随着国家节能减排政策和可持续发展战略的逐步深入,面临严峻的水污染形势,国家对城镇污水处理厂的污染物排放标准提出了更严格的要求,要求出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A排放标准,有些城市甚至要求高于此标准。而就目前的污水处理技术而言,二级生物处理很难使出水SS、TP等污染物达到这个要求,必须增设后续深度处理构筑物对水中的SS、TP等污染物进一步进行处理,而过滤是最行之有效的方法之一,但目前的过滤工艺普遍存在处理效果与建设投资及运行成本不能兼备的现象。因此,研发一种新的过滤工艺解决这个问题,意义重大。

　　 上向流悬浮滤料滤池是中国市政工程西北设计研究院有限公司针对目前过滤工艺存在的问题,而研发的一种新型节能滤池。该滤池采用轻质EPS滤料,滤床在滤板和滤头的阻挡下悬浮在水中,原水由下而上透过滤床,污染物优先截留在滤床的下部;反冲时,采用清水区的水进行重力冲洗和原水扰动冲洗,由于EPS滤料的特性及上行过滤、下行反冲的过滤方式,滤料容易冲洗干净,且无需反冲洗设备。具有处理效果稳定可靠、工程投资及运行费用低、操作及维护管理简单方便等特点。其工艺设计见图1。为便于清楚地表示过滤原理,图1 对池体进行了平面图向立面图的转换,与实际工程池体结构有所差别。

　　 关闭F1、F2、F3、F4,原水通过配水渠、配水堰均匀地配入各组滤池,再通过池底的K1,将水均匀配入布水区,水流上行经滤料过滤后,净水由清水区的集水槽汇入总出水渠。

　　 同时开启F1、F2、F3,清水区的水快速下泄,滤料松散开,截留的污染物,随水通过K1、F2排入废水池;同时,原水通过F1进入反冲洗扰动管(大阻力配水管),对下层滤料进行冲洗扰动,加速滤料的擦洗,将粘附在滤料上的污染物清洗干净;总出水渠的水(其它分格滤池的出水)通过F3、K2均匀进入清水区,补充反冲水量,同时起到清洁滤板顶部的作用。

　　 滤料冲洗干净后,关闭F2、F3,滤池水位上升,待池内水位到达滤板顶时,关闭F1,开启F4,排除初滤水,初滤水排净后,关闭F4,进入正常过滤阶段。

　　 文登市污水处理厂始建于1995年,经2003年扩建后,现处理规模为8万m³/d,分Orbal氧化沟工艺系统和Carrousel氧化沟工艺系统,出水执行GB 18918-2002 一级B排放标准(TN为二级标准)。

　　 2012年,根据国家和当地环保部门的要求,污水处理厂出水必须达到一级A排放标准。根据对现状进、出水水质及处理构筑物的分析,很难通过优化二级生物处理使TN、TP、SS满足排放要求。因此,设计在二级生物处理后增设反硝化生物滤池和上向流悬浮滤料滤池,进一步去除水中的TN、TP、SS等污染物,确保出水水质达到排放标准。

　　 上向流悬浮滤料滤池设计规模为8万m³/d,主要用于进一步去除水中的TP、SS。滤池前段设置有混合絮凝区(投加化学除磷药剂PAC)和速沉区,混合采用机械混合,混合时间60s;絮凝采用平直折板絮凝,絮凝时间8.4 min;速沉区采用斜管沉淀,水力表面负荷30m³/(m²·h)。混合絮凝区主要用于化学除磷药剂PAC与水中的磷酸盐充分反应并形成微小絮体,速沉区主要用于沉淀大的絮体,以防堵塞后续的上向流悬浮滤料滤池。上向流悬浮滤料滤池分8 格,单格过滤面积50 m²,单格平面尺寸10m×5m,均日均时滤速8.4m³/(m²·h),高日高时滤速10.9m³/(m²·h),滤料厚度1 m,滤料粒径0.8~1.2mm。设计冲洗水头0.7 m,反冲洗周期24h,反冲洗控制程序见图2。

　　 2014年底,污水处理厂开始进入试运行,进水量基本在8 万m³/d以上,上向流悬浮滤料滤池对SS、TP、COD的处理效果(进水投加液体PAC,药液质量浓度3%,投加量0.38 m³/h)如图3~ 图5所示。

　　 由图3~图5 可以看出,上向流悬浮滤料滤池对SS、TP具有较好处理效果,同时对COD也有一定的去除效果。进水SS浓度基本在15~25mg/L,出水SS浓度基本维持在5mg/L,其对应的去除率在60% ~80%;进水TP浓度波动较大,基本在1.0mg/L左右,出水TP浓度均在0.5mg/L以下,其对应的去除率与进水TP浓度相关,基本在40%~70%;进水COD浓度基本在40~60 mg/L,出水COD浓度基本维持在30~50mg/L,其对应的去除率在10%~20%。

　　 上向流悬浮滤料滤池运行的水头损失情况如图6所示,由图6 可以看出,投加化学除磷药剂PAC后,对滤池的过滤水头影响较大,由于化学除磷反应形成的絮体,加速了滤料的堵塞速度,过滤水头损失增加较快。

　　 上向流悬浮滤料滤池设计冲洗水头0.7 m,反冲洗周期24h,根据实际运行情况,投加化学除磷药剂后,当达到反冲洗周期24h时的实际水头损失大于0.7 m,因此实际运行中,反冲洗周期调整为12h。同时,设计反冲洗程序可根据冲洗情况进行第二次冲洗,当反冲洗周期调整为12h后,根据冲洗效果,不需要进行第二次冲洗。

　　 通过长期的运行情况显示:(1)反冲洗周期调整为12h是合理的,缩短反冲洗周期后,滤料在轻度污染时便得到冲洗,此时的滤料更容易冲洗干净,反冲洗一次即可,还防止了滤料结团的可能;(2)通过运行显示,清水区的蓄水量即可将滤料清洗干净,无需开启反冲补水阀进行补水,且滤板顶部较干净,只需定期(1个月)开启反冲补水阀清洗滤板顶部即可;(3)滤池共8格,每次只反冲洗1格,初滤水SS浓度基本在30mg/L以下,单格滤池初滤水与其他格正常出水混合后的水质满足出水要求,因此,可以不排除初滤水。

　　 (1)上向流悬浮滤料滤池的关键部分为EPS滤料,EPS滤料比较特殊,其性能与堆密度密切相关,通过反复试验,其最佳的堆密度在60~100kg/m³,滤料堆密度过小,则不容易冲洗干净;滤料堆密度过大,则滤料的成本太高,且吸附拦截作用下降。

　　 (2)反冲排水阀的排水能力直接关系到滤料的反冲洗效果,通过试验,滤料最佳的反冲洗强度在16~32L/(s·m²)。

　　 污水处理厂设计规模为8 万m³/d,经核算,上向流悬浮滤料滤池建设费用约600 万元,折合单位水量投资为75 元/m³,与常用的V型滤池、转盘滤池相比,同等条件下可节省工程投资10%~30%。

　　 上向流悬浮滤料滤池采用全自动化运行,正常情况下无需人工操作;除电动阀门外,没有其他机械设备,运行电耗几乎为零(不考虑废水池排水泵的运行电耗)。

　　 上向流悬浮滤料滤池是一种新型节能滤池,该滤池采用轻质EPS滤料,滤床在滤板和滤头的阻挡下悬浮在水中,原水由下而上透过滤床进行过滤;反冲时,采用清水区的水重力冲洗和原水扰动冲洗,省去了常规滤池的反冲洗设备,具有处理效果稳定可靠、工程投资及运行费用低、操作及维护管理简单方便等特点。该滤池可广泛应用于城镇污水处理厂的深度处理中,对SS具有很好的处理效果,处理出水SS浓度基本维持在5mg/L左右,去除率在60%~80%;在加药的情况下对TP、COD等污染物也有较好的处理效果,处理出水TP浓度均在0.5mg/L以下,去除率与进水TP浓度相关,基本在40% ~70%;处理出水COD基本在50mg/L以下,去除率在10%~20%。