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連續式高效流砂過濾器原理及設計案例

1、作用原理

1）概要

連續式高效流砂過濾器是移動床向上流連續式高效流砂過濾器的簡稱。

流砂過濾器與以往的固定床過濾器不同，無需每天停機1-2次，以便清洗濾床上的截留物。原水由過濾器底部進入濾床，并向上流與濾床充分接觸，所含懸浮物被截留在濾床上，清水由頂部的出水堰溢流排放。截留污染物的石英砂通過底部的氣提裝置提升到頂部的洗砂裝置中進行清洗。由于空氣、水、砂子在壓縮空氣的作用下劇烈摩擦，使砂子截留的雜物洗脫。洗凈后的砂因重力自上而下補充到濾床中，洗砂水則通過單獨的排污管排放，完成整個洗砂過程。

流砂過濾器與以往的連續過濾器不同，操作員可以直接觀察洗砂過程，并根據運行情況進行調節，以達最佳過濾效果。維護管理簡單，操作方便。

2）過濾過程

 原水從進水管（1）進入到錐型的引水道（2），再進到濾床（3）。原水經過濾床時懸浮物被砂子截留變成干凈的過濾水。過濾水經過溢流堰（4），由出水管（5）流出過濾器外。

    原水的種類及性質不同，過濾器用的砂子也有所不同。通常用的有效直徑0.9mm，均勻系數1.4的均質石英砂。含油廢水或含有易黏結物的原水，則用有效直徑1.2mm，均勻系數1.4的均質石英砂，相應地，提砂泵所需空氣量亦要增加1.5-2倍。

3）洗砂過程

被懸浮物污染的砂子，通過錐形的砂分配器（6）與過濾器的傾斜面形成的通道，下到集砂箱（7）。被集砂箱收集的砂子，由提砂泵（8）輸送到上部洗滌槽（10）的洗砂裝置中。被污染的砂子在提升過程中先與水和空氣劇烈摩擦，在空氣分離器（9）中空氣與砂、水分離，砂子則因重力通過洗砂裝置的通道（11）下降，清洗水（部分過濾水）則通過清洗水管從洗砂裝置的下部流到通道內。兩者相對接觸，砂子被洗凈。干凈的砂子重新均勻分布到濾床中央。洗凈后的污水通過排水裝置排出。洗凈排水量可通過上下調節排水裝置的調節堰，使其達到最適合的量。

如前所述，洗凈后的砂子（回到濾床上部的）操作員可以直接觀察，因此洗砂過程的進行及管理都很及時方便。濾床表面的砂子曲度實測值通常是32°-33°。自然存在的天然砂的曲度是約35°，但因為均勻系數為1.4的過濾砂入角均一，很容易滑脫。

4）原水的前處理

如流入的原水中有較大的雜物或異物，會影響濾床的砂子移動，甚至會堵住進水管、提砂泵、洗砂裝置等。因此，過濾器前面要根據水質情況添加前處理設備，對原水進行前處理。如水質較好，也可直接進入過濾器。

5）集砂箱

    過濾器傾斜面下方有集砂箱(7)，集砂箱包括與提砂泵相連的接管、篩網、排水閥及控制集砂箱進砂量的控制環。這個環的上部比傾斜部的下端稍高。因此，之間會形成砂膜，這個砂膜可防止傾斜部下端的磨損。控制環的材料為耐磨的增強聚乙烯，可以替換。

6）提砂泵

被污染的砂子收集到集砂箱，通過提砂泵提升到洗砂裝置。提砂泵的下端插入集砂箱的接管，用橡膠管及管夾固定。提砂泵的下端有空氣注入室，壓縮空氣注入后就形成砂子、水和空氣的混合體，砂子被送到洗砂裝置的空氣分離器。空氣分離器上面裝有端蓋，防止水和空氣一起溢出。

提砂泵的工作需要提供壓縮空氣。壓縮空氣所需壓力是4-6kg/cm²  

提砂管的材質為超高分子聚乙烯，與其他塑料管不同，不能用膠水粘合，只能用膠管和管夾來固定。

7）洗砂裝置

    洗砂裝置由外筒和內筒組成。外筒內側有環（洗砂環），而內筒是外側有環。洗砂裝置的外筒裝在上端洗凈槽內，而內筒放在外筒內。內筒下端由下部導環、上端由上部導環支撐。上部導環上裝有空氣分離器。外筒的洗砂環與內筒的洗砂環相交叉，從而內外筒之間形成迷宮式通道。

    被污染的砂子從集砂箱被提升到空氣分離器分離空氣，再進到迷宮式通道緩慢下降，去除砂子表面的污物。濾床上部的過濾水通過洗凈水管，由洗凈裝置的下部進到迷宮式通道。這部分洗凈水在通道內從下往上流，洗凈緩慢下降的砂子。

流砂過濾器的洗砂裝置與以往的連續過濾器不同，其長度較長，洗砂環的角度也上下不一。因此用少量的洗凈水就可達到很好的清洗效果。洗凈水之所以能從濾床上部流到洗砂裝置，是因為水面與調節堰的水位差。流砂過濾器的洗砂裝置與以往的過濾器相比通道寬，水量損失少，用較少的水位差就可以洗凈砂子。

提砂量與洗凈水量根據水中懸浮物的濃度及性質來調整。如提砂速度過快，通道內的砂子量會增多，導致洗砂裝置的壓力損失嚴重；如提砂量過少，原水中的懸浮物不能充分過濾。如清洗水量過少，則不能充分洗凈砂子；如清洗水量過多，則會造成洗凈水流出過多。

8）空氣控制裝置

空氣控制裝置一般供應壓力為4kg/cm²以上（通常取5-7kg/cm²）的壓縮空氣。壓縮空氣不能含有水或油。空氣控制裝置中設有壓力調節裝置。

壓力調節裝置的壓力，通常設定如下：

調壓的空氣經過電磁閥進到空氣流量計（附有調節閥）。如只有1臺砂濾機，可將壓力開關設在可以檢測電磁閥入口壓力的位置。這樣當壓縮空氣的壓力低于設定值時，壓力開關啟動并報警，同時停止壓縮空氣的供應。另外，當壓力控制閥或電磁閥出現故障時，也可以報警并停止壓縮空氣的供應。

2、填砂

    過濾砂通常用0.83-0.85m³的塑料袋裝運。為防止帶進袋子里的殘留物及線頭等，裝砂時要用10mm以下的篩網篩選。

    過濾器開始運轉后，濾床會收縮，填砂高度也會下降一些。

3、空氣控制系統的安裝

空氣控制系統要放在方便操作的地方，并裝顯示盤。

壓力調節器接水分離器排水管。

4kg/cm²以上（通常5-7kg/cm²）壓縮空氣接到空氣控制系統。

空氣控制系統的空氣分配器按需要接至過濾器。

4、運轉準備及試運轉

1）清水的注入

最開始注水時要用清水。一開始就用污水，會堵塞濾床的篩孔，因為洗砂裝置還未啟動。

2）濾床下降速度的測定及提砂量的調整

用有刻度的測量桿測量濾床（砂堆）的下降速度。把測量桿塞進砂層深處100-200mm，測量桿會隨濾床下降。以過濾器側壁的上部為基準，記錄測量桿下降2分鐘內的速度。請檢測砂層是否以平均3-6mm/min的速度在下降。

雖然，過濾器的大小不同，基準點也不一樣，但一般選離過濾器側壁約150-300mm的內測點3-4個，或者是離過濾器中心200-500mm的外測點3-4個。

砂層的下降速度一般是過濾機中心附近比周圍快。

如發現砂在某個地方停止下降，一定要參考《故障和對策》處理。

如果過濾器的過濾面積為1m²，砂層下降速度為平均4mm/min時，提砂泵的提砂量是4L x 1=4L/min。

過濾器注滿水之后，給提砂泵供應空氣。提砂量與空氣的供應量有關。首先，要調整空氣量，使每1m²的提砂量達到3-6L/min。

提砂泵的提砂量確定方法如下：從空氣分離器拆下提砂管前端，用適當的容器測量單位時間（秒）內的提砂量。這里所指的提砂量，是提升的砂子和水中的砂子部分。

測量多次，取平均值作為提砂量。

3）  洗凈排水量

    標準洗凈排水量是提砂量的約1-3倍（一般是2.0倍），但原水中的懸浮物濃度高（污染嚴重）的情況，需要更多的洗凈水。如原水中的懸浮物濃度低（污染小）的情況，則需小的洗凈水。

測量洗凈排水量：關閉洗凈排水主管的管閥，打開測量洗凈排水管的管閥，把排水接到適當的容器，測量單位時間（秒）內的洗凈排水量。如排水裝置裝有排水量測量器，則直接用該測量器測量排水量。（一般無需測量，方便起見可不設測量閥及測量器。）

4）過濾砂的清洗

    新的砂子有泥等污物，應先用干凈的原水或清水運轉過濾器，以便清洗砂子。即給濾床上部供應充足的清水，使清水溢出洗凈槽，啟動過濾器。

根據新砂子的污染程度，洗砂時間有所不同。一般需清洗2-4個周期，才能達到洗凈的目的。一個洗凈周期約需要6-10小時以上。

5）原水供應量的調整

將電氣控制盤的轉換開關打到開啟檔，同時運轉供水泵。慢慢打開各個過濾器的原水進入管的管閥（最初是OFF位），供應少量水，逐步加大供水量，最終調整到適合的供應量。

以上步驟一切正常即可進入正常運轉。

5、故障和對策

1）空氣流量計顯示很小或者接近“0”，提砂泵不提砂或提砂量很少的情況

（1）檢查空氣控制裝置是否有壓縮空氣供應，并檢查空氣供應管的水分離器是否正常運轉。

  （2）如壓縮空氣按所需壓力正常供應的話，檢查以下幾點。

A．檢查壓力閥、電磁閥等是否有故障。

B．如空氣控制裝置的零部件沒有損壞，則檢查空氣流量計與提砂泵的空氣注入室之間的連接管是否漏氣。如空氣管已破損并漏氣，就換一個新的空氣管。

 C．如空氣管完好，就將空氣管從空氣注入室拆下。空氣管中如沒有充足的空氣出來，很有可能是空氣管堵塞引起的。因此，將原空氣管換掉即可。

  （注：拆空氣管時注意將空氣流量計完全關閉。）

    D．如空氣管沒有問題，請檢查空氣注入室。

打開集砂箱的排水閥，將過濾器內的水排掉。

先將提砂管從集砂箱上拆下，再將空氣注入室從提砂管拆下來。后清洗空氣注入室內的篩網或者換一個新的，再將空氣注入室裝在提砂管上。

2）空氣流量計顯示正常流量，但提砂泵不提砂或提砂量很少的情況

（1）檢查過濾器前處理工程的設備是否正常轉、原水過濾裝置是否正常。有可能前處理過程中大量的懸浮物及污泥等進到過濾器，或者雜物從過濾器上部進入到濾床。

（2）過濾器里有大量的懸浮物及污泥，造成濾床堵塞的情況：先將原水進入管的管閥關閉，再向過濾器上部供應清水并啟動提砂泵。另外，將鐵棒從濾床上部插入，搗松堵塞的砂層，從而實現砂子的循環。

（3）過濾器有雜物進入時，很可能因為異物到達過濾器底部而造成提砂泵吸口的堵塞。這種情況采取下列方法：

A、停機并打開提砂箱的閥門，將過濾器內的水排掉。

過濾器大小不同，排空時間也有所不同。通常需要8-10小時（H）。

B、先將提砂泵從集砂箱上拆除。

請注意：如過濾器內的水排除不干凈，過濾器底部就會有大量的砂子流出。這種情況，在過濾器底部和濾床之間加一圓筒（PVC管），以防砂子流出。

檢查集砂箱，如有異物將它去除。

把集砂箱重新放在過濾器底部，裝上提砂泵。

6、空氣控制盤的操作

1）初始狀態（手動）

1）確認壓縮空氣到控制盤時其壓力至少有6kg/cm2以上。

2）檢查控制盤內部各件的安裝情況,并將空氣流量計的調節鈕順時針方向鎖緊。

3）調節壓力開關，將壓力調整至4kg/cm2 。

4）打開手動閥，將空氣調整器順時針方向緩慢旋轉，把壓力調至與壓力表一致。

5）將控制盤面上的選擇開關打到“手動”檔。

6）將電磁閥的“開（ON）”按鈕按下，電磁閥打開。

7）逆時針旋轉空氣流量計的調節鈕，選擇所需的空氣量。

8）向提砂泵供應空氣，檢查是否有砂子在提砂管移動。