污水深度處理中纖維濾池與V型砂濾池性能的比較研究

董輝+周小紅+施漢昌

摘 要：隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水深度處理技術(shù)越來越受到重視。過濾是污水深度處理中的核心技術(shù)之一，其性能的優(yōu)劣直接影響到處理出水中的懸浮固體濃度（SS）和總磷濃度（TP）。本文研究了在低濁度（5NTU）和高濁度（15NTU）兩種進(jìn)水條件下纖維濾池和V型砂濾池的過濾效果，并提出了處理出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)濾池的優(yōu)化運(yùn)行條件。

關(guān)鍵詞：污水處理、纖維濾池、V型砂濾池、出水水質(zhì)

濾池是深度處理的重要單元，對(duì)于出水SS達(dá)標(biāo)、強(qiáng)化顆粒性磷的去除、降低SS和濁度對(duì)紫外消毒的影響等方面都發(fā)揮著重要作用[1][2]，因此優(yōu)化濾池的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)一步提高濾池的運(yùn)行效果對(duì)于城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A達(dá)標(biāo)排放具有重要的意義。

1、高效纖維濾池的運(yùn)行優(yōu)化

本研究根據(jù)污水處理廠的高效纖維濾池實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)高效纖維濾池進(jìn)行了不同恒水位等濾速過濾和濾池運(yùn)行周期的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。纖維濾池是重力濾池，濾料采用纖維束軟填料，濾料纖維的直徑約為幾微米～幾十微米，由于纖維直徑微小，可以增大濾料的比表面積，增大濾料與水中懸浮物的接觸面積，加強(qiáng)了濾料的吸附能力，提升了截污容量和過濾效率[3]。纖維濾池具有配水均勻、池形布置緊湊、自動(dòng)化控制程度高的優(yōu)點(diǎn)。

（1）過濾液位的優(yōu)化

濾池運(yùn)行參數(shù)如表1所示。實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方法：同時(shí)采取相同進(jìn)水水量和不同進(jìn)水水位，以0.5m和1.0m兩組恒液位作為對(duì)照，研究控制恒液位精度和出水水質(zhì)。每種恒定液位從濾池中選取兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別是2#濾池和8#濾池（設(shè)定恒液位0.5m），4#濾池和6#濾池（設(shè)定恒液位1.0m），進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)如表2所示。

實(shí)驗(yàn)過程中恒液位控制情況下液位上下偏差均小于7cm，在進(jìn)水水質(zhì)相同的條件下，0.5m恒液位下的出水濁度略好于1.0m條件下的水質(zhì)，這是因?yàn)樵谒|(zhì)和纖維濾料堵塞相近的狀態(tài)下，進(jìn)水水位越高，產(chǎn)生的水壓越高，出水流速就越快，所以恒水位控制得低，相對(duì)應(yīng)流速也會(huì)低，有利于出水閥門的調(diào)控，可更加有效地控制出水流量，使濾池液位保持平穩(wěn)，降低對(duì)濾池濾料的沖擊影響，提高出水水質(zhì)。

（2）運(yùn)行周期的優(yōu)化

對(duì)濾池水量滿負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行研究：濾池濾速達(dá)到設(shè)計(jì)濾速15m/h，然后分別探討進(jìn)水濁度在5NTU以下時(shí)和進(jìn)水濁度在15NTU時(shí)候的運(yùn)行周期，從而能更好地指導(dǎo)濾池實(shí)際運(yùn)行時(shí)反沖洗參數(shù)的設(shè)置。

a.低濁度滿負(fù)荷進(jìn)水

選取2個(gè)濾池，做24h運(yùn)行研究，濾池濾速達(dá)到設(shè)計(jì)值15m/h，濾池進(jìn)水濁度穩(wěn)定在5NTU左右，且24h只反沖洗一次，采用氣脈沖清洗，清洗時(shí)間15min，其中氣脈沖間歇1min，共脈沖11min，其它4min為初期水洗和后期水洗時(shí)間。然后觀察濾池進(jìn)出水水質(zhì)，運(yùn)行結(jié)果見表3。

在進(jìn)水濁度為5NTU的情況下，濾池出水濁度從當(dāng)日早上4點(diǎn)反沖洗后逐漸增加，在第二天凌晨1：00達(dá)到最大值，接近3NTU，根據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)得知在低濁度時(shí)，SS=2.0倍濁度+2，此時(shí)的SS濃度已經(jīng)處于10mg/L排放標(biāo)準(zhǔn)的臨界線。因此，纖維濾池在低濁度水量滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可以24h為一個(gè)運(yùn)行周期，自耗水率為2.4%。

b.高濁度滿負(fù)荷進(jìn)水

選取2個(gè)濾池，做10h運(yùn)行研究，濾池濾速達(dá)到設(shè)計(jì)值15m/h，進(jìn)水濁度在15NTU左右。只反沖洗一次后觀察進(jìn)出水的濁度變化，采用氣脈沖清洗，清洗時(shí)間15min，其中氣脈沖間歇1min，共脈沖11min，其它4min為初期水洗和后期水洗時(shí)間。運(yùn)行結(jié)果見表4。

在進(jìn)水濁度15NTU以上的高污染水質(zhì)情況下，濾池出水濁度從上午8點(diǎn)反沖洗后逐漸增加，在下午15：00高于5NTU，根據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)得知，SS濃度已超過排放標(biāo)準(zhǔn)的上限值，若要保證出水水質(zhì)在達(dá)標(biāo)范圍內(nèi)，可以把運(yùn)行周期控制在7～9小時(shí)內(nèi)，最好把反沖洗周期定為6h。

2、V型砂濾池的運(yùn)行優(yōu)化

根據(jù)污水處理廠的V型砂濾池實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)濾池同液位下不同流速、反沖洗周期、各階段反沖洗時(shí)間從出水COD、SS及濁度效果幾個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)整，最終得出V型砂濾池的最佳運(yùn)行參數(shù)。

V型砂濾池日處理污水5萬m3，二沉池出水全部進(jìn)入濾池，濾池設(shè)計(jì)流速8.7m/h，設(shè)計(jì)過濾周期24h，反洗方式：水氣聯(lián)合反洗，反沖洗水強(qiáng)度5L/m2，表面掃洗強(qiáng)度1.7L/m2·s，反洗氣強(qiáng)度15L/m2·s。濾池進(jìn)水水質(zhì)見表5。

（1）濾速的優(yōu)化

在相同的過濾液位（0.85m）下選取8m/h（設(shè)計(jì)濾速），10m/h和16m/h三種不同的進(jìn)水濾速來考察濾池在不同濾速下的處理效果。具體實(shí)驗(yàn)過程是：調(diào)整流速為8m/h，在一個(gè)反沖洗周期內(nèi)，每6h取一次進(jìn)、出水水樣，分別測(cè)COD、SS及濁度，比較處理效果。然后依次增大進(jìn)水濾速至10m/h，16m/h進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。

圖1和圖2分別為三種進(jìn)水濾速下，一個(gè)過濾周期內(nèi)對(duì)COD、TP、SS及濁度的處理效果。

如圖1所示進(jìn)水濾速在10m/h以下時(shí)，COD去除率一般在20%以上。當(dāng)進(jìn)水濾速增大為16m/h時(shí)，在過濾周期的中后期COD去除率開始迅速下降直至減少為0%。圖2對(duì)比了三種進(jìn)水濾速對(duì)SS的去除效果。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，濾速為8m/h和10m/h時(shí)，SS的去除結(jié)果基本一樣，并且一直維持在90%以上較高的去除率，但當(dāng)進(jìn)水濾速提高到16m/h時(shí)，SS去除率顯著降低，并且隨過濾時(shí)間的增加而不斷降低，在過濾周期的后期導(dǎo)致出水SS有可能超過排放標(biāo)準(zhǔn)。

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，V型砂濾池在超過設(shè)計(jì)流速30%的沖擊負(fù)荷下，仍可以達(dá)到較好的過濾效果，超過此負(fù)荷，會(huì)出現(xiàn)過濾效果不合格的現(xiàn)象，因此，在日常運(yùn)行中，濾池進(jìn)水濾速要保持在8m/h～10 m/h之間。

（2）反沖洗周期的優(yōu)化

將濾池的反沖洗周期由設(shè)定的24h延長(zhǎng)至36h，每6h取一次進(jìn)、出水水樣，分別測(cè)COD、SS及濁度，比較去除效果，結(jié)果如圖3和圖4所示。

由圖3和圖4可知，在時(shí)長(zhǎng)為36h的過濾周期內(nèi)，過濾周期20h之內(nèi)，COD和SS去除率較高，保持在90%以上，在20h～25h的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)明顯下降，所以單純從污染物去除效率角度考慮，選取過濾時(shí)間為20h作為過濾周期較為合理。

（3）反沖洗程序的優(yōu)化

將反沖洗氣洗、水氣聯(lián)洗、水洗時(shí)間分別定為：a.氣洗2min，水氣聯(lián)洗3min，水洗2min;b.氣洗3min，水氣聯(lián)洗4min，水洗3min;c.氣洗4min，水氣聯(lián)洗5min，水洗4min三種情況，通過測(cè)反洗結(jié)束后至過濾周期內(nèi)的出水COD、SS及濁度來確定最佳參數(shù)。運(yùn)行結(jié)果如圖5和圖6所示。

從圖5和圖6可以看出，當(dāng)反沖洗各階段時(shí)間改變后，去除率在過濾初期開始就有明顯差別，其中，反沖洗a，也就是三段時(shí)間分別為2min，3min，2min的情況在過濾中后期過濾效果明顯下降，出水不合格，而反沖洗b和反沖洗c相比，雖然效果上是反沖洗c較好，但反沖洗b的出水同樣能夠達(dá)標(biāo)，所以從節(jié)能降耗的角度來看，我們確定濾池反沖洗三階段的最優(yōu)時(shí)間為：氣洗3min，氣水聯(lián)洗4min，水洗3min。

依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終將V型砂濾池的進(jìn)水流速定為10m/h，反沖洗周期定為20h，反沖洗各階段時(shí)間氣洗3min，氣水聯(lián)洗4min，水洗3min。從目前的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來看，出水水質(zhì)可以穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)。

3、高效纖維濾池與V型砂濾池運(yùn)行效果比較

兩座污水處理廠的V型砂濾池和高效纖維濾池在相同進(jìn)水水質(zhì)（進(jìn)水濁度為5～6NTU）和不同濾速條件下，比較了兩者的過濾效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7和圖8所示。

從圖7和圖8的試驗(yàn)結(jié)果可知，高效纖維濾池濾速為10m/h、20m/h、30m/h、40m/h的有效過濾周期分別為47h、23h、15h和12h，V型砂濾池濾速為6m/h、8m/h、10m/h、16m/h的有效過濾周期分別為29 h、25h、17h和11h。高效纖維濾池與V型砂濾池相比，具有濾速大的特點(diǎn)，相同過濾周期（24h）下，高效纖維濾池的濾速基本是砂濾池的2-3倍。由于濾料和濾層結(jié)構(gòu)的原因，同濾速下高效纖維濾池的過濾效果要好于V型砂濾池，特別是隨著過濾周期的增長(zhǎng)而越發(fā)明顯。

4 結(jié)論

通過上述實(shí)驗(yàn)和分析比較了高效纖維濾池和V型砂濾池的特點(diǎn)，得到以下結(jié)論。

（1）纖維濾池以0.48m的恒液位運(yùn)行，在低濁度（5NTU）時(shí)運(yùn)行周期為24h和高濁度（15NTU）時(shí)運(yùn)行周期為6h，可以取得較好的出水水質(zhì)。

（2）砂濾池的濾速為10m/h，反沖洗周期為20 h，反沖洗各階段時(shí)間：氣洗3min，氣水聯(lián)洗4min，水洗3 min的運(yùn)行工況可以取得良好的處理效果。

（3）高效纖維濾池流速大，截污量大、維護(hù)成本略高，適用于進(jìn)水量大，需要截污量多的大型污水處理廠深度處理工藝。V型砂濾池流速較低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，適用于進(jìn)水量相對(duì)較小，濾速較低的中小型污水處理廠深度處理工藝。

參考文獻(xiàn)

[1] 白明. 纖維束濾池在城市污水處理廠中的應(yīng)用研究. 給水排水， 2009， 143-146.

[2] 王瑞. 高效纖維濾池用于SBR工藝后城市污水深度處理. 中國(guó)給水排水， 2013（18）：116-119.

[3] 吳敬東. 纖維束過濾技術(shù)在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用. 中國(guó)資源綜合利用， 2010， 28（7）：60-62.