不同粒径滤料的滤池运行性能

程星耀(江苏同瑞环保有限公司，江苏 南京 210006)

0 引言

某园区综合水厂包含湖水处理系统。其中主要作用在于园区内湖水水质，此系统由取水泵房、曝气生物滤池、加砂高速沉淀池、重力式砂滤池、超滤以及清水池和湖水供水泵房等组成。其中重力式砂滤池是水质控制至关重要的工序之一。重力式砂滤池自投用以来，重力式砂滤池的处理水量及工作周期未能达到设计目标值。此后，虽然也采取调整药剂投加量及改变反洗参数等各种方式，但是效果甚微。尤其是夏季提升进水负荷后，部分重力式砂滤池工作周期甚至会低至5～6 h。故做此试验以便用于重力式砂滤池整改。

1 试验内容

滤池的主要性能包括制水量、出水水质；评价采用3 项指标表征：水质、制水量、工作周期。影响这3 项指标的设备核心参数分为2 个方面：(1) 设备规格参数：包括滤料的规格选型；(2) 设备工艺参数：滤速、反洗水参数及步序[1]。

1.1 试验目标

采用试验设备装置对核心参数测试进行测试，获得以下技术目标：(1)获得滤料参数：滤料选型(单层/双层)，滤料粒径(砂料粒径2 选1)、滤层厚度(300～500 mm)；(2) 获得运行参数：滤速、反洗水参数及反洗步序。

1.2 试验评价指标

测试过程中性能评价指标的目标值选择如下：(1) 周期：有效工作周期≥14.5 h/d；(2) 水量：滤速≥9.6 m/h；(3) 出水水质：浊度≤2 NTU。

2 试验测试

2.1 试验装置

试验装置采用2 套并联的滤柱作为测试对象。

装置参数：(1) 2 套滤柱，滤柱直径500 mm，高3 m，每套滤柱配置滤板+7 个双速滤帽；(2) 垫层装填高度75 mm；(3) 滤帽规格：滤帽0.25 mm；(4) 滤速：<10 m/h。

运行终止条件：浊度>2NTU 或水头损失达到2.2 m。

2.2 测试仪器

(1) 台式浊度仪，仪表规格：2100 AN，测试指标：浊度NTU；(2) 手持式悬浮物测定仪，仪表规格：TSS Portable(测试)，测试指标：TSS。

2.3 试验设计

工况编号A：滤料种类：石英砂；有效粒径：0.5～0.6 mm；滤层厚度：800 mm；

工况编号B：滤料种类：无烟煤/ 石英砂；有效粒径：1.0～2.0/0.5～0.6 mm；滤层厚度：500/300 mm；

工况编号C：滤料种类：石英砂；有效粒径：0.9～1.0 mm；滤层厚度：800 mm；

工况编号D：滤料种类：无烟煤/ 石英砂；有效粒径：1.0～2.0/0.9～1.0 mm；滤层厚度：500/300 mm；

工况编号E：滤料种类：无烟煤/ 石英砂；有效粒径：1.0～2.0/0.5～0.6 mm；滤层厚度：400/400 mm；

注：测试中每次更新滤料后都需反洗后再投入下一轮测试。

3 结果与分析

3.1 测试情况

工况编号A： 工作时间：4.5 h；滤速：9.7～8.5 m/h(逐步衰减)；平均产水量：1.82 m3/h。平均滤速：9.1 m/h；进水水质2～4 NTU；出水水质：0.3～0.6 NTU；备注：中途调节水阀保持产水量。

工况编号B：工作时间：7.5 h；滤速：9.5～7.5 m/h(逐步衰减)；平均产水量：1.808 m3/h。平均滤速：9 m/h；进水水质1～4 NTU；出水水质：0.4～0.6 NTU；注：中途调节水阀保持产水量。

工况编号C：工作时间：14.5 h；滤速：10～7 m/h(其中前13 个小时流速基本维持9～9.5)；平均产水量：1.91 m3/h。平均滤速：9.56 m/h；进水水质1～10 NTU(多数1～4)；出水水质：0.4～0.7 NTU。

工况编号D：工作时间：14.5 h；滤速：9.5～7 m/h((逐步衰减)；平均产水量：1.73 m3/h。平均滤速：8.65 m/h；进水水质1～10 NTU(多数1～3)；出水水质：0.4～0.5 NTU；备注：中途调节水阀保持产水量。

工况编号E：工作时间：9 h；滤速：10～5 m/h((逐步衰减)；平均产水量：1.73 m3/h。平均滤速：8.65 m/h；进水水质1～10 NTU(多数1～3)；出水水质：0.4～0.6 NTU；注：中途调节水阀保持产水量。

测试各工况时间效应的产水效率变化趋势图如图1 所示，测试各工况时间效应的产水压力(水头损失) 变化趋势图如图2 所示。

图1 测试各工况时间效应的产水效率变化趋势图

图2 测试各工况时间效应的产水压力(水头损失)变化趋势图

3.2 测试分析

3.2.1 滤料配置对产水水质的影响

表1 显示，测试滤速8.5～9.5 m/h 工况下，出水水质基本稳定。未曾受到滤料形式，层高不同的影响。即无论是单层滤料、双层滤料、砂粒径0.5～0.6 mm 还是0.9～1.0 mm，出水水质在整个工作周期过程中，基本可以稳定在0.5 NTU 左右。故测试运行工况，水质对已选择的滤料组合不敏感[2]。

3.2.2 料配置对工作时间的影响

从图1 和图2 中可看出不同粒径的石英砂滤料与无烟煤组合的工作时间表现不同。测试结果显示：满足工作周期>12 h的工况有2 个，工况C 和工况D[3]。主体滤料为0.9～1.0 mm 石英砂。不同粒径滤料情况分述如下：

(1) 采用0.5～0.6 mm 的石英砂滤料：工况A(单层滤料0.5～0.6 mm 石英砂) 工作时间最短。工况运行结束后，现场可以观察到滤料表面覆盖了薄薄的1 层泥膜层。此滤料的主体过滤模式属于浅层过滤。因此虽然滤层高度L=800 mm，但多数滤层无法参与工作。

结合测试情况和图1 时间效应趋势图，说明工况A(单层0.5～0.6 mm 石英砂滤料) 属于浅层过滤，虽然滤层高度L=800 mm，但实际参与工作的滤层有限。故采用工况B(双层滤料，替换部分砂为无烟煤) 时，无烟煤具备一定的纳污工作容量，无烟煤加入增加了有效工作层高，表现出工作周期变长。

(2) 采用0.9～1.0 mm 的石英砂滤料：0.9～1.0 mm 的石英砂滤料工况表现与细0.5～0.6 mm 的石英砂滤料不同，随着无烟煤替换砂层高度增加(工况CDE)，工作时间呈现下降趋势。

3.3 测试结论

在以湖水为原水经过高速加砂斜板澄清池作为预处理工艺，进水浊度稳定1～4 NTU(短期<10 NTU) 的运行状况下。

粒径规格0.9～1.0 mm 的石英砂滤料的过滤模式是深层过滤，出水浊度稳定在(0.4～0.7 NTU)，滤料层高与滤料截污能力成正比，同时也与运行周期时长成正比。当采用无烟煤的状态下具有一定的截污能力但截污能力比0.9～1.0 mm 的石英砂滤料差，将会造成运行周期减少。但是无烟煤对过滤液中其他的指标影响不在本文的讨论范围内[4]。

粒径规格0.5～0.6 mm 的石英砂滤料的过滤模式是浅层过滤，出水浊度稳定在(0.4～0.6 NTU)，滤料层高与滤料截污能力无关联性，同时也与运行周期时长也无关联性。投运初期出水水质优秀，但是在滤料表层覆盖了薄薄的1 层泥膜层后水头损失急速上升。当采用无烟煤的状态下出水水质依旧稳定，且无烟煤的截污能力比0.5～0.6 mm 的石英砂滤料强，将会造成运行周期增长。