1、前言

我國水資源不足，全國有70%的城市缺水，而水資源被污染也很嚴重，據(jù)前二年統(tǒng)計，全國污水排放量240億噸/年，其中80%以上未經(jīng)任何處理直接排入水域，使可利用水資源愈來愈少，許多國家廢水利用率高達50-60%，我國的一些大企業(yè)里廢水利用率僅20-30%，許多企業(yè)根本不回收利用廢水，全國廢水利用率約2.5%。有些廢水僅需要去除懸浮物即可重復(fù)使用，因此以無煙煤濾料為主的雙層或三層濾池價廉的處理方法已引起人們的注意。在此我們僅以自己的實踐經(jīng)驗介紹給大家。

2、凈水作用

含有懸浮顆粒的水流經(jīng)濾料（石英砂或無煙煤），懸浮顆粒被截留，水得到澄清，隨著過濾時間的延伸和濾料層中沉積物的積累，濾層被沉積物所飽和，就不能再澄清了。

雙層機械過濾器是指在一臺濾器筒體中裝有無煙煤、石英砂二種顆粒材質(zhì)為濾料，上層為較粗粒徑（1.2-2.0mm）的無煙煤濾料，下層為較細粒徑（0.5-1.2mm）的石英砂濾料。過濾時，水流首先通過無煙煤濾層，水中所含的懸浮雜質(zhì)機械地被截留在無煙煤表面，有的細小顆粒被水流逐漸帶向下層，同時懸浮顆粒除了在較細的石英砂層堆積外，大量的懸浮粒子在無煙煤層中被吸附截留，逐漸形成立體沉淀物層，過濾過程中同樣起著過濾作用。由此可知，雙層機械過濾器運行中，過濾效果較單層濾料好，處理水量也隨之增加。單層濾料（石英砂）過濾主要是在石英砂表面濾層內(nèi)進行，過濾層面積小，水頭損失大，懸浮粒子容易穿透，雙層濾料（無煙煤-石英砂）過濾主要依靠較粗顆粒無煙煤層的吸附截留作用，形成沉淀物過濾層，增加了過濾面積，水頭損失小，流速可以增加，又不易穿透，產(chǎn)水工作周期長。

煤碳是天然形成的，主要成份是有機碳化合物，煤�；�本上是非極性物質(zhì)，其表面有許許多多大大小小的孔隙，實踐證明，非極性的固體表面親非極性的液體，而疏極性液體，又由于毛細管的作用，過濾時容易吸附截留水中的有機物，懸浮微粒，絮凝物等雜質(zhì)，而非極性烴類油脂，油污等可以輕而易舉地擠掉煤孔隙中原有的極性水分子，取而代之，使水得到了凈化。同時，無煙煤還具有一定除味脫色的作用，無煙煤所具有的優(yōu)異特性，使其成為工業(yè)凈水中價廉物美的優(yōu)良濾材。

3、濾料選擇

3.1 濾料的基本性能

（1）粒度：粒徑和不均勻系數(shù)這兩個指標是影響過濾器正常工作的重要參數(shù)，粒徑大，懸浮物易穿透濾層，反洗強度大，否則殘留沉淀物與濾料結(jié)塊影響水流分布，粒徑小，阻力增加，水頭損失亦大，濾料顆粒大小不均勻同樣影響反洗和濾層過濾，因此，根據(jù)設(shè)計要求，選取合適的粒徑，一般無煙煤濾料粒徑0.8-2.0毫米，石英砂0.5-1.2毫米，不均勻系數(shù)1.3-1.5，密度1.4-1.6。

（2）機械強度：可以用磨損性和磨碎性兩個指標來衡量，在反洗過程中濾料顆粒間不斷的碰撞和磨擦，就會發(fā)生顆粒的磨碎和磨損，從而改變?yōu)V料原有的特性，影響過濾效果，水處理工藝中要求濾料磨損率＜0.5%，磨碎率＜4%。

（3）化學(xué)穩(wěn)定性：若溶解固形物的增加量＜20毫克/升，耗氧量增加＜10毫克/升，硅酸增加量＜10毫克/升，則此濾料可以認為是化學(xué)穩(wěn)定的。

（4）其它雜質(zhì)含量

無煙煤濾料中若含硫量偏高，會腐蝕設(shè)備、管道、容器，減少使用壽命，含量應(yīng)以＜0.25%為佳，其余如Pb、Cu、Zn等重金屬含量愈低愈好。

表1 濾料的化學(xué)穩(wěn)定性

名稱	中性pH6.7			酸性pH2.1			堿性pH11.8
	溶解固形物mg/l	耗氧量mg/l	SiO2mg/l	溶解固形物mg/l	耗氧量mg/l	SiO2mg/l	溶解固形物mg/l	耗氧量mg/l	SiO2mg/l
石英砂	2-4	1-2	1-3	4	2	0	10-16	2-3	5.7-8
無煙煤	6	6	1	4	3	0	10	4	1

3.2 我國無煙煤濾料特性

我國無煙煤產(chǎn)地分布廣，蘊藏量大，品質(zhì)優(yōu)，適宜于加工成濾料使用，如：北京門頭溝（比重1.8），河南焦作（比重1.43），四川永川，長江（比重1.45），貴州納雍縣（比重1.43），寧夏銀川（比重1.5，低硫，材質(zhì)好），福建龍巖（密度1.7，破碎率0.24%，磨損率0.2%，鹽酸可溶性2%）等等，均可采用制作。

3.3 濾層級配組成

濾料是過濾裝置的重要部分，正確地選擇濾料，確定濾料顆粒大小的級配以及濾料層的高度是過濾裝置設(shè)計中的一項重要內(nèi)容，它對過濾裝置的正常運行有重要意義，我們在水處理工程中設(shè)計的雙層機械過濾器濾層級配組成如圖1。

上層無煙煤濾層粒徑1.2-2毫米，厚度600-900毫米，下層為石英砂濾層粒徑0.5-1.2毫米，厚度400-600毫米，承托層組成，如下表：

層次（由上到下）	粒徑（mm）	厚度（mm）
1	2-4	150-200
2	4-6	150-200
3	6-12	150-200
4	12-25	150-200

3.4 合理操作

合理操作主要是指反沖洗操作，當(dāng)過濾器出水水質(zhì)超過給定的水質(zhì)要求或達到上限允許水頭損失（壓力差超過0.05MPa）時，此時濾層已處于飽和狀態(tài)，過濾器需要停止運行，進行反洗。

因雙層過濾器濾層厚，截污量大，故配以壓縮空氣反沖洗系統(tǒng)，先空氣擦洗（氣壓0.25-0.5MPa，反沖3-5min），使壓實的濾層松動，粘附著的懸浮顆粒脫落下來，然后，用水反沖（反洗強度14-16L/m·s，膨脹度30-50%，反沖3-5min），待反洗出水澄清為止，反沖洗效果對過濾效率影響甚大，因反洗不好，濾層內(nèi)污染物累積起來，與濾料顆粒粘結(jié)在一起，形成塊狀，惡化過濾過程，嚴重的會使過濾器失去工作能力。

4、經(jīng)濟價值

雙層濾料與單層濾料相比，歸納于表3：

表3 雙層濾料與單層濾料相比

項目	無煙煤·石英砂	石英砂
制水工作周期	32-40時/周期	12-30時/周期
反沖次數(shù)	少	多
反沖洗	容易，用水量少	不易，用水量大
水頭損失	小	大
濾速	＞15米/時	＜10米/時
出水濁度	1度左右	3度左右
除色除臭	有作用	無作用
廢料利用	無煙煤作燃料	丟棄
截污量	大	小
更換期	5-7年	2-3年

由此可見，無煙煤組成的雙層過濾器，增加了濾料層的吸附面積，降低水頭損失，提高濾層含污能力，濾速高，單位產(chǎn)水量提高50%以上，除濁效果也好，是挖潛改造解決供水緊缺的有效途徑。

例如上海第三鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐分廠，壓力濾器挖潛改造，對原有設(shè)備換上雙層濾料，既提高了產(chǎn)水量，滿足了鑄造生產(chǎn)的用水，又降低了濁度。（見表4 ）

表4 1989年改造前后比較數(shù)據(jù)

項目	出水T/H	濁度mg/l	用水狀況
投產(chǎn)前	120	40-50	用水緊張
投產(chǎn)后	250	10以下	正常供水

1992年11月中國城鎮(zhèn)供水協(xié)公企管委在涌江召開水廠管理現(xiàn)場會，介紹了寧波自來水公司科學(xué)管理經(jīng)驗，對舊的供水系統(tǒng)進行改造，采用無煙煤雙層濾池，成為在同行業(yè)中供水水質(zhì)居較前地位，效益也是同行業(yè)中佼佼者，是目前全國城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)中實現(xiàn)自動化，現(xiàn)代化程度較高的一家，改造前后的經(jīng)濟效益也是顯而易見的（見表5 ）。

表5 寧波自來水公司水廠改造情況

項目		較高	較低	平均值
投產(chǎn)前	原水濁度（度）	120	11	23.5
	處理后濁度（度）	10	2	3.5
	礬耗（kg/千噸）	53.7	30.27	41.9
投產(chǎn)后	原水濁度（度）	70	11	25.77
	處理后濁度（度）	2	0.1	0.4
	礬耗（kg/千噸）	41.6	15.5	26

5、結(jié)論

（1）雙層濾料過濾器比單層濾料過濾器優(yōu)越，濾速大：15m/h，出水濁度：1mg/l，增加產(chǎn)水量50%以上。

（2）雙層濾料級配，如下表：

項目		粒徑mm	厚度mm
無煙煤層		1.2-2	600-900
石英砂層		0.5-1.2	400-600
承托層	石英砂	2-4	150-200
	石英砂	4-6	150-200
	粗砂	6-12	150-200
	礫石	12-25	150-200

（3）是改造挖潛的有效途徑，提高設(shè)備的利用率，提高經(jīng)濟效益。

（4）我國無煙煤產(chǎn)地遼闊，品質(zhì)優(yōu)，蘊藏量大，加工方便，價廉，是優(yōu)良的濾材。