微滤罐设备及在高炉冲渣水项目上的应用

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　　摘要：微滤罐是一种创新的过滤设备。所谓创新，是指对传统的砂滤工艺进行改进，滤料为颗粒状的过滤材料，也称之为不定型滤料，过滤精度为0.1～10微米。与传统的石英砂过滤（包括砂滤罐和砂滤池）相比，既提高了过滤精度又降低了运行能耗，大大提高了经济技术指标和应用范围，使得用户在砂滤和超滤之间有了更多的选择。
　　关键词：微滤罐 过滤设备 过滤精度应用范围
　　中图分类号：TF351.3 文献标识码：A 文章编号：
　　本文就国内某公司微滤设备及其在冶金高炉冲渣废水上的应用介绍如下:
　　微滤罐设备的技术特点：
　　1.比重仅为1.1g/cm³的轻质微孔活性陶瓷滤料。同比砂滤提高过滤精度，达到小于1微米。实际上具有微孔材料很多，典型的是陶粒，不过陶粒的微孔在内部，表面仍然光滑，表面有微孔的其他材料也可以作为滤料，但是多年以来，用的最多的还是石英砂，多介质，这不仅仅是因为价格问题，主要还是微孔滤材的技术性能有待提高，首先是材料强度，孔隙率高有利于过滤精度，但是强度下降，导致反洗过程变为粉末，保证强度有难以维持孔隙率，本文所述微孔材料在材料配方，烧结温度，粒径分布，表面积，孔隙率，机械轻度，表面处理，装填方式，配套设备方面取得了多项技术创新成果，使得这些表面多微孔材料在过滤—固液分离方面发挥了重要作用。
　　2.独特结构的气水反冲洗方式，改变了以水作为反洗动力的设计，反冲洗节能节水，而且非常彻底，完全可以恢复设计流量。
　　3.防止漏砂的漏砂分离器，保证了过滤材料不流失泄漏。
　　4.智能化运行控制方式，通过可编程序控制器，保证各项技术参数运行在最佳状态。
　　过滤机理：
　　
　　
　　上图表示两种不同形式的过滤原理，传统砂滤实际上是压力机械阻挡为主，小孔截留大的杂质，过滤精度取决于表层沙粒的大小，例如，过滤罐实际装填的滤料最小为0.2-0.5mm，滤料的颗粒越小则过滤精度越高，但是越容易堵塞，因为在表层很快形成粘泥层，造成了过滤阻力的上升，而采用新型轻质微孔陶瓷节能型过滤的机理是：除了机械阻挡以外，还兼有化学物理吸附，以渣滤渣等复合截留作用。由左图可以看出，大的杂质得以截留，但是小杂质则通过了流道，这是因为石英砂表面光滑，没有吸附作用，右图是微孔陶瓷滤料，图中大的杂质得以截留，小的杂质并不会向左图那样穿过滤层，因为在弯曲的流道中，由于流道宽度的变化，也导致了流速的变化，最宽的地方流速最慢，流道死角流速接近于零，再加上滤料的配方有利于吸附，则细小颗粒在此滞留，注意这是一种介稳状态，也就是介于稳定和不稳定之间的状态，第一次截留的细小杂质造成了更大的表面积，则可以进一步截留更细小的杂质，以次类推。这种截留机理称之为吸附或以渣滤渣。这是一种复合截留原理。
　　造成介稳状态取决于流速，流量，水质，温度，PH值，粘度，水质杂质的性质，过滤材料配方和表面处理，以及其他因素，将众多的因素通过计算机程序设置调整到最佳状态，就可以达到最佳的过滤精度和过滤效果。采用复合截留原理制造的微滤设备对比传统砂滤具有如下特点：
　　● 同比条件下，滤料直径可以放大1~2个级别，例如0.5mm的石英砂可以改为1~3mm的微孔陶瓷，颗粒大了则颗粒之间的缝隙也就大了，这意味着提高了容垢量或延长了反冲洗周期。
　　● 同比条件下颗粒大则缝隙大则流道宽敞，因此降低了过滤阻力或压降，而降低压降就是节能，当用于压力过滤罐时，大部分过滤周期中，进出水表压降几乎为零，实际压降0.01Mpa~0.05Mpa，这对大型水厂的过滤池改造无疑也是有益的，因为水头损失仅1m左右。
　　● 由于比重轻（1.1g/cm3）,容重也轻（0.6~0.7g/cm3），因而大大降低了反冲洗能耗，只用很少的动力即可将滤料托起分散，对采用过滤罐而言，无需专用的反洗水箱及大流量水泵，对于水厂的过滤池而言，可不受传统的水力冲洗原理约束，同比节约80%的反冲洗用水。
　　● 材料颗粒虽然大了但是仍然可以有很高的过滤精度，这主要得益于巨大的表面积和过滤设备结构。在适当条件下甚至可以达到0.1μm精度，可以替代管式微滤膜，在这样的精度下可以滤出水中的胶体甚至油墨。
　　不易堵塞原理：
　　
　　
　　左图表示石英砂或多介质过滤材料表面光滑且基本没有空隙，因而截留悬浮物基本靠的是颗粒之间的缝隙，截流的杂质很快堵塞流道，继续过滤则形成污泥层，水流穿过逐渐加厚的污泥层会引起水头升高或过滤压力升高，对于实际过滤设备或过滤池的表现就是，反冲洗周期缩短，消耗较大的反冲水耗与能耗。
　　右图表示轻质微孔陶瓷滤料表面几乎被可见孔布满，并且存在许多显微孔，这些孔径极易截留杂质，而杂质的滞留并不影响颗粒之间的空隙，也就是具有高于石英砂的容垢量，具有较大容纳污垢的空间，因而占用有效流道的时间要比传统砂滤长很多，也就是反洗周期长。在实际设备系统运行中，同比传统砂滤或多介质过滤器，反冲洗周期同比延长3---5倍。
　　滤料装填：
　　传统的过滤器或滤池为颗粒级配装填滤料（由下至上颗粒逐渐减小），加厚垫料虽然可促使反洗水均匀但影响流量，而减薄垫层又容易造成水流形成局部集中上涌现象，反冲后，特别是多次反冲后很难保持原始级配状态。从而造成滤料流失，破坏原设计工况，新技术采用均质轻质微孔陶瓷滤料，全部为¢1~3mm, 去掉了原来的垫料空间。在相同容积内，与石英砂颗粒级配的装填方式相比，填料拥有的比表面积增加数百倍，明显提高了过滤精度。
　　反冲洗设计不再担心破坏原始滤层的颗粒级配，所有的滤料都参与上下循环，都具有相同的工况，反冲后100%恢复过滤性能，滤层始终保持在最佳状态。
　　与砂滤对比
　　
　　
　　产品在高炉冲渣水应用：高炉冲渣水含有热能，可以通过换热器变为生产或生活用热水，也可以用于发电，但是必须净化才能保障换热器正常工作，采用砂滤过滤精度不够，采用纤维过滤器容易堵塞，而采用一滴水微滤罐既可以得到高精度与不会堵塞，一次性悬浮物去除率可以达到90%左右。

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