滤料层进气产生的原因、危害及防范措施

李继震
（哈尔滨自来水集团有限责任公司 黑龙江 哈尔滨150010）

　　提 要：空气进入滤层造成过滤水头损失增大、工作周期减少、滤料流失和水质恶化，对于空气进入滤层及其造成危害的原因、实例和预防措施做以论述。
　　关键词：滤层 空气 水头损失 工作周期 滤料 水质 可控水门

　　1、滤料层进气产生的原因

　　滤料反冲洗后，滤层中截留物质大部分被冲洗掉，这时，滤层孔隙率最大，水头损失阻抗系数最小。滤池开始过滤生产时，由于水在滤层中水头损失小，滤池内水位迅速下降，最后整个滤料表面裸露，在滤料层中进入空气并出现动水位。待滤水从洗水槽进入滤池直接跌落到滤料表面，携带空气进入滤层过滤（见图1）。滤层内水头损失过大，有的滤层内出现负压现象，溶于水中的气体从水中析出形成气塞。

　　随着工作时间延长，滤层中水头损失不断增大，水位不断上升逐渐浮出水面。这种现象出现，对滤池正常工作和出水水质会带来很大影响，对其危害产生的原因和解决措施，本文做以阐述。

　　2、滤料层进气带来的危害

　　2.1 增大水流在滤层中的水力损失，大幅度降低滤工作周期。
　　由于滤料层裸露，在滤料层中的水位以上部分充满了空气，待滤水从洗水槽跌入滤层中时又携带空气进入滤层。
过滤生产一段时间后，滤池的液面将淹没滤料并不断上升。在浮力作用下，滤层中空气欲上浮，过滤水在滤层中向下流动，阻碍空气上浮，最后，滤层中空气在向下运动水流的作用下形成气泡附着在滤料颗粒下方，对水流产生额外阻力。
有人提出过滤时水力坡降公式：

　　i=i₀·[l/l-(△m/m₀)]³

　　式中
　　i⁰——滤池开始工作而且无气泡时水在滤层中的初期水力坡降，该值取决于滤料粒径、滤速等因素。
　　i——滤池工作t时间后水在滤层中的水力坡降。
　　m₀——滤池反冲洗后孔隙率。
　　△m——滤池工作t时间后，滤层因截留物质和气泡使孔隙率减少的数量。
　　由于大量气泡存在，孔隙率减少的数量△m大幅度增加，从而使水在滤层中的水头损失迅速增加，滤池工作周期大幅度减小，见图2。

　　①——滤层中无空气时水头损失变化曲线；
　　②——滤层中有空气时水头损失变化曲线；
　　H₀——滤池开始工作时初始水头损失；
　　H₁——滤料层厚度；
　　H₂——滤池工作水头；
　　T₁——滤层内无空气时工作周期；
　　T₂——滤层中有空气时工作周期。
　　滤层内存在空气层对工作周期影响很大，生产实践证明滤层中腔调气时工作周期T2仅为滤层中无空气时工作周期的50——60%，因而迫使滤池加大反冲洗密度，浪费反冲洗水量。
　　2.2 冲刷滤料对水质产生危害
　　当滤料层裸露时，滤层中出现动水位，实际过滤层厚度下降影响滤过水水质。待滤水从洗水槽跌入裸露的滤层中，待滤水在滤层平面上颁布不均匀，出现若干流量集中区，局部滤速过大，对水质带来影响。洗水槽上跌落的待滤水冲刷滤料，有时把滤层中截面的物质冲刷下来造成二次污染，甚至出现滤后水质指标大于待滤水现象。
　　2.3 气泡的浮力作用，反冲洗时千万滤料流失。
　　过滤工作结束后，关闭滤过水门停止过滤，这时，滤层中有大量空气释放出来，形成气泡浮出水面，但是滤层中仍有相当数量的空气。反冲洗时滤料片悬浮状态，滤料颗粒上附着的气泡使其综合比重大幅度下降，由于气泡的浮力作用，有部分滤料颗粒被反冲洗水流带走，通过洗水槽排到下水道中，造成滤料流失，出现这种现象的水厂需要经常向滤池中补充滤料，造成浪费。

　　3 控制空气进入滤层的技术措施

　　H0——滤池开始工作时起始水头损失；
　　H1——滤料层厚度；
　　H2——滤池工作水头；
　　H3——洗水槽到滤料层下沿高度。

　　控制滤池内水位，不但要使滤层不裸露，而且要使待滤水通过洗水槽进入滤池时不要产生过大的跌水，滤层内不产生真空。反冲洗后滤池投入生产时，控制滤过水门的开启程度，使滤池内水位在洗水槽上沿H3附近（见图3）。随着工作时间延长，水头损失沿曲线②变化。工作时间达到t1时间，再增加滤过水门开启程度，水头损失沿曲线③变化。工作时间达到t2时间，将滤过水门全部开启，水头损失延曲线④变化，曲线④变化，曲线④与曲线①重合，当水头损失达到工作水头H2，工作时间达到T1时，滤池开始反冲洗。上述操作过程可杜绝空气进入滤层。
　　控制滤池液位可采用如下方法：
　　对于自动控制滤池国、采用可控制开启程序的滤过水门，通过滤池工作时间控制滤过水门开启程序，保证滤池最低工作水位。2、滤池安设液位计，根据滤池液位控制滤过水门开启程度。3、V型滤池是通过液位计控制滤过水门开启程度，使滤池在恒水位下工作。对于手动操作滤池，可根据滤池工作时间，手动控制滤过水门的开启程度。
　　近几年来，我国水厂建设数量多，自动控制程序高，但是滤过水门往往设计成全开或全关的电动或气动阀门，不能控制其开启程序，在生产中千万滤层裸露和进气现象，给生产带来损失，应引起足够注意。

　　4、滤层内进入空气实便及改造前后效果比较

　　哈尔滨自来水集团有限责任公司于93年建成一座30×10⁴m³/d净水厂，有24座双虹吸策略式滤池，滤过水门是从国外引进的全开或全关气动蝶阀，不能控制开启角度，采用双层滤料，下层0.4m厚海砂，上层0.4m厚无烟煤。
　　由于滤过水门开启程度无法控制，工作时造成滤层裸露，待滤水冲刷滤料，滤层内进入大量空气。滤池工作周期为16（冬季）——24（夏季）小时，反冲洗时无烟煤流失，约2--3年左右补充一次无烟煤滤料，每次补充约0.3m厚，滤过水水质受到影响，浊度接近0.3NTU。
　　将滤过水气动蝶阀改造成开启程度可控制后，用滤池内液位控制其开启程度，保证了滤池内水位，杜绝了滤层充气现象。滤池工作周期增加到36（冬季）——45（夏季）小时，反冲洗耗水量比改造前减少45--50%左右，杜绝了反冲洗时无烟在煤流失现象，滤后水水质提高到0.1——0.8NTU。改造后不但提高了水质，而且带来了可观的经济效益。