新型梯度过滤器的研制与应用

李 杰，胡勤阳，张丽芬

（1.浙江晶泉水处理设备有限公司，浙江 湖州 313022；2.湖州德翔环境科技有限公司，浙江 湖州 313022）

1 问题的提出

水过滤的预处理是指将水中的悬浮物和胶体物等去除或降低至一定程度，达到一般用水要求的工艺称为水的预处理。目前市场上作为水过滤预处理的装置主要有“沉沙池”和“机械过滤器”，作为预处理，它们都是用于除去水中较大颗粒物。

目前国内外采用的沉砂工艺以平流沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池、多尔沉砂池和竖流沉砂池最为普遍[1]。这些沉砂池通常以＞200 µm 的砂砾作为除砂设计标准[2]。由于不同地区地质地势的差异，污水进水中大部分砂砾粒径＜200 µm[2-3]。这些大量细小的砂砾进入到后续处理单元中，给设备运行和生产带来严重的不利影响[4]；此外这种沉砂池需要建设一定的物理构筑物，且处理设备结构比较复杂，占地面积大。

机械过滤器作为预处理环节起到将高浊度水中的较大颗粒物去除的作用。其中起主要作用的是机械过滤器内部的石英砂填料，它是种密度很高的矿石，一台产水5 t的机械过滤器，大概要配1 t的石英砂，机械过滤器在工作过程中能够快速截留大量杂质，使得机械过滤器过滤效率逐渐降低，因而需要对机械过滤装置及时做反冲洗，以确保它的正常运行。

为克服现有预处理过滤器存在的弊端，研究开发一种新型梯度过滤器，采用独特的多层次多精度梯度筛管过滤技术，取长补短从结构上优化过滤条件，提高过滤效果，简化分离过程。

2 结构组成

梯度过滤技术是将原水经过多层不同精度的套接筛管过滤的一种技术，采用不锈钢筛管过滤元件，内层筛管过滤精度大于外层筛管，从而形成梯度过滤空隙，有效地提高过滤精度和过滤面积，达到很好的过滤效果，具有结构坚固，耐高温，耐腐蚀，机械性能好，使用寿命长，安全可靠等特点。

新型梯度过滤器由不锈钢制成，主要由壳体、筛管、上封头（上盖）、沉砂斗等组成，筛管设有若干个，具体结构见图1。

图1 新型梯度过滤器结构图

其中筛管为3层（或多层）套接过滤滤管，由外向内的筛管过滤孔径依次减小，其中外层筛管是采用不锈钢金属条以连续螺旋盘绕自动电阻焊工艺焊接而成的栅式管体，不锈钢金属条的截面呈三角形，各三角形金属条的底面构成栅式管体的外周面；中层筛管和内层筛管的管体采用不锈钢管体骨架包覆以不锈钢网布构成。3层过滤筛管的过滤孔径分别为：外层筛管0.200 ～ 0.400 mm，中层筛管 0.080 ～ 0.120 mm，内层筛管 0.004 ～ 0.070 mm。具体结构见图2。

图2 筛管结构图

3 工作过程、原理和技术特点

3.1 工作过程

新型梯度过滤器的工作过程：过滤时原水通过进水口进入过滤器，再从筛管的外侧进入内侧，依次经过外层筛管、中层筛管和内层筛管，使原水中的悬浮物颗粒、胶体等杂质被不同精度的3层筛管截留；经三级梯度过滤后，过滤水从筛管的中心孔排出，最后的产水从上封头上的中心管产出。其中外层筛管截留的杂质掉落至集污斗中，中层筛管和内层筛管截留的杂质由底部的外排单向阀排出后掉落至集污斗中，并经排污口排出。

3.2 工作原理

新型梯度过滤器在投入使用时，先将过滤器的进水、出水、反冲进水接口管分别与原水管、成品水槽和反冲水箱或反冲水泵相连接，并在连接处安装好控制阀，同时在过滤器的排污口也安装控制阀，即可进行正常过滤运行；当运行一段时间后，过滤器阻力增大、出水量变小，使进出水口的压差变大，超过设定值，则需要对过滤器进行反冲清洗。此时 PLC控制关闭进水口、出水口的控制阀，然后打开反冲水和排污控制阀，具有一定压力的反冲水即自上而下、自内向外冲洗各多层管筛滤管的滤网，冲洗下的污泥从过滤器排污口排出；反冲洗完毕后，PLC控制关闭反冲水和排污控制阀，重新打开进水口、出口水控制阀，恢复过滤运行。

3.3 技术特点

（1）采用多层筛管，原水经多级梯度过滤，即原水通过过滤孔径从大到小的筛网层，更多原水中的杂质、大颗粒物质将被不同梯度的过滤筛网截留下来，从而提高过滤精度，最终使出水水质更好，达到很好的过滤效果。

（2）外层筛管采用不锈钢金属条的截面呈三角形，管体外周面上各相邻三角形金属栅条之间形成平行环缝，内周面上各相邻三角形金属栅条之间则形成径向V形环缝，使外层滤管内壁缝隙大于外壁缝隙，增加反冲洗力度，不容易被堵塞。

（3）内层筛管内壁均布有若干竖向加强筋，增强筛管的强度，使筛管不易变形。

4 应用实例

浙北制药厂的纯化水系统原设计￠1 000 mm的砂滤过滤器加上￠220 mm的精密过滤器作为原水预处理，原水采用河水，处理水量为6 m3/h，砂滤过滤器滤料为石英砂，精密过滤器过滤单元为PP滤芯。运行结果显示，砂滤过滤器每运行6 h反冲洗1次，精密过滤器每运行5 d出现污堵现象，需要更换滤芯。该原水预处理工艺存在以下缺点：①砂滤过滤器每次反洗时间约15 min，反洗时需要停机反洗，停机时间较长，降低过滤效率；②精密过滤器滤芯不能重复利用，经常需要更换滤芯；③砂滤过滤器体积庞大，占地面积大，不易搬运，更换滤料繁琐。

2017年，浙北制药厂对纯化水系统的现有预处理设备进行改造，选用￠300 mm的新型梯度过滤器，内装6芯￠80 mm的不锈钢多层多精度梯度过滤筛管，在进水管、出水管和反冲洗管处安装有控制阀，同时在过滤器的排污口也安装控制阀。原水仍采用江河水，处理水量仍设计为6 m3/h。从运行情况来看，新型梯度过滤器的优势明显：①反冲消耗时间缩短使得过滤效率提高，在实际运行过程中，新型梯度过滤器每运行2 ～ 3 h会自动反冲洗1次，反冲洗为瞬间冲洗，无需等待较长的时间即可恢复正常运行，且无污堵现象，运行稳定，显著提高过滤效率；②出水水质提高，新型梯度过滤器筛管的过滤孔径从外至内分别是0.300，0.080，0.004 mm，一次过滤就能达到砂滤+精滤组合过滤的出水标准；③反冲洗效率提高，筛管可重复使用。外层筛管独特的三角形筛条使其形成了V型缝隙，使滤管内壁缝隙大于外壁缝隙，即外面开口小于里面的开口，增加反冲洗力度，不容易被堵塞，因此筛管可反复使用，而精密过滤器的PP滤芯一旦污堵，只能更换，不能反复使用；装填石英砂，使质量更大，不便于移动使用。2种预处理设备对原水的处理情况见表1。

表1 浙北制药厂原水处理对比表

5 经济效益分析

根据浙北制药厂的实际运行情况，新型梯度过滤器投运后，与采用砂滤过滤器+精密过滤器的预处理工艺相比，由于简化了工艺系统，减少设备数量，从而使一次性投资减少50%以上，同时使设备运行和维护费用大为降低；且由于反冲洗时间缩短，使反洗耗水量大大降低，节水效益相当可观，经济效果良好。

此外，改造后的设备摒弃了大体积的设备以及较重的石英砂填料，使运输和安装便捷，降低人工成本；采用自动控制工序也降低人工成本，大大提升新型梯度过滤器的运行稳定性。

6 结 语

新型梯度过滤器因采用多级梯度过滤精度的筛管滤元，使原水中的杂质通过孔径由大到小（即过滤精度由小到大）的筛网层，更多的杂质和悬浮颗粒物质被不同的梯度过滤筛网截留下来，从而提高过滤精度，使出水水质更好，达到很好的过滤效果。新型梯度过滤器与现有的过滤元件相比，一次出水即达到通常水净化的砂滤过滤+精滤组合过滤的出水标准，具有过滤精度高、过滤效果好、设备占地面积小、使用寿命长、安全可靠等特点，从而扩大应用范围和现场适应性，值得在水处理行业中推广应用。