李繼震
（哈爾濱自來水集團有限責任公司 黑龍江 哈爾濱150010）

　　提 要：空氣進入濾層造成過濾水頭損失增大、工作周期減少、濾料流失和水質惡化，對于空氣進入濾層及其造成危害的原因、實例和預防措施做以論述。
　　關鍵詞：濾層 空氣 水頭損失 工作周期 濾料 水質 可控水門

　　1、濾料層進氣產生的原因

　　濾料反沖洗后，濾層中截留物質大部分被沖洗掉，這時，濾層孔隙率最大，水頭損失阻抗系數最小。濾池開始過濾生產時，由于水在濾層中水頭損失小，濾池內水位迅速下降，最后整個濾料表面裸露，在濾料層中進入空氣并出現動水位。待濾水從洗水槽進入濾池直接跌落到濾料表面，攜帶空氣進入濾層過濾（見圖1）。濾層內水頭損失過大，有的濾層內出現負壓現象，溶于水中的氣體從水中析出形成氣塞。

　　隨著工作時間延長，濾層中水頭損失不斷增大，水位不斷上升逐漸浮出水面。這種現象出現，對濾池正常工作和出水水質會帶來很大影響，對其危害產生的原因和解決措施，本文做以闡述。

　　2、濾料層進氣帶來的危害

　　2.1 增大水流在濾層中的水力損失，大幅度降低濾工作周期。
　　由于濾料層裸露，在濾料層中的水位以上部分充滿了空氣，待濾水從洗水槽跌入濾層中時又攜帶空氣進入濾層。
過濾生產一段時間后，濾池的液面將淹沒濾料并不斷上升。在浮力作用下，濾層中空氣欲上浮，過濾水在濾層中向下流動，阻礙空氣上浮，最后，濾層中空氣在向下運動水流的作用下形成氣泡附著在濾料顆粒下方，對水流產生額外阻力。
有人提出過濾時水力坡降公式：

　　i=i₀·[l/l-(△m/m₀)]³

　　式中
　　i⁰——濾池開始工作而且無氣泡時水在濾層中的初期水力坡降，該值取決于濾料粒徑、濾速等因素。
　　i——濾池工作t時間后水在濾層中的水力坡降。
　　m₀——濾池反沖洗后孔隙率。
　　△m——濾池工作t時間后，濾層因截留物質和氣泡使孔隙率減少的數量。
　　由于大量氣泡存在，孔隙率減少的數量△m大幅度增加，從而使水在濾層中的水頭損失迅速增加，濾池工作周期大幅度減小，見圖2。

　　①——濾層中無空氣時水頭損失變化曲線；
　　②——濾層中有空氣時水頭損失變化曲線；
　　H₀——濾池開始工作時初始水頭損失；
　　H₁——濾料層厚度；
　　H₂——濾池工作水頭；
　　T₁——濾層內無空氣時工作周期；
　　T₂——濾層中有空氣時工作周期。
　　濾層內存在空氣層對工作周期影響很大，生產實踐證明濾層中腔調氣時工作周期T2僅為濾層中無空氣時工作周期的50——60%，因而迫使濾池加大反沖洗密度，浪費反沖洗水量。
　　2.2 沖刷濾料對水質產生危害
　　當濾料層裸露時，濾層中出現動水位，實際過濾層厚度下降影響濾過水水質。待濾水從洗水槽跌入裸露的濾層中，待濾水在濾層平面上頒布不均勻，出現若干流量集中區，局部濾速過大，對水質帶來影響。洗水槽上跌落的待濾水沖刷濾料，有時把濾層中截面的物質沖刷下來造成二次污染，甚至出現濾后水質指標大于待濾水現象。
　　2.3 氣泡的浮力作用，反沖洗時千萬濾料流失。
　　過濾工作結束后，關閉濾過水門停止過濾，這時，濾層中有大量空氣釋放出來，形成氣泡浮出水面，但是濾層中仍有相當數量的空氣。反沖洗時濾料片懸浮狀態，濾料顆粒上附著的氣泡使其綜合比重大幅度下降，由于氣泡的浮力作用，有部分濾料顆粒被反沖洗水流帶走，通過洗水槽排到下水道中，造成濾料流失，出現這種現象的水廠需要經常向濾池中補充濾料，造成浪費。

　　3 控制空氣進入濾層的技術措施

　　H0——濾池開始工作時起始水頭損失；
　　H1——濾料層厚度；
　　H2——濾池工作水頭；
　　H3——洗水槽到濾料層下沿高度。

　　控制濾池內水位，不但要使濾層不裸露，而且要使待濾水通過洗水槽進入濾池時不要產生過大的跌水，濾層內不產生真空。反沖洗后濾池投入生產時，控制濾過水門的開啟程度，使濾池內水位在洗水槽上沿H3附近（見圖3）。隨著工作時間延長，水頭損失沿曲線②變化。工作時間達到t1時間，再增加濾過水門開啟程度，水頭損失沿曲線③變化。工作時間達到t2時間，將濾過水門全部開啟，水頭損失延曲線④變化，曲線④變化，曲線④與曲線①重合，當水頭損失達到工作水頭H2，工作時間達到T1時，濾池開始反沖洗。上述操作過程可杜絕空氣進入濾層。
　　控制濾池液位可采用如下方法：
　　對于自動控制濾池國、采用可控制開啟程序的濾過水門，通過濾池工作時間控制濾過水門開啟程序，保證濾池最低工作水位。2、濾池安設液位計，根據濾池液位控制濾過水門開啟程度。3、V型濾池是通過液位計控制濾過水門開啟程度，使濾池在恒水位下工作。對于手動操作濾池，可根據濾池工作時間，手動控制濾過水門的開啟程度。
　　近幾年來，我國水廠建設數量多，自動控制程序高，但是濾過水門往往設計成全開或全關的電動或氣動閥門，不能控制其開啟程序，在生產中千萬濾層裸露和進氣現象，給生產帶來損失，應引起足夠注意。

　　4、濾層內進入空氣實便及改造前后效果比較

　　哈爾濱自來水集團有限責任公司于93年建成一座30×10⁴m³/d凈水廠，有24座雙虹吸策略式濾池，濾過水門是從國外引進的全開或全關氣動蝶閥，不能控制開啟角度，采用雙層濾料，下層0.4m厚海砂，上層0.4m厚無煙煤。
　　由于濾過水門開啟程度無法控制，工作時造成濾層裸露，待濾水沖刷濾料，濾層內進入大量空氣。濾池工作周期為16（冬季）——24（夏季）小時，反沖洗時無煙煤流失，約2--3年左右補充一次無煙煤濾料，每次補充約0.3m厚，濾過水水質受到影響，濁度接近0.3NTU。
　　將濾過水氣動蝶閥改造成開啟程度可控制后，用濾池內液位控制其開啟程度，保證了濾池內水位，杜絕了濾層充氣現象。濾池工作周期增加到36（冬季）——45（夏季）小時，反沖洗耗水量比改造前減少45--50%左右，杜絕了反沖洗時無煙在煤流失現象，濾后水水質提高到0.1——0.8NTU。改造后不但提高了水質，而且帶來了可觀的經濟效益。