新型梯度過濾器的研制與應用

李 杰，胡勤陽，張麗芬

（1.浙江晶泉水處理設備有限公司，浙江 湖州 313022；2.湖州德翔環境科技有限公司，浙江 湖州 313022）

1 問題的提出

水過濾的預處理是指將水中的懸浮物和膠體物等去除或降低至一定程度，達到一般用水要求的工藝稱為水的預處理。目前市場上作為水過濾預處理的裝置主要有“沉沙池”和“機械過濾器”，作為預處理，它們都是用于除去水中較大顆粒物。

目前國內外采用的沉砂工藝以平流沉砂池、曝氣沉砂池、旋流式沉砂池、多爾沉砂池和豎流沉砂池最為普遍[1]。這些沉砂池通常以＞200 μm 的砂礫作為除砂設計標準[2]。由于不同地區地質地勢的差異，污水進水中大部分砂礫粒徑＜200 μm[2-3]。這些大量細小的砂礫進入到后續處理單元中，給設備運行和生產帶來嚴重的不利影響[4]；此外這種沉砂池需要建設一定的物理構筑物，且處理設備結構比較復雜，占地面積大。

機械過濾器作為預處理環節起到將高濁度水中的較大顆粒物去除的作用。其中起主要作用的是機械過濾器內部的石英砂填料，它是種密度很高的礦石，一臺產水5 t的機械過濾器，大概要配1 t的石英砂，機械過濾器在工作過程中能夠快速截留大量雜質，使得機械過濾器過濾效率逐漸降低，因而需要對機械過濾裝置及時做反沖洗，以確保它的正常運行。

為克服現有預處理過濾器存在的弊端，研究開發一種新型梯度過濾器，采用獨特的多層次多精度梯度篩管過濾技術，取長補短從結構上優化過濾條件，提高過濾效果，簡化分離過程。

2 結構組成

梯度過濾技術是將原水經過多層不同精度的套接篩管過濾的一種技術，采用不銹鋼篩管過濾元件，內層篩管過濾精度大于外層篩管，從而形成梯度過濾空隙，有效地提高過濾精度和過濾面積，達到很好的過濾效果，具有結構堅固，耐高溫，耐腐蝕，機械性能好，使用壽命長，安全可靠等特點。

新型梯度過濾器由不銹鋼制成，主要由殼體、篩管、上封頭（上蓋）、沉砂斗等組成，篩管設有若干個，具體結構見圖1。

圖1 新型梯度過濾器結構圖

其中篩管為3層（或多層）套接過濾濾管，由外向內的篩管過濾孔徑依次減小，其中外層篩管是采用不銹鋼金屬條以連續螺旋盤繞自動電阻焊工藝焊接而成的柵式管體，不銹鋼金屬條的截面呈三角形，各三角形金屬條的底面構成柵式管體的外周面；中層篩管和內層篩管的管體采用不銹鋼管體骨架包覆以不銹鋼網布構成。3層過濾篩管的過濾孔徑分別為：外層篩管0.200 ～ 0.400 mm，中層篩管 0.080 ～ 0.120 mm，內層篩管 0.004 ～ 0.070 mm。具體結構見圖2。

圖2 篩管結構圖

3 工作過程、原理和技術特點

3.1 工作過程

新型梯度過濾器的工作過程：過濾時原水通過進水口進入過濾器，再從篩管的外側進入內側，依次經過外層篩管、中層篩管和內層篩管，使原水中的懸浮物顆粒、膠體等雜質被不同精度的3層篩管截留；經三級梯度過濾后，過濾水從篩管的中心孔排出，最后的產水從上封頭上的中心管產出。其中外層篩管截留的雜質掉落至集污斗中，中層篩管和內層篩管截留的雜質由底部的外排單向閥排出后掉落至集污斗中，并經排污口排出。

3.2 工作原理

新型梯度過濾器在投入使用時，先將過濾器的進水、出水、反沖進水接口管分別與原水管、成品水槽和反沖水箱或反沖水泵相連接，并在連接處安裝好控制閥，同時在過濾器的排污口也安裝控制閥，即可進行正常過濾運行；當運行一段時間后，過濾器阻力增大、出水量變小，使進出水口的壓差變大，超過設定值，則需要對過濾器進行反沖清洗。此時 PLC控制關閉進水口、出水口的控制閥，然后打開反沖水和排污控制閥，具有一定壓力的反沖水即自上而下、自內向外沖洗各多層管篩濾管的濾網，沖洗下的污泥從過濾器排污口排出；反沖洗完畢后，PLC控制關閉反沖水和排污控制閥，重新打開進水口、出口水控制閥，恢復過濾運行。

3.3 技術特點

（1）采用多層篩管，原水經多級梯度過濾，即原水通過過濾孔徑從大到小的篩網層，更多原水中的雜質、大顆粒物質將被不同梯度的過濾篩網截留下來，從而提高過濾精度，最終使出水水質更好，達到很好的過濾效果。

（2）外層篩管采用不銹鋼金屬條的截面呈三角形，管體外周面上各相鄰三角形金屬柵條之間形成平行環縫，內周面上各相鄰三角形金屬柵條之間則形成徑向V形環縫，使外層濾管內壁縫隙大于外壁縫隙，增加反沖洗力度，不容易被堵塞。

（3）內層篩管內壁均布有若干豎向加強筋，增強篩管的強度，使篩管不易變形。

4 應用實例

浙北制藥廠的純化水系統原設計￠1 000 mm的砂濾過濾器加上￠220 mm的精密過濾器作為原水預處理，原水采用河水，處理水量為6 m3/h，砂濾過濾器濾料為石英砂，精密過濾器過濾單元為PP濾芯。運行結果顯示，砂濾過濾器每運行6 h反沖洗1次，精密過濾器每運行5 d出現污堵現象，需要更換濾芯。該原水預處理工藝存在以下缺點：①砂濾過濾器每次反洗時間約15 min，反洗時需要停機反洗，停機時間較長，降低過濾效率；②精密過濾器濾芯不能重復利用，經常需要更換濾芯；③砂濾過濾器體積龐大，占地面積大，不易搬運，更換濾料繁瑣。

2017年，浙北制藥廠對純化水系統的現有預處理設備進行改造，選用￠300 mm的新型梯度過濾器，內裝6芯￠80 mm的不銹鋼多層多精度梯度過濾篩管，在進水管、出水管和反沖洗管處安裝有控制閥，同時在過濾器的排污口也安裝控制閥。原水仍采用江河水，處理水量仍設計為6 m3/h。從運行情況來看，新型梯度過濾器的優勢明顯：①反沖消耗時間縮短使得過濾效率提高，在實際運行過程中，新型梯度過濾器每運行2 ～ 3 h會自動反沖洗1次，反沖洗為瞬間沖洗，無需等待較長的時間即可恢復正常運行，且無污堵現象，運行穩定，顯著提高過濾效率；②出水水質提高，新型梯度過濾器篩管的過濾孔徑從外至內分別是0.300，0.080，0.004 mm，一次過濾就能達到砂濾+精濾組合過濾的出水標準；③反沖洗效率提高，篩管可重復使用。外層篩管獨特的三角形篩條使其形成了V型縫隙，使濾管內壁縫隙大于外壁縫隙，即外面開口小于里面的開口，增加反沖洗力度，不容易被堵塞，因此篩管可反復使用，而精密過濾器的PP濾芯一旦污堵，只能更換，不能反復使用；裝填石英砂，使質量更大，不便于移動使用。2種預處理設備對原水的處理情況見表1。

表1 浙北制藥廠原水處理對比表

5 經濟效益分析

根據浙北制藥廠的實際運行情況，新型梯度過濾器投運后，與采用砂濾過濾器+精密過濾器的預處理工藝相比，由于簡化了工藝系統，減少設備數量，從而使一次性投資減少50%以上，同時使設備運行和維護費用大為降低；且由于反沖洗時間縮短，使反洗耗水量大大降低，節水效益相當可觀，經濟效果良好。

此外，改造后的設備摒棄了大體積的設備以及較重的石英砂填料，使運輸和安裝便捷，降低人工成本；采用自動控制工序也降低人工成本，大大提升新型梯度過濾器的運行穩定性。

6 結 語

新型梯度過濾器因采用多級梯度過濾精度的篩管濾元，使原水中的雜質通過孔徑由大到?。催^濾精度由小到大）的篩網層，更多的雜質和懸浮顆粒物質被不同的梯度過濾篩網截留下來，從而提高過濾精度，使出水水質更好，達到很好的過濾效果。新型梯度過濾器與現有的過濾元件相比，一次出水即達到通常水凈化的砂濾過濾+精濾組合過濾的出水標準，具有過濾精度高、過濾效果好、設備占地面積小、使用壽命長、安全可靠等特點，從而擴大應用范圍和現場適應性，值得在水處理行業中推廣應用。