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连续砂滤技术简介

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连续砂滤技术简介

东北石油大学聚三元环保科技开发有限公司
2014.11

一、 连续砂滤技术发展现状
砂滤是以天然石英砂等过滤介质（滤料）形成砂床截留污水中的颗粒、悬浮物、有机物等杂质，使污水净化和澄清的过滤技术。1829年，世界上第一个慢速砂滤池在英格兰建造成功，是过滤技术用于现代水处理工程的开端。砂滤装置、设备从最开始的慢速砂滤池，逐渐发展成快速砂滤池、双层滤池、多层滤池、压力过滤器、砂滤棒过滤器等。但是，这些过滤技术都存在一个反冲洗的问题，过滤过程间歇不连续。为提高过滤效率，连续式砂滤器应运而生。
1974年瑞典Axe1 Johnson研究所Dr.Hans F.Larsson和Mr.Ulf Hjelmner提出了单独对吸附饱和滤料进行清洗的想法，解决了对滤料有效清洗及再生和防止过滤后的水与反洗水相混合这两个关键问题，从此诞生了第一台连续式砂滤器。目前，连续式砂滤器已经被广泛用于全球各地。国外许多环保公司大批量生产的砂滤器，如美国的Parkson公司生产的DynaSand连续式砂滤器，瑞典Waterlink公司的活性砂过滤器，日本日立化成公司研制的连续式砂滤器。国内也有很多公司研制成功了一系列砂滤器产品，如辽宁大连涌清环保设备有限公司开发的连续反冲洗砂滤机，山东德州市德天环保科技有限公司生产的连续砂滤机等。但上述连续砂滤器多应用于生活污水、化工废水以及电厂废水等。
我公司多年一直从事含油污水过滤设备的研制开发，针对含油污水水质特性的改变以及压力过滤器在运行中出现的种种问题，自2003年就开始了将连续砂滤技术用于含油污水处理的试验，经过多年来的室内及现场应用试验，将常规连续砂滤器内部的砂滤料循环再生装置进行重新设计改进，最终研制出适用于含油污水处理使用的连续砂滤器。
二、连续砂滤装置结构及工作原理
1.连续砂滤器的结构

图1连续砂滤器结构
连续式砂滤器其结构主要有：原水进口①，进水管②，布水器③，其下还有导流砂锥，砂滤器筒体内充满了过滤介质，形成了砂床④（即滤层），过滤后的净水（滤液）⑩通过溢流堰经净水出口⑤排出；而位于砂滤器底部的污砂⑥在泵或空气压缩机等动力源的作用下通过提砂管⑦提至上部的洗砂器⑨，污水⑧通过污水口排出砂滤器。上述砂滤器结构提砂系统位于砂滤器内部，属于内循环式砂滤器，现行砂滤器还有提砂系统位于砂滤器的外部的外循环式砂滤器，便于观察提砂状况。还有一些砂滤器的洗砂装置也在砂滤器体外。不同的砂滤器在布水器、洗砂器、导流砂锥等结构上有所不同，但基本结构和原理均如上所述。
2、连续砂滤器工作原理
砂滤器的运行过程可以分为原水过滤和过滤介质的清洗再生两个过程，两者同时进行而又相对独立。它们分别在同一砂滤器的过滤系统、提砂洗砂系统内完成，过滤的动力依靠泵的提升，而滤料清洗和再生则依靠压缩空气完成。
2.1 原水过滤
当原水由由提升泵泵入砂滤器内，由进水管进入砂滤器底部的布水器进行分配布水，经导流砂锥均匀的由下向上逐渐逆流经过滤床，原水中的悬浮物、颗粒等杂质不断被截留、吸附，最终过滤后的净水（滤液）从砂滤器顶部的溢流堰排出，完成了过滤过程。图2(a)为原水过滤示意图：
2.2 过滤介质的清洗和再生
随着过滤的不断进行，原水中的悬浮物、颗粒等杂质也不断的累积并被截留在滤层当中，而截污量最大的是底部的过滤介质（滤料）。在过滤的同时，提砂装置首先将底部污砂（滤料）通过提砂管分批定量提送至顶部的砂水分离器中，空气通过排气阀排放，水和污砂再进入相连的洗砂器中清洗，洗砂后的污水由单独的管道排放，经清洗再生后的干净滤料由于比重相对较大，又重新落回并散落分布到砂滤器整个砂床表面，而与滤料分离的比重相对较小悬浮物、颗粒等杂质被水流携带到污水管道并流出砂滤器进入沉降池，经沉降后进入下一工艺流程，继续下一次循环过程。这样就完成了滤料的清洗和再生。
砂滤器的过滤过程和滤料的清洗再生过程同时进行，互不干扰，没有反冲洗等操作，过滤过程未被打断，实现了过滤过程的连续不间断，提高了过滤效率，是砂滤器历史上的一次革命。图2(b)为过滤介质清洗的再生示意图。

(a) (b)
图2 连续砂滤工作原理示意图
3、工艺流程简述
污水站内两级沉降罐出水经提升泵将污水提升至连续自动砂滤器内部进行过滤，在连续砂滤器的进口处增设微絮凝工艺，即在进口端投加少量高效絮凝剂，通过絮凝剂的吸附架桥做用，增大污水中细小颗粒杂质的粒径，使污水中微细颗粒杂质更易被滤床吸附拦截，完成污水净化。滤后水自流至滤后水罐，同时洗砂污水排入污水回收池；空气压缩机工作产生的压缩空气经过空气缓冲罐进入空气干燥器进行空气干燥处理，然后分别供给提砂器及洗砂气浮。其工艺流程如图3所示：

图3 连续砂滤器工艺流程图
4.工艺参数
型号
含聚污水连续砂滤罐-JSLF-4.0
处理量（m3/h）
≤80
滤速（m/h）
≤6
工作温度（℃）
0-45
排污量（m3/d）
≤处理量的5-10%
砂循环速率（mm/min）
3-6mm/min
洗砂周期（h）
6-10h
水头损失（MPa）
≤0.08
滤床高度（mm）
≥2000
压缩空气压力（MPa）
≥0.45
耗气量（m3/h）
1-2
三、连续砂滤技术特点
1、连续砂滤装置特点
连续砂滤器在现场试验应用中，通过不断的优化完善，具有如下优点：
① 对污水的适应能力较强，出口水质稳定达标；
② 过滤与反冲洗同时运行，无需停机，反冲洗系统功率小，取消了反冲洗水罐，缩小了回收水池容积；
③ 由于滤料始终保持清洁状态，因此滤料无板结、跑料现象滤床无堵塞，憋压现象；在滤前水水质变化较大时，出水水质仍比较稳定；
④ 滤料再生效果好；
⑤ 无转动部件，操作维护点少，使用寿命较长。
连续式砂滤器的优点是显而易见的，但在应用过程当中也并不是完美无瑕的，同样存在一些问题和缺陷：
① 罐体过高。虽然占地面积不大，但占地空间相对较大；
② 过滤精度相对偏低。由于是移动床，过滤精度不如固定床。
③ 提砂管磨损较重，需定期更换。更换过程相对繁琐；
④ 破碎滤料和比重较大杂质难以清除。
⑤ 连续砂滤器需经专业技术人员调试后，方能运行平稳。
⑥ 单罐投资成本高，整站应用投资总成本较低。
2、连续砂滤器与普通过滤器对比
连续砂滤器与普通压力过滤器从以下几点比较，具体见下表：
表1 连续砂滤器与普通压力过滤器的对比
过滤类型
压力过滤器
连续过滤器
过滤形式
下流式压力过滤
上流式常压过滤
滤料
石英砂或双滤料
单一均质砂滤料
滤床高度
1.2m
2.5m
滤床形式
固定床
移动床
滤罐高度
5.8m
8.5m
滤速
8m/h
8m/h
反洗水泵及水罐
需要
不需要
反洗流程
定时反洗
持续，与过滤同时进行
过滤连续性
不连续
连续
气源
无
有
操作维护点
多
少
过滤精度
较高
相对较差，需配合微絮凝+气浮
流速恒定性
过滤周期内逐步降低
恒定
反洗水量
5-10%处理量
5-10%处理量
过滤水头损失
0.05-0.4MPa
0.05-0.15MPa
出水水质稳定性
反洗前后有波动
较为稳定无波动

连续自动砂滤器与常规压力滤罐相比，在投资方面节省了反冲洗水罐并减小了反冲洗管线的管径，减少了反冲洗管线、阀门及机泵功率，进、出水阀门为减化为普通手动阀门，无需电动阀；在运行方面，由于连续自动砂滤器的连续反洗，因此不存在跑料、板结等现象，并且出水水质稳定，不存在压力滤罐集中反冲洗时造成水质波动较大的情况；进水升压泵扬程低，节省投资，降低能耗。
四、应用前景
连续砂滤器具有过滤效率高、滤料再生效果好、出水水质稳定、操作简单、维护成本较低等优势，配合微絮凝过滤技术+高效气浮技术，能有效提高连续砂滤器的过滤性能。从目前的油田污水水质变化趋势来看，污水中含聚浓度日益增加，高粘度、高浊度的油田污水在过滤阶段便出现各种问题，连续砂滤器的工作原理及技术特点，更加适合用于处理粘度大、浊度高、水质成分复杂的油田污水，在油田过滤设备的选择上，具有广阔的推广前景
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