1、前言
我国水资源不足，全国有70%的城市缺水，而水资源被污染也很严重，据前二年统计，全国污水排放量240亿吨/年，其中80%以上未经任何处理直接排入水域，使可利用水资源愈来愈少，许多国家废水利用率高达50-60%，我国的一些大企业里废水利用率仅20-30%，许多企业根本不回收利用废水，全国废水利用率约2.5%。有些废水仅需要去除悬浮物即可重复使用，因此以无烟煤滤料为主的双层或三层滤池价廉的处理方法已引起人们的注意。在此我们仅以自己的实践经验介绍给大家。
2、净水作用
含有悬浮颗粒的水流经滤料（石英砂或无烟煤），悬浮颗粒被截留，水得到澄清，随着过滤时间的延伸和滤料层中沉积物的积累，滤层被沉积物所饱和，就不能再澄清了。
双层机械过滤器是指在一台滤器筒体中装有无烟煤、石英砂二种颗粒材质为滤料，上层为较粗粒径（1.2-2.0mm）的无烟煤滤料，下层为较细粒径（0.5-1.2mm）的石英砂滤料。过滤时，水流首先通过无烟煤滤层，水中所含的悬浮杂质机械地被截留在无烟煤表面，有的细小颗粒被水流逐渐带向下层，同时悬浮颗粒除了在较细的石英砂层堆积外，大量的悬浮粒子在无烟煤层中被吸附截留，逐渐形成立体沉淀物层，过滤过程中同样起着过滤作用。由此可知，双层机械过滤器运行中，过滤效果较单层滤料好，处理水量也随之增加。单层滤料（石英砂）过滤主要是在石英砂表面滤层内进行，过滤层面积小，水头损失大，悬浮粒子容易穿透，双层滤料（无烟煤-石英砂）过滤主要依靠较粗颗粒无烟煤层的吸附截留作用，形成沉淀物过滤层，增加了过滤面积，水头损失小，流速可以增加，又不易穿透，产水工作周期长。
煤碳是天然形成的，主要成份是有机碳化合物，煤粒基本上是非极性物质，其表面有许许多多大大小小的孔隙，实践证明，非极性的固体表面亲非极性的液体，而疏极性液体，又由于毛细管的作用，过滤时容易吸附截留水中的有机物，悬浮微粒，絮凝物等杂质，而非极性烃类油脂，油污等可以轻而易举地挤掉煤孔隙中原有的极性水分子，取而代之，使水得到了净化。同时，无烟煤还具有一定除味脱色的作用，无烟煤所具有的优异特性，使其成为工业净水中价廉物美的优良滤材。
3、滤料选择
3.1 滤料的基本性能
（1）粒度：粒径和不均匀系数这两个指标是影响过滤器正常工作的重要参数，粒径大，悬浮物易穿透滤层，反洗强度大，否则残留沉淀物与滤料结块影响水流分布，粒径小，阻力增加，水头损失亦大，滤料颗粒大小不均匀同样影响反洗和滤层过滤，因此，根据设计要求，选取合适的粒径，一般无烟煤滤料粒径0.8-2.0毫米，石英砂0.5-1.2毫米，不均匀系数1.3-1.5，密度1.4-1.6。
（2）机械强度：可以用磨损性和磨碎性两个指标来衡量，在反洗过程中滤料颗粒间不断的碰撞和磨擦，就会发生颗粒的磨碎和磨损，从而改变滤料原有的特性，影响过滤效果，水处理工艺中要求滤料磨损率＜0.5%，磨碎率＜4%。
（3）化学稳定性：若溶解固形物的增加量＜20毫克/升，耗氧量增加＜10毫克/升，硅酸增加量＜10毫克/升，则此滤料可以认为是化学稳定的。
（4）其它杂质含量
无烟煤滤料中若含硫量偏高，会腐蚀设备、管道、容器，减少使用寿命，含量应以＜0.25%为佳，其余如Pb、Cu、Zn等重金属含量愈低愈好。
表1 滤料的化学稳定性
| 名称 | 中性pH6.7 | 酸性pH2.1 | 碱性pH11.8 | ||||||
| 溶解固形物mg/l | 耗氧量mg/l | SiO2mg/l | 溶解固形物mg/l | 耗氧量mg/l | SiO2mg/l | 溶解固形物mg/l | 耗氧量mg/l | SiO2mg/l | |
| 石英砂 | 2-4 | 1-2 | 1-3 | 4 | 2 | 0 | 10-16 | 2-3 | 5.7-8 |
| 无烟煤 | 6 | 6 | 1 | 4 | 3 | 0 | 10 | 4 | 1 |
3.2 我国无烟煤滤料特性
我国无烟煤产地分布广，蕴藏量大，品质优，适宜于加工成滤料使用，如：北京门头沟（比重1.8），河南焦作（比重1.43），四川永川，长江（比重1.45），贵州纳雍县（比重1.43），宁夏银川（比重1.5，低硫，材质好），福建龙岩（密度1.7，破碎率0.24%，磨损率0.2%，盐酸可溶性2%）等等，均可采用制作。
3.3 滤层级配组成
滤料是过滤装置的重要部分，正确地选择滤料，确定滤料颗粒大小的级配以及滤料层的高度是过滤装置设计中的一项重要内容，它对过滤装置的正常运行有重要意义，我们在水处理工程中设计的双层机械过滤器滤层级配组成如图1。
上层无烟煤滤层粒径1.2-2毫米，厚度600-900毫米，下层为石英砂滤层粒径0.5-1.2毫米，厚度400-600毫米，承托层组成，如下表：
| 层次（由上到下） | 粒径（mm） | 厚度（mm） |
| 1 | 2-4 | 150-200 |
| 2 | 4-6 | 150-200 |
| 3 | 6-12 | 150-200 |
| 4 | 12-25 | 150-200 |
3.4 合理操作
合理操作主要是指反冲洗操作，当过滤器出水水质超过给定的水质要求或达到上限允许水头损失（压力差超过0.05MPa）时，此时滤层已处于饱和状态，过滤器需要停止运行，进行反洗。
因双层过滤器滤层厚，截污量大，故配以压缩空气反冲洗系统，先空气擦洗（气压0.25-0.5MPa，反冲3-5min），使压实的滤层松动，粘附着的悬浮颗粒脱落下来，然后，用水反冲（反洗强度14-16L/m·s，膨胀度30-50%，反冲3-5min），待反洗出水澄清为止，反冲洗效果对过滤效率影响甚大，因反洗不好，滤层内污染物累积起来，与滤料颗粒粘结在一起，形成块状，恶化过滤过程，严重的会使过滤器失去工作能力。
4、经济价值
双层滤料与单层滤料相比，归纳于表3：
表3 双层滤料与单层滤料相比
| 项目 | 无烟煤·石英砂 | 石英砂 |
| 制水工作周期 | 32-40时/周期 | 12-30时/周期 |
| 反冲次数 | 少 | 多 |
| 反冲洗 | 容易，用水量少 | 不易，用水量大 |
| 水头损失 | 小 | 大 |
| 滤速 | ＞15米/时 | ＜10米/时 |
| 出水浊度 | 1度左右 | 3度左右 |
| 除色除臭 | 有作用 | 无作用 |
| 废料利用 | 无烟煤作燃料 | 丢弃 |
| 截污量 | 大 | 小 |
| 更换期 | 5-7年 | 2-3年 |
由此可见，无烟煤组成的双层过滤器，增加了滤料层的吸附面积，降低水头损失，提高滤层含污能力，滤速高，单位产水量提高50%以上，除浊效果也好，是挖潜改造解决供水紧缺的有效途径。
例如上海第三钢铁厂转炉分厂，压力滤器挖潜改造，对原有设备换上双层滤料，既提高了产水量，满足了铸造生产的用水，又降低了浊度。（见表4 ）
表4 1989年改造前后比较数据
| 项目 | 出水T/H | 浊度mg/l | 用水状况 |
| 投产前 | 120 | 40-50 | 用水紧张 |
| 投产后 | 250 | 10以下 | 正常供水 |
1992年11月中国城镇供水协公企管委在涌江召开水厂管理现场会，介绍了宁波自来水公司科学管理经验，对旧的供水系统进行改造，采用无烟煤双层滤池，成为在同行业中供水水质居较前地位，效益也是同行业中佼佼者，是目前全国城镇供水系统中实现自动化，现代化程度较高的一家，改造前后的经济效益也是显而易见的（见表5 ）。
表5 宁波自来水公司水厂改造情况
| 项目 | 较高 | 较低 | 平均值 | |
| 投产前 | 原水浊度（度） | 120 | 11 | 23.5 |
| 处理后浊度（度） | 10 | 2 | 3.5 | |
| 矾耗（kg/千吨） | 53.7 | 30.27 | 41.9 | |
| 投产后 | 原水浊度（度） | 70 | 11 | 25.77 |
| 处理后浊度（度） | 2 | 0.1 | 0.4 | |
| 矾耗（kg/千吨） | 41.6 | 15.5 | 26 | |
5、结论
（1）双层滤料过滤器比单层滤料过滤器优越，滤速大：15m/h，出水浊度：1mg/l，增加产水量50%以上。
（2）双层滤料级配，如下表：
| 项目 | 粒径mm | 厚度mm | |
| 无烟煤层 | 1.2-2 | 600-900 | |
| 石英砂层 | 0.5-1.2 | 400-600 | |
| 承托层 | 石英砂 | 2-4 | 150-200 |
| 石英砂 | 4-6 | 150-200 | |
| 粗砂 | 6-12 | 150-200 | |
| 砾石 | 12-25 | 150-200 | |
（3）是改造挖潜的有效途径，提高设备的利用率，提高经济效益。
（4）我国无烟煤产地辽阔，品质优，蕴藏量大，加工方便，价廉，是优良的滤材。
