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几种过滤方案的对比设计师版

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2020年4月19日
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×××××扩建项目深度处理阶段工艺
项目概况
设计规模2.5万m3/d。变化系数1.42．
进水SS≤20 mg/L，出水SS≤10 mg/L．
3.4.4.3深度处理工艺比较
当前用于深度处理的滤池种类较多，如普通快滤池（四阀滤池）、双阀滤池，虹吸滤池、气水反冲洗V型滤池、纤维转盘式微过滤器池、连续砂过滤器等，其主要差别在于滤料级配及冲洗方式的不同，而二者之间又有着有机的联系。
普通快滤池从1840年问世以来，至今已有一百多年的历史，在国内城市水厂中应用较多，其滤料级配为传统的级配，截污能力不如均质滤料和双层滤料滤池，单独水反冲洗较气水反冲洗耗水量也大，由于污水处理厂沉淀出水中所含的SS粘性大、质轻且易碎，过滤过程中，污泥很快在滤料表面积聚，形成泥封，当加大水头时，污泥又很容易穿透滤层，因此普通快滤池不适合城镇市污水处理的深度处理。
V型气水反冲洗滤池的优点是截污能力强，采用气水反冲洗，反冲洗强度大，反冲洗彻底，清洗效果好；由于空气擦洗时粒间流速大，颗粒互相冲撞和摩擦作用强烈，清洗效率高，如果采用低速反冲洗，滤层不用流化，因而允许采用较粗粒径的滤料，另外由于反冲洗强度的大大降低，从而减少了反冲洗设备的容量，节约了大量的反冲洗水。
连续砂过滤器和纤维转盘式过滤器滤池作为新型的过滤工艺 ，它们有过滤水头损失小，占地面积小，运行费用低成本低、可连续运行、施工周期短等优点，因此在工程上引起了越来越多的用户的重视。
下面对V型气水反冲洗滤池、连续砂过滤器、纤维转盘式过滤器池（这里选用转盘滤池）进行详细的介绍和比较。
3.4.4.3.1．翻板V型滤池
V型滤池是快滤池的一种形式，因为其进水槽形状呈V字形而得名，也叫做均粒滤料滤池（其滤料采用均质滤料，即均粒径滤料），又叫六阀滤池因为在各种管路上有六个主要阀门，在底部采用带长柄滤头底板的排水系统，不用设砾石承托层。V型进水槽和排水槽分别设于滤池两侧，池子可沿着长的方向发展，布水均匀．反冲洗采用气水反冲洗．反冲洗效果好，大大节省了反冲洗的水量和电耗，整个滤料层在深度方向的粒径分布基本均匀，在反冲洗过程中滤料层不膨胀，不发生水力分级现象，保证深层截污，滤层含污能力高．
翻板滤池主体由滤池池体、滤料层、承托层、配水配气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。
V型滤池的工作过程
过滤过程：待滤水由进水总渠经进水和方孔后，溢过堰口再经恻孔进入被待滤水淹沿的V型槽，分别经槽底均布的配水孔和V型槽堰顶进入滤池。被均粒滤料层过滤的滤后水经长柄滤头流入底部空间，由方孔汇入气水分配管渠，再经管廊中的水封井，出水堰，清水渠流入清水池。
反冲洗过程：关闭进水阀，但有一部分进水仍从两恻常开的方孔流入滤池，由V型槽一侧流向排水渠一侧，形成表面扫洗。而后开启排水阀将池面水从排水槽中排出直至滤池水面与V型槽顶相平。反冲洗经常采用先气冲再气水同时反冲最后水冲三部；
（1）、气冲：打开进气阀，开启供气设备，空气经气水分配渠的上部小孔均匀进入滤池底部，由长柄滤头喷出，将滤料表面杂质擦洗下来并悬浮于水中，被表面扫洗水冲入排水槽，气冲时间在3~4分钟；　　　　　　　　　　　　　
（2）、气水同时反冲洗：在气冲的同时启动冲洗水泵，打开冲洗水阀，反冲洗水也进入气水分配渠，气、水分别经小孔和方孔流入滤池底部配水区，经长柄滤头均匀进入滤池，滤料得到进一步冲洗，表扫仍继续进行，时间在4~5分钟左右；
（3）、停止气冲，单独水冲，表扫仍继续，最后将水中杂质全部冲入反冲洗排水槽，时间在5分钟左右；
V型滤池的主要工艺参数
（1）、滤速可达到7~20m/h，一般为12.5~15.0m/h。
（2）、采用单层加厚均粒滤料，粒径一般为0.95~1.35mm，允许扩大到0.7~2.0mm，不均匀系数1.2~1.6或1.8之间。
（3）、对于滤速在7~20m/h之间的滤池，其滤层厚度在0.95~1.5m之间选用，对于更高的滤速还能够相应的增加。
（4）、每一块1m左右的低板约要用55个长柄滤头。
（5）、气冲强度在50~60m3/(h.m2)(13~16L/s.m2),清水冲洗
度为13~15 m3/(h.m2)(3.6~4.1L /s.m2),表面扫洗用原水，一般为5~8 m3/h.m2(1.4~2.2 L/s.m2)。
（6）滤层以上的水深一般大于1.2m，反冲洗时水位下降到排水槽顶，水深只有0.5m。
（7）、单格滤池采用两种宽度为2.4m及2.46m。
（8）、原水浊度要求最好不超过20度；（1）滤池池体
滤池池体的作用为处理水量和围档滤料，并承托滤料和配水配气装置的重量。滤池为长方形，钢筋混凝土结构。
（2）滤料
根据滤池进水水质与对出水水质要求的不同，可选择单层均质滤料或双层、多层滤料，亦可更改滤层中的滤料。
（3）承托层
承托层主要是为了支撑滤料，防止滤料流失和堵塞滤头，同时还能够保持反冲洗稳定进行。翻板滤池下有级配的砾石承托支，能有效地防止滤料从滤池底部流失。
（4）配水、配气系统
该型滤池的布气布水立管一般采用不锈钢管，配水配气横管采用PE塑料制作。配水、气横管的水平度施工中容易调整，使滤池的整个滤料层能均匀地进行反冲洗，去污效果好，避免了局部滤料结污结块现象，滤池的使用寿命较长，减少维护工作与运行费用。
翻板滤池反冲洗时，在集水管廊顶板下和异型横管内可同时形成两个均匀的气垫层，既保证了布气、布水的均匀性又能够避免气、水分配出现脉冲现象，影响反冲效果。
（6）反冲洗系统
反冲洗是经过运行时间、滤料层阻力损失、水质参数等来完成的，一般是由在线检测仪表将检测数据反馈给PLC，并由PLC系统来自动控制和操作。反冲洗系统由反冲洗水泵、反冲洗管道等组成。当滤池过滤阻力或出水水质中悬浮物超出设计要求时，即进行反冲洗以期滤池处理能力和处理效果。翻板滤池设置的反冲洗系统能够在需要时经过自动方式，采用适量的水、气对滤料进行有程序的清洗，把滤料上截留污物冲洗出滤池外，使滤池保持通畅、不堵塞，以保证污水处理传质效率及滤层中水、气的正常流通。
反冲洗采用气水联合冲洗。步骤如下：
a）当水头损失达2.0m时，关闭进水阀门，滤池继续过滤；
b）待池中水面降至近滤料层时（约高15cm），关闭出水阀门；
c）开反冲进气阀门，松动滤料层，摩擦滤料的截污物，强度为60m3/（m2·hr）；
d）历时2分钟后，再开反冲进水阀门，此时气冲强度仍为60m3/（m2·hr），水冲强度为12.5m3/（m2·hr）；
e）历时4.5分钟气水混冲后，关闭反冲进气阀门。同时开大反冲进水阀，使水冲强度达到60m3/（m2·hr）；
f）经2.0～2.5分钟高强度水冲后，关闭反冲进水阀门，此时池中水位约达最高运行水位；
g）静止20秒后开启反冲水排水舌阀（板），先开50％开启度，然后开100％开启度进行排水至反冲洗排水渠道，然后经过管道接入厂区污水管道；
h）一般在60～80秒内排完滤池中的反冲洗水，关闭排水舌阀。重复程序，再反冲洗一次。一般经过两次反冲洗后，滤料中含污率低于0．1kg/m3，而且附着在滤料上的小气泡也基本上被冲掉。然后开启进水阀门，待池中水位达一定高度时，开出水阀门，进入新一轮过滤周期。
（7）出水系统
翻板滤池出水经过反冲洗进水管的旁通管进入出水槽稳流后，进入滤池中间管廊下面的出水渠，出水渠末端经过出水总管至吸水井。
3.4.4.3.2．连续砂过滤器
连续砂过滤器基于逆流原理，原水经过位于设备底部的布水器进入过滤器，逆流过滤，经过滤后的清水由过滤器顶部溢流出水。截流污染物的脏砂从设备的锥形底部被空气提升泵被运送到顶部的洗砂器，经紊流作用和机械作用使污染物从活性砂中分离出来，杂质经过清洗水口排出，净砂返回砂床，完成一个清洗循环需时约16小时。
连续砂过滤器由罐体，布水器，导砂斗，洗砂器和气提升泵器等装置组成。
该系统特点：
（1）效率高，24小时连续工作，无需停机反冲洗；
（2）运行费用低；
（3）运行中无机械传动部件，故障率低，维护操作简单；
（4）不需单设混凝池、澄清池、缓冲水池等设施，不需反冲洗泵和电动、气动阀门等设备，工程量小，一次性投资省；
（5）采用单级滤料且滤料清洁及时，水头损失约为0.5m；
（6）进水水质要求宽松，可长期承受SS150mg/L进水水质，短时承受SS400mg/L冲击；
（7）出水效果稳定，无周期性水质波动现象；
（8）活性砂过滤器采用单元操作方式，可根据水量变化灵活增加过滤器数量，易于改扩建；
（9）化学药剂消耗量降低30％以上。
3.4.4.3.3．纤维转盘式微过滤器滤池
纤维转盘安装在特别设计的混凝土滤池内，它的作用在于去除污水中以悬浮状态存在的各种杂质，提高污水处理厂出水水质，使处理水SS达到一级A标准。
转盘式微过滤器纤维转盘滤池的运行状态包括：过滤状态、反冲洗排泥状态。
过滤：待过滤污水经过重力落差从中央进水管路流入转筒式配水装置进入过滤转盘的内胆，然后经过聚酯滤布，从而使污水中的悬浮物被分离和聚集在滤布的内侧。整个过滤其间，过滤转盘处于静态。
反冲洗排泥：污水中杂质污泥收集于滤布内侧，逐步形成污泥层。随着滤布上污泥的积聚，滤布过滤阻力增加，滤池水位逐渐升高。经过液位计监测池内液位变化，当该池内液位达到清洗（高水位）时，PLC即可启动反冲洗水泵，开始反冲洗过程。反冲洗水泵抽取滤后水采用高压伞状喷射系统对滤布进行自外对内的冲洗，从而将堆积在滤布内表面的脏物清除。反冲洗时，滤池可连续过滤。清洗期间，过滤转盘以1～3转/分钟的速度旋转。反冲洗后的含污泥的水，被收集于中心的污泥槽中，在重力作用下，经过排泥管排出，返回到厂区预处理系统进行处理。反冲洗的次数和历时可调。
纤维转盘滤池由进水配水管装置、滤布滤盘、反冲洗及排泥系统、驱动装置、自动化控制系统组成。
（1）进水配水管装置
每台转盘滤布过滤装置都有一套中心进水配水装置，包括一个304不锈钢中心进水管路、配水转筒、联动轮齿、联动链条、转动轴承、密封件等装配组件。中心配水转筒内的上端设有一个收集排污槽。所有的主体部件都采用304不锈钢。
所有过滤原水经过重力落差从中央进水管路流入转筒式配水装置进入过滤转盘的内胆。
（2）滤布滤盘
每台转盘滤布过滤装置装有多个滤布滤盘，每个滤布盘由多块独立的扇形分片组成。滤布/扇形框的装配构造可使得每一个扇形分片都能够比较容易的从中心管道上移开，并允许在装置顶端移动和更换扇形分片，从而方便滤布的更换。
过滤器过滤时，过滤装置在静止状态下工作，没有移动部件。过滤系统在滤布内表面为过滤迎水面具有有效收集污物的功能，并允许清洗系统由滤布外侧面向内侧对其进行不直接接触的冲洗。滤后水能够用来直接进行反冲洗。
过滤器的滤水流程路线从内到外，反冲洗的流程是由外到内，被反冲洗下来的污染物不污染过滤原水而被单独排出，接入厂内污水系统重新处理。对滤布实行反冲洗时，不影响过滤器的出水运行。
滤布是由有聚酯材料编织而成。滤布的网孔直径为 10 微米，从而可将大于10微米悬浮物、细小颗粒污物截留。滤布的使用寿命应不低于5年。
（3）反冲洗及排泥系统
（a）反冲洗系统功能
反冲的功能是使用泵抽取滤后水经过对滤布自外对内的冲洗，从而将堆积在滤布内表面的脏物清除。
为保证清洗效果和节约用水，采用高压伞状喷射系统清除滤布内侧截留物，且喷射系统能够上下进行移动。反冲次数和历时可调，正常的自清洗和淤泥清除过程中，不影响微过滤机的过滤流程。
（b）反冲洗系统组成
由反冲洗装置、污物收集槽、排泥管道，反冲泵组成。外部管道系统包括反冲电磁阀，反冲装置包括不锈钢反冲管、不锈钢污泥收集管。
反冲洗系统根据过滤水头自动冲洗或定时反冲洗，同时能够手动进行反冲洗操作。自动反冲洗系统应保证被截留的悬浮物和细小颗粒污染物能够被充分的清理干净。
（4）驱动装置
转盘式微过滤器应包括一个可变频调速的驱动装置，驱动装置由齿轮箱、驱动齿、驱动链和一个304不锈钢的链条罩组成，齿轮箱为大扭矩斜散齿型，驱动电机电源380V/50Hz/3相交流电。
（5）自控控制系统
转盘式微过滤器在过滤系统的操作中可实行自动控制和手动控制相结合。控制系统按照工艺设计要求监视和控制设备运转。
系统采用PLC控制,为国际知名品牌， 配带触摸屏。可经过触摸屏上功能键手动开启/关闭各驱动部件; 自带检测系统，系统故障时提供信号，故障复原; 可在触摸屏内文字显示操作/故障信号, 运转工作时间等.可显示总运转工作小时数, 自由设置时间控制参数.
纤维转盘式微过滤器池有如下特点：
（1）处理效果好。转盘式微过滤器纤维转盘滤池采用聚酯滤布，滤布孔径为10微米，可截留粒径小于10微米（μm）微小颗粒，从而保证了出水水质及出水稳定性。
（2）连续运行。反冲洗的同时可连续过滤。
（3）反冲洗耗水量低。系统排污量小，清洗效果好．反冲洗耗水量为总进水量的1％，远远小于是砂滤池的反冲洗水量。
（4）运行全自动化控制。过滤、反冲洗等全由程序控制，并设有多重保护，日常不需专人操作管理。
（5）水头损失小。一般为0.05～0.2m，不超过0.3m。
（6）运行费用低。不考虑除磷，运行费用约为0.0061元/吨水。
（7）装机功率低。
（8）占地面积小。过滤转盘垂直设计，很小的占地面积就具有很大的过滤面积。
（9）设计和施工周期短。纤维转盘式微过滤器池整体模块化，设计和施工方便并快捷；而且扩建容易。
3.4.4.4．过滤工艺确定
下表为为太仓市南郊污水处理厂远期6.0万m3/d时，三种过滤形式的特点比较如下：

三种过滤形式比较对照表 表3-4

V型翻板滤池
连续砂过滤器
纤维转盘式微过滤器池
配套建（构）筑物
需建反冲洗泵房和反冲洗鼓风机房、吸水井
不需要建混凝池，澄清池，反冲洗泵房和反冲洗鼓风机房、吸水井等．
不需要建反冲洗泵房和反冲洗鼓风机房、吸水井
过滤介质优缺点
采用均质石英砂滤料，过滤效果好，但由于污水厂二沉池出水含大量的微生物和细菌，滤池运行时间长了易滋生藻类致使滤料板结，不易冲洗干净，从而影响出水水质
采用均质石英砂滤料，连续洗砂，始终保持了滤料较清洁，过效效果较好．
采用聚酯纤维滤布，滤布孔径为10微米，可截留小于10微米的微小颗粒．该滤布为环保抗藻型设计，无毒，无污染，无须化学清洗，不易挂膜，出水稳定且水质好．
反冲洗水量
大
中大
小（进水流量的1％）
反冲洗时
需停机
不需停机
不需停机
占地面积
大
中
小
截污能力
大
大
一般
水头损失
大
中（约0.8m）
小（不超过0.3m）
设计和施工周期
长
短
短
施工难度
池型内部结构复杂，配水布气系统精度要求高，施工安装难度大
一体化设备施工安装简单.
工程施工和设备安装简单.
对进水SS要求
≤150mg/l
≤150mg/l
≤60mg/l
耐冲击负荷
强
强
相对较弱
扩容难度
扩容难度大　
易于改扩建
增加处理容量的潜能大，易于改扩建
运行管理维护
运行管理复杂，要求管理人员的素质较高，反冲洗操作复杂，特别是手动操作时，而且一旦出现问题，维护比较困难．运行的设备较多，维护保养费高．　
运行管理方便；运行过程中无任何转动部件,故障率低,维护费用低.

运行管理方便,普通管理人员就可操作.运行设备少，维护费用低．
工程直接投资
高1100万元
高1450万元
低950万元（免税情况下）
运行费用成本
高大
高中
非常低小
根据上述技术经济比较，结合本项目对SS的去除要求，在确保出水的SS的达标排放的前提下，纤维转盘式微过滤器池还具有工程投资低、运行成本低等明显的优点，且已在国外普遍使用，国内也有成功运用的案例，技术成熟可靠。因此本项目初期初步设计阶段暂考虑推荐纤维转盘式过滤器滤池作为本工程的深度处理的过滤工艺，但最终采用何种形式的过滤，则须在施工图设计之前，经业主和相关设计人员进行深入的调查研究之后另行确定。