無煙煤濾料，石英砂砂雙層濾料濾池和無煙煤濾料，石英砂，磁鐵礦濾料三層濾料濾池濾料粒度對(duì)過濾的影響。
在同種濾料、相同反沖洗條件下，濾層孔隙尺度以及有效孔隙率隨濾料粒度的加大而增加。即濾料粒度越粗，可容納懸浮物的有效空間越大。其表現(xiàn)為過濾能力增強(qiáng)，截污量增大。同時(shí)，濾層孔隙度越大，水中懸浮物能被更深地輸送至下一層濾層，在有足夠保護(hù)厚度的條件下，懸浮物可以被更多地截留，使中下層濾層更好地發(fā)揮截留作用，濾池截污量增加。
從力學(xué)特性講，過濾水流在濾料層中的流動(dòng)與濾料顆粒間的水流剪力則具有使被截留吸附在濾料顆粒表面的懸浮物剝落的可能，并同時(shí)產(chǎn)生附加水頭，即產(chǎn)生水頭損失。濾料粒度增大，孔隙尺度加大，有效孔隙空間增加，過水通道尺度大，過濾水流阻力減弱，水頭損失增量將得以延緩，其結(jié)果達(dá)到規(guī)定水頭損失的過濾周期得以延長(zhǎng)，產(chǎn)水量得以增加。
下表是無煙煤濾料不同粒徑過濾能力比較的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
無煙煤濾料不同粒徑過濾能力比較
組別 序號(hào) 有效粒徑
mm 濾速
m／h 進(jìn)水濁度
NTU 出水濁度
NTU 截留濁度
NTU 周期產(chǎn)水
試驗(yàn)表明，有效粒徑1.33mm濾料的過濾周期產(chǎn)水量大于有效粒徑1.10mm的周期產(chǎn)水量；有效粒徑1.33mm的過濾能力指數(shù)高于有效粒徑1.10mm的過濾能力指數(shù)，比值表明過濾能力高出10％～15％。C組試驗(yàn)表明，在周期產(chǎn)水量和過濾能力指數(shù)方面，有效粒徑1.48mm更高于有效粒徑1.10mm。
然而，應(yīng)當(dāng)看到，隨著濾料粒徑的加大，雖然能更多地發(fā)揮下層濾料的截污作用，但同時(shí)對(duì)穿透深度帶來影響。即在其他條件等同時(shí)，粒徑越粗穿透深度越大，其表現(xiàn)為粒徑粗的濾料過濾出水濁度較粒徑細(xì)的濾料高，或是粒徑粗的濾料截留濁度比粒徑細(xì)的濾料低。
數(shù)據(jù)表明，其他條件特別是進(jìn)水條件等同時(shí)，有效粒徑1.33mm和1.48mm濾料較有效粒徑1.10mm濾料的過濾出水濁度高，截留濁度低。B組數(shù)據(jù)表明，由于進(jìn)水濁度不同，雖然有效粒徑1.10mm濾料的過濾出水濁度不如有效粒徑1.33mm濾料，但其截留濁度高。
粒徑變化對(duì)過濾出水水質(zhì)和截留濁度的影響引出下面有關(guān)L／d的討論與研究。
從嚴(yán)格的理論上講，濾層所具有的對(duì)懸浮物的截留作用來自濾料所具有的表面積。慢濾池的過濾能力主要地來自篩除作用，而快濾池的過濾能力主要來自濾料顆粒表面的吸附作用，這是快濾池與慢濾池過濾機(jī)理最主要的不同之處。在過濾過程中濾料所提供的表面積越大，對(duì)水中懸浮物的附著力越強(qiáng)。為要達(dá)到一定的預(yù)期的水質(zhì)要求，濾料所提供的表面積應(yīng)表現(xiàn)為：?jiǎn)挝幻娣e濾層所提供的表面積必須滿足某一最低量值的要求，相互關(guān)系可以參考如下數(shù)學(xué)式［1］表達(dá)：
S=6(1-ε)／Φ·(L/d)
S——濾料表面積 ε——濾層孔隙度
Φ——濾料球形度 L——濾層厚度
d——濾料的幾何平均粒徑
從上式各參數(shù)的相互關(guān)系可以看出，隨著濾料顆粒粒徑加大，孔隙度加大，所提供的表面積變小。濾層表面積減少的結(jié)果必然會(huì)降低過濾能力。這反映出粒度加大對(duì)過濾效果帶來的負(fù)作用。
這個(gè)式子同時(shí)也清楚地表明，在濾料球形度一定也即濾料種類一定的情況下，能夠抵消粒度變化負(fù)面影響的只有濾層厚度，即L。這樣，此式中的L／d成為關(guān)鍵因素，它決定了濾料所能提供的表面積的大小也就決定了過濾性能。
由此引伸出L／d這一概念。從技術(shù)角度講，L／d值越大越好。而綜合經(jīng)濟(jì)因素，工程中應(yīng)以最小L／d值滿足提供最低量值的濾料表面積達(dá)到預(yù)期的過濾出水水質(zhì)要求。在實(shí)踐中，選用優(yōu)良的濾料級(jí)配和濾層厚度正是保證過濾效能的關(guān)鍵。因此，L／d受到濾池設(shè)計(jì)人員的日益重視。
以上只是試驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)需要根據(jù)具體情況予以調(diào)整。對(duì)于含鐵含錳量高的水應(yīng)添加錳砂過濾層濾料。
為保證濾層反沖洗后具有足夠的清潔度，又能接近均質(zhì)狀態(tài)，目前理想的辦法是采用氣、氣水、水的三段式氣水反沖洗技術(shù)。近年來，國(guó)內(nèi)不少人對(duì)氣水反沖洗進(jìn)行了較為深人的研究。幾乎所有文獻(xiàn)都認(rèn)為三段式氣水反沖洗比二段式氣水反沖洗更為理想，并從機(jī)理上進(jìn)行了探索，本文在此不作贅述。
在濾池充水并在濾床層面上保有一定水深條件下先進(jìn)行單獨(dú)氣沖，一方面通過濾料顆粒間相互磨擦使濾料上粘附的污泥脫落，一方面達(dá)到使濾層攪動(dòng)為均質(zhì)的目的。經(jīng)過一段時(shí)間的氣沖后，不停氣且氣沖強(qiáng)度無須改變的同時(shí)加入水沖，水沖強(qiáng)度很小，只要能使脫落的污泥在合宜的時(shí)間內(nèi)升至排水槽即可。氣水聯(lián)合反沖是能否使濾層潔凈的關(guān)鍵。單獨(dú)氣沖時(shí)脫落的污泥在此階段因氣沖保持濾層流化狀態(tài)下加上水沖被有效地托至上層。第三階段停止氣沖，濾料回落為固定床，使脫落的污泥滯留在上層，隨后的水沖只是漂洗過程，主要是將上層的高濃度泥水托出濾池，同時(shí)進(jìn)一步清除濾層中剩余的脫落污泥，使濾層達(dá)到較徹底的凈化。最后的水沖洗應(yīng)遵循二條原則，一是不使均質(zhì)濾層狀態(tài)受到破壞，二是按沖洗要求要能夠使濾層中剩余的脫落污泥被有效地去除。
本試驗(yàn)選用7％膨脹率獲得了滿意的濾后水質(zhì)，說明此程度的膨脹率及相應(yīng)的水沖強(qiáng)度可以使濾層保持接近均質(zhì)狀態(tài)。
濾池主要設(shè)計(jì)參數(shù)
建成無煙煤濾料均質(zhì)濾層濾池，處理能力各為50萬m3／d。
其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
濾料粒徑范圍dmax～dmin＝2.0～1.0mm，有效粒徑d10＝1.10mm，均勻系數(shù)K↓（60）＝1.35，濾料層厚L＝1.5m。
設(shè)計(jì)濾速V＝7.60m／h；強(qiáng)制濾速V＝7.93m／h。
三段式氣水反沖洗，氣沖階段氣沖強(qiáng)度q＝18～20L／m2·s、歷時(shí)t＝3min；氣水同時(shí)沖洗階段氣沖強(qiáng)度不變，水沖強(qiáng)度q＝4～5L／m2·s、歷時(shí)t＝2～3min；水沖階段水沖強(qiáng)度q＝4～8L／m2·s、歷時(shí)t＝5min。膨脹率η＝0。
2-4毫米顆粒狀無煙煤濾料過濾層的應(yīng)用方法
為了測(cè)試雙層濾池?zé)o煙煤濾料在正常沖洗情況下的流失情況，用了200×200cm方模型進(jìn)行試驗(yàn)，排水槽寬20cm、高56cm，排水槽面積占模型濾池面積的40%。濾料級(jí)配：無煙煤濾料比重1.47、粒徑1.11～1.76、厚30cm，石英砂比重2.77、粒徑0.56～1.11mm、厚度40cm，混雜1cm，墊層2～64mm、厚40cm，試驗(yàn)用水庫(kù)井水，水溫0.5～28℃。
試驗(yàn)時(shí)無煙煤濾料一接觸排水槽底，因過水?dāng)嗝嫱蝗豢s小，即有無煙煤濾料顆粒上躍。沖洗強(qiáng)度再加大，跳動(dòng)煤粒加高加多，可以見到無煙煤濾料顆粒順著排水槽兩側(cè)有個(gè)別流失。再稍一加大，煤粒突然大量跳出，流到排水槽中。試驗(yàn)結(jié)果看到膨脹面超過槽底一定的距離（約17cm）即膨脹面距排水槽頂35～40cm，可以不跑濾料。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，由于排水槽面積占濾池面積要小一些，膨脹面積離排水槽頂也可以小些，以控制不跑濾料。在生產(chǎn)當(dāng)中濾池剛一沖洗時(shí)，濾層內(nèi)會(huì)翻起許多磨茹云，容易帶走無煙煤濾料。后來改變以前在沖洗前把水位只降到排水槽頂?shù)霓k法，將水位降到距濾層頂上15～20cm，沖洗時(shí)先緩開沖洗閘，當(dāng)沖洗水流到槽內(nèi)見黃泥湯，但無濾料時(shí)，再用設(shè)計(jì)的沖洗強(qiáng)度沖洗，這種方法得到了效果。當(dāng)然在沖洗時(shí)還要根據(jù)水溫情況，掌握要求的沖洗強(qiáng)度。要注意防止沖洗管道積氣及濾層內(nèi)產(chǎn)生真空的現(xiàn)象。目前有關(guān)規(guī)范、指南、書籍有的已經(jīng)注意到此種辦法，并提出濾池最高膨脹面要低于排水槽底，然而很多水廠在濾站沖洗上，不是在于習(xí)慣性，就是為圖省事，還是只降水到排水槽頂就進(jìn)行反沖，這樣就常常跑失無煙煤濾料。單一砂濾池在這種情況下，也會(huì)發(fā)生跑砂事故。
無煙煤濾料的使用方法與研究結(jié)論
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