摘(zhai)要：采用兩種不同粒徑(jing)的均(jun)質石英(ying)砂(sha)濾(lv)料(liao)(liao)進行(xing)直(zhi)接(jie)過(guo)濾(lv)，在單(dan)(dan)位面積(ji)濾(lv)層濾(lv)料(liao)(liao)表面積(ji)相等的條件(jian)下進行(xing)過(guo)濾(lv)性能比(bi)較，試(shi)驗結果(guo)表明(ming)單(dan)(dan)位面積(ji)濾(lv)層濾(lv)料(liao)(liao)顆粒表面積(ji)相等時，濾(lv)后(hou)水(shui)濁度相同，粗(cu)石英(ying)砂(sha)濾(lv)料(liao)(liao)的過(guo)濾(lv)水(shui)頭損失(shi)小(xiao)于細石英(ying)砂(sha)濾(lv)料(liao)(liao)的過(guo)濾(lv)水(shui)頭損失(shi)，因此，用單(dan)(dan)位面積(ji)濾(lv)層濾(lv)料(liao)(liao)表面積(ji)來衡量對濾(lv)池濾(lv)料(liao)(liao)的要求比(bi)L/d指標(biao)更合(he)理(li)。

1、實(shi)驗構思

現代過濾(lv)(lv)理(li)(li)論(lun)研究認為(wei)，在(zai)快濾(lv)(lv)池中(zhong)，懸浮顆(ke)(ke)粒(li)的(de)(de)(de)去除，主要是(shi)由顆(ke)(ke)粒(li)與(yu)濾(lv)(lv)料之(zhi)間(jian)以及(ji)顆(ke)(ke)粒(li)與(yu)顆(ke)(ke)粒(li)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)（粘(zhan)附(fu)）作用而被(bei)去除的(de)(de)(de)。這(zhe)就(jiu)涉及(ji)到兩個方面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)問(wen)題：一(yi)是(shi)被(bei)水挾(xie)帶的(de)(de)(de)懸浮顆(ke)(ke)粒(li)如何脫離水流流線向濾(lv)(lv)料表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)靠(kao)近的(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)遷(qian)移機(ji)理(li)(li)。二是(shi)當懸浮顆(ke)(ke)粒(li)與(yu)濾(lv)(lv)料表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)接觸(chu)時，依靠(kao)哪些力(li)的(de)(de)(de)作用使(shi)得(de)它們粘(zhan)附(fu)在(zai)濾(lv)(lv)料表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)上，這(zhe)就(jiu)是(shi)顆(ke)(ke)粒(li)的(de)(de)(de)粘(zhan)附(fu)機(ji)理(li)(li)，在(zai)這(zhe)一(yi)機(ji)理(li)(li)中(zhong)，要保證(zheng)過濾(lv)(lv)出(chu)水水質，就(jiu)須保證(zheng)濾(lv)(lv)層濾(lv)(lv)料具有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積，為(wei)懸浮顆(ke)(ke)粒(li)被(bei)吸(xi)附(fu)在(zai)濾(lv)(lv)料表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)提供足(zu)夠的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)空間(jian)，以便懸浮顆(ke)(ke)粒(li)有(you)效地被(bei)吸(xi)附(fu)在(zai)濾(lv)(lv)料表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)。

直(zhi)接(jie)過(guo)濾(lv)(lv)是混凝(ning)與(yu)過(guo)濾(lv)(lv)過(guo)程有機結合而(er)形(xing)成的(de)新的(de)單元處理(li)(li)過(guo)程，原水(shui)(shui)(shui)在(zai)濾(lv)(lv)前預(yu)處理(li)(li)中，仍(reng)然依靠壓縮雙(shuang)電層、電性(xing)(xing)中和作用(yong)以及吸附架橋、表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)絡合作用(yong)，使原水(shui)(shui)(shui)中懸浮物質(zhi)脫(tuo)穩(wen)或凝(ning)聚成具有良(liang)好(hao)過(guo)濾(lv)(lv)性(xing)(xing)能的(de)微絮體(ti)，當(dang)帶脫(tuo)穩(wen)膠(jiao)體(ti)的(de)水(shui)(shui)(shui)流通(tong)過(guo)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)時，脫(tuo)穩(wen)的(de)膠(jiao)體(ti)與(yu)宏觀(guan)(guan)的(de)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)接(jie)觸從水(shui)(shui)(shui)中分離出(chu)去，相當(dang)于微觀(guan)(guan)顆粒與(yu)宏觀(guan)(guan)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)間的(de)絮凝(ning)，當(dang)宏觀(guan)(guan)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)所提供的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積越(yue)大，脫(tuo)穩(wen)的(de)膠(jiao)體(ti)與(yu)宏觀(guan)(guan)的(de)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)接(jie)觸的(de)機率越(yue)大，這種微觀(guan)(guan)顆粒與(yu)宏觀(guan)(guan)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)間的(de)總體(ti)絮凝(ning)效(xiao)果越(yue)好(hao)，出(chu)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)越(yue)好(hao)。

 由(you)此可見，在過(guo)濾(lv)(lv)過(guo)程中整個濾(lv)(lv)層濾(lv)(lv)料表面積的(de)大(da)小對濾(lv)(lv)出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)的(de)影響(xiang)很(hen)大(da)。為了(le)保(bao)證(zheng)過(guo)濾(lv)(lv)出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)，濾(lv)(lv)層具有(you)一定的(de)厚度(du)是必(bi)要的(de)，由(you)實(shi)際(ji)經驗總結，當L/d=800~1000時，可以達(da)到過(guo)濾(lv)(lv)出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)的(de)要求。

懸浮顆(ke)(ke)粒(li)在(zai)濾(lv)層(ceng)空隙水流(liu)中的遷移、輸送是由(you)沉淀、慣性(xing)、阻截、擴散、動力效應等基本作用(yong)(yong)的過程，對(dui)于(yu)一個顆(ke)(ke)粒(li)來(lai)說，可能同時受幾種(zhong)作用(yong)(yong)，但(dan)占(zhan)主(zhu)(zhu)要(yao)作用(yong)(yong)的只是一種(zhong)或(huo)兩種(zhong)，主(zhu)(zhu)要(yao)取決于(yu)濁質(zhi)(zhi)粒(li)度的大(da)小(xiao)。對(dui)于(yu)濾(lv)料(liao)截除懸浮物質(zhi)(zhi)的確切作用(yong)(yong)過程，目前(qian)還不十分清楚，但(dan)一般認為需要(yao)通(tong)過微顆(ke)(ke)粒(li)間(jian)濾(lv)料(liao)表面“輸送”以(yi)及在(zai)濾(lv)料(liao)表面的“附著”兩個階(jie)段(duan)才能達到。在(zai)“附著”過程中，濾(lv)料(liao)除濁質(zhi)(zhi)能力的好壞(huai)(huai)不僅(jin)與(yu)濁質(zhi)(zhi)粒(li)子的物理(li)(li)化學特性(xing)有關，并且濾(lv)料(liao)本身的表面物理(li)(li)和化學特性(xing)也具有很(hen)大(da)的關系。然而單(dan)位面積濾(lv)層(ceng)濾(lv)料(liao)表面積的大(da)小(xiao)對(dui)這(zhe)整(zheng)個濾(lv)后(hou)水水質(zhi)(zhi)的好壞(huai)(huai)具有很(hen)大(da)的影響。

從(cong)嚴格的(de)理論(lun)上講，濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)所(suo)具有的(de)對懸浮(fu)物的(de)截(jie)留(liu)能(neng)力(li)(li)的(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)所(suo)提供(gong)的(de)表面(mian)積(ji)(ji)，濾(lv)(lv)(lv)(lv)池的(de)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)能(neng)力(li)(li)主要(yao)來(lai)自(zi)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)顆(ke)粒表面(mian)吸附作用。在過濾(lv)(lv)(lv)(lv)過程中，濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)所(suo)提供(gong)的(de)顆(ke)粒表面(mian)越(yue)大，對水中懸浮(fu)物的(de)附著力(li)(li)越(yue)強(qiang)，為(wei)要(yao)達到一定的(de)預期的(de)出水水質要(yao)求，濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)所(suo)提供(gong)的(de)表面(mian)積(ji)(ji)應(ying)滿足某一較小值，濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)所(suo)具有的(de)截(jie)留(liu)能(neng)力(li)(li)還與濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)本身的(de)表面(mian)特性有關。本試驗采用波(bo)濤石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)廠(chang)家生產的(de)同產地、同種(zhong)類材質的(de)粗細兩種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)，在A、B兩實(shi)驗柱單位面(mian)積(ji)(ji)濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)所(suo)提供(gong)的(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)表面(mian)相等的(de)條件(jian)下進行對比實(shi)驗。單位面(mian)積(ji)(ji)濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)提供(gong)的(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)表面(mian)積(ji)(ji)為(wei)：

S_總表面積=6（1-ε₀）/ψd_eLA，即：S_總表面積∝L/ψd_e。

式中：S_總表面積—濾料表面積

ε₀—濾層空隙率

A—為(wei)濾柱(zhu)截面積

L—濾層厚度

ψ—濾料球形度

d_e—濾料粒徑

2、實驗(yan)設置

采用波濤石英砂廠家生產的均質石英砂濾料。規格為：粗砂d_eq=1.10mm，ε₀=0.43，ψ=0.78，d₁₀=0.91，K₆₀=1.22，濾層厚950mm；細砂d_eq=0.85mm，ε₀=0.40，ψ=0.781，d₁₀=0.962，K₆₀=1.24，濾層厚720mm。模型濾池是兩套高3000mm，直徑100mm的有機玻璃柱，沿柱體縱向有測壓管和取樣管。實驗采用AL₂(SO₄)₃作為混凝(ning)劑，以(yi)高嶺土自配原水，在原水水質，濾床結構，濾柱運(yun)行(xing)控制參數及投藥(yao)量完全相(xiang)同的情況(kuang)下(xia)，進(jin)行(xing)對比(bi)實驗。A柱裝入粗砂，B柱裝入細(xi)砂。試驗中(zhong)濾柱均運(yun)行(xing)15小時，濾速(su)分(fen)別(bie)采用(yong)6.8m/h，8.33m/h，流向朝下(xia)，投藥(yao)量ALT分(fen)別(bie)采用(yong)0.05，0.2，進(jin)水濁度10NTU。

3、結果與分(fen)析

3.1 水(shui)頭損失比較情(qing)況如圖(tu)(a)，(b)所示：

由圖可知：粗(cu)石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)過濾(lv)(lv)水頭損失小于細石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)過濾(lv)(lv)水頭損失，這主(zhu)要是因為(wei)粗(cu)石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)有(you)效孔隙率優于細石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)有(you)效孔隙率，粗(cu)石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)截(jie)留(liu)濁(zhuo)質(zhi)后，濾(lv)(lv)層內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)水流曲線(xian)變化比(bi)細石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)截(jie)留(liu)濁(zhuo)質(zhi)后濾(lv)(lv)層內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)水流曲線(xian)變化慢且小。

3.2 出水濁度的變化情況比較如圖(c)，(d)，(e)，(f)所示：

由(you)圖(c)，(d)，(e)，(f)可知：在每組對比(bi)試驗中，原水濁度(du)(du)、濾(lv)(lv)速、投藥(yao)量(liang)、單(dan)位(wei)面(mian)積(ji)(ji)濾(lv)(lv)層所(suo)提(ti)供的(de)(de)(de)石(shi)英(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)總表面(mian)積(ji)(ji)相同(tong)(tong)的(de)(de)(de)情(qing)況下，粗、細石(shi)英(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)過濾(lv)(lv)的(de)(de)(de)出水濁度(du)(du)相同(tong)(tong)，在原水濁度(du)(du)、濾(lv)(lv)速、投藥(yao)量(liang)相同(tong)(tong)的(de)(de)(de)情(qing)況下，原水具有相同(tong)(tong)的(de)(de)(de)過濾(lv)(lv)性能，單(dan)位(wei)面(mian)積(ji)(ji)濾(lv)(lv)層所(suo)提(ti)供的(de)(de)(de)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)總表面(mian)積(ji)(ji)相同(tong)(tong)，為懸浮(fu)顆(ke)粒被(bei)吸附(fu)在石(shi)英(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)表面(mian)提(ti)供相同(tong)(tong)的(de)(de)(de)吸附(fu)空間，被(bei)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)表面(mian)所(suo)吸附(fu)的(de)(de)(de)懸浮(fu)顆(ke)粒量(liang)相同(tong)(tong)，所(suo)以，粗、細石(shi)英(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)過濾(lv)(lv)的(de)(de)(de)出水濁度(du)(du)相同(tong)(tong)。

表1 不(bu)同(tong)投藥量不(bu)同(tong)濾速時A,B兩柱運行情況

投藥量ALT	進水濁度NTU	濾速m/h	運行時間(h)		水頭損失(pa)		平均出水濁度(NTU)		F值
			A柱	B柱	A柱	B柱	A柱	B柱	A	B	(B-A)/A%
0.05	10	8.33	15	15	7193.2	9310	2.149	2.232	14.03	18.85	34.3
0.2	10	8.33	15	15	11309.2	14778.4	0.801	0.784	8.22	10.51	27.8
0.05	10	6.8	15	15	6811.0	9084.6	0.552	0.534	4.18	5.39	28.9
0.2	10	6.8	15	15	8829.8	11799.2	1.677	1.579	16.46	20.95	27.2

注：

1 F=HtCe/CoVT，式(shi)中Ce、Co—出水、進水濃度，V—濾速(su)，Ht—15小時(shi)(shi)后的水頭損失T—行時(shi)(shi)間，F值越小，表明(ming)濾池過濾性(xing)能(neng)越好。

2 平均出水濁度(du)為出水濁度(du)與過濾時間的(de)加(jia)權平均值，以下相同。

表2 A、B兩柱出水濁度變(bian)化比較

投藥量ALT	進水濁度NTU	濾速m/h	平均出水濁度NTU
			A	B	2(Ca-Cb)/(Ca+Cb)(%)	Ka	Kb
0.05	9	8.33	2.149	2.232	3.7	1.79	1.75
0.2	9	8.33	0.801	0.784	2.1	3.02	3.06
0.05	9	6.8	0.552	0.534	3.3	3.48	3.55
0.2	9	6.8	1.677	1.597	4.8	2.10	2.17

注：濾層截留概率K按式K=-ln(C/C₀)/(Z₀/d₀)計算，式中C/C₀——出水、進水濃度，Z₀——濾層厚度，d₀——濾料粒徑，對均質濾料采用當量粒徑d_e。

由表(biao)(biao)1可知，在(zai)單(dan)位(wei)面(mian)(mian)積(ji)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)積(ji)相等的(de)(de)(de)(de)條件(jian)下(xia)，出水(shui)水(shui)質(zhi)基(ji)本相同(tong)(tong)，然而(er)從F值的(de)(de)(de)(de)大小(xiao)可知，粗(cu)(cu)石英(ying)(ying)砂(sha)(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)F值比細(xi)(xi)石英(ying)(ying)砂(sha)(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)F值平均優于28%左右，主要是(shi)因為粗(cu)(cu)石英(ying)(ying)砂(sha)(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)水(shui)頭損失小(xiao)于細(xi)(xi)石英(ying)(ying)砂(sha)(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)水(shui)頭損失，就(jiu)水(shui)頭損而(er)言，宜采用粗(cu)(cu)石英(ying)(ying)砂(sha)(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)作(zuo)(zuo)為濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)較好。截留(liu)概率(lv)K值表(biao)(biao)示了(le)濁(zhuo)(zhuo)(zhuo)質(zhi)通過(guo)某一(yi)粒徑濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)厚度(du)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層時(shi)被截留(liu)的(de)(de)(de)(de)概率(lv)，在(zai)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)柱工(gong)作(zuo)(zuo)15小(xiao)時(shi)后，A、B兩柱出水(shui)的(de)(de)(de)(de)平均濁(zhuo)(zhuo)(zhuo)度(du)及濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)柱截留(liu)概率(lv)K值見(jian)表(biao)(biao)2，在(zai)投(tou)藥量、濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)速(su)(su)、進水(shui)濁(zhuo)(zhuo)(zhuo)質(zhi)、單(dan)位(wei)面(mian)(mian)積(ji)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)積(ji)相同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)條件(jian)下(xia)，A、B兩柱濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層截留(liu)概率(lv)K值相同(tong)(tong)，說明同(tong)(tong)種材質(zhi)的(de)(de)(de)(de)粗(cu)(cu)細(xi)(xi)兩種石英(ying)(ying)砂(sha)(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層去除濁(zhuo)(zhuo)(zhuo)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)模式相同(tong)(tong)，從Ka或Kb可看出，雖進水(shui)濁(zhuo)(zhuo)(zhuo)質(zhi)、石英(ying)(ying)砂(sha)(sha)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)及其表(biao)(biao)面(mian)(mian)積(ji)相同(tong)(tong)，但投(tou)藥量、濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)速(su)(su)對濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層截留(liu)模式有所影(ying)響(xiang)，濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)速(su)(su)對濁(zhuo)(zhuo)(zhuo)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)“輸送”過(guo)程具有一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，投(tou)藥量在(zai)一(yi)定(ding)程度(du)上影(ying)響(xiang)濁(zhuo)(zhuo)(zhuo)質(zhi)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)物理化學特性，從而(er)影(ying)響(xiang)濁(zhuo)(zhuo)(zhuo)質(zhi)與濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)附著(zhu)過(guo)程。

4、結論

（1）同(tong)(tong)種材質(zhi)單位(wei)面積(ji)濾層濾料(liao)表面積(ji)及(ji)濾池(chi)(chi)運行參數均(jun)相同(tong)(tong)的(de)情況下，出水水質(zhi)基(ji)本(ben)相同(tong)(tong)，用單位(wei)面積(ji)濾層濾料(liao)表面積(ji)來衡量對(dui)濾池(chi)(chi)濾料(liao)的(de)要求(qiu)比(bi)L/d指標更合理，其截留模(mo)式(shi)相同(tong)(tong)。對(dui)于粗石(shi)英(ying)砂濾料(liao)或細(xi)石(shi)英(ying)砂濾料(liao)，其截留模(mo)式(shi)與濾速、投(tou)藥量等均(jun)有關系。

（2）在相同運行參數下，粗石英砂濾料(liao)的過(guo)濾水(shui)(shui)頭損(sun)失(shi)小于(yu)細石英砂濾料(liao)的過(guo)濾水(shui)(shui)頭損(sun)失(shi)，濾料(liao)宜采用較粗的石英砂濾料(liao)，其(qi)F值(zhi)較優。