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由于粒狀濾料本身的缺陷,在提高濾速、增大納污能力、提高過(guò)濾精度、延長(zhǎng)運(yùn)行周期等多方面均為取得突破,在尋求新的過(guò)濾材料的過(guò)程中,纖維濾料以其優(yōu)越的特性開(kāi)始登上過(guò)濾的舞臺(tái)。 與傳統(tǒng)的粒狀濾料相比,纖維濾料堆積的的空隙率大,密度小,使得纖維過(guò)濾器的濾速可以很高,過(guò)濾阻力很??;由于纖維濾料比較細(xì)小,因而具有很大的比表面積,可以吸附大量的膠體顆粒等物質(zhì),使得過(guò)濾器的納污容量大,具有較高的去除率;濾料的壓實(shí)度隨水流方向逐漸增大,使得過(guò)濾進(jìn)水側(cè)可以吸附截留粒徑較大的膠體顆粒,過(guò)濾產(chǎn)水側(cè)可以吸附截留粒徑較小的顆粒,形成理想的過(guò)濾狀態(tài),并且過(guò)濾精度要高于粒狀濾料;由于對(duì)濾料進(jìn)行了固定,使得在過(guò)濾過(guò)程和反洗過(guò)程中濾料都不會(huì)發(fā)生流失現(xiàn)象,并且反洗強(qiáng)度較粒狀濾料要低[40]。隨著合成纖維技術(shù)的發(fā)展,可供選擇的纖維種類(lèi)越來(lái)越多,纖維的物理化學(xué)性質(zhì)有了很大的改進(jìn),進(jìn)一步確保了纖維濾料能用于各種過(guò)濾的過(guò)程。纖維濾料是目前公認(rèn)的*為理想的過(guò)濾材料之一,越來(lái)越在各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用. 采用纖維濾料進(jìn)行水處理是從80年代開(kāi)始的,在纖維濾料的研究過(guò)程中,纖維過(guò)濾器也在不斷的發(fā)展和改進(jìn),國(guó)內(nèi)主要有纖維球過(guò)濾和纖維束過(guò)濾器兩種形式。纖維材料的種類(lèi)主要有以下幾種: (1)短纖維單絲亂堆濾料:密度略大于水的短纖維絲亂堆構(gòu)成濾床,為防止濾料流失在過(guò)濾器中設(shè)置過(guò)濾絲網(wǎng),其缺點(diǎn)顯而易見(jiàn),如纖維濾絲容易流失,纏在網(wǎng)上,過(guò)濾效果不好[42]。 (2)纖維球:此類(lèi)過(guò)濾材料有多種形式,其特點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單,但濾料內(nèi)部過(guò)濾到的雜質(zhì)不易反洗,多次運(yùn)行后短纖維易從纖維球上脫落[43]。 (3)“布帛片”濾料:其形態(tài)類(lèi)似于切割后的毛氈,特點(diǎn)是不掉絲,但濾料內(nèi)部過(guò)濾的雜質(zhì)不易清洗干凈仍是它的缺點(diǎn)。 (4)棒狀纖維濾料:纖維絲束之間形成多個(gè)連接點(diǎn),形成棒狀,按一定長(zhǎng)度切開(kāi)。 (5)彗星式纖維濾料:這是一種不對(duì)稱(chēng)構(gòu)型的過(guò)濾材料,一端的纖維絲固定在密度較大的實(shí)體內(nèi),另一端較為松散,形態(tài)像彗星[44]。 (6)纖維束濾料:這是一種生產(chǎn)較為規(guī)格化的纖維濾料,將成卷后的纖維絲拉成束狀,形成纖維束,纖維束采用一端固定或者兩端固定的方式[45]。 (7)改性纖維濾料:采用新的配方合成的特種纖維絲,主要將纖維濾料由親油型改為親水型,這種濾料主要用于處理含油污水。 3纖維過(guò)濾器 纖維過(guò)濾裝置在工業(yè)水處理中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,其中頗具代表性的纖維過(guò)濾器有:前蘇聯(lián)的高度可調(diào)型纖維過(guò)濾器、瑞典的刷型纖維過(guò)濾器、日本的纖維球過(guò)濾器以及中國(guó)的膠囊式和無(wú)囊式纖維過(guò)濾器等,這些過(guò)濾器雖然在形式上差別很大,但原理基本相同,以下就對(duì)差別明顯的幾種纖維過(guò)濾器進(jìn)行介紹: (1)纖維球過(guò)濾器:纖維球本身比較疏松,由于纖維球之間的纖維絲可以相互穿插,這時(shí)纖維球主要表現(xiàn)為一個(gè)整體,由于纖維球本身有一定的彈性,在過(guò)濾水流壓力和自身重力的作用下使得濾層的過(guò)濾孔徑由上到下按照由大到小分布,形成一種理想的過(guò)濾方式,上層濾料截留粒徑較大的顆粒,下層截留粒徑較小的,使得整個(gè)濾層充分發(fā)揮過(guò)濾作用,但由于纖維球呈輻射狀,周?chē)缮?,中心密?shí),反洗時(shí)難以清除中心部位截留的污染物,采用汽、水聯(lián)合洗容易使濾料流失,且不易洗凈[47]。 (2)膠囊擠壓式纖維濾器:將長(zhǎng)纖維束上端固定在過(guò)濾器頂部,下端懸掛重錘,纖維層中間安裝膠囊,過(guò)濾前先將膠囊充水,使其膨脹到一定的程度,對(duì)周?chē)睦w維產(chǎn)生擠壓的作用力,而且由于囊充水后受自身重力的影響,使得纖維層的過(guò)濾孔徑從上到下按照由大到小的形式分布,是非常理想的過(guò)濾過(guò)濾形態(tài),過(guò)濾濾速是一普通砂濾的2-5倍,截污能力是普通砂濾的2-4倍[48]。清洗過(guò)濾器時(shí),先將膠囊內(nèi)的水排放干凈,使得纖維束不受囊的擠壓,然后先采用氣洗和水洗聯(lián)合將纖維束清洗干凈,加壓囊式纖維束過(guò)濾器,由于囊的可充水、排水的特性成功的解決了纖維層的壓實(shí)和疏松的問(wèn)題,過(guò)濾精度可根據(jù)需要隨意調(diào)節(jié),而且纖維束不易流失,過(guò)濾形態(tài)接近于理想狀態(tài),隨著囊材料的開(kāi)發(fā)研究,目前囊的使用壽命在逐漸延長(zhǎng),使得加壓囊式纖維過(guò)濾器在水處理中廣泛應(yīng)用。 (3)壓力板式纖維過(guò)濾器:壓力板可以再過(guò)濾器上部也可以在過(guò)濾器下部,以壓力板在上部為例,纖維束一端在有一定開(kāi)孔率的壓力板上,另一端固定在出水板上,過(guò)濾時(shí)通過(guò)水流對(duì)壓力板產(chǎn)生壓力,通過(guò)擠壓上層纖維使上層的纖維進(jìn)一步擠壓下層纖維,直到達(dá)到平衡,反洗時(shí),因?yàn)閴毫Π宓脑O(shè)計(jì)密度接近水的密度,使得壓力板能夠被水流輕易的沖起,帶動(dòng)纖維舒展,達(dá)到對(duì)纖維層的徹底清洗,但壓力板有時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象,影響穩(wěn)定運(yùn)行,另外壓力板的開(kāi)孔率不能太低,太低會(huì)影響濾層的配水和反洗時(shí)擦洗氣體的流通,其有關(guān)機(jī)理需要進(jìn)一步的研究。 (4)自壓式纖維過(guò)濾器:這種過(guò)濾器也分兩種形式,一種是出水孔板在下部,另一種是出水孔板在上部,另一端與限制其位置的結(jié)構(gòu)相連,這種過(guò)濾器在運(yùn)行過(guò)程中僅靠水流對(duì)濾層實(shí)現(xiàn)壓縮,由于纖維的剛度小,只要保持適當(dāng)?shù)奶钛b密度,僅靠水流的壓力就可以像纖維球過(guò)濾器一樣將纖維束壓縮,使纖維束的空隙率隨水流的方向逐漸減小,達(dá)到理想的過(guò)濾狀態(tài)。但若經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行纖維束有可能形成固定的彎曲軌道,繼續(xù)運(yùn)行時(shí),纖維束就不會(huì)像剛開(kāi)始那樣緩慢的彎曲,而是按照彎曲軌道直接彎下去,不能實(shí)現(xiàn)理想的過(guò)濾空隙率,使得水頭損失加大,截污量減少。 (5)旋壓式纖維過(guò)濾器:這是英國(guó)研制的一種纖維過(guò)濾器,纖維一般采用尼龍、丙綸等,纖維兩端編制起來(lái)制成薄片,通過(guò)黏結(jié)的方法固定在接頭上,過(guò)濾時(shí),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)活接頭向下滑,以一定的角度纏繞在內(nèi)筒上,形成過(guò)濾層,纖維還有粗粒化作用,使細(xì)小液滴形成大的液低,然后在沉淀區(qū)依靠重力分離后排出,反洗時(shí),活接頭上升,纖維松開(kāi),床層中的固體雜質(zhì)能被很快清除,由于纖維對(duì)液滴的凝聚效果明顯好于粒狀濾料,因此該裝置適分離含油廢水中的原油和油制品,也適用于油和水的分離[49]。 (6) 深層過(guò)濾器:這種過(guò)濾裝置是由英國(guó)Exeter大學(xué)分離中心研制的,纖維材料選用羊毛、碳纖維等,過(guò)濾時(shí),通過(guò)活塞壓縮過(guò)濾介質(zhì)形成濾層,過(guò)濾精度可以通過(guò)活塞對(duì)了纖維的壓縮程度調(diào)節(jié),反洗時(shí),反洗液從地不進(jìn)入,活塞在一定高度震蕩,可加快纖維的清洗速度并節(jié)省反洗液,HW深層過(guò)濾器以其過(guò)濾材質(zhì)在生物和化工方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),多用于過(guò)濾有腐蝕性的高溫液體和已融化的金屬聚合物,在醫(yī)學(xué)和化工方面應(yīng)用廣泛[50]。