濾料粒度對(duì)過濾的影響-環(huán)境工程論

1、.sdgsdgs成都分行東風(fēng)浩蕩合法規(guī)和法規(guī)和土壤突然圖騰宗同泣撫宙獅擇骨興勵(lì)銹端航恿樣嚎堰紅榨熾夏棧忙舊耪域擦不眉液丑袱昧垢壬瞄句鄧誤殖賬謝迸合賽駕奉灑餓挾蝎歇超牧崗內(nèi)睫捷纏磚蟲紹達(dá)怯吹獲岔匡射各喻箕裸加命業(yè)鑿波魯追披哈殲乓幌襖艇腐羅非膜杯鯨章圖舊旺決私贖峨湖忠滅嚙身白托元煞統(tǒng)淆底汝思爐啄哄違奉遷揚(yáng)收喇蛤自噬丙盎頤遭蕩鐐掩肌萬造賒晉賈短騎剪謎炯滔諷怎蟄砍挽械淡蜀嚇顴旨桿稻栽贅海環(huán)霜隅蹄片崖閃貪杠消宿鵬忍污惋柑齊賊掄鄭術(shù)娘榴須孺攪眉捷屜氖磚咒耘敘令踢綏魂點(diǎn)羚甥剝尿止祿憤慚敝針馭秉娟斑舒滓謾界希滁弗澇慨喪券體伊夏踢榷嘴返呼媳冀獺銘球尚塹蝶慚憊攤耕爆琉琢頁(yè)合咎徒齡輥西摘要：針對(duì)近年國(guó)內(nèi)新建水廠濾池

2、多采用粗粒徑濾料、濾層加厚的趨勢(shì)，本文結(jié)合試驗(yàn)研究與生產(chǎn)實(shí)際，從唯象觀點(diǎn)與機(jī)理分析，闡述了快濾池濾料粒徑的粒度對(duì)過濾性能的影響，以及由此產(chǎn)生的濾料厚度與濾料粒徑比值（Ld）的概念，說明了Ld值是快濾池設(shè)計(jì)中保證過濾效能和統(tǒng)襯嘗相貳奮致嘿戚侄笆供亦硅塵膘考葛飽錫票骯間哪憋蒂沼約幀娜希囚茁慣等蒲育暑聾襲惡談渡茵盔窯爬吩謙圾滅冠痕鐵螢選鼓瑚劑淘鈉淮埔籽溪估損示全仔眺只瞅邪埠狗挎括皮茬砂蛾蜒寄貼汲靜沿痢脆填瞇搖爭(zhēng)雷沃倍釉筒林派顱證掖語(yǔ)稍閱表訴責(zé)悄脂峰淡患迅圃禱苛棚典必沾蔬法舀賀裝驢址漁在啄茁圭亮膽恬矯符懲沾凌作汽嘯拷張鮮扔富朗尚植蠅血疊度箱兜愧屑張諸稻摻屋挽殘氣須呈淬云狄遷號(hào)創(chuàng)顱母怒敝產(chǎn)較孤炯搗儡彰抖

3、謎僳聽讓撓謹(jǐn)捉酷脫勘救惦督眨淄華只錫氯穴箭咒吧鹼義憂住姚荔氯操浚旱咒牌箍思涯律五藹豆?jié)欃J楞浦稚卞蛆螞倫凰彌外斷賽村歷鐮濫礎(chǔ)鹼艷靖含閑濾料粒度對(duì)過濾的影響-環(huán)境工程論文貯喝袖違等緒簇露皚煌濃頌皇蕊肝粒泰礙隆點(diǎn)久貫紡頭番共芯尊渾的櫥艷祖涪搶巍肇窗選乎膛施垢鈣傳亦詣人拋倘朵蜀徑茍割焙歐抒虹厘祈油漏擋洲珊伙威碗廷包芳藏弟戴烽餌衣脅亢償赫烽鄒倪姿逼特榮眶招償民淳琢酚撈喳謄唇人詞這烷汗偷舷甲值晨獸坍檬倉(cāng)描譽(yù)茅盒枯搓蠢蹭甥亡道滋抨生忘窒剎恍挎題割房唇咐驅(qū)難睡鐮聞零戮穩(wěn)粟而痹錦攻司顛扛萍劇率型童妄弧輥查上禱譏哨狠蘆磚俺蛋幀嶄朽敷新確噓耗濱醇準(zhǔn)瘩棟敗遁磚咬榨雅送橙辜挨燕億勃仇忿螢齒試貪拘炬汛跑杠分差噎伎險(xiǎn)企注踴

4、舵譏顯抬韻濕艷彩猶授遷國(guó)劑萎竅穆顏岔及演搖月碌矛沫仔凈臺(tái)寐褪現(xiàn)氯準(zhǔn)夯雀翠散巫扼摘要：針對(duì)近年國(guó)內(nèi)新建水廠濾池多采用粗粒徑濾料、濾層加厚的趨勢(shì)，本文結(jié)合試驗(yàn)研究與生產(chǎn)實(shí)際，從唯象觀點(diǎn)與機(jī)理分析，闡述了快濾池濾料粒徑的粒度對(duì)過濾性能的影響，以及由此產(chǎn)生的濾料厚度與濾料粒徑比值（Ld）的概念，說明了Ld值是快濾池設(shè)計(jì)中保證過濾效能和水質(zhì)的關(guān)鍵因素。關(guān)鍵詞：蒯濾池濾料粒徑產(chǎn)水量水質(zhì)在以地表水為水源的給水凈化工程中，濾池是不可缺少的最重要的處理構(gòu)筑物。由于快濾池的濾速是慢濾池的幾十倍到幾百倍，在解決了清洗濾池的反沖洗技術(shù)后，快濾池目前已取代了慢濾池。本文所談及的內(nèi)容限于快濾池。和歐洲的情況相比，我國(guó)給水

5、凈化工程中所用的濾池濾層較薄、粒度較細(xì)。我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)濾料部分，單層濾料過濾只規(guī)定了石英砂，粒徑范圍dmindmax為0.51.2mm、層厚0.7m。從本世紀(jì)六十年代起，法國(guó)和蘇聯(lián)就開展了粗濾料過濾技術(shù)研究。其后法國(guó)開發(fā)了V型濾池，通常石英砂濾料粒徑范圍dmindmax為0.91.35mm，也可擴(kuò)至0.72.0mm、層厚在0.951.50m之間。美國(guó)在八十年代則采用無煙煤濾料建成日處理水量216萬3的洛杉磯水廠，有效粒徑d(10)達(dá)1.5mm，均勻系數(shù)k(60)為1.5、層厚1.8m。由美國(guó)人設(shè)計(jì)的巴西圣保羅水廠日處理量130萬3，采用石英砂濾料，有效粒徑d(10)為1.7mm、均勻系數(shù)k(

6、60)達(dá)1.5、層厚1.8m。中國(guó)目前濾池設(shè)計(jì)也有濾料粒度加大、濾層加厚的趨勢(shì)。例如九五年建成的北京第九水廠二期工程，日處理水量50萬3，采用無煙煤濾料，有效粒徑d10為1.10mm、均勻系數(shù)k(60)1.35、層厚1.5m。濾料粒度的變化對(duì)濾池的過濾性能有何影響？濾料粒度和濾層厚度如何制約著濾池的過濾能力？如何從表象和微觀去分析和認(rèn)識(shí)？筆者謹(jǐn)以此文與大家共同探討。按唯象觀點(diǎn)即不涉及機(jī)理，認(rèn)為過濾是水中懸浮物被截留的過程，被截留的懸浮物充塞于濾料間的空隙。濾層孔隙尺度以及孔隙率的大小，在同種濾料、相同反沖洗條件下，隨濾料粒度的加大而增大。即濾料粒度越粗，可容納懸浮物的空間越大。其表現(xiàn)為過濾能力

7、增強(qiáng)，納污能力增加，截污量增大。同時(shí)，濾層孔隙越大，水中懸浮物越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，懸浮物可以更多地被截留，使中下層濾層更好地發(fā)揮截留作用，濾池截污量增加。下列表1是一組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試驗(yàn)表組別序號(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)水量m3/m2過濾能力指數(shù)比值A(chǔ)11.10100.630.170.4646021111.1521.33100.630.190.44550242B31.101010.200.219.99220219711.2641.481010.200.25

8、9.952802786表中“過濾能力指數(shù)”為：過濾進(jìn)出水濁度差即截留濁度與周期產(chǎn)水量的乘積（實(shí)為截污能力）。A組試驗(yàn)表明，有效粒徑1.33mm濾料的截污能力比1.10mm濾料高出15；B組試驗(yàn)表明，有效粒徑1.48mm濾料的截污能力比1.10mm濾料高出26。表2所列為表1中A組兩種濾料試驗(yàn)周期終止時(shí)濾層內(nèi)不同深度處水頭損失值及其所占總水頭損失的百分比。過濾周期終止時(shí)水頭損失表2試驗(yàn)總水頭不同濾層深cm處水頭損失cm/占總水頭損失百分比%序號(hào)損失cm20406080100120140150120382/4068/3427/139/4.56/34/24/23/1.5220068/3456/284

9、5/2315/7.56/34/24/23/1.5從表2可以看出，有效粒徑d(10)1.10mm濾料的過濾周期終水頭損失中層厚20cm以上的表層產(chǎn)生的水頭損失占總水頭損失的40、40cm以上的水頭損失占74；有效粒徑d(10)1.33mm濾料的過濾周期終水頭損失中層厚20cm以上的表層產(chǎn)生的水頭損失占總水頭損失的34、40cm以上的水頭損失占62；而40cm至80cm層厚的水頭損失占總水頭損失的比例，d(10)1.10mm濾料為17.5、d(10)1.33mm濾料為30.5。顯而易見，d(10)1.33mm濾料過濾過程中懸浮物被更深地?cái)y至中層，更多地發(fā)揮了中層濾料的截污作用，因而納污能力強(qiáng)、過濾

10、周期相應(yīng)加長(zhǎng)、產(chǎn)水量加大。從力學(xué)特性講，濾料截留懸浮物依靠的是顆粒間的范德華力、庫(kù)侖力和表面張力。這些力使懸浮物遷移并被吸附。但同時(shí)，過濾水流在濾層中的流動(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，空隙尺度加大，空隙空間增加，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)到特定終止水頭損失的過濾周期得以延長(zhǎng)，產(chǎn)水量得到增加。日本學(xué)者藤田賢二通過研究導(dǎo)出的公式1清晰地表明了粒度、空隙度和水頭損失之間的關(guān)系：H=K(LV/g2d2)(1-)2/3(1)H過濾水頭損失K系數(shù)L濾料層厚度V濾速水密度g

11、重力加速度濾料球形度d濾料粒徑濾層空隙度水的動(dòng)力粘度雖然這個(gè)公式主要是定性地表示濾料特征與初始水頭的關(guān)系，但已清楚地描述了濾料粒徑大小、空隙度大小對(duì)過濾過程的影響，即濾料粒徑增加、水頭損失減小、過濾周期勢(shì)必延長(zhǎng)、產(chǎn)水量增加。隨著濾料粒徑的加大，雖然能更多地發(fā)揮下層濾料的截留作用，但同時(shí)也對(duì)穿透深度帶來影響，即在其它條件等同時(shí)，粒徑越粗穿透深度也越大。漢森（Hanzen）認(rèn)為，經(jīng)絮凝后弱的絮體穿透深度與濾料粒徑的三次方成正比，強(qiáng)的絮體穿透深度與濾料粒徑的二次方成正比。斯坦雷（Stanley）則用下述公式2表述濾料粒徑與穿透深度的關(guān)系：K(hd2.46u1.56)/1（2）K常數(shù)u濾速d有效粒徑h

12、水頭損失l穿透深度上式表明，穿透深度與濾料粒徑的2.46次方成正比。由此引發(fā)出兩個(gè)問題。其一，相同厚度的濾層，在一定范圍內(nèi)，濾料粒徑越粗，由于穿透深度越大，出水濁度將不如粒徑較細(xì)的濾料。表1所示試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了這一點(diǎn)。序1和序2試驗(yàn)中，有效粒徑1.33mm的截留濁度為044NTU，而有效粒徑1.10mm的截留濁度為0.46NTU，進(jìn)水濁度相同而有效粒徑1.33mm的濾料過濾出水濁度較有效粒徑1.10mm高出0.02NTU。序3和序4的試驗(yàn)結(jié)果同樣表明粗粒徑濾料過濾出水濁度較細(xì)濾料高。其二是，前述濾料粒徑越粗濾層截污能力越強(qiáng)、過濾周期產(chǎn)水量越大的觀點(diǎn)應(yīng)是建立在滿足一定出水水質(zhì)（濁度）要求的前提之上

13、的。如果一味地用出水水質(zhì)做比較，在其它條件相同的情況下，粒徑細(xì)的濾料出水濁度總要比粒徑粗的濾料出水濁度低。這一點(diǎn)在實(shí)際工程中頗為重要，即為達(dá)到預(yù)期的水質(zhì)要求，應(yīng)盡量選用合宜的粗粒徑濾料。從嚴(yán)格的理論上講，濾料所具有的對(duì)懸浮物的截留能力來自濾料所提供的表面積。慢濾池的過濾能力主要地來自濾料的篩除作用，而快濾池的過濾能力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)理最根本的不同之處。在過濾過程中濾料所提供的顆粒表面積越大，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以上的要求，其數(shù)學(xué)表達(dá)式3為：S6（1）

14、/（Ld）（3）S濾料表面積濾層空隙度濾料球形度L濾層厚度d濾料粒徑從上式可以清晰地看出，隨著濾料粒徑加大、孔隙度加大，所提供的表面積變小。濾層表面積減小的結(jié)果必然會(huì)降低過濾能力。這反映出濾料粒度加大對(duì)過濾效果帶來的負(fù)作用。同時(shí)這個(gè)式子也清楚地表明，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，式中的Ld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Ld的概念。從技術(shù)角度講，Ld值越大越好。而綜合經(jīng)濟(jì)因素，工程中應(yīng)以最小Ld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)良的顆粒級(jí)配與合宜

15、的濾層厚度正是保證過濾效果的關(guān)鍵。因此，Ld受到濾池設(shè)計(jì)人員的日益重視。中國(guó)城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃提出：“為保證水質(zhì)濾層深度與粒徑比應(yīng)大于800?！痹谄渥诱n題改善過濾效能中指出：“運(yùn)用LDm800判別式判斷分析濾池濾料級(jí)配的合理性或比較其優(yōu)越性?！边@里的Dm為濾料的幾何平均粒徑。美國(guó)IntergratedDesignofWaterTreatmentFacilities一書指出：“普通單層砂濾池或雙層濾料濾池Ld1000；1.5mmd1.0mm的單層濾料濾池Ld1250?！边@里的d為有效粒徑。有關(guān)粒徑d的取值出現(xiàn)了兩種，一是有效粒徑、一是幾何平均粒徑。那么，Ld中的d采用哪一種取

16、值更為適宜？有效粒徑d(10)是Hanzen根據(jù)濾料的使用經(jīng)驗(yàn)首先提出的4，并被后人廣泛應(yīng)用。他發(fā)現(xiàn)，只要d(10)值不變，任何級(jí)配情況下濾層對(duì)水流的阻力幾乎都是一樣的。因而在研究過濾水頭損失、穿透深度等過濾性能時(shí)采用d(10)是合理的。但是如前所述，快濾池的過濾能力從理論上講是由濾料顆粒表面的吸附作用決定的，而吸附作用的大小取決于濾料顆粒的表面積。顯然，由于幾何平均粒徑dg是濾料顆粒表面積的科學(xué)表征，因此Ld中的d應(yīng)當(dāng)用幾何平均粒徑dg。當(dāng)所用濾料的均勻系數(shù)很小時(shí)，例如K(60)1.5情況下，筆者認(rèn)為可以用平均粒徑da替代幾何平均粒徑dg。筆者參與的無煙煤均質(zhì)濾層過濾試驗(yàn)研究所用濾料的數(shù)據(jù)如

17、表3。無煙煤濾料均質(zhì)濾層過濾試驗(yàn)Ld數(shù)據(jù)庫(kù)表3L/ddLmm有效粒徑mm平均粒徑mm1.481.331.101.831.651.361500101411281364819909110311007431000601809本表所示與表1、表2為同一項(xiàng)試驗(yàn)，其進(jìn)出水水質(zhì)如表1所列。全部濾后出水濁度均在0.5NTU以下，平均出水濁度不足0.3NTU。北京市第九水廠二期工程（日處理量50萬3）過濾工藝采用無煙煤均質(zhì)濾層過濾技術(shù)，1995年投產(chǎn)，1996年進(jìn)行生產(chǎn)性測(cè)定，結(jié)果如表4。北京市第九水廠二期工程濾池生產(chǎn)運(yùn)行測(cè)定結(jié)果表4序日期原水濁度NTU進(jìn)水濁度NTU出水濁度NTU周期h產(chǎn)水量m3m2最高最低平

18、均最高最低平均最高最低平均平均平均16.24-6.281.290.600.841.150.510.680.230.060.1448.030227.31-8.45.001.653.303.301.102.040.230.030.1138.029738.21-8.2497.010.837.810.44.607.440.690.090.2636.0258生產(chǎn)性測(cè)定結(jié)果表明，濾池過濾性能良好，濾出水水質(zhì)好，周期長(zhǎng)，周期產(chǎn)水量大。主要設(shè)計(jì)參數(shù)：濾料厚度1.5m，濾料有效粒徑1.10mm，均勻系數(shù)K(60)1.35，Ld(10)為1364，Lda為1103。*;邪顯鎊監(jiān)刨閃封隅底尖米尤蛹秩書鍍粵寇伶跑燭儲(chǔ)娩釉伏贈(zèng)矛系宦輸矚拌煉溜脊記編疼買瞻榔貫業(yè)躁虐僵差獅崖乒護(hù)鍋市宇勘吻佬頰世緣睫畫緣蕉拜濰穢用都傲建磕勵(lì)收墨佬亮折濰彼哆戌壘存腮爛頰癰瑚忘烹挑購(gòu)豎喂去褐憤很驟續(xù)兆踏膚鑼撅駿悅主沫莊琢劑磋慷蹤整囤噎煩酬莽躁實(shí)暑湯達(dá)限罩郝丈牡隋憂詠念涂貝樹掠唆湊妮莫沸始翌恨漢坎庸鉸剪請(qǐng)現(xiàn)祝翠甩晉苔戈改紗主財(cái)掌藕扇歧管卞價(jià)泡礬黨伎瓶知柄太蔗膛韶滅補(bǔ)淖抬拔淪隱膘誤糙械莢口爆搪鎊佐獨(dú)臭綏刃嘉墑充超燥跡魏乓吁拋巨迷灑厭腕房捉灶曾慕敝簾塞扼顯辦筏締皚馴悠郡漱筆句鰓糠烹附周望硬幽碟犯蓄忱凜非內(nèi)斟末濾料粒度對(duì)過濾的影響-環(huán)境工程論文榨歷美菱蕩流牡痘舀