单层石英砂滤料改为双层滤料滤池的探索

双层滤料滤池由于其含污能力高，出水水质稳定，滤速高，周期长而得到广泛应用。对供水企业现有过滤构筑物滤料级配进行技术改造，是解决城市供水紧张，降低生产成本的较佳途径之一。

下面，波涛石英砂厂家以某水厂为例来讲述一下：“单层石英砂滤料改为双层滤料滤池的探索”。

某水厂现有十八组铺装单层石英砂滤料的普通快滤池，单池有效过滤面积120m²，日处理过滤水48万m³。生产技术人员对现工艺运行状况进行挖潜改造，在保证出水水质的前提下，将单层石英砂滤料改为双层滤料滤池，便是其中的一项技改措施，提高了企业的日供水能力。

1、工作原理

沉淀后的水流通过粒径由大到小的滤层时，随深度增加各层滤料去除的悬浮物量将趋近于相同，因为越到下层，虽然去除的悬浮物浓度越来越小，但滤料粒径也逐渐变小，因而使去除率大致相同。也就是说，随着深度的下移，悬浮物浓度的减小，却因过滤系数增加而得到补偿，因而滤层微元所去除的悬浮物量与该层微元的悬浮物浓度大致相同。而在过滤过程中，水头损失满足下式：

αH_t/αL=k₁d^-2

其中：αH_t—微元单位层厚的水头损失；

αL—微元单位滤料层厚；

k₁——综合阻力系数；

d—滤料粒径。

上式表明，过滤过程中，某一深度滤层微元内单位层厚的水头损失与该微元内滤料粒径的平方成反比。滤料粒径越小，单位滤层厚度所增加的水头损失将越大，小粒径的滤料更易被堵塞。

综上所述，粒径小的滤料，虽然去除悬浮物的能力强，但单位层厚所增加的水头损失也大。因而说明，当去除悬浮物量相同时，小粒径滤料的水头损失的增长速度将比大粒径滤料快得多。因而当水流通过粒径大、比重小的无烟煤和粒径小、比重大的石英砂组成的双层滤料滤池时，悬浮物可较均匀地分配在每一层滤料中，充分发挥了各层滤料的截污能力；滤层中水头损失的增加较单层石英砂滤料滤池将会减缓，则过滤周期将可延长，单位过滤面积上的产水量增加。

2、试验设备

铺装由无烟煤、石英砂组成双层滤料的A滤池（滤料铺装如图1所示），铺装单层石英砂滤料的B滤池进行生产性对比试验。滤池滤料级配见表1所示。

表1

类别	滤料组成
	粒径（mm）		d10	d80|	不均匀系数K80	厚度（mm)
单层石英砂	dmax=1.2		0.83	1.18	1.42	1000
	dmin=0.8
双层
	无烟煤	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、对比试验方案及测定内容

3.1、试验方案。

方案Ⅰ分别以起始滤速为10m/h、16m/h、14m/h、12m/h变速过滤方式运行。冲洗条件：出水浊度≥1NTU或水头损失≥2.5m。反冲洗后余浊控制在10~25NTU。

方案Ⅱ起始滤速为16m/h，滤速降至12m/h，即进行反冲洗。

方案Ⅲ起始滤速为16m/h，运行72h，即进行反冲洗。

3.2、试验测定内容。

过滤周期及产水量；水头损失；出水浊度；反冲洗强度（q=15.9L/s·m²）；反冲洗水率；膨胀率（水温10℃，e=42.5% ）；滤料截污量。

表2

池号	平均水温(℃)	平均进水浊度(NTU)	平均进出水浊度(NTU)	水头损失			滤速			过滤周期(h)	周期产水量(m3)	冲洗水量(m3)	冲洗水率（%）	冲后余浊(NTU)	滤料截污量(kg/m3)
				起始(m)	终止(m)	增长率(cm/h)	起始(m/h)	终止(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、试验数据及分析

方案Ⅰ中，在起始及冲洗条件基本一致的情况下，高滤速范围（16m/h~12m/h）滤池工作周期A池比B池明显延长，周期产水量较大可提高29.41%（滤速14m/h时）；水头损失增长率双层滤料滤池缓于单层滤料滤池；冲洗水率、冲后余浊明显低于单层滤料滤池；滤池工作周期内滤料截污量高于单层滤料滤池；平均出水浊度完全满足国家水质标准。

由方案Ⅰ、Ⅱ试验数据结果可看出，A池与B池各参数基本一致。

从以上三种试验方案看出，起始滤速14m/h，出水浊度≥1NTU或水头损失≥2.5m，较长过滤周期96小时即进行冲洗的工艺运行方式，在今后的生产中具有指导意义。

5、滤料含污量测定分析

确定起始滤速为14m/h作为生产工艺运行方式后，在该滤速下A、B池运行一周期，技术人员对各滤层截污量进行定量采样分析，确定其含污量分布。（A池含污量如表3、含污量分布如图2所示； B池含污量如表4、含污量分布如图3所示）

表3

取样深度	表层	20cm	30cm	40cm	60cm
冲前	2.15	0.93	0.64	0.93	0.28
冲后	0.48	0.03	0.08	0.13	0.05

表4

取样深度	表层	20cm	40cm	60cm
冲前	2.95	1.45	1.25	1.10
冲后	1.10	0.83	0.75	0.78

从图2、图3可见，双层滤料滤池表层含污量小于单层滤料滤池表层含污量。随着深度的增加，单层滤料含污量降低；在滤层25cm处，含污量趋于稳定。随着深度的增加，双层滤料含污量降幅更大，但到35~45cm煤、砂交界处，含污量反而有所上升；之后，水流再一次经过砂滤料，得到精滤，砂滤料含污量如同单层滤料含污量趋势。含污量曲线证明了水流经双层滤料滤池悬浮物可较均匀地分配在每一层滤料中，充分发挥了各层滤料的截污能力；滤层中水头损失的增加较单层石英砂滤料滤池将会减缓，过滤周期将可延长，则单位过滤面积上的产水量增加。

双层滤料滤池投产前、后技术人员对双层滤料滤池反冲洗强度和膨胀率进行了测定，测定的数据都满足了双层滤料滤池运行的规范要求，且承托层比较平整，煤砂无明显混杂现象。反冲洗时无跑煤现象，滤池运行正常。

6、小结

改造后的双层滤料滤池周期产水量有了大幅度提高；冲洗水量的减小，降低了企业生产成本（按现单层滤料滤池冲洗一次耗水1000m³、双层滤料滤池冲洗一次耗水600m³计算）（1000-600）×365÷4=36500m³，全年一组双层滤料滤池在冲洗水量一方面就可节约23725元。 采用高滤速运行，滤后水浊度均在1NTU以下，一般为0.5NTU左右。可见，企业技术上挖潜改造，不仅给企业带来了经济效益，同时，也产生了巨大的社会效益，是企业今后可持续发展的有力措施。