50000tD型V型滤池比.docx
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50000tD型V型滤池比
50000吨/天V型滤池与D型滤池
工艺结构、性能参数、运况及投资的比较
目录
1.过滤机理的比较1
1.1V型滤池过滤机理1
1.2D型滤池过滤机理2
2.性能参数比较5
2.1V型滤池性能参数5
2.2D型滤池性能参数5
3.运行状况的比较7
3.1V型滤池运行状况7
3.2D型滤池运行状况7
4.性价比的比较9
4.1投资造价方面9
4.2运行费用方面9
5.运行费用比较10
6.投资比较12
7.结论13
1.过滤机理的比较
1.1V型滤池过滤机理
V型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40-45%。
空隙率是决定滤池实现高速过滤的前提。
V型滤料的过滤机理是附着、迁移和机械脱落的原理。
传统的石英V型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:
(1)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。
(2)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。
(3)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)V型滤池的表面容易积泥。
1.2D型滤池过滤机理
D型滤池采用DA863自适应滤料(又称彗星式纤维滤料,DA863为研发代号)是一种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,形成一种全新的过滤材料。
DA863自适应滤料过滤原理主要是利用纤维强大的比表面积的吸附作用,同时拌有机械脱落和迁移的原理。
颗粒过滤材料的重要特征是可以方便在滤池内完成清洗,但是采用彗星式纤维滤料作为过滤材料的一个出发点是利用彗星式纤维滤料比其他实体颗粒材料具有大得多的比表面积和空隙率,其孔隙度高达85~90%,对比之下,粒径1mm石英V型滤层孔隙度为45%,由此推断,由彗星式纤维滤料构成的滤床具有比常规过滤材料大得多的纳污量。
纳污量为单位体积滤床每周期截留的悬浮颗粒物的质量,纳污量的提高对滤池效率的提高具有决定性的意义。
这也是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“彗星”式纤维滤料的滤池可以比常规V型滤料滤池滤速高2~3倍的高滤速运行。
该过滤材料的特点是其一端为松散的纤维丝束,又称“彗尾”,另一端纤维丝束固定在密度较大的“彗核”内。
其形状见下图:
过滤时,密度较大的“彗核”起到了对纤维丝束的压密作用,同时,又由于“彗核”的尺寸较小,对过滤断面空隙率分布的均匀性影响不大,从而提高了滤床的截污能力。
气水同时反冲洗时,由于彗星式纤维滤料处于自由状态,在反冲洗时,由于“彗核”和“彗尾”纤维丝束的密度差,处于降落伞的状态,“彗核”在下,“彗尾”在上,“彗尾”纤维丝束随反冲洗水流散开并摆,产生较强的甩曳力,过滤材料之间的相互碰撞也加剧了纤维在水中所受到的机械作用力,过滤材料的不规则形状使过滤材料在反冲洗水流作用下产生旋转,强化了纤维在水中所受到的机械作用力,上述几种力的共同作用结果使随着在纤维表面的固体杂质颗粒很容易脱落,从而提高了过滤材料的洗净度。
过滤时,在该滤床的横断面(水平)上空隙率分布均匀,确保了过滤时水流通道大小一致性,其直接效果是截污量均匀,水流短路现象得以避免。
同时彗星式纤维滤浸水后的密度和水接近,滤床上部的滤料受水的浮力作用,滤料的孔隙率大大增大,从而在纵断面(垂直)空隙率分布由上至下逐渐减少,空隙率沿滤床纵断面呈上大下小的梯度分布,如下图:
该结构十分有利于水中固体悬浮物的有效分离,即滤床上部脱附的颗粒很容易在下部窄通道的滤床中被捕获而截留。
因此可实现高速和高精度的过滤。
因为比重较大的彗核对纤维丝束起到压密作用,同时由于彗核尺寸较小,对过滤断面空隙分布的均匀性影响不大,因此可提高滤床的截污能力。
正因为自适应滤料形成的滤床所具有的上述独特性,因此以DA863自适应滤料为技术核心的D型滤池具有以下特点:
(1)过滤精度高:
经Multisizer3颗粒粒度分布和计数仪分析测试,对水中大于5μm的悬浮固体颗粒的去除率可达95%以上。
(2)截污容量大:
对于经混凝处理的水,在不同过滤速度下,截污容量在15~35kg/m3的范围内。
(3)过滤速度快:
在工程应用中的设计过滤速度为15~20m/h,比采用过滤速度为8~10m/h的石英V型滤池,它可以减少水厂的占地面积1/2以上,从而节约建设投资。
(4)反洗耗水率低:
反冲洗耗水量小于周期滤水量的1~2%。
(5)运行费用低:
由于滤床结构及滤料自身的特点,絮凝剂投加量是常规技术的1/2~1/3,且周期产水量的提高使得吨水运行费用也随之减少。
(6)使用寿命长:
由于滤料层被上下两层PP板隔离形成一个封闭的腔室,运行过程中不会产生象石英V型常有的“跑料”现象,不必每年添加或更换滤料,滤料本身耐腐蚀性能好,自然使用寿命在十年以上,维护费用低。
(7)检修维护方便:
由于滤床结构及滤料自身的特点,运行过程中不存在纤维束滤池常有的活动板容易卡死在导柱上的设备损坏事故,使用多年后只需象添加石英V型滤料一样对滤池进行适量滤料补充即可,不存在纤维束滤池滤料必须整体割除更换的弊病。
(8)抗负荷能力强。
2.性能参数比较
2.1V型滤池性能参数
2.1.1V型滤池的过滤工艺一般为:
过滤→气冲→气水混冲→水冲→初滤→过滤
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。
2.1.2主要设计参数为:
过滤速度:
一般为8~10m/h;
单独气冲强度:
13~17L/m2.s,时间一般为1~2min;
气水混冲时:
气冲强度为13~17L/m2.s,水冲强度为3~4L/m2.s,时间一般为:
3~4min;
单独水冲强度:
4~8L/m2.s,时间一般为5~8min;
表面扫洗强度:
1.4~2.3L/m2.s;
整个反冲洗过程持续10~14min。
石英砂的填装高度一般为1200~1500mm,粒径一般为0.9~1.2mm,不均匀系数<1.4左右,过滤时滤层上的水位一般在1.5~2.0m左右。
V型滤池的过滤水头损失一般为2.0~2.5m。
一般采用恒水位过滤方式。
2.2D型滤池性能参数
2.2.1V型滤池的过滤工艺一般为:
过滤→气冲→气水混冲→水冲→初滤→过滤
2.2.2其主要设计参数为:
过滤速度:
一般为15~20m/h;
单独气冲强度:
28~32L/m2.s,时间一般为3~5min。
气水混冲时:
气冲强度为28~32L/m2.s,水冲强度为5~6L/m2.s,时间一般为:
8~10min。
反冲洗单独水冲强度:
5~6L/m2.s,时间一般为3~5min。
表面扫洗强度:
1.4~2.8L/m2.s。
整个反冲洗过程持续15~20min。
DA863滤料的填装重量一般为54~67Kg/m2,垫层采用φ16~32mm卵石,填装厚度150mm。
D型滤池的过滤水头损失≤1.6m。
一般采用变水位过滤方式。
3.运行状况的比较
3.1V型滤池运行状况
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V型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,而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。
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。
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。
3.2D型滤池运行状况
D型滤池过滤过程中,滤床自适应形成,在该滤床的横断面(水平)上空隙率分布均匀,确保了过滤时水流通道大小一致性,其直接效果是截污量均匀,水流短路现象得以避免。
同时863彗星式滤料浸水后的密度和水接近,滤床上部的滤料受水的浮力作用,滤料的孔隙率大大增大,从而在纵断面(垂直)空隙率分布由上至下逐渐减少,空隙率沿滤床纵断面呈上大下小的梯度分布。
该结构十分有利于水中固体悬浮物的有效分离,即滤床上部脱附的颗粒很容易在下部窄通道的滤床中被捕获而截留。
因此可实现高速和高精度的过滤
D型滤池在反冲洗时,滤料有足够的反冲洗膨胀空间,气水同时反冲洗时,由于彗星式滤料处于自由状态,在反冲洗时,由于“彗核”和“彗尾”纤维丝束的密度差,处于降落伞的状态,“彗核”在下,“彗尾”在上,“彗尾”纤维丝束随反冲洗水流散开并摆,产生较强的甩曳力,过滤材料之间的相互碰撞也加剧了滤料在水中所受到的机械作用力,过滤材料的不规则形状使过滤材料在反冲洗水流作用下产生旋转,强化了纤维在水中所受到的机械作用力,上述几种力的共同作用结果使随着在纤维表面的固体杂质颗粒很容易脱落,从而提高了过滤材料的洗净度。
D型滤池因采用变水位控制方式,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。
4.性价比的比较
4.1投资造价方面
V型滤池因其过滤速度较低,一般为8~10m/h左右,而D型滤池的过滤速度高,一般为15~20m/h左右,是V型滤池的2倍,根据公式Q=VA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,D型滤池过滤面积只有V型滤池过滤面积的一半,折算成工程投资,D型滤池的土建造价比V型滤池土建造价节约1/3~1/2,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了。
4.2运行费用方面
运行费用方面:
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,
根据公式Q=q.A(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。
在药剂用量方面,因V型滤池的进水要求比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D型滤池进水要求一般为小于10NTU),自然D型滤池的药剂费用也低于V型滤池。
耗水率方面,V型滤池反冲洗耗水率约占周期产水率的3~5%,D型滤池反冲洗耗水率约占周期产水率的1~2%。
5.运行费用比较
项目
V型滤池
D型滤池
设计参数
滤速v=7.44m/h
单池过滤面积28m2,共10池
滤速v=16.53m/h
单池过滤面积21m2,共6池
反洗过程
及强度
气冲:
气冲强度13~17L/m2.s,t=1~2min;
气水混冲:
气冲强度为13~17L/m2.s,水冲强度为3~4L/m2.s,t=3~4min;
水冲:
水冲强度4~8L/m2.s,t=5~8min;
气冲:
气冲强度28~32L/m2.s,t=3~5min;
气水混冲:
气冲强度为28~32L/m2.s,水冲强度为5~6L/m2.s,t=8~10min;
水冲:
水冲强度5~6L/m2.s,t=3~5min;
反冲洗水耗(2.0元/吨)
气水混冲时,单池反洗耗水量:
Q1=28×0.004×4×60=26.88m3
水冲时,单池反洗耗水量:
Q2=28×0.008×8×60=107.52m3
单池一次反洗总耗水量:
Q=26.88m3+107.52m3=134.4m3
一天反洗一次,则10池共耗水量为:
134.4×10=1344m3
日需水费2688元,年水费(按360天计)为96.768万元。
气水混冲时,单池反洗耗水量:
Q1=21×0.006×10×60=75.6m3
水冲时,单池反洗耗水量:
Q2=21×0.006×5×60=37.8m3
单池一次反洗总耗水量:
Q=75.6m3+37.8m3=113.6m3
一天反洗一次,则6池共耗水量为:
113.6×6=681.6m3
日需水费1363.2元,年水费(按360天计)为49.0752万元。
反洗电耗
(0.8元/度)
反洗风机电机功率:
N=37kw
数量:
2台(1用1备)
反洗水泵电机功率:
N=22kw
数量:
3台(2用1备,)
每次反洗风机工作时间约为6min,单池反洗风机耗电量为:
37×6÷60=3.7kwh
10池风机耗电量为:
3.7×10=37kwh
每次反洗水泵工作时间约为12min,单池反洗水泵耗电量为:
22×2×12÷60=8.8kwh
10池风机耗电量为:
8.8×10=88kwh
每日总耗电量为:
37+88=125kwh
日需电费100元,年电费(按360天计)为3.6万元。
反洗风机电机功率:
N=55kw
数量:
2台(1用1备)
反洗水泵电机功率:
N=22kw
数量:
2台(1用1备,)
每次反洗风机工作时间约为15min,单池反洗风机耗电量为:
55×15÷60=13.75kwh
6池风机耗电量为:
13.75×6=82.5kwh
每次反洗水泵工作时间约为15min,单池反洗水泵耗电量为:
22×15÷60=5.5kwh
6池风机耗电量为:
5.5×6=33kwh
每日总耗电量为:
82.5+33=115.5kwh
日需电费92.4元,年电费(按360天计)为3.3264万元。
V型滤池的年总运行费用为:
水耗费用+电耗费用=96.768万元+3.6万元=100.368万元。
D型滤池的年总运行费用为:
水耗费用+电耗费用=49.0752万元+3.3264万元=52.4016万元。
D型滤池的运行费用比V型滤池的运行费用节约:
100.368万元-52.4016万元=47.9664万元。
6.投资比较
项目
V型滤池
D型滤池
滤料及配水配气系统
滤料厚度按1.5m计算,单池过滤面积28m2,共10池,砂滤料总420m3,送到现场单价1000元/m3,费用42万元,10年内换料2.25次,共3.25次,共136.5万元,配水布气系统90.0万,总计226.5万元。
DA863彗星式滤料及配水布气系统共6池总计134.4万元。
(使用寿命10年,3年内免费保修)
土建部分
造价
V型滤池池高4.6m,土建按2500元/m2(含开挖土方、土方回填以及多余土方外运、摸板等)计算,10池过滤总面积为280m2,考虑管廊房以及走道板的面积,则整个滤池的占地面积为280÷0.35=800m2;
则土建总造价为
800×2500=200万元
D型滤池池高4.0m,土建按2200元/m2(含开挖土方、土方回填以及多余土方外运、摸板等)计算,6池过滤总面积为126m2,考虑管廊房以及走道板的面积,则整个滤池的占地面积为126÷0.35=360m2;
则土建总造价为
360×2500=90万元
设备部分
投资
各种阀门、伸缩节等主材费用:
75万元;
各种规格管道、配件及安装附件费用:
36万元;
设备投资总费用为111万元。
各种阀门、伸缩节等主材费用:
40.44万元;
各种规格管道、配件及安装附件费用:
19.5万元;
设备投资总费用为59.94万元。
自控系统
投资
电气、电器及自控系统主材费用:
40万元。
安装费用:
4万元
总价:
44万元。
电气、电器及自控系统主材费用:
42.5万元。
安装费用:
4万元
总价:
46.5万元。
反冲洗设备投资
总价:
25.3万元。
总价:
23.91万元。
指导安装调试费
总价:
25万元。
总价:
23万元。
V型滤池的总投资费用为:
226.5万元+200万元+111万元+44万元+25.3万元+25万元=631.8万元。
D型滤池的总投资费用为:
134.4万元+90万元+59.94万元+46.5万元+23.91万元+23万元=377.75万元。
D型滤池的总投资费用比V型滤池的总投资费用节约:
631.8万元–377.75万元=254.05万元。
7.结论
结论:
通过以上各项设计参数及各项指标的比较,可以看出V型滤池与D型滤池相比较,一次性投资D型滤池比V型滤池能节省254.05万元。
年运行费用D型滤池比V型滤池节约47.9664万元。
由于V型滤池的滤速较低,所以导致V型滤池占地面积大,由此造成投资的占地费用更是巨大,同时由于此原因也成了砂滤池发展的瓶径,大大地阻碍砂滤池的发展。
因此,D型滤池相对于V型滤池,无论是从投资费用、占地面积、运行费用、出水水质等方面来说,D型滤池都是优于V型滤池的。
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