过滤器清洗（共5篇）
过滤器清洗 篇1
1 立项原因
在矿井供水回路中对水垢的清理是一项棘手的问题, 运行正常的供水通道由于长期的使用会突然发生堵死, 出水量变小, 甚至局部压力突然飙升, 促使管路破裂的问题。
2 改造内容及创新点
管路中的水垢分为两种一种是化学生成的一种则是物理生成, 这两种水垢有一个共同的特点就是在管路较狭窄的部分聚集、联合。对管路的除垢也可采用化学或者物理的方法进行, 但采用化学的方法不但对污垢有清理作用同时对管路也有腐蚀作用, 致使管路的物理性能降低, 不能保证当内部水压增大, 或者有外部冲击时管路依然正常工作。采用物理的方法即用管路的水流作用清污可以避免对管路的损害, 同时降低管路清理的成本, 操作方便。经过对井下工作环境和供水条件的调查研究, 发现采用回水的方式对管路进行清理是可行的。对供水管路进行局部改造加装排污装置, 使供水系统同时成为排垢系统, 一套管路肩负两种职能。由于井下工作环境的限制, 不容许有太多的空间和人员进行管路排垢。加装反相供水的动力装置需要额外的人员和动力无形中增加排垢装置的体积和耗能。经研究反相供水可以将进水管和回水馆进行临时反接或者加装两个阀门使供水可以随时反向。排污口的设计是这套排垢系统的关键, 必须有效地将水中的污垢滤下即过滤面要大。其次该装置能将反相水流冲刷下的污垢排出系统, 同时在正常供时不漏水。最后在安装时要安装方便, 接头处要可自行旋转方便接头, 同时密封良好, 不漏水。
为了满足以上要求设计了如下的机构和特征:a.足够大的过滤面 (如图1) 。在这个滤芯上布满了滤网可有效滤去管壁上脱落下来的水垢或者虽中的悬浮物。
b.紧密地出污口 (如图2)
装在套筒中部到有螺纹的排污口保证排污率高密封紧密。
c.加装法兰的接头 (如图3)
焊在接头处的法兰密封良好可自由旋转使安装方便。
最后将各部分组装后便得到最终的排污装置 (如图4) 。
工作原理:a.该装置每100米的管路装设一个;b.工作时 (图5) ;c.排污时 (图6) 。至此, 节能便捷的反清洗过滤器就完成了排污过程, 使用过之后安相反的顺序拧上排污口帽, 打开阀门2, 正常供水即可。
创新点:a.不使用额外动力。b.体积小拆装方便, 应用地点广。c.操作方便, 管理简单。d.维护成本低, 不需要额外人员进行管理。
3 应用情况及经济效益
3.1 该过滤器改造设计于2013年7月完成, 2013年11月上旬由我矿机分厂批量改造完成, 于2013年11月中旬投入运行, 运行平稳, 使用效果很好。
3.2 以前管路由于结垢堵塞, 需要更换管路, 一根安300元算一年需要更换30×4=120根, 可节省300×120=36000元, 同时水泵不易损坏一台水泵工作年限由3年可延长至6年, 一台水泵30~40万, 可节省约35万元, 每年可节省11.6万元。
总计每年可创价15.2万元。
4 总体性能指标与国外、集团公司内其它单位技术的比较
该项目改造应用后, 其性能完全符合矿井供水需求。经过实践使用后, 可行性较好, 在集团公司内部达到先进水平。
5 存在的问题及推广应用前景
该设备适用于矿山井下供水。具有工作性能好、使用方便、管理简单, 可在同类情况下推广使用。
摘要：针对反清洗过滤器的研制过程进行了论述。
关键词：反清洗过滤器,改造,创新点
过滤器清洗 篇2
苟晓明
前言
此次调研的背景基于大家环保意识的增强和健康观念的转变，人们对健康的关注是与日俱增。现阶段由于各种食品危害，农药化学制剂的残渣遗留等问题，调查各个家庭对于家电的“新需要”，和各大商场的家用蔬菜清洗机和水净化器的销售情况，对市场进行有效的摸底、调查。
一、家用蔬菜清洗机主要作用是去污渍、强杀菌、解毒素、除重金、活保鲜。家用蔬菜清洗机是利用水流冲击、气泡爆炸、喷淋式水流三种方式来洗涤蔬菜表面的物理污渍，同时家用蔬菜清洗机利用电子方式将空气中的O3电离成O3，再通过布气片放到水中，利用O3在水中的极强氧化分解能力可对浸泡在水中的果菜等起到除异味、降解农药、分解毒素，消毒杀菌的作用。水果、蔬菜也不会残留农药，也不会造成二次污染。
水净化器是有一个聚丙烯的水滤芯，过滤水中的杂质，一个活性炭滤芯，吸附水中的一些添加剂，和细小杂质。
我国的自来水根据地区不同，水的来源不同，水质不能完全达到正常指标。现阶段蔬菜的大面积种植，很多农药的残留非常严重，然而人们的新环保意识，还有各种癌症的发生以及无法治愈的恐惧，人们会越来越需求清洗机，单纯的水清理不能完全去除残渍。
二、调查内容
1、我相继走访永辉超市、重百超市、家乐福超市，调查蔬菜区域和水
果区域的销售情况。同等商品，无公害果蔬的价格要比普通果蔬的价格
高。
调查背景 各大型超市的蔬菜市场，调查无公害蔬菜的销售情况：
2、针对家庭的自来水，查看水质情况；
首先摘录互联网上对于现阶段中国水质的评价：
据《重庆晨报》等媒体报道，长江水中有机污染物的种类达到50多种，嘉陵江水 中有机污染物的种类达到60多种，而有机污染物一般都具有毒性，可能干扰生殖系统，甚至致癌。一直参与此项研究的第三军医大学舒为群教
饮用水安全问题困扰的绝不仅仅是重庆。复
物所曾针对江苏某肝癌高发地授称，江水中“暗藏杀机”。受到 旦大学预防医学所与中国科学院武汉水生生
区进行藻类毒素危害健康的调查研究。
在中国，衡量饮用水水源质量的一个最重要的指标就是生化需氧量：
一类水的水质最好，生物需氧量为十五毫克／升；
二类水的水质其次，生化需氧量为十五毫克／升；
三类水还能够作为饮用水源，生化需氧量为二十毫克／升；
四类水不能作为饮用水源，生化需氧量为三十毫克／升；
五类水都不能作为农业灌溉用水，生化需氧量为四十毫克／升。
欧盟国家执行的水质标准：
未受污染的河水中的生化需氧量为一至三毫克／升；河水中的生化需氧量为五毫克／升，则表明河水受到污染；河水中的生化需氧量超过十五毫克／升，则表明河水受到严重污染。而在中国，河水中的生化需氧量为十五毫克／升，还被认定是水质最好的一类水或者二类水。
德国污水处理场排放标准为：
一万至十万人口的污水污水处理设施的排放标准：生化需氧量为二十毫克／升；
大于十万人口的污水污水处理设施的排放标准：生化需氧量也为二十毫
克／升。
英国政府在1999年颁布了新的水质规则，这是世界上第一个对自来水水质提出了隐孢子虫提出量化标准的国家。
水中隐孢子虫卵囊要少于1个/10L。
隐孢子虫病（Cryptosporidiosis）是由单细胞寄生虫隐孢子病(Cryptosporidium)造成的脊椎动物肠道疾病，是导致人腹泻的主要原因之一。
法国现行饮用水水质标准（95-368），主要参照欧共体80/778/EC指令而制定，它是在在《法国生活饮用水水质标准》（89-6）的基础上，经过1990、1991和1995年反复修订而成。大部分指标值采用的是EC标准的最大允许浓度值，有的指标要求高于EC的标准(如色度、浊度等)，并增加了农药和氧化副产物等项目。
德国污水处理场直接排放出来的水质，按照中国的标准，可以满足三类水的要求，可以作为饮用水源用。简单地说：中国饮用水水源的质量和德国污水处理场排放出来的水质差不多。也即可以这么说，中国国家标准的饮用水质，等于他们允许我们直接饮用相当于德国污水处理出来的水质标准。
兼任中国给水排水学会给水深度处理研究会理事长的王占生说，目
前只有上海、北京、深圳等大城市的供水企业具备“行标”所要求的检测能力，很多中小城市供水企业的现实选择则是送样到大城市进行检测。对一些污染比较严重的城市饮用水源，例如上海的黄浦江、广州的流溪河、包头的黄河水、无锡的太湖水等，还必须进行深度净化处理，如采用先进的臭氧-活性炭工艺，才能达到“行标”的要求。尽管投入不菲，面对水源水质的恶化，深度处理将成为越来越多供水企业的必然选择。例如，重庆水务集团就在3月2日宣布，从今年起在该市实施的“净水工程”
方案中增加一个深度净化处理的新方案。随着生活水平的提高，人们对饮用水水质也日益关注。喝上“健康水”，已成为越来越多的人的希望。毋庸置疑，我国目前的饮水标准在保障健康方面存在不足，不能适应随着工业生产发展水污染物种类不断增多、不断趋于复杂化的形势，同时，对水中有害物质在人体内长期富集导致的危害也缺乏研究。此外，传统的饮用水处理工艺也存在明显不足。这一切，都要求我们在更高的层次上审视饮水安全问题。
通过上述理论，看来我国水质问题确实有很严重，人们对水的关注
度也逐渐升温，因此拥有家用净水器，完全有必要！
3、调研地点：解放碑苏宁电器、国美电器、临江门重百电器、江北苏宁电器、国美电器、观音桥国美电器、商社电器、苏宁电器、建新北路重百、苏宁电器。
家用蔬菜清洗机：
调研品牌：只有美的品牌
市场：销售有些不景气。
价位：￥200-1000。
思考：商品的推广还不到位，应该会有广泛的市场。
水净化器：
调研品牌：沁园、安吉尔、立升、美的、欧式、德国曼稣勒 市场：国产的销售比外贸的销售量高。价位：标价￥1000-2000，国外的产品价位相对较高。思考：销售热情相对要高，水乃生命之本，看来大家对它的重视程调查各大卖场家用蔬菜清洗机和水净化器的销售情况； 度。国产的价位消费者更能接受，另外，国产能够针对本土的水质做净
化处理。
4、蔬菜清洗机只有美的品牌，没有什么竞争力，并且大家的购买力也在卖场询问消费者，对于蔬菜清洗机和水净化器的价格的接受能力。不足。
水净化器品牌较多，价位也是，有针对中低端消费者，也有高端消费者。
卖场中询问结果： 消费者普遍相中安吉尔品牌，其次是立升，对于国外的品牌，消费者价位的接受能力有限，并且认为没有太大必要。
二、1、各大卖场走访调查；
2、相关资料的收集；
3、有关人员访问了解；
调查方法
4、网络资料查询。
四、家用蔬菜清洗机和水净化器市场调研分析内容简单陈述
对于蔬菜清洗机，购买的消费者相对较少，对于市场的推广还需要做些努力，大家更愿意去购买水净化器。而对于水净化器，安吉尔品牌的热度相对较高，安吉尔专注于水净化方面，因此相对更加专业。立升在奥运会中有用到过，市场仅次于安吉尔。针对国外水净化器的品牌，价位相对较高，而国外的品牌价位相对较高，并且也不是那么符合本土水质的处理，因此销量有些少。
过滤器清洗 篇3
1 产品结构及工作原理
1.1 产品结构
如图1所示, 吸污式自动清洗过滤器主要由罐体、粗滤网、细滤网、吸污器、水马达、电动阀及压差控制器等组成。过滤器的清洗机构是做旋转运动的吸污器, 它是空心结构, 在它的轴线上按一定距离垂直均匀分布着若干个吸污管。吸污器与排污腔相通。
1.2 工作原理
来自灌溉水源的水被泵入过滤器进水口, 由进水口进入过滤器, 先经过粗滤网 (阻止大颗粒杂质进入细网筒, 保护细网) 过滤, 然后进入细网筒内, 通过细网由内侧向外侧过滤, 水中的杂质被截留在细网内侧表面, 清洁的水则通过出水口流出。随着水中悬浮物杂质不断被滤网截留, 进出口的压差上升。压差控制器持续地检测滤网内外的压差, 当压差达到设定值时, 压差控制器将产生触发信号给电控箱, 电控箱控制出水口电动蝶阀关小 (约1/3) , 排污口电动蝶阀打开, 使排污阀开始排污。在水力作用下, 水马达带动吸污器做旋转运动, 这样多个吸嘴就能清除整个滤网内表面。吸污器上的各吸污管与细滤网筒内壁之间形成负压区, 从细滤网筒外侧到内侧的反洗水流携带杂质通过吸嘴进入吸污器内, 由排污阀排出。这个过程需要30~50 s。在整个清洗过程中, 系统不断流。过滤器的整个运行由配备的控制箱控制完成。
1.进水口2.压力表3.粗滤网4.细滤网5.吸污器6.罐体7.手口8.水马达9.排气阀10.排污口11.电动排污阀12.电动出水阀13.出水口14.电控箱15.压差控制器
2 产品特点
(1) 自动反清洗、排污。通过压差控制器自动控制清洗机构工作, 无需人工操作。
(2) 清洗排污过程中不间断向系统供水。
(3) 结构紧凑, 安装方便。该吸污式自动清洗过滤器的体积仅为同等过滤能力传统组合式渠水过滤器体积的1/3。
(4) 电控系统可设定。用户能够根据水质情况调节排污时间。
(5) 高效、节能。过滤器靠自身水压完成清洗排污, 不需要任何外来动力。
3 技术参数
吸污式自动清洗过滤器技术参数见表1。
4 安装调试
4.1 安装要求
(1) 过滤器安装与设置管线应留一定检修空间尺寸。
(2) 排污管长度不得超过20 m, 且不得上扬, 拐弯尽量少, 排污管出口应与地沟方向平行, 以免影响过滤器正常工作。
4.2 开机调试程序
(1) 调试前必须关闭过滤器的进、出水口阀门, 打开旁通阀门;先冲洗管道, 将施工后的残留物冲洗干净。
(2) 缓慢打开进水阀门, 使水缓慢进入机体, 排除机体及水管内的空气。
(3) 检查连接部位有无漏水现象, 查看进、出水口压力表, 当升到系统压力时, 打开电控箱开关。
(4) 根据系统压力值, 设定排污时间。
(5) 确认一切正常后, 缓慢开启过滤器出水阀, 关闭旁通阀, 达到正常过滤状态。
(6) 观察几个运行周期的压差变化及排污情况, 一切正常后调试完毕。
5 使用注意事项
(1) 必须保证进入过滤器的水压不小于0.2 MPa。
(2) 过滤器与系统连接前清洗干净系统管路。
(3) 过滤器应装在泵的出口, 如装在泵的入口, 必须在泵的吸程以外, 排污管必须加装一个调节阀门。
(4) 设定压差不宜过大, 以0.03~0.06 MPa为宜。
(5) 每年设备停机或长时间停机时, 要断掉电源, 对设备进行维护保养, 拆下滤网清洗干净并竖直存放。再次开机时, 重复开机调试程序。
(6) 电控系统接线要牢靠, 应可靠接地。
(7) 插拔电控箱内排线时, 注意勿弄断接头。
6 常见故障及处理
吸污式自动清洗过滤器使用中常见故障及解决办法见表2。
参考文献
[1]丁启圣, 王维一.过滤技术[M].北京:冶金工业出版社, 2005.
过滤器清洗 篇4
1 新型清洗方法原理
1.1 过滤装置结垢成因
在全球节能减排的大背景下, 提高耗材使用寿命, 从而降低废弃物的排放, 成为各行各业当前关注的焦点。针对石油输送工程中, 由于原油品质的影响, 每年管线过滤网的消耗量非常大。为了降低过滤网消耗成本, 提高其使用寿命, 通常采用的最有效的途径是对其进行定时、有效地清洗。
原油中含有大量的高黏性石蜡等有机物, 石蜡是含十六个碳原子以上的正构烷烃混合物, 其熔点范围在22℃~85℃。通常石蜡能溶解于原油中, 它在原油中的溶解度随其摩尔质量的增大和熔点的上升而降低, 因此随着外界温度、流速、组成及粘度等条件的变化, 石蜡从原油中逐渐析出并沉积在滤网及管道的表面。在形成的积蜡中, 除含有石蜡外, 还含有一定量的胶质、沥青、凝油以及其他机械杂质。研究显示原油的粘度随温度的升高而降低, 在温度大约高于105℃时, 原油粘度随温度趋于稳定且达到最小值。另外石蜡等高粘度有机物在温度高于80℃时, 逐步熔化。利用这一特征, 越来越多的石油行业清洗工艺趋向于在高温媒介下进行。
1.2 清洗原理
新型综合清洗方法基于传统清洗方法, 采用综合技术, 包括机械清洗、物理清洗、超声波清洗。其中, 机械清洗主要利用摩擦原理, 通过毛刷与过滤网相互接触摩擦, 达到清洗目的。物理清洗利用加热, 降低污油黏度, 达到清洗目的。还有一种近年来新兴的一种清洗方法, 超声波清洗。这种清洗技术经过几十年来的理论探讨和应用研究, 无论设备还是工艺上均取得了较大的发展。超声在生物化学中的最早应用应当是用超声来粉碎细胞壁, 以释放出其内容物。随后的研究表明, 低强度超声可以促进生化反应过程, 如用超声照射液体营养基可增加藻类细胞的生长速度, 从而使这些细胞产生蛋白质的量增加3倍。超声波声场的能量密度与空化泡崩溃时的能量密度相比, 能量密度被扩大了万亿倍, 引起能量的巨大集中;空化泡产生的极端高温和高压导致的声化学现象和声致发光, 是声化学中特有的能量和物质交换形式。所以, 超声波对化学萃取、生物柴油生产、有机合成、治理微生物、降解有毒有机污染物、化学反应速度和产率、催化剂的催化效率、生物降解处理, 超声波防垢除垢、生物细胞粉碎、分散和凝聚和声化学反应具有越来越大的作用。我们利用超声波清洗洗净率高、残留物少、清洗时间短、清洗效果好等优点, 将它与上述两种方法相结合, 应用于过滤装置的清洗。
管线过滤网上主要附着一般很难清洗的油污、油垢、蜡等。鉴于这些物质在大约温度80℃以上可以迅速熔化, 并且附着污油在大约105℃以上的黏性非常的低, 另外输油站现场一般均能提供高压蒸汽, 因此本清洗装置的设计方案拟在选择清洁刷高温沸水中刷洗过滤网的基本理念之上, 增加超声波对热水的扰动以及污油的乳化, 同时被清洗的过滤网在沸水内外穿梭, 可以有效的增大清洗刷的清洗面积, 另外当过滤网离开沸水的同时, 加以高温高压蒸汽冲刷,
可以进一步熔化网面上残余污垢并且高压气可以把这些污垢带走。达到清洗目的。
同时我们还考虑回收漂浮在清洗液面上的原油, 通过管道将原油收集到原油储存罐内。添加一些有净化功能的化学制剂后, 放置沉淀, 通过水泵送到箱体内再次利用。一方面可以减少原油对环境造成的污染;另一方面, 可以把原油回收再利用, 获得一些经济效益。
2 与传统清洗方法相比综合清洗的优点
目前石油行业清洗油管滤网工艺主要有:热水煮沸清洗、化学剂清洗、高压水射流清洗等。
热水煮沸清洗就是将待清洗物放入沸水池中加热清洗, 这种清洗方法效率很低, 而且在被清洗物取出过程中极易受到水面浮油的二次污染, 清洗效果不理想。
化学清洗的方法就是采用专用的化学清洗液对油垢腐蚀洗涤, 但是存在被清洗物的严重腐蚀以及洗涤剂对环境会造成严重污染等问题, 也会出现污油的浪费。
高压水射流清洗法, 由于在低温条件下, 对稠油油污很难清洗干净, 尤其是对表面凸凹不平且不连续的过滤网, 高压水射流清洗法很难达到预期的效果。
除此之外, 明火燃烧法也是常常用于管线滤网清洗。然而, 燃烧会受到很多自然条件的限制并且清晰效率低, 例如在大风阴雨天。另外多次燃烧造成滤网寿命大大缩短, 容易产生滤网经压力冲击后破裂和滤网固定装置腐蚀变形, 尤其是滤网底部变形开裂, 严重影响过滤效率和过滤器后面运行设备 (流量计、鲁尔泵) 安全性。更重要的是燃烧清洗法会带来极大的安全隐患。
新型清洗方法与上述传统清洗方法相比具有以下优点:
1) 避免使用燃烧清洗滤网, 采用安全、环保、经济、高效的先进清洗技术;
2) 避免因为天气因素而影响滤网清洗, 减少安全隐患;
3) 新型过滤器清洗装置可以回收污油, 创造经济价值;
4) 每年减少因燃烧滤网上原油所释放CO2污染环境;
5) 新型过滤器清洗技术可以延长滤网使用寿命, 降低维修成本;
6) 新型过滤器清洗技术可以节省人力, 提高清洗效率和清洗质量;
7) 新型过滤器清洗装置结构简单, 安装方便, 防爆性能好, 占地面积小, 适用于原油输送场站。
3 效益分析
1) 社会效益。新型综合清洗方法对于环境造成的污染很小, 不会有燃烧产生的废气, 操作人员的身体健康得以保证, 社会效益显著;
2) 经济效益。由于滤网寿命缩短造成, 每年滤网维修费用很大, 假设现有50个滤网, 平均每年自行更换滤网2次, 每次使用4卷不锈钢滤网, 每卷3 300元, 每年使用8卷, 共计2.64万元;每次每个滤网更换费用150元, 每年更换费用1.5万元;每个滤网使用固定装置 (滤网外框) 使用寿命为1年, 每个滤网2 200元, 所以每年购买滤网费用为11万元;每年滤网维修费用共计为15.14万元左右。使用新型综合清洗方法后, 费用将大幅度减少。
参考文献
[1]李斌, 等.高效率清洗油田过滤器的超声波清洗技术[J].石油机械, 2004, 32 (3) :35-37
[2]李国兴.原油储罐机械化清洗与环境保护[J].石油库与加油站, 2006, 15 (15) :41-44.
[3]王希权.原料油过滤器滤芯的化学清洗[J].炼油与化工, 2012, 23:51.
自清洗生物滤器的发展现状与趋势 篇5
1 自清洗生物滤器的定义及分类
目前, 国内外对自清洗生物滤器还没有一个完整的定义。笔者根据其工作方式及结构特点, 认为凡是在连续工作时, 具有自动去除滤料表面的老化生物膜以及附着的微小固体颗粒功能的生物滤器, 都可称为自清洗滤器。其工作原理:滤器在连续运行过程中, 腔体中的滤料在水流或者气流 (曝气) 的带动下始终处于有规律的循环运动状态, 运动中的滤料相互摩擦、碰撞使老化生物膜脱落, 而滤料表层附着的生物膜也在水和气泡的剪切摩擦下不断更新生长, 从而保持很高的净化效率, 由此实现自清洗的目的。
按照滤料的运动方式, 国内外比较流行的自清洗生物滤器主要分为流化床生物滤器、移动床生物滤器、微珠系列生物滤器等, 它们利用自身的结构特点和先进的设计技术很好地消除了由于“生物堵塞”[2]而导致系统过滤效率降低、耗能增大、必须定期进行人工清洗或者更换的弊端。
2 国内外自清洗生物滤器的发展现状与特点
2.1 发展现状
自清洗生物滤器的发展演化基于生物处理的不同要求。近年来, 欧美一些先进国家先后研发出了一系列专用于养殖系统的生物滤器, 如流化床生物滤器、微珠系列生物滤器等[3], 并着重于将其融合到循环水养殖系统中。早在20世纪90年代, 以色列的范利吉和里维拉集团就曾用滴流过滤器和流化床生物滤器联合作为生物膜反应器应用在养殖系统中, 并取得明显效果, 其中的流化床生物滤器就是典型的自清洗式滤器, 其利用微小颗粒具有很大的比表面积和传质好的特性, 使作为生物膜载体的微粒表面附着大量的菌体, 从而降解水中的有机物、氨氮等, 滤器的自清洗通过微粒之间的相互摩擦完成。流化床生物滤器的结构经历了由液固两相到气液固三相的转变过程, 后者针对性地解决了两相流化床滤料分布不均的瓶颈, 从而保证滤器高效、稳定运行。
流化沙床生物滤器 (Fluidized Sand Biofilters, FSBs) (图1) 是液固两相流化床生物滤器的一个具体运用, 其用密度约为2.65 g/cm3、直径规格一般为0.15～1.19 mm[4]的细沙粒作为生物膜载体, 21世纪初期在北美被广泛地运用在二龄鲑、北极红点鲑、虹鳟鱼等的循环水产养殖系统中。该种滤器结构紧凑, 占用空间少, 成本低, 但启动时需要巨大耗能, 后来美国的Timmons和Helwig等[5]对其结构进行了研究改进, 发明了沙床更易膨化的旋流式流化沙床生物滤器 (Cyclonic Sand Biofilters, CycloBio) (图2) , 并成功推广。
移动床生物滤器 (Moving Bed Bio Reactor, MBBR) 是20世纪80年代后期, 由挪威的Kaldnes M.和SINTEF研究机构合作开发的新技术[6]。该工艺是在曝气池投加一定比例的悬浮填料, 填料在水流、气流搅拌下成移动流化状态 (通常情况下, 在好氧反应器中通过曝气, 在厌氧反应器中则通过机械搅拌) , 是悬浮生长的活性污泥法和附着生长的生物膜法相结合的一种生物处理模式。目前, MBBR主要应用在生活污水以及工业废水的处理上, 在循环水养殖系统中使用的还比较少。
此外, 由路易斯安那州立大学的Ronald F. Malone教授发明的珠子系列生物滤器技术[7]也有广泛的应用前景, 目前比较先进的形式有浮珠生物滤器 (Floating Bead Biofilters, FBBs) 和微珠生物滤器 (Sequencing Microbead Biofilters, SMBs) 。它们分别是普通珠子滤器与流化床技术或者移动床技术结合的产物, 具备着两者的优点。由于受到结构和规模的限制, 目前其主要运用在实验室阶段或小型养殖系统中。
2.2 自清洗滤器的结构与性能特点
氨氮去除率是反映自清洗生物滤器性能的最重要指标, 为了提高去除效率、降低成本, 滤器的结构改进与滤料的优化选择成为近年来研究的重点。例如, 在流化床系列生物滤器中, 滤料成流化状态的特点使其鱼载量是固定床生物滤器的2～3倍, 总氨氮负荷是固定床生物滤器的3倍, 更加节省水资源[8]。
流化沙床生物滤器 (FSBs) 由于其细沙粒载体具有大的比表面积 (4 000～20 000 m2/m3) [9], 因此具有很强的氨氮转化能力, 在进水氨氮浓度为0.5～0.6 mg/L、温度为15 ℃情况下, 氨氮去除能力可达到0.35～0.41 kg/ (m3·d) [4], 可以使冷水养殖系统中的氨氮和亚硝态氮的浓度分别维持在0.1～0.5 mg/L和低于0.1～0.3 mg/L[10], 并且其水力负荷可高达100 m3/ (m2·h) [11]。此后, 改进型CycloBio的出现, 大大节省了启动能耗, 其结构特点是在容器的底部安装一个环形腔及倒锥体, 进水水流沿切向进入环形腔, 并产生一个强大的旋转上升速度, 使膨胀的沙床也随之旋转, 这样可以使纯沙床的膨胀度增大60%～80%, 而且当沙床高度是滤器直径的2倍时, 其膨胀的均匀程度更好[9]。与传统的流化沙床相比, CycloBio的结构形式使沙子分布均匀性更高, 自清洗效果更好, 再次启动流化也更加方便经济, 节约成本。
移动床生物滤器 (MBBR) 的结构简单, 滤料的选择是影响自清洗效果的关键因素。MBBR一般选择能悬浮在水中且拥有较大比表面积 (200～500 m2/m3[12]) , 材质为聚乙烯、聚丙烯塑料的圆柱形填料 (图3) 。近年来, 为了进一步提高自清洗效率, 改变传统MBBR存在较大运动死角的弊端[13], 人们成功研制改进型移动床生物滤器 (Improved Moving Bed Bio Reactor, IMBBR) 。IMBBR是在传统的移动床生物滤器中引入导流板, 将反应器分隔为2个区:提升区和回落区, 提升区底部安装有曝气装置, 当压缩空气进入时, 滤料、水体和气体在反应器内形成三相流 (图4) 。IMBBR极大地提升了滤器的自清洗效率, 导流板使其避免了滤料之间剧烈的碰撞磨损, 更有利于生物膜的生长以及膜厚的保持。研究表明, 当反应器长深比为0.5左右、提升区与回落区的面积之比为2/3、填充率为50%左右时, IMBBR的污水处理效率最高[14]。
浮珠生物滤器 (FBBs) 结构一般为圆柱体, 滤腔上部有筛网, 以防止滤料流失。FBBs的滤料选择2 mm×4 mm的ABS塑料珠子, 密度约为1.06 g/cm3, 比表面积为1 600 m2/m3[15], 试验表明, 当流速为0.4 cm/s、进水氨氮浓度为0.6 mg/L时, 处理后的出水氨氮浓度为0.23 mg/L, 氨氮去除率约为62.8%[15]。微珠生物滤器 (SMBs) 的滤料一般选用直径1～3 mm的发泡聚苯乙烯颗粒, 密度为16 kg/m3, 比表面积为3 936 m2/m3 (直径1 mm的微珠) [16]。该滤器有很强的生物处理能力, 在暖水系统中, 当进水氨氮浓度为2～3 mg/L时, 其TAN处理能力达到1.2 kg/ (m3·d) ;在冷水系统中, 其处理效率与流化沙床接近, 约为0.6 kg / (m3·d) [17]。上述几种生物滤器性能对照见表1。
3 讨论
3.1滤料材质对自清洗效果的影响
自清洗效果是自清洗生物滤器的评价指标之一, 是判定生物滤器性能的关键, 而生物滤料是影响自清洗效果的决定性因素。目前, 自清洗生物滤器使用的生物滤料按密度大小主要分为沉性滤料和悬浮性滤料两种。沉性滤料主要应用在流化床系列生物滤器中, 以石英砂、活性炭、陶瓷粒等为代表, 具有强度高、颗粒小、比表面积大、价格便宜等特点, 但其易发生板结和堵塞, 影响了自清洗效率的提高。悬浮性滤料多由聚乙烯、聚丙烯、塑料泡沫等材质构成, 在水中呈悬浮流化状态, 具有颗粒较大且形状规则、空隙率大、传质效率高等特点, 便于自清洗的进行, 使得系统运行周期相对较长, 但普遍存在比表面积有限、性价比不高的弊端, 比较有代表性的是德国公司开发的多孔型泡沫滤料和挪威公司开发的KMT型悬浮滤料等。
3.2滤器运行方式对自清洗效果的影响
自清洗生物滤器实现自清洗主要依靠水流或者气流的带动, 让生物滤料处于连续运动状态, 使附着在生物滤料表面的生物膜及微小颗粒相互摩擦脱落, 从而保持活性最大的厚度。对于使用沉性滤料的自清洗生物滤器, 一般采用控制进水速度及方向的方式, 使滤料床体流化膨胀, 既有效避免了板结现象的发生, 又加大了滤料与水体的接触面积, 但耗能大、易磨损的缺点制约着此类滤器的广泛普及。而使用悬浮性生物滤料的自清洗生物滤器, 则通常采用曝气作为动力源, 滤料在气泡的带动下处于有规律的循环运动状态, 减少了生物滤器中的运动死角, 而且气泡的剪切作用使滤料表面生物膜不断生长更新, 有利于保持生物膜活性。例如, 外循环式三相流化床的挂膜效果研究结果表明, 在0.09 m3/h的曝气强度下, 生物膜厚度为145 μm, 其生物活性最好[18]。
3.3能耗与管理对自清洗生物滤器应用的影响
自清洗功能的实现需要连续的动力支持, 这种运行模式使得部分自清洗生物滤器能耗增大、成本提高, 成为整个循环水养殖系统中相对低效的一环。例如流化沙床生物滤器, 沙砾的密度大使其启动流化困难, 耗占大量系统动力源, 同时沙砾快速运动造成的逃逸现象及对滤器的磨损也增加了管理难度。鉴于此, 很多海水养殖场采用管理水平要求相对较低的生物浸没池来代替自清洗生物滤器。由此可见, 改善自清洗生物滤器的启动与运行模式, 将对其推广应用产生促进作用。例如CycloBio倒锥体及切向布水技术的引入, 就大大节省了运行能耗。此外, “虹吸原理”等自然动力因素的合理运用, 可以有效节约能源, 也更有利于滤器产品的产业化和规模化发展。
4 发展趋势与展望
4.1 构建高效率、低成本、综合性能优的系统
自清洗生物滤器是在国内外多年试验研究的基础上开发的一种更方便更有效率的滤器, 具有良好的应用前景。高性能意味着高效率, 低能耗意味着低成本, 提高滤料的整体性能, 降低生物滤器的运行能耗, 由单一到整体的综合优化, 使整个养殖系统集经济性、高效性为一体, 必将成为未来发展的主导方向。
4.2 主导自动化、规模化、安全环保的研究方向
为实现设备的自动控制, 减少人为操作, 国外很多研究机构致力于系统的可操作性开发, 将人性化的操作方式应用到循环水养殖系统中, 使系统基本自动化运行, 既节省开支, 又为其规模化推广打下基础。研发高度自动化的生物滤器给广大科研人员提出了新的挑战, 同时也为其进一步发展指明了方向。