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祁立環(huán)保科技：纖維過濾技術的研究進展
顆粒過濾材料的重要特征是可以方便地在過濾池或過濾器內(nèi)完成清洗! 因此作為纖維過濾材料的一個發(fā)展方向! 用短纖維成型體制作過濾材料是更加合乎情理的" 采用纖維材料作為過濾材料的一個出發(fā)點是鑒于其比石英砂或其他實體顆粒材料具有更大的比表面積和空隙率!由此推斷!由纖維材料構成的濾床應具有比常規(guī)顆粒過濾材料更大的截污容量! 截污容量的提高對過濾器效率的提高具有決定性的意義!
上海祁立環(huán)保設備有限公司專業(yè)生產(chǎn)環(huán)保疊螺污水脫泥機，自動泡藥機，化工攪拌機等一系列高科技并且實用的環(huán)保設備，祁立環(huán)保擁有*的技術中心，具備科研、開發(fā)、中試、系統(tǒng)集成等綜合技術能力，以及整機和零部件試驗、檢測等多種硬件設施和軟件條件。產(chǎn)品技術居水平。：，。
因此!采用纖維材料制作過濾材料無疑是明智之舉" 纖維材料用于去除水中雜質(zhì)已有幾十年的歷史了" !" 世紀#" 年代初期!研究人員通過短纖維亂堆形成濾床的方法開始了#規(guī)格化纖維過濾材料的研究與開發(fā)歷程" 所謂’規(guī)格化纖維過濾材料$ 是指將纖維按照規(guī)定的設計要求制成某種形式的成型體!該成型體材料具有特定的形狀和規(guī)格!與通用濾布（長絲束過濾材料及#過濾棉$的顯著區(qū)別是）濾床由在水中呈散落的（無固定約束的單體過濾材料的集合體所構成*在纖維濾料發(fā)展的過程當中!纖維過濾器也在不斷的改進!不斷的發(fā)展!在國內(nèi)出現(xiàn)了應用廣泛的纖維球過濾器和纖維束過濾器!短纖維的研究也取得了一定成果! 如彗星式纖維過濾器等* 筆者就纖維濾料和纖維過濾器的發(fā)展進行了論述和評價!! 纖維過濾材料的種類"!#短纖維單絲亂堆過濾材料!以密度大于過濾水的短纖維單絲亂堆方式構成濾床$ 在過濾器中設置隔離絲網(wǎng)以防止短纖維過濾材料流失$ 反洗方式為氣水聯(lián)合反沖洗! 這種過濾材料的缺點是顯而易見的$如短纖維單絲易流失$易纏掛隔離絲網(wǎng)$此外由于纖維與過濾液的密度差小$因而清洗效果差!""#低卷曲纖維橢球過濾材料 長的無卷縮"低卷曲#纖維絲在液體中攪拌制作成橢球狀纖維過濾材料$亦稱纖維球! 絲徑過濾外型為直徑# ! "$ %%’ 厚& ! # %% 的扁平橢球體! 這種過濾材料的特征是制造簡便$由于過濾材料
在液體中成型$纖維纏繞緊密$因而過濾材料內(nèi)核較硬$變形小$但過濾材料內(nèi)部捕捉的粒子反洗時脫落困難$此外$多次運行后從過濾材料上脫落的短纖維較多!
"&#（布帛片）過濾材料!將類似與毛氈的無紡布切割成"$ %% 厚$面積為$’# ! "$ （%" 的（氈片）$制成過濾材料$特點是纖維牢固不掉絲$但同樣存在過濾材料內(nèi)部捕集的粒子不易清洗干凈的缺陷!"）#實心纖維球%&&! 采用靜電植絨法將長2-50mm
的纖維植與實心體上$ 可以通過改變實心體的密度而改善過濾材料床的特性!
"##中心結扎纖維球%）&! 以纖維球直徑的長度作為節(jié)距$用細繩將纖維絲束扎起來$在結扎間的處切斷纖維束$形成大小一致的球狀纖維過濾材料$亦稱纖維球!
"*#卷縮纖維中心結扎纖維球!卷曲度高的纖維絲束結扎’ 切斷后形成球狀過濾材料$ 特點是彈性好$耐機械變形!"+#棒狀纖維過濾材料! 將卷曲纖維長絲集束$
用黏合劑噴霧收束$ 纖維絲束上的纖維之間形成多點相接$成為一體的棒狀$然后切開成定長度的$類似于去外皮的香煙濾嘴形狀的過濾材料!",#慧星式纖維過濾材料%#&! 一種不對稱構型的過濾材料$一端為松散的纖維絲束$另一端纖維絲束固定在密度較大的實心體內(nèi)$形狀象彗星一樣$故命名為彗星式纖維過濾材料!"-#纖維束過濾材料%*&! 這是一種極其規(guī)格化的纖維濾料$首先將纖維長絲纏繞成卷$拉直后構成束狀$形成纖維束$在過濾設備的填充中$纖維束采用懸掛或者是兩端固定的方式!"!$#改性纖維過濾材料%+&! 選用纖維球濾料$經(jīng)過新的化學配方合成的特種纖維絲做成$ 其主要特點是經(jīng)過本質(zhì)的改性處理將纖維濾料由親油型改變?yōu)橛H水型!該產(chǎn)品應用于油田含油污水的精細過濾$纖維球不易粘油’便于反洗再生’過濾精度高$而普通纖維球濾料一旦被油污染$ 纖維球變成一個大油包$無法清洗干凈!
" 各種纖維過濾器的比較目前應用于工業(yè)水處理的纖維過濾器有很多種$ 具有代表性的成果有前蘇聯(lián)的濾層高度可調(diào)型纖維過濾器’日本的纖維球過濾器%,&’瑞典的刷形纖維過濾器%- &’韓國的扭扭舞型過濾器和中國的膠囊式纖維過濾器’無囊式纖維過濾器等!這些過濾器在設計的方式上有所區(qū)別$但是原理基本相同$下面就幾種具有明顯區(qū)別的過濾器作比較!
"!#纖維球過濾器!是在容器內(nèi)填裝纖維球形成床層$由于纖維球個體較疏松$在床層中纖維球之間的纖維絲可實現(xiàn)相互穿插$ 此時纖維球的個體特征已不重要$床層形成了一個整體!床層中纖維球受到的壓力為過濾水流的流體阻力’ 纖維球自身的重力以及截留懸浮物的重力之和"如果水流從上至下通過床層$ 該力在濾層中沿水流方向是依次遞增的#!因纖維球具備一定彈性$ 在壓力下濾層孔隙率和過濾孔徑由大到小漸變分布$ 濾料的比表面積由小到大漸變分布! 這是一種過濾效率由低到高遞增的理想過濾方式$直徑較大’容易濾除的懸浮物可被上層濾層截留$直徑較小’不易濾除的懸浮物可被中層下層濾層截留!在整個濾層中$機械篩分和接觸絮凝作
用都得到充分發(fā)揮$從而實現(xiàn)較高的濾速’截污容量和較好的出水水質(zhì)! 纖維球過濾污水的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)表明$當運行流速在15-40m/h 時截污容量一般在2-12Kg/m3& 之間$ 運行流速和截污容量均是砂濾池的數(shù)倍$出水濁度明顯好于砂濾池!
該過濾器存在的不足是* 因纖維球是呈輻射狀的球體$靠近球中心部位的纖維密實$反洗時無法疏松$截留的污物難于*清除+用氣’水聯(lián)合清洗時纖維球易流失$用機械攪拌清洗時纖維球易破碎$且不易洗凈!
""#彗星式纖維過濾器!采用彗核形絲束節(jié)作為過濾層及濾料上下支承檔板采用深溝窄縫柵網(wǎng)結構$ 自適應濾料構成的濾層其空隙率沿層高呈梯度分布$下部濾料壓實程度高$空隙率相對較小$易于保證過濾精度$整個濾層由下至上逐漸增大$其橫斷面空隙均勻! 這種*的濾層空隙率分布特性是同時實現(xiàn)高速過濾和高精度過濾的主要原因" 對于一定的濾料填充容積! 其能夠提供的有效過濾容積的大小為容積效率!體現(xiàn)在濾床截污容量方面!過濾周期長!則濾床截污容量大!容積效率也就越高"
#!$扭扭舞過濾器#"#$ 型纖維過濾器$%是用微細且多束的柔軟纖維絲!一般采用的是pp,nylon 材質(zhì)!不是我們常用的丙綸纖維!在過濾器運行的時候施以回轉(zhuǎn)機具或壓榨包等去壓榨! 使其孔隙變小后過濾!清洗時再放松讓孔隙舒張!用加壓空氣和水施
以反沖洗以達到去污目的"這種過濾器的運行&反洗方式是纖維濾料與水流的方向呈垂直狀態(tài)! 它是融合了筒式過濾器的精密過濾性能和砂濾反沖洗性能
而研制出的新型過濾器PCS 型纖維過濾器的特點是!體積小&占地面積小!比纖維束和纖維球過濾器的占地面積還要小!且易于實現(xiàn)自動控制" 不足之處是!纖維裝填量少&運
行周期短&反洗頻繁"’+$刷形過濾器（ ,- ）% 瑞典人hans muller在5-世紀6- 年代中期發(fā)明的刷形過濾器! 將纖維長絲制成纖維束!每束纖維可粘或壓在支撐板上!長度根
據(jù)過濾的流體和效率來定!一般為,15-300mm 為了提高過濾效率和反洗效果! 纖維之間也可編織起來%過濾時!流體壓縮纖維束!形成濾層!使通過的液體或氣體得到過濾%反洗時!從相反的方向通入反洗液!壓緊的纖維束伸展!易于去除其中的雜質(zhì)%
該過濾器的主要特點是*結構簡單&操作方便%主要不足*因纖維呈刷狀!容易纏在一起!給反洗帶來困難!纖維床層一般較薄!過濾性能不穩(wěn)定!故容易形成表面過濾%
（5）纖維束過濾器有以下幾種*
1膠囊式纖維過濾器%將長纖維束懸掛孔板上!裝在過濾設備中!纖維束下掛重錘!纖維層中安裝數(shù)個軟質(zhì)膠囊!運行時將膠囊充水!橫向擠壓長纖維!使纖維層孔隙率和過濾孔徑由大到小漸變分布!反洗時先排凈膠囊中的水!使長纖維束床層得以疏松!
再用氣水聯(lián)合清洗% 在掛裝的長纖維濾層中安裝可充&排水的軟質(zhì)膠囊!解決了纖維層的壓實&疏松及纖維流失問題% 目前使用中存在的一些問題是設備較復雜!除膠囊外!需設有膠囊充&排水系統(tǒng)及充水計量裝置+膠囊易損壞也是困擾用戶的難題%
2 無囊式纖維過濾器% 將纖維束固定在兩塊孔板之間!其中一塊孔板可以在設備內(nèi)部上下運動!運行時靠水和纖維之間產(chǎn)生作用力! 使活動板壓實纖維! 反洗時在反向力的作用下孔板與運行時反向運動!拉直纖維!在氣水的聯(lián)合反洗作用下!使截留在
纖維中的懸浮物得以清除%
3 自壓式纖維過濾器%所謂自壓!是指不依靠其他裝置! 僅靠水流和纖維層相對運動產(chǎn)生的作用力實現(xiàn)對纖維層的壓縮%實際上!長纖維絲的縱向剛度很小! 只要對纖維進行適當處理并保持適宜的裝填密度!依靠濾層和水流之間產(chǎn)生的作用力!就*可
以將纖維層壓縮%當水流自上向下通過纖維層時!纖維承受向下的縱向壓力且越往下纖維所受的向下壓力越大%由于纖維束是一種柔性濾料!當縱向壓力足夠大時就會產(chǎn)生彎曲!進而纖維層會整體下移!zui下部纖維首先彎曲并被壓縮!此彎曲&壓縮的過程逐漸上移!直至作用力相互平衡%由于纖維層所受的縱向壓力沿水流方向依次遞增! 所以纖維層沿水流方向被壓縮彎曲的程度也依次增大! 濾層孔隙率和過濾
孔徑沿水流方向由大到小分布! 這樣就達到了截留懸浮物的理想床層狀態(tài)%
纖維束過濾器的特點是截污容量大! 過濾周期長!占地面積小% 這種靠水和纖維之間的作用力自動調(diào)節(jié)過濾空隙率的過濾方式!經(jīng)長時間的運行!纖維形成固定的彎曲軌道時!在運行的時候不再象剛開始運行那樣慢慢的彎曲! 而是直接按照彎曲的軌道彎曲!一次到位!不能實現(xiàn)在過濾的過程中變空隙率!這樣會造成水頭損失大!而且截污容量不能充分利用%
6 旋壓式纖維過濾器 英國;eric.c.greek公司研制的一種纖維過濾器!纖維一般采用尼龍&聚酯&丙綸等!纖維直徑,1-50um長度0.3-2mm纖維兩端編織起來制成薄片!纏在接頭上!再用夾緊或黏結的方法固定%過濾時!通過傳動機構推動活接頭向下滑動!并旋轉(zhuǎn)一定角度使纖維纏繞在內(nèi)筒上!形成濾層%含有兩種不溶液體的懸浮液通過床層時!固體雜質(zhì)被截留%纖維還具有粗?；饔?使細小液滴凝聚成大液滴! 在沉淀區(qū)依靠重力分離后分別排出%反洗時!活接頭上升!松開纖維!反方向加入清洗液!活接頭便在一定范圍內(nèi)旋壓!能很快清除床層中的固體雜質(zhì)% 由于纖維對液滴的凝聚效果明顯高于粒狀材料! 該裝置可用于含有微量固體雜質(zhì)的乳濁液的分離%如從含油廢水中分離原油及油制品!也可用于油中水的分離% 研究者進行的油水分離試驗數(shù)
據(jù)也表明!過濾器具有良好的過濾和粗?；阅?
7 HW 深層過濾器,是由英國;exeter 大學分離中心研制的!其特點是采用活塞壓縮纖維介質(zhì)!過濾介質(zhì)選用富有彈性的纖維材料!如羊毛"碳纖維
等!纖維直徑1-10Um濾層厚度20-25cm過濾時!活塞壓縮過濾介質(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!反冼時!從底部通入反洗液!活塞上升并在一定高度振蕩!可加快濾層的再生速度!并節(jié)省反洗液# 應用’（ 過濾器!研究者曾用多種懸浮液對其過濾性能和自潔能力進行過測試!效果很好$從過濾葡萄酒酵母懸浮液的試驗數(shù)據(jù)可以看出! 采用碳纖維! 濾層厚度0.23m孔隙度
0.88 流速14.8m/h 對3.1um以上的顆粒過濾效率高達99%由于濾層密度可調(diào)節(jié)!故可保持濾液質(zhì)量的穩(wěn)定$ 碳纖維還具有生物和化學方面的惰性及特殊的強度! 在350攝氏度極易氧化的環(huán)境仍能保持穩(wěn)定!在一般環(huán)境中2000報氏度時仍可保持穩(wěn)定!可以
過濾高溫有腐蝕性的液體和已熔化的金屬和聚合物!因此在醫(yī)學及化工方面有著廣泛的應用$
3 纖維過濾技術的應用前景
目前纖維過濾技術已經(jīng)在工業(yè)給水% 鋼鐵生產(chǎn)廢水"地下水除鐵除錳"含油廢水處理"循環(huán)水處理"醫(yī)學用水處理等方面得到了廣泛的應用$ 實踐證明纖維濾料比傳統(tǒng)的石英砂濾料具有質(zhì)地軟"強度高"對水阻力小"過濾速度快"截污容量大"易于清洗等
特點! 但是存在著造價高" 難于*清洗干凈等不足!需要進一步研究$!