| 張建鋒 金同軌(西安建筑科技大學環境工程系)
金偉如(深圳自來水有限公司調度中心) 直接過濾是指過濾前沒有沉淀裝置的一種水處理系統。根據濾池進水的不同特點，直接過濾又分為微絮凝過濾和接觸過濾。由于直接過濾工藝流程中沒有沉淀設備，可節省基建投資和日常開支。另外，直接過濾工藝節省化學藥劑費用，處理過程中形成的污泥密度較大，而且易于濃縮脫水。 1 試驗裝置 試驗采用福建生產的均質石英砂濾料，規格為：d10=0.95mm，K60=1.35，濾層厚700mm。模型濾池是兩套高3000mm，直徑為100mm的有機玻璃柱，沿柱體縱向設有取樣管和測壓管。
試驗采用聚合氯化鋁(PAC)作為混凝劑。在原水水質、濾床結構、濾柱運行控制參數及加藥量完全相同的情況下，A濾柱內進行微絮凝過濾，微絮凝時間為6min，B濾柱為接觸過濾，混合1min。
試驗中，濾柱運行的控制指標為：①濾后水濁度不超過1NTU，個別試驗不超過3NTU；②允許最大水頭損失5883.9Pa。濾速范圍為5.2～8.8m/h，濾層上部水深控制在600～1200mm，流向朝下。反沖洗采用氣洗—氣、水混洗—水洗的方式。 2 結果與分析 A、B兩濾柱過濾不同濁度原水的代表性試驗數據列于表1。可以看出，當原水濁度≥50NTU時，微絮凝過濾的效果明顯優于接觸過濾，在低濁進水時，兩種過濾方式互有優勢。總體來看，微絮凝過濾略優于接觸過濾，隨進水濁度的增大，這種優勢更加明顯。以下分別從濾層水頭損失和出水濁度的變化以及產水量等方面對其具體分析。 表1 不同進水濁度時A、B兩濾柱運行情況 | 進水濁度（NTU） | 濾速（m/h） | 運轉周期（h） | 水頭損失（Pa） | 平均濁度（NTU） | F值 | | A | B | A | B | A | B | A | B | | 10 | 8.8 | 29.8 | 29.9 | 6197.8 | 5511.3 | 0.14 | 0.16 | 3.37 | 3.42 | | 20 | 8.8 | 30.6 | 30.5 | 4746.4 | 4775.8 | 0.92 | 0.63 | 8.26 | 5.72 | | 50 | 8.8 | 9.62 | 8.88 | 5560.4 | 4383.6 | 0.33 | 0.42 | 4.42 | 4.80 | | 100 | 6.8 | 8.75 | 8.17 | 2324.2 | 2343.8 | 0.64 | 0.68 | 2.55 | 2.93 | | 150 | 5.2 | 10.0 | 9.0 | 4922.9 | 5483.5 | 0.32 | 0.40 | 2.06 | 3.14 | | 200 | 5.2 | 6.88 | 5.58 | 3971.7 | 2981.2 | 0.35 | 0.60 | 1.98 | 3.14 | 注 1、過濾性能指F按式F=HtC/C0υT×1000計算
式中C、C0——出水、進水濃度 υ——濾速 Ht——工作周期末的水頭損失 T——工作周期 F值越小，表明濾池過濾性能越好。
2、平均濁度系出水濁度與過濾時間的加權平均值，以下同。 | 2.1 水頭損失變化情況
將不同試驗條件下的結果進行歸一化處理后可以看到，當進水濁度<100NTU時，A、B兩濾柱的水頭損失隨時間的變化曲線接近一條直線，這符合快濾池濾層過濾中水頭損失增長的一般規律。當進水濁度>150NTU時，濾層水頭損失的變化曲線明顯彎曲，水頭損失與時間呈非線性關系，濾層的截留模式發生變化，屬于表面過濾，被截留的顆粒物聚積在濾床頂部很薄的砂層中，濾層主要依靠濾料及沉積物孔隙的篩除作用來截留懸浮固體，導致濾層的水頭損失急劇增加，這在生產中是不應出現的。在過濾截留模式隨進水濁度增大而發生改變的過程中，A濾柱的耐濁度沖擊力比B濾柱強。
2.2 出水濁度的變化情況
截留概率k值表示了濁質通過某一粒徑濾料厚度濾層時被截留的概率，在濾柱的工作周期內，A、B兩柱出水的平均濁度及濾柱截留概率k值見表2。
微絮凝過濾的濾后水水質優于接觸過濾，隨進水濁度升高，這種優勢更加明顯。另外，隨濁度升高，濾層截留概率k值逐漸增大，說明濁質粒子數目的變化對濾層去除濁質的模式有所影響。
2.3 產水量情況比較
不同進水濁度時，A、B兩濾柱單位面積濾層產水量情況見表3。 表2 不同濁度時A、B兩柱出水平均濁度及濾柱截留概率K值 | 進水濁度C0（NTU） | 10 | 20 | 50 | 100 | 150 | 200 | | A柱出水平均濁度CA（NTU） | 0.14 | 0.92 | 0.33 | 0.64 | 0.32 | 0.35 | | B柱出水平均濁度CB（NTU） | 0.16 | 0.63 | 0.42 | 0.68 | 0.40 | 0.60 | | （CB-CA）/CB（%） | 12.5 | - | 21.4 | 5.9 | 20 | 41.7 | | kA×10-2 | 1.03 | 0.74* | 1.21 | 1.22 | 1.48 | 1.53 | | kB×10-2 | 0.99 | 0.83 | 1.15 | 1.20 | 1.43 | 1.40 | | 注 1 濾層截留概率k按k=-ln(C/C0)/Z0/d0計算 | 表3 A、B兩濾柱單位面積濾層產水量 | 進水濁度C0（NTU） | 10 | 20 | 50 | 100 | 150 | 200 | | A柱產量PA（m3/m2) | 262 | 269.3 | 84.7 | 59.5 | 52 | 35.8 | | B柱產水量PB（m3/m2) | 263 | 268 | 78.1 | 55.6 | 46.8 | 29 | | （PA-PB）/PB（%） | - | 0.49 | 8.45 | 7.01 | 11.11 | 23.45 | 一般認為，當濾池單位面積產水量>210m3/m2時，采用直接過濾工藝是可行的［1］。表3中數據表明，進水濁度不超過20 NTU時，可采用直接過濾工藝。隨著進水濁度升高，單位面積濾層的產水量急劇下降，但A柱的產水量大于B柱，進一步說明在耐高濁水沖擊方面，接觸過濾不如微絮凝過濾。
從以上幾方面的對比結果可以看出微絮凝過濾優于接觸過濾。 3 結論 ① 直接過濾工藝可以有效地處理低濁水(濁度<20NTU)；
② 微絮凝過濾和接觸過濾在處理低濁水時效果差異不大；在處理20～100NTU的中濁度和>100NTU的高濁度原水時，微絮凝過濾優于接觸過濾。從水廠供水安全、可靠的角度出發，在條件允許時，應優先采用微絮凝過濾。 參考文獻 1 Logsdon G S et al.Direct filtration treatment of turbid water.Pro AWWA Annual Conf,1993；679～706
作者通訊處：710055 西安雁塔路13號 西安建筑科技大學環境工程系
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(收稿日期 1998-11-03) | 
