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摘要：冀东油田老爷庙联合站自2008年5月建站以来，污水处理系统已经持续运行两年半的时间。其末端处理设备即纤维束过滤罐运行效果有所下降，滤料截污效果和自身结构存在的弊端及问题已逐步显露。为了进一步提高纤维束过滤罐的过滤效果及回注水水质，从过滤罐结构及滤料选择等方面对纤维束过滤罐提出了相关的改造工艺。
关键词：纤维束过滤罐；纤维球过滤罐；滤料；反冲洗；回注水
中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2011)07-0108-02
纤维束过滤罐属于压力式过滤罐的一种，一定的压力条件下在密闭容器内通过纤维束滤料处理污水。可以有效去除水中的悬浮物，并对水中的有机物、胶体、铁、锰等有明显的去除作用。由于其占地面积小、处理精度大、吸附能力强、过滤阻力小等优点，因此被适用于污水处理系统的末端环节及污水深度处理工艺中。由于其工艺成熟、操作便捷，已经在国内外各类污水处理厂中广泛应用，并取得了理想的效果。随着我国总体工业水平的提高和对过滤介质的深入研究与开发，特别是近年来与发达国家频繁的技术交往，借鉴了大量的国外先进技术，压力式过滤技术不断推陈出新，取得了突飞猛进的发展，在自动化水平、反冲洗方法、截污能力等方面都有较大的改善和进步。文章以冀东油田老爷庙联合站纤维束过滤罐为例，从结构改造及滤料对比方面提出相关优化改进工艺设想。
一、常规纤维束过滤罐工艺
(一) 滤料特点及截污原理
纤维束滤料通常采用高分子纤维材料制成，目前常用滤料为丙纶(聚丙烯)纤维。其单丝直径可达几十微米到几微米，属于微米级过滤材料。由于具有比表面积大、空隙率高的特点，能够使滤料本身在过滤罐内形成一定的密度梯度，从而达到高截污率的过滤效果。
纤维束滤料一端在罐底部固定，另一端呈松散无束缚状态。过滤时原水由上而下进入纤维束过滤罐，通过罐内的压紧装置作用，使纤维束滤料处于密实状态，在过滤罐内由上到下形成逐渐增大的密度梯度，而滤层的孔隙直径逐渐减小，形成了一个变孔径的深层过滤状态，从而将原水中的悬浮物及杂质按颗粒直径的不同逐层拦截在滤料上。而反冲洗时，压紧装置被松开，反冲洗气和水则由下而上进入过滤罐内，对松散的纤维束产生一个向上的甩拽力，实现滤料的不断抖动冲洗，从而使滤料达到理想的清洗效果。其工作示意图如图1所示：
(二) 纤维束过滤罐生产运行参数
第一，工艺描述。老爷庙联合站污水处理系统流程如图2所示：
纤维束过滤罐的设计处理水量为90m3／d，目前实际处理水量为60m3／d。工作压力：0.60MPa；工作周期：12～24h；水洗强度：6～8L／s.m2；水洗压力：0.20MPa；气洗强度：15NL／s.m2；反洗历时：气洗3～5min，水洗5～10min。
第二，水质指标。目前老爷庙联合站注水指标执行《sY／T5329 94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中B2级标准，即水含油含量≤10mg／L，悬浮物含量≤4mg／L，粒径中值≤2.5um。
二、纤维束过滤罐存在的问题
(一) 气反洗不均匀
如图1所示，纤维束过滤罐气水反洗皆由同一条管线(过滤出口)进入罐内，该管线没有布气装置，由鼓风机产生的气源由反洗进口管线进入罐内后只能对管线两侧上方的纤维束吹扫冲击，而其它位置上的纤维束就不能得到有效的气冲洗。
(二) 纤维束分布不均
被气反洗到的纤维束由于长期的的气体冲击，导致比其它纤维束更易向一侧偏移，进而使罐内纤维束分布的不均匀，影响了过滤效果。其纤维束偏移效果示意图如图3所示。
(三) 滤料压紧空间不够
过滤时，顶部压紧装置带动上压紧板向下运动至一定深度，此时纤维束滤料在罐内被压紧。通过开罐检查测得实际压紧高度为1000mm，但纤维束滤料并没有被完全有效的压紧，存在较大的空隙量。因此可能导致部分较大粒径的悬浮物不能得到有效拦截，从而进入下一级设备影响水质。
(四) 滤料过滤效果不佳
目前纤维过滤作为精细过滤的重要方式，在污水处理中占据主导地位。传统纤维属于亲油型，即水中的污油被纤维吸附，这样易导致纤维被污染，再生反洗效果差，基本只能用于清水处理。而目前经过改良的改性纤维滤料则属于亲水型，过滤含油污水时滤料不易被污染，反洗再生方便，彻底摒弃了传统纤维滤料的弊端。
改性纤维滤料通常分为纤维球和纤维束两种。两者在物理性能、截污效果、再生反洗及后续维护方面存在一定差别。从过滤效果及后续维护方面考虑应选用纤维球滤料。两者具体对比见表1：
三、具体改造措施
第一，改造后增加一条进气管线和一套布气系统考虑气水反洗皆由同一条管线(过滤出口)进入罐内，可将原鼓风机出口至反洗进口的管线断开，重新铺设一条进气管线直接接入过滤罐底部。改管线进入罐内后再铺接一套布气管线，在整个罐底部形成均匀的气洗系统，确保滤料被气洗的更加细致均匀。罐底布气管线走向如图4所示：
第二，加长了压紧机构的丝杆长度，使压紧空间由原来的1000mm缩减到400mm，确保纤维束能更加有效的被压紧。并将纤维束中部分段扎紧，有利于压紧过滤时滤层能更紧密均匀。同时将纤维束的上下端用活动卡扣同时固定，在方便更换的基础上，使纤维束的反洗能够更加充分。
第三，通过对比发现，纤维球滤料在截污效果、维护操作等方面要比纤维束滤料更胜一筹。因此改用纤维球滤料，则可在罐顶部加装搅拌装置，通过叶片搅拌可将中上部纤维球彻底清洗；而底部加装射流装置，取外输水为水源，通过射流管减压释放，在罐底形成斜向上方的振动水流和漩涡，利于中下部纤维球的清洗。具体效果如图5所示。
四、结论
虽然纤维束过滤罐在污水处理系统末端的精细过滤环节中被广泛应用，但考虑到实际处理水质和现场工艺的差别和弊端，其处理效果有好有坏。通过对纤维束过滤罐在实际运行中存在的问题进行有针对性的分析研究，从设备结构、滤料选择、工艺操作等方面着手进行相关优化改造，可在一定程度上提高纤维过滤罐的处理效果，确保处理水质进一步达标。
关键词：纤维束过滤罐；纤维球过滤罐；滤料；反冲洗；回注水
中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2011)07-0108-02
纤维束过滤罐属于压力式过滤罐的一种，一定的压力条件下在密闭容器内通过纤维束滤料处理污水。可以有效去除水中的悬浮物，并对水中的有机物、胶体、铁、锰等有明显的去除作用。由于其占地面积小、处理精度大、吸附能力强、过滤阻力小等优点，因此被适用于污水处理系统的末端环节及污水深度处理工艺中。由于其工艺成熟、操作便捷，已经在国内外各类污水处理厂中广泛应用，并取得了理想的效果。随着我国总体工业水平的提高和对过滤介质的深入研究与开发，特别是近年来与发达国家频繁的技术交往，借鉴了大量的国外先进技术，压力式过滤技术不断推陈出新，取得了突飞猛进的发展，在自动化水平、反冲洗方法、截污能力等方面都有较大的改善和进步。文章以冀东油田老爷庙联合站纤维束过滤罐为例，从结构改造及滤料对比方面提出相关优化改进工艺设想。
一、常规纤维束过滤罐工艺
(一) 滤料特点及截污原理
纤维束滤料通常采用高分子纤维材料制成，目前常用滤料为丙纶(聚丙烯)纤维。其单丝直径可达几十微米到几微米，属于微米级过滤材料。由于具有比表面积大、空隙率高的特点，能够使滤料本身在过滤罐内形成一定的密度梯度，从而达到高截污率的过滤效果。
纤维束滤料一端在罐底部固定，另一端呈松散无束缚状态。过滤时原水由上而下进入纤维束过滤罐，通过罐内的压紧装置作用，使纤维束滤料处于密实状态，在过滤罐内由上到下形成逐渐增大的密度梯度，而滤层的孔隙直径逐渐减小，形成了一个变孔径的深层过滤状态，从而将原水中的悬浮物及杂质按颗粒直径的不同逐层拦截在滤料上。而反冲洗时，压紧装置被松开，反冲洗气和水则由下而上进入过滤罐内，对松散的纤维束产生一个向上的甩拽力，实现滤料的不断抖动冲洗，从而使滤料达到理想的清洗效果。其工作示意图如图1所示：
(二) 纤维束过滤罐生产运行参数
第一，工艺描述。老爷庙联合站污水处理系统流程如图2所示：
纤维束过滤罐的设计处理水量为90m3／d，目前实际处理水量为60m3／d。工作压力：0.60MPa；工作周期：12～24h；水洗强度：6～8L／s.m2；水洗压力：0.20MPa；气洗强度：15NL／s.m2；反洗历时：气洗3～5min，水洗5～10min。
第二，水质指标。目前老爷庙联合站注水指标执行《sY／T5329 94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中B2级标准，即水含油含量≤10mg／L，悬浮物含量≤4mg／L，粒径中值≤2.5um。
二、纤维束过滤罐存在的问题
(一) 气反洗不均匀
如图1所示，纤维束过滤罐气水反洗皆由同一条管线(过滤出口)进入罐内，该管线没有布气装置，由鼓风机产生的气源由反洗进口管线进入罐内后只能对管线两侧上方的纤维束吹扫冲击，而其它位置上的纤维束就不能得到有效的气冲洗。
(二) 纤维束分布不均
被气反洗到的纤维束由于长期的的气体冲击，导致比其它纤维束更易向一侧偏移，进而使罐内纤维束分布的不均匀，影响了过滤效果。其纤维束偏移效果示意图如图3所示。
(三) 滤料压紧空间不够
过滤时，顶部压紧装置带动上压紧板向下运动至一定深度，此时纤维束滤料在罐内被压紧。通过开罐检查测得实际压紧高度为1000mm，但纤维束滤料并没有被完全有效的压紧，存在较大的空隙量。因此可能导致部分较大粒径的悬浮物不能得到有效拦截，从而进入下一级设备影响水质。
(四) 滤料过滤效果不佳
目前纤维过滤作为精细过滤的重要方式，在污水处理中占据主导地位。传统纤维属于亲油型，即水中的污油被纤维吸附，这样易导致纤维被污染，再生反洗效果差，基本只能用于清水处理。而目前经过改良的改性纤维滤料则属于亲水型，过滤含油污水时滤料不易被污染，反洗再生方便，彻底摒弃了传统纤维滤料的弊端。
改性纤维滤料通常分为纤维球和纤维束两种。两者在物理性能、截污效果、再生反洗及后续维护方面存在一定差别。从过滤效果及后续维护方面考虑应选用纤维球滤料。两者具体对比见表1：
三、具体改造措施
第一，改造后增加一条进气管线和一套布气系统考虑气水反洗皆由同一条管线(过滤出口)进入罐内，可将原鼓风机出口至反洗进口的管线断开，重新铺设一条进气管线直接接入过滤罐底部。改管线进入罐内后再铺接一套布气管线，在整个罐底部形成均匀的气洗系统，确保滤料被气洗的更加细致均匀。罐底布气管线走向如图4所示：
第二，加长了压紧机构的丝杆长度，使压紧空间由原来的1000mm缩减到400mm，确保纤维束能更加有效的被压紧。并将纤维束中部分段扎紧，有利于压紧过滤时滤层能更紧密均匀。同时将纤维束的上下端用活动卡扣同时固定，在方便更换的基础上，使纤维束的反洗能够更加充分。
第三，通过对比发现，纤维球滤料在截污效果、维护操作等方面要比纤维束滤料更胜一筹。因此改用纤维球滤料，则可在罐顶部加装搅拌装置，通过叶片搅拌可将中上部纤维球彻底清洗；而底部加装射流装置，取外输水为水源，通过射流管减压释放，在罐底形成斜向上方的振动水流和漩涡，利于中下部纤维球的清洗。具体效果如图5所示。
四、结论
虽然纤维束过滤罐在污水处理系统末端的精细过滤环节中被广泛应用，但考虑到实际处理水质和现场工艺的差别和弊端，其处理效果有好有坏。通过对纤维束过滤罐在实际运行中存在的问题进行有针对性的分析研究，从设备结构、滤料选择、工艺操作等方面着手进行相关优化改造，可在一定程度上提高纤维过滤罐的处理效果，确保处理水质进一步达标。