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【摘要】流砂过滤工艺，因其较传统砂滤工艺具有出水水质稳定，无需反冲洗，设备简单，低耗、管理维护方便等优点广泛应用于污水深度处理和回用。通过流砂过滤实验装置的运行情况，探讨设计参数，优化工艺运行，为流砂过滤工艺应用污水处理厂、污水回用提供借鉴。
【关键词】流砂过滤；深度水处理；工艺设计
在水处理及污水净化时，通过砂床过滤去除悬浮物和其他杂质是最经济的解决方案之一。二十世纪80年代连续流砂过滤装置问世以来，得到了广泛的认同，用来解决饮用水处理、工业水输送、废水排放前的利用和深度处理过程中的物理净化问题。流砂过滤装置是移动床上相流连续过滤器的简称。其具有无需停运反冲洗，出水水质稳定，设备简化，低能耗，自动化程度高等优点[1]，使该工艺装置更广泛的应用于污水的处理和回用。
1.流砂过滤的工作原理
污水通过进水泵打入过滤器内部，由布水器均匀布水后向上逆流穿过砂床，截留污水中悬浮物后，清水外排。砂床中石英砂截留污染物含量不断上升，并且底层浓度更高。位于装置中央的提砂管，在空气压缩机进气的作用下，提升底部石英砂至装置顶端洗沙器内，由波浪形洗砂板清洗后，下移返回砂床。洗砂废水经废水管外排。由于砂床在过滤器中呈上相流的运动，存在搅拌作用，避免砂床板结，保证过滤效果。
2.流砂过滤装置的工程应用
2014年6月，某城市污水处理厂运行流砂过滤实验装置，用于城市生活污水再生回用研究，实现深度处理后回用的目的。
设备外形尺寸为Ф1m×5m；滤料采用石英砂；滤层有效厚度为2m；实际滤速为6-8m/h；反冲洗水量为0.25m3/h；压缩空气流量为0.15Nm3/min；运行方式为连续运行连续反洗。通过流沙过滤工艺试验结果表明：悬浮物去除效果稳定。装置进水悬浮物为3-158mg/L，装置出水悬浮物小于3mg/L，平均去除率达到75%以上。
3.流砂过滤装置的工程设计的探讨
流砂过滤装置运行效果影响因素很多，包括工艺设计，如提砂管、布水器设计、滤料选取等；运行参数，如滤速、砂床循环速率等；进水条件，如水质、水温等[2]。
3.1工艺设计
①进出水管线布置合理。进出水管线布置影响装置水流情况，合理的布置有利于砂床的循环流动，进水管应布置平行于洗沙器顶端，高于出水管，既保证停运设备时不产生污水倒流，又保证水位高于洗沙器保证反冲洗强度、清水液位高于洗沙器。
②提升管的管径的确定。管径限定了提升装置的提砂速度，决定了滤料的清洗周期，也影响滤料的清洗效果。管径过大时，石英砂快速提升，在提升装置和洗砂器内拥挤在一起，造成滤料清洗不净引起恶性循环，直到滤层被严重污染失去过滤作用；提升装置的管径过小时，提升滤料过于缓慢，滤料的清洗速度小于杂质在吸附层中上移速度，最终造成滤层得不到有效清洗，一段时间后，出水穿透滤层，水质恶化。冬季运行时，低温导致提砂管不提砂，应增加压缩空气进气量，增加保温措施，保证运行[3]。
③布水器的设计。布水器使污水均匀地分布在滤层，同时降低进水能量。进水流速应适中，既不能过大也不能过小。流速过大，会冲起砂床影响效果，同时能耗增加；流速过低，不能保证实验装置的大负荷运行。布水器上布水孔一般可以采用逐渐减小的方式分布，保证同一水平面上污水分布均匀，过滤器水平面上滤速相等。
④滤料的选取。作为过滤滤料应具备如下性质：适当的级配、形状均匀和适当孔隙度的颗粒状材料；一定的机械强度；良好的化学稳定性[4]。目前比较常用采用海砂作为滤床填料。
3.2运行参数调整
①滤速的影响。滤速过快，污水对砂床的冲击力过大，影响孔隙率不利于截留过滤，小颗粒易穿透滤层，降低过滤效果，滤床膨胀影响冲洗效果，出水水质波动大。许多研究认为，滤速应小于10m/h。秦树林等[5]研究表明：采用滤速为6～8m/h时悬浮物去除效果最好，对SS的去除率达到97%以上，当滤速提高到8～10m/h至更高时，悬浮物去除率下降较快。
②砂循环速率。是指滤料在工艺内单位时间的下移距离[6]，直接影响滤层的清洁及工艺运行稳定。当砂循环速率小于过滤吸附层的上移速度时，含污滤层得不到有效清洗，滤层水头损失不断变大，稳定的连续过滤过程遭到破坏；砂循环速率过高时，脏砂拥挤于洗砂器内，滤料的反洗效果较差，进入恶性循环。张玉杰等[7]的研究表明当砂循环速率小于7mm/min时，出水浊度变大；当砂循环速率大于9mm/min时，滤砂在洗砂器中得不到完全清洗，形成恶性循环，使过滤出水浊度变大。焦辉平[8]将生物活性砂过滤器应用于城镇生活污水处理厂的提标改造中，表明砂循环速率为6～8mm/min时过滤效果较好；当砂循环速率小于6mm/min时，出水悬浮物较大；当砂循环速率大于9mm/min时，出水悬浮物升高。
4.结语
流砂过滤工艺，采用移动床深层过滤，悬浮物稳定去除率，操作简单，通过投加药剂改良成除磷、除氨氮的处理工艺，已广泛应用于国外多家污水处理厂的提标升级改造，在污水深度处理回用中有着巨大的潜力。目前我国污水处理中流砂过滤装置的应用并不多见，设计没有统一的技术规范，本文结合污水处理厂试验运行流砂过滤装置的经验，探讨流砂过滤装置的设计要点及主要工艺参数，为流砂过滤工艺应用污水处理厂、污水回用提供借鉴。
参考文献
[1]金彪.污水处理厂深度处理中连续流砂滤池的设计探讨[J].给水排水，2012，38（4）：45-47.
[2]张英，魏宏斌，陈良才.连续式砂滤器的研究进展及应用[J].中国给水排水，2012，4：28-30，60.
[3]王基成，邱增中.流砂过滤器在运行中易出现的问题与解决措施[J].工业用水与废水，2013，（4）：39-41.
[4]何绪蕾.流砂过滤器应用研究[D].北京，中国石油大学（北京），2008.
[5]秦树林，金海锋，李向东.微絮凝连续砂滤装置深度处理矿区污水的研究[J].能源环境保护，2009，23（3）：20-22.
[6]吕炳南，陈志强.连续式砂滤器过滤技术试验研究[J].南京理工大学学报，2001，25（5）：538-542.
[7]张玉杰.外循环连续砂滤器试验研究[J].内蒙古石油化工，2009，（4）：8-9.
[8]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].镇江江苏大学，2010.
作者简介
郭亮，男，黑龙江大庆人，学历：研究生，毕业于东北林业大学，作者单位：大庆油田水务公司，职称：助理工程师，技术厂长，研究方向：污水处理。
【关键词】流砂过滤；深度水处理；工艺设计
在水处理及污水净化时，通过砂床过滤去除悬浮物和其他杂质是最经济的解决方案之一。二十世纪80年代连续流砂过滤装置问世以来，得到了广泛的认同，用来解决饮用水处理、工业水输送、废水排放前的利用和深度处理过程中的物理净化问题。流砂过滤装置是移动床上相流连续过滤器的简称。其具有无需停运反冲洗，出水水质稳定，设备简化，低能耗，自动化程度高等优点[1]，使该工艺装置更广泛的应用于污水的处理和回用。
1.流砂过滤的工作原理
污水通过进水泵打入过滤器内部，由布水器均匀布水后向上逆流穿过砂床，截留污水中悬浮物后，清水外排。砂床中石英砂截留污染物含量不断上升，并且底层浓度更高。位于装置中央的提砂管，在空气压缩机进气的作用下，提升底部石英砂至装置顶端洗沙器内，由波浪形洗砂板清洗后，下移返回砂床。洗砂废水经废水管外排。由于砂床在过滤器中呈上相流的运动，存在搅拌作用，避免砂床板结，保证过滤效果。
2.流砂过滤装置的工程应用
2014年6月，某城市污水处理厂运行流砂过滤实验装置，用于城市生活污水再生回用研究，实现深度处理后回用的目的。
设备外形尺寸为Ф1m×5m；滤料采用石英砂；滤层有效厚度为2m；实际滤速为6-8m/h；反冲洗水量为0.25m3/h；压缩空气流量为0.15Nm3/min；运行方式为连续运行连续反洗。通过流沙过滤工艺试验结果表明：悬浮物去除效果稳定。装置进水悬浮物为3-158mg/L，装置出水悬浮物小于3mg/L，平均去除率达到75%以上。
3.流砂过滤装置的工程设计的探讨
流砂过滤装置运行效果影响因素很多，包括工艺设计，如提砂管、布水器设计、滤料选取等；运行参数，如滤速、砂床循环速率等；进水条件，如水质、水温等[2]。
3.1工艺设计
①进出水管线布置合理。进出水管线布置影响装置水流情况，合理的布置有利于砂床的循环流动，进水管应布置平行于洗沙器顶端，高于出水管，既保证停运设备时不产生污水倒流，又保证水位高于洗沙器保证反冲洗强度、清水液位高于洗沙器。
②提升管的管径的确定。管径限定了提升装置的提砂速度，决定了滤料的清洗周期，也影响滤料的清洗效果。管径过大时，石英砂快速提升，在提升装置和洗砂器内拥挤在一起，造成滤料清洗不净引起恶性循环，直到滤层被严重污染失去过滤作用；提升装置的管径过小时，提升滤料过于缓慢，滤料的清洗速度小于杂质在吸附层中上移速度，最终造成滤层得不到有效清洗，一段时间后，出水穿透滤层，水质恶化。冬季运行时，低温导致提砂管不提砂，应增加压缩空气进气量，增加保温措施，保证运行[3]。
③布水器的设计。布水器使污水均匀地分布在滤层，同时降低进水能量。进水流速应适中，既不能过大也不能过小。流速过大，会冲起砂床影响效果，同时能耗增加；流速过低，不能保证实验装置的大负荷运行。布水器上布水孔一般可以采用逐渐减小的方式分布，保证同一水平面上污水分布均匀，过滤器水平面上滤速相等。
④滤料的选取。作为过滤滤料应具备如下性质：适当的级配、形状均匀和适当孔隙度的颗粒状材料；一定的机械强度；良好的化学稳定性[4]。目前比较常用采用海砂作为滤床填料。
3.2运行参数调整
①滤速的影响。滤速过快，污水对砂床的冲击力过大，影响孔隙率不利于截留过滤，小颗粒易穿透滤层，降低过滤效果，滤床膨胀影响冲洗效果，出水水质波动大。许多研究认为，滤速应小于10m/h。秦树林等[5]研究表明：采用滤速为6～8m/h时悬浮物去除效果最好，对SS的去除率达到97%以上，当滤速提高到8～10m/h至更高时，悬浮物去除率下降较快。
②砂循环速率。是指滤料在工艺内单位时间的下移距离[6]，直接影响滤层的清洁及工艺运行稳定。当砂循环速率小于过滤吸附层的上移速度时，含污滤层得不到有效清洗，滤层水头损失不断变大，稳定的连续过滤过程遭到破坏；砂循环速率过高时，脏砂拥挤于洗砂器内，滤料的反洗效果较差，进入恶性循环。张玉杰等[7]的研究表明当砂循环速率小于7mm/min时，出水浊度变大；当砂循环速率大于9mm/min时，滤砂在洗砂器中得不到完全清洗，形成恶性循环，使过滤出水浊度变大。焦辉平[8]将生物活性砂过滤器应用于城镇生活污水处理厂的提标改造中，表明砂循环速率为6～8mm/min时过滤效果较好；当砂循环速率小于6mm/min时，出水悬浮物较大；当砂循环速率大于9mm/min时，出水悬浮物升高。
4.结语
流砂过滤工艺，采用移动床深层过滤，悬浮物稳定去除率，操作简单，通过投加药剂改良成除磷、除氨氮的处理工艺，已广泛应用于国外多家污水处理厂的提标升级改造，在污水深度处理回用中有着巨大的潜力。目前我国污水处理中流砂过滤装置的应用并不多见，设计没有统一的技术规范，本文结合污水处理厂试验运行流砂过滤装置的经验，探讨流砂过滤装置的设计要点及主要工艺参数，为流砂过滤工艺应用污水处理厂、污水回用提供借鉴。
参考文献
[1]金彪.污水处理厂深度处理中连续流砂滤池的设计探讨[J].给水排水，2012，38（4）：45-47.
[2]张英，魏宏斌，陈良才.连续式砂滤器的研究进展及应用[J].中国给水排水，2012，4：28-30，60.
[3]王基成，邱增中.流砂过滤器在运行中易出现的问题与解决措施[J].工业用水与废水，2013，（4）：39-41.
[4]何绪蕾.流砂过滤器应用研究[D].北京，中国石油大学（北京），2008.
[5]秦树林，金海锋，李向东.微絮凝连续砂滤装置深度处理矿区污水的研究[J].能源环境保护，2009，23（3）：20-22.
[6]吕炳南，陈志强.连续式砂滤器过滤技术试验研究[J].南京理工大学学报，2001，25（5）：538-542.
[7]张玉杰.外循环连续砂滤器试验研究[J].内蒙古石油化工，2009，（4）：8-9.
[8]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].镇江江苏大学，2010.
作者简介
郭亮，男，黑龙江大庆人，学历：研究生，毕业于东北林业大学，作者单位：大庆油田水务公司，职称：助理工程师，技术厂长，研究方向：污水处理。