劉俊新 李圭白
(哈爾濱建筑大學)
柏蔚華 樊萃玲 趙樹君 許國仁 方海軍
(大慶油田供水公司)

　　反沖洗是濾池運行的重要環節之一，許多研究已經表明氣水反沖洗比單純用水反沖洗效果好^[1-2]。但常規的氣水反沖洗工藝需要設置鼓風機或空壓機及儲氣罐等設備，費用高、操作復雜、噪音大。本試驗采用射流泵抽氣代替鼓風機或空壓機供氣，操作簡便、設備和運行費用低。

1．試驗設備與條件

　　試驗在大慶油田供水公司的喇二水廠進行，采用除鐵濾罐處理地下水。其中2個濾罐采用氣水反沖洗，即試驗用濾罐，其它濾罐單用水反沖洗，反沖洗水采用濾后水。濾罐直徑3.0m、面積7.07m²、總高度4.2m，內裝錳砂濾料、粒徑0.6～2.0mm、濾層厚1.0 m。氣水反沖洗采用長柄濾頭配水配氣，單純水反沖洗采用穿孔管配水。射流泵抽氣氣水反沖洗工藝流程如圖l。單純水反沖洗與圖1基本相同，只是沒有射流泵和壓力水管。試驗濾罐與水廠其它濾罐在相同條件下運行和管理，各運行參數見表l。

表1 除鐵濾罐運行參數

濾罐

過濾周期(h)

濾速(m／s)

氣水同時沖洗總強度(L／s．m2)

氣水比

氣水同時沖洗時間(min)

單獨水沖洗強度(L/s·m²)

單獨水沖洗時間(min)

總沖洗歷時(min)

氣水反沖洗

72

7~8

10

1

5

20

2

7

單純水反沖洗

72

7~8

--

--

--

20

10

10

2．試驗結果與分析

　　本試驗運行約7個月，試驗濾罐作為水廠生產設備的一部分晝夜連續運行。在試驗期間，對濾罐的除鐵效果和反沖洗效果等方面進行了考察。原水含鐵量為1.4~6.0mg/L，當濾膜成熟后濾罐出水鐵含量基本穩定，達到了飲用水標準。表2是濾膜成熟后，濾罐出水逐月平均含鐵量變化情況。

表2 氣水反沖洗濾罐除鐵效果統計表

月份

原水平均含鐵濃度(mg/L)

出水平均含鐵濃度(mg/L)

出水平均含鐵濃度90％保證率

罐1

罐2

罐1

罐2

6

1.81

0.15

0.16

0.20 mg/L以下

0.20mg/L以下

7

3.11

0.16

0.16

0.21 mg/L以下

0.20 mg/L以下

8

3.23

0.18

0.13

0.20 mg/L以下

0.18 mg/L以下

9

1.94

0.15

0.12

0.20 mg/L以下

0.17 mg/L以下

10

1.93

0.11

0.08

0.17mg/L以下

0.11mg/L以下

　　濾池在反沖洗過程中，排水中的污物量將隨反沖洗時間而變化^[3]。為了定量考察反沖洗排水中鐵濃度的變化情況，對氣水反沖洗濾罐和水廠單純用水反沖洗濾罐反沖洗時排水中鐵濃度進行了監測，結果見圖2。
　　由圖可見，在前5分鐘，氣水反沖洗濾罐為氣水同時反沖洗，排水中鐵濃度很快達到最大值（約1min左右），此后逐漸降低。表明氣水反沖洗具有較強的從濾料表面剝落鐵絮凝體等污物的作用，可在短時間內將污物從濾料表面沖洗下來進入水中，因此表現為排水中鐵濃度很快達到最大值。隨著時間的延長，濾料表面上的污物減少，部分氣體開始做無用功，此時由水將污物輸送出濾罐是主要問題，因此需要用水沖洗。由試驗結果可知，氣水同時沖洗5min是適宜的，反沖洗歷時6min開始用水沖洗反沖洗。由圖2 可見，用水沖洗2min時排水中鐵濃度變化已經平穩。在測定時，為了考察排水中鐵濃度的變化，總沖洗歷時延長至10min，正常運行時總沖洗時間為7min。
　　由圖2可見，水廠內單純用水反沖洗的濾罐的反沖洗排水中鐵濃度變化比較緩慢，在沖洗1~2min時達到最大值，但遠遠小于氣水反沖洗的最大值，此后鐵濃度逐漸降低。對比兩條曲線的變化可看出，氣水反沖洗比單純水反沖洗在節水的同時還具有非常好的沖洗效果。

　　測定反沖洗后濾料層內殘留的污物量，是衡量反沖洗效果的重要指標。當試驗運行半年時，分別將氣水反沖和單純水反沖洗濾罐的濾料表層和表層以下0.4m處各取一定體積的濾料，測定其殘留污物量，結果見表3。由測定的結果可見，氣水反沖洗濾罐內濾料層殘留的污物量比單純水沖洗濾罐內殘留的污物量少得多，特別是表層濾料的殘留污物量，氣水反沖洗罐比單純水反沖洗罐減少63%。

表3濾層內殘留污物量

濾罐

濾層內殘留污物量（kg/m³）

表層

濾層內部

氣水反沖洗

73.5

23.5

單純用水反沖洗

200.0

24.6

3．影響反沖洗效果的主要因素分析

3.1 氣水同時沖洗階段的影響因素
　　氣水同時反沖洗階段的作用主要是將濾料表面的污物剝落下來，其中一部分隨排水流出濾罐。影響反沖洗效果的主要因素有氣水比、氣水沖洗總強度和沖洗歷時等。
　　根據試驗結果，以氣水比l:l～2:l，氣水反沖洗總強度10～15 L/s·m²，氣水反沖洗歷時5min左右為宜。
3.2 氣水反沖洗結束后水沖洗階段的影響因素
　　在氣水同時沖洗結束后，需要再單純用水對濾層進行反沖洗。水沖洗的作用主要是：① 輸送濾罐內殘留的污物；② 清除配氣室內的氣層； ③ 清除濾層內的氣體；④ 對于雙層濾料具有水力分級、分層的作用。根據試驗結果，錳砂濾料以單純水沖洗強度15~20 L/s·m²、沖洗歷時2 min左右為宜。

4．產水量與反沖洗耗水量

　　在試驗運行期間，為便于與單純水沖洗濾罐進行對比，讓氣水反沖洗濾罐的過濾周期和產水量與其它濾罐相同。對比結果見表4。
　　由試驗結果可看出，每沖洗一次，氣水反沖洗比單純水反沖洗可減少耗水量57.26 m³，節水率67.5％。以過濾周期72 h計，一年濾罐沖洗122次，每個濾罐每年可節省反沖洗水6986 m³。氣水反沖洗濾罐的過濾周期比單純水沖洗濾罐的過濾周期延長，如果按不同過濾周期計算節水率，則氣水反沖洗的年節水率會更高。

表4 濾罐產水量與耗水量

濾罐

過濾周期(h)

產水量(m³)

氣水同時沖洗耗水量(m³)

單純水沖洗耗水量(m³)

總耗水量(m³)

耗水率(%)

氣水反沖洗

72

3300~4200

10.61

16.96

27.56

0.7~0.8

單純用水反沖洗

72

3300~4200

--

84.82

84.82

2.0~2.6

5．結論

　　（1）試驗結果表明，用射流泵進行除鐵濾罐的氣水反沖洗是可行的，節水率達67.5%以上。
　　（2）錳砂除鐵濾罐采用氣水反沖洗時，其最佳參數為：
　　氣水比l:l～2:l，氣水反沖洗總強度10～15L/s·m²，氣水反沖洗歷時5min左右，單純水沖洗強度15~20L/s·m²、沖洗歷時2min。

參考文獻

　　[1] 中國建筑科學研究院情報所編輯，過濾技術的發展及氣水反沖洗，1981.6。
　　[2] 廣州市城建局科技情報站，快濾池氣、水反沖洗生產性試驗小結，市政工程技術資料，1982.3。
　　[3] 劉俊新、李圭白, 1989, 濾池氣水反沖洗時排水濁度變化的數學模式, 哈爾濱建筑工程學院學報, 22(4): 60-67