型滤池滤砂优选和反冲洗参数确定
曹勇锋，张朝升
(广州大学土木工程学院，广东广州510006)
摘要：通过对V型滤池滤砂的优选，对反冲洗参数确定的试验研究，确定一种适合处理我国南方地区水质的均质滤料，使滤后水浊度达到小于0．1 NTU的处理效果．经过一系列的对比试验，最后确定粒径为1．0 mm的滤砂处理效果最好；得出了相应最有效的气水反冲洗参数，即单独气冲强度为17 L/m2/s，气水混合冲时，空气强度为17 L/m2/s，水的强度为l7 L/m2/s，单独水冲强度为8 L/m2/s。、
关键词：V型滤池；均质滤料；滤砂优选；气水反冲洗
中图分类号：X 703 文献标识码：A
V型滤池是由法国德利满公司首创的专利技术，由于其截污量大，冲洗效果好等明显优势，近年来在我国新建的大、中水厂大都采用了这种滤水工艺，特别是广东省新建的净水厂几乎都采用了V型滤池．V型滤池是均质滤料和气水反冲洗滤池的结合体，其优点是石英砂滤料粒径比较均匀、滤层厚、滤层吸附能力较强；与其它滤料相比，在同样的滤速下，过滤周期长，气水反冲洗有着许多优点，除了节省水外，还可较好地消除滤层中结成的泥球，达到极佳的冲洗效果，以提高滤层的过滤性能 ．要选择一种适合处理南方地区水质的均质滤料，确定该滤料的反冲洗参数显得非常重要．为此，针对V型滤池，笔者进行了石英砂均质滤料的筛选和反冲洗参数确定的试验研究，以获得指导实际生产运行的参数．
1 试验装置及试验条件
本试验在大涌水厂进行，实验装置用有机玻璃柱制成，共有6根，规格都为高3 000 mm，内径340 mm，取样管间隔为200 mm，承托层高为50 mm；共有8个取样测压管．在6根滤柱里，分别填充了比较常用的6种不同粒径的均质石英砂滤料，其平均粒径为：1＃(0．6 mm)、2＃(0．8 mm)、3＃(1．0 mm)、4＃1．15 mm)、5＃(1．3 mm)、6＃(1．45 mm)．滤料的填充高度为1 200 mm，为保证布水、布气均匀，滤柱内有设置5个长柄滤头，在滤头周围铺垫50 mm厚、粒径为4—8 mm的卵石承托层，石英砂滤料基本参数见表1．在滤柱的进出水位置各装了流量计，试验中进水的流量控制在800 L/h，而出水流量控制在750 L/h，过滤的滤速为7 m/h。。．出水浊度的监测使用美国HACH公司的在线浊度仪进行瞬时监控，同时用便携式浊度仪对进水进行检测．反冲洗气源压力为0．4 MPa．实验装置流程图见图1．

2 试验方法及试验结果
2．1 滤砂的过滤效果对比试验
过滤是水厂净水工艺的主要关键环节，滤池运行状态的好坏将直接影响悬浮固体、浊度、细菌、病毒等的去除率，也直接影响出水水质的提高 ．在滤砂优选的试验中，试验要求待滤水的浊度控制在1．0NTU以下，以便滤

后出水能达到0．1 NTU以下的高水质要求，同时结合过滤周期的长短初步确定滤砂的过滤效果．
(1)不同粒径滤料过滤效果的对比试验．滤柱待滤水直接引用大涌水厂的沉淀池出水，然后流向各滤柱．在试验过程中，待滤水的浊度不稳定，介于1．0—2．6 NTU，浊度在1．0 NTU范围的时间大概为10 h，只占过滤时间的10％，没有达到待滤水的试验要求，因此，各滤柱的出水浊度波动也较大，介于0．05—0．93 NTU之问，同时过滤稳定所需要的时间较长．通过在线浊度仪检测得出各滤柱的实验数据，见图2所示．在待滤水波动这么大的情况下，在过滤3 h后，各滤柱的出水浊度波动相应变小，而且滤料的粒径越小越稳定．在过滤20—50 h期间，出水浊度基本稳定在0．1 NTU左右，而4＃一6＃相对较高．

(2)不同粒径滤砂的过滤周期．试验中要求如果测压管水头差超过2 m或者滤后水浊度大于0．5 NTU即表示过滤周期结束．从试验结果来看各滤料的过滤周期都比较长，都在48 h以上，满足V型滤池的一般运行周期．对出水浊度和水头损失两方面进行比较，试验过程中1＃、2＃出水效果很好，但水头损失增长较快，经过48 h后水头损失已超过2 m，过滤周期结束，而其它滤柱水头增长较缓慢，运行周期很长都在70 h以上；3＃、4＃在满足出水浊度要求的情况下，水头损失增长缓慢没有太大的波动；而5＃、6＃水头损失波动较大，出水浊度较高．
经过试验数据的对比，如果待滤水的浊度能保证在1．0NTU左右，6种滤料基本上可以使过滤的出水浊度低于0．1NTU，而且能满足V型滤池的一般运行周期；但从过滤效果来说细滤砂的过滤效果比粗滤砂好，而且3＃、4＃在6种中比较优越．6种粒径滤砂过滤试验效果对比结果见表2．
2．2 滤砂反冲洗参数对比试验
目前国内水厂对V型滤池气水反冲洗技术的应用还存在一些技术问题，主要是反冲洗强度控制不适合，冲洗历时选择不当等，而且要求滤层不发生明显的膨胀现象，保证膨胀率小于10％．V型滤池通常的气水反冲洗设计参数为气冲洗强度为13．9—16．6L/m2/s；水冲洗强度为3．6—4．16L/m2/s．参考国内一些气水反冲洗试验研究的结果，确定了本次试验的方法和参数的选择范围．


(1)对6种滤砂进行单独气冲，强度为6～20 L/m2/s；将滤层表面滤砂出现小翻滚作为初步判断．试验观察发现，当滤层表面滤砂出现翻滚时，滤层的厚度就有不同程度的降低，而且随着气冲强度的不断增大，同种粒径的滤层厚度也呈现出不断变小的趋势，在气冲强度为10 L/m2/s。。时，1＃柱的滤层厚度减少了7．5 cm，而在20 L/m2/s时已减少了l1．5 cm．大粒径的滤层减小幅度较小粒径滤层小，在14 L/m2/s时1＃减少了8 cm，而6＃减少了0．5 cm．这种现象与气冲强度和滤料的空隙率有关；在气冲的情况下，滤料的紊动使滤层变得更加密实而使滤层变小．
(2)气水同时冲洗：在试验过程中固定一个气冲强度对不同的水冲强度进行试验．观察滤砂的流动形态是否从滤层下部向上运动，整个滤层是否形成一个好的循环，还有滤层表面滤砂的翻卷和碰撞情况，来判断气水同时冲的强度搭配．试验过程中，选择气冲强度为10、14、16．7、20 L/m2/s与水冲强度为4、6、8 L/m2/s。分别搭配进行试验．试验观察发现，在气冲强度固定的条件下，随着水冲强度的增加各滤柱的滤层有稍微的回升，但总的滤层厚度还是减小，随着气冲强度的不断增大，滤层的厚度呈不断减小的趋势，在这试验的过程中滤层中的滤砂有比较好的循环流动状态，表层滤砂翻滚比较厉害，滤砂之间也出现碰撞现象，同时没有出现跑砂现象．
(3)单独水冲：单水冲，使滤层恢复到正常的过滤能力，滤砂的干净与否直接关系到下一个运行周期，影响滤后水浊度和滤池开始过滤的稳定时间．所以均质滤料反冲洗时，允许滤料层发生微膨胀，但要保证膨胀率小于10％；最后以强度大小为5～16L/m2/s分别进行试验．试验过程中以能否把残留在滤层中的气泡带出水面，同时滤砂是否达到很好的循环流体状态，而且不发生明显膨胀作为判断标准．
经以上各项试验和试验数据的分析得到各滤柱相应的最优反冲洗参数见表3．从表中可知，为保证以上标准和较好的冲洗效果，1＃～4＃滤料的气冲洗强度已在设计参数范围的上限，5＃、6＃是大大超出参数范围；而各粒径滤料的水冲洗强度参数均比通常的参数设计范围都要偏大，特别是5＃、6#粒径的滤砂，这是由试验所要求达到高出水标准和反冲洗时滤层能有理想的流动形态所确定的．

3 结论和建议
通过对6种不同粒径的滤砂进行过滤对比试验和反冲洗强度的交叉对比试验，以及试验数据的采集和分析得出以下结论：
(1)从过滤的对比试验得出，滤砂的粒径越小，过滤的出水浊度越低，而过滤的水头损失增长越快，过滤周期越短．
(2)6种均质滤料的过滤周期都满足V型滤池的过滤周期，而且周期基本以过滤的水头损失>2．0 m而终止．
(3)如果待滤水的浊度能控制在1．0 NTU左右，滤速7．0 m/h，各滤砂的出水浊度都能保证在0．1 NTU以下
(4)试验所得：从过滤的出水浊度和水头损失来看，1＃，5＃6＃粒径的滤砂的效果不够理想；3＃，4＃是V型滤池常用的滤砂，在过滤的效果、过滤周期等方面较其它理想，在两者相比之下3# 4＃较优越，3＃的截污能力比4#强且反冲洗强度较接近；而2#与3＃的效果差不多只是运行周期较3＃短，水头损失增长比其它各滤料都快．粒径为1．0 mm的3＃滤砂处理效果最好，所对应的最优气水反冲洗参数为：单独气冲强度为17 L/m2/s，气水混合冲时，空气强度为17 L/m2/s，水的强度为17L/m2/s，单独水冲强度为8 L/m2/s．
建议：根据V型滤池的特点，中国可以在均质石英砂滤料的粒径、厚度、技术设备和管理等方面进行改造或对待滤水进行微絮凝处理，使V型滤池在处理南方“低浊、高藻，微污染”水质方面发挥更好的作用．