程星耀(江蘇同瑞環(huán)保有限公司，江蘇 南京 210006)

0 引言

某園區(qū)綜合水廠包含湖水處理系統(tǒng)。其中主要作用在于園區(qū)內(nèi)湖水水質(zhì)，此系統(tǒng)由取水泵房、曝氣生物濾池、加砂高速沉淀池、重力式砂濾池、超濾以及清水池和湖水供水泵房等組成。其中重力式砂濾池是水質(zhì)控制至關(guān)重要的工序之一。重力式砂濾池自投用以來，重力式砂濾池的處理水量及工作周期未能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)值。此后，雖然也采取調(diào)整藥劑投加量及改變反洗參數(shù)等各種方式，但是效果甚微。尤其是夏季提升進(jìn)水負(fù)荷后，部分重力式砂濾池工作周期甚至?xí)椭?～6 h。故做此試驗(yàn)以便用于重力式砂濾池整改。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

濾池的主要性能包括制水量、出水水質(zhì)；評價(jià)采用3 項(xiàng)指標(biāo)表征：水質(zhì)、制水量、工作周期。影響這3 項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)備核心參數(shù)分為2 個(gè)方面：(1) 設(shè)備規(guī)格參數(shù)：包括濾料的規(guī)格選型；(2) 設(shè)備工藝參數(shù)：濾速、反洗水參數(shù)及步序[1]。

1.1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

采用試驗(yàn)設(shè)備裝置對核心參數(shù)測試進(jìn)行測試，獲得以下技術(shù)目標(biāo)：(1)獲得濾料參數(shù)：濾料選型(單層/雙層)，濾料粒徑(砂料粒徑2 選1)、濾層厚度(300～500 mm)；(2) 獲得運(yùn)行參數(shù)：濾速、反洗水參數(shù)及反洗步序。

1.2 試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)

測試過程中性能評價(jià)指標(biāo)的目標(biāo)值選擇如下：(1) 周期：有效工作周期≥14.5 h/d；(2) 水量：濾速≥9.6 m/h；(3) 出水水質(zhì)：濁度≤2 NTU。

2 試驗(yàn)測試

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置采用2 套并聯(lián)的濾柱作為測試對象。

裝置參數(shù)：(1) 2 套濾柱，濾柱直徑500 mm，高3 m，每套濾柱配置濾板+7 個(gè)雙速濾帽；(2) 墊層裝填高度75 mm；(3) 濾帽規(guī)格：濾帽0.25 mm；(4) 濾速：<10 m/h。

運(yùn)行終止條件：濁度>2NTU 或水頭損失達(dá)到2.2 m。

2.2 測試儀器

(1) 臺(tái)式濁度儀，儀表規(guī)格：2100 AN，測試指標(biāo)：濁度NTU；(2) 手持式懸浮物測定儀，儀表規(guī)格：TSS Portable(測試)，測試指標(biāo)：TSS。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

工況編號(hào)A：濾料種類：石英砂；有效粒徑：0.5～0.6 mm；濾層厚度：800 mm；

工況編號(hào)B：濾料種類：無煙煤/ 石英砂；有效粒徑：1.0～2.0/0.5～0.6 mm；濾層厚度：500/300 mm；

工況編號(hào)C：濾料種類：石英砂；有效粒徑：0.9～1.0 mm；濾層厚度：800 mm；

工況編號(hào)D：濾料種類：無煙煤/ 石英砂；有效粒徑：1.0～2.0/0.9～1.0 mm；濾層厚度：500/300 mm；

工況編號(hào)E：濾料種類：無煙煤/ 石英砂；有效粒徑：1.0～2.0/0.5～0.6 mm；濾層厚度：400/400 mm；

注：測試中每次更新濾料后都需反洗后再投入下一輪測試。

3 結(jié)果與分析

3.1 測試情況

工況編號(hào)A： 工作時(shí)間：4.5 h；濾速：9.7～8.5 m/h(逐步衰減)；平均產(chǎn)水量：1.82 m3/h。平均濾速：9.1 m/h；進(jìn)水水質(zhì)2～4 NTU；出水水質(zhì)：0.3～0.6 NTU；備注：中途調(diào)節(jié)水閥保持產(chǎn)水量。

工況編號(hào)B：工作時(shí)間：7.5 h；濾速：9.5～7.5 m/h(逐步衰減)；平均產(chǎn)水量：1.808 m3/h。平均濾速：9 m/h；進(jìn)水水質(zhì)1～4 NTU；出水水質(zhì)：0.4～0.6 NTU；注：中途調(diào)節(jié)水閥保持產(chǎn)水量。

工況編號(hào)C：工作時(shí)間：14.5 h；濾速：10～7 m/h(其中前13 個(gè)小時(shí)流速基本維持9～9.5)；平均產(chǎn)水量：1.91 m3/h。平均濾速：9.56 m/h；進(jìn)水水質(zhì)1～10 NTU(多數(shù)1～4)；出水水質(zhì)：0.4～0.7 NTU。

工況編號(hào)D：工作時(shí)間：14.5 h；濾速：9.5～7 m/h((逐步衰減)；平均產(chǎn)水量：1.73 m3/h。平均濾速：8.65 m/h；進(jìn)水水質(zhì)1～10 NTU(多數(shù)1～3)；出水水質(zhì)：0.4～0.5 NTU；備注：中途調(diào)節(jié)水閥保持產(chǎn)水量。

工況編號(hào)E：工作時(shí)間：9 h；濾速：10～5 m/h((逐步衰減)；平均產(chǎn)水量：1.73 m3/h。平均濾速：8.65 m/h；進(jìn)水水質(zhì)1～10 NTU(多數(shù)1～3)；出水水質(zhì)：0.4～0.6 NTU；注：中途調(diào)節(jié)水閥保持產(chǎn)水量。

測試各工況時(shí)間效應(yīng)的產(chǎn)水效率變化趨勢圖如圖1 所示，測試各工況時(shí)間效應(yīng)的產(chǎn)水壓力(水頭損失) 變化趨勢圖如圖2 所示。

圖1 測試各工況時(shí)間效應(yīng)的產(chǎn)水效率變化趨勢圖

圖2 測試各工況時(shí)間效應(yīng)的產(chǎn)水壓力(水頭損失)變化趨勢圖

3.2 測試分析

3.2.1 濾料配置對產(chǎn)水水質(zhì)的影響

表1 顯示，測試濾速8.5～9.5 m/h 工況下，出水水質(zhì)基本穩(wěn)定。未曾受到濾料形式，層高不同的影響。即無論是單層濾料、雙層濾料、砂粒徑0.5～0.6 mm 還是0.9～1.0 mm，出水水質(zhì)在整個(gè)工作周期過程中，基本可以穩(wěn)定在0.5 NTU 左右。故測試運(yùn)行工況，水質(zhì)對已選擇的濾料組合不敏感[2]。

3.2.2 料配置對工作時(shí)間的影響

從圖1 和圖2 中可看出不同粒徑的石英砂濾料與無煙煤組合的工作時(shí)間表現(xiàn)不同。測試結(jié)果顯示：滿足工作周期>12 h的工況有2 個(gè)，工況C 和工況D[3]。主體濾料為0.9～1.0 mm 石英砂。不同粒徑濾料情況分述如下：

(1) 采用0.5～0.6 mm 的石英砂濾料：工況A(單層濾料0.5～0.6 mm 石英砂) 工作時(shí)間最短。工況運(yùn)行結(jié)束后，現(xiàn)場可以觀察到濾料表面覆蓋了薄薄的1 層泥膜層。此濾料的主體過濾模式屬于淺層過濾。因此雖然濾層高度L=800 mm，但多數(shù)濾層無法參與工作。

結(jié)合測試情況和圖1 時(shí)間效應(yīng)趨勢圖，說明工況A(單層0.5～0.6 mm 石英砂濾料) 屬于淺層過濾，雖然濾層高度L=800 mm，但實(shí)際參與工作的濾層有限。故采用工況B(雙層濾料，替換部分砂為無煙煤) 時(shí)，無煙煤具備一定的納污工作容量，無煙煤加入增加了有效工作層高，表現(xiàn)出工作周期變長。

(2) 采用0.9～1.0 mm 的石英砂濾料：0.9～1.0 mm 的石英砂濾料工況表現(xiàn)與細(xì)0.5～0.6 mm 的石英砂濾料不同，隨著無煙煤替換砂層高度增加(工況CDE)，工作時(shí)間呈現(xiàn)下降趨勢。

3.3 測試結(jié)論

在以湖水為原水經(jīng)過高速加砂斜板澄清池作為預(yù)處理工藝，進(jìn)水濁度穩(wěn)定1～4 NTU(短期<10 NTU) 的運(yùn)行狀況下。

粒徑規(guī)格0.9～1.0 mm 的石英砂濾料的過濾模式是深層過濾，出水濁度穩(wěn)定在(0.4～0.7 NTU)，濾料層高與濾料截污能力成正比，同時(shí)也與運(yùn)行周期時(shí)長成正比。當(dāng)采用無煙煤的狀態(tài)下具有一定的截污能力但截污能力比0.9～1.0 mm 的石英砂濾料差，將會(huì)造成運(yùn)行周期減少。但是無煙煤對過濾液中其他的指標(biāo)影響不在本文的討論范圍內(nèi)[4]。

粒徑規(guī)格0.5～0.6 mm 的石英砂濾料的過濾模式是淺層過濾，出水濁度穩(wěn)定在(0.4～0.6 NTU)，濾料層高與濾料截污能力無關(guān)聯(lián)性，同時(shí)也與運(yùn)行周期時(shí)長也無關(guān)聯(lián)性。投運(yùn)初期出水水質(zhì)優(yōu)秀，但是在濾料表層覆蓋了薄薄的1 層泥膜層后水頭損失急速上升。當(dāng)采用無煙煤的狀態(tài)下出水水質(zhì)依舊穩(wěn)定，且無煙煤的截污能力比0.5～0.6 mm 的石英砂濾料強(qiáng)，將會(huì)造成運(yùn)行周期增長。