硅藻土过滤技术在游泳池水处理中的应用

　　摘要：过滤设备是保证游泳池水质的关键设备，以硅藻土为助滤剂的预敷层过滤技术用于游泳池循环水的过滤，取得了较好的过滤效果，可逆式硅藻土过滤机具有精度高，设备过滤面积大，占地面积小，反冲洗水量小，安装简便等特点。
　　关键词：过滤，预敷层过滤，硅藻土，可逆式硅藻土过滤机
　　
　　
　　随着国内经济的发展，人民生活水平的提高，大批高档宾馆、饭店，水上娱乐中心的纷纷建成，游泳池成为必不可少的健身娱乐的设施。为了节约水资源和保护游泳者的身体健康，游泳池都必须有一套循环、过滤、消毒设备。其中过滤设备是保证水质的关键设备。
　　在国外，硅藻土过滤技术早在二十世纪五六十年代，就广泛用于净水、制药、啤酒、饮料等工艺中，自七、八十年代逐渐用于游泳池水处理中。国内近年来也有一些游泳池采用了此技术，取得了较好的过滤效果。本文就其过滤机理，设备构造等做简单阐述，与同行探讨。
　　一、概论
　　过滤是固液分离的组成部分，最早依靠重力的砂滤来满足净水要求，但近年来被加压砂过滤取代，还有部分为预敷层过滤所取代。
　　1． 过滤的分类
　　过滤是利用过滤介质将固体和液体分离的单元操作，可分为澄清过滤和滤饼过滤。澄清过滤目的是获得澄清的液体。滤饼过滤又称表面过滤，过滤时，先由滤布等的表面截留悬浮颗粒，而后由逐渐增厚的滤饼继续截留颗粒。滤饼过滤的目的是对颗粒固体进行浓缩及回收。
　　
　　图1滤饼过滤机理
　　2．预敷层过滤
　　预敷层过滤是指在滤布（滤网）上涂敷助滤剂（硅藻土、活性碳或离子交换树脂等粉末），形成滤饼层，然后以此滤饼层为过滤介质对悬浮液进行过滤。其过滤基理属于滤饼过滤，但其操作目的是为了获得澄清的液体，故又属于澄清过滤。硅藻土循环水过滤技术属于以硅藻土为助滤剂的预敷层过滤。
　　二、 预敷层过滤的基本原理
　　1．滤饼过滤的理论基础
　　滤饼过滤理论认为，滤饼受压缩时，固体颗粒均向过滤介质方向平行移动，颗粒之间的距离减小，后来的颗粒不能穿越已经堆积起来的颗粒。
　　过滤速度的基本方程式如下：
　　
　　q¬¬——任意时间t（单位为s）所对应的过滤速度，单位为m/s;
　　A——过滤面积，单位为m2;
　　V——总滤液量，单位m3;
　　P——过滤压，单位Pa;
　　Pm——过滤介质的压力损失，单位Pa;
　　μ——滤液的粘度，单位为Pa•s；
　　Rc——单位面积滤饼的阻力，单位为m-1;
　　α——滤饼的平均比阻，单位为m/㎏;
　　ω——单位面积上的固体质量，单位为㎏；
　　由上式可看出，对过滤效果有影响的可变因素有过滤面积A，过滤压力P，滤液粘度μ、单位过滤面积上的固体质量ω及滤饼的平均比阻。通过增大过滤面积A来提高流量，会导致设备费、电费等大幅增加。减少单位面积的固体质量，会导致滤饼不很厚时过滤便要结束。
　　提高过滤压力P，可提高过滤效果，往往受到滤饼压缩性的制约，但通过添加助滤剂来调节滤饼的比阻后，可使流量大大提高。
　　当滤液中固体浓度很低，液体中所含固体对絮凝来讲嫌太少，悬浮微粒不易架桥，且架桥后往往堵塞过滤介质的流路，在此情况下即便添加了絮凝剂，由凝胶性物质形成的滤饼的渗透性也很差。采用固定介质过滤又嫌悬浮颗粒太细，此时用预敷层过滤可过滤掉0.1μm以上的悬浮物。
　　可作为助滤剂的原料有硅藻土、珍珠岩、纤维素、石棉及碳粉等。
　　
　　2．硅藻土的特性
　　硅藻土起源于称为硅藻的植物。硅藻是海水或淡水中繁殖的一种藻类，其个体是由一个细胞组成的单细胞植物。大多数硅藻在20μm左右，大约如人发那样粗细。硅藻死亡后，细胞内的有机物消失，只剩下硅酸质的壳，壳的细孔构造，就像柠檬的横断面，与细胞内外相通的无数细孔可以通水。沉积的硅藻壳经过地壳变迁，形成硅藻土层。
　　硅藻土的主要成分为二氧化硅（SiO2）约占用80-90%，三氧化二铝（AL2O3）约占3-7%，三氧化二铁（Fe2O3）约占1-2%，及其它微量的氧化钙（CaO）,氧化镁（MgO）等。它的特点是孔隙率高、密度低、比表面积大、不可压缩性和化学稳定性好、无毒、无味，是极好的预敷层过滤助剂材料。
　　
　　三、可逆式硅藻土过滤机的原理及构造
　　1．可逆式硅藻土过滤机的工作原理
　　可逆式硅藻土的过滤原理是利用硅藻土作为助滤剂，生成预敷层滤膜，再利用滤膜对游泳池水进行精密过滤，其工作原理如图2。
　　
　　图2可逆式硅藻土过滤机工作原理图
　　
　　1）、过滤，原水从左至右穿过过滤介质上的滤膜过滤，脏物被截留在左侧滤膜，形成滤饼，流量逐渐减少。
　　2)、反冲洗，原水换从右向左将滤膜和脏物冲洗掉，右侧同时涂膜。
　　3）、过滤原液换从右向左通过滤膜，赃物被截留在右侧，流量逐渐减少。
　　4）、反冲洗，原水换向从左向右将滤膜和脏物冲洗掉，左侧同时涂膜。
　　板框可逆式过滤器是将粘贴有滤布的若干个塑料板框组合在一起的装置，利用水泵将硅藻土混合液送入滤布的一侧，使其形成预涂膜，待反冲洗时，则将冲洗水从另一侧送入，并在该侧滤布上形成硅藻土膜层的过程称为可逆式过滤器。该过滤器因其构造原因，需较高的滤速方可将滤膜挂上，一般滤速可达到6~10m/s。
　　
　　2．可逆式硅藻土过滤机的构造：
　　硅藻土过滤机如图3，由毛发过滤器，助滤剂罐，循环水泵，五通阀，过滤器，阀门，配管、仪表、电控柜等构成。
　　1）、过滤时原水经毛发过滤器经水泵吸水管进入水泵，水泵加压后进入五通阀，经配管进入板框式过滤器，过滤后的水从另一侧配水管进入五通阀，从五通阀的出水管经加热、消毒等处理后回游泳池。
　　2）、涂膜：将定量的硅藻土粉投入助滤剂罐内，用水泵出水管的旁通管水稀释，硅藻土混合液经循环水泵、五通阀到过滤器，这时硅藻土在过滤元介质上进行涂膜，形成2mm厚预敷层。
　　3）、过滤：完成涂膜后即进入过滤过程，1微米以上的固态杂质、藻类等被截留在滤膜上，净水经五通阀、配管回水池。
　　4）、反冲洗：当滤膜表面污物堆积越来越多时，过滤器两端的压力差增加，达到一定值时需对滤元介质进行冲洗。冲洗时将五通阀手轮转到冲洗档，原水从原出水口进入，从过滤器原进水口出来，将滤元介质上的硅藻土涂层和污物冲洗掉，经五通阀、排污管排出。在冲洗的同时在滤元的另一侧同时涂膜。冲洗完成后进入下一轮过滤。
　　5）、药洗：当过滤机运行一断时间后，为保证滤元介质的通透性，需用药液冲洗过滤介质，这时关闭滤水阀、原水阀，打开吸水管与出水管连通管上的循环阀，药液在机内循环冲洗，反复冲洗后将药液放掉。
　　
　　
　　图3可逆式硅藻土过滤机构造图
　　
　　3．可逆式硅藻土过滤机的特点：
　　1）、精度高。能滤除2μm及2μm以上的各类杂质，出水清澈透明，出水浊度可达到0.1NTU；能滤除大肠菌、隐孢子虫、贾第鞭毛虫等细菌、病毒；
　　2）、设备过滤面积大，采用膜叠压式板框结构，不但更换维护方便，而且占地面积小、重量轻，不增加楼层荷载。
　　3）、使用寿命长。机组为不锈钢、塑料等制成，耐腐蚀，无磨损。由于预敷层过滤属于颗粒过滤，其过滤阻力主要来自预敷层，其阻力远小于微孔过滤（MF）、超过滤（UF）、反渗透（RO），其滤元介质使用寿命也远大于超滤膜和反渗透膜。
　　4）、环保、卫生。硅藻土本身性质稳定，对人体无害，由于池水与人体接触紧密，为保证游泳者的健康，规定游泳池采用的硅藻土应为食品级的产品。过滤过程中无需投加混凝剂、抑藻剂，不会增加水中金属离子浓度。
　　5）、运行费用低。由于过滤不用添加药剂，省去了混凝剂等费用，而硅藻土预敷层用量较低。以苏州相城区会议中心游泳池为例，该馆高峰时每天达到700人次，全年仅用去硅藻土0.6吨，大大降低了运行成本。
　　6）、操作方便，反冲洗水量小。采用独特的五通阀，使操作变得及为方便，并可实现自动控制反冲洗。
　　在实际使用过程中，预涂膜的厚度和均匀性是保证出水水质的重要条件，预涂膜厚度较薄时，虽过滤速度可提高，但出水水质会受影响，这一点要予以充分注意。在游泳池的过滤净化中，实践证明预涂膜厚度在2～4mm为佳，为便于操作，将其折合为单位过滤面积所需硅藻土用量仅为0.2kg/m2。
　　
　　四、结束语
　　由于游泳池的水质特点是水中固体物浓度低、颗粒细，游泳池补充水为自来水厂处理过的符合饮用水质标准的清水，故采用预敷层过滤技术过滤能取得较好的过滤效果。与传统建立在接触絮凝、深层过滤机理上的砂缸过滤器相比，具有滤速低过滤精度高，运行成本低，安装简便等特点，深受用户欢迎。
　　
　　
　　参考文献
　　
　　1、《新型实用过滤技术》丁启圣王维一等编；冶金工业出版社,2001.1；
　　2、《A-1型可逆式硅藻土过滤机产品介绍》天津太平洋机电技术及设备有限公司/三蒲（MIURA）化学装置株式会社；
　　3、《2003年中国国际游泳池设施博览会暨国际泳池建造技术研讨会会议摘要》国家体育总局游泳运动管理中心。
　　4、《游泳池给水排水工程技术规程》CJJ122-2008

《硅藻土过滤技术在游泳池水处理中的应用》

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