摘要：介绍纤维球过滤器用于废水处理的做法及取得的效果。
关键词：纤维球过滤器；废水处理；造纸白水；纸机喷淋水
中图分类号：X793文献标识码：B文章编号：1001-6309(2010)08-0054-03
造纸工业是一个耗水多、污染重的行业。造纸企业的节水主要是通过白水回收来实现。造纸白水回收不仅能节约用水，回收有用的纤维物质，而且能大大减少造纸废水排放量，有利于环境保护。在造纸白水回收处理中，通常采用气浮分离技术（气浮机），沉淀分离技术（沉淀塔），多盘过滤分离技术（多盘过滤机），机械过滤器固液分离技术（纤维球过滤器、活性炭过滤器、沙滤器）等。
过滤是去除水中悬浮物最有效的手段，在出水质量要求较高的废水处理流程中，过滤是必不可少的工序。我公司借鉴国内外过滤技术，在纸机白水内部循环利用的基础上，选用纤维球过滤器对造纸白水进行处理，实现了纸机造纸白水代替部分自来水回用于纸机。从而减少清水的消耗，减少污水的排放量，取得了较好的经济及社会环境效益。
佛山诚通纸业有限公司（原华丰纸业有限公司）主要从事高级涂布白纸板的生产，有两条造纸生产线，分别为年产2万t的1 600mm双长网多圆网国产纸机和年产13万t的4 250mm三长网德国进口二手纸机。纸机白水经各自车间内的白水回收工序处理回用后，多余白水流入公司污水处理中心，污水处理中心的废水治理分为二级处理。先经过一级物化处理，部分经物化处理后的废水再经车间回用，余下的进入二级生化处理系统。污水处理中心的物化处理能力为20 000m3·d-1，由两台10 000 m·3d-1的浅层气浮机完成；生化处理能力为10 000 m3·d-1，由两个5 000 m3的SBR生化池完成。
一、纤维球过滤器[1]介绍
纤维球过滤器是清华大学90年代初开发的新型水过滤器，滤料采用纤维丝捆扎制成的膨松球体，比其他类型过滤器有较好的过滤效果和过滤精度，其优点主要有以下三点：（1）吸附面积大，去污能力强。（2）纤维球损耗小，重复使用率高。（3）滤料使用周期长，可节约大量更换滤料的费用。该过滤器的主要优点是原水通过滤层的滤速高，最佳滤速为25~30m·h-1，当滤速为30 m·h-1，仍可保证稳定的出水水质。
纤维球过滤器的过滤原理是通过具有一定孔隙的纤维球、筛滤、沉淀、接触絮凝来分离水中的悬浮物，去除油、铁杂质，降低水质的悬浮物含量，色度和浊度。反洗时，通过气流或机械搅拌纤维球，同时利用带压水流的冲洗，达到洗净球体以备下次筛滤。
我司纤维球过滤器为3个直径1.5m，总高为3m，体内填充高度约1.2m的涤纶纤维球作为过滤层。如图1所示，原水由过滤器上部进入设备，经过过滤层将水中颗粒、胶状物等悬浮物质截留于过滤层中的上部，经过滤层由下部流出，使出水悬浮物SS低于5mg·L-1。涤纶纤维球滤料具有柔性好、密度小、可压缩和空隙率大的特点，过滤时受工作压力、上层截泥和滤料自重的影响，形成上松下密的理想滤层分布状态，纤维球以其极大的比表面积和孔隙率吸附并截留水中的悬浮颗粒，充分发挥出滤料深层截污能力；因反冲洗容易，故自用水率低；还具有耐磨损、化学稳定性强的优点；当滤料受有机物污染严重时，还易于采用化学清洗方法再生。纤维球过滤器的工作步骤分为正常产水和反冲洗。
（1）正常产水过程
开启进水控制阀和出水控制阀，其他控制阀均处于关闭状态；进水控制阀的开度根据设定进水压力值确定，为保护过滤器上下网板进水压力不要超过0.4MPa；出水控制阀的开度由产水流量确定。为避免过高滤速造成过滤器发生穿透现象，引起出水品质下降，应控制滤速以保持长周期安全稳定生产，最高滤速以不超过30m·h-1为佳。由于在线测定出水悬浮物含量较困难，根据过滤器进出口水压差随着滤层上部截留物逐渐增加而逐渐增大的特点，相应地出水悬浮物含量也随压差的增大而由少变多；每周期运行初期压差为0.02MPa，当压差增大到0.15MPa时，出水的悬浮物含量升高，产水品质下降，过滤器应停止产水，并进入反冲洗过程。
（2）反冲洗过程
反冲洗的目的在于松动产水过程压缩了的过滤纤维球，分离出附着在纤维表面的截留物,并被反冲水带走，从而起到清洁过滤球的作用。每周期产水过程终了进入反冲洗过程时，关闭进水控制阀和出水控制阀，并打开反冲排水阀、反冲进水阀和反冲进气阀。由于纤维球较轻，需控制冲洗水流速和气流，使纤维球处于松动悬浮状态即可，一般控制反冲洗的流量为空体流速15 m·h-1；为了提高反冲洗效果，本设备配置了反冲进气阀搅动水流和纤维球，使纤维球相互碰撞、抖动，从而将截留物分离。反冲洗时间长短与纤维球的截污量及反冲洗速度有关，根据排水中悬浮物含量接近于冲洗水的悬浮物含量则证明冲洗干净。用于造纸白水回收的反冲洗排水时间设定为15min左右。反冲洗完成后关闭反冲进水阀、反冲排水阀和反冲进气阀，同时开启进水阀和放空阀进行正洗，正洗流量为产水流量。正洗时间以排水中悬浮物含量达到要求为标准，一般正洗排水时间为10min。正洗合格后关闭排空同时打开出水控制阀进入正常产水过程。
二、污水纤维球过滤器的应用
佛山诚通纸业有限公司主要生产定量为175～550 g·m-2的涂布白纸板。公司纸机生产线经近年不断的技术更新，从原来的产能约７万t·a-1，增至产能15多万t·a-1。公司在提高产量的同时，投入大量资金进行白水回用等方面的改造，使吨纸耗水量从原来的约25t水·t-1纸降低至目前的15～16t污水·t-1纸的国内较先进水平。但相对国外同类产品吨纸耗水量10t·t-1纸，仍有较大的差距。
为了进一步将纸机耗水量降下来，提高社会效益，我们决定对污水处理设施及造纸车间的纸机设备进行技术改造，将造纸线排出的多余白水和废水混合后经深度处理后再回用于生产系统代替部分自来水，最终达到降低吨纸水耗和减少废水排放的目的。
纸机生产线排出的多余白水和废水混合后形成企业废水的主要组成部分，此种废水含大量细小纤维、填料、助剂、油墨等，在废水的回收利用中，重点解决这些杂物对造纸机抄造的影响。设计合理的回收利用流程，使不同品质等级的废水利用于相应的等级要求部位。选择合适的处理技术和设备，保证回用水质，减少运行成本。
我司纤维球过滤器系统处理后的清水要求用于纸机网部的冲洗水。根据纸机喷网水量的要求和现场的安装位置，我们选用了3台直径为1.5m，高度3m的纤维球过滤器并联使用，使处理能力达100m3·h-1。
我司纤维球过滤器系统的流程如下：
我司纸机为三叠网涂布纸板机，面层是用原木浆，底芯层是用废纸浆。纸机喷网水的要求：为防止喷嘴的堵塞，喷网水的要求是SS含量要低于15mg·L-1，而且不能含有粗大的杂质；面层网不仅要求SS含量低于15 mg·L-1，而且要求色度不能超过50倍，否则会影响原纸的白度；底芯层网由于是采用废纸做原料，对色度无要求，但SS含量也要求低于15 mg·L-1。经生产试验验证过滤后的水能达到网部喷网水的要求。
由表1可看出，入水水质影响出水水质，要达到SS低于15 mg·L-1，入水SS不能超过60mg·L-1；纤维球过滤器SS去除率能达到70％以上。为保证入纤维球过滤器水质在SS含量50mg·L-1以下，我们对原污水处理的物化处理工段进行优化改造：优化浅层气浮机的溶气罐和释放头，使处理效果提升，保证出水SS在150mg·L-1以内；增加1台竖流式沉淀塔，使废水SS进一步降低至60mg·L-1以内；优化原均衡池，使其起到二级沉淀池的作用，这样保证入纤维球过滤器的水质在50～60mg·L-1。改造后的污水处理中心工艺流程如下：
三、应用效益
1.环境效益
我司纤维球过滤器系统现已正常投入生产使用，根据生产实际记录，每小时能节约60t的清水用量。相应地减少废水排放约60·th-1。按排放污水的COD为100mg·L-1，BOD为16mg·L-1，SS为14 mg·L-1计算，即每天COD减少量：60×24×100＝144kg，BOD减少量：60×24×16＝23.0kg，SS减少量：60×24×14＝20.2kg。
2.经济效益
使用纤维球过滤器的经济效益如表2所示。
可见，使用纤维球过滤器具有明显的环境效益和经济效益。
四、应用体会使用纤维球过滤器，反冲洗的效果对其使用有极大的影响，我们在实际应用中，就碰到反冲洗不干净的情况，原因是纤维球压得较紧，冲洗不彻底。我们通过在罐体增加切线冲水管和增加压缩空气量解决纤维球压实冲洗不干净的问题。但是纤维球过滤器运行一段时间后，由于纤维球上吸附较多的细小纤维、填料、油墨等，用反冲洗的办法始终无法冲洗干净，需要把纤维球取出作彻底清洗才能达到要求。
要想使用好纤维球过滤器，还有一个重要要求，是整个水处理过程中，逐级水处理设施一定要完成各自应尽的去除SS的任务，比如，进纤维球过滤器前的沉淀出水，一定要达到SS<60mg·L-1，这样经过纤维球过滤器后才能达到出水SS<15mg·L-1。如果进入纤维球的水质SS过高，不仅使纤维球达不到良好的处理效果，并且纤维球很快就截留许多形体大的悬浮物，大大增加了反冲洗的难度，直接影响纤维球的寿命。
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