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污水处理厂深度处理工艺中过滤设备的应用分析
徐峰 陶李园 汪凡
（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉，430010）
摘要 随着污水处理厂排放标准逐级提高到一级A甚至地表水V类标准，深度处理工艺越来越多的被使用到。常规深度处理工艺流程包括“混凝＋沉淀＋过滤”，其中过滤工艺经过普通砂滤池、D型滤池的发展，现在逐步过渡到目前一体化的过滤设备。本文针对现有污水处理厂中应用的过滤设备进行分析比较。
关键词 过滤；污水处理厂；深度处理；
1 设备类型
目前污水处理厂深度处理应用中有如下三种过滤设备：纤维滤布转盘、机械转盘、机械转鼓。它们均具有安装方便、占地面积小、运行维护简单等特点，且保证连续流过滤。其各自运行原理和特点如下：
1）纤维滤布转盘（代表：浦华、琥珀等）
纤维滤布转盘：采用滤盘外包滤布来代替传统滤池的砂滤料进行过滤处理，滤布孔径有多种规格，可根据进水水质进行选择，可截留粒径为几μm（微米）的微小颗粒。转盘过滤器安装在混凝土滤池内，配套反冲洗系统、排泥系统和自动控制系统。
结构组成：1）核心装置就是中间的过滤转盘，它由6块扇形组成，上面包裹着滤布，属于插拔式结构，运输维修特别方便。2）右上方的驱动电机带动转盘旋转；滤盘中间是中空的中心集水筒。3）反冲洗装置包括反抽吸吸盘，反抽吸水泵。排泥装置包括排泥泵（也是反抽吸水泵）、斗型集泥槽、多孔的排泥管。4）自控系统（PLC自动控制盘）。
其运行状态包括：过滤、反冲洗、排泥状态。
（1）过滤：外进内出，污水重力流进入滤池，使滤盘全部浸没在污水中。在滤池中设布水堰，使滤池内布水均匀并且进水产生低扰动。污水通过滤布过滤，过滤液经中空管收集后，经过出水堰排出滤池。在清洗过程中，过滤仍在进行。因此整个运行过程中过滤均为连续的。
（2）清洗：过滤中部分污泥吸附于纤维毛滤布中，逐渐形成污泥层。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。滤池内的压力传感器监测池内液位变化，当该池内液位到达清洗设定值（高水位）时，PLC即可启动反洗泵，开始清洗过程。反洗时间和周期可以调整。滤布上的污泥通过反抽吸装置，经由反洗水泵，排出厂区排水系统。清洗时，滤池可连续过滤。
过滤期间，过滤转盘处于静态，有利于污泥的池底沉积。清洗期间，过滤转盘以0.5～1r/min的速度旋转。反洗水泵负压抽吸滤布表面，吸除滤布上积聚的污泥颗粒，过滤转盘内的水自里向外被同时抽吸，对滤布起清洗作用。瞬时冲洗面积仅占全过滤转盘面积的1%左右，反冲洗过程为间歇。
正常清洗时，2个过滤转盘为一组，每次清洗一组滤盘，通过自动切换抽吸泵管道上的电动阀控制，纤维转盘滤池一个完整的清洗过程中各组的清洗交替进行，其间抽吸泵的工作是连续的。当进水水质突然恶化，反冲洗周期≤15min时，系统将启动应急措施，同时启动2～4台反冲洗泵，对2～4组过滤转盘（4～8个转盘）进行反冲洗，直至反冲洗周期恢复正常。
（3）排泥：纤维转盘滤池的过滤转盘下设有斗形池底，有利于池底污泥的收集。污泥池底沉积减少了滤布上的污泥量，可延长过滤时间，减少反洗水量。经过一设定的时间段，PLC启动排泥泵，通过池底穿孔排泥管将污泥回流至厂区排水系统。其中，排泥间隔时间及排泥历时可予以调整。
（4）维护：简单方便。纤维转盘滤池机械设备较少，泵及电机均间隙运行，过滤时滤盘是静止的，只有反冲洗或排泥时，泵或电机才运转。滤布磨损较小，滤盘易于更换，更换一个盘仅需10min。若滤布破损等需要更换，则工人仅需关闭进入该池的闸门，放空后对滤布进行更换，更换时间仅需1～2h。
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图1 纤维滤布转盘滤池结构图
2）机械转鼓（代表：法捷斯、无锡海爵）
机械转鼓设备：又被称为回转式精密过滤器，一种去除悬浮固体的过滤装置。装置由设备主体模块、核心过滤模块、反冲洗系统、驱动系统、自控系统组成，滚筒上装有可方便拆卸的滤网。
该设备为连续过滤，内部设有自动启闭开关。当滚筒有水进入时，液位传感器将发出信号，启动减速驱动系统驱动滚筒转动，同时启动反冲洗泵。污水流入空心滚筒内，滚筒上为高强度不锈钢滤网。污水由滤网内侧向外侧流出，污水水中的悬浮物被截留在滤网内侧。冲洗水通过位于滚筒顶部的喷头由滤网外侧向内侧对滤网进行冲洗，冲洗下来的细小颗粒物质由设备内部的反冲洗水收集槽收集，并通过排污管排出设备。当无水通过设备时，设备将自动停止。
设备优势：1）滤网由316L不锈钢材质制作，无毒、无污染、无须化学清洗，使用寿命长；2）滤网更换方便。每套设备由若干块独立的弧形分片组成，每一个分片都可以很方便拆卸和装配；3）反冲洗消耗水量小。单台反洗水量在60m3/d；4）构造简单，维护方便；5）占地面积小；6）水头损失小，不超过0.3m；7）运行能耗低。主驱动电机和反冲洗水泵电机功率小，运行费用约为0.003元/吨水。
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图2 法捷斯精密过滤设备工作原理图
3）机械转盘（代表：琥珀、海爵、诺迪克）
机械转盘微过滤设备：是按照久经考验的转鼓过滤原理进行运转工作。设备由一系列水平排列安装的旋转过滤转盘构成，转盘固定安装在中心轴之上，最大水浸没位置是在转盘高度60%。每一个转盘是由各单一不锈钢/聚酯过滤组件构成，组件上绷裹不锈钢/聚酯网布（热熔专利技术），被处理的污水从内向外穿流过滤，获得的过滤液体从机械端部流出。在过滤时，转盘处于静止状态。固体物质沉积在过滤表面上，随着过滤时间的延长，过滤网布会被截留的固体物质堵塞，导致压力差上升。当到达预先设置的最大压力差之后，转盘开始缓慢旋转，通过冲洗棒的节奏性工作，可清理沉积在筛网上的固体物质。水泵将已过滤的水直接输向喷头，提供冲洗水。冲洗溶解下的固体物质掉入组件下的厚浆料斗，然后排出箱体。这一清理过程不会中断过滤过程。
其运行状态分为原水过滤和反冲洗排泥两个独立又同时进行的过程，二者在同一个过滤器的不同位置完成。
（1）原水过滤：待过滤污水通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，然后通过滤布，从而使污水中的悬浮物被截留在滤布的内侧，过滤后的水排出。
（2）反冲洗：污水中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累，滤布过滤阻力增加，滤池水位逐渐升高。通过液位计检测池内液位的变化，当该池内液位达到清洗（高液位）时，PLC控制开始反冲洗过程；滤盘在中心转辊的驱动下，以一定的速度旋转，同时反冲洗水泵启动，反冲洗水泵抽取滤后水然后通过位于滤盘顶部的高压伞状喷射系统对处于顶端位置的滤布进行自外向内的冲洗，从而将堆积的滤布内表面的脏物清除，然后通过排污管排出。反冲洗的次数和历时可调。反冲洗时，滤池可连续过滤，不影响运行。
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图3 机械转盘微过滤设备工作原理图
2 过滤设备技术经济对比
现以15万m3/d规模的实际应用，对上述三种过滤设备进行技术经济方面的对比。
表1 过滤设备技术经济对比
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序号 |
设计参数 |
滤布滤池 |
机械转鼓 |
机械转盘 |
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1 |
流量 |
设计流量15万m3/d，峰值流量19.5万m3/d |
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2 |
进水水质 |
SS≤20mg/L |
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出水水质 |
出水一级A标准，SS≤10mg/L |
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3 |
过滤介质 |
纤维滤布 孔径≤10微米 |
316L不锈钢滤网 孔径≤10微米 |
聚酯 孔径≤15微米 |
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4 |
设备尺寸 |
滤盘直径3m 单台长7700 |
滤筒直径1.3m 5622×1624×2192 |
滤盘直径2.0m 9120×2295×2691 |
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5 |
设备台数 |
3套（60片） 配套驱动系统、反冲洗系统、自控系统等 |
5台 配套驱动系统、反冲洗系统、自控系统等 |
5台 配套驱动系统、反冲洗系统、自控系统等 |
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6 |
设备重量 |
1.5t/台 |
2.6t/台 |
7.4t/台 |
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7 |
占地总面积 |
272 m2 |
270m2 |
265 m2 |
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8 |
池深 |
4.7m |
2.9m |
1.7m |
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9 |
运行形式 |
连续运行 |
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10 |
总装机功率 |
30.1 kW |
23.75 kW |
119.5kW |
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11 |
反冲洗 |
反抽吸泵负压抽吸 |
自滤水反冲洗 |
自滤水反冲洗 |
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12 |
反冲洗频率 |
1次/2h，1~2min/次 |
连续 |
1次/2h，1~2min/次 |
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13 |
反冲洗水量 |
3000m3/d （一般1～3%，取2） |
480m3/d （＜0.3%） |
3000m3/d （一般1～2%，取2） |
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14 |
反冲洗水压 |
0.1MPa |
0.9MPa |
0.75~0.8MPa |
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15 |
滤速 |
≤10m3/h.m2 |
250m3/h.m2 |
≤12m3/h.m2 |
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16 |
水头损失 |
≤0.3m |
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17 |
设备投资 |
90万元/万m3 |
110万元/万m3 |
100万元/万m3 |
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18 |
安装 |
建造池体需吊入安装，管道连接以及电机、水泵部件繁多 |
整体设备，连接进出水管即可，安装方便 |
整体设备，安装方便，只需连接进出水口的管道。 |
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19 |
出水保证 |
出水稳定，略会有波动 |
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20 |
检修维护 |
一旦前端工艺出现水质忽然变差（如污泥膨胀）或藻类过多时，滤布被污染很难恢复，且同时造成反冲洗压力升高，要求提高；滤布或喷头容易堵塞，需定期更换；需工人定期打捞滤池漂浮杂物，更换喷头时需要拆卸滤盘和放空滤池；如反冲洗效果差出现堵塞，容易造成过滤通量衰减，需3个月酸洗滤布一次 |
零配件数量少，维修率低、检查和安装非常方便，仅需要定期保养和检查轴承。 |
聚酯为亲水性材质，容易滋生微生物及细菌，从而影响设备的过流能力及滤网寿命；塑料喷头维修更换比较频繁，需要定期检查或更换轴承；转盘内部杂物打捞不便，因滤网编织技术原因正面基本看不到网孔，采用高压水喷洗很难彻底有效清洗滤网，而绝大部分喷洗水都被盘面反射，很多盘面的位置得不到有效清洗，如反冲洗效果差滤网出现堵塞，容易造成过滤通量衰减，需3个月酸洗滤网一次 |
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21 |
备品备件（配件） |
设备配套的配件较多，反抽吸喷头容易被附在滤盘上的杂物堵塞且维修麻烦，电磁阀等配件的维修率较高。轴承因承载了较多滤盘跨度大，易出问题需经常维护保养及更换率高。 |
设备零配件数量少，且维修率低、检查和安装非常方便。 |
塑料喷头维修更换比较频繁；必须对进水阀门及出水堰板做好精准的控制，需保证过滤器前后液位差不能超过30cm，否则会对滤网造成很大伤害，电磁阀等配件的维修率较高；轴承因承载了较多滤盘跨度大，易出问题需经常维护保养及更换率高。 |
注：1）均未考虑备用；2）设备投资按照同等质量水平考虑。
3 运行成本对比
表3 运行及维护成本对比
