关于生物活性砂过滤器应用于城镇污水处理厂出水提标改造的探讨

关于生物活性砂过滤器应用于城镇污水处理厂出水提标改造的探讨

欧耀铭

广东正诚环境科技有限公司 510623

摘要：汕头潮南某污水处理厂一期工程采用氧化沟工艺，原设计出水指标一级B，后期为了将出水水质提升一级A，在后续的提标扩建改造工程中，采用了活性砂滤池作为深度处理工艺，改造后总处理量为7.5万吨/天，改造后出水各项指标均稳定达到一级A排放标准。本文以该项目为案例，介绍活性砂过滤器的工作原理及设计思路，探讨活性砂过滤器在实际项目中的应用。

关键词：活性砂；提标改造；污水处理厂；实例论证

近年来潮南区大力推进练江综合整治，把推进练江流域污染综合整治摆到全区经济社会发展的突出位置，坚持“断源、截流、治污、疏浚”的工作思路，结合实际制订了《2015年练江流域综合整治工程项目建设方案》等10个方案。为了提高人民群众生活质量、改善水环境污染状况、改善投资环境，汕头市决定新建陈店、陇田、司马浦、峡山（二期）、两英（二期）污水处理厂共五座新（扩建）污水处理厂。其中峡山污水处理厂除了扩建二期项目外，还进行管网改造及一期工程提标改造，建成后将极大地改善了周围水体环境，对治理水污染，保护当地流域水质和生态平衡具有十分重要的作用。

一、项目概况

潮南区峡山污水处理厂位于峡山镇，为规划中要求改扩建的污水处理厂之一，先行一期建设项目日处理量3万吨/天，设计采用“预处理+AAO微曝氧化沟+氯消毒”工艺，原设计排放标准为一级B，由于不满足后续排放要求，遂进行改扩建，改造后日处理量达到7.5万吨/天，出水执行一级A标准。

二、工艺流程

项 目提标改造所采用的的工艺流程如下：二沉池出水 中间提升泵房 活性砂滤池 出水。

由于深度处理阶段还要去除TP，同时要保证出水SS、氨氮、总氮等指标都稳定达标，所以采用活性砂滤池作为主要提标设施，在配套除磷加药装置下，能实现脱氮除磷的同步深度处理，同时由于活性砂滤池兼具过滤功能，因此SS也能得到很好的去除。

三、工艺介绍

活性砂过滤器基于逆流原理，待处理的原水经进水管，通过位于过滤器底部的布水器进入过滤器。水流由下向上逆流通过滤床，经过滤后的过滤液在过滤器顶部聚集，经溢流口流出。过滤器底部被污染的滤料通过空气提升泵被提升到过滤器顶部的洗砂器，通过紊流作用使污染物从连续流砂中分离出来，在回落的过程中，又通过小股逆流清水对其进行冲洗，冲洗后的反冲洗水通过冲洗水出口排出，净砂利用自重返回砂床，开始下一个作循环。过滤器以石英砂作为反硝化生物的挂膜介质，同时砂床又是硝酸氮 (NO3-N) 及悬浮物极好的去除构筑物，某些厂家采用采用大口径提升泵间歇运行的方式，在短时间内对砂床进行快速清洗同时对砂床中形成的氮气进行驱除，在节能的同时又杜绝了造成设备板结的可能。装置图示见图一

1、控制系统 2、原水进水 3、滤后水 4、反洗水 5、空气提升泵 6、污砂 7、砂椎体

8、布水器 9、砂床 10、洗砂装置

图一 活性砂装置图

四、设计参数及主要构筑物

1、设计进水水质

潮南区峡山污水处理厂一期设计工艺为“预处理+AAO微曝氧化沟+氯消毒”，经处理后尾水指标执行GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，其水质指标见表1

表1 污水处理厂原执行标准

经过提标改造后，峡山污水厂的出水水质标准见表2

表2 污水处理厂提标改造执行标准

3、主要构筑物设计参数

3.1 活性砂滤池

（1）设计参数

处理水量3125m³/h，总变化系数1.33，共设置80个连续式活性砂过滤器，分成10组，单个过滤器过滤面积为5.5m²，每组过滤面积44m²，最大过滤流速7.1m/h。

（2）构筑物

结构形式：钢筋混凝土结构，半地下式

构筑物尺寸：26.5*26.5*7.0m

（3）设备选型

活性砂过滤器80个，5.5m²/套

空压机系统3套，N=55kw，2用一备

储气罐1个，V=5m³，P=0.8Mpa

冷干机1个，N=4kw

3.2 加药间

（1）设计参数

处理水量7.5*10⁴m³/d

（2）构筑物

结构形式：钢筋混凝土结构，地上式

构筑物尺寸：12*12*5.5m

（3）设备选型

储药罐2个（PAC及乙酸钠），V=63m³

隔膜计量泵4台，N=0.75kw

3.3 活性砂过滤器设备技术参数描述

3.3.1 设备描述

活性砂过滤系统由相应结构的混凝土滤池，布水器组件，洗砂器，空气提升管，进水管道，滤液出水管道和冲洗水出水管等组成。内部过滤单元与相应管道间应采用柔性连接。压缩空气系统提供的压缩空气经空气控制柜，通过空气软管与过滤器顶部连接。内部过滤单元包括进出水管，布水器，洗砂器，冲洗水出水管和空气提升泵套管。

活性砂过滤系统组件安装在混凝土结构的滤池中。过滤和滤料清洗两个相对独立又同时进行的运行过程在过滤器内的不同位置完成。项目设计每8套过滤器组件组成一组过滤单元，共10组。

石英砂的循环在过滤器中心内进行，活性砂过滤系统系统的洗砂装置没有任何弯曲部位，使其能够避免因途径的弯曲而造成砂子循环阻碍。

滤料为天然石英砂滤料，粒径1.0-1.6mm，不均匀系数＜1.5。

3.3.2 设备参数

数量 80套

过滤面积 5.5m²/套

过滤器有效水深 5.85-6.55m

单套空气供气量 215L/min

运行流速 7.1m/h

进水管管径 DN200

出水管管径 明渠收集

砂床高度 大于等于2.8m

水头损失 ≤0.8m

3.3.3 设备材质

布水器和导砂锥 不锈钢SS304，厚度不小于4mm

中心提砂管 不锈钢SS304

洗砂器 不锈钢SS304，厚度不小于4mm

进水管组件 HDPE

紧固件 不锈钢SS304

3.3.4 空气及电气自控系统控制

活性砂过滤系统控制系统应由电控柜和气控柜两部分组成。一个电控柜控制10个气控单元，1个空气控柜控制8个活性砂过滤系统单元。

空气控制柜内安装带有压力刻度的减压阀，水分离器，电磁阀，空气流量计，电加热器和接线端子盒等。压缩空气通过气控单元内的减压阀，使保持压力固定在4 Bar，再通过一个电磁阀到总管。空气应被均匀分配到每个流量计，然后被输出，一个流量计对应一个过滤器。控制柜可以分别调节流量计的流量。

电气自控系统能控制整个过滤系统的运行、停止和报警，并能配合中控室实现对过滤系统工艺流程、仪表、设备参数等进行监控。

3.3.5 空气压缩机及附属设备

项目空气压缩机采用无油空压机，配套储气罐、冷干机、空气过滤器、油水分离器、气管系统、电气控制系统等附属设备构成活性砂滤池气洗系统。

无油空气压缩机系统转子和定子之间通过同步齿轮带动，从而不需要油做为中间润滑和冷却介质，没有油气分离系统，相对于油润滑中压机更适合于连续砂滤系统的运行。

项目设计采用3台空压机（2用1备）、1台储气罐、1台冷干机。单台空压机气量>8.6m³/min，最大工作压力7.5bar，运行功率55kw，采用风冷冷却；储气罐材质碳钢防腐，有效容积5m³，工作压力8bar，配套泄压安全阀；冷干机处理量>9m³/min，工作压力7.5bar，压力露点为-2℃~5℃，采用环保冷媒作为制冷剂，运行功率4kw。

3.3.6 滤料

滤料为天然均质石英海沙，标准符合CJ 24.1-88《建设部水处理滤料标准》，粒径范围1.0-1.6mm，含硅量≥95%，均匀系数＜1.5，项目总用砂量为2560吨。

3.4 活性砂过滤设备工艺特点

（1）无需停机反冲洗，活性砂为无阀滤池，生产同时进行反冲洗。

（2）连续运转，效率高，出水水质稳定，耐冲击负荷强，短时承受SS冲击可达400mg/L，出水依然稳定维持5-10mg/L。

（3）运行维护成本较低，除石英砂滤料外无其他转动件，故障率低。

（4）不需反冲洗水泵及相关配套自动阀门，可降低能耗30-50%。

（5）较传统工艺节省土建空间约30%，譬如V型滤池等

（6）采用单一滤料，无需级配层，水头损失≤0.8m。

（7）一次性投资低，不需外设混凝池、沉淀池等设施，占地紧凑。

（8）设备成套供应，模块化设计可根据水量变换灵活增减过滤器数量，适合改扩建工程。

4、运行效果

对项目连续15天进行进、出水数据收集并分析，得到如下图表：

图二 系统进、出水SS对比图

图三 系统进、出水TP对比图

图四 系统进、出水NH3-N对比图

从图二至图四可以看出，经过系统的处理，系统的SS、TP、NH3-N均有很好的去除效果，进水虽然有波动，但出水SS基本保持在9mg/L左右，满足处理要求，而进水总磷指标基本都在1mg/L以上，但尽管如此，设备出水总磷指标依然可以稳定在0.5mg/L以下，处理效果明显，同样氨氮指标也满足排放要求，由于项目未改造前总氮指标已满足一级A的排放标准，因此项目并未考核总氮指标。

5、工艺经济分析

该项目活性砂成套设备成本约660万，土建成本约400万，折合吨水建造成本约为141元。对比工艺类似的滤布滤池以及生物曝气滤池，在同等处理量的情况下，与滤布滤池设备成本相当，比生物曝气滤池设备成本略低，但滤布滤池只能除SS以及总磷，并无除氮能力，生物曝气滤池则只能做到除磷或除氮的单一效果，无法两者兼顾，而活性砂滤池则可同时除磷除氮。土建成本上滤布滤池工艺稍有优势，但由于滤布滤池工艺通常需要外设混凝反应池及沉淀池以减轻滤池处理负荷，因此整体占地面积与活性砂过滤工艺大致相同，而生物曝气滤池的土建成本和占地则与活性砂过滤工艺相当。而从运行成本上考虑，滤布滤池的动力设备有反洗水泵和衍车系统，但运行功率较低，因此运行成本相对较低，其次是活性砂滤池，最后由于传统生物曝气滤池需要设置大功率反洗水泵和鼓风机，因此运行成本为三种工艺中最高。

综上所述，我们可以得知，活性砂过滤工艺在实用性及经济性上，有着非常不错的平衡，同时运行成本也较低，相较比同类处理工艺，活性砂工艺可以节省建设投资，降低能耗，减少占地。

结束语：

活性砂滤池采用深层流态滤床，出水效果稳定，所有的化学反应均直接在滤床进行，节省空间，设备少，控制简单，使用寿命长，模块化设计，在除磷、除SS效果方面具有优势，同时兼具一定程度的除氮效果，具有不错的经济性及实用性，是一种非常适合用于城镇污水处理厂一级B到一级A提标改造的处理工艺，值得推广应用，

参考文献：

[1]王东，马景辉，张红丽等. DynaSand活性砂过滤器在市政中水回用中的应用[J].工业水处理,2006,26(9):59-61.

[2]陈志平，杨建雄，张甜甜等. 活性砂滤池在污水处理厂深度处理中的应用[J].中国给水排水,2014,30(20):127-129.

[3]梅从明，魏思宇，刘峰. 活性砂滤池在污水处理厂提标改造中的应用[J].科技环境,2009,22(4):44-47.

[4] 焦辉平. 生物活性砂过滤器应用于城镇污水处理厂出水提标改造[D].江苏:江苏大学,2010.

[5] 潘正道. 复合生物滤池和活性砂滤池处理电厂循环冷却排污水研究[D].北京:清华大学,2016.