多介质过滤器顶端冒水故障处理

郭伯娇，吕立铭，段小冰，净晓星

（北京首钢股份有限公司，唐山迁安 064404）

前言

首钢股份公司某除盐站以污水处理站产出的回用水为原水，以“多介质过滤器+超滤膜+反渗透膜”为主工艺流程，日处理回用水量1 200 m3/h，设计最大除盐水产量1 000 m3/h，补充公司工业水管网，循环供给炼钢、轧钢等对水质要求较高的用户使用。多介质过滤器作为中水除盐工艺的前级预处理，主要作用是有效去除回用水中的泥沙、悬浮物、较大颗粒物、胶体杂质和藻类等，降低浊度和SDI值，以及降低对后续超滤膜、反渗透膜元件的机械损伤及污染。［1］2022 年底，在运行过程中，多介质过滤器频繁发生顶端冒水现象。多介质过滤器系统工艺流程见图1。

图1 多介质过滤器系统工艺流程

多介质过滤器结构和操作简单，过滤效果较为显著，但顶端冒水现象严重影响了整个站所和除盐工艺的平稳运行。造成顶端冒水的原因较多，如滤料板结、布水器堵塞、过滤罐内混入空气、反洗排放管路不通等。结合该站所过滤器顶端冒水的实例，分析引起冒水的原因，并提出改善措施。

1 多介质过滤器系统概况

1.1 结构组成

该系统设有8 台多介质过滤器，单台过滤器处理水量200 m3/h，过滤器直径5.5 m，高8 m，外观呈圆柱型，通体为钢防腐材质。单台过滤器主要由配套管线、阀门和过滤体构成，其中过滤体又包括罐体、反洗气管、布水组件、支撑组件、滤料和排气阀等。

技术标准：进水SS≤10 mg/L，出水SS≤ 5 mg/L，进水压力0.4 MPa，反洗强度13 L/（m2·s），气洗强度15 L/（m2·s），正常滤速≤10.7 m3/h，设备本体最大阻力≤0.05 MPa，进、出水水温≤35 ℃。

1.2 滤料分布

该站所过滤器滤料主要采用砾石、无烟煤和石英砂三种，共分为三层：无烟煤层，比重小而粒径稍大，放在滤床的最上层；石英砂放在滤床的中层；砾石层，比重大且粒径大，放在滤床的最下层。根据比重和粒径大小，滤料在过滤罐内科学有序分布，滤料层高分别为1.6 m、1.8 m、1.1 m。

1.3 生产流程

过滤器系统设有两路供水：工业水和回用水。其中工业水为补充和备用水源，主要用在检修、回用水不足或回用水水质异常时；回用水作为主要水源，供应中水除盐工艺日常生产所需。取自回用水管网的回用水经进水总管和电动调节阀，进入除盐站内8台多介质过滤器，经过滤后，单台产水汇集到产水总管，进入超滤供水池，通过超滤供水泵打至超滤系统中。超滤产水再继续进入反渗透系统，进而产出除盐水。过滤器反洗水取自超滤供水池，通过反洗泵，进入过滤器内部进行反洗。反洗水汇集到反洗排放总管，排至厂区生产排水网，接着送往污水处理站继续循环处理。

2 顶端冒水现象

过滤器在运行或反洗状态下，顶端排气阀受过滤罐内压力波动影响，由关闭状态转为被动打开或不严密状态，导致过滤器运行或反洗失效，罐内的水流从过滤器罐顶冒出，无序排放，直接顺着过滤器的罐体流淌至地面。这种情况下，过滤器罐体内处于一种先超压，而后再泄压的状态。每台过滤器的最大运行压力不大于0.6 MPa，进水口与出水口之间的压差一般不超过0.07 MPa。超过过滤器运行压力及压差的标准限值，就会发生过滤器内部超压，直接造成顶端排气阀冒水泄压的现象。

3 原因分析

3.1 运行方式不合理

单台多介质过滤器处理量是200 m3/h，回用水最大供应量为1 200 m3/h。在生产投运时，8 台过滤器全部运行，这样可以使过滤器系统处于相对低速过滤状态，能有效提高过滤效果和精度。如在生产中发生回用水量满负荷供应，过滤器运行台数开启不足的情况，进水流量超出单台过滤器的最大运行负荷，过滤器滤速也远超出规定的正常滤速，回用水的过滤效果将大打折扣，而且有可能引发顶端排气阀跑水或底部跑料。当回用水水质异常或回用水供应量不足时，进入多介质过滤器系统的回用水的水压和水量就会相应变小，此时系统过滤器如果仍保持全部运行，很有可能因为进水量不足，达不到过滤器的最小运行压力0.15 MPa，导致过滤器内混入空气，也会引起过滤器内部压力波动而冒水。

3.2 滤料板结

过滤器在运行一定周期后，水头损失增加，水流对吸附在滤料表面污物的剪切力变大，其中有些颗粒在水流的冲击下移到下层滤料中去，最终会使水中的悬浮物含量不断上升，水质变差。当杂质透过滤料层时，过滤器失去过滤效果，此时过滤器滤料效能大大降低，发生严重老化。经过多个过滤周期后，在反洗效果得不到有效保障的情况下，将引起滤压持续上涨，水头损失不断增大，有可能导致滤料板结，滤水困难，过滤器内部压力发生骤增等异常情况。［2］

3.3 反洗排放管路不畅

在生产过程中，单台过滤器反洗排放水汇聚到反洗水排放总管，排至污水泵站，送往污水处理站继续循环处理。在此过程中，通往污水泵站的反洗管道、反洗排放井等构筑物，如果发生堵塞或淤积，水流不通畅，则造成过滤器系统的反洗水外溢、无组织排放，直接导致过滤器反洗延时或反洗次数的减少及过滤器无法正常反洗。

3.4 布水器堵塞

水中较大颗粒物、胶体、锈蚀、油渍等悬浮物质混合在一起，堵塞在布水器的缝隙中，极易引发布水器的布水不均和罐内运行压力异常。过滤器中的无烟煤和石英砂在运行和反洗过程中，经过连续不断摩擦、挤压和翻转，也会发生磨损、破碎和转化，生成一些细小的颗粒物和砂粒状物质，与水中有机物或胶体物质等污染物质充分混合后，也会造成布水器堵塞，影响均匀布水。［3］

3.5 顶端排气阀选型不当

排气阀的密封浮球选型不当，球的配重与阀体型号不匹配，或运行中密封浮球受到过滤器内部压力的持续不断冲击和挤压，导致密封浮球从中间裂缝或直接破碎成两半，密封浮球封不住排气口，滤罐内的水从顶端往外冒。

3.6 气源气动阀故障

每台过滤器装设产水阀、进水阀、反洗进水阀、反洗排放阀等7 个阀门，均采用手动蝶阀和电磁气动阀配合使用，阀门气源和反洗气源均来自压缩风管道，气源阀门开度和气压直接关系到多介质过滤器系统运行的稳定性。气源阀门开度设置大，气压大，不仅容易引起过滤器的电磁气动阀在启闭时发生卡顿，而且易造成反洗时过滤器罐内超压，发生冒水；气源阀门开度设置小，气压小，达不到气动阀动作压力，影响阀门正常的使用。在过滤器运行时，经常发生阀门开关故障，如运行中产水阀未完全打开，或反洗结束时，进气阀未及时关闭，这些情况都会致使罐内压力发生暴增。

4 解决措施及效果

针对多介质过滤器顶端冒水现象，排查可能的原因后，自2023年年初起，采取以下措施。

（1）过滤器的运行数量与回用水进水量大小适配。密切关注回用水总管来水水量是否稳定无波动，与污水处理站做好联系确认，遇异常情况时，适时启停过滤器。对岗位操作人员的技能水平进行针对性专项培训，提高技能水平，掌握本岗位所需的专业生产知识，避免因操作失误引起设备故障。

（2）根据运行周期，及时更换或补充滤料，严格把控滤料的粒径、机械强度和填装层高，采选优质合格的滤料补充填装，制定维护保养计划，定期打开过滤器人孔，检查滤料跑料和磨损情况。

（3）保持反洗管路及相关的排水井通畅，定期检查并疏通管路及排水井，及时清除堵塞物和淤泥，并确保排水泵站进出水管路、闸板等设备设施的完好性和有效性，保障多介质过滤器反洗排放条件充分有效。

（4）将布水器由孔洞式布水器更换为楔形网布水器。孔洞式布水器布水接触面积小，布水不均匀，且容易发生堵塞。而楔形网特有的连续楔形开口能获得更大的通流面积和精准的过滤缝隙。布水面积大大增加，布水更加均匀。

（5）密封浮球重新选型，使其材质、配重及直径大小与排气阀适配。定期检查排气阀的通畅性，观察浮球升降的自由度。加强巡检，将过滤器顶端作为日常巡检的重点点位，展开针对性检查和预防。

（6）加强并优化对气源、气动阀的管理。首先，调整气源压力，适当降低或提高气源压力的同时，保障气动电磁阀平稳打开或关闭；其次，优化阀门故障报警程序，升级声光报警设备，严密监控阀门异动情况，做到早发现早处理；最后，应加强维护现场气动三联件，确保气源干燥、洁净、稳定，使气动三联件充分发挥稳压和过滤的作用。

5 结语

引起多介质过滤器顶端冒水的原因比较复杂。此次多介质过滤器顶端冒水情况发生在整个多介质过滤器系统，发生范围较广，频次较高，给整个中水除盐站的生产带来很大的困扰和影响。布水器堵塞、滤料板结、顶端排气阀缺陷、反洗管路不通畅等是引发冒水的主要原因。相关操作人员、生产管理人员要充分掌握多介质过滤器的结构、生产流程以及系统内部各个要素、环节之间的内在联系，在全局观下看问题，思考问题，解决问题，才能保证多介质过滤器系统的高效平稳。