郭伯?huà)?，呂立銘，段小冰，凈曉?/p>

（北京首鋼股份有限公司，唐山遷安 064404）

前言

首鋼股份公司某除鹽站以污水處理站產(chǎn)出的回用水為原水，以“多介質(zhì)過(guò)濾器+超濾膜+反滲透膜”為主工藝流程，日處理回用水量1 200 m3/h，設(shè)計(jì)最大除鹽水產(chǎn)量1 000 m3/h，補(bǔ)充公司工業(yè)水管網(wǎng)，循環(huán)供給煉鋼、軋鋼等對(duì)水質(zhì)要求較高的用戶使用。多介質(zhì)過(guò)濾器作為中水除鹽工藝的前級(jí)預(yù)處理，主要作用是有效去除回用水中的泥沙、懸浮物、較大顆粒物、膠體雜質(zhì)和藻類等，降低濁度和SDI值，以及降低對(duì)后續(xù)超濾膜、反滲透膜元件的機(jī)械損傷及污染。［1］2022 年底，在運(yùn)行過(guò)程中，多介質(zhì)過(guò)濾器頻繁發(fā)生頂端冒水現(xiàn)象。多介質(zhì)過(guò)濾器系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 多介質(zhì)過(guò)濾器系統(tǒng)工藝流程

多介質(zhì)過(guò)濾器結(jié)構(gòu)和操作簡(jiǎn)單，過(guò)濾效果較為顯著，但頂端冒水現(xiàn)象嚴(yán)重影響了整個(gè)站所和除鹽工藝的平穩(wěn)運(yùn)行。造成頂端冒水的原因較多，如濾料板結(jié)、布水器堵塞、過(guò)濾罐內(nèi)混入空氣、反洗排放管路不通等。結(jié)合該站所過(guò)濾器頂端冒水的實(shí)例，分析引起冒水的原因，并提出改善措施。

1 多介質(zhì)過(guò)濾器系統(tǒng)概況

1.1 結(jié)構(gòu)組成

該系統(tǒng)設(shè)有8 臺(tái)多介質(zhì)過(guò)濾器，單臺(tái)過(guò)濾器處理水量200 m3/h，過(guò)濾器直徑5.5 m，高8 m，外觀呈圓柱型，通體為鋼防腐材質(zhì)。單臺(tái)過(guò)濾器主要由配套管線、閥門(mén)和過(guò)濾體構(gòu)成，其中過(guò)濾體又包括罐體、反洗氣管、布水組件、支撐組件、濾料和排氣閥等。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：進(jìn)水SS≤10 mg/L，出水SS≤ 5 mg/L，進(jìn)水壓力0.4 MPa，反洗強(qiáng)度13 L/（m2·s），氣洗強(qiáng)度15 L/（m2·s），正常濾速≤10.7 m3/h，設(shè)備本體最大阻力≤0.05 MPa，進(jìn)、出水水溫≤35 ℃。

1.2 濾料分布

該站所過(guò)濾器濾料主要采用礫石、無(wú)煙煤和石英砂三種，共分為三層：無(wú)煙煤層，比重小而粒徑稍大，放在濾床的最上層；石英砂放在濾床的中層；礫石層，比重大且粒徑大，放在濾床的最下層。根據(jù)比重和粒徑大小，濾料在過(guò)濾罐內(nèi)科學(xué)有序分布，濾料層高分別為1.6 m、1.8 m、1.1 m。

1.3 生產(chǎn)流程

過(guò)濾器系統(tǒng)設(shè)有兩路供水：工業(yè)水和回用水。其中工業(yè)水為補(bǔ)充和備用水源，主要用在檢修、回用水不足或回用水水質(zhì)異常時(shí)；回用水作為主要水源，供應(yīng)中水除鹽工藝日常生產(chǎn)所需。取自回用水管網(wǎng)的回用水經(jīng)進(jìn)水總管和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入除鹽站內(nèi)8臺(tái)多介質(zhì)過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)濾后，單臺(tái)產(chǎn)水匯集到產(chǎn)水總管，進(jìn)入超濾供水池，通過(guò)超濾供水泵打至超濾系統(tǒng)中。超濾產(chǎn)水再繼續(xù)進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，進(jìn)而產(chǎn)出除鹽水。過(guò)濾器反洗水取自超濾供水池，通過(guò)反洗泵，進(jìn)入過(guò)濾器內(nèi)部進(jìn)行反洗。反洗水匯集到反洗排放總管，排至廠區(qū)生產(chǎn)排水網(wǎng)，接著送往污水處理站繼續(xù)循環(huán)處理。

2 頂端冒水現(xiàn)象

過(guò)濾器在運(yùn)行或反洗狀態(tài)下，頂端排氣閥受過(guò)濾罐內(nèi)壓力波動(dòng)影響，由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)為被動(dòng)打開(kāi)或不嚴(yán)密狀態(tài)，導(dǎo)致過(guò)濾器運(yùn)行或反洗失效，罐內(nèi)的水流從過(guò)濾器罐頂冒出，無(wú)序排放，直接順著過(guò)濾器的罐體流淌至地面。這種情況下，過(guò)濾器罐體內(nèi)處于一種先超壓，而后再泄壓的狀態(tài)。每臺(tái)過(guò)濾器的最大運(yùn)行壓力不大于0.6 MPa，進(jìn)水口與出水口之間的壓差一般不超過(guò)0.07 MPa。超過(guò)過(guò)濾器運(yùn)行壓力及壓差的標(biāo)準(zhǔn)限值，就會(huì)發(fā)生過(guò)濾器內(nèi)部超壓，直接造成頂端排氣閥冒水泄壓的現(xiàn)象。

3 原因分析

3.1 運(yùn)行方式不合理

單臺(tái)多介質(zhì)過(guò)濾器處理量是200 m3/h，回用水最大供應(yīng)量為1 200 m3/h。在生產(chǎn)投運(yùn)時(shí)，8 臺(tái)過(guò)濾器全部運(yùn)行，這樣可以使過(guò)濾器系統(tǒng)處于相對(duì)低速過(guò)濾狀態(tài)，能有效提高過(guò)濾效果和精度。如在生產(chǎn)中發(fā)生回用水量滿負(fù)荷供應(yīng)，過(guò)濾器運(yùn)行臺(tái)數(shù)開(kāi)啟不足的情況，進(jìn)水流量超出單臺(tái)過(guò)濾器的最大運(yùn)行負(fù)荷，過(guò)濾器濾速也遠(yuǎn)超出規(guī)定的正常濾速，回用水的過(guò)濾效果將大打折扣，而且有可能引發(fā)頂端排氣閥跑水或底部跑料。當(dāng)回用水水質(zhì)異?；蚧赜盟?yīng)量不足時(shí)，進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器系統(tǒng)的回用水的水壓和水量就會(huì)相應(yīng)變小，此時(shí)系統(tǒng)過(guò)濾器如果仍保持全部運(yùn)行，很有可能因?yàn)檫M(jìn)水量不足，達(dá)不到過(guò)濾器的最小運(yùn)行壓力0.15 MPa，導(dǎo)致過(guò)濾器內(nèi)混入空氣，也會(huì)引起過(guò)濾器內(nèi)部壓力波動(dòng)而冒水。

3.2 濾料板結(jié)

過(guò)濾器在運(yùn)行一定周期后，水頭損失增加，水流對(duì)吸附在濾料表面污物的剪切力變大，其中有些顆粒在水流的沖擊下移到下層濾料中去，最終會(huì)使水中的懸浮物含量不斷上升，水質(zhì)變差。當(dāng)雜質(zhì)透過(guò)濾料層時(shí)，過(guò)濾器失去過(guò)濾效果，此時(shí)過(guò)濾器濾料效能大大降低，發(fā)生嚴(yán)重老化。經(jīng)過(guò)多個(gè)過(guò)濾周期后，在反洗效果得不到有效保障的情況下，將引起濾壓持續(xù)上漲，水頭損失不斷增大，有可能導(dǎo)致濾料板結(jié)，濾水困難，過(guò)濾器內(nèi)部壓力發(fā)生驟增等異常情況。［2］

3.3 反洗排放管路不暢

在生產(chǎn)過(guò)程中，單臺(tái)過(guò)濾器反洗排放水匯聚到反洗水排放總管，排至污水泵站，送往污水處理站繼續(xù)循環(huán)處理。在此過(guò)程中，通往污水泵站的反洗管道、反洗排放井等構(gòu)筑物，如果發(fā)生堵塞或淤積，水流不通暢，則造成過(guò)濾器系統(tǒng)的反洗水外溢、無(wú)組織排放，直接導(dǎo)致過(guò)濾器反洗延時(shí)或反洗次數(shù)的減少及過(guò)濾器無(wú)法正常反洗。

3.4 布水器堵塞

水中較大顆粒物、膠體、銹蝕、油漬等懸浮物質(zhì)混合在一起，堵塞在布水器的縫隙中，極易引發(fā)布水器的布水不均和罐內(nèi)運(yùn)行壓力異常。過(guò)濾器中的無(wú)煙煤和石英砂在運(yùn)行和反洗過(guò)程中，經(jīng)過(guò)連續(xù)不斷摩擦、擠壓和翻轉(zhuǎn)，也會(huì)發(fā)生磨損、破碎和轉(zhuǎn)化，生成一些細(xì)小的顆粒物和砂粒狀物質(zhì)，與水中有機(jī)物或膠體物質(zhì)等污染物質(zhì)充分混合后，也會(huì)造成布水器堵塞，影響均勻布水。［3］

3.5 頂端排氣閥選型不當(dāng)

排氣閥的密封浮球選型不當(dāng)，球的配重與閥體型號(hào)不匹配，或運(yùn)行中密封浮球受到過(guò)濾器內(nèi)部壓力的持續(xù)不斷沖擊和擠壓，導(dǎo)致密封浮球從中間裂縫或直接破碎成兩半，密封浮球封不住排氣口，濾罐內(nèi)的水從頂端往外冒。

3.6 氣源氣動(dòng)閥故障

每臺(tái)過(guò)濾器裝設(shè)產(chǎn)水閥、進(jìn)水閥、反洗進(jìn)水閥、反洗排放閥等7 個(gè)閥門(mén)，均采用手動(dòng)蝶閥和電磁氣動(dòng)閥配合使用，閥門(mén)氣源和反洗氣源均來(lái)自壓縮風(fēng)管道，氣源閥門(mén)開(kāi)度和氣壓直接關(guān)系到多介質(zhì)過(guò)濾器系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。氣源閥門(mén)開(kāi)度設(shè)置大，氣壓大，不僅容易引起過(guò)濾器的電磁氣動(dòng)閥在啟閉時(shí)發(fā)生卡頓，而且易造成反洗時(shí)過(guò)濾器罐內(nèi)超壓，發(fā)生冒水；氣源閥門(mén)開(kāi)度設(shè)置小，氣壓小，達(dá)不到氣動(dòng)閥動(dòng)作壓力，影響閥門(mén)正常的使用。在過(guò)濾器運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常發(fā)生閥門(mén)開(kāi)關(guān)故障，如運(yùn)行中產(chǎn)水閥未完全打開(kāi)，或反洗結(jié)束時(shí)，進(jìn)氣閥未及時(shí)關(guān)閉，這些情況都會(huì)致使罐內(nèi)壓力發(fā)生暴增。

4 解決措施及效果

針對(duì)多介質(zhì)過(guò)濾器頂端冒水現(xiàn)象，排查可能的原因后，自2023年年初起，采取以下措施。

（1）過(guò)濾器的運(yùn)行數(shù)量與回用水進(jìn)水量大小適配。密切關(guān)注回用水總管來(lái)水水量是否穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，與污水處理站做好聯(lián)系確認(rèn)，遇異常情況時(shí)，適時(shí)啟停過(guò)濾器。對(duì)崗位操作人員的技能水平進(jìn)行針對(duì)性專項(xiàng)培訓(xùn)，提高技能水平，掌握本崗位所需的專業(yè)生產(chǎn)知識(shí)，避免因操作失誤引起設(shè)備故障。

（2）根據(jù)運(yùn)行周期，及時(shí)更換或補(bǔ)充濾料，嚴(yán)格把控濾料的粒徑、機(jī)械強(qiáng)度和填裝層高，采選優(yōu)質(zhì)合格的濾料補(bǔ)充填裝，制定維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，定期打開(kāi)過(guò)濾器人孔，檢查濾料跑料和磨損情況。

（3）保持反洗管路及相關(guān)的排水井通暢，定期檢查并疏通管路及排水井，及時(shí)清除堵塞物和淤泥，并確保排水泵站進(jìn)出水管路、閘板等設(shè)備設(shè)施的完好性和有效性，保障多介質(zhì)過(guò)濾器反洗排放條件充分有效。

（4）將布水器由孔洞式布水器更換為楔形網(wǎng)布水器?？锥词讲妓鞑妓佑|面積小，布水不均勻，且容易發(fā)生堵塞。而楔形網(wǎng)特有的連續(xù)楔形開(kāi)口能獲得更大的通流面積和精準(zhǔn)的過(guò)濾縫隙。布水面積大大增加，布水更加均勻。

（5）密封浮球重新選型，使其材質(zhì)、配重及直徑大小與排氣閥適配。定期檢查排氣閥的通暢性，觀察浮球升降的自由度。加強(qiáng)巡檢，將過(guò)濾器頂端作為日常巡檢的重點(diǎn)點(diǎn)位，展開(kāi)針對(duì)性檢查和預(yù)防。

（6）加強(qiáng)并優(yōu)化對(duì)氣源、氣動(dòng)閥的管理。首先，調(diào)整氣源壓力，適當(dāng)降低或提高氣源壓力的同時(shí)，保障氣動(dòng)電磁閥平穩(wěn)打開(kāi)或關(guān)閉；其次，優(yōu)化閥門(mén)故障報(bào)警程序，升級(jí)聲光報(bào)警設(shè)備，嚴(yán)密監(jiān)控閥門(mén)異動(dòng)情況，做到早發(fā)現(xiàn)早處理；最后，應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)三聯(lián)件，確保氣源干燥、潔凈、穩(wěn)定，使氣動(dòng)三聯(lián)件充分發(fā)揮穩(wěn)壓和過(guò)濾的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

引起多介質(zhì)過(guò)濾器頂端冒水的原因比較復(fù)雜。此次多介質(zhì)過(guò)濾器頂端冒水情況發(fā)生在整個(gè)多介質(zhì)過(guò)濾器系統(tǒng)，發(fā)生范圍較廣，頻次較高，給整個(gè)中水除鹽站的生產(chǎn)帶來(lái)很大的困擾和影響。布水器堵塞、濾料板結(jié)、頂端排氣閥缺陷、反洗管路不通暢等是引發(fā)冒水的主要原因。相關(guān)操作人員、生產(chǎn)管理人員要充分掌握多介質(zhì)過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)流程以及系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)要素、環(huán)節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系，在全局觀下看問(wèn)題，思考問(wèn)題，解決問(wèn)題，才能保證多介質(zhì)過(guò)濾器系統(tǒng)的高效平穩(wěn)。