利用新的过滤技术节能降耗增效益

1．概述

生水系统是动力厂化学水处理的重要环节，生水水质的好坏直接影响着后续水处理的设备运行状况及除盐水的水质，从而关系到动力热力设备安全运行。我厂原生水系统设计负荷为480t/h，由于十五扩建改造需要，生水水量的增加及水质要求的提高，原有两台处理能力为240t/h的重力无阀滤池无法满足生产需求，且系统存在问题，改造已是当务之急；经过调研和充分论证决定采用一种新型的束状软填料—纤维作为滤元的压力式高效纤维过滤器。

2．生水系统工艺现状及问题

原生水过滤设备无阀滤池是采用颗粒状石英砂为滤料利用水力学原理设计的一种等流速快滤池，流速为6~10m/h；其生水系统工艺流程为原水自系统至低温电站换热器与低温热水换热温升至40℃左右后，经无阀滤池过滤到清水池由清水泵引至后续设备进行水处理；该系统存在以下三个问题：

（1）　无阀滤池占地面积太大，处理能力240t/h的无阀滤池外型尺寸为8×4m²，处理能力400t/h的无阀滤池外型尺寸为10×5m²，由于受场地及生产情况限制无法增建一套无阀滤池；且用颗粒状滤料进行过滤其过滤精度受滤料粒径限制，其出水浊度高达5mg/L，滤料的清洗操作过于繁重；另外无阀滤池面积大，颗粒状石英砂易造成乱层及分布不均，严重时出现偏流而影响了出水水质。

（2）　无阀滤池反洗自用水消耗量大，且带走大量热量，造成热量的极大浪费。

（3）　由于系统来原水水质差，两台换热器堵塞及积泥垢十分严重，常需停运一台进行检修，而单台换热器的容量小，生水温度达不到要求增加制水成本。

3．可行性分析

3．1 以石英砂为滤料的无阀滤池局限性

过滤单元的整个操作过程分为两步，第一步为水中悬浮物在滤料中的被吸附、被滤除过程，第二步为滤料的清洗过程．

颗粒状滤料如石英砂的过滤效果，可用以下公式表示

　C=Co·e^{-3/2·(1-ε) ·η·ηc·L/dc}

　式中：Co， C－分别为过滤前后悬浮物的浓度；

　　L－滤料层厚度；

　　ε－滤料层空隙率；

　　d_c－滤料颗粒粒径；

　　η－有效碰撞次数与总碰撞次数之比，与水的混凝效果有关；

　　η_c－水中悬浮物撞击某单元滤料的速率与流向该单元滤料速率之比；

从公式中可知，就滤池而言，提高过滤效果的主要途径是减少滤料颗粒的粒径，但由于受运行阻力和反冲洗操作等因素限制，颗粒状滤料的粒径减少将受到限制。

另外颗粒状滤料在清洗时，由于反洗水流的水力筛分作用，在滤料层中形成了沿过滤水流方向滤料的粒径按由小而大递增的分布，过滤效果呈由高到低递减的不合理现象，滤层中处于上部的细小滤料，因其过滤效果较高，细小的孔隙很容易就被杂质颗粒填满，运行阻力增加并导致水中杂质的下移，而处于中下部的粗大滤料，因过滤效果较低而不能对颗粒实施更有效的滤除，滤池失效从而使得滤池的滤速、效率和滤料的截污容量等指标都难以得到进一部提高．　

3．2纤维过滤器的特点

高效纤维过滤器是一种将下端挂有重坠的膨化纤维长丝（直径20~50um）束丛，悬吊于设在过滤器上部的多孔板上充当过滤介质的过滤设备。在纤维束丛中设置有若干个胶囊，过滤时先向囊内充水加压强行挤压周围的纤维束使之密实，然后水流自下而上穿过纤维孔隙进行上向流过滤工作。清洗时先排尽囊中的水，撤消对纤维束的挤压，使纤维束丛在重坠的重力和膨化纤维的弹力联合作用下恢复其膨松状态，然后进行气、水联合抖动擦洗将其清洁干净，恢复到初始性能。

由于用作滤元的纤维是一种弯曲而柔软的材料，其滤料直径可小达几十微米，并且在滤料层中存在着大量的缝隙空间，在过滤工作过程中，通过控制对纤维束的挤压条件就可以得到不同的纤维孔隙率，过滤器的效率和阻力就可以控制在设定的范围内，解决了传统的过滤设备无阀滤池、虹吸滤池、机械式过滤器等均采用颗粒状滤料如石英砂进行过滤其过滤精度受滤料粒径较大限制的问题；微小的滤料直径，极大地增加了滤料的比表面积和表面自由能，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高了过滤效率和截污容量。两种过滤器主要性能对比如下：

从表中可以得知纤维过滤器的生水水质、截污容量远高于无阀滤池；且生水经过纤维过滤器后进换热器可以解决原工艺流程中存在的缺陷。

    经过调研分析，我们本着工艺技术领先且自动化程度高的原则，采用PLC（Programmable Logic Controller）控制对生水系统工艺流程进行改造为：系统来生水先经4台3000高效纤维过滤器过滤后至低温电站通过换4低温热水换热，然后进清水池。单台3000高效纤维过滤器设计出力210t/h。

4．经济效益及社会效益

    该生水系统改造运行一年来，解决了原工艺中存在的问题，提高了出水水质及水量，降低了生产成本。

4．1高效纤维过滤器的出水水质有了提高，使出水浊度稳定并小于2度，减小了阳床的负担，可有效地提高离子交换器的周期制水量，降低酸碱耗，减轻对树酯的污染。

4．2由于采用新工艺，过滤设备用反洗水未经过加热，减小了热量损失。

无阀滤池全年反洗水量=全年制水量×(1-制水率)

                    =2500000×(1-0.974)=42500吨

反洗水热量损失=生水温升×反洗水量

              =15×42500×4.18

              =2.66×10⁶(MJ)

折标准油=2.66×10⁶/41.87=63.53(t)

其中：41.87为1kg标准油热值；

4．3高效纤维过滤器周期制水量大，反洗水耗量小，减少了水耗；降低了排污量。

 　　过滤器全年节约水量=（过滤器制水率-滤池制水率）×全年生水量

                   =（0.983-0.974）×2500000

                   =22241.603吨

     全年节约排污费=22241.603×4.5=10万元

4．4解决了换热器堵塞问题，提高了换4换热效果，节约了检修费用。

    改造前两台换热器由于原水水质差经常堵塞，每年每台需检修2~3次，生水由换热器旁路直接进无阀滤池，低温热水由循环水冷却增加了循环水场的用电负荷，同时由于生水温度低，后续设备离子交换器的周期制水量下降，酸碱耗量增加。改造后运行半年来未发生堵塞现象，节约了检修费用，降低了工人的劳动强度。

5．结论：

以纤维为滤料的高效纤维过滤器与以石英砂为滤料的无阀滤池相比，具有过滤效率高、滤速快、截污容量大、周期制水量大、自耗水低、占地面积小的特点，同时解决了原工艺流程中存在的问题，有较高的经济效益和社会效益；它在电厂的生水处理工艺中正逐步得到应用，如能改进纤维滤料的清洗技术，简化过滤设备的内部结构，使之具备直接处理高浊度进水的能力和纤维过滤设备大型化发展，可在污水处理利用方面得以应用推广。

[参考文献]

[1]  工业水处理技术部   化学工业出版社

[2]  高效纤维过滤器产品样本   吉林飞特

[作者简介]

周蓉  女  1968.5  学士  湖南大学  湖南岳阳长岭炼化工程设计有限公司