污水深度处理中纤维滤池与V型砂滤池性能的比较研究

董辉+周小红+施汉昌

摘 要：随着污水排放标准的提高，污水深度处理技术越来越受到重视。过滤是污水深度处理中的核心技术之一，其性能的优劣直接影响到处理出水中的悬浮固体浓度（SS）和总磷浓度（TP）。本文研究了在低浊度（5NTU）和高浊度（15NTU）两种进水条件下纤维滤池和V型砂滤池的过滤效果，并提出了处理出水水质达到一级A排放标准时滤池的优化运行条件。

关键词：污水处理、纤维滤池、V型砂滤池、出水水质

滤池是深度处理的重要单元，对于出水SS达标、强化颗粒性磷的去除、降低SS和浊度对紫外消毒的影响等方面都发挥着重要作用[1][2]，因此优化滤池的运行参数，进一步提高滤池的运行效果对于城镇污水处理厂一级A达标排放具有重要的意义。

1、高效纤维滤池的运行优化

本研究根据污水处理厂的高效纤维滤池实际运行情况，结合实验结果，对高效纤维滤池进行了不同恒水位等滤速过滤和滤池运行周期的优化实验。纤维滤池是重力滤池，滤料采用纤维束软填料，滤料纤维的直径约为几微米～几十微米，由于纤维直径微小，可以增大滤料的比表面积，增大滤料与水中悬浮物的接触面积，加强了滤料的吸附能力，提升了截污容量和过滤效率[3]。纤维滤池具有配水均匀、池形布置紧凑、自动化控制程度高的优点。

（1）过滤液位的优化

滤池运行参数如表1所示。实验优化方法：同时采取相同进水水量和不同进水水位，以0.5m和1.0m两组恒液位作为对照，研究控制恒液位精度和出水水质。每种恒定液位从滤池中选取两组进行实验，分别是2#滤池和8#滤池（设定恒液位0.5m），4#滤池和6#滤池（设定恒液位1.0m），进出水数据如表2所示。

实验过程中恒液位控制情况下液位上下偏差均小于7cm，在进水水质相同的条件下，0.5m恒液位下的出水浊度略好于1.0m条件下的水质，这是因为在水质和纤维滤料堵塞相近的状态下，进水水位越高，产生的水压越高，出水流速就越快，所以恒水位控制得低，相对应流速也会低，有利于出水阀门的调控，可更加有效地控制出水流量，使滤池液位保持平稳，降低对滤池滤料的冲击影响，提高出水水质。

（2）运行周期的优化

对滤池水量满负荷状态下进行研究：滤池滤速达到设计滤速15m/h，然后分别探讨进水浊度在5NTU以下时和进水浊度在15NTU时候的运行周期，从而能更好地指导滤池实际运行时反冲洗参数的设置。

a.低浊度满负荷进水

选取2个滤池，做24h运行研究，滤池滤速达到设计值15m/h，滤池进水浊度稳定在5NTU左右，且24h只反冲洗一次，采用气脉冲清洗，清洗时间15min，其中气脉冲间歇1min，共脉冲11min，其它4min为初期水洗和后期水洗时间。然后观察滤池进出水水质，运行结果见表3。

在进水浊度为5NTU的情况下，滤池出水浊度从当日早上4点反冲洗后逐渐增加，在第二天凌晨1：00达到最大值，接近3NTU，根据化验数据和相关实验得知在低浊度时，SS=2.0倍浊度+2，此时的SS浓度已经处于10mg/L排放标准的临界线。因此，纤维滤池在低浊度水量满负荷运行时，可以24h为一个运行周期，自耗水率为2.4%。

b.高浊度满负荷进水

选取2个滤池，做10h运行研究，滤池滤速达到设计值15m/h，进水浊度在15NTU左右。只反冲洗一次后观察进出水的浊度变化，采用气脉冲清洗，清洗时间15min，其中气脉冲间歇1min，共脉冲11min，其它4min为初期水洗和后期水洗时间。运行结果见表4。

在进水浊度15NTU以上的高污染水质情况下，滤池出水浊度从上午8点反冲洗后逐渐增加，在下午15：00高于5NTU，根据化验数据和相关实验得知，SS浓度已超过排放标准的上限值，若要保证出水水质在达标范围内，可以把运行周期控制在7～9小时内，最好把反冲洗周期定为6h。

2、V型砂滤池的运行优化

根据污水处理厂的V型砂滤池实际运行情况，结合模拟实验结果，对滤池同液位下不同流速、反冲洗周期、各阶段反冲洗时间从出水COD、SS及浊度效果几个方面进行实验调整，最终得出V型砂滤池的最佳运行参数。

V型砂滤池日处理污水5万m3，二沉池出水全部进入滤池，滤池设计流速8.7m/h，设计过滤周期24h，反洗方式：水气联合反洗，反冲洗水强度5L/m2，表面扫洗强度1.7L/m2·s，反洗气强度15L/m2·s。滤池进水水质见表5。

（1）滤速的优化

在相同的过滤液位（0.85m）下选取8m/h（设计滤速），10m/h和16m/h三种不同的进水滤速来考察滤池在不同滤速下的处理效果。具体实验过程是：调整流速为8m/h，在一个反冲洗周期内，每6h取一次进、出水水样，分别测COD、SS及浊度，比较处理效果。然后依次增大进水滤速至10m/h，16m/h进行重复试验。

图1和图2分别为三种进水滤速下，一个过滤周期内对COD、TP、SS及浊度的处理效果。

如图1所示进水滤速在10m/h以下时，COD去除率一般在20%以上。当进水滤速增大为16m/h时，在过滤周期的中后期COD去除率开始迅速下降直至减少为0%。图2对比了三种进水滤速对SS的去除效果。由实验结果可知，滤速为8m/h和10m/h时，SS的去除结果基本一样，并且一直维持在90%以上较高的去除率，但当进水滤速提高到16m/h时，SS去除率显著降低，并且随过滤时间的增加而不断降低，在过滤周期的后期导致出水SS有可能超过排放标准。

从以上实验结果可以看出，V型砂滤池在超过设计流速30%的冲击负荷下，仍可以达到较好的过滤效果，超过此负荷，会出现过滤效果不合格的现象，因此，在日常运行中，滤池进水滤速要保持在8m/h～10 m/h之间。

（2）反冲洗周期的优化

将滤池的反冲洗周期由设定的24h延长至36h，每6h取一次进、出水水样，分别测COD、SS及浊度，比较去除效果，结果如图3和图4所示。

由图3和图4可知，在时长为36h的过滤周期内，过滤周期20h之内，COD和SS去除率较高，保持在90%以上，在20h～25h的区间内出现明显下降，所以单纯从污染物去除效率角度考虑，选取过滤时间为20h作为过滤周期较为合理。

（3）反冲洗程序的优化

将反冲洗气洗、水气联洗、水洗时间分别定为：a.气洗2min，水气联洗3min，水洗2min;b.气洗3min，水气联洗4min，水洗3min;c.气洗4min，水气联洗5min，水洗4min三种情况，通过测反洗结束后至过滤周期内的出水COD、SS及浊度来确定最佳参数。运行结果如图5和图6所示。

从图5和图6可以看出，当反冲洗各阶段时间改变后，去除率在过滤初期开始就有明显差别，其中，反冲洗a，也就是三段时间分别为2min，3min，2min的情况在过滤中后期过滤效果明显下降，出水不合格，而反冲洗b和反冲洗c相比，虽然效果上是反冲洗c较好，但反冲洗b的出水同样能够达标，所以从节能降耗的角度来看，我们确定滤池反冲洗三阶段的最优时间为：气洗3min，气水联洗4min，水洗3min。

依据实验结果，最终将V型砂滤池的进水流速定为10m/h，反冲洗周期定为20h，反冲洗各阶段时间气洗3min，气水联洗4min，水洗3min。从目前的实际运行结果来看，出水水质可以稳定达到一级A出水标准。

3、高效纤维滤池与V型砂滤池运行效果比较

两座污水处理厂的V型砂滤池和高效纤维滤池在相同进水水质（进水浊度为5～6NTU）和不同滤速条件下，比较了两者的过滤效果。实验结果如图7和图8所示。

从图7和图8的试验结果可知，高效纤维滤池滤速为10m/h、20m/h、30m/h、40m/h的有效过滤周期分别为47h、23h、15h和12h，V型砂滤池滤速为6m/h、8m/h、10m/h、16m/h的有效过滤周期分别为29 h、25h、17h和11h。高效纤维滤池与V型砂滤池相比，具有滤速大的特点，相同过滤周期（24h）下，高效纤维滤池的滤速基本是砂滤池的2-3倍。由于滤料和滤层结构的原因，同滤速下高效纤维滤池的过滤效果要好于V型砂滤池，特别是随着过滤周期的增长而越发明显。

4 结论

通过上述实验和分析比较了高效纤维滤池和V型砂滤池的特点，得到以下结论。

（1）纤维滤池以0.48m的恒液位运行，在低浊度（5NTU）时运行周期为24h和高浊度（15NTU）时运行周期为6h，可以取得较好的出水水质。

（2）砂滤池的滤速为10m/h，反冲洗周期为20 h，反冲洗各阶段时间：气洗3min，气水联洗4min，水洗3 min的运行工况可以取得良好的处理效果。

（3）高效纤维滤池流速大，截污量大、维护成本略高，适用于进水量大，需要截污量多的大型污水处理厂深度处理工艺。V型砂滤池流速较低，运行维护简单经济，适用于进水量相对较小，滤速较低的中小型污水处理厂深度处理工艺。

参考文献

[1] 白明. 纤维束滤池在城市污水处理厂中的应用研究. 给水排水， 2009， 143-146.

[2] 王瑞. 高效纤维滤池用于SBR工艺后城市污水深度处理. 中国给水排水， 2013（18）：116-119.

[3] 吴敬东. 纤维束过滤技术在污水厂提标改造中的应用. 中国资源综合利用， 2010， 28（7）：60-62.