摘要：應用分層取樣法測試了濾(lv)料層的截污量。通(tong)過濾(lv)柱(zhu)實驗，能(neng)夠更(geng)好地(di)分析研究石英砂均質(zhi)濾(lv)料層截留濁質(zhi)物的變化規律。

引言

濾(lv)(lv)(lv)料作為濾(lv)(lv)(lv)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)心臟部(bu)分，一(yi)(yi)(yi)直受到水處理工(gong)(gong)作者的(de)(de)(de)重視。傳統的(de)(de)(de)向(xiang)下流水力(li)(li)分級(ji)濾(lv)(lv)(lv)池(chi)(chi)，由于濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)頂部(bu)粒徑小(xiao)、阻力(li)(li)大(da)(da)，而低部(bu)粒徑大(da)(da)，阻力(li)(li)小(xiao)使得整(zheng)個濾(lv)(lv)(lv)料層(ceng)得不到充分發揮利用(yong)。第十屆國際給(gei)水會(hui)議報告中指(zhi)出：“采用(yong)比較(jiao)均(jun)勻(yun)(yun)(yun)的(de)(de)(de)粗砂(sha)(sha)級(ji)配，分層(ceng)問題就不會(hui)發生”。因此，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)需(xu)要(yao)均(jun)勻(yun)(yun)(yun)濾(lv)(lv)(lv)料。但是，從(cong)天然砂(sha)(sha)或人工(gong)(gong)破碎(sui)的(de)(de)(de)無煙煤中，幾乎不可(ke)能篩分出不均(jun)勻(yun)(yun)(yun)系數為1的(de)(de)(de)顆粒，因而在實際生產(chan)中總(zong)是用(yong)盡可(ke)的(de)(de)(de)不均(jun)勻(yun)(yun)(yun)系數來(lai)實現對(dui)濾(lv)(lv)(lv)料均(jun)勻(yun)(yun)(yun)性(xing)的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)。均(jun)勻(yun)(yun)(yun)濾(lv)(lv)(lv)料采用(yong)傳統沖洗(xi)工(gong)(gong)藝，同樣會(hui)出現水力(li)(li)分級(ji)現象，造成濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)頂部(bu)粒徑小(xiao)，而低部(bu)粒徑大(da)(da)的(de)(de)(de)不合理過(guo)濾(lv)(lv)(lv)。近年來(lai)研(yan)究開發的(de)(de)(de)石英(ying)(ying)砂(sha)(sha)均(jun)質(zhi)濾(lv)(lv)(lv)料技術，更好地(di)解決了(le)這(zhe)一(yi)(yi)(yi)問題。我們在對(dui)濾(lv)(lv)(lv)料層(ceng)進行了(le)深(shen)入研(yan)究和(he)測(ce)試后，設計了(le)一(yi)(yi)(yi)種解剖式濾(lv)(lv)(lv)柱——分層(ceng)取樣法。對(dui)某水廠(chang)V型濾(lv)(lv)(lv)池(chi)(chi)進行了(le)石英(ying)(ying)砂(sha)(sha)均(jun)質(zhi)濾(lv)(lv)(lv)料截污規(gui)律(lv)的(de)(de)(de)實驗(yan)研(yan)究。

1、實驗部分

1.1、濾(lv)柱(zhu)設計(ji)

本實驗濾(lv)柱選(xuan)用φ100mm，高3000mm的透明(ming)有機玻璃柱。其構造見圖1。其中沿(yan)濾(lv)料層不(bu)同深度分別在(zai)濾(lv)柱兩(liang)側設有取樣管和(he)側壓管，而且此段(duan)濾(lv)柱設計為(wei)沿(yan)濾(lv)柱縱向從中可(ke)啟閉的解剖(pou)式濾(lv)柱，以便(bian)經一(yi)個(ge)過濾(lv)周(zhou)期(qi)結(jie)束后，對濾(lv)柱進(jin)行(xing)解剖(pou)分層取樣，測(ce)定濾(lv)層的截(jie)污(wu)量(liang)。

1.2、實驗材料

水(shui)樣(yang)(yang)：本實(shi)驗濾(lv)柱待過(guo)濾(lv)水(shui)樣(yang)(yang)直接取自水(shui)廠生產工(gong)藝沉淀池(chi)出水(shui)；

濁度<10度、pH=7.4、水溫<5℃；

濾料：選用鞏(gong)義市(shi)波濤石(shi)英砂廠家生產的(de)均質石(shi)英砂濾料；

d₁₀=0.95mm、K₆₀=1.35、濾層厚度1000mm。

1.3、儀器

GDS-3型光電式渾濁度(du)儀，25型酸(suan)度(du)計(ji)(ji)或PHS-29型酸(suan)度(du)計(ji)(ji)溫度(du)計(ji)(ji)（0.1℃），TG-328B型半(ban)自動(dong)電光天平。

1.4、測定方(fang)法

通常，實驗(yan)室研(yan)究濾(lv)層(ceng)(ceng)截留濁(zhuo)質物規(gui)律的(de)(de)方(fang)法是通過分析沿濾(lv)層(ceng)(ceng)深度水頭損(sun)失的(de)(de)變化規(gui)律及沿濾(lv)層(ceng)(ceng)深度濁(zhuo)度的(de)(de)變化規(gui)律來進行的(de)(de)。本方(fang)法在(zai)上述兩(liang)種方(fang)法的(de)(de)基礎上，設計(ji)了一(yi)種解剖(pou)式(shi)試(shi)驗(yan)濾(lv)柱(zhu)(zhu)，對濾(lv)柱(zhu)(zhu)解剖(pou)，進行分層(ceng)(ceng)取(qu)樣，測定其(qi)濾(lv)層(ceng)(ceng)的(de)(de)截污量(liang)。

實(shi)驗濾(lv)柱經一個(ge)周期(qi)結束(shu)后，對其解(jie)剖，沿濾(lv)層深(shen)度(du)以單位濾(lv)料(liao)層（取(qu)10cm為一個(ge)單位濾(lv)料(liao)層)）進(jin)行分層取(qu)樣，所取(qu)試樣放(fang)入(ru)烘(hong)箱(xiang)烘(hong)至105℃恒重，用TG-328B型電光(guang)分析天平稱其重量，再(zai)放(fang)人(ren)托盤中，用自來水浸泡(pao)24小時。對試樣漂洗(xi)至獨度(du)恒定，再(zai)放(fang)入(ru)烘(hong)箱(xiang)至105℃烘(hong)至恒重，測(ce)其各單位濾(lv)料(liao)層截污量。

2、結果(guo)與討論

2.1、沿(yan)濾(lv)層(ceng)深度水(shui)頭(tou)損失(shi)的變化

 控制(zhi)濾(lv)速V=9.8m/h（同(tong)生產濾(lv)池濾(lv)速相同(tong)），在一個過濾(lv)周期內(nei)，測(ce)其(qi)沿濾(lv)層(ceng)不(bu)同(tong)深度(du)單位濾(lv)層(ceng)水頭損失隨時間的變化規律，見圖2。

由圖可知，濾(lv)層中水頭(tou)(tou)損失隨過濾(lv)時間呈線(xian)性(xing)關系，且在(zai)濾(lv)層頂部(bu)10cm濾(lv)層中，水頭(tou)(tou)損失線(xian)斜率(lv)稍大，而濾(lv)層頂部(bu)10cm以下(xia)的濾(lv)層中各單(dan)位濾(lv)層水頭(tou)(tou)損失斜率(lv)變(bian)化較小，且較均勻(yun)，說明沿濾(lv)層深度各單(dan)位濾(lv)層截留(liu)濁質物較均勻(yun)。

2.2、沿濾層深度濁(zhuo)度的變化(hua)

濾(lv)層(ceng)(ceng)水頭(tou)損(sun)失(shi)是由(you)濾(lv)層(ceng)(ceng)截留濁質引起的。在測試濾(lv)層(ceng)(ceng)水頭(tou)損(sun)失(shi)的同時，沿(yan)(yan)(yan)濾(lv)層(ceng)(ceng)不(bu)同深度取樣，測其沿(yan)(yan)(yan)度。沿(yan)(yan)(yan)濾(lv)層(ceng)(ceng)深度濁度的變(bian)化規(gui)律見圖3。由(you)圖中曲線可看出：由(you)濾(lv)層(ceng)(ceng)進水端沿(yan)(yan)(yan)水流方向(xiang)懸濁液被澄(cheng)清，且再濾(lv)層(ceng)(ceng)頂部10cm以下各單位(wei)濾(lv)層(ceng)(ceng)去除濁質物較均勻(yun)，這就使(shi)得各單位(wei)濾(lv)層(ceng)(ceng)水頭(tou)損(sun)失(shi)線斜率(lv)變(bian)化較均勻(yun)。

2.3、沿濾層深度截污量(liang)的變化

在相(xiang)同條件下(xia)，經(jing)一個過濾(lv)(lv)周期結束后，對實驗濾(lv)(lv)柱進行解剖層(ceng)的截(jie)(jie)污(wu)量(liang)。測試結果(guo)見圖4。從圖中可(ke)以看出：沿濾(lv)(lv)層(ceng)深度，截(jie)(jie)污(wu)量(liang)在緩慢減小(xiao)，除(chu)(chu)濾(lv)(lv)層(ceng)頂部10cm內截(jie)(jie)留(liu)獨(du)質物(wu)稍大外，在其它各單位濾(lv)(lv)層(ceng)中，截(jie)(jie)留(liu)濁質物(wu)比較均勻，說明(ming)各單位濾(lv)(lv)層(ceng)除(chu)(chu)去(qu)大致相(xiang)同分率的濁質物(wu)。也反映(ying)了各單位濾(lv)(lv)層(ceng)截(jie)(jie)留(liu)概率大致相(xiang)等，只是由于懸(xuan)濁液的濁度濃(nong)度一層(ceng)一層(ceng)的減小(xiao)，所(suo)以，愈(yu)往下(xia)邊(bian)的單位濾(lv)(lv)層(ceng)，截(jie)(jie)留(liu)的濁質物(wu)數量(liang)愈(yu)少。這與(yu)前面實驗分析結果(guo)相(xiang)一致。

2.4、石英砂均質濾(lv)料的截物能力

濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)截物(wu)能(neng)力(li)作為(wei)評價(jia)濾(lv)(lv)(lv)(lv)池(chi)工(gong)作性(xing)能(neng)好(hao)壞的(de)(de)(de)(de)重要指標，直接影響到濾(lv)(lv)(lv)(lv)池(chi)的(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)周(zhou)期和濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)工(gong)作性(xing)能(neng)。截物(wu)能(neng)力(li)大(da)(da)，表(biao)明整(zheng)個濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)所(suo)發(fa)揮的(de)(de)(de)(de)作用大(da)(da)。石(shi)英砂均(jun)(jun)(jun)質濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)既不(bu)(bu)同(tong)于均(jun)(jun)(jun)勻濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)，也(ye)(ye)不(bu)(bu)同(tong)于水(shui)(shui)力(li)分級(ji)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)。正如許保玖(jiu)教授所(suo)述：當石(shi)英砂濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)新裝人濾(lv)(lv)(lv)(lv)池(chi)時(shi)，這(zhe)種(zhong)濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)稱為(wei)均(jun)(jun)(jun)質濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)，濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)則稱為(wei)均(jun)(jun)(jun)質濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)。這(zhe)就是說，均(jun)(jun)(jun)質濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)并不(bu)(bu)要求所(suo)有(you)的(de)(de)(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)粒(li)徑相等或(huo)相近(jin)，實際上(shang)要求整(zheng)個濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)層(ceng)(ceng)(ceng)自上(shang)而下的(de)(de)(de)(de)物(wu)理、化學(xue)條件都基(ji)本相同(tong)。因此，沿濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)厚度的(de)(de)(de)(de)每一點(dian)，濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)顆粒(li)間所(suo)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)空隙大(da)(da)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)分布(bu)也(ye)(ye)一樣(yang)。這(zhe)就使得沿均(jun)(jun)(jun)質濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)厚度的(de)(de)(de)(de)每一點(dian)，都具(ju)有(you)容納同(tong)樣(yang)多的(de)(de)(de)(de)獨質物(wu)的(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)。這(zhe)已由(you)上(shang)述實驗結果證明。所(suo)以，石(shi)英砂均(jun)(jun)(jun)質濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)與傳統的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)力(li)分級(ji)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)相比，具(ju)有(you)較長的(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)周(zhou)期，過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)時(shi)能(neng)較好(hao)地克服表(biao)棉堵塞，充分發(fa)揮了整(zheng)個濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)截污(wu)能(neng)力(li)。截污(wu)能(neng)力(li)大(da)(da)，再高濾(lv)(lv)(lv)(lv)速下生產優良(liang)的(de)(de)(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)后水(shui)(shui)，大(da)(da)大(da)(da)提高了濾(lv)(lv)(lv)(lv)池(chi)的(de)(de)(de)(de)工(gong)作效率。

3、結論

3.1、實驗結果表明，對(dui)實驗濾柱(zhu)解剖，進行(xing)分層(ceng)取(qu)樣，測定其濾層(ceng)截污量(liang)是可行(xing)的(de)，且(qie)能(neng)定量(liang)地分析研究濾料(liao)層(ceng)的(de)截污能(neng)力。

3.2、石英砂均質(zhi)濾(lv)粒(li)的過濾(lv)性能(neng)具有水頭損失小，過濾(lv)周期長，吸附(fu)截留濁質(zhi)能(neng)力(li)強的特點，因而(er)這種濾(lv)床產水量高，出水水質(zhi)好。

3.3、通過分層取樣(yang)截(jie)(jie)污量的測(ce)試(shi)，證明各(ge)單位濾(lv)層截(jie)(jie)留濁質較均勻，體現(xian)了(le)均質濾(lv)料截(jie)(jie)污能力大的特(te)點。