水利工程論文-無(wú)煙煤均質(zhì)濾層過濾技術(shù)試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用摘要：本文介紹了無(wú)煙煤均質(zhì)濾層過濾技術(shù)試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容和結(jié)果；簡(jiǎn)略闡述了濾速與產(chǎn)水量的關(guān)系、濾料粒度對(duì)過濾效能的影響、L/d值的重要性以及為保證濾層均質(zhì)狀態(tài)的氣水反沖洗過程；文章還介紹了北京市第九水廠二期無(wú)煙煤均質(zhì)濾層濾池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和生產(chǎn)運(yùn)行測(cè)定結(jié)果。關(guān)鍵詞：無(wú)煙煤均質(zhì)濾層過濾效能自從快濾池取代慢濾池以來(lái)的幾十年間，普通砂濾料過濾技術(shù)已經(jīng)十分成熟，得到極廣泛的應(yīng)用。但是普通砂濾池濾層經(jīng)膨脹狀態(tài)下反沖洗后形成上細(xì)下粗顆粒的逆向級(jí)配，在一般正向過濾的情況下納污能力距理想濾層相距甚遠(yuǎn)。煤砂雙層濾料濾池和煤砂磁鐵礦三層濾料濾池在濾層結(jié)構(gòu)上取得了重大進(jìn)展，但由于鋪設(shè)、分層、反沖洗等問題，使建立在快濾機(jī)理上的過濾潛力難以充分發(fā)揮。以不膨脹或低膨脹、氣水反沖洗為基礎(chǔ)條件的均質(zhì)濾層過濾由于濾料顆粒在濾層垂直方向分布的均勻性，在濾厚度與濾料粒徑比合理的情況下，濾料粒徑適當(dāng)加大，提高了納污能力；濾層厚度適當(dāng)加深，保證了濾后水質(zhì)。這樣使濾池單位面積周期產(chǎn)水量增加，即或可提高濾速或可延長(zhǎng)過濾周期，同時(shí)降低反沖洗耗水率，降低建設(shè)投資，帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。雖然近幾年法國(guó)V型濾池引入我國(guó)，但我國(guó)尚缺乏一套完整、系統(tǒng)的科學(xué)理性認(rèn)識(shí)和參數(shù)群，為此建設(shè)部立項(xiàng)、北京市市政工程設(shè)計(jì)研究院開展了均質(zhì)濾層過濾技術(shù)研究。該項(xiàng)目是建設(shè)部“八五”重點(diǎn)科技項(xiàng)目，其成果獲九八年建設(shè)部科技成果二等獎(jiǎng)、九九年建設(shè)部重點(diǎn)科技推廣項(xiàng)目。本文僅就無(wú)煙煤均質(zhì)濾層過濾試驗(yàn)研究及在北京市第九水廠二期工程中應(yīng)用情況作簡(jiǎn)要介紹。1試驗(yàn)流程與試驗(yàn)內(nèi)容1.1試驗(yàn)流程及裝置試驗(yàn)工藝流程見圖1。混合采用快速軸流式機(jī)械攪拌。絮凝采用波形板豎流式三段絮凝。沉淀為側(cè)向流波形斜板沉淀。試驗(yàn)濾池為鋼管筒式結(jié)構(gòu)，構(gòu)造示意見圖1。濾池筒體直徑1.2m，總高5.2m，過濾面積1.13m2。墊層為級(jí)配河卵石。濾頭為窄縫式長(zhǎng)柄濾頭。應(yīng)當(dāng)指出，本試驗(yàn)濾池規(guī)模已達(dá)到生產(chǎn)性規(guī)模，試驗(yàn)水量大是本試驗(yàn)與一般過濾試驗(yàn)顯著不同的特點(diǎn)之外，由于濾池直徑大而大大降低了濕周對(duì)過濾的影響，使試驗(yàn)濾池反沖時(shí)的狀況特別是形成的濾層與實(shí)際生產(chǎn)更為接近。1.2試驗(yàn)方案與內(nèi)容試驗(yàn)原水分自然濁水與配濁水。無(wú)煙煤濾料粒度分三種：dmin-dmax=1.00-2.00mm、d10=1.10mm；dmin-dmax=1.25-2.50mm、d10=1.33mm；dmin-dmax=1.43-2.80mm、d10=1.48mm。濾料厚度分二種：1.1m和1.5m。濾速分二種：10m/h和20m/h。反沖洗方式為氣、氣加水、水三段式氣水反沖洗，膨脹率為7。氣沖階段氣沖強(qiáng)度1517L/m2.s、歷時(shí)3min；氣水同時(shí)沖洗階段氣沖強(qiáng)度不變、水沖強(qiáng)度4-5L/m2.s、歷時(shí)3-5min；水沖階段強(qiáng)度6-20L/m2.s、歷時(shí)5-8min。過濾方式為等濾速定水頭過濾。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1試驗(yàn)結(jié)果將試驗(yàn)變量恰當(dāng)組合安排，組合排列過濾試驗(yàn)8組，每組試驗(yàn)分別進(jìn)行3-6個(gè)過濾周期，試驗(yàn)結(jié)果見表1。無(wú)煙煤濾料過濾結(jié)果統(tǒng)計(jì)表1序進(jìn)水條件前處理?xiàng)l件有效粒徑厚度m濾速m/h膨脹率%進(jìn)水濁度ntu沉淀出水濁度ntu過濾出水濁度ntu周期h產(chǎn)水量m3/m2試驗(yàn)次數(shù)1自然濁常規(guī)1.101.51070.730.630.174646032自然濁常規(guī)1.331.51070.760.630.195555033自然濁常規(guī)1.101.52071.08o.730.232346054自然濁常規(guī)1.331.52070.860.640.192856065配濁常規(guī)1.101.510724.341.200.133838046配濁常規(guī)1.101.520726.303.430.202040047配濁直接1.101.110710.200.212222038配濁直接1.481.110710.200.25282803試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于本試驗(yàn)用原水，選取本試驗(yàn)用參數(shù)，可獲得高質(zhì)量的過濾出水，周期過濾出水平均濁度低于0.3NTU。2.2討論與分析2.2.1濾速與周期產(chǎn)水量將表1中濾料粒徑相同、前處理?xiàng)l件相同、濾速不同的過濾試驗(yàn)濾出水濁度和單位面積濾池周期產(chǎn)水量整理，得表2。濾速與周期產(chǎn)水量對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)表2粒徑mm前處理?xiàng)l件單位面積周期產(chǎn)水量m3/m2差值試驗(yàn)序號(hào)濾速10m/h濾速20m/h1.10自然濁常規(guī)46046001；31.33自然濁常規(guī)550560102；41.10配濁常規(guī)380400205；6從表2可以看出，10m/h濾速時(shí)單位面積濾池周期產(chǎn)水量和20m/h濾速時(shí)相差無(wú)幾，有的濾程沒有差別。這說明濾速的大小（至少在10m/h-20m/h范圍內(nèi)）對(duì)過濾周期產(chǎn)水量影響不大。美國(guó)洛杉磯水廠粗濾料厚濾層濾池建設(shè)前的研究報(bào)告(WeterTreatmentPilotStudiesfortheLosAngelesAqueduet)稱：“試驗(yàn)原水經(jīng)預(yù)臭氧，通過厚6英尺的無(wú)煙煤濾層過濾，濾速13.5加侖/英尺2.分，其濾程為28小時(shí)；濾速18加侖/英尺2.分，其濾程為22小時(shí)。兩者濾程產(chǎn)水量分別為22700加侖/英尺2和23800加侖/英尺2?！闭f明濾速變化對(duì)濾池產(chǎn)水量無(wú)大影響。如是，在評(píng)價(jià)濾池特性時(shí)，單位面積濾池周期產(chǎn)水量可以作為一項(xiàng)評(píng)價(jià)因素，而濾速對(duì)其影響可以略去。這為設(shè)計(jì)中適當(dāng)提高濾速提供了實(shí)踐上的支持。2.2.2濾料粒度對(duì)過濾的影響按唯象觀點(diǎn)即不涉及機(jī)理，認(rèn)為過濾是水中懸浮物被截留的過程，被截留的懸浮物充塞于濾料間的孔隙中。在同種濾料、相同反沖洗條件下，濾層孔隙尺度以及有效孔隙率隨濾料粒度的加大而增加。即濾料粒度越粗，可容納懸浮物的有效空間越大。其表現(xiàn)為過濾能力增強(qiáng)，截污量增大。同時(shí)，濾層孔隙度越大，水中懸浮物能被更深地輸送至下一層濾層，在有足夠保護(hù)厚度的條件下，懸浮物可以被更多地截留，使中下層濾層更好地發(fā)揮截留作用，濾池截污量增加。從力學(xué)特性講，過濾水流在濾料層中的流動(dòng)與濾料顆粒間的水流剪力則具有使被截留吸附在濾料顆粒表面的懸浮物剝落的可能，并同時(shí)產(chǎn)生附加水頭，即產(chǎn)生水頭損失。濾料粒度增大，孔隙尺度加大，有效孔隙空間增加，過水通道尺度大，過濾水流阻力減弱，水頭損失增量將得以延緩，其結(jié)果達(dá)到規(guī)定水頭損失的過濾周期得以延長(zhǎng)，產(chǎn)水量得以增加。下列表3是無(wú)煙煤濾料不同粒徑過濾能力比較的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。無(wú)煙煤濾料不同粒徑過濾能力比較表3組別試驗(yàn)序號(hào)有效粒徑mm濾速m/h進(jìn)水濁度NTU出水濁度NTU截留濁度NTU周期產(chǎn)水量m3/m2過濾能力指數(shù)比值A(chǔ)11.10100.630.170.464602111:1.1521.33100.630.190.44550242B31.10200.730.