摘要：采(cai)用(yong)“石英砂-錳(meng)砂”雙層濾料(liao)去除水中(zhong)含鐵及雜質，降低渾濁度，保(bao)證出水水質符合國家飲用(yong)水衛生標準，水處理能力提高一(yi)倍，節省投資，便(bian)于管理，具(ju)有較明顯的(de)經濟效益，本文針(zhen)對(dui)無閥(fa)濾池(chi)雙層濾料(liao)研(yan)制與(yu)應用(yong)進行(xing)了探討。

1、問題提出

雙(shuang)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)與(yu)單層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)相(xiang)比，雙(shuang)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)能增加表層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)平均粒徑，提高孔隙(xi)率，從而具有截污能力強(qiang)、出水水質穩定、濾(lv)(lv)速(su)快、過濾(lv)(lv)周期長等特點。目前，標準圖集僅介紹了(le)采用無煙(yan)煤(mei)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)與(yu)石英砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)，雙(shuang)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)技術，這種雙(shuang)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)雖能提高凈水能力但由于無煙(yan)煤(mei)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)易破碎，在反沖洗時，容易造成濾(lv)(lv)料(liao)(liao)流失(shi)，經(jing)過一(yi)段時間(jian)運行(xing)后，逐漸會造成濾(lv)(lv)后水質不(bu)合格，況且(qie)也不(bu)能達到去除水中的(de)鐵離子之(zhi)目的(de)。

某給水站的水源取自九龍江，因受上游廠礦污染，原水水質濁度變化大，且含鐵量高達1.6mg/l，站內水處理設備原采用曝氣反應池與無閥濾池（采用單層錳砂濾料）配套使用。該套設備建造于1972年，由于長期失修嚴重，其實際水處理能力僅為120m³/h，為了提高供水能力，90年初對水源進行了改造，投產后，泵房揚水能力達到150m³/h，致使濾(lv)池(chi)處于超(chao)負荷狀(zhuang)態運(yun)行，曝(pu)氣(qi)反應池(chi)經常溢水(shui)，出水(shui)水(shui)質無(wu)法達標(biao)，加上(shang)無(wu)備(bei)用水(shui)處理(li)設備(bei)，遇上(shang)濾(lv)池(chi)周期性檢修時(shi)，經常只能供給(gei)未經凈化的(de)渾水(shui)。

針(zhen)對以上問題，要達到既能去除鐵離子，保證出水水質達標，又能提高凈化能力，結合大(da)修進(jin)行技術改(gai)造(zao)。1991年9月，對無閥濾池采用石英砂濾料和錳(meng)砂濾料，雙層濾料的研制(zhi)應用，開展技術攻關。

2、理論依(yi)據

2.1、可行性分析(xi)

錳砂濾料(liao)(liao)含有(you)(you)高價錳的(de)氧化(hua)(hua)物(wu)，在濾池運行(xing)過(guo)程中，表面(mian)會逐漸產生一種有(you)(you)催化(hua)(hua)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)鐵(tie)質(zhi)活(huo)性(xing)“濾膜”，有(you)(you)較(jiao)好(hao)的(de)除鐵(tie)效(xiao)果，而(er)且(qie)石(shi)英砂濾料(liao)(liao)和(he)(he)錳砂濾料(liao)(liao)二者都具有(you)(you)足夠的(de)機(ji)械強度(du)和(he)(he)化(hua)(hua)學穩(wen)定(ding)性(xing)，可以(yi)防止在反沖洗時，濾料(liao)(liao)產生嚴重磨損，破碎和(he)(he)流失現象(xiang)，保證濾料(liao)(liao)穩(wen)定(ding)性(xing)。二者化(hua)(hua)學性(xing)質(zhi)也很穩(wen)定(ding)，可以(yi)避(bi)免(mian)濾料(liao)(liao)與水產生化(hua)(hua)學反應而(er)惡化(hua)(hua)水質(zhi)。因(yin)此，若采用(yong)(yong)石(shi)英砂濾料(liao)(liao)和(he)(he)錳砂濾料(liao)(liao)作(zuo)為雙層濾料(liao)(liao)，不(bu)僅能(neng)去除水中雜質(zhi)，降低鐵(tie)離子含量(liang)，而(er)且(qie)還能(neng)提高過(guo)濾速度(du)，提高原(yuan)有(you)(you)構筑物(wu)的(de)凈(jing)化(hua)(hua)能(neng)力。

2.2、工藝說明

原水通過水射器吸入大量空氣進行氧化后，進入反應池使水氣進一步充分混合，經過分配水箱、進水管、流入無閥濾池。當溶解了大量氧氣的水經過石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料過濾時，水中二價鐵被濾料吸附，進而氧化水解逐漸生成具有催化作用的鐵質活性“濾膜”，方程式為：3MnO₂₊O₂=MnOMn₂O₇：MnOMn₂O7+4Fe²⁺+2H₂O=3MnO₂+4Fe³⁺+4OH。

使二價鐵（Fe²⁺）的氧化和三價鐵（Fe³⁺）的(de)混凝沉淀(dian)過程基本(ben)上在濾(lv)(lv)層中完成(cheng)，無閥濾(lv)(lv)池出(chu)水濁度(du)和(he)含(han)鐵(tie)量達到(dao)國(guo)家飲用水標(biao)準。

3、模擬試驗及組織實施

首先，模(mo)擬(ni)無閥(fa)濾(lv)池制作(zuo)了有(you)機(ji)玻(bo)璃模(mo)型，通過對(dui)石英(ying)砂濾(lv)料(liao)和錳砂濾(lv)料(liao)的(de)級配、孔隙率、不均勻系(xi)數(shu)等物理化學(xue)特(te)性分(fen)析,，在現場對(dui)不同級配的(de)濾(lv)料(liao)進行分(fen)組模(mo)擬(ni)試(shi)驗（見表1）。

表1模擬(ni)試驗(yan)濾(lv)料組成(cheng)及化(hua)驗(yan)的數據

通過十幾次反復的模擬試(shi)驗(yan)，對模擬試(shi)驗(yan)得出(chu)的結果(guo)進(jin)行認(ren)真分析、較(jiao)對，然后(hou)確認(ren)了濾料(liao)的合理級(ji)配。既石英砂濾料(liao)粒(li)徑0.995-1.27mm，鋪設厚度(du)400mm。錳砂濾料(liao)粒(li)徑0.803-1.27mm,，鋪設厚度(du)300mm，并組織(zhi)實施。

首先，按設計所提高的凈化能力300m³/h，對水處理構筑物的配套管網進行改造。然后，在原濾池的左格進行濾料安裝，先強制反沖洗兩次后，停止進水，將池水放干，池內錳砂承托層按粗到細分別逐級鋪裝。錳砂濾料承托層鋪裝340mm后，封蓋進行強制反沖洗，并刮除表層15mm左右的雜質，然后再鋪裝石英砂濾料420mm，同樣封蓋進行強制反沖洗刮除表層10mm左右雜質。鋪裝過程中我們嚴格掌握石英砂濾料和錳砂濾料的高度和厚薄均勻，每層投料完畢后，都利用水面進行找平并校正高度，全部安裝完畢后，即進水浸泡，于92年1月12日開始投用，經調試后，運行效果良好，水質、凈化能力均達到設計要求，單格濾池凈化能力150m³/h。

表(biao)2無(wu)閥濾池(chi)更換雙(shuang)層濾料前后主要運(yun)行技術(shu)指標（水(shui)溫15℃）

4、注意事項(xiang)

（1）雙層濾(lv)料對反沖洗強度要求較高(gao)，水(shui)溫(wen)每(mei)增減1℃反沖洗強度要相應增減1%，以避免(mian)石英砂濾(lv)料、錳砂濾(lv)料混(hun)層，影(ying)響過濾(lv)效果(guo)。

（2）雙(shuang)層濾(lv)料的(de)(de)無(wu)閥濾(lv)池沖(chong)洗前的(de)(de)水(shui)頭(tou)損失較大(da)值可以采用2.5m，但(dan)由(you)于(yu)受即有構筑物工(gong)藝(yi)流程(cheng)的(de)(de)限制，未對(dui)無(wu)閥濾(lv)池原虹吸系統(tong)進(jin)行(xing)改造，其(qi)沖(chong)洗前的(de)(de)水(shui)頭(tou)損失較大(da)值僅為1.7m，因此，運行(xing)時(shi)會(hui)縮(suo)短過濾(lv)周期(qi)，未能充分發揮雙(shuang)層濾(lv)料的(de)(de)截污能力。

5、結束語

無(wu)閥濾(lv)(lv)池采用石(shi)英砂濾(lv)(lv)料(liao)和錳砂濾(lv)(lv)料(liao)，雙層濾(lv)(lv)料(liao)后，經過14年的(de)運行(xing)，充分證明(ming)此項(xiang)科研成果(guo)達(da)到了預期的(de)目(mu)的(de)，產生了很(hen)好的(de)效(xiao)果(guo)和意義。

（1）采用雙(shuang)層濾料后，無(wu)閥濾池(chi)出(chu)水(shui)濁(zhuo)度(du)均在(zai)2~3mg/l，含鐵(tie)量在(zai)0.10~0.15mg/l之間(jian)，能達到(dao)了國家(jia)飲用水(shui)標準。應用石英砂濾料和(he)錳砂濾料，經受了多次雨季原水(shui)高濁(zhuo)度(du)的(de)考(kao)驗(yan)，例(li)92年3月27日(ri)，九龍(long)江水(shui)面淹沒(mei)水(shui)源(yuan)井，原水(shui)濁(zhuo)度(du)超過1000mg/l，在(zai)無(wu)閥濾池(chi)出(chu)水(shui)濁(zhuo)度(du)實測僅(jin)為3.0~3.5mg/l，證明了雙(shuang)層濾料研制(zhi)應用的(de)成功(gong)。

（2）采用石英砂濾料和錳砂濾料，改變了原構筑物能力不足的狀況，使無閥濾池的凈水能力增加了一倍，由原來的150m³/h，提高到300m³/h，遇到(dao)周(zhou)期性檢修(xiu)時(shi)，原(yuan)水可(ke)進行單格過濾，以便(bian)輪換檢修(xiu)，保證不間(jian)斷供(gong)給合格的水質。

（3）石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料與單層錳砂濾料相比，其濾層截污能力提高93%，當水處理能力為150m³/h，單層錳砂濾料的濾池，過濾周期為21小時，而雙層濾料過濾周期為35小時，過濾周期延長67%，僅這一項，按每天濾池運行21小時，每次反沖洗水量60m³計，每年可節約反沖洗水量為17520m³。

（4）采用石(shi)英砂濾料(liao)和(he)錳(meng)砂濾料(liao)不但能提(ti)高水(shui)處理能力(li)，保證出水(shui)水(shui)質(zhi)達標，而(er)且與(yu)投資興建一套水(shui)處理構(gou)筑物相比(bi)，可減少土建投資，還節(jie)約了(le)土地，同時便于運(yun)營管理，具有較明顯的經(jing)濟效益。

（5）該(gai)雙(shuang)層(ceng)濾料的研制(zhi)與應(ying)用為其他濾池的改(gai)造、挖潛(qian)、提高凈水能力提供了實踐經驗，填補了含鐵原水處理系統雙(shuang)層(ceng)濾料應(ying)用的空白，具(ju)有推廣價值(zhi)。