滤层结构特性对滤后水浊度影响关系的研究

张 宇

(中国京冶工程技术有限公司，北京 100088)

滤层结构特性对滤后水浊度影响关系的研究

张 宇

(中国京冶工程技术有限公司，北京 100088)

滤料层是滤池的核心组成部分，其本身的结构特性对滤后水的水质、过滤性能有着重要的影响。滤料层滤料粒径与滤层厚度之间的关系是滤池设计的重要依据，本文通过实验，发现l/d2值在描述滤池处理出水浊度方面比l/d值更加准确，而且l/d2值的大小影响出水浊度的高低。

滤料粒径;滤层厚度;过滤特性

1 引言

过滤是一种常规水处理工艺，其以粒状滤料层截流水中悬浮杂质，是去除水中浊度物质最有效的手段。

滤料层是过滤过程的核心，滤层结构特性对滤后水的水质有重要影响。滤料粒径、滤层厚度等是反映滤层结构特性的主要指标。

2 滤料粒径与滤层厚度对滤后水质的影响

在悬浮杂质的去除中，起主要控制作用的是传递和吸附机制。颗粒表面积与吸附作用密切相关，而截留下来的悬浮杂质则充塞于滤料的孔隙间。由此可见，滤料的表面积和滤料孔隙的大小对过滤过程影响重大，而滤料颗粒的粒径决定了滤料的表面积和孔隙的大小。

快滤池是深层过滤，滤层厚度是保证滤出水水质并维持一定工作时间的前提。虽然较厚的滤层可以提高出水水质，但滤池加深会造成投资增大，维持过滤所需的水头也增大，而且在过滤后期，截留的悬浮杂质在滤层底部的分布非常不均匀，极有可能造成局部穿透。因此，滤层不是越厚越好，在保证出水水质及过滤周期的情况下，存在一个经济性的平衡的问题。

过滤所需要的滤层厚度与粒径有关。较细颗粒的滤料，单位体积所提供的滤料表面积较大，但孔隙尺寸较小，纳污能力较小，悬浮杂质不易输送至底层滤料，因此所需滤层厚度较薄；较粗颗粒的滤料孔隙尺寸较大，纳污能力提高，悬浮物更容易被输送至底层滤料，因此要保证出水水质和一定的过滤周期，则需要较厚的滤层。

以上的相互影响关系，在实际生产运行中也得到了印证。普遍认为，滤料粒径与滤层厚度之间是存在某种数值关系的，这一关系是达到某一过滤效果的保证条件。关于该数值关系，存在以下两种观点。

2.1 关系式（1）

以过滤机理为基础，认为吸附机制对过滤效果起主导作用，强调滤床中滤料颗粒总表面积的重要性。过滤过程中滤料所提供的颗粒表面积越大，对水中悬浮物的附着力越强。

单位滤池面积上滤料颗粒总表面积为：

式中：l —— 滤层厚度；

d —— 滤料颗粒直径；

ε —— 滤层孔隙率；

φ —— 滤料球度系数。

由上式可知，当其他条件相同时，l/d值越大，滤料表面积越大，滤层对水中悬浮颗粒物的截留作用越强，即滤料特性与l/d值相关，由此引申出l/d的概念。

2.2 关系式（2）

l/d2关系是在建立均质过滤数学模型的基础上，简化修正均质滤料过滤澄清方程式，推导出水浊度函数关系的过程中提出的。

出水悬浮物浓度的函数关系可以简化表示为过滤时间t和 l/de

2的函数，如下：

式中：c —— 出水悬浮物浓度；

de—— 滤层滤料颗粒当量直径。

3 实验方法

实验中选用3根圆形有机玻璃柱（A柱、B柱、C柱）作为模型滤柱，滤料选用无烟煤滤料。其中B柱为标准滤柱，作为对比基础，保持其滤料粒径及装填厚度不变。另外两根模型滤柱（A柱、C柱）都装填相同粒径的滤料，但装填厚度不同，其中一根的l/d值与标准滤柱相同，另一根的l/d2值与标准滤柱相同。在不同进水浊度、过滤速度、混凝剂种类、混凝剂投量的条件下，监测3根滤柱的出水浊度情况。并以任意一根滤柱出水浊度大于1NTU作为过滤周期结束的标准，绘制3根滤柱出水浊度随时间的变化曲线，通过曲线找到与B柱更为接近的那根滤柱。曲线图中，分别以A、B、C代表A柱、B柱、C柱。

实验根据装填滤料粒径的不同分为两组，其中标准滤柱B柱装填滤料粒径保持不变，第一组实验A柱、C柱装填1.31mm当量粒径的滤料，第二组实验A柱、C柱装填0.74mm当量粒径的滤料。

4 实验数据

4.1 第一组实验

第一组实验3根滤柱的装填情况见表1。

表1 滤柱装填情况

选取4个实验绘制出水浊度随时间变化曲线，如下：

（1）实验编号cAl20-3

进水浊度20NTU，滤速14m/h，絮凝剂Al2(SO4)3投量25mg/L，水温24℃。水浊度随时间变化曲线见图1。

图1 cAl20-3的水浊度随时间变化曲线

（2）实验编号cF10-1

进水浊度10NTU，滤速10m/h，絮凝剂FeCl3投量10 mg/L，水温26℃。水浊度随时间变化曲线见图2。

图2 cF10-1的水浊度随时间变化曲线

（3）实验编号cFe20-1

进水浊度20NTU，滤速10m/h，絮凝剂FeCl3投量15 mg/L，水温25℃。水浊度随时间变化曲线见图3。

图3 cFe20-1的水浊度随时间变化曲线

（4）实验编号cFe30-2

进水浊度30NTU，滤速12m/h，絮凝剂FeCl3投量20mg/L，水温27℃。水浊度随时间变化曲线见图4。

图4 cFe30-2的水浊度随时间变化曲线

4.2 第二组实验

第二组实验3根滤柱的装填情况见表2。

表2 滤柱装填情况

该组实验中，选取4个绘制出水浊度随时间变化曲线，如下：

（1）实验编号xAl10-2

进水浊度10NTU，滤速12m/h，絮凝剂Al2(SO4)3投量20mg/L，水温16℃。水浊度随时间变化曲线见图5。

图5 xAl10-2的水浊度随时间变化曲线

（2）实验编号xAl20-4

进水浊度20NTU，滤速12m/h，絮凝剂Al2(SO4)3投量25mg/L，水温19℃。水浊度随时间变化曲线见图6。

图6 xAl20-4的水浊度随时间变化曲线

（3）实验编号xFe10-1

进水浊度10NTU，滤速10m/h，絮凝剂FeCl3投量10 mg/L，水温17℃。水浊度随时间变化曲线见图7。

图7 xFe10-1的水浊度随时间变化曲线

5 结果分析

从以上曲线图中可以看出，在过滤周期结束之前，虽然三根滤柱的出水浊度曲线都很接近，但仍然能明显看出，相比于A柱，C柱的出水浊度和标准滤柱B柱的出水浊度的相合性更高，由此可以认为，在无烟煤滤料过滤穿透实验中，在第一根滤柱出现浊度穿透之前的一段时间内，相比于l/d值，l/d2值能够更加准确反映出过滤过程出水浊度的变化情况。并且，结合表1、表2中3根滤柱l/d2值的大小可以看出，l/d2值的大小与出水浊度的高低存在着相关关系，l/d2值大，出水浊度偏低，l/d2值小，出水浊度偏高。

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Filter Layer Structure Characteristic Impacts on Water Corrosion Limit

ZHANG Yu

X703

A

1006-5377（2011）04-0053-03