雙層濾料(liao)濾池(chi)由于其含(han)污能力(li)高(gao)，出(chu)水(shui)水(shui)質穩定，濾速高(gao)，周期(qi)長而得到廣(guang)泛(fan)應用。對供(gong)水(shui)企業現有過(guo)濾構筑物(wu)濾料(liao)級配進行技術(shu)改造，是(shi)解(jie)決(jue)城市供(gong)水(shui)緊(jin)張，降低(di)生產成本的較佳途徑之一。

下面，波濤石(shi)英(ying)砂廠家(jia)以某水廠為例來講述一下：“單層(ceng)石(shi)英(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)改為雙層(ceng)濾(lv)(lv)料(liao)濾(lv)(lv)池的探索”。

某水廠現有十八組鋪裝單層石英砂濾料的普通快濾池，單池有效過濾面積120m²，日處理過濾水48萬m³。生產技術人員(yuan)對現工藝運(yun)行(xing)狀況進行(xing)挖潛改造(zao)，在保證出水水質的(de)(de)(de)前提(ti)(ti)下，將單層石英砂濾(lv)料改為雙層濾(lv)料濾(lv)池，便是其(qi)中的(de)(de)(de)一(yi)項技改措施(shi)，提(ti)(ti)高了(le)企業的(de)(de)(de)日供水能(neng)力。

1、工作(zuo)原(yuan)理

沉淀后的(de)水(shui)流通過(guo)(guo)粒徑(jing)由大到小(xiao)(xiao)的(de)濾(lv)層(ceng)時，隨深(shen)度(du)(du)增(zeng)加(jia)各層(ceng)濾(lv)料去除(chu)的(de)懸浮物(wu)量將趨近于相同，因(yin)為越到下層(ceng)，雖然(ran)去除(chu)的(de)懸浮物(wu)濃度(du)(du)越來越小(xiao)(xiao)，但濾(lv)料粒徑(jing)也逐漸(jian)變小(xiao)(xiao)，因(yin)而(er)使(shi)去除(chu)率大致相同。也就是說，隨著深(shen)度(du)(du)的(de)下移，懸浮物(wu)濃度(du)(du)的(de)減小(xiao)(xiao)，卻因(yin)過(guo)(guo)濾(lv)系數增(zeng)加(jia)而(er)得到補償，因(yin)而(er)濾(lv)層(ceng)微(wei)元所(suo)去除(chu)的(de)懸浮物(wu)量與該層(ceng)微(wei)元的(de)懸浮物(wu)濃度(du)(du)大致相同。而(er)在過(guo)(guo)濾(lv)過(guo)(guo)程中，水(shui)頭損失滿足下式：

αH_t/αL=k₁d^-2

其中：αH_t—微(wei)元單位層厚的水(shui)頭損失(shi)；

αL—微元單位濾料層(ceng)厚(hou)；

k₁——綜合阻(zu)力系數；

d—濾料粒徑。

上(shang)式表明，過(guo)濾過(guo)程中(zhong)，某一深度濾層(ceng)微元(yuan)內(nei)單位層(ceng)厚的水(shui)頭損(sun)(sun)失與該(gai)微元(yuan)內(nei)濾料(liao)(liao)粒(li)徑的平方成反比(bi)。濾料(liao)(liao)粒(li)徑越(yue)小(xiao)，單位濾層(ceng)厚度所增加(jia)的水(shui)頭損(sun)(sun)失將越(yue)大，小(xiao)粒(li)徑的濾料(liao)(liao)更(geng)易(yi)被堵(du)塞。

綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)，粒(li)徑(jing)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)濾(lv)料，雖然去(qu)除懸浮物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力強(qiang)，但單位(wei)層(ceng)厚所(suo)增(zeng)加的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)頭(tou)損失也大。因而說明，當(dang)去(qu)除懸浮物量相同時，小(xiao)(xiao)粒(li)徑(jing)濾(lv)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)頭(tou)損失的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)長速(su)度將比大粒(li)徑(jing)濾(lv)料快得多。因而當(dang)水(shui)(shui)流通過粒(li)徑(jing)大、比重小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)無煙煤(mei)和粒(li)徑(jing)小(xiao)(xiao)、比重大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)石英砂(sha)組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)層(ceng)濾(lv)料濾(lv)池(chi)時，懸浮物可(ke)較均勻地分(fen)(fen)配在每一層(ceng)濾(lv)料中，充分(fen)(fen)發揮了各層(ceng)濾(lv)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)截污能(neng)力；濾(lv)層(ceng)中水(shui)(shui)頭(tou)損失的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加較單層(ceng)石英砂(sha)濾(lv)料濾(lv)池(chi)將會減緩，則過濾(lv)周期(qi)將可(ke)延長，單位(wei)過濾(lv)面積上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)產水(shui)(shui)量增(zeng)加。

2、試驗設備

鋪(pu)裝(zhuang)由無煙煤、石英砂(sha)組成雙(shuang)層濾(lv)料(liao)的A濾(lv)池（濾(lv)料(liao)鋪(pu)裝(zhuang)如圖1所(suo)示(shi)），鋪(pu)裝(zhuang)單層石英砂(sha)濾(lv)料(liao)的B濾(lv)池進行生產(chan)性(xing)對比試驗。濾(lv)池濾(lv)料(liao)級配見表1所(suo)示(shi)。

表1

類別	濾料組成
	粒徑（mm）		d10	d80|	不均勻系數K80	厚度（mm)
單層石英砂	dmax=1.2		0.83	1.18	1.42	1000
	dmin=0.8
雙層
	無煙煤	dmax=1.0	0.81	1.39	1.72	400
		dmin=0.5
	石英砂	dmax=1.0	0.52	0.76	1.46	400
		dmin=0.5

3、對比試驗方案及測定內(nei)容

3.1、試驗方(fang)案。

方(fang)案Ⅰ分別以起(qi)始濾速為10m/h、16m/h、14m/h、12m/h變速過濾方(fang)式運行。沖(chong)洗(xi)條(tiao)件：出水(shui)濁(zhuo)度(du)≥1NTU或水(shui)頭損失(shi)≥2.5m。反沖(chong)洗(xi)后余濁(zhuo)控(kong)制(zhi)在10~25NTU。

方案Ⅱ起始濾速為16m/h，濾速降至12m/h，即進行(xing)反(fan)沖洗。

方案(an)Ⅲ起始濾速為16m/h，運行72h，即進(jin)行反沖洗。

3.2、試驗測定內(nei)容。

過濾周期及產水量；水頭損失；出水濁度；反沖洗強度（q=15.9L/s·m²）；反(fan)沖洗(xi)水(shui)率(lv)；膨脹率(lv)（水(shui)溫10℃，e=42.5% ）；濾料截污量。

表2

池號	平均水溫(℃)	平均進水濁度(NTU)	平均進出水濁度(NTU)	水頭損失			濾速			過濾周期(h)	周期產水量(m3)	沖洗水量(m3)	沖洗水率（%）	沖后余濁(NTU)	濾料截污量(kg/m3)
				起始(m)	終止(m)	增長率(cm/h)	起始(m/h)	終止(m/h)	平均（m/h）
A	6.7	5.36	0.30	0.47	1.96	1.23	10.80	6.67	8.40	120.9	121900	1070	0.88	8.0	6.43
B	6.7	5.37	0.36	0.36	2.27	1.63	10.72	6.01	8.48	117.1	119076	1110	0.93	17.2	4.97
A	4.6	5.94	0.44	0.95	2.59	1.77	16.65	8.13	11.78	92.4	130594	944	0.72	10.0	7.48
B	4.6	5.95	0.41	1.15	2.56	2.06	16.35	9.60	12.89	68.3	105679	882	0.93	16.6	4.88
A	5.4	5.30	0.40	0.80	2.59	1.70	14.33	7.20	10.51	105.5	133082	663	0.50	8.8	6.79
B	5.4	5.27	0.40	0.87	2.55	2.17	14.46	7.84	11.13	77.5	102839	850	0.83	15.0	4.17
A	11.0	4.68	0.45	0.61	2.31	0.78	12.34	6.02	9.07	221.9	241559	760	0.31	9.4	10.64
B	10.6	4.63	0.42	0.69	2.52	1.11	12.55	6.74	9.90	164.6	195490	929	0.48	20.0	6.86
A	17.3	4.26	0.39	0.77	1.95	0.86	16.65	11.75	14.61	138.0	241602	600	0.25	9.0	9.74
B	17.3	4.26	0.39	0.92	2.09	0.83	16.65	12.11	14.85	140.5	249710	1200	0.48	17.0	8.05
A	17.9	4.63	0.30	0.83	1.57	1.03	16.65	13.14	14.88	72.0	127823	600	0.47	8.5	5.77
B	17.9	4.63	0.33	0.83	1.73	1.21	16.65	13.11	14.80	72.0	127100	1000	0.79	18.0	4.55

4、試驗(yan)數(shu)據及分析

方案Ⅰ中，在起(qi)始及(ji)沖洗條(tiao)件基本一致的情況下，高(gao)濾(lv)(lv)速(su)范圍(wei)（16m/h~12m/h）濾(lv)(lv)池工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)A池比B池明顯延長(chang)，周(zhou)期(qi)產水(shui)(shui)量(liang)較大可提高(gao)29.41%（濾(lv)(lv)速(su)14m/h時）；水(shui)(shui)頭損失增長(chang)率(lv)雙(shuang)層(ceng)濾(lv)(lv)料濾(lv)(lv)池緩于單層(ceng)濾(lv)(lv)料濾(lv)(lv)池；沖洗水(shui)(shui)率(lv)、沖后余濁(zhuo)(zhuo)明顯低(di)于單層(ceng)濾(lv)(lv)料濾(lv)(lv)池；濾(lv)(lv)池工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)內濾(lv)(lv)料截(jie)污量(liang)高(gao)于單層(ceng)濾(lv)(lv)料濾(lv)(lv)池；平均出水(shui)(shui)濁(zhuo)(zhuo)度完全滿足國家水(shui)(shui)質標準(zhun)。

 由方案(an)Ⅰ、Ⅱ試驗(yan)數據結(jie)果可看出，A池與B池各參(can)數基(ji)本一致(zhi)。

從以上三種試驗方(fang)案看(kan)出，起(qi)始濾速(su)14m/h，出水濁度≥1NTU或水頭(tou)損失(shi)≥2.5m，較長過濾周(zhou)期96小(xiao)時即進行(xing)沖(chong)洗的工藝運行(xing)方(fang)式，在今后的生產(chan)中(zhong)具有(you)指導(dao)意(yi)義。

5、濾(lv)料含污量測定分析

確定起(qi)始濾(lv)速為(wei)14m/h作為(wei)生產工藝運行(xing)(xing)方式后(hou)，在該濾(lv)速下A、B池運行(xing)(xing)一周期，技術人員對(dui)各濾(lv)層截污(wu)量(liang)進行(xing)(xing)定量(liang)采樣分(fen)(fen)(fen)析，確定其含(han)(han)污(wu)量(liang)分(fen)(fen)(fen)布(bu)。（A池含(han)(han)污(wu)量(liang)如(ru)表(biao)3、含(han)(han)污(wu)量(liang)分(fen)(fen)(fen)布(bu)如(ru)圖2所示； B池含(han)(han)污(wu)量(liang)如(ru)表(biao)4、含(han)(han)污(wu)量(liang)分(fen)(fen)(fen)布(bu)如(ru)圖3所示）

表3

取樣深度	表層	20cm	30cm	40cm	60cm
沖前	2.15	0.93	0.64	0.93	0.28
沖后	0.48	0.03	0.08	0.13	0.05

表4

取樣深度	表層	20cm	40cm	60cm
沖前	2.95	1.45	1.25	1.10
沖后	1.10	0.83	0.75	0.78

從圖(tu)2、圖(tu)3可(ke)見，雙層(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)池表層(ceng)(ceng)(ceng)含(han)污(wu)量(liang)(liang)小于單層(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)池表層(ceng)(ceng)(ceng)含(han)污(wu)量(liang)(liang)。隨著深度(du)的(de)增加(jia)，單層(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)含(han)污(wu)量(liang)(liang)降(jiang)低；在濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)25cm處，含(han)污(wu)量(liang)(liang)趨(qu)于穩定。隨著深度(du)的(de)增加(jia)，雙層(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)含(han)污(wu)量(liang)(liang)降(jiang)幅更(geng)大(da)，但到(dao)35~45cm煤(mei)、砂(sha)交界處，含(han)污(wu)量(liang)(liang)反而有所(suo)上(shang)升(sheng)；之后，水流再一(yi)次經(jing)過(guo)砂(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)，得到(dao)精濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)，砂(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)含(han)污(wu)量(liang)(liang)如同單層(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)含(han)污(wu)量(liang)(liang)趨(qu)勢。含(han)污(wu)量(liang)(liang)曲線證明了水流經(jing)雙層(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)池懸浮物可(ke)較(jiao)均勻(yun)地分配在每(mei)一(yi)層(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)，充(chong)分發揮了各層(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)的(de)截污(wu)能力(li)；濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)水頭損失的(de)增加(jia)較(jiao)單層(ceng)(ceng)(ceng)石英砂(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)池將(jiang)會減緩，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)周(zhou)期將(jiang)可(ke)延長，則(ze)單位過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)面積(ji)上(shang)的(de)產(chan)水量(liang)(liang)增加(jia)。

雙層濾(lv)(lv)(lv)料(liao)濾(lv)(lv)(lv)池(chi)(chi)投產(chan)前、后技術人(ren)員對(dui)雙層濾(lv)(lv)(lv)料(liao)濾(lv)(lv)(lv)池(chi)(chi)反沖洗強度(du)和膨脹率進行了測(ce)定，測(ce)定的數據(ju)都滿足(zu)了雙層濾(lv)(lv)(lv)料(liao)濾(lv)(lv)(lv)池(chi)(chi)運行的規范(fan)要求，且承(cheng)托(tuo)層比較平(ping)整，煤(mei)砂無明顯混雜現象(xiang)。反沖洗時無跑煤(mei)現象(xiang)，濾(lv)(lv)(lv)池(chi)(chi)運行正常。

6、小結

改造后的雙層濾料濾池周期產水量有了大幅度提高；沖洗水量的減小，降低了企業生產成本（按現單層濾料濾池沖洗一次耗水1000m³、雙層濾料濾池沖洗一次耗水600m³計算）（1000-600）×365÷4=36500m³，全年一(yi)(yi)組雙(shuang)層濾(lv)料濾(lv)池在(zai)沖洗水(shui)量一(yi)(yi)方面就(jiu)可(ke)(ke)節約23725元。 采(cai)用(yong)高濾(lv)速運行，濾(lv)后(hou)(hou)水(shui)濁度均在(zai)1NTU以下(xia)，一(yi)(yi)般(ban)為0.5NTU左右。可(ke)(ke)見，企(qi)業技(ji)術上(shang)挖潛(qian)改造，不僅(jin)給(gei)企(qi)業帶(dai)來了經濟效益(yi)，同時，也產生了巨大的(de)社會效益(yi)，是企(qi)業今后(hou)(hou)可(ke)(ke)持續發展的(de)有力措施(shi)。