李圭白 鄭庭林 劉俊新
(哈爾濱建筑工程學(xué)院)
張大川、羅先貴、趙正倫、王燕平、趙慶秋、羅締思、張培根等
(重慶市自來水公司)

　 　　摘 要：用射流泵代替空壓機或鼓風(fēng)機進行濾池氣水反沖洗、能大大降低設(shè)備扣運行費用。半生產(chǎn)性試驗表明，這種工藝效果良好，在技術(shù)上可行。本文闡述了這種新工藝在設(shè)備組成、工藝參數(shù)、沖洗效果等方面的試驗研究成果。
　　濾池是水處理工程中最常用的設(shè)備。濾層沖洗得好壞，對濾池的過濾效果以及工作的經(jīng)濟性有重大影響。氣水反沖洗濾池比單獨用水反沖洗效果好，但需設(shè)置大容量空氣壓縮機或鼓風(fēng)機，由于設(shè)備費用高、操作復(fù)雜，且工作時震動大，噪聲強，推廣緩慢。用射流泵進行濾池氣水反沖洗，則能大大降低設(shè)備和運行費用，簡化操作，減小噪聲，有利于推廣。該項技術(shù)已申請專利。本文重點介紹半生產(chǎn)性試驗研究的成果。

1．半生產(chǎn)性試驗裝置

　　射流泵抽氣進行濾池氣水反沖洗的半生產(chǎn)性試驗，是在室內(nèi)小型試驗的基礎(chǔ)上進行的。試驗濾池設(shè)在重慶市打槍壩水廠。試驗濾池有兩個，過濾面積都是lm²，為正方形。一個濾池用長柄濾頭作配水配氣系統(tǒng)。如圖l(1)。濾頭安裝在濾池下部的隔板上；濾頭呈棋盤狀布置，間距為0.14m。隔板下配水室高度為0.45m。隔板上設(shè)厚度為0.05m的粗砂(粒徑2～4mm)，其上為0.3m厚的石英砂濾層(粒徑0.5～1.0mm)和0.4m厚的無煙煤濾層(粒徑0.7～1.7mm)。排水槽，槽頂距砂面0.68m。排水槽頂設(shè)有40目尼龍防砂網(wǎng)，以防氣水反沖洗時濾料流失。濾池總高度為3.5m。射流泵豎直安裝在濾池的反沖洗水管上。射流泵以水廠出廠水為壓力水源。濾池反沖洗時，壓力水經(jīng)射流泵的噴嘴噴出，將空氣吸入，形成氣水混合液，送入濾池下部配水室；氣水分離后，經(jīng)長柄濾頭均勻分布于濾池平面上，自下而上地對濾層進行氣水同時反沖洗；氣水反沖洗后，再單獨用水反沖洗，以排除濾層中積存的氣泡，并使雙層濾料分層。反沖洗后的廢水，由上部排水槽收集并排出池外。
　　另一個試驗濾池用穿孔管作配水和配氣系統(tǒng)，如圖1(2)。穿孔配水管設(shè)于池底部，其上設(shè)卵石承托層(粒徑：32~16mm，16~8mm，8~4mm，4~2mm。各層厚度為0.15m，0.10m，0.10m和0.13m)。穿孔配氣管設(shè)于粒徑為4~2mm的承托層中。承托層上設(shè)雙層濾料層，粒徑和厚度同前。排水槽頂距砂面為0.45m。濾池總高度及其它尺寸同前。該濾池與前述濾池共用一臺射流泵。并在射流泵后設(shè)置一個氣水分離箱，將分離后的水和氣分別送入穿孔管配水和配氣系統(tǒng)，自下而上對濾層進行氣水同時反沖洗。用穿孔管進行配水和配氣，不僅可用于新建濾池，并且特別適于普通快濾池的改造。

2．試驗結(jié)果及分析

　　本試驗自1987年7月開始，至12月結(jié)束，歷時5個多月，經(jīng)歷了嘉陵江的洪水期及平水期。流進濾池的沉淀水濁度最低為3度，最高為25度，平均為13度；水溫為17.5~26.5°C。試驗結(jié)果分述如下 ：
2.1 氣水反沖洗最佳工藝參數(shù)的試驗研究
　　為了確定半生產(chǎn)性試驗的工藝參數(shù)，先用10根濾柱進行了兩批正交試驗。濾柱內(nèi)徑為150mm，長4m，下部安裝長柄濾頭作為配水配氣系統(tǒng)，濾頭上部設(shè)粒徑為0.5～1.2mm石英砂濾料，厚為0.4m，及0.8～1.8mm的無煙煤濾料，厚為0.3m。試驗也在打槍壩水廠進行，試驗條件與半生產(chǎn)試驗相同。濾柱以等速過濾方式工作，濾速控制在13~16m/h。當濾層水頭損失達到1.7m時，進行反沖洗。反沖洗水由出廠壓力水供給，反沖洗空氣由空氣壓縮機供給。先用氣水同時反沖洗若干分鐘，再單獨用水反沖洗2min。第l批正交試驗選擇了氣水同時反沖洗的氣水比、氣水反沖洗總強度和氣水同時反沖洗時間，以及單獨水反沖洗強度四個因素進行考察，以過濾周期作為考察指標。每個因素選擇3個水平。試驗結(jié)果如圖2。由正交試驗結(jié)果分析及圖2可知，影響過濾周期的主要因素是單獨水反沖洗強度，其次是氣水比和氣水同時反沖洗時間，而氣水反沖洗總強度在試驗范圍內(nèi)對過濾周期影響較小。這是因為在氣水同時反沖洗時，無煙煤與石英砂幾乎完全混雜，增大單獨水反沖洗強度可使煤砂很好分層，增大過濾周期。
　　第2批正交試驗，氣水比為2:1固定不變，選擇氣水反沖洗總強度和反沖洗時間、單獨水反沖洗強度和反沖洗時間四個因素進行考察，每個因素選擇3個水平。試驗結(jié)果如圖2。由分析可知，影響過濾周期的主要因素仍是單獨水反沖洗強度；其它因素依次是單獨水反沖洗時間、氣水同時反沖洗時間和氣水反沖洗總強度。
　　綜合第l批和第2批試驗，可知工藝參數(shù)宜選氣水比為1.5:l~2:1，氣水反沖洗總強度為12 L/（s.m²）左右，氣水同時反沖洗時間為5~7min，單獨水反沖洗強度為15 L/（s.m²）左右，單獨水反沖洗時間以2min為佳。

2.2 半生產(chǎn)性濾池的運行方式和運行條件
　　試驗濾池按恒水頭減速過濾方式工作。濾前水位始終保持在砂面以上1.7m左右。初濾速控制在14～17m／h。濾池每2d反沖洗一次，過濾周期平均為47h。周期結(jié)束時，末濾速僅較初濾速減少3—4m／h。濾池的平均濾速，對穿孔管配水配氣濾池為13.4m/h，對濾頭配水配氣濾池為14.5m／h。
　　由于出廠水的壓力經(jīng)常變動，所以濾池每次反沖洗時，射流泵前的水壓力都是不相同的，一般變化于2.2～3.5大氣壓之間。氣水同時反沖洗時，水的反沖洗強度為4.8～5.7L/（s.m²），平均為5.3 L/（s.m²）；氣的反沖洗強度為4～10.6 L/（s.m²），平均為7.2 L/（s.m²）；氣水比為0.83:1~2:1，平均為1.36:1；氣水反沖洗總強度為8.8～16.3 L/（s.m²），平均為12.6 L/（s.m²）；
　　氣水同時反沖洗時間為5min；單獨水反沖洗強度為12～17 L/（s.m²），平均為15 L/（s.m²）；單獨水反沖洗時間為2min。反沖洗耗水率，對穿孔管配水配氣濾池為0.6％，對濾頭配水配氣濾池為0.59％。
　　濾池反沖洗時，射流泵工作正常，氣水分離箱分離效果良好；不論長柄濾頭或穿孔管，配水配氣都較均勻；單獨水反沖洗后，煤砂濾層分層情況良好，砂面平整干凈。
2.3　 試驗濾池的排水濁度、排污率和濾層含泥量
　　濾池的排水濁度、排污率及濾層含泥量均從不同側(cè)面反映了濾池的沖洗效果。
　　試驗表明，濾池氣水反沖洗一開始，排水濁度就急劇升高，在0.5min前后出現(xiàn)最大值，濁度可達8000～10000度，隨后排水濁度迅速減小，于反沖洗結(jié)束時可降至30~120度。污物的排除率，在氣水同時反沖洗結(jié)束時可達80~88％；再經(jīng)單獨水反沖洗2min，排除率可達97.5～99.6％。表1為在試驗期間進行的3次濾層含泥量的測定結(jié)果，由表可知，濾池經(jīng)數(shù)月運行后，濾層的含泥量仍很低。此外，肉眼觀察，濾料沖洗后具有與新濾料同樣的光澤，沒有發(fā)現(xiàn)濾料有泥膜，煤砂交界面也無泥球產(chǎn)生，表明沖洗效果良好。

濾層平均含泥量(％)　 表1

取樣日期

穿孔管配水濾池

濾頭配水濾池

8月12日

0.1

0

9月29日

1.42

1.38

11月10日

0.5

s

0.2

2.4 濾池的過濾水頭損失和出水水質(zhì)
　　濾池的初期水頭損失是衡量濾層反沖洗效果的一個指標。圖3中繪出了濾池初期水頭損失隨過濾周期數(shù)的變化情況。為了避免水頭損失受初濾速的影響。圖3中以初期水頭損失對初濾速的比值H₀/V₀為縱座標。由圖可見，濾層初期水頭損失只在很小范圍內(nèi)波動沒有隨周期數(shù)而增大的趨勢，這表明濾層沖洗效果良好。

　

　　濾池過濾過程中，水頭損失的變化，也一定程度反映出濾池反沖洗效果的好壞。圖4是兩個試驗濾池平均過濾水頭損失變化的情況。由圖可見，濾層水頭損失在過濾過程中增加緩慢，在較高的濾速條件下，濾池期終水頭損失不到1.60m，遠較濾池所能提供的極限水頭損失值要小，事實表明濾池的過濾周期可大大超過試驗值。試驗表明，濾池過濾水頭損失沒有隨過濾周期數(shù)而增加的趨勢，這也反映出濾池沖洗效果良好。
　　圖4還繪出了兩個試驗濾池出水濁度的變化情況(多次試驗的平均值)。由圖可見，濾池出水濁度在整個過濾周期里穩(wěn)定少變，并且—般都小于2度，出水水質(zhì)良好。圖5繪出了試驗濾池進水濁度和出水濁度的頻率分布曲線。由圖可見，進水濁度的中值(50％)約為13度，出水濁度的中值約為1度，表明濾層截污能力始終是很強的。

2.5 防止濾料流失的措施
　　氣水同時反沖洗濾層時，濾料能被上浮氣泡攜帶至水面而隨水流失。為了解濾料攜升的高度，在濾柱內(nèi)進行了專門試驗。濾柱內(nèi)裝填粒徑為0.5～1.0mm的石英砂濾料，濾層厚0.7m，濾層下部設(shè)長柄濾頭配水配氣。向濾柱下部送入不同流量的空氣和水，進行濾層的氣水反沖洗。并觀察濾料的最大攜升高度。圖6為試驗結(jié)果。圖中縱軸為攜升濾料至膨脹濾層表面的高度，橫軸為氣反沖洗強度。由圖可見，當水的反沖洗強度不變時，濾料的最大攜升高度隨氣反沖洗強度增加而增大。氣水同時沖洗時，濾料的攜升高度要比單獨氣反沖洗時（即水反沖洗強度為零）明顯增大。但在試驗的水反沖洗強度范圍內(nèi)（5~20L/（s.m²）)，水的反沖洗強度對濾料的攜升高度影響不很大。由圖中濾料的最大攜升高度數(shù)值可知，對常規(guī)的排水槽安設(shè)高度而言，氣水同時反沖洗時，濾料的流失是不可避免的，這也正是氣水同時反沖洗有待解決的問題。
　　在半生產(chǎn)性試驗中，采用了安設(shè)尼龍網(wǎng)攔截的方法防止濾料流失。尼龍網(wǎng)孔徑為40目，網(wǎng)高為250mm，傾斜安裝在排水槽外側(cè)，網(wǎng)頂高出排水槽頂50～l00 mm。為了觀察尼龍網(wǎng)的攔截效果，兩個試驗濾池的排水槽采用了不同的安設(shè)高度，一個為0.68m接近常規(guī)值，另一個為0.45m遠低于常規(guī)值。經(jīng)過近半年的運行觀察，尼龍網(wǎng)防止濾料流失的效果良好，表明這種方法在生產(chǎn)中是完全可行的。

3. 幾點結(jié)論

　　1．半生產(chǎn)性試驗表明，用射流泵進行濾池氣水反沖洗是可行的，它能大大降低設(shè)備和運行費用，且易于推廣。
　　2．在近半年的運行時間里，半生產(chǎn)性試驗濾池，在平均進水濁度約為13度，平均濾速達13.4~14.5m/h，平均過濾周期47h，氣水同時反沖洗時水反沖洗強度為5.3 L/（s.m²），氣反沖洗強度為7.2 L/（s.m²），反沖洗時間為5min，單獨水反沖洗強度為15 L/（s.m²），反沖洗時間為2min條件下，濾池沖洗效果良好，濾池初期水頭損失和過濾水頭變化皆無隨周期數(shù)增大的趨勢，濾后水平均濁度約為1度，出水水質(zhì)良好。
　　3．半生產(chǎn)性試驗采用40目尼龍網(wǎng)攔截以防止濾料流失的方法，經(jīng)近半年試驗表明，效果良好，在生產(chǎn)上是可行的。