两级滤池在城市污水深度处理中的应用研究.pdf

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1、 I 湖 南 大 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以

2、采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 两级滤池在城市污水深度处理中的应用研究 - II - 摘 要 国家环境保护总局要求城镇污水处理厂污水排放标准逐渐提升至城镇污水 处理厂污染物排放标准(GB189182002)的一级 A 标准。在这种情况下，污水 处理增加深度处理系统成为必然。本文以二沉池出水作为原水通过均质石英砂与 彗星式纤维滤料串联组合滤池（两级滤池）过滤试验，研究两级滤池的过滤效 果，从而探讨两级滤池应用于城

3、市污水深度处理的可行性。 通 过 试 验 比 较 ， 两 级 滤 池 滤 层 厚 度 取 600mm， 均 质 石 英 砂 粒 径 选 用 0.712.0mm 时，SS 去除效率高，产水量截污量大，泄漏 SS 应为 5mg/L 以下。 以污水厂二沉池出水作为过滤原水，进行两级滤池过滤试验，在初始滤速分 别为 12m/h、14m/h、16 m/h、18 m/h、20 m/h 时，研究不同初始滤速对污水中 SS 去除率的影响及其他水质指标的去除效果。试验表明：在初始滤速为 16m/h 左右时，过滤周期长，水头损失小，SS 的平均去除率大于 90%，CODCr、NH3- N、TN、TP 的去除率分别

4、为 28.9%、21.2%、24.6%、97.2%。 由测压管变化得出均质石英砂滤柱与彗星式纤维滤柱的水头损失分别为 92.6cm、 57.7cm，与传统滤池相比，水头损失值小。 为了更直观的研究两级滤池的过滤性能，根据试验结果绘制两级滤池性能曲 线图，并与彗星式纤维过滤器、均质石英砂过滤器及纤维球过滤器性能曲线进行 比较，结果表明两级滤池性能参数变化范围较大，性能曲线对滤池的设计和运行 具有很大的指导意义。 反冲洗是滤池正常工作必不可少的阶段。本文通过不同大小气水强度下的试 验研究，得出适合均质石英砂滤料与彗星式纤维滤料的反冲洗方法，均质石英砂 滤料气水联合反冲洗分为三个阶段，彗星式纤维滤料

5、气水反冲洗分为五个阶段。 分析比较不同气强度与水强度条件下的反冲洗试验效果，选择最适合两级滤池的 反冲洗水强度与气强度的大小，得出两级滤池反冲洗参数。 研究表明，两级滤池具有过滤效果好、产水量和截污量大、水头损失小、反 冲洗彻底等优点。两级滤池应用于污水深度处理切实可行，是一种新型可靠的组 合过滤工艺。 关键词关键词：两级滤池；城市污水；过滤特性；反冲洗特性 硕士学位论文 - - III Abstract The State Environmental Protection Administration stated that urban sewage dischange plant shal

6、l subject to the implementation of the fist level A standard of the “ Pollutant Discharging Standard of Urban Sewage Disposal Plant ”(GB18918- 2002) . In this case, its a necessity to add an advanced sewage disposal System .Based on the experiment of effluent from secondary tank passing through homo

7、geneous quartz sand and combet fiber material series connection combination filter (two-stage filter), the effect of the two-stage filter is studied，and then the feasibity of the two-stage fitters application to the advanced urban sewage dischange is discussed. based on the experiment of effluent fr

8、om secondary tank pass through homogeneous quartz sand and comet fiber filter material series connection combination filter (two-stage filter), the effect of the two-stage filter is researched and also the feasibility of the two-stage filters application to the advanced urban sewage dischange is dis

9、cussed in this paper. According to the experimental results analysis, we can confirm basic parameters such as, the filter layers thickness，the particle diameter of quartz sand filter material , leakage of SS, etc. Study shows that the layer thickness of two-stage filter should be 600mm, homogeneous

10、quartz sand particle diameter should be 0.71mm to 2.0 mm, leakage SS should be controlled below 5 mg/L; We take an experiment with the sewage of Secondary Setting Tank as filter raw water through the two-stage filter, the initial speeds respectively are12 m/h, 14m/h, 16 m/h, 18 m/h, 20 m/h, to study

11、 the impact on removal rate of SS in sewage by different initial filter tates, and removal effect of the two-stage filter on other water quality indexes. It showed that the faster the initial filter speed, the lower the removal effect on SS and other water quality indexes, when at he best filtration

12、 rate of 16 m/h, the SS removal rate is more than 90 percent, the removal rate of CODCr, NH3-N, TN and TP are 28.9%, 21.2%, 24.6% and 21.2% respectively. Piezometer tube changes can reflect the changes in head loss during filtration.Through the analysis of head loss of piezometer tube ,head losses o

13、f homogeneous quartz sand filter column and comet type fiber filter column are 92.6cm and 57.7cm respectively .Compared with the traditional filter, head loss value is 两级滤池在城市污水深度处理中的应用研究 - IV - smaller. According to the study of filtration performance curve of the two-stage filter and the compariso

14、n with filtration performance curves of comet-style fiber filter,homogeneous quartz sand filter and fiber ball filter, we can analyze the filter features of the two-stage filter through the analysis of filtration performance curves. Backwash is an indispensable phase for filter , after many times re

15、search, we have got the most suitable type of back flushing method for homogeneous quartz sand and the comet-style fiber filter material, homogeneous quartz sand filter material joint air and water backwash is divided into three stages, the comet fiber filter material air and water backwash is divid

16、ed into five stages. By analyzing and comparing experimental effectiveness of backwash under the condition of different gas intensity and water intensity,we can determine the most suitable water intensity and gas intensity of two-stage filter backwash , to get the backwash parameters . This study sh

17、ows that the two-stage filter has the advantage of good filter effects, huge water production capacity and large interception capacity , small head water loss, backwash thoroughly, etc. It is feasible to applicate the two-stage filter to the advanced sewage disposal, the two-stage filter research ha

18、s developed a new combination of reliable filtration process for advanced sewage disposal. Key Words: Two-stage filter；Urban wastewater；Fitration characteristics；Back- flushing characteristics 硕士学位论文 - - V 目 录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书 I 摘 要 II Abstract . III 目 录 V 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景 1 1.2 过滤技术研究现状及进

19、展 . 1 1.2.1 颗粒滤料过滤 . 2 1.2.2 纤维滤料过滤 . 4 1.2.3 组合过滤 6 1.3 研究目的及研究内容 7 1.3.1 研究目的 7 1.3.2 主要研究内容 . 7 第 2 章 试验装置与试验方法 9 2.1 试验装置 . 9 2.1.1 过滤系统 10 2.1.2 反冲洗系统 10 2.1.3 加药系统 11 2.2 试验滤料及水质 12 2.2.1 均质石英砂滤料 12 2.2.2 彗星式纤维滤料 12 2.2.3 污水处理厂概况 . 13 2.3 试验方法 . 14 2.3.1 水质检测项目及分析方法 14 2.3.2 试验药剂 15 第 3 章 两级滤池

20、的构成及特性研究 . 17 3.1 两级滤池的构成 17 3.1.1 石英砂滤料过滤试验 17 3.1.2 单独彗星式纤维滤料过滤 . 20 3.1.3 两级滤池的构成 23 3.2 两级滤池基本参数的确定 . 23 两级滤池在城市污水深度处理中的应用研究 - VI - 3.2.1 两级滤池滤层厚度 . 24 3.2.2 滤料粒径 25 3.2.3 两级滤池泄漏 SS 26 3.3 两级滤池过滤特性研究 27 3.3.1 滤速随时间变化 . 27 3.3.2 过滤过程中水头损失的变化 27 3.3.3 过滤周期 30 第 4 章 以二沉池出水为原水的两级滤池过滤试验 33 4.1 二沉池出水的

21、过滤试验 33 4.1.1 污水处理厂概况 . 33 4.1.2 混凝剂投加量的确定 . 34 4.1.3 不同初始滤速 SS 去除效果 35 4.1.4 其他水质指标的去除效果 . 38 4.2 反冲洗特性研究 40 4.2.1 两级滤池反冲洗方式 . 41 4.2.2 气水强度对反冲洗效果的影响 41 4.2.3 气水联合反冲洗操作条件 42 4.2.4 两级滤池反冲分析与讨论 45 第 5 章 两级滤池性能曲线分析 . 46 5.1 单位面积日产水量与过滤速度的关系 . 46 5.2 过滤周期与过滤速度的关系 48 5.3 过滤水头损失与过滤速度的关系 . 49 5.4 单位面积日产水量

22、与过滤周期的关系 . 50 5.5 性能曲线分析 . 50 小结 53 第 6 章 结论与建议 54 参考文献 . 56 致谢 59 附录 A(攻读学位期间所发表的学术论文目录) . 60 硕士学位论文 - - 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景 城市污水主要来源于生活用水，具有水量大、水质好的特点，经处理达标 后，可进行中水回用，也可用于工业、农业及绿化等。合理有效的利用城市污 水，不仅可以有效的解决城市用水量不足的问题，还具有非常大的经济价值和社 会价值。 城市污水回用的前提是污水处理达标，目前，城市污水处理排放执行城镇 污水处理厂污染物排放标准(GBl89182002)， 该标准规

23、定，城市污水中水回 用的最低标准为一级 A 标，同时，该标准还详细的规定了城市污水排入不同排 水领域应执行的排放标准，对于排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封 闭、半封闭水域时，也要执行一级 A 标。目前，一般污水处理厂污水排放并不 能达到这一标准，为了执行这一标准，须进行工艺改造，在改造仍不能达标时， 必须增加污水深度处理工艺，以确保所排放的污水达到一级 A 标准。 一般来讲，城市污水经过污水厂预处理和生化处理后，出水水质能够达到一 级 B 标准，为了提高至一级 A 排放标准，必须进行深度处理。深度处理去除的 主要目标是污水中的 SS 及 COD、NH3-N、TN、TP 等指标，而过滤

24、是去除污水 中 SS 最为有效的措施，同时还能辅助去除其他水质指标，因此，污水过滤的研 究意义重大，本试验以二沉池出水作为试验水质，研究两级滤池在城市污水深度 处理中的应用。 1.2 过滤技术研究现状及进展 滤料及滤料层的构成是影响过滤特性的关键因素，这决定了滤后出水水质， 决定着过滤设备的基本性能。因此，过滤技术的发展在很大程度上取决于对滤料 和滤料层构成的研究与改进l。 一般来说，一种介质能否成为过滤材料，就要看它是否有较规则的外形，是 否有足够的机械强度和化学稳定性，是否有较好的过滤效果。过滤介质有规则的 外形使滤料具有适当的孔隙率；有足够的机械强度能保证滤料在反冲洗时不会因 为滤料之间

25、的相互碰撞而破损；过滤介质化学稳定性好，才不会溶解于污水或者 与污水中的化合物发生反应。滤料只有具备这几种特性，才能保证滤池的正常运 行。目前，常用的过滤材料大致可以分为两大类，即颗粒滤料与纤维滤料，颗粒 两级滤池在城市污水深度处理中的应用研究 - - 2 滤料主要分为石英砂滤料、陶瓷滤料、硅藻土橡胶粒等滤料，纤维滤料主要包括 短纤维、长纤维、纤维球、纤维束及彗星式纤维滤料等。 1.2.1 颗粒滤料过滤 1.2.1.1 普通石英砂过滤2 普通石英砂滤料是最早使用的滤料之一。石英砂滤料因来源广泛、价格低 廉、机械强度和化学稳定性好等优点，在过滤初期得到广泛应用。 由于普通石英砂滤料在反冲洗过程中

26、受水力分级的影响，滤料粒径从上到下 由小到大，滤层的孔隙率也由小到大。过滤初始阶段，污水中大部分悬浮物质先 被滤料表层截获，随着过滤的进行，悬浮物质将跟随水流向下进入滤层。由于表 层滤料粒径最小，孔隙率也最小，因此截获的悬浮物数量也最多。过滤一段时间 后，表层滤料的孔隙将会被所截获的悬浮物堵塞，这样整个了表层的阻力增大， 过滤速度下降，严重时甚至产生穿透现象，从而使得滤后水水质不能满足过滤要 求。而下层的滤料并未充分发生截污作用。 1.2.1.2 双层和多层滤料过滤2-4 上个世纪 50 年代，研究人员开发出双层滤料过滤，成功的避免了传统单层 石英砂滤料过滤的缺陷。双层滤料不仅能够增加床层的截

27、污量，同时还能延长过 滤周期，在一定程度上提高了滤速和过滤效率。早期使用广泛的轻质滤料是无烟 煤，随着研究人员的不断试验，人工陶瓷、人工合成纤维等轻质滤料也逐渐推 广。 根据双层滤料的特点，待滤水先通过粒径较大的滤料再通过粒径较小的滤 料，从而有效的提高了滤速和过滤效果。在双层滤料之后，研究人员又提出了三 层滤料、四层滤料、五层滤料等过滤方式。沿着水流方向，滤料粒径逐渐减小， Sembi 和 IveS 用计算机模拟了多层滤料过滤，通过对多层滤料过滤数值模拟， 发现滤层越多，过滤效果越好。然而这种理想的滤层结构在实际应用中却产生了 许多问题，如容易发生混床现象，滤料易流失以及反冲洗效果差等。加上

28、滤料的 来源有局限性，加工较复杂，因此工业生产中采用的滤料仍然以双层和三层滤料 为主。 1.2.1.3 均质滤料过滤5 双层和三层滤料滤床实质上是两个或三个不同的单层滤料滤床串联组成。虽 然各层内仍然存在水力筛分作用，但表面部分始终担负着主要截污作用。 均质滤料在 20 世纪 80 年代以来逐渐被开发应用，它的开发很大程度上解决 了非均粒滤料存在的问题。床层纳污量，过滤速度，过滤效率都得到了明显的提 升。 均质滤料是指粒径比较均匀的滤料。不均匀系数 K80通常表示滤料粒径的均 硕士学位论文 - - 3 匀程度(K80=d80/d10)，K80越小，滤料粒径越均匀。目前，业内并没有统一的规定 均

29、质滤料的 K80 范围值。滤料越均匀，过滤效果越好，但滤料的生产难度也随 之增大。随着过滤的发展，均质石英砂滤池逐渐取代传统的石英砂滤池，并入快 滤池中得到广泛的推广。 事实证明，均质石英砂滤料粒径均匀，不存在水力分级现象，过滤时不会产 生表面阻塞的现象。而且待滤水中的悬浮颗粒能够渗入滤层深处，可以使整个滤 床一起承担截污作用。在可以满足出水水质的条件下，均质石英砂滤料粒具有产 水量高、滤速快、过滤周期长、水头损失增长缓慢等优点。 滤料粒径的选择是均质石英砂滤料在实际应用中极为重要的一环。如果要重 点保证滤后水水质，显然，滤料的粒径越小越有利。在滤层厚度一定的前提下， 滤层截留悬浮颗粒的数量随

30、着滤料粒径的减小而增大。因此，选择小粒径的滤料 有利于保证滤后水水质。但需要注意的是，选择小粒径的滤料对延长过滤周期， 提高滤层产水量，减缓水头损失，提高滤速都是不利的。当滤料粒径小到某一程 度，甚至会发生表层过滤的现象。 因此，尽管小粒径滤料有一定的优点，如过滤效果好，反冲洗难度较小等。 但在工业上，滤料粒径的选择原则仍应以保证出水水质的条件下，尽量选择粒径 较大的滤料为基础。随着过滤技术的发展，传统石英砂滤料比重较大，反冲洗强 度大，滤料易流失等缺陷已越来越被人们重视。关于替代传统石英砂滤料的课题 研究已愈发显得迫在眉睫。 1.2.1.4 人工轻质新型陶瓷滤料6 前苏联最早对人工轻质新型陶

31、瓷粒滤料进行开发应用，早期的陶瓷粒滤料是 用豁土或与之类似的材料经适当处理后高温焙烧制成。 我国在 20 世纪 70 年代中期开始研究陶瓷滤料并逐渐将其应用到实践中。由 于人工轻质新型陶粒滤料外表粗糙且多棱多角，内部及表面孔洞很多，因此具备 孔隙率高，比重轻，比表面积大等优点，但由于其机械强度差，经多次冲洗后材 料易破碎而产生损耗，所以使用造价偏高。 1.2.1.5 瓷砂滤料6 瓷砂滤料是一种球形均质滤料，是由一定比例的成孔剂、粘合剂和发泡剂参 和于优质高岭土中，经过炼泥、陈腐、成型、干燥后，高温焙烧而成。瓷砂一般 为圆形颗粒，颗粒外观白色，呈麻点状，表面粗糙坚硬，内部多微孔，粒径约 1.5

32、mm。用瓷砂作滤料不仅孔隙率高，比表面积大，易清洗，密度小而且具有 抗冲击、抗氧化、耐腐蚀、硬度大等优点，所以过滤效果好。瓷砂滤料使用寿命 长，一般可达 10 年。 1.2.1.6 硅藻土滤料 过滤技术的发展使得滤料的范围变得更广，滤膜、许多粉末材料等多孔材料 两级滤池在城市污水深度处理中的应用研究 - - 4 也已被纳入其中，像硅藻土滤料。硅藻土矿经过破碎、研磨、筛分等步骤后就可 以制成硅藻土滤料。硅藻土滤料形成的滤层孔隙很小，粒径在 50nm 以上都能筛 除，再加以适当的预除剂，过滤对细菌的去除可达 99.5%以上。若加入少量的混 凝剂，水头损失增长速度则可明显降低，从而能延长过滤周期。然

33、而，硅藻土滤 料滤层孔隙小，水头损失增长速度快，过滤速度慢，只适用于过滤原水水质较好 且精度高的情况。 1.2.1.7 橡胶粒滤料、泡沫塑料球粒滤料 橡胶粒、轻质泡沫塑料球粒滤料具备密度小、孔隙均一、易搬运的特点。过 滤时，可以避免因水力分级造成的污水中悬浮颗粒在滤料表面聚集的现象发生， 能发挥整个滤层的截污作用。与传统的滤料比较，具有反冲洗耗水耗气少，截污 能力强，过滤速度大，运行周期长等优势，与其他颗粒滤料相比，具有更为广阔 的应用前景。 1.2.2 纤维滤料过滤 粒状滤料的研究主要围绕着提高滤速和反冲洗、过滤效率以及增大截污容量 等方面的技术问题，从单层石英砂滤料演变为双层滤料、三层滤料

34、、均质滤料， 进而发展到人工轻质陶粒滤料、硅藻土滤料等新型滤料，但是粒状滤料自身存在 一些问题及缺陷，阻碍了了由单层到双层甚至多层过程的发展，单层滤料不能取 得突破性的进展。因此，其他材质的滤料逐渐登上历史舞台，纤维滤料凭借其优 越的性能优势占据了各种滤料的地位。 深层过滤技术发展史上一种崭新的思维和尝试是以软填料纤维代替传统的 粒状滤料，这也拉开了现代过滤技术以纤维滤料为核心的序幕。 纤维滤料具有孔隙较大，密度较小的特点，这使得纤维滤料过滤器，滤速可 以很大，床层阻力很小，进而能达到更好的反冲洗效果。并且纤维的吸水率很 高，毛细孔较大，比表面积较高，这种特性的材料作滤料时能吸附大量的悬浮物

35、质，因此容量负荷和脱除率能达到一个较高的状态。此外纤维丝束不容易发生流 失，纤维滤池反冲强度的控制要求也较低，能更彻底完成滤料的反冲洗7。 近年来，纤维滤料在反冲洗和过滤特性方面所体现出的优势使人们越来越重 视纤维过滤技术。但是，由于这些人工合成纤维缺乏理想的清洗方法，纤维滤料 应用初期仅限于气体除尘，随着人们对纤维滤料的认识越来越深，纤维滤料也逐 渐应用于水处理过程。 1.2.2.1 短纤维过滤8-9 通常短纤维的直径在 0.13.0 m 之间，长度在 1030mm 之间，滤床存在一 系列的缺点：体积较大、纤维易发生流失以及反冲洗不彻底等。但是短纤维过滤 器也具有明显的优点，主要体现在过滤效

36、果上，与纤维球滤料相比，其悬浮物去 硕士学位论文 - - 5 除率高很多，另外还因其具有滤料加工简单、截泥量大、阻力小、过滤周期长的 优点，目前，少数过滤仍采用短纤维过滤方式，短纤维滤料应用于水处理，存在 一定的优势与不足，短纤维滤料的反冲洗方式和条件需进行系统的研究与改进， 才能广泛应用。 1.2.2.2 纤维球过滤10-13 经过反复的研究与改进，研究者根据短纤维滤料制成了纤维球滤料。从上世 纪 80 年代起，清华大学的环境工程研究所也开始对纤维滤料进行长期和大量的 试验和应用研究，种水质的纤维球滤料过滤效果进行长期、大量的试验和应用研 究，并成功研制出了能够用于不同水处理规模的国产纤维球

37、滤料。 纤维球滤料过滤时，滤层上松下紧，孔隙率自上而下由大到小分布，这样的 滤层结构较为合理，孔隙分布也趋于理想。形成这种类似理想滤层分布的原因是 水流经过滤层所产生了阻力使滤层结构发生变化，另一方面滤层截污后的自身重 力使这种结构更加稳定。 纤维球过滤的优点为截污能力强，过滤周期长，可反复使用。因为截留的杂 质随过滤进行逐渐渗透到滤层内部，几乎可以分布于整个滤层，这样可以更有效 去除粒径为 0.510um 的微小悬浮颗粒；纤维球过滤的滤速快，为砂滤床的 58 倍；经简单的反冲洗可重复使用。纤维球过滤的缺点在于积留在纤维球内部的积 泥不易洗出，而过滤时容易释放，影响出水水质。 1.2.2.3

38、纤维束过滤 鉴于纤维球和短纤维滤料在过滤效果上仍有不足，研究人员进一步对纤维滤 料进行改进，研究出了纤维束滤料。 纤维束滤料的试验研究结果表明，纤维束滤料与传统的滤料形式有较大区 别，过滤设备中的纤维束方向近似平行于水流方向，滤层孔隙可自行调整。过滤 时，滤床孔隙在重力作用下，沿过滤方向越来越小；反冲时，在水流作用下导致 床层处于膨胀状态，因此耗水耗气量低、清洗时间短但清洗效果更为彻底。纤维 束滤料在截污时，整个滤床均能发挥作用，得到充分利用。由于纤维束滤料过滤 和反冲洗的这些优点，国内外纷纷对纤维束过滤器进行实验研究与开发制造。 1.2.2.4 长纤维过滤6 用强度高、无毒性且不易流失的长纤

39、维丝束滤料制作的长纤维过滤器孔隙率 高，比表面积大。因此，在过滤过程中，滤速更快，阻力更小，运行周期更长， 纳污量大，出水水质可以达到优良。而且过滤器在反冲洗时，冲洗时间短，耗水 率低，而冲洗效果更为彻底。 此外，长纤维过滤器结构简单，过滤组件更换方便，且过滤效果优良，因此 选用此过滤器可以节约造价，降低能耗，减少占地面积，降低制水成本等。 两级滤池在城市污水深度处理中的应用研究 - - 6 1.2.2.5 彗星式纤维过滤14-15 清华大学研制的彗星式纤维滤料，继承了纤维滤料过滤效果好和颗粒滤料反 冲洗效果好的特点。彗星式纤维滤料由两部分组成，一部分为密度较大的彗核， 另一部分为松散的纤维束

40、，过滤时，由于彗核的作用，整个滤层被压实，整个滤 层孔隙率类似于理想滤层。反冲洗过程中，由于彗核密度比彗尾密度大很多，彗 尾处纤维丝束受反冲洗气水作用被冲散，产生较强的拽力，使反冲洗更彻底。 随着滤料的不断更新与发展，彗星式纤维滤料也有了许多新构型，本试验采 用的是彗星式纤维滤料的二级结构产品，滤料规格为 2.5(0.20.4)(2530) （ 彗 核 丝 径 彗 尾 长 度 ） ， 滤 料 所 用 的 纤 维 为 聚 酯 纤 维 ， 滤 料 丝 径 为 2040m，孔隙率为 96%，比表面积为 8500m2/m3。 1.2.3 组合过滤 1.2.3.1 含石英砂的双层或多层滤料组合2-5 由

41、于单层滤料存在表层过滤、滤后水不能满足水质要求等缺陷，研究人员将 研究重点转向双层滤料，双层滤料是在石英砂滤料的基础上，增加一种轻质的粒 径较大的过滤材料。双层滤料的开发，提高了滤池的过滤速度，增加了过滤效 率，并且有利于增加滤层截污容量和延长过滤周期。三层滤料是在双层滤料研究 的基础上发展而得。后来人们又研究了四层、五层滤料。滤料层数越多，滤层结 构越合理，越接近于理想滤层，过滤效果越好，但是，在实际应用中却出现许多 问题，如相邻两层滤料间的混床，滤料容易流失及反冲洗效果差等。双层和三层 石英砂组合过滤实质上不过是两个或三个不同的单层石英砂滤层串联组成，而每 层内仍然存在水力筛分作用，主要担

42、负截污作用的仍然为表面部分。 1.2.3.2 活性炭、焦炭、麦饭石组合16 滤池以上向流方式运行，最底层为活性炭滤料，中间滤层为焦炭滤料，最上 层为麦饭石滤料。活性炭比表面积较大，内部空隙较发达，有良好的吸附性能而 且能截留不能快速降解的物质。焦炭滤料的主要特点是具有多孔性结构和不规则 表面，麦饭石主要特点是松散容重较大。组合过滤时，由于滤料的分层结构，使 得滤层过滤效果好，截污能力强。这种滤池存在的缺陷是滤层厚度过大，反冲洗 非常困难，不仅要有足够的反冲洗气水强度，还要消耗非常多的反冲洗水量和气 量。 1.2.3.3 曝气生物滤池-慢滤池组合17 曝气生物滤池慢滤池组合工艺，由曝气生物滤池和

43、慢滤池组合而成，慢滤 池滤层厚度为 0.15m，实验显示，这种组合工艺具有较强的抗冲击负荷能力，在 进水水质变化较大的条件下，组合工艺的出水水质稳定。原水水质对组合工艺的 运行周期影响较大，对浊度、色度、COD、氨氮的去除率较高，去除率分别为 硕士学位论文 - - 7 95.88%、58.38%、46.96%和 27.6%，对 TP、TN 的去除效果不明显22。由于该 滤池过滤速度非常小，滤速为 0.3m/h 左右，所以滤池工作效率较低。 1.2.3.4 纤维球与纤维束滤料组合18 这种滤池由纤维球滤料与纤维束滤料组合而成，它将两者的优点巧妙地组 合。这种组合过滤工艺的设计，与传统的颗粒滤料滤

44、池相比，过滤速度大，截污 量产水量高，水头损失小。这种组合过滤结合了纤维束过滤精度高与纤维球滤料 截污容量大的特点，避免了单层过滤中的许多缺陷。滤池采用气水联合反冲洗或 脉冲式反冲洗方法，使过滤技术有了质的飞跃。但积留在纤维球滤料内部的积泥 不容易洗出，过滤时容易释放，影响出水水质。 1.2.3.5 颗粒滤料与纤维束滤料组合 该滤池上层滤料为颗粒滤料，下层滤料为纤维束滤料，纤维束滤料一端挂在 不锈钢钢丝网上，另一端挂在固定孔板上。上层过滤系统在设备的罐体内可上下 移动，并挤压下层纤维束软填料层。颗粒状滤料与纤维状滤料组合式过滤器是一 种组合的发明专利，是将两种物理、化学性质不同的滤料和适用于这

45、两种滤料的 过滤器结构有机的组合和改进，起到一器多能的作用19。 1.3 研究目的及研究内容 1.3.1 研究目的 根据污水深度处理出水水质要求，结合以上各滤池特点，本课题提出由均质 石英砂滤池与彗星式纤维滤料滤池串联组合而成的两级过滤工艺，作为污水深度 处理工艺。两级滤池将颗粒滤料反冲洗效果好与纤维滤料过滤性能高的特征相结 合，均质石英砂孔隙率大，能够截留去除水中的大部分杂质，起到粗过滤作用， 彗星式纤维滤料比表面积大，能够截留去除水中细小的少量剩余杂质颗粒，起到 精密过滤的作用，两者组合，既增强过滤性能，又能提高反冲洗效果。研究两级 滤池，其目的是通过试验研究，为污水深度处理寻求一种高效节

46、能的净水工艺。 1.3.2 主要研究内容 本课题试验地点在郴州市第三污水处理厂，通过对污水厂二沉池出水过滤试 验，研究两级滤池的运行特性和净水效果。具体研究内容如下： (1)两级滤池基本参数的确定。两级滤池的基本参数主要包括滤层厚度、石 英砂滤料粒径、泄漏 SS； (2)两级滤池的过滤特性的研究。两级滤池过滤特性主要有滤速随时间的变 化规律，过滤过程中水头损失的变化，过滤周期大小； (3)两级滤池过滤污水厂二沉池出水的试验研究。主要研究不同初始滤速及 两级滤池在城市污水深度处理中的应用研究 - - 8 絮凝剂投加量对污水中 SS 去除率的影响，两级滤池对其他水质指标的去除效 果。 (4)两级滤

47、池反冲洗特性的研究。两级滤池、级滤柱反冲洗均采用气水 联合反冲洗方式。通过不同大小反冲洗气强度与水强度反冲洗试验，研究适合 级滤柱和级滤柱反冲洗水气强度组合。 (5)研究两级滤池过滤性能曲线，并与彗星式纤维过滤器、均质石英砂过滤 器及纤维球过滤器性能曲线相比较，从性能曲线分析两级滤池过滤特点。 硕士学位论文 - - 9 第 2 章 试验装置与试验方法 2.1 试验装置 本研究中试验地点为郴州第三污水处理厂，试验装置如图 2.1、2.2 所示，主 要分为过滤系统，反冲洗系统和加药系统三个部分。 图 2.1 试验装置流程图 图 2.2 试验装置实景图 两级滤池在城市污水深度处理中的应用研究 - -

48、 10 2.1.1 过滤系统 过滤系统主要包括潜水泵、平衡水箱、级滤柱、级滤柱。过滤的基本流 程为待滤水经潜水泵提升至平衡水箱，在平衡水箱消能后，在重力作用下流入 级滤柱，经过级滤柱过滤后，待滤水水头降低，但仍能满足级滤柱过滤所需 水头要求，待滤水由级滤柱重力流进入级滤柱，经级过滤，排入消毒渠。 (1) 潜水泵 潜水泵主要作用是将二沉池出水提升至平衡水箱，并为过滤系统源源不断的 提供待滤水，潜水泵型号 ISG20-110，流量 2.5m3/h，扬程 15m，电机功率 0.37kW。潜水泵安装于二沉池与消毒渠之间，这就使得污水试验流程与污水深 度处理的沉淀-过滤-消毒工艺流程相一致。 (2) 平

49、衡水箱 平衡水箱规格为 1.01.01.0m，位于滤柱上方，平衡水箱不仅为两级滤池 重力过滤提供足够的过滤水头，还可以起到消能作用，保持滤柱进水水流稳定， 过滤进水趋于平缓，避免了由水泵直接将原水提升至滤柱造成的高速水流扰动对 过滤产生的负面影响。此外已投加絮凝剂的试验原水可在平衡水箱中短暂停留， 在这段时间内，原水在平衡水箱中微絮凝，从而提高了过滤效果。 (3) 、级滤柱 、级滤柱均由有机玻璃材料制成，滤柱内径为 200mm，壁厚 10mm，滤 柱高 2000mm。级滤柱为均质石英砂滤柱，由配水器、长柄滤头、换料口、取 样口、测压管组成，进水配水采用多孔管配水器配水方式，这种配水方式能够维 持滤柱进水均匀；长柄滤头在反冲洗过程中起到均匀配水的作用；换料口主要作 用是便于更换滤柱中的滤料；取样口为滤后水取水样处，测压管为透明橡胶管， 管径为 10mm，均匀布置在、级滤柱上，用于测量过滤时滤柱的水头损失。 级滤柱为彗星是纤维滤柱、包括配水器、多孔滤板、换料口、取水口、测压管 等。用途与级滤柱基本相同，不同的是