多介質過濾器頂端冒水故障處理

郭伯嬌，呂立銘，段小冰，凈曉星

（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出的回用水為原水，以“多介質過濾器+超濾膜+反滲透膜”為主工藝流程，日處理回用水量1 200 m3/h，設計最大除鹽水產量1 000 m3/h，補充公司工業水管網，循環供給煉鋼、軋鋼等對水質要求較高的用戶使用。多介質過濾器作為中水除鹽工藝的前級預處理，主要作用是有效去除回用水中的泥沙、懸浮物、較大顆粒物、膠體雜質和藻類等，降低濁度和SDI值，以及降低對后續超濾膜、反滲透膜元件的機械損傷及污染。［1］2022 年底，在運行過程中，多介質過濾器頻繁發生頂端冒水現象。多介質過濾器系統工藝流程見圖1。

圖1 多介質過濾器系統工藝流程

多介質過濾器結構和操作簡單，過濾效果較為顯著，但頂端冒水現象嚴重影響了整個站所和除鹽工藝的平穩運行。造成頂端冒水的原因較多，如濾料板結、布水器堵塞、過濾罐內混入空氣、反洗排放管路不通等。結合該站所過濾器頂端冒水的實例，分析引起冒水的原因，并提出改善措施。

1 多介質過濾器系統概況

1.1 結構組成

該系統設有8 臺多介質過濾器，單臺過濾器處理水量200 m3/h，過濾器直徑5.5 m，高8 m，外觀呈圓柱型，通體為鋼防腐材質。單臺過濾器主要由配套管線、閥門和過濾體構成，其中過濾體又包括罐體、反洗氣管、布水組件、支撐組件、濾料和排氣閥等。

技術標準：進水SS≤10 mg/L，出水SS≤ 5 mg/L，進水壓力0.4 MPa，反洗強度13 L/（m2·s），氣洗強度15 L/（m2·s），正常濾速≤10.7 m3/h，設備本體最大阻力≤0.05 MPa，進、出水水溫≤35 ℃。

1.2 濾料分布

該站所過濾器濾料主要采用礫石、無煙煤和石英砂三種，共分為三層：無煙煤層，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。根據比重和粒徑大小，濾料在過濾罐內科學有序分布，濾料層高分別為1.6 m、1.8 m、1.1 m。

1.3 生產流程

過濾器系統設有兩路供水：工業水和回用水。其中工業水為補充和備用水源，主要用在檢修、回用水不足或回用水水質異常時；回用水作為主要水源，供應中水除鹽工藝日常生產所需。取自回用水管網的回用水經進水總管和電動調節閥，進入除鹽站內8臺多介質過濾器，經過濾后，單臺產水匯集到產水總管，進入超濾供水池，通過超濾供水泵打至超濾系統中。超濾產水再繼續進入反滲透系統，進而產出除鹽水。過濾器反洗水取自超濾供水池，通過反洗泵，進入過濾器內部進行反洗。反洗水匯集到反洗排放總管，排至廠區生產排水網，接著送往污水處理站繼續循環處理。

2 頂端冒水現象

過濾器在運行或反洗狀態下，頂端排氣閥受過濾罐內壓力波動影響，由關閉狀態轉為被動打開或不嚴密狀態，導致過濾器運行或反洗失效，罐內的水流從過濾器罐頂冒出，無序排放，直接順著過濾器的罐體流淌至地面。這種情況下，過濾器罐體內處于一種先超壓，而后再泄壓的狀態。每臺過濾器的最大運行壓力不大于0.6 MPa，進水口與出水口之間的壓差一般不超過0.07 MPa。超過過濾器運行壓力及壓差的標準限值，就會發生過濾器內部超壓，直接造成頂端排氣閥冒水泄壓的現象。

3 原因分析

3.1 運行方式不合理

單臺多介質過濾器處理量是200 m3/h，回用水最大供應量為1 200 m3/h。在生產投運時，8 臺過濾器全部運行，這樣可以使過濾器系統處于相對低速過濾狀態，能有效提高過濾效果和精度。如在生產中發生回用水量滿負荷供應，過濾器運行臺數開啟不足的情況，進水流量超出單臺過濾器的最大運行負荷，過濾器濾速也遠超出規定的正常濾速，回用水的過濾效果將大打折扣，而且有可能引發頂端排氣閥跑水或底部跑料。當回用水水質異常或回用水供應量不足時，進入多介質過濾器系統的回用水的水壓和水量就會相應變小，此時系統過濾器如果仍保持全部運行，很有可能因為進水量不足，達不到過濾器的最小運行壓力0.15 MPa，導致過濾器內混入空氣，也會引起過濾器內部壓力波動而冒水。

3.2 濾料板結

過濾器在運行一定周期后，水頭損失增加，水流對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，最終會使水中的懸浮物含量不斷上升，水質變差。當雜質透過濾料層時，過濾器失去過濾效果，此時過濾器濾料效能大大降低，發生嚴重老化。經過多個過濾周期后，在反洗效果得不到有效保障的情況下，將引起濾壓持續上漲，水頭損失不斷增大，有可能導致濾料板結，濾水困難，過濾器內部壓力發生驟增等異常情況。［2］

3.3 反洗排放管路不暢

在生產過程中，單臺過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循環處理。在此過程中，通往污水泵站的反洗管道、反洗排放井等構筑物，如果發生堵塞或淤積，水流不通暢，則造成過濾器系統的反洗水外溢、無組織排放，直接導致過濾器反洗延時或反洗次數的減少及過濾器無法正常反洗。

3.4 布水器堵塞

水中較大顆粒物、膠體、銹蝕、油漬等懸浮物質混合在一起，堵塞在布水器的縫隙中，極易引發布水器的布水不均和罐內運行壓力異常。過濾器中的無煙煤和石英砂在運行和反洗過程中，經過連續不斷摩擦、擠壓和翻轉，也會發生磨損、破碎和轉化，生成一些細小的顆粒物和砂粒狀物質，與水中有機物或膠體物質等污染物質充分混合后，也會造成布水器堵塞，影響均勻布水。［3］

3.5 頂端排氣閥選型不當

排氣閥的密封浮球選型不當，球的配重與閥體型號不匹配，或運行中密封浮球受到過濾器內部壓力的持續不斷沖擊和擠壓，導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，濾罐內的水從頂端往外冒。

3.6 氣源氣動閥故障

每臺過濾器裝設產水閥、進水閥、反洗進水閥、反洗排放閥等7 個閥門，均采用手動蝶閥和電磁氣動閥配合使用，閥門氣源和反洗氣源均來自壓縮風管道，氣源閥門開度和氣壓直接關系到多介質過濾器系統運行的穩定性。氣源閥門開度設置大，氣壓大，不僅容易引起過濾器的電磁氣動閥在啟閉時發生卡頓，而且易造成反洗時過濾器罐內超壓，發生冒水；氣源閥門開度設置小，氣壓小，達不到氣動閥動作壓力，影響閥門正常的使用。在過濾器運行時，經常發生閥門開關故障，如運行中產水閥未完全打開，或反洗結束時，進氣閥未及時關閉，這些情況都會致使罐內壓力發生暴增。

4 解決措施及效果

針對多介質過濾器頂端冒水現象，排查可能的原因后，自2023年年初起，采取以下措施。

（1）過濾器的運行數量與回用水進水量大小適配。密切關注回用水總管來水水量是否穩定無波動，與污水處理站做好聯系確認，遇異常情況時，適時啟停過濾器。對崗位操作人員的技能水平進行針對性專項培訓，提高技能水平，掌握本崗位所需的專業生產知識，避免因操作失誤引起設備故障。

（2）根據運行周期，及時更換或補充濾料，嚴格把控濾料的粒徑、機械強度和填裝層高，采選優質合格的濾料補充填裝，制定維護保養計劃，定期打開過濾器人孔，檢查濾料跑料和磨損情況。

（3）保持反洗管路及相關的排水井通暢，定期檢查并疏通管路及排水井，及時清除堵塞物和淤泥，并確保排水泵站進出水管路、閘板等設備設施的完好性和有效性，保障多介質過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布水器。孔洞式布水器布水接觸面積小，布水不均勻，且容易發生堵塞。而楔形網特有的連續楔形開口能獲得更大的通流面積和精準的過濾縫隙。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、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。加強巡檢，將過濾器頂端作為日常巡檢的重點點位，展開針對性檢查和預防。

（6）加強并優化對氣源、氣動閥的管理。首先，調整氣源壓力，適當降低或提高氣源壓力的同時，保障氣動電磁閥平穩打開或關閉；其次，優化閥門故障報警程序，升級聲光報警設備，嚴密監控閥門異動情況，做到早發現早處理；最后，應加強維護現場氣動三聯件，確保氣源干燥、潔凈、穩定，使氣動三聯件充分發揮穩壓和過濾的作用。

5 結語

引起多介質過濾器頂端冒水的原因比較復雜。此次多介質過濾器頂端冒水情況發生在整個多介質過濾器系統，發生范圍較廣，頻次較高，給整個中水除鹽站的生產帶來很大的困擾和影響。布水器堵塞、濾料板結、頂端排氣閥缺陷、反洗管路不通暢等是引發冒水的主要原因。相關操作人員、生產管理人員要充分掌握多介質過濾器的結構、生產流程以及系統內部各個要素、環節之間的內在聯系，在全局觀下看問題，思考問題，解決問題，才能保證多介質過濾器系統的高效平穩。