張 宇

(中國京冶工程技術有限公司，北京 100088)

濾層結構特性對濾后水濁度影響關系的研究

張 宇

(中國京冶工程技術有限公司，北京 100088)

濾料層是濾池的核心組成部分，其本身的結構特性對濾后水的水質、過濾性能有著重要的影響。濾料層濾料粒徑與濾層厚度之間的關系是濾池設計的重要依據(jù)，本文通過實驗，發(fā)現(xiàn)l/d2值在描述濾池處理出水濁度方面比l/d值更加準確，而且l/d2值的大小影響出水濁度的高低。

濾料粒徑;濾層厚度;過濾特性

1 引言

過濾是一種常規(guī)水處理工藝，其以粒狀濾料層截流水中懸浮雜質，是去除水中濁度物質最有效的手段。

濾料層是過濾過程的核心，濾層結構特性對濾后水的水質有重要影響。濾料粒徑、濾層厚度等是反映濾層結構特性的主要指標。

2 濾料粒徑與濾層厚度對濾后水質的影響

在懸浮雜質的去除中，起主要控制作用的是傳遞和吸附機制。顆粒表面積與吸附作用密切相關，而截留下來的懸浮雜質則充塞于濾料的孔隙間。由此可見，濾料的表面積和濾料孔隙的大小對過濾過程影響重大，而濾料顆粒的粒徑?jīng)Q定了濾料的表面積和孔隙的大小。

快濾池是深層過濾，濾層厚度是保證濾出水水質并維持一定工作時間的前提。雖然較厚的濾層可以提高出水水質，但濾池加深會造成投資增大，維持過濾所需的水頭也增大，而且在過濾后期，截留的懸浮雜質在濾層底部的分布非常不均勻，極有可能造成局部穿透。因此，濾層不是越厚越好，在保證出水水質及過濾周期的情況下，存在一個經(jīng)濟性的平衡的問題。

過濾所需要的濾層厚度與粒徑有關。較細顆粒的濾料，單位體積所提供的濾料表面積較大，但孔隙尺寸較小，納污能力較小，懸浮雜質不易輸送至底層濾料，因此所需濾層厚度較??；較粗顆粒的濾料孔隙尺寸較大，納污能力提高，懸浮物更容易被輸送至底層濾料，因此要保證出水水質和一定的過濾周期，則需要較厚的濾層。

以上的相互影響關系，在實際生產(chǎn)運行中也得到了印證。普遍認為，濾料粒徑與濾層厚度之間是存在某種數(shù)值關系的，這一關系是達到某一過濾效果的保證條件。關于該數(shù)值關系，存在以下兩種觀點。

2.1 關系式（1）

以過濾機理為基礎，認為吸附機制對過濾效果起主導作用，強調濾床中濾料顆粒總表面積的重要性。過濾過程中濾料所提供的顆粒表面積越大，對水中懸浮物的附著力越強。

單位濾池面積上濾料顆粒總表面積為：

式中：l —— 濾層厚度；

d —— 濾料顆粒直徑；

ε —— 濾層孔隙率；

φ —— 濾料球度系數(shù)。

由上式可知，當其他條件相同時，l/d值越大，濾料表面積越大，濾層對水中懸浮顆粒物的截留作用越強，即濾料特性與l/d值相關，由此引申出l/d的概念。

2.2 關系式（2）

l/d2關系是在建立均質過濾數(shù)學模型的基礎上，簡化修正均質濾料過濾澄清方程式，推導出水濁度函數(shù)關系的過程中提出的。

出水懸浮物濃度的函數(shù)關系可以簡化表示為過濾時間t和 l/de

2的函數(shù)，如下：

式中：c —— 出水懸浮物濃度；

de—— 濾層濾料顆粒當量直徑。

3 實驗方法

實驗中選用3根圓形有機玻璃柱（A柱、B柱、C柱）作為模型濾柱，濾料選用無煙煤濾料。其中B柱為標準濾柱，作為對比基礎，保持其濾料粒徑及裝填厚度不變。另外兩根模型濾柱（A柱、C柱）都裝填相同粒徑的濾料，但裝填厚度不同，其中一根的l/d值與標準濾柱相同，另一根的l/d2值與標準濾柱相同。在不同進水濁度、過濾速度、混凝劑種類、混凝劑投量的條件下，監(jiān)測3根濾柱的出水濁度情況。并以任意一根濾柱出水濁度大于1NTU作為過濾周期結束的標準，繪制3根濾柱出水濁度隨時間的變化曲線，通過曲線找到與B柱更為接近的那根濾柱。曲線圖中，分別以A、B、C代表A柱、B柱、C柱。

實驗根據(jù)裝填濾料粒徑的不同分為兩組，其中標準濾柱B柱裝填濾料粒徑保持不變，第一組實驗A柱、C柱裝填1.31mm當量粒徑的濾料，第二組實驗A柱、C柱裝填0.74mm當量粒徑的濾料。

4 實驗數(shù)據(jù)

4.1 第一組實驗

第一組實驗3根濾柱的裝填情況見表1。

表1 濾柱裝填情況

選取4個實驗繪制出水濁度隨時間變化曲線，如下：

（1）實驗編號cAl20-3

進水濁度20NTU，濾速14m/h，絮凝劑Al2(SO4)3投量25mg/L，水溫24℃。水濁度隨時間變化曲線見圖1。

圖1 cAl20-3的水濁度隨時間變化曲線

（2）實驗編號cF10-1

進水濁度10NTU，濾速10m/h，絮凝劑FeCl3投量10 mg/L，水溫26℃。水濁度隨時間變化曲線見圖2。

圖2 cF10-1的水濁度隨時間變化曲線

（3）實驗編號cFe20-1

進水濁度20NTU，濾速10m/h，絮凝劑FeCl3投量15 mg/L，水溫25℃。水濁度隨時間變化曲線見圖3。

圖3 cFe20-1的水濁度隨時間變化曲線

（4）實驗編號cFe30-2

進水濁度30NTU，濾速12m/h，絮凝劑FeCl3投量20mg/L，水溫27℃。水濁度隨時間變化曲線見圖4。

圖4 cFe30-2的水濁度隨時間變化曲線

4.2 第二組實驗

第二組實驗3根濾柱的裝填情況見表2。

表2 濾柱裝填情況

該組實驗中，選取4個繪制出水濁度隨時間變化曲線，如下：

（1）實驗編號xAl10-2

進水濁度10NTU，濾速12m/h，絮凝劑Al2(SO4)3投量20mg/L，水溫16℃。水濁度隨時間變化曲線見圖5。

圖5 xAl10-2的水濁度隨時間變化曲線

（2）實驗編號xAl20-4

進水濁度20NTU，濾速12m/h，絮凝劑Al2(SO4)3投量25mg/L，水溫19℃。水濁度隨時間變化曲線見圖6。

圖6 xAl20-4的水濁度隨時間變化曲線

（3）實驗編號xFe10-1

進水濁度10NTU，濾速10m/h，絮凝劑FeCl3投量10 mg/L，水溫17℃。水濁度隨時間變化曲線見圖7。

圖7 xFe10-1的水濁度隨時間變化曲線

5 結果分析

從以上曲線圖中可以看出，在過濾周期結束之前，雖然三根濾柱的出水濁度曲線都很接近，但仍然能明顯看出，相比于A柱，C柱的出水濁度和標準濾柱B柱的出水濁度的相合性更高，由此可以認為，在無煙煤濾料過濾穿透實驗中，在第一根濾柱出現(xiàn)濁度穿透之前的一段時間內，相比于l/d值，l/d2值能夠更加準確反映出過濾過程出水濁度的變化情況。并且，結合表1、表2中3根濾柱l/d2值的大小可以看出，l/d2值的大小與出水濁度的高低存在著相關關系，l/d2值大，出水濁度偏低，l/d2值小，出水濁度偏高。

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Filter Layer Structure Characteristic Impacts on Water Corrosion Limit

ZHANG Yu

X703

A

1006-5377（2011）04-0053-03