摘要：應(yīng)用分層取樣法測試了濾料層的截污量。通過濾柱實(shí)驗(yàn)，能夠更好地分析研究石英砂均質(zhì)濾料層截留濁質(zhì)物的變化規(guī)律。
引言
濾料作為濾池的心臟部分，一直受到水處理工作者的重視。傳統(tǒng)的向下流水力分級(jí)濾池，由于濾層頂部粒徑小、阻力大，而低部粒徑大，阻力小使得整個(gè)濾料層得不到充分發(fā)揮利用。第十屆國際給水會(huì)議報(bào)告中指出：“采用比較均勻的粗砂級(jí)配，分層問題就不會(huì)發(fā)生”。因此，過濾需要均勻?yàn)V料。但是，從天然砂或人工破碎的無煙煤中，幾乎不可能篩分出不均勻系數(shù)為1的顆粒，因而在實(shí)際生產(chǎn)中總是用盡可的不均勻系數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)濾料均勻性的要求。均勻?yàn)V料采用傳統(tǒng)沖洗工藝，同樣會(huì)出現(xiàn)水力分級(jí)現(xiàn)象，造成濾層頂部粒徑小，而低部粒徑大的不合理過濾。近年來研究開發(fā)的石英砂均質(zhì)濾料技術(shù)，更好地解決了這一問題。我們?cè)趯?duì)濾料層進(jìn)行了深入研究和測試后，設(shè)計(jì)了一種解剖式濾柱——分層取樣法。對(duì)某水廠V型濾池進(jìn)行了石英砂均質(zhì)濾料截污規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1、濾柱設(shè)計(jì)
本實(shí)驗(yàn)濾柱選用φ100mm，高3000mm的透明有機(jī)玻璃柱。其構(gòu)造見圖1。其中沿濾料層不同深度分別在濾柱兩側(cè)設(shè)有取樣管和側(cè)壓管，而且此段濾柱設(shè)計(jì)為沿濾柱縱向從中可啟閉的解剖式濾柱，以便經(jīng)一個(gè)過濾周期結(jié)束后，對(duì)濾柱進(jìn)行解剖分層取樣，測定濾層的截污量。
1.2、實(shí)驗(yàn)材料
水樣：本實(shí)驗(yàn)濾柱待過濾水樣直接取自水廠生產(chǎn)工藝沉淀池出水；
濁度<10度、pH=7.4、水溫<5℃；
濾料：選用鞏義市波濤石英砂廠家生產(chǎn)的均質(zhì)石英砂濾料；
d10=0.95mm、K60=1.35、濾層厚度1000mm。
1.3、儀器
GDS-3型光電式渾濁度儀，25型酸度計(jì)或PHS-29型酸度計(jì)溫度計(jì)（0.1℃），TG-328B型半自動(dòng)電光天平。
1.4、測定方法
通常，實(shí)驗(yàn)室研究濾層截留濁質(zhì)物規(guī)律的方法是通過分析沿濾層深度水頭損失的變化規(guī)律及沿濾層深度濁度的變化規(guī)律來進(jìn)行的。本方法在上述兩種方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種解剖式試驗(yàn)濾柱，對(duì)濾柱解剖，進(jìn)行分層取樣，測定其濾層的截污量。
實(shí)驗(yàn)濾柱經(jīng)一個(gè)周期結(jié)束后，對(duì)其解剖，沿濾層深度以單位濾料層（取10cm為一個(gè)單位濾料層)）進(jìn)行分層取樣，所取試樣放入烘箱烘至105℃恒重，用TG-328B型電光分析天平稱其重量，再放人托盤中，用自來水浸泡24小時(shí)。對(duì)試樣漂洗至獨(dú)度恒定，再放入烘箱至105℃烘至恒重，測其各單位濾料層截污量。
2、結(jié)果與討論
2.1、沿濾層深度水頭損失的變化
控制濾速V=9.8m/h（同生產(chǎn)濾池濾速相同），在一個(gè)過濾周期內(nèi)，測其沿濾層不同深度單位濾層水頭損失隨時(shí)間的變化規(guī)律，見圖2。
由圖可知，濾層中水頭損失隨過濾時(shí)間呈線性關(guān)系，且在濾層頂部10cm濾層中，水頭損失線斜率稍大，而濾層頂部10cm以下的濾層中各單位濾層水頭損失斜率變化較小，且較均勻，說明沿濾層深度各單位濾層截留濁質(zhì)物較均勻。
2.2、沿濾層深度濁度的變化
濾層水頭損失是由濾層截留濁質(zhì)引起的。在測試濾層水頭損失的同時(shí)，沿濾層不同深度取樣，測其沿度。沿濾層深度濁度的變化規(guī)律見圖3。由圖中曲線可看出：由濾層進(jìn)水端沿水流方向懸濁液被澄清，且再濾層頂部10cm以下各單位濾層去除濁質(zhì)物較均勻，這就使得各單位濾層水頭損失線斜率變化較均勻。
2.3、沿濾層深度截污量的變化
在相同條件下，經(jīng)一個(gè)過濾周期結(jié)束后，對(duì)實(shí)驗(yàn)濾柱進(jìn)行解剖層的截污量。測試結(jié)果見圖4。從圖中可以看出：沿濾層深度，截污量在緩慢減小，除濾層頂部10cm內(nèi)截留獨(dú)質(zhì)物稍大外，在其它各單位濾層中，截留濁質(zhì)物比較均勻，說明各單位濾層除去大致相同分率的濁質(zhì)物。也反映了各單位濾層截留概率大致相等，只是由于懸濁液的濁度濃度一層一層的減小，所以，愈往下邊的單位濾層，截留的濁質(zhì)物數(shù)量愈少。這與前面實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果相一致。
2.4、石英砂均質(zhì)濾料的截物能力
濾料的截物能力作為評(píng)價(jià)濾池工作性能好壞的重要指標(biāo)，直接影響到濾池的過濾周期和濾層的工作性能。截物能力大，表明整個(gè)濾層所發(fā)揮的作用大。石英砂均質(zhì)濾料既不同于均勻?yàn)V料，也不同于水力分級(jí)濾料。正如許保玖教授所述：當(dāng)石英砂濾料新裝人濾池時(shí)，這種濾層稱為均質(zhì)濾層，濾料則稱為均質(zhì)濾料。這就是說，均質(zhì)濾料并不要求所有的濾料粒徑相等或相近，實(shí)際上要求整個(gè)濾料層自上而下的物理、化學(xué)條件都基本相同。因此，沿濾層厚度的每一點(diǎn)，濾料顆粒間所形成的空隙大小的分布也一樣。這就使得沿均質(zhì)濾層厚度的每一點(diǎn)，都具有容納同樣多的獨(dú)質(zhì)物的能力。這已由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明。所以，石英砂均質(zhì)濾料與傳統(tǒng)的水力分級(jí)濾料相比，具有較長的過濾周期，過濾時(shí)能較好地克服表棉堵塞，充分發(fā)揮了整個(gè)濾層的截污能力。截污能力大，再高濾速下生產(chǎn)優(yōu)良的濾后水，大大提高了濾池的工作效率。
3、結(jié)論
3.1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)實(shí)驗(yàn)濾柱解剖，進(jìn)行分層取樣，測定其濾層截污量是可行的，且能定量地分析研究濾料層的截污能力。
3.2、石英砂均質(zhì)濾粒的過濾性能具有水頭損失小，過濾周期長，吸附截留濁質(zhì)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，因而這種濾床產(chǎn)水量高，出水水質(zhì)好。
3.3、通過分層取樣截污量的測試，證明各單位濾層截留濁質(zhì)較均勻，體現(xiàn)了均質(zhì)濾料截污能力大的特點(diǎn)。
