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纤维束，纤维球高效纤维束滤池在中小型污水处
作者来源: 本站 发布时间：2018-06-18
导读： 近年来，高效纤维束滤池技术在中小型污水处理厂深度处理系统中得到了广泛应用。保定市雄县污水处理厂采用以高效纤维束滤池为主体的处理工艺处理污水厂二级出水，出水水质达到
高效纤维束过滤技术是一种结构先进、性能优良的重力式过滤技术，适用于中、小型给水及污水深度处理系统，近年来被广泛应用于各种工业废水和生活污水的深度过滤处理单元，是石英砂等颗粒状滤料滤池的更新换代工艺。纤维束滤池在城市污水处理厂从一级B到一级A达标处理的工艺中，运行稳定，出水水质良好，并有一定的抗冲击负荷能力。纤维束滤池的滤速大约是砂滤的2-3倍，在污水厂达标排放政策法规要求和基于对环境保护的宗旨下，在城市用地紧张的实际情况中，相对其它滤池有比较大的优势[1]。 本文以雄县污水处理厂为例，对该过滤技术进行了深入探讨，为其今后工程应用提供了可推广和借鉴的经验。
保定市雄县污水处理厂于2009年9月底投入运行，近期设计规模为2×104m3/d，占地面积23亩。污水厂采用UNITANK处理工艺，污水先进入粗格栅间，在此拦截污水中较大杂质，再由污水泵提升，经过细格栅及旋流沉砂池去除水中细小杂质和砂粒，然后进入UNITANK生物反应池进行生化处理，二级处理出水再由二级提升泵站提升至深度处理系统——高效纤维束滤池，进一步去除BOD5、CODCr、氮、磷等污染物，过滤后的出水经过二氧化氯消毒后排入大清河。
1 设计进水、出水水质
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的要求，当污水处理厂出水排入稀释能力较弱的水体时，污水处理厂出水要求达到一级A标准[2]。
雄县污水处理厂进、出水水质指标见表1。
表1 设计进水、出水水质
注：括号内为水温≤ 12℃时控制指标。
2 深度处理单元工艺流程及纤维束滤池工艺简图
该工程是亚洲开发银行贷款项目，河北省保定市白洋淀流域生态系统综合管理与环境保护项目，考虑到工程投资和可用场地面积有限，且出水水质要求严格等因素，决定选择具有截污容量大，过滤精度高、占地面积小[3]、投资省、运行成本低、出水效果好等特点的重力式纤维束滤池。图1所示为该污水处理厂以高效纤维束滤池为核心的深度处理单元工艺流程。
UNITANK池出水 PAC ClO2 排入大清河
图1 深度处理单元工艺流程
深度处理系统设置于二级污水处理系统（UNITANK工艺）之后，主要去除水中的悬浮物，结合混凝药剂（PAC）投加，可进一步去除SS、CODCr、BOD5、总磷、总氮等污染物。
高效纤维束滤池工艺简图如图2所示。
图2 GXKT型高效纤维束滤池工艺简图
3 高效纤维束滤池结构组成及工作原理
高效纤维束滤池由池体、滤料、滤板、布水系统、布气系统、滤料密度调节装置、管道、阀门、反洗水泵、反洗风机、电气控制系统等组成。采用一种新型的纤维束软填料作为滤元，其滤料直径可达几十微米甚至几微米，属微米级过滤技术（砂滤属毫米级），具有比表面积和表面自由能大（纤维束d50μm：80000m2/m3，石英砂d1000μm：6000m2/m3）、过滤阻力小等特点，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，大大地提高了过滤效率和截污容量。滤池内设有纤维密度调节装置，针对实际运行的水质和过滤要求对纤维束滤料的密度进行调节。高效纤维滤池运行时，纤维密度调节装置控制一定的滤层压缩量，河南8455线路检测中心山水环保材料有限公司使滤层孔隙度沿水流方向逐渐缩小，密度逐渐增大，相应滤层孔隙直径逐渐减小，实现了理想的深层过滤。当滤层达到截污容量需清洗再生时，纤维束滤料在气水脉动作用下即可方便地进行清洗，达到有效恢复纤维束滤料过滤性能的目的。滤层的加压及放松过程无需额外动力，均可通过水力自动实现。
对滤料的清洗采用水洗－气水合洗（水为脉动）－水洗的工艺，具有清洗效率高、无需药剂浸泡清洗、自耗水量低等优点。滤层在反冲洗水的作用下被充分放松，纤维束滤料恢复到松弛的舒展状态，在气水混合擦洗的作用下，将过滤截留下的污染物从滤层中洗脱并排出，使滤料恢复过滤性能。
4 滤池的技术性能参数
高效纤维束滤池设计进水量为0.347m3/s，设计滤速为15.6m/h，强制滤速为20.8m/h，主要性能参数详见表2。
表2 高效纤维束滤池性能参数表
滤池分为4格，单排布置，单格尺寸为4.0m（宽）×5.0m（长），池体为钢混结构，建在室内且与反冲洗设备间合建，为二层建筑。反冲洗采用独立气水分配系统，布水布气系统为穿孔管形式，反冲洗方式还可根据现场实际情况灵活调整。
反洗气：D75—1.5型多级离心风机2台（1用1备），为滤池反冲洗提供气源。单台风机Q=75m3/min，H=5m，电机功率Pe=90kW，采用软启动方式，单独控制，两台风机能够相互切换，轮番启动，互为备用，即：连续两次反洗采用不同反洗风机；当一台风机故障，自动切换到另一台风机。
反洗水：反冲洗水泵（型号KQW250/235-37/4）2台（1用1备），为滤池反冲洗提供水源。单台水泵Q=600m3/h，H=14m，电机功率N=37kW，水泵为单级泵，采用变频控制，在控制柜安装变频器，单独控制。两台反冲洗水泵能够相互切换，轮番启动，互为备用，即；连续两次反洗采用不同反洗水泵，当一台水泵故障，自动切换到另一台水泵。
5 滤池的运行与控制
滤池运行采用变水位运行方式，当运行周期和运行液位达到设定值后即进行反冲洗。反冲洗分为气冲-气水冲（水脉动）-水冲洗三阶段，各部分时间根据现场调试情况和进出水质进行调整。在自动运行状态下，滤池一般根据设定的运行周期（一般为12～24h）和滤池运行液位控制反洗，两种情况的任何一种达到设定值即进行反洗，每次只能反洗1格滤池，依次轮流逐格反洗。反洗风采用离心风机反洗，反洗风经反洗进气阀通过布气系统进入滤料层。反洗水采用离心水泵反洗，反洗水采用滤后水，从滤池总出水池取水，经反洗进水阀通过布水系统进入滤料层，由反洗排水槽收集经过排水阀和排水总管道自流入污水处理厂进水泵房。
滤池系统正常工作时为全自动运行，其控制系统采用触摸屏和现场可编程序控制器（PLC）控制，分为手动/自动控制方式。滤池的运行和反洗采用1台PLC集中控制各滤池的电动阀门及配套反洗风机、反洗水泵及出口电动阀门，PLC控制柜配置1台触摸屏以便调整滤池运行和反洗参数。各格滤池配备1台电动阀门控制柜实现就地控制，并配备一台液位计以便监视滤池运行液位和控制反洗。滤池系统的主控柜PLC与厂区总控制系统的连接通过工业现场总线连接。
每格滤池配套有进水闸门、清水出口阀门（调节型）、反洗进水阀门、反洗进气阀门、反洗排水阀门5个电动阀门（见图2），以及反洗风机出口阀、排空阀，反洗水泵出口阀。电动阀门具有全开、全关两种状态；反洗风机和反洗水泵有运行、停止和故障等三种状态，通过人机界面可监视这些状态。反洗水泵采用变频器控制实现脉动反洗，单格滤池配备超声波液位计，通过液位计控制滤池出水电动阀门开度，以保证滤池初始运行液位在设定值。
6 处理效果
目前，该污水厂进水水量和进水水质还未达到设计值，二级处理工艺（UNITANK池）的出水水质较好，甚至优于一级B标准。所以深度处理系统运行过程中可采用微量投加混凝剂或不投加混凝剂直接过滤的方式运行。经过连续7个月的水质监测，高效纤维束滤池出水水质均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A的标准（见表3）。表3中所列数据为从2009年10月至2010年4月的均值。
表3 污水厂实际进水、出水水质
在中小型污水处理厂二级处理出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准的前提下，采用高效纤维束滤池工艺可以使出水水质达到一级A的标准。雄县污水处理厂的成功运行，是改善城区水环境、减少污染物向大清河及白洋淀水域排放的*有效措施，在提高雄县县城及白洋淀周边城区招商引资的外部环境以及城区的综合使用功能上发挥了积极的作用。
保定市雄县污水处理厂于2009年9月底投入运行，近期设计规模为2×104m3/d，占地面积23亩。污水厂采用UNITANK处理工艺，污水先进入粗格栅间，在此拦截污水中较大杂质，再由污水泵提升，经过细格栅及旋流沉砂池去除水中细小杂质和砂粒，然后进入UNITANK生物反应池进行生化处理，二级处理出水再由二级提升泵站提升至深度处理系统——高效纤维束滤池，进一步去除BOD5、CODCr、氮、磷等污染物，过滤后的出水经过二氧化氯消毒后排入大清河。
1 设计进水、出水水质
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的要求，当污水处理厂出水排入稀释能力较弱的水体时，污水处理厂出水要求达到一级A标准[2]。
雄县污水处理厂进、出水水质指标见表1。
表1 设计进水、出水水质
| 项目 | 进水 | 出水 |
| BOD5 (mg/L) | 200 | 10 |
| CODCr (mg/L) | 380 | 50 |
| SS (mg/L) | 200 | 10 |
| NH3-N (mg/L) | 30 | 5（8） |
| TN (mg/L) | 45 | 15 |
| TP (mg/L) | 3 | 0.5 |
注：括号内为水温≤ 12℃时控制指标。
2 深度处理单元工艺流程及纤维束滤池工艺简图
该工程是亚洲开发银行贷款项目，河北省保定市白洋淀流域生态系统综合管理与环境保护项目，考虑到工程投资和可用场地面积有限，且出水水质要求严格等因素，决定选择具有截污容量大，过滤精度高、占地面积小[3]、投资省、运行成本低、出水效果好等特点的重力式纤维束滤池。图1所示为该污水处理厂以高效纤维束滤池为核心的深度处理单元工艺流程。
UNITANK池出水 PAC ClO2 排入大清河
图1 深度处理单元工艺流程
深度处理系统设置于二级污水处理系统（UNITANK工艺）之后，主要去除水中的悬浮物，结合混凝药剂（PAC）投加，可进一步去除SS、CODCr、BOD5、总磷、总氮等污染物。
高效纤维束滤池工艺简图如图2所示。
图2 GXKT型高效纤维束滤池工艺简图
3 高效纤维束滤池结构组成及工作原理
高效纤维束滤池由池体、滤料、滤板、布水系统、布气系统、滤料密度调节装置、管道、阀门、反洗水泵、反洗风机、电气控制系统等组成。采用一种新型的纤维束软填料作为滤元，其滤料直径可达几十微米甚至几微米，属微米级过滤技术（砂滤属毫米级），具有比表面积和表面自由能大（纤维束d50μm：80000m2/m3，石英砂d1000μm：6000m2/m3）、过滤阻力小等特点，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，大大地提高了过滤效率和截污容量。滤池内设有纤维密度调节装置，针对实际运行的水质和过滤要求对纤维束滤料的密度进行调节。高效纤维滤池运行时，纤维密度调节装置控制一定的滤层压缩量，河南8455线路检测中心山水环保材料有限公司使滤层孔隙度沿水流方向逐渐缩小，密度逐渐增大，相应滤层孔隙直径逐渐减小，实现了理想的深层过滤。当滤层达到截污容量需清洗再生时，纤维束滤料在气水脉动作用下即可方便地进行清洗，达到有效恢复纤维束滤料过滤性能的目的。滤层的加压及放松过程无需额外动力，均可通过水力自动实现。
对滤料的清洗采用水洗－气水合洗（水为脉动）－水洗的工艺，具有清洗效率高、无需药剂浸泡清洗、自耗水量低等优点。滤层在反冲洗水的作用下被充分放松，纤维束滤料恢复到松弛的舒展状态，在气水混合擦洗的作用下，将过滤截留下的污染物从滤层中洗脱并排出，使滤料恢复过滤性能。
4 滤池的技术性能参数
高效纤维束滤池设计进水量为0.347m3/s，设计滤速为15.6m/h，强制滤速为20.8m/h，主要性能参数详见表2。
表2 高效纤维束滤池性能参数表
| 滤池型号 | GXKT-20 |
| 滤池格数（格） | 4 |
| 总过滤面积（m2） | 80 |
| 单格过滤面积（m2） | 20 |
| 滤料层高（mm） | 1000 |
| 反洗水强度（L/s·m2） | 8 |
| 清洗空气强度（L/s·m2） | 60 |
| 截污容量（kg/m3） | 10～20 |
| 滤前水悬浮物（mg/L） | ≤20 |
| 滤后水悬浮物（mg/L）/总磷（mg/L） | ≤10 |
| 清洗水压力（MPa） | 0.05～0.08(滤池反洗入口) |
| 清洗空气压力 （MPa） | 0.05 |
| 清洗时间 （min） | 20～30 |
| 反冲洗方式 | 气－气水（水脉动）－水 |
反洗气：D75—1.5型多级离心风机2台（1用1备），为滤池反冲洗提供气源。单台风机Q=75m3/min，H=5m，电机功率Pe=90kW，采用软启动方式，单独控制，两台风机能够相互切换，轮番启动，互为备用，即：连续两次反洗采用不同反洗风机；当一台风机故障，自动切换到另一台风机。
反洗水：反冲洗水泵（型号KQW250/235-37/4）2台（1用1备），为滤池反冲洗提供水源。单台水泵Q=600m3/h，H=14m，电机功率N=37kW，水泵为单级泵，采用变频控制，在控制柜安装变频器，单独控制。两台反冲洗水泵能够相互切换，轮番启动，互为备用，即；连续两次反洗采用不同反洗水泵，当一台水泵故障，自动切换到另一台水泵。
5 滤池的运行与控制
滤池运行采用变水位运行方式，当运行周期和运行液位达到设定值后即进行反冲洗。反冲洗分为气冲-气水冲（水脉动）-水冲洗三阶段，各部分时间根据现场调试情况和进出水质进行调整。在自动运行状态下，滤池一般根据设定的运行周期（一般为12～24h）和滤池运行液位控制反洗，两种情况的任何一种达到设定值即进行反洗，每次只能反洗1格滤池，依次轮流逐格反洗。反洗风采用离心风机反洗，反洗风经反洗进气阀通过布气系统进入滤料层。反洗水采用离心水泵反洗，反洗水采用滤后水，从滤池总出水池取水，经反洗进水阀通过布水系统进入滤料层，由反洗排水槽收集经过排水阀和排水总管道自流入污水处理厂进水泵房。
滤池系统正常工作时为全自动运行，其控制系统采用触摸屏和现场可编程序控制器（PLC）控制，分为手动/自动控制方式。滤池的运行和反洗采用1台PLC集中控制各滤池的电动阀门及配套反洗风机、反洗水泵及出口电动阀门，PLC控制柜配置1台触摸屏以便调整滤池运行和反洗参数。各格滤池配备1台电动阀门控制柜实现就地控制，并配备一台液位计以便监视滤池运行液位和控制反洗。滤池系统的主控柜PLC与厂区总控制系统的连接通过工业现场总线连接。
每格滤池配套有进水闸门、清水出口阀门（调节型）、反洗进水阀门、反洗进气阀门、反洗排水阀门5个电动阀门（见图2），以及反洗风机出口阀、排空阀，反洗水泵出口阀。电动阀门具有全开、全关两种状态；反洗风机和反洗水泵有运行、停止和故障等三种状态，通过人机界面可监视这些状态。反洗水泵采用变频器控制实现脉动反洗，单格滤池配备超声波液位计，通过液位计控制滤池出水电动阀门开度，以保证滤池初始运行液位在设定值。
6 处理效果
目前，该污水厂进水水量和进水水质还未达到设计值，二级处理工艺（UNITANK池）的出水水质较好，甚至优于一级B标准。所以深度处理系统运行过程中可采用微量投加混凝剂或不投加混凝剂直接过滤的方式运行。经过连续7个月的水质监测，高效纤维束滤池出水水质均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A的标准（见表3）。表3中所列数据为从2009年10月至2010年4月的均值。
表3 污水厂实际进水、出水水质
| 项目 | 进水 | 出水 |
| BOD5 (mg/L) | 152 | 7 |
| CODCr (mg/L) | 296 | 28 |
| SS (mg/L) | 115 | 7 |
| NH3-N (mg/L) | 22 | 3.5 |
| TN (mg/L) | 33 | 7.2 |
| TP (mg/L) | 1.56 | 0.2 |
在中小型污水处理厂二级处理出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准的前提下，采用高效纤维束滤池工艺可以使出水水质达到一级A的标准。雄县污水处理厂的成功运行，是改善城区水环境、减少污染物向大清河及白洋淀水域排放的*有效措施，在提高雄县县城及白洋淀周边城区招商引资的外部环境以及城区的综合使用功能上发挥了积极的作用。
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