细砂比例对均匀级配石英砂滤料过滤性能的影响研究

细砂比例对均匀级配石英砂滤料过滤性能的影响研究

杨永升

341126199005066332

摘要：作为常规水处理工艺的重要组成部分，过滤效果的改善有助于提高出水水质。现代过滤理论一般认为，在快滤池过滤过程中，滤料对水中悬浮物的截留能力与其表面特性和所提供的颗粒表面积有关。石英砂是目前国内水厂使用的主要滤料之一。近年来，石英砂粒度对过滤水质量影响的研究逐渐引起了国内学者的关注。本文主要分析细砂比例对均匀级配石英砂滤料过滤性能的影响。

关键词：均匀级配滤料；石英砂；细砂比例；颗粒性质；过滤性能

引言

为了满足设计标准，净水厂所用石英砂滤料的粒径范围为0.5 ~ 1.2 mm，在此粒径范围内，对不同粒径的石英砂滤料进行了中试研究。通过对比浊度、氨氮、有机物、无脊椎动物含量、水头损失等指标，探讨细砂滤料的过滤效果，旨在为净水厂升级改造提供技术参考。

1、材料与方法

1.1中试系统与水质

中试试验系统建立在西安市某地表水厂，系统进水为水厂地表原水进水。包括供水系统、砂滤系统、反冲洗系统。供水系统包括混合反应池，网格絮凝池，斜管沉淀池，加药系统。原水经过絮凝沉淀以控制砂滤系统的进水浊度。砂滤系统由2根平行有机玻璃滤柱（1#、2#）组成，内径100mm，总高2.7m。滤柱由上到下依次为水头变化区、滤层、承托层和配水配气室。其中配水配气室高度150mm，承托层厚度150mm，由粒径为8~15mm的卵石构成。石英砂滤层厚度110cm，沙面上方设1个取样口，滤层表面以下10、30、50、70、90、110cm深度共设置6个取水样口。

1.2实验方法

细砂比例对均匀级配滤料除浊性能的影响在两根中试滤柱中分别加入A与B两种不同级配参数和细砂比例的均匀级配滤料，这里的细砂特指＜0.9mm和0.9-1.0mm粒径范围的滤料。A与B滤料是购于同一厂家的新砂滤料，因此二者的物理化学性质、表面形貌等基本一致，唯一不同在于细砂比例和级配参数不同。1#滤柱填充的A滤料d10、d60、K60更低，细砂比例29%；2#滤柱填充的B滤料d10、d60、K60较A滤料高，细砂比例16%，二者最大的区别在于细砂比例的差异。

参考水厂滤池实际运行参数确定基本运行条件为：运行周期24h，滤速8m/h，在进水管道加入3-6mg/L的助凝剂（复合硅酸钠）和10-15mg/L的絮凝剂（聚合氯化铝铁），控制沉后水浊度在0.8-2.0NTU。反冲洗强度及时间：气冲4min，强度17L/(s·m2)；气水混冲7min，气冲强度17L/(s·m2)，水冲强度5L/(s·m2)；水冲4min，强度5L/(s·m2)。运行2-3周，当出水浊度稳定在一定范围内，说明运行稳定，在运行周期内定时连续测定1#和2#滤柱的出水浊度、水头损失；在24h运行周期末端取不同深度滤层滤料测定含泥率；《生活饮用水卫生标准》指出常规饮用水浊度不得大于1NTU，保持其他运行条件不变，考察1#和2#滤柱出水浊度超出控制浊度（1NTU）的运行时间。以此探究滤料细砂比例对除浊性能的影响。需要说明的是，本研究所测数据均为平行取样三次，测量后取其平均值，考察截留特性的实验数据亦是如此。

2、结果与讨论

2.1细砂比例对均匀级配滤料除浊性能的影响

出水浊度控制沉后水浊度分别为：0.8-1.2NTU、1.0-1.5NTU、1.5-2.0NTU，在24h运行周期内定时取1#和2#滤柱出水水样，使用哈希浊度仪测定出水浊度。以《生活饮用水卫生标准》规定的1NTU作为控制浊度，在24h运行周期内，两根滤柱的出水浊度均满足要求。在不同沉后水浊度下，2#滤柱的出水浊度始终高于1#滤柱0.2NTU左右。《室外给水设计标准》要求均匀级配滤料d10=0.9~1.2mm，K60<1.6，可见，即使滤料的级配参数均在要求范围内，滤料细砂比例29%的1#滤柱除浊能力更高。过滤作用主要有迁移和吸附两种机理，悬浮颗粒首先靠迁移作用到达滤料表面，靠惯性、沉淀、扩散等力学作用完成迁移过程，而后吸附在滤料表面完成去除。迁移作用的大小主要取决于滤料的级配组成，吸附作用主要取决于滤料表面性质。A滤料的细砂比例更高（29%），一方面减小了石英砂滤料的间隙，增强了悬浮颗粒向滤料表面迁移的作用，另一方面也增大了滤料的比表面积，促进了颗粒在滤料表面的吸附作用，因此除浊性能更好。

2.2对出水有机物和氨氮的影响

在本研究中观察到的浊度范围内，水中codmn、TOC和氨的浓度通常不受浊度的影响，这反映在混凝剂混合物中有机物和氨氮的浓度相对较低，去除能力有限东江原水存在的有机物和氨氮仍有待滤池处置。因此，选择了在低浊水条件下对废水处理厂的普通细沙和沙子中的有机物和氨氮进行评估。比较表明，水中细砂的有机物和氨氮含量略低于污水处理厂的常用砂。由于本研究的石英砂滤清器是一种新填充的滤清器，有机物质的去除能力主要取决于生物膜悬浮膜的能力。生物膜粘附膜的能力与滤膜本身的特性有关——在同样的滤膜条件下，细砂滤膜粒径较小，可以有效增加滤膜表面，从而在一定程度上提高生物膜粘附膜的能力。

2.3对出水无脊椎动物含量的影响

不同浊度条件下无脊椎动物的存在表明，水外无脊椎动物的存在率较低，而与无脊椎动物相比，薄砂的处置率约为99%，而污水处理厂的典型石英砂处置率仅为此外，如果水含有大量无脊椎动物，则离开水的无脊椎动物数量仍然很少；经典石英砂对无脊椎动物的过滤效果在季节之间差异很大。1月至3月，粗砂滤清器的去除效果良好，但5月以后，粗砂过滤水的无脊椎动物含量显着增加。与此同时，水的浊度和浮游动物含量表明，在所研究的浊度范围内，无脊椎动物的总浓度与水的浊度和季节没有显着的相关性，这可能与无脊椎动物的体积小、生物透明和信噪比有关即使总量处于相同的数量水平，无脊椎动物在不同季节的分布也可能存在差异。对浮游动物样本的分类显示，不同季节水中无脊椎动物物种之间差异很大。1月至3月，水生无脊椎动物主要由大型蚤和配偶组成，而5月至7月，轮状病毒幼虫和小型配偶成了原始水中的主要种群。研究不同粒径的石英砂对不同类型无脊椎动物的处置效果。与水厂的水蚤相比，水厂的典型石英砂对小浮游动物(如履带和桡足类动物)的处置效果较低，而对小无脊椎动物来说，沙截获率较低当水中无脊椎动物的水平相同时，细砂出口水中无脊椎动物的水平仍然较低，而常规石英砂出口水中无脊椎动物的水平则显着上升，原因是在l中以中小型无脊椎动物为主时，拦截效应较低因此，当水受到小规模生物危害时，细砂过滤器可以更有效地应对和应对冲击，以确保水的安全供应。

结束语

在同样的水浊度条件下，细砂过滤后的水浊度较低，控制流出水的浊度低于0.1 ntt；与此同时，细砂更能抵御突如其来的高浊度水质问题。细砂对无脊椎动物的截获率约为99%，同时有效应对了轮虫、椰子树和椰子树幼虫等小型无脊椎动物的出现风险。细砂滤清器进一步提高了罐内有机物和氨氮的去除能力。细砂滤清器失水较快，降低水分浊度可有效延长滤清器罐运行时间，同时滤清器初始输出水分浊度较高，但细砂初级滤清器水分浊度较低。与其他深度处理方法相比，细砂具有部分膜处理效果，保持和改进了砂滤池的原有功能，而无需增加水厂用地。

参考文献：

[1]杨瑾涛.复合滤层深床滤池用于污水深度处理[J].净水技术.2021,40(05):87-91.

[2]梁越,周洋,吕平毓,等.颗粒级配影响滤层系统细颗粒迁移试验研究[J].水利水电技术.2020,051(004):152-158.

[3]卢奇,张殿光,杨毓博,等.滤料粒径对过滤效率的影响研究[J].山西建筑.2020,46(02):85-87.

[4]彭进湖,何孙胃,陈丽珠,等.细砂滤料的过滤性能及运行效果[J].中国给水排水.2021,37(01):40-45.

[5]陈若娅,吴慧芳,李响,等.粒径及滤层厚度对石榴石滤料的过滤性能影响研究[J].环境污染与防治.2019,41(10):1182-1187