无阀滤池双层滤料研制与应用

摘要：采用“石英砂-锰砂”双层滤料去除水中含铁及杂质，降低浑浊度，保证出水水质符合国家饮用水卫生标准，水处理能力提高一倍，节省投资，便于管理，具有较明显的经济效益，本文针对无阀滤池双层滤料研制与应用进行了探讨。

1、问题提出

双层滤料与单层滤料相比，双层滤料能增加表层滤料的平均粒径，提高孔隙率，从而具有截污能力强、出水水质稳定、滤速快、过滤周期长等特点。目前，标准图集仅介绍了采用无烟煤滤料与石英砂滤料，双层滤料的技术，这种双层滤料虽能提高净水能力但由于无烟煤滤料易破碎，在反冲洗时，容易造成滤料流失，经过一段时间运行后，逐渐会造成滤后水质不合格，况且也不能达到去除水中的铁离子之目的。

某给水站的水源取自九龙江，因受上游厂矿污染，原水水质浊度变化大，且含铁量高达1.6mg/l，站内水处理设备原采用曝气反应池与无阀滤池（采用单层锰砂滤料）配套使用。该套设备建造于1972年，由于长期失修严重，其实际水处理能力仅为120m³/h，为了提高供水能力，90年初对水源进行了改造，投产后，泵房扬水能力达到150m³/h，致使滤池处于超负荷状态运行，曝气反应池经常溢水，出水水质无法达标，加上无备用水处理设备，遇上滤池周期性检修时，经常只能供给未经净化的浑水。

针对以上问题，要达到既能去除铁离子，保证出水水质达标，又能提高净化能力，结合大修进行技术改造。1991年9月，对无阀滤池采用石英砂滤料和锰砂滤料，双层滤料的研制应用，开展技术攻关。

2、理论依据

2.1、可行性分析

锰砂滤料含有高价锰的氧化物，在滤池运行过程中，表面会逐渐产生一种有催化作用的铁质活性“滤膜”，有较好的除铁效果，而且石英砂滤料和锰砂滤料二者都具有足够的机械强度和化学稳定性，可以防止在反冲洗时，滤料产生严重磨损，破碎和流失现象，保证滤料稳定性。二者化学性质也很稳定，可以避免滤料与水产生化学反应而恶化水质。因此，若采用石英砂滤料和锰砂滤料作为双层滤料，不仅能去除水中杂质，降低铁离子含量，而且还能提高过滤速度，提高原有构筑物的净化能力。

2.2、工艺说明

原水通过水射器吸入大量空气进行氧化后，进入反应池使水气进一步充分混合，经过分配水箱、进水管、流入无阀滤池。当溶解了大量氧气的水经过石英砂滤料和锰砂滤料，双层滤料过滤时，水中二价铁被滤料吸附，进而氧化水解逐渐生成具有催化作用的铁质活性“滤膜”，方程式为：3MnO₂₊O₂=MnOMn₂O₇：MnOMn₂O7+4Fe²⁺+2H₂O=3MnO₂+4Fe³⁺+4OH。

使二价铁（Fe²⁺）的氧化和三价铁（Fe³⁺）的混凝沉淀过程基本上在滤层中完成，无阀滤池出水浊度和含铁量达到国家饮用水标准。

3、模拟试验及组织实施

首先，模拟无阀滤池制作了有机玻璃模型，通过对石英砂滤料和锰砂滤料的级配、孔隙率、不均匀系数等物理化学特性分析,，在现场对不同级配的滤料进行分组模拟试验（见表1）。

表1模拟试验滤料组成及化验的数据

通过十几次反复的模拟试验，对模拟试验得出的结果进行认真分析、较对，然后确认了滤料的合理级配。既石英砂滤料粒径0.995-1.27mm，铺设厚度400mm。锰砂滤料粒径0.803-1.27mm,，铺设厚度300mm，并组织实施。

首先，按设计所提高的净化能力300m³/h，对水处理构筑物的配套管网进行改造。然后，在原滤池的左格进行滤料安装，先强制反冲洗两次后，停止进水，将池水放干，池内锰砂承托层按粗到细分别逐级铺装。锰砂滤料承托层铺装340mm后，封盖进行强制反冲洗，并刮除表层15mm左右的杂质，然后再铺装石英砂滤料420mm，同样封盖进行强制反冲洗刮除表层10mm左右杂质。铺装过程中我们严格掌握石英砂滤料和锰砂滤料的高度和厚薄均匀，每层投料完毕后，都利用水面进行找平并校正高度，全部安装完毕后，即进水浸泡，于92年1月12日开始投用，经调试后，运行效果良好，水质、净化能力均达到设计要求，单格滤池净化能力150m³/h。

表2无阀滤池更换双层滤料前后主要运行技术指标（水温15℃）

4、注意事项

（1）双层滤料对反冲洗强度要求较高，水温每增减1℃反冲洗强度要相应增减1%，以避免石英砂滤料、锰砂滤料混层，影响过滤效果。

（2）双层滤料的无阀滤池冲洗前的水头损失较大值可以采用2.5m，但由于受即有构筑物工艺流程的限制，未对无阀滤池原虹吸系统进行改造，其冲洗前的水头损失较大值仅为1.7m，因此，运行时会缩短过滤周期，未能充分发挥双层滤料的截污能力。

5、结束语

无阀滤池采用石英砂滤料和锰砂滤料，双层滤料后，经过14年的运行，充分证明此项科研成果达到了预期的目的，产生了很好的效果和意义。

（1）采用双层滤料后，无阀滤池出水浊度均在2~3mg/l，含铁量在0.10~0.15mg/l之间，能达到了国家饮用水标准。应用石英砂滤料和锰砂滤料，经受了多次雨季原水高浊度的考验，例92年3月27日，九龙江水面淹没水源井，原水浊度超过1000mg/l，在无阀滤池出水浊度实测仅为3.0~3.5mg/l，证明了双层滤料研制应用的成功。

（2）采用石英砂滤料和锰砂滤料，改变了原构筑物能力不足的状况，使无阀滤池的净水能力增加了一倍，由原来的150m³/h，提高到300m³/h，遇到周期性检修时，原水可进行单格过滤，以便轮换检修，保证不间断供给合格的水质。

（3）石英砂滤料和锰砂滤料，双层滤料与单层锰砂滤料相比，其滤层截污能力提高93%，当水处理能力为150m³/h，单层锰砂滤料的滤池，过滤周期为21小时，而双层滤料过滤周期为35小时，过滤周期延长67%，仅这一项，按每天滤池运行21小时，每次反冲洗水量60m³计，每年可节约反冲洗水量为17520m³。

（4）采用石英砂滤料和锰砂滤料不但能提高水处理能力，保证出水水质达标，而且与投资兴建一套水处理构筑物相比，可减少土建投资，还节约了土地，同时便于运营管理，具有较明显的经济效益。

（5）该双层滤料的研制与应用为其他滤池的改造、挖潜、提高净水能力提供了实践经验，填补了含铁原水处理系统双层滤料应用的空白，具有推广价值。