實(shí)用新型專(zhuān)利已于2003年1月22日由國家知識產(chǎn)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(wú)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(fā)明設計的壓緊裝置能有效地提高過(guò)濾精度.
(6)設備結構的新穎性之三:本發(fā)明設計有能隨篩板移動(dòng)的6個(gè)排污通道、能在運行中排放高濃度油污及懸浮物.
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