10万吨新型D型滤池与V型滤池的比较.doc

V型滤池与新型D型滤池的比较新型D型滤池与V型滤池的比较陕西大唐环境科技有限公司二一一年三月概述本文详细的从传统V型滤池与新型D型滤池之间的工艺、过滤机理、性能参数、运行工况、性价比以及工程实例上的比较来说明两种处理工艺本质的区别。通过比较我们可以看出新型D型滤池具备了传统V型滤池所有的优点，同时也具有许多自身的优越性能，是一种真正的适用、新型、高效的滤池。新型D型滤池的用途非常广泛，现已广泛运用于市政给水、城市污水提标处理、中水回用、工业给水等工程。1 工艺结构的比较新型D型滤池是由陕西大唐环境根据DT自适应纤维滤料的特点并在V型滤池的结构基础上自主开发设计，并获得国家专利权的一种过滤工艺。新型D型滤池与V型滤池在工艺结构上主要区别在于以下几个方面：1.1固定长柄滤头的滤板V型滤池是采用混凝土结构制作板，其常规尺寸为1m*1m*0.1m，单块重量约160Kg，安装很不方便；而新型D型滤池也是采用混凝土结构制作板，但其尺寸可以做成1m*0.5m*0.05m，单块重量约为40Kg，一个人就能抱动安装方便。1.2长柄滤头V型滤池的长柄滤头开孔率为22.5%，长柄滤头的通径为24，每平方米的分布为49个。新型D型滤池的长柄滤头开孔率为3540%，长柄滤头的通径为22，每平方米的分布为56个。1.3拦截盖板V型滤池根据石英砂的过滤的特点和参数没有拦截盖板，操作不当或设计参数不合理时容易跑砂。新型D型滤池因其滤料的特性，设计上采用了拦截盖板，以防止在反冲洗时跑料。1.4结构设计的灵活性V型滤池在设计上一般都采用双侧对称布置，比较固定。而新型D型滤池在设计上可以根据实际的场地情况做到双侧对称布置和单侧布置，较为灵活。2 过滤机理的比较2.1 V型滤池V型滤池是采用传统的石英砂滤料进行过滤。滤池的过滤介质是粒状材料，这几乎是一个固定概念，V型滤池借粒状材料的表面积附着悬浮固体，借颗粒间的孔隙来贮存所截留的悬浮固体。因此粒状滤料所具有的比表面积和孔隙度大小也就反映了快滤池所具有的去除悬浮固体的极限能力，根据经验参数，V型滤池的空隙率一般为4045%。空隙率是决定滤池实现高速过滤的前提。V型滤池的过滤机理是附着、迁移和机械脱落的原理。传统的石英砂滤料作为滤床进行过滤，这种滤层称为均质滤层，滤料则称为均质滤料，其特点是在整个滤层内，滤料的级配存在一定级差，因此沿滤层厚度的每一点，滤料颗粒间所形成的空隙率的大小分布也存在一定级差。在沿均质滤层厚度的每一点具有容纳不同的悬浮固体的能力，但是，当滤池进行反冲洗后，由于石英V型的刚度大，不可压缩和水力分级的作用，原来的均质滤料层就变成了分级滤料的滤层，即在沿滤层的厚度方向上，滤料是按从小到大的顺序排列的。由于均质滤层的分级（也叫级配）作用在过滤时产生以下问题：使滤料层在厚度方向上空隙大小是从滤层的顶部到底部是从小到大排列的，形成一个金字塔的构造，如图 。在孔隙最小的顶部滤层要容纳的悬浮固体数量最大，而孔隙最大的底部滤层却是容纳的悬浮固体量最小。滤池由于滤层顶部在过滤时容易被悬浮固体堵塞，水头损失上升，在过滤的水头损失达到允许值的时候，整个滤层的截留悬浮固体能力未能发挥出来。由于上述原因导致均质V型滤池存在以下问题：（1）过滤速度低。（2）占地面积大。（3）反冲洗时，反冲洗自耗水量大。（4）出水水质随着时间的延长而逐渐变差。（5）滤层的纳污量小。（6）由于V型滤在反冲洗时受其膨胀率的影响，其反冲洗强度不能太大，所以反冲洗不彻底，这样必然影响过滤周期及出水水质。（7）反冲洗时，容易导致滤料偏层或跑滤料。（8）过滤时的阻力大。（9）过滤过程不易控制（10）表面容易积泥，导致需要经常反洗。2.2 新型D型滤池 新型D型滤池是一种快滤池。该滤池采用大唐公司自产的DT自适应纤维滤料，小阻力配水布气系统，气水联合反冲洗，恒水位或变水位过滤方式。DT自适应滤料是将纤维滤料截污性能好的特征与颗粒滤料反冲洗效果好的特征相结合，是一种全新的纤维过滤材料。众所周知，颗粒过滤材料的重要特征是可以方便地在滤池内完成清洗过程，（以石英砂为代表），但是过滤精度比较低，出水水质不是很理想。采用纤维材料作为过滤材料的一个出发点是利用其比其他颗粒滤料具有大得多的比表面积和孔隙率，其孔隙度高达8590%，对比之下，粒径1mm石英砂滤层孔隙度为45%，由此可见，由纤维材料构成的滤床具有比常规过颗粒滤料大得多的纳污量（纳污量即单位体积滤床每个过滤周期所截留的悬浮颗粒物的质量，纳污量的多少对滤池过滤周期的长短具有决定性的意义）。另外，在保证滤后水质合乎要求及合适过滤周期的前提之下，应用纤维滤料的滤池可以比常规砂滤料滤池滤速高23倍的高滤速运行。这也是新型D型滤池处理同等水量比砂滤池占地面积小的根本原因。DT自适应滤料两端是松散的纤维丝束，又称“彗尾”，中间为固定纤维丝束的“彗核”，其形状见下图。 DT自适应纤维滤料形成的滤床横断面（水平）孔隙率分布均匀，确保了过滤时水流通道大小一致，不会发生水流短路现象；滤床纵断面（垂直）孔隙率分布由上至下逐渐减少，孔隙率沿滤床纵断面呈上大下小的梯度分布，确保了过滤时水中固体悬浮物的有效分离，保证出水水质。即该滤料能形成“上疏下密”的理想滤床结构。 过滤时，滤床上部截留水中较大的颗粒，滤床下部窄通道截留细小颗粒（上部脱附颗粒），实现高速和高精度的过滤。反冲洗时，采用气水联合反冲洗，DT自适应纤维滤料处于自由运动状态，纤维丝束随反冲洗水流散开并摆动，滤料之间的相互碰撞也加剧了纤维丝束在水中所受到的机械作用力，加剧了滤料的运动，使附着在纤维表面的固体杂质颗粒很容易脱落，从而提高了滤料的洗净度，并减少了反冲洗耗水量。新型D型滤池具有以下特点：1、采用DT自适应纤维滤料，具备传统滤池的所有优点；2、采用特制的配水布气系统，彻底避免了过滤过程中常见的死角和穿透的现象；3、过滤速度快，一般控制在15-25m/h；4、过滤精度高，5m的悬浮物颗粒去除率大于95%；5、纳污量大，一般为1535kg/ m3；6、反冲洗耗水率低（约0.5%2%），运行费用省；7、占地面积小，相同制水量时，占地面积为V型滤池的40%以下；8、过滤周期长，一般为824h；9、出水水质好，一般情况下，出水水质小于1NTU；10、经济加药量低，由于滤床的过滤精度高，微絮凝形成微小颗粒时就可以被有效过滤，因此节约了运行成本；11、控制可以采用手动控制和自动控制两种方式，根据客户实际需要制定；12、特有的拦截技术，可保证滤料在反冲洗时不会流失；13、抗进水水质波动的冲击能力强。由于滤床结构及滤料自身的特点，当滤池前置处理设备短期内发生故障或者洪水期短期内进水水质出现大幅度波动时，滤池仍然可以保证出水水质。3 性能参数的比较3.1 V型滤池的过滤工艺V型滤池过滤工艺如下：过滤 气冲 气水混冲 水冲 初滤V型滤池要达到高速度过滤，则必须采用大的粒径的石英砂，或采用多层滤料过滤但不能保证过滤精度其主要设计参数为：（1）过滤速度：一般为612m/h，通常采用68 m/h的滤速。（2）进水浊度：一般为5NTU（3）反冲洗：单独水冲强度：46L/m2s，时间一般为35min。单独气冲强度：1518 L/m2s，时间一般为48 min。气水混冲时，气冲强度为：1518 L/m2s，水冲强度为：68L/m2s，时间一般为：48min。表面扫洗强度：2.22.8 L/m2s。石英砂的填装高度一般为12001500mm，粒径一般为0.50.95mm，不均匀系数为1.4左右，承托层的高度一般为400 mm。过滤时滤层上的水位一般在1.2m左右。V型滤池的过滤水头损失一般为1.82.0m。一般采用恒水位过滤方式。3.2 新型D型滤池的过滤工艺D型滤池过滤工艺如下：过滤 气冲 气水混冲 水冲 初滤其主要设计参数为：（1）过滤速度：一般为1525 m/h，通常采用1421 m/h的滤速。（2）进水浊度：一般为20NTU（3）反冲洗：单独气冲强度：2832 L/m2s，时间一般为35 min。气水混冲时，气冲强度为：2832 L/m2s，水冲强度为：6L/m2s。时间一般为：810min。单独水冲强度：6L/m2s，时间一般为35 min表面扫洗强度：1.82.4 L/m2s。滤料的填装高度一般为800mm。新型D型滤池的过滤水头损失一般为1.62.0m。一般采用变水位过滤方式。4 运行工况的比较4.1 V型滤池的运行工况V型滤池在实际运行的过程中，由于表层大概200-300mm后的石英砂在整个纵层的滤层中，其粒径是最小的，而在过滤的过程却要承纳最大的纳污量，并且在反冲洗时却在最滤层的最上面，因而不容易清洗干净。随着时间的延长，这层滤层会由于清洗不干净结泥球，因而时常需要曝晒或刮砂，同时需要补充滤料，增加劳动强度。造成以上不良结果，主要原因如下：（1）因为V型滤池在设计的过程中是按微膨胀度设计的，但是在设计的过程中，由于气冲强度和水冲强度的设计参数是按行业规范去取值的，往往偏大，再加上考虑操作因素和施工过程中的因素，致使在反冲洗的过程中跑砂，或者在滤料表面层出现偏层，导致整个滤料层分布不均匀。（2）V型滤池一般是采用恒水位过滤，是通过滤池内的超声波液位计的信号传送到PLC电脑中，再通过PLC电脑传送到滤池出水流量调节阀，以此来控制滤池内的水位，因滤池内的水位受进水波动的影响，导致滤池出水阀频繁的开启，导致出水流量调节阀的故障率高，从而影响生产和滤池的正常运行。4.2 新型D型滤池的运行工况新型D型滤池因采用变水位控制方式，滤料为DT自适应纤维滤料，因而在实际操作和自控系统中不存在V型滤池在运行过程中出现的问题。5 性价比的比较5.1工程费用V型滤池因其过滤速度较低，一般为68 m/h左右，而新型D型滤池的过滤速度高，一般为1621m/h左右，是V型滤池的2倍多，根据公式QVA可以得出在处理同样水质、水量同时保证出水水质的前提下，新型D型滤池过滤面积不足V型滤池过滤面积的一半，折算成工程投资，新型D型滤池的土建造价不到V型滤池土建造价的一半，这就大大降低了整个工程的投资，若同时把土地折算成投资，那投资就更显得效益经济。5.2运行费用新型D型滤池和V型滤池在运行费用方面主要体现在风机的运行、反洗水泵运行的电耗、反洗的耗水率以及所需的药剂费用上：（1） 电耗根据公式QqA（其中Q为反洗风量或反洗水量，q为反洗水强度或反洗气强度，A为单池过滤面积）分析，因V型滤池的过滤面积是新型D型滤池过滤面积的2倍多，则V型滤池的反洗风机和反洗水泵的电耗比D型滤池相应的风机和水泵的电耗大得多。（2） 药剂用量由于V型滤池的进水要求比新型D型滤池进水要求高（V型滤池的进水要求一般为小于5NTU，而新型D型滤池进水要求一般为小于20NTU），所以新型D型滤池的药剂费用也低于V型滤池。（3） 耗水率由于V型滤池为恒水位过滤，正常过滤时，滤层上的水深一般为1200mm，与新型D型滤池相比，在同样过滤面积下，反冲洗时V型滤池所耗的水就比新型D型滤池多。综上所述，新型D型滤池比V型滤池存在着V型滤池不可比拟的优良性能，V型滤池因其滤速低，投资大而成了其发展的瓶颈！6 运行费用比较日处理水量10万吨V型滤池与新型D型滤池运行费用比较：项 目V型滤池新型D型滤池设计参数滤速7.44m/hr，单组过滤面积40m2,工作周期24hr，反冲洗一次（气水反冲）。土建按10万m3/d一次建成共14池，均质滤料按10万m3/d,共14池装料。滤速14.88m/hr,单组过滤面积28m2,工作个周期24hr，反冲洗一次（气水反冲）。土建按10万m3/d，一次建成共10池，纤维合成滤料按10万m3/d,共10池装料。反冲洗水耗单价0.5元/m3先气冲，气冲强度16L/m2.s，历时 3 min；中间气水同时反冲，气冲强度16L/m2.s，水冲强度7L/m2.s,历时8min；最后水冲，水冲强度4L/m2.s历时4min，1、当气水冲时，单格滤池反冲洗耗水量QAq4073.6860134.4m32、当水冲时，单格滤池反冲洗耗水量QAq4043.646038.4m33、单格滤池一次反冲洗总耗水量Q38.4m3134.4 m3172.8m316小时反冲洗一次，则14池共耗水量为：172.8142419.2m3，日需要水量2419.224/163628.8m3日需水费1814.4元，年水费（按300天计）为54.432万元。先气冲，气冲强度30L/m2.s，历时3 min；中间气水同时反冲，水冲强度6L/m2.s,历时8min，后再水冲，水冲强度为6L/m2.s,历时4min。1、当气水混充时，单格滤池反冲洗耗水量QAq2863.686080.64m32、当水冲时，单格滤池反冲洗耗水量QAq2863.646040.32 m33、单格滤池一次反冲洗总耗水量Q80.6440.32m3120.96m324小时反冲洗一次，则4池共耗水量为：120.96101200.96m3日需水费604.8元，年水费（按300天计）为18.144万元。水泵、风机电耗0.6元/kW.hr反洗风机的选型：反冲洗每小时需要的风量QAq40163.62304m3/h，则风机每分钟的风量为23046038.4m3/min。则风机选型如下：型号：BK6015单台风量：Q=20.53/min升压：P=50kpa配套电机功率：N=30kw数量：3台（2用1备）反洗水泵：反洗水泵的选型：反冲洗需要的水量QAq4043.6576m3/h单独水冲时需要的水量QAq4073.61008 m3/h则水泵选型如下：型号：SB200-250A 单台流量：Q=600m3/ h扬程：H=14m配套电机功率：N=37kw数量：3台（气水混冲时2用1备，）反冲洗风机3台（2用一备），反冲洗水泵3台（气水混冲时2用1备，），运行时的总功率共134kw。先气冲，气冲强度16L/m2.s，历时 3 min；中间气水同时反冲，气冲强度16L/m2.s，水冲强度7L/m2.s,历时8min；最后水冲，水冲强度4L/m2.s历时4min。单组24hr反冲一次耗电量23.33kw, 一天反冲洗一次，14池共耗电量耗电326.62kw,日需电费195.97元，年电费（按300天计）为5.879万元。 反洗风机的选型：反冲洗每小时需要的风量QAq28303.63024 m3/h，则风机每分钟的风量为30246050.4m3/min。则风机选型如下：型号：BK6015单台风量：Q=29.1m3/min升压：P=50kpa配套电机功率：N=37kw数量：3台（2用1备）反洗水泵：反洗水泵的选型：反冲洗需要的水量QAq2863.6604.8 m3/h，则水泵选型如下：型号：SB200-250A 单台流量：Q=600m3/ h扬程：H=14m配套电机功率：N=37kw数量：2台（1用1备）反冲洗风机3台（2用1备），反冲洗水泵2台（1用1备），运行时的总功率共功率共111kw。先气冲，气冲强度30L/m2.s，历时3 min；中间气水同时反冲，水冲强度6L/m2.s,历时8min，后再水冲，水冲强度为6L/m2.s,历时4min。单组