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1、到小渐变分布，滤料的比表面积由小到大渐变分布。这是一种过滤效率由低到高递 增的理想过滤方式，直径较大、容易滤除的悬浮物可被上层滤层截留，直径较小、不 易滤除的悬浮物可被中层或下层滤层截留。在整个滤层中，机械筛分和接触絮凝作用都得到充分发挥，从而 实现较高的滤速、截污容量和较好的出水水质。纤维球过滤污水的现场试验数据表明1,当运行流速在15-4011V11时截污容量 般在212kg/m之间，运行流速和截污容量均是砂滤池的数倍，出水浊度明显好于 砂滤池。该过滤器存在的不足是:因纤维球是呈辐射状的球体，靠近球中心部位的纤维密 实，反洗时无法实现疏松、截留的污物难于彻底清除;用气、水联合清洗时纤维球易
2、流 失,用机械搅拌清洗时纤维球易破碎。2胶囊挤压式纤维过滤器过滤器工作原理见图1图1胶囊挤压式纤维过滤器示意图中国给水排水2003Vol. 19CHINA WA TER &WASTEWA TERNo.6将长纤维束挂装在设备中，纤维束下挂重锤,纤维层中安装数个软质胶囊，过 滤前将胶囊充水，横向挤压长纤维使纤维层孔隙率和过滤孔径由大到小渐变分布，此 段滤层特性与纤维球滤层相似,过滤效果也比较接近。该过滤器的滤速一般为 2040m/h,在进水浊度相同的条件下,截污容量是砂滤器的24倍。清洗过滤器时， 先排净胶囊中的水、使长纤维束床层得以疏松，再用气一水混合清洗。在挂装的长纤维滤层中安装可充、
3、排水的软质胶囊,解决了纤维层的压实（过 滤、疏松（清洗及纤维流失问题，但也存在一些问题设备较复杂，除胶囊外,需设有 胶囊充、排水系统及充水计量装置；胶囊损坏是困扰用户的难题，其价格较贵且更换作业过程并不方便。可以用刘氏公式计算出胶囊挤压长纤维过滤器初始工况2。设纤维直径为 50pm,纤维长为1.3 m,纤维填装孔隙率为90%,每只胶囊充水量为150 kg,计算结果如 表1 O表1胶囊挤压式纤维过滤器初始水头阻力设备直径（m胶囊数（个充水后平均孔隙率（水头阻力（kPa滤层整体推力（t2.0571.6247.52.5773.5199.33.0975.31611.4从表1可看出，在过滤初期，滤层就会
4、产生较大推力，靠近出水侧的上部纤维 会受到很大的纵向压力。因纤维丝纵向刚度极小,在此压力下必然弯曲，使纤维层整 体上移。当纤维层截留一定悬浮物后，随着床层水头阻力增大,此上移距离会更大。 因胶囊中心用钢管（用于进、排水贯通，胶囊下端与钢管下端连接（这样做便于安装时 插入纤维层中，所以胶囊不会随纤维层的上移而移动、胶囊外壁在纤维的磨擦力作用 下产生向上的拉力。另一方面，因上部纤维受压力弯曲产生横向堆积,占用的横向空 间增大使上部胶囊受到挤压而体积减少,迫使胶囊下部水体积增大。胶囊下部既受 到向上的拉力，又受到内部向外的压力，这应该是胶囊易破损且大多从下部破损的主 要原因。另外,胶囊挤压式过滤器对
5、纤维的压实是靠胶囊，这占用了较大过滤面积,在最大 挤压部位（即纤维孔隙率最小部位的过滤线速度最高，滤速高不利于滤料吸附、截留 悬浮物，所以此部位不会有效地截留悬浮物。上部纤维层因被压缩产生横向弯曲并 压实，且过滤面积较大,所以，起到保证出水水质作用的应该是该层。3压力板式纤维过滤器此种过滤器有两种结构形式，一种是压力板在上部，另一种是压力板（也叫推力板 在下部（原理见图2。设计思路（以压力板在上部为例:将长纤维束与出水孔板固定，另 端设置于有一定开孔率的压力板上（压力板设计成双层结构或外加浮桶以使其整 体密度与水接近。另外，设计有压力板的导向和限位装置，运行初期靠水流对压力板 的水头阻力，首先
6、将靠近压力板侧的纤维压弯、使水头阻力增大后产生向下压力，进一 步挤压下部纤维层。当压力板下压至适当位置时，限位装置使之停止下移。反洗时， 因压力板设计的整体密度与水接近，能够被水流冲起、使纤维层舒展，实现对纤维层的 彻底清洗。图2压力板式纤维过滤器压力板式过滤器克服了胶囊挤压式过滤器的一些不足，但有时压力板易出现卡 塞现象，影响稳定运行。事实上，压力板（或推力板对纤维的推压作用是值得商榷的。 对这种结构设备的水头阻力的计算结果见表2。表2不同开孔率的孔板水头阻力和推力开孔率（%251020水头阻力（Pa250378.7 1.8推力（kg/m225 3.70.870.18注】流速为30m/h。压
7、力板的开孔率不能太低，否则会影响滤层配水和清洗时的空气流通。另 外，为减少卡塞现象,压力板与器壁边缘最少留有10mm缝隙、对于2m直径的过滤器 来说此缝隙的面积就相当于2%的开孔率。从表2可看出，这点微不足道的推力对纤 维层的压缩作用是极为有限的。另一方面,虽然压力板的密度为lg/mL,但在进行 气水联合清洗时，气、水混合流体的密度仅为0.120.22g/mL,在这种混合流体中， 压力板会产生向下的重力、使压力板的开孔被纤维堵塞影响气、水流通。综上所述, 压力限制纤唯相对位碑何件板式纤维过滤器的工作机理还值得进一步研究。4自压式纤维过滤器自压式纤维过滤器有两种结构形式，一种是出水孔板在下部，一
8、种是出水孔板在 上部，长纤维束一端固定在出水孔板上，另一端与一质量极小的限制纤维束相对位置 的构件连接。所谓自压,是指不依靠其他装置、仅靠水流对纤维层的水头阻力实现对 纤维层的压缩。实际上，长纤维丝的纵向刚度很小，只要对纤维进行适当处理并保持 适宜的装填密度，依靠滤层的水头阻力就完全可以像纤维球过滤器一样将纤维层压 缩。该过滤器的工作原理见图3。图3自压式纤维过滤器当水流自上向下通过纤维层时,在水头阻力作用下，纤维承受向下的纵向压力旦越往下则纤维所受的向下压力越大。由于纤 维纵向刚度很小,当纵向压力足够大时就会产生弯曲，进而纤维层会整体下移,最下部 纤维首先弯曲并被压缩，此弯曲、压缩的过程逐渐
9、上移，直至纤维层的支撑力与纤维 层的水头阻力平衡（压缩过程需35mm。由于纤维层所受的纵向压力沿水流方向依次递增，所以纤维层沿水流方向被压缩弯曲的程度也依次增大，滤层孔隙率和过滤孔径沿水流方 向由大到小分布,这样就达到了高效截留悬浮物的理想床层状态。清洁床层压缩达 到平衡后的压缩情况见表3。表3自压式纤维过滤装置压缩达到平衡时的情况纤维层位置（由上至下（cm 0202078.378.39999119.5119.5136.5136.5150纤维层各段初始高度（cm 2058.320.720.51713.5 各段被压缩后高度（cm 2053139.575压缩比（压后高/压前高0.910.630.4
10、60.410.37注：流速为30m/h冰温为13°C。自压式纤维过滤器的有效过滤面积大，设备结构简单、出现机械故障的因素 极少，且接近出水位置的纤维压缩比大，大都呈横向状态，这显然更有利于吸附、截留 悬浮物，过滤速度、过滤效率都能得到进一步提高。5结语纤维过滤设备在国内应用的十几年时间里，以其高运行流速、高截污能力和出 水水质优良等粒状滤料设备无法相比的优势得到迅猛发展。作为一种新兴过滤技术, 在过滤机理、材料选择、设备结构和现场应用等方面尚有较大发展空间，有待于进 步研究、开发和完善。参考文献：1 严煦世水和废水技术研究M.北京:中国建筑工业出版社,1992.2 华绍曾，杨学宁实用流体阻力手册M .北京国际工业出版社,1985.电话:(04326189088E -m ail jltylib 收稿日期2003-01-27