滤层结构特性对滤后水浊度影响关系的研究

53CHINAENVIRONMENTALPROTECTIONINDUSTRY2011.4交流平台CommunicationPlatform张宇(中国京冶工程技术有限公司，北京100088)摘要: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。关键词:滤料粒径;滤层厚度;过滤特性中图分类号:X703文献标志码:A文章编号:1006-5377（2011）04-0053-03滤层结构特性对滤后水浊度影响关系的研究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FilterLayerStructureCharacteristicImpactsonWaterCorrosionLimitZHANGYu54中国环保产业2011.4交流平台CommunicationPlatform附着力越强。单位滤池面积上滤料颗粒总表面积为：（1）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/de2的函数，如下：（2）式中：c——出水悬浮物浓度；de——滤层滤料颗粒当量直径。由这个函数关系可以看出，对于同种性质的滤料，当滤池的l/de2相同时，其处理出水效果将是接近的，也就是说滤池特性与l/de2密切相关。l/d和l/de2两种数值关系都是针对滤层厚度、滤料粒径与滤池过滤性能之间的关系，是从两个不同的角度引申出来的。本文试图通过实验对比方法，根据出水浊度变化规律研究滤料粒径、滤层厚度与滤池过滤性能的相关关系及相关程度，选择出更加接近实际情况的描述过滤特性的数值关系。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