雙層濾料濾池由于其含污能力高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，濾速高，周期長而得到廣泛應(yīng)用。對供水企業(yè)現(xiàn)有過濾構(gòu)筑物濾料級配進行技術(shù)改造，是解決城市供水緊張，降低生產(chǎn)成本的較佳途徑之一。
下面，波濤石英砂廠家以某水廠為例來講述一下：“單層石英砂濾料改為雙層濾料濾池的探索”。
某水廠現(xiàn)有十八組鋪裝單層石英砂濾料的普通快濾池，單池有效過濾面積120m2，日處理過濾水48萬m3。生產(chǎn)技術(shù)人員對現(xiàn)工藝運行狀況進行挖潛改造，在保證出水水質(zhì)的前提下，將單層石英砂濾料改為雙層濾料濾池，便是其中的一項技改措施，提高了企業(yè)的日供水能力。
1、工作原理
沉淀后的水流通過粒徑由大到小的濾層時，隨深度增加各層濾料去除的懸浮物量將趨近于相同，因為越到下層，雖然去除的懸浮物濃度越來越小，但濾料粒徑也逐漸變小，因而使去除率大致相同。也就是說，隨著深度的下移，懸浮物濃度的減小，卻因過濾系數(shù)增加而得到補償，因而濾層微元所去除的懸浮物量與該層微元的懸浮物濃度大致相同。而在過濾過程中，水頭損失滿足下式：
αHt/αL=k1d-2
其中：αHt—微元單位層厚的水頭損失；
αL—微元單位濾料層厚；
k1——綜合阻力系數(shù)；
d—濾料粒徑。
上式表明，過濾過程中，某一深度濾層微元內(nèi)單位層厚的水頭損失與該微元內(nèi)濾料粒徑的平方成反比。濾料粒徑越小，單位濾層厚度所增加的水頭損失將越大，小粒徑的濾料更易被堵塞。
綜上所述，粒徑小的濾料，雖然去除懸浮物的能力強，但單位層厚所增加的水頭損失也大。因而說明，當(dāng)去除懸浮物量相同時，小粒徑濾料的水頭損失的增長速度將比大粒徑濾料快得多。因而當(dāng)水流通過粒徑大、比重小的無煙煤和粒徑小、比重大的石英砂組成的雙層濾料濾池時，懸浮物可較均勻地分配在每一層濾料中，充分發(fā)揮了各層濾料的截污能力；濾層中水頭損失的增加較單層石英砂濾料濾池將會減緩，則過濾周期將可延長，單位過濾面積上的產(chǎn)水量增加。
2、試驗設(shè)備
鋪裝由無煙煤、石英砂組成雙層濾料的A濾池（濾料鋪裝如圖1所示），鋪裝單層石英砂濾料的B濾池進行生產(chǎn)性對比試驗。濾池濾料級配見表1所示。
表1
| 類別 | 濾料組成 | |||||
| 粒徑（mm） | d10 | d80| | 不均勻系數(shù)K80 | 厚度（mm) | ||
| 單層石英砂 | dmax=1.2 | 0.83 | 1.18 | 1.42 | 1000 | |
| dmin=0.8 | ||||||
| 雙層 | ||||||
| 無煙煤 | dmax=1.0 | 0.81 | 1.39 | 1.72 | 400 | |
| dmin=0.5 | ||||||
| 石英砂 | dmax=1.0 | 0.52 | 0.76 | 1.46 | 400 | |
| dmin=0.5 | ||||||
3、對比試驗方案及測定內(nèi)容
3.1、試驗方案。
方案Ⅰ分別以起始濾速為10m/h、16m/h、14m/h、12m/h變速過濾方式運行。沖洗條件：出水濁度≥1NTU或水頭損失≥2.5m。反沖洗后余濁控制在10~25NTU。
方案Ⅱ起始濾速為16m/h，濾速降至12m/h，即進行反沖洗。
方案Ⅲ起始濾速為16m/h，運行72h，即進行反沖洗。
3.2、試驗測定內(nèi)容。
過濾周期及產(chǎn)水量；水頭損失；出水濁度；反沖洗強度（q=15.9L/s·m2）；反沖洗水率；膨脹率（水溫10℃，e=42.5% ）；濾料截污量。
表2
| 池號 | 平均水溫(℃) | 平均進水濁度(NTU) | 平均進出水濁度(NTU) | 水頭損失 | 濾速 | 過濾周期(h) | 周期產(chǎn)水量(m3) | 沖洗水量(m3) | 沖洗水率（%） | 沖后余濁(NTU) | 濾料截污量(kg/m3) | ||||
| 起始(m) | 終止(m) | 增長率(cm/h) | 起始(m/h) | 終止(m/h) | 平均（m/h） | ||||||||||
| A | 6.7 | 5.36 | 0.30 | 0.47 | 1.96 | 1.23 | 10.80 | 6.67 | 8.40 | 120.9 | 121900 | 1070 | 0.88 | 8.0 | 6.43 |
| B | 6.7 | 5.37 | 0.36 | 0.36 | 2.27 | 1.63 | 10.72 | 6.01 | 8.48 | 117.1 | 119076 | 1110 | 0.93 | 17.2 | 4.97 |
| A | 4.6 | 5.94 | 0.44 | 0.95 | 2.59 | 1.77 | 16.65 | 8.13 | 11.78 | 92.4 | 130594 | 944 | 0.72 | 10.0 | 7.48 |
| B | 4.6 | 5.95 | 0.41 | 1.15 | 2.56 | 2.06 | 16.35 | 9.60 | 12.89 | 68.3 | 105679 | 882 | 0.93 | 16.6 | 4.88 |
| A | 5.4 | 5.30 | 0.40 | 0.80 | 2.59 | 1.70 | 14.33 | 7.20 | 10.51 | 105.5 | 133082 | 663 | 0.50 | 8.8 | 6.79 |
| B | 5.4 | 5.27 | 0.40 | 0.87 | 2.55 | 2.17 | 14.46 | 7.84 | 11.13 | 77.5 | 102839 | 850 | 0.83 | 15.0 | 4.17 |
| A | 11.0 | 4.68 | 0.45 | 0.61 | 2.31 | 0.78 | 12.34 | 6.02 | 9.07 | 221.9 | 241559 | 760 | 0.31 | 9.4 | 10.64 |
| B | 10.6 | 4.63 | 0.42 | 0.69 | 2.52 | 1.11 | 12.55 | 6.74 | 9.90 | 164.6 | 195490 | 929 | 0.48 | 20.0 | 6.86 |
| A | 17.3 | 4.26 | 0.39 | 0.77 | 1.95 | 0.86 | 16.65 | 11.75 | 14.61 | 138.0 | 241602 | 600 | 0.25 | 9.0 | 9.74 |
| B | 17.3 | 4.26 | 0.39 | 0.92 | 2.09 | 0.83 | 16.65 | 12.11 | 14.85 | 140.5 | 249710 | 1200 | 0.48 | 17.0 | 8.05 |
| A | 17.9 | 4.63 | 0.30 | 0.83 | 1.57 | 1.03 | 16.65 | 13.14 | 14.88 | 72.0 | 127823 | 600 | 0.47 | 8.5 | 5.77 |
| B | 17.9 | 4.63 | 0.33 | 0.83 | 1.73 | 1.21 | 16.65 | 13.11 | 14.80 | 72.0 | 127100 | 1000 | 0.79 | 18.0 | 4.55 |
4、試驗數(shù)據(jù)及分析
方案Ⅰ中，在起始及沖洗條件基本一致的情況下，高濾速范圍（16m/h~12m/h）濾池工作周期A池比B池明顯延長，周期產(chǎn)水量較大可提高29.41%（濾速14m/h時）；水頭損失增長率雙層濾料濾池緩于單層濾料濾池；沖洗水率、沖后余濁明顯低于單層濾料濾池；濾池工作周期內(nèi)濾料截污量高于單層濾料濾池；平均出水濁度完全滿足國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
由方案Ⅰ、Ⅱ試驗數(shù)據(jù)結(jié)果可看出，A池與B池各參數(shù)基本一致。
從以上三種試驗方案看出，起始濾速14m/h，出水濁度≥1NTU或水頭損失≥2.5m，較長過濾周期96小時即進行沖洗的工藝運行方式，在今后的生產(chǎn)中具有指導(dǎo)意義。
5、濾料含污量測定分析
確定起始濾速為14m/h作為生產(chǎn)工藝運行方式后，在該濾速下A、B池運行一周期，技術(shù)人員對各濾層截污量進行定量采樣分析，確定其含污量分布。（A池含污量如表3、含污量分布如圖2所示； B池含污量如表4、含污量分布如圖3所示）
表3
| 取樣深度 | 表層 | 20cm | 30cm | 40cm | 60cm |
| 沖前 | 2.15 | 0.93 | 0.64 | 0.93 | 0.28 |
| 沖后 | 0.48 | 0.03 | 0.08 | 0.13 | 0.05 |
表4
| 取樣深度 | 表層 | 20cm | 40cm | 60cm |
| 沖前 | 2.95 | 1.45 | 1.25 | 1.10 |
| 沖后 | 1.10 | 0.83 | 0.75 | 0.78 |
從圖2、圖3可見，雙層濾料濾池表層含污量小于單層濾料濾池表層含污量。隨著深度的增加，單層濾料含污量降低；在濾層25cm處，含污量趨于穩(wěn)定。隨著深度的增加，雙層濾料含污量降幅更大，但到35~45cm煤、砂交界處，含污量反而有所上升；之后，水流再一次經(jīng)過砂濾料，得到精濾，砂濾料含污量如同單層濾料含污量趨勢。含污量曲線證明了水流經(jīng)雙層濾料濾池懸浮物可較均勻地分配在每一層濾料中，充分發(fā)揮了各層濾料的截污能力；濾層中水頭損失的增加較單層石英砂濾料濾池將會減緩，過濾周期將可延長，則單位過濾面積上的產(chǎn)水量增加。
雙層濾料濾池投產(chǎn)前、后技術(shù)人員對雙層濾料濾池反沖洗強度和膨脹率進行了測定，測定的數(shù)據(jù)都滿足了雙層濾料濾池運行的規(guī)范要求，且承托層比較平整，煤砂無明顯混雜現(xiàn)象。反沖洗時無跑煤現(xiàn)象，濾池運行正常。
6、小結(jié)
改造后的雙層濾料濾池周期產(chǎn)水量有了大幅度提高；沖洗水量的減小，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本（按現(xiàn)單層濾料濾池沖洗一次耗水1000m3、雙層濾料濾池沖洗一次耗水600m3計算）（1000-600）×365÷4=36500m3，全年一組雙層濾料濾池在沖洗水量一方面就可節(jié)約23725元。 采用高濾速運行，濾后水濁度均在1NTU以下，一般為0.5NTU左右�？梢�，企業(yè)技術(shù)上挖潛改造，不僅給企業(yè)帶來了經(jīng)濟效益，同時，也產(chǎn)生了巨大的社會效益，是企業(yè)今后可持續(xù)發(fā)展的有力措施。
