濾料過濾層的研究與應用

無煙煤濾料，石英砂砂雙層濾料濾池和無煙煤濾料，石英砂，磁鐵礦濾料三層濾料濾池濾料粒度對過濾的影響。

　　在同種濾料、相同反沖洗條件下，濾層孔隙尺度以及有效孔隙率隨濾料粒度的加大而增加。即濾料粒度越粗，可容納懸浮物的有效空間越大。其表現為過濾能力增強，截污量增大。同時，濾層孔隙度越大，水中懸浮物能被更深地輸送至下一層濾層，在有足夠保護厚度的條件下，懸浮物可以被更多地截留，使中下層濾層更好地發揮截留作用，濾池截污量增加。

　　從力學特性講，過濾水流在濾料層中的流動與濾料顆粒間的水流剪力則具有使被截留吸附在濾料顆粒表面的懸浮物剝落的可能，并同時產生附加水頭，即產生水頭損失。濾料粒度增大，孔隙尺度加大，有效孔隙空間增加，過水通道尺度大，過濾水流阻力減弱，水頭損失增量將得以延緩，其結果達到規定水頭損失的過濾周期得以延長，產水量得以增加。

下表是無煙煤濾料不同粒徑過濾能力比較的試驗數據。

無煙煤濾料不同粒徑過濾能力比較　　

組別 序號 有效粒徑

mm 濾速

m／h 進水濁度

NTU 出水濁度

NTU 截留濁度

NTU 周期產水

　　 試驗表明，有效粒徑1.33mm濾料的過濾周期產水量大于有效粒徑1.10mm的周期產水量；有效粒徑1.33mm的過濾能力指數高于有效粒徑1.10mm的過濾能力指數，比值表明過濾能力高出10％～15％。C組試驗表明，在周期產水量和過濾能力指數方面，有效粒徑1.48mm更高于有效粒徑1.10mm。

　　 然而，應當看到，隨著濾料粒徑的加大，雖然能更多地發揮下層濾料的截污作用，但同時對穿透深度帶來影響。即在其他條件等同時，粒徑越粗穿透深度越大，其表現為粒徑粗的濾料過濾出水濁度較粒徑細的濾料高，或是粒徑粗的濾料截留濁度比粒徑細的濾料低。

　　 數據表明，其他條件特別是進水條件等同時，有效粒徑1.33mm和1.48mm濾料較有效粒徑1.10mm濾料的過濾出水濁度高，截留濁度低。B組數據表明，由于進水濁度不同，雖然有效粒徑1.10mm濾料的過濾出水濁度不如有效粒徑1.33mm濾料，但其截留濁度高。

　　 粒徑變化對過濾出水水質和截留濁度的影響引出下面有關L／d的討論與研究。

　　 從嚴格的理論上講，濾層所具有的對懸浮物的截留作用來自濾料所具有的表面積。慢濾池的過濾能力主要地來自篩除作用，而快濾池的過濾能力主要來自濾料顆粒表面的吸附作用，這是快濾池與慢濾池過濾機理最主要的不同之處。在過濾過程中濾料所提供的表面積越大，對水中懸浮物的附著力越強。為要達到一定的預期的水質要求，濾料所提供的表面積應表現為：單位面積濾層所提供的表面積必須滿足某一最低量值的要求，相互關系可以參考如下數學式［1］表達：

　　 S=6(1-ε)／Φ·(L/d)

　　 S——濾料表面積 ε——濾層孔隙度

　　 Φ——濾料球形度 L——濾層厚度

　　 d——濾料的幾何平均粒徑

　　 從上式各參數的相互關系可以看出，隨著濾料顆粒粒徑加大，孔隙度加大，所提供的表面積變小。濾層表面積減少的結果必然會降低過濾能力。這反映出粒度加大對過濾效果帶來的負作用。

　　 這個式子同時也清楚地表明，在濾料球形度一定也即濾料種類一定的情況下，能夠抵消粒度變化負面影響的只有濾層厚度，即L。這樣，此式中的L／d成為關鍵因素，它決定了濾料所能提供的表面積的大小也就決定了過濾性能。

　　 由此引伸出L／d這一概念。從技術角度講，L／d值越大越好。而綜合經濟因素，工程中應以最小L／d值滿足提供最低量值的濾料表面積達到預期的過濾出水水質要求。在實踐中，選用優良的濾料級配和濾層厚度正是保證過濾效能的關鍵。因此，L／d受到濾池設計人員的日益重視。

　　 以上只是試驗數據，設計應用時需要根據具體情況予以調整。對于含鐵含錳量高的水應添加錳砂過濾層濾料。

　　 為保證濾層反沖洗后具有足夠的清潔度，又能接近均質狀態，目前理想的辦法是采用氣、氣水、水的三段式氣水反沖洗技術。近年來，國內不少人對氣水反沖洗進行了較為深人的研究。幾乎所有文獻都認為三段式氣水反沖洗比二段式氣水反沖洗更為理想，并從機理上進行了探索，本文在此不作贅述。

　　 在濾池充水并在濾床層面上保有一定水深條件下先進行單獨氣沖，一方面通過濾料顆粒間相互磨擦使濾料上粘附的污泥脫落，一方面達到使濾層攪動為均質的目的。經過一段時間的氣沖后，不停氣且氣沖強度無須改變的同時加入水沖，水沖強度很小，只要能使脫落的污泥在合宜的時間內升至排水槽即可。氣水聯合反沖是能否使濾層潔凈的關鍵。單獨氣沖時脫落的污泥在此階段因氣沖保持濾層流化狀態下加上水沖被有效地托至上層。第三階段停止氣沖，濾料回落為固定床，使脫落的污泥滯留在上層，隨后的水沖只是漂洗過程，主要是將上層的高濃度泥水托出濾池，同時進一步清除濾層中剩余的脫落污泥，使濾層達到較徹底的凈化。最后的水沖洗應遵循二條原則，一是不使均質濾層狀態受到破壞，二是按沖洗要求要能夠使濾層中剩余的脫落污泥被有效地去除。

　　 本試驗選用7％膨脹率獲得了滿意的濾后水質，說明此程度的膨脹率及相應的水沖強度可以使濾層保持接近均質狀態。

濾池主要設計參數

　　 建成無煙煤濾料均質濾層濾池，處理能力各為50萬m3／d。

　　 其主要設計參數如下：

　　 濾料粒徑范圍dmax～dmin＝2.0～1.0mm，有效粒徑d10＝1.10mm，均勻系數K↓（60）＝1.35，濾料層厚L＝1.5m。

設計濾速V＝7.60m／h；強制濾速V＝7.93m／h。

　　 三段式氣水反沖洗，氣沖階段氣沖強度q＝18～20L／m2·s、歷時t＝3min；氣水同時沖洗階段氣沖強度不變，水沖強度q＝4～5L／m2·s、歷時t＝2～3min；水沖階段水沖強度q＝4～8L／m2·s、歷時t＝5min。膨脹率η＝0。

 無無煙煤濾料：0371-66550698 13283716821
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