污水深度处理中滤布滤池工艺设计方案探讨

张武刚

(上海禾元环保集团有限公司，上海 201204)

随着经济发展和生活水平提高，对污水处理设施的建设需求日益增长。《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)和《城市污水再生利用》系列标准实施以来，对污水厂新建、污水厂提标改造、城镇污水再生利用要求水质逐步提高。目前我国污水处理建设已经由“规模增长”向“提质增效”转变，由“污水处理”向“再生利用”转变。

污水处理和再生利用标准中对悬浮物或浊度指标有要求，过滤是达标排放或再生利用的关键技术。过滤是借助过滤材料分离废水中杂质的一种技术，分为颗粒材料过滤和多孔材料过滤两大类。水处理和再生利用领域常用的过滤技术有以下几种：粒状滤料滤池(如V型滤池)、滤布滤池(如纤维转盘滤池)、纤维束滤池(如D型滤池)、连续过滤砂滤池(如连续流砂滤池)、膜过滤(如超滤)、滤芯过滤(如PP过滤器)、叠片盘式过滤、滤袋过滤等，关于各种过滤技术的应用和比较，文献中已有报道[1-4]。其中，滤布滤池是利用一定孔径的滤布过滤以去除悬浮固体，主要使水中悬浮物、浊度指标达到污水排放或再生利用标准。关于滤布滤池的特点和比较在各种文献中已有相关报道[5-6]。

本文主要从设计及设备选型方面对滤布滤池进行介绍，总结设计参数并提出设计要点，结合滤布滤池在深圳福田污水处理厂的应用，详细介绍了滤布滤池在污水深度处理工程中的设计与选型参数。

1 过滤机理、类型比选及运行过程

1.1 过滤机理

按照Elsevier出版的过滤器和过滤手册(filters and filtration handbook)对过滤机理的分类，滤布滤池的过滤机理主要有表面筛滤(surface straining)和深层粗滤(depth straining)两种。表面筛滤是指尺寸大于介质空隙的颗粒沉淀于截留表面；深层粗滤是指颗粒进入介质的深部，并依靠深部流道尺寸小于颗粒尺寸来截留颗粒。

1.2 类型比选

根据以上两种过滤机理，滤布滤池常用的过滤介质分为以下两类。

纤维织物/丝网滤布类：不锈钢丝网或聚酯丝网是由不锈钢丝或聚酯丝编织成的空隙为微米级别的滤网，其过滤原理是通过空隙进行表面筛滤，属于表面过滤。不锈钢丝网滤布寿命可达10～15年，聚酯丝网滤布寿命相对较短，二者均没有过滤深度，过滤水位上升快，冲洗频繁。

纤维毛类：纤维毛滤布是由聚酯支撑和尼龙纤维堆织而成，滤布孔径为10 μm，属于表面过滤。过滤时纤维毛无规则搭接，纤维毛间可以形成3～5 mm过滤深度，形成致密的纤维过滤层，提高了介质的纳污能力，过滤水位上升相对较慢，但纤维毛滤布不适用于含纤维状悬浮物的污水过滤。

滤布滤池按过滤器工作原理分为外进水和内进水两种。外进水是进水重力流通过滤布，悬浮物被截留在滤布外侧，滤液从滤布内侧流出，滤盘100%浸没在水中；内进水是进水重力流进入滤盘内，悬浮物被截留在滤布内侧，滤液从滤布外侧流出，整个过程滤盘浸没面积为40%～60%。从国内最早运行的过滤示范工程无锡城北污水处理厂和无锡芦村污水处理厂来看，相比外进水过滤方式，内进水过滤有效过滤面积小，反冲洗效果稍差，占地面积稍大，故障率高。

滤布滤池按冲洗方式分为反抽吸冲洗和高压水喷头冲洗两种形式。反抽吸冲洗是通过吸盘将滤液从滤布内侧反抽吸至滤布外侧，反抽吸水带走滤布外表面的颗粒物，恢复滤布过滤能力，冲洗压力为7～15 m，是目前常用的冲洗方式；高压水喷头冲洗是高压水喷头从滤布外高压喷洗，将滤布内测的颗粒物冲洗下来，冲洗压力可达70～80 m，常用于内进水类型滤布滤池。

滤布滤池按滤盘外形分为圆形(多边形)、竖片形(菱形)、异形(星形、折扇形、半圆形、转筒形、辐流式)。圆形(多边形)滤盘，单个滤盘由多个独立分片组合为一个盘片，盘片固定在中心桶上，是目前应用最多的一种形式，技术最为成熟；竖片形(菱形)滤池最大特点是水下无转动部件，反洗采用桁车式行走装置，池形布置灵活，目前标准化设备少，应用相对较少；异形滤池主要包括星形、折扇形、半圆形、辐流式等，其中星形、折扇形、半圆形一般配合内进水型滤池使用，辐流式一般结合二沉池使用，异形滤池在国内很少应用。

对国内成功运行的滤布滤池进行考察，发现采用圆形外进水纤维毛滤布滤池处理效果好、占地面积小、运行稳定、故障率低，是应用最多的滤布滤池类型。

1.3 运行过程

滤布滤池采用重力流连续过滤方式，以圆形外进水纤维毛滤布滤池为例介绍滤布滤池的运行过程。滤布滤池的运行过程包括：过滤、反冲洗、排泥三个状态。

过滤：进水通过布水堰进入滤池，进水由滤布外侧进入，悬浮物被截留在滤布外侧，滤液通过中空管收集，经出水堰排出滤池；过滤期间，滤盘处于静止状态，有利于污泥沉积。

清洗：过滤过程颗粒物附着于滤布外侧，逐渐形成污泥层，过滤阻力增加，滤池水位逐渐升高，通过传感器监测液位变化，当液位达到清洗设定值或设定清洗时间间隔时，启动反冲洗泵，开始清洗；清洗期间，滤盘低速转动，反冲洗泵负压抽吸滤布表面，吸除滤布上积聚的颗粒物，抽吸水清洗滤布，瞬时冲洗面积约1%，反冲洗盘间歇运行，其他未清洗盘继续进行过滤过程，清洗过程交替进行，直至对所有滤盘全部冲洗，恢复过滤过程。

排泥：滤布滤池一般设有斗形池底，池底设有排泥管道，当污泥在池底沉积后，启动反冲洗泵，切换电磁阀进行排泥。

2 设计参数及设计要点

随着滤布滤池在国内推广应用，新修订的规范中增补了部分滤布滤池设计参数，但是不够全面，直接套用规范设计参数容易导致设计取值出现偏差，导致滤池运行不正常。根据对国内外滤布滤池设备的考察和多个工程设计运行经验，以圆形外进水纤维毛滤布滤池为例，结合《污水过滤处理工程技术规范》(HJ 2008—2010)和《城镇污水再生利用工程设计规范》(GB 50335—2016)对滤布滤池设计参数和设计要点进行分析。

2.1 设计参数

关于滤布滤池的进水出水水质，过滤规范建议“进水水质SS宜小于30 mg/L，瞬时SS不大于80 mg/L，出水SS小于5 mg/L”，再生规范建议“滤池的进水SS 宜小于20 mg/L”。根据经验，滤布滤池进水SS小于20 mg/L时，出水SS可以保证小于10 mg/L，出水混合样平均小于5 mg/L，出水浊度小于5 NTU。建议设计时应同时参考两个规范，设计要求污水排放时，进水SS小于20 mg/L，出水SS小于10 mg/L。

滤布滤池的设计关键是滤速选取，分为平均滤速和峰值滤速。过滤规范建议“平均滤速宜选用7～10 m/h，短期可达12 m/h”，再生规范建议“宜采用8～10 m/h或通过试验确定”。根据设计经验，设计平均滤速选取7～10 m/h比较合理，应结合进出水SS选取，进水SS高时滤速取低值；峰值滤速选取不宜超过15 m/h；采用固体负荷进行校核，固体负荷取值4～6 kg/(m2·d)。

滤布滤池水头损失，过滤规范建议“水头损失为0.25～0.3 m”；再生规范建议“水头损失宜为0.2～0.4 m”；规范建议值差别较小，规范考虑了滤池内水头损失，未包含进出水管道及布水水头损失，建议整个滤布滤池工艺段设计水头损失应经过计算，且大于0.65 m。

滤布滤池反洗，过滤规范建议“反冲洗强度为300～350 L/(m2·s)，反冲洗时间一般为1～2 min”，再生规范建议“反洗转速宜为0.5～1.0 r/min，反冲洗水量宜为处理水量的1.0%，反冲洗泵扬程宜为7～15 m”。建议参考两个规范，结合滤布滤池供应商提供的参数，进水SS高时反洗强度取高值，反冲洗泵扬程取大值，避免出现频繁反洗或冲洗不彻底的情况，同时建议反洗过程除液位控制外，增加时间控制强制反冲洗，强制反冲洗时间建议取2～4 h。

2.2 设计要点

在滤布滤池设计中还要考虑以下方面。

滤盘直径规格为0.7～3.0 m，滤盘过滤面积需根据滤布滤池厂家提供的参数选取或经过详细的计算，以常用的2.0 m和3.0 m盘片直径为例，单盘过滤面积分别为5.7 m2和12.6 m2，单组滤盘数量一般介于1～20。

滤布滤池可以采用钢筋混凝土结构或一体化设备形式建造。

当采用单组滤布滤池时，应设置超越渠道或管道，防止因滤布滤池检修或更换滤布造成停产；当采用多组滤布滤池时，还应设置布水渠道。

滤布滤池进出水穿墙孔的过孔流速宜小于1.0 m/s，出水侧墙应设置溢流通道，通道底标高应高出运行反洗液位0.15 m以上。

滤布滤池应设置排泥斗，定期排泥。

当滤布滤池设置在序批式排水SBR工艺段后时，建议增设调节池，否则应根据前端SBR排水时间及池数合理选取滤速，峰值滤速小于15 m/h。

滤布滤池可以去除悬浮物和与悬浮物有关的磷，对溶解性物质以及胶体去除率有限。对磷有去除要求的过滤工艺，首先应考虑生化池末端投加药剂或经絮凝沉淀后出水进入滤布滤池，避免滤布滤池频繁反冲洗和通量降低；当采用微絮凝+滤布滤池工艺时，反应时间不小于5 min，宜采用机械反应池，应采用铝盐、铁盐为主的药剂，PAC投加量宜小于20 mg/L，PAM投加量宜小于1.0 mg/L，设计参数应经试验或参考类似项目；当采用微絮凝+滤布滤池工艺时，应加大反抽吸强度，反冲洗强度为300～600 L/(m2·s)。

设置于室外的滤布滤池应加盖，防止藻类滋生或异物进入滤池损坏滤布。当滤布滤池内有藻类滋生时，可考虑采用临时加氯作杀菌处理，加氯量应小于15 mg/L。

当滤布滤池在北方应用时，应考虑反洗系统保温措施，选用防冻型滤布滤池或将滤布滤池反冲洗泵设置在滤布滤池内水面以下。

3 深圳福田污水处理厂深度处理滤布

滤池设计与选型

深圳福田污水处理厂工程一期设计规模为40×104m3/d，总变化系数为1.30，预处理采用转鼓式细格栅+曝气沉砂池+初次沉砂池工艺，主体处理采用多段强化脱氮AAO生物池+矩形二沉池工艺，深度处理采用滤布滤池+紫外线消毒池工艺，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，该项目于2016年投入运行。

3.1 工艺流程设计

滤布滤池具有耐冲击负荷、过滤效率高、错流过滤、水头损失小、滤速快、占地省、全自动连续运行、反冲洗水量少、运行费用低等诸多优点，深度处理设计采用滤布滤池+紫外线消毒池工艺。污水深度处理工艺流程如图1所示。

图1 污水深度处理工艺流程Fig.1 Process Flow Diagram of Advanced Wastewater Treatment

二沉池出水采用纤维转盘滤布滤池进行过滤，进一步降低出水的SS及浊度。滤布滤池进出水SS≤20 mg/L，出水SS要求≤10 mg/L。

3.2 工艺设计与选型

3.2.1 设计与选型

设计参数：设计流量为40×104m3/d，总变化系数为1.30，取设计平均滤速为8.50 m/h，总有效过滤面积为1 960.78 m2。选用纤维转盘滤布滤池，过滤方式为外进内出，滤布材质为聚酯底面支撑+尼龙纤维表层，抗氯型，滤布过滤精度为10 μm，常用转盘滤池直径分别有Φ2.0 m和Φ3.0 m。

方案1：直径Φ2.0 m，单盘过滤面积为5.7 m2，计算滤盘总数量344盘；单组最大盘数为20盘，最小组数为18组，滤盘总数为360盘；单组处理水量为2.2×104m3/d，单组最大处理能力为2.9×104m3/d，估算占地约39.5 m×27.0 m，滤池深度为3.5 m。

方案2：直径Φ3.0 m，单盘过滤面积为12.6 m2，计算滤盘总数量为156盘；单组最大盘数为20盘，最小组数为8组，滤盘总数为160盘；单组处理水量为5.0×104m3/d，单组最大处理能力为6.5×104m3/d，估算占地约27.4 m×27.2 m，滤池深度为4.7 m。

对比方案1和方案2，方案2单组处理能力更大，设备更少，占地更少，且留出足够操作空间，选择方案2直径Φ3.0 m进行设计。

单组处理水量为5.0×104m3/d，共8组，单套过滤面积为252 m2，总有效过滤面积为2 016 m2，复核平均滤速为8.27 m/h，复核强制滤速为9.45 m/h<15 m/h，复核峰值滤速为10.75 m/h<15 m/h，复核最大固体负荷为5.16 kg/(m2·d)，满足设计要求。

3.2.2 水力计算

进口水力损失h1，计算如式(1)。

(1)

其中：h1—进口水力损失，m；ξ—局部阻力系数；v—进口流速，m/s；g—重力加速度，m/s2。

其中，ξ查表为1.06[7]，v=0.58 m/s，g=9.81 m/s2。根据式(1)计算进口水力损失h1=0.018 m。

布水堰水头损失h2，计算如式(2)。

(2)

其中：Q—最大流量，m3/s；m—流量系数；b—堰宽，m；g—重力加速度，m/s2；h2—布水堰水头损失，m。

其中，Q=0.75 m3/s，m查表0.42[7]，b=4 m，g=9.81 m/s2。根据式(2)计算布水堰水头损失h2=0.217 m；布水堰跌落水头h3：取0.03 m；反洗经济液位h4：取0.3 m；滤布水头损失h5：取0.05 m；出水堰水头损失h6：出水堰与进水堰同宽，计算同h2，出水堰水头损失为0.217 m；出水堰跌落水头h7：取0.05 m；总水头损失为h1～h7之和：0.882 m，取0.9 m(进水渠至出水渠)。

单池进水相对标高+7.30 m，修正后的单池水力高程如图2所示，单池出水相对标高+6.4 m。

3.2.3 配套设备

进水闸门：8台；进水堰板：8套；出水堰板：8套；滤布支架/中心桶/吸盘：8套；驱动电机：1台/套，8台，功率为0.75 kW；反冲洗泵：4台/套，32台，流量为50 m3/h，扬程为7 m，功率为2.2 kW；反冲洗电动球阀：12台/套，96台，功率为0.04 kW；液位控制器：8套；控制柜：8套；管配件：8套。

图2 单池高程图Fig.2 Elevation Diagram of Revised Filter

3.3 运行参数估算

单台装机功率为10.03 kW，总装机功率为80.24 kW。

运行功率：单组滤池每次反洗运转2台水泵、2台电动阀和1台驱动电机；反洗间隔为1～2 h(按照2 h计算，每天12次)，单组每次反冲洗时长为12 min，每天反洗运行2.4 h；排泥间隔为6～8 h/次，单组每次排泥持续30 s，忽略不计；单台平均运行功率为0.52 kW，总运行功率为4.16 kW。

单位产水能耗：0.000 25 kW·h/m3。

反洗耗水量：1 920 m3/d ，占总水量比0.48%。

4 结语

滤布滤池是污水深度处理和再生利用的重要工艺，具有出水水质好、水头损失小、运行费用低、水力负荷高、占地面积小、连续运行、全自动运行、操作及保养简便等优势。本文主要从设计及设备选型方面对滤布滤池进行介绍，结合滤布滤池在污水深度处理工程中的设计实例，详细介绍了滤布滤池设计与选型参数，为今后滤布滤池在大型污水深度处理和再生利用工程的应用提供借鉴。

[1]陆冬平,梁汀,沈晓铃.城市污水处理厂深度处理过滤工艺设计探讨[J].中国给水排水,2013,29(12):22-29.

[2]LAURIA J.Water filtration:Using water treatment to tackle the environmental footprint issue[J].Filtration & Separation,2008,45(10):20-23.

[3]金彪.污水处理厂深度处理中连续流砂滤池的设计探讨[J].给水排水,2012,38(4):45-47.

[4]何圣兵,张美兰,陆封烽,等.新型纤维丝滤料处理城市景观水的效能研究[J].水处理技术,2008,34(10):13-33.

[5]阳佳中,张学兵,孟广,等.转盘滤池在污水处理厂深度处理中的应用[J].给水排水,2012,38(2):38-40.

[6]孙士权,刀钟颖,郭文文,等.滤布滤池强化处理城市二级出水中试研究[J].环境工程学报,2009,3(7):1223-1227.

[7]中国市政工程西南设计研究院.给水排水设计手册 第1册 常用资料[M] .2版.北京:中国建筑工业出版社,2000: 678-686.