滤层配置特征对砂滤池过滤性能的影响

第46卷第5期西安建筑科技大学学报（自然科学版）Vol.46No.52014年10月J.Xi'anUniv.ofArch.&Tech.(NaturalScienceEdition)Oct.2014滤层配置特征对砂滤池过滤性能的影响张建锋1，张栋喆1，周超1，王小亻毛2，杨宏伟2，解跃峰2（1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055；2.清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京100084）摘要：摘要：滤料粒径、层厚和颗粒分布等滤层配置特征，是保证滤池高效运行的关键因素之一．根据实际应用构造了三种典型的模拟滤层，进行系统的过滤对比试验，研究滤层构造特征对过滤性能的影响．试验结果表明，均质滤料滤层在水头损失增长率、滤后水平均浊度、颗粒物截留效果、滤层产水率以及过滤性能指标F值等多个方面具有优势；滤后水颗粒物截留效果主要决定于滤层厚度，与滤层厚径比L/d值没有相关性；砂滤层对于水中2~5μm之间的颗粒物截留效果差；“细粒径、浅滤层”的滤层配置尽管避免了过滤末期浊度值的上升，但存在水头损失增长率大、滤后水平均浊度高、残留颗粒总数大等弊端，采用“深滤层、均质滤料”的滤层配置方式应是今后水厂滤池设计和技术改造的主要技术措施．关键词：关键词：滤层构造特征；过滤性能；颗粒物截留中图分类号：中图分类号：TU991.24文献标志码：文献标志码：A文章编号：文章编号：1006-7930(2014)05-0737-052012年7月1日，国家《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》开始进入强制实施阶段，水质监测参数由以往的35项增加到106项，其中出厂水浊度限值提高到1.0NTU，由于砂滤池是常规给水处理过程中去除胶体颗粒和悬浮物的最后一道屏障，因此1.0NTU的浊度限值对水厂新建滤池以及老旧滤池改造的设计提出了更高的要求．在目前的设计中，一般通过滤料级配和滤层厚度两个指标来完成滤层系统设计，由于粒径级配和层厚之间存在不同的组合，因此会造成滤层配置特征的差异，而这种差异对投产后滤池过滤性能的影响目前仍缺乏系统深刻的认识．在滤池的实际运行中，一般采用滤后水浊度、水头损失和运行时间来进行系统控制．目前生产中多采用在线浊度仪，当浊度值≤0.1NTU时已漂移出浊度仪监测下限，无法真实准确反映水质的变化情况．为了弥补浊度仪的不足，一些发达国家开始采用灵敏度更高的颗粒物计数器作为辅助监测手段[1-2]．浊度仪对小于1.0μm的颗粒物比较敏感，对大于1.0μm的颗粒灵敏度较低，而颗粒计数器对大于1.0μm的颗粒检测灵敏度高，水体中“两虫”的尺寸均大于1.0μm．因此浊度仪和颗粒计数器联用，是目前提高水质安全控制水平的重要手段[3-4]．基于滤池生产目标需要和实际运行监控特点，本文通过粒径、层厚和沿深度方向的粒径级配等三个参数的组合，构建了有代表性的三种不同配置特征的滤层，以出水浊度、颗粒物截留和水头损失三个参数为主，进行了滤层配置对过滤性能影响的研究，以期为滤池的设计和运行控制提供基础支持．1材料与方法1材料与方法1.1试验装置1.1试验装置（1）试验系统实验在济南鹊华水厂中试科研基地完成，原水来自鹊山水库，水温12~25℃，混凝剂为聚合氯化铝铁(PAFC)，投加量2.0mg/L(以铝离子计)，沉后水浊度控制在2.0NTU左右(与实际水厂生产运行相符)．试验装置流程见图1．（2）模型滤柱水流在多孔介质滤层中流动，主要受水力条件的影响．滤层中的流动只要满足水力相似条件，就可以用模型滤柱来研收稿日期：收稿日期：2013-12-13修改稿日期：修改稿日期：2014-07-25项目基金：项目基金：国家重大水专项(2012ZX07408001)作者简介：作者简介：张建锋(1970-)，男，博士，副教授，研究方向：水处理与节水技术、水资源保护．E-mail：zhangjianfeng@xauat.edu.cn(1.原水2.混凝剂3.加药泵4.机械搅拌+斜管沉淀池5.排泥6.中间水箱7.提升泵8.回流9.流量计10.反冲洗排水11.溢流12.浊度仪13.颗粒计数器14.测压板15.空压机16.反冲洗进水)图1试验装置流程图试验装置流程图Fig.1Schematicdiagramoftestapparatus738西安建筑科技大学学报（自然科学版）第46卷究实际运行滤池的运行[5]．实验确定了三种规格试验滤柱，分别用来模拟国内均质滤料滤池（滤柱A)、国内级配滤料滤池（滤柱B）[6]、美国级配滤料滤池（滤柱C）[2]．通过调整层厚，实现不同厚径比（滤层厚度/有效粒径，与滤料的体积比表面积成正比）和纵向粒径分布的滤层配置[7]．试验采用有机玻璃滤柱，内径100mm、高度5000mm，布置1个小阻力长柄滤头，各滤柱主要参数见表1．1.2试剂