射流泵抽氣進(jìn)行濾池氣水反沖洗試驗(yàn)研究
濾池是水處理工程中最常用的設(shè)備。濾層沖洗得好壞，對濾池的過濾效果以及工作的經(jīng)濟(jì)性有重大影響。氣水反沖洗濾池比單獨(dú)用水反沖洗效果好，但需設(shè)置大容量空氣壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)，由于設(shè)備費(fèi)用高、操作復(fù)雜，且工作時震動大，噪聲強(qiáng)，推廣緩慢。用射流泵進(jìn)行濾池氣水反沖洗，則能大大降低設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用，簡化操作，減小噪聲，有利于推廣。該項(xiàng)技術(shù)已申請專利。本文重點(diǎn)介紹半生產(chǎn)性試驗(yàn)研究的成果。
1．半生產(chǎn)性試驗(yàn)裝置
射流泵抽氣進(jìn)行濾池氣水反沖洗的半生產(chǎn)性試驗(yàn)，是在室內(nèi)小型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。試驗(yàn)濾池設(shè)在重慶市打槍壩水廠。試驗(yàn)濾池有兩個，過濾面積都是lm2，為正方形。一個濾池用長柄濾頭作配水配氣系統(tǒng)。如圖l(1)。濾頭安裝在濾池下部的隔板上；濾頭呈棋盤狀布置，間距為0.14m。隔板下配水室高度為0.45m。隔板上設(shè)厚度為0.05m的粗砂(粒徑2～4mm)，其上為0.3m厚的石英砂濾層(粒徑0.5～1.0mm)和0.4m厚的無煙煤濾層(粒徑0.7～1.7mm)。排水槽，槽頂距砂面0.68m。排水槽頂設(shè)有40目尼龍防砂網(wǎng)，以防氣水反沖洗時濾料流失。濾池總高度為3.5m。射流泵豎直安裝在濾池的反沖洗水管上。射流泵以水廠出廠水為壓力水源。濾池反沖洗時，壓力水經(jīng)射流泵的噴嘴噴出，將空氣吸入，形成氣水混合液，送入濾池下部配水室；氣水分離后，經(jīng)長柄濾頭均勻分布于濾池平面上，自下而上地對濾層進(jìn)行氣水同時反沖洗；氣水反沖洗后，再單獨(dú)用水反沖洗，以排除濾層中積存的氣泡，并使雙層濾料分層。反沖洗后的廢水，由上部排水槽收集并排出池外。
另一個試驗(yàn)濾池用穿孔管作配水和配氣系統(tǒng)，如圖1(2)。穿孔配水管設(shè)于池底部，其上設(shè)卵石承托層(粒徑：32~16mm，16~8mm，8~4mm，4~2mm。各層厚度為0.15m，0.10m，0.10m和0.13m)。穿孔配氣管設(shè)于粒徑為4~2mm的承托層中。承托層上設(shè)雙層濾料層，粒徑和厚度同前。排水槽頂距砂面為0.45m。濾池總高度及其它尺寸同前。該濾池與前述濾池共用一臺射流泵。并在射流泵后設(shè)置一個氣水分離箱，將分離后的水和氣分別送入穿孔管配水和配氣系統(tǒng)，自下而上對濾層進(jìn)行氣水同時反沖洗。用穿孔管進(jìn)行配水和配氣，不僅可用于新建濾池，并且特別適于普通快濾池的改造。
2．試驗(yàn)結(jié)果及分析
本試驗(yàn)自1987年7月開始，至12月結(jié)束，歷時5個多月，經(jīng)歷了嘉陵江的洪水期及平水期。流進(jìn)濾池的沉淀水濁度最低為3度，最高為25度，平均為13度；水溫為17.5~26.5°C。試驗(yàn)結(jié)果分述如下 ：
2.1 氣水反沖洗最佳工藝參數(shù)的試驗(yàn)研究
為了確定半生產(chǎn)性試驗(yàn)的工藝參數(shù)，先用10根濾柱進(jìn)行了兩批正交試驗(yàn)。濾柱內(nèi)徑為150mm，長4m，下部安裝長柄濾頭作為配水配氣系統(tǒng)，濾頭上部設(shè)粒徑為0.5～1.2mm石英砂濾料，厚為0.4m，及0.8～1.8mm的無煙煤濾料，厚為0.3m。試驗(yàn)也在打槍壩水廠進(jìn)行，試驗(yàn)條件與半生產(chǎn)試驗(yàn)相同。濾柱以等速過濾方式工作，濾速控制在13~16m/h。當(dāng)濾層水頭損失達(dá)到1.7m時，進(jìn)行反沖洗。反沖洗水由出廠壓力水供給，反沖洗空氣由空氣壓縮機(jī)供給。先用氣水同時反沖洗若干分鐘，再單獨(dú)用水反沖洗2min。第l批正交試驗(yàn)選擇了氣水同時反沖洗的氣水比、氣水反沖洗總強(qiáng)度和氣水同時反沖洗時間，以及單獨(dú)水反沖洗強(qiáng)度四個因素進(jìn)行考察，以過濾周期作為考察指標(biāo)。每個因素選擇3個水平。試驗(yàn)結(jié)果如圖2。由正交試驗(yàn)結(jié)果分析及圖2可知，影響過濾周期的主要因素是單獨(dú)水反沖洗強(qiáng)度，其次是氣水比和氣水同時反沖洗時間，而氣水反沖洗總強(qiáng)度在試驗(yàn)范圍內(nèi)對過濾周期影響較小。這是因?yàn)樵跉馑瑫r反沖洗時，無煙煤與石英砂幾乎完全混雜，增大單獨(dú)水反沖洗強(qiáng)度可使煤砂很好分層，增大過濾周期。
第2批正交試驗(yàn)，氣水比為2：1固定不變，選擇氣水反沖洗總強(qiáng)度和反沖洗時間、單獨(dú)水反沖洗強(qiáng)度和反沖洗時間四個因素進(jìn)行考察，每個因素選擇3個水平。試驗(yàn)結(jié)果如圖2。由分析可知，影響過濾周期的主要因素仍是單獨(dú)水反沖洗強(qiáng)度；其它因素依次是單獨(dú)水反沖洗時間、氣水同時反沖洗時間和氣水反沖洗總強(qiáng)度。
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綜合第l批和第2批試驗(yàn)，可知工藝參數(shù)宜選氣水比為1.5：l~2：1，氣水反沖洗總強(qiáng)度為12 L/（s.m2）左右，氣水同時反沖洗時間為5~7min，單獨(dú)水反沖洗強(qiáng)度為15 L/（s.m2）左右，單獨(dú)水反沖洗時間以2min為佳。
2.2 半生產(chǎn)性濾池的運(yùn)行方式和運(yùn)行條件
試驗(yàn)濾池按恒水頭減速過濾方式工作。濾前水位始終保持在砂面以上1.7m左右。初濾速控制在14～17m/h。濾池每2d反沖洗一次，過濾周期平均為47h。周期結(jié)束時，末濾速僅較初濾速減少3—4m/h。濾池的平均濾速，對穿孔管配水配氣濾池為13.4m/h，對濾頭配水配氣濾池為14.5m/h。
由于出廠水的壓力經(jīng)常變動，所以濾池每次反沖洗時，射流泵前的水壓力都是不相同的，一般變化于2.2～3.5大氣壓之間。氣水同時反沖洗時，水的反沖洗強(qiáng)度為4.8～5.7L/（s.m2），平均為5.3 L/（s.m2）；氣的反沖洗強(qiáng)度為4～10.6 L/（s.m2），平均為7.2 L/（s.m2）；氣水比為0.83：1~2：1，平均為1.36：1；氣水反沖洗總強(qiáng)度為8.8～16.3 L/（s.m2），平均為12.6 L/（s.m2）；
氣水同時反沖洗時間為5min；單獨(dú)水反沖洗強(qiáng)度為12～17 L/（s.m2），平均為15 L/（s.m2）；單獨(dú)水反沖洗時間為2min。反沖洗耗水率，對穿孔管配水配氣濾池為0.6%，對濾頭配水配氣濾池為0.59%。
濾池反沖洗時，射流泵工作正常，氣水分離箱分離效果良好；不論長柄濾頭或穿孔管，配水配氣都較均勻；單獨(dú)水反沖洗后，煤砂濾層分層情況良好，砂面平整干凈。
2.3 試驗(yàn)濾池的排水濁度、排污率和濾層含泥量
濾池的排水濁度、排污率及濾層含泥量均從不同側(cè)面反映了濾池的沖洗效果。
試驗(yàn)表明，濾池氣水反沖洗一開始，排水濁度就急劇升高，在0.5min前后出現(xiàn)最大值，濁度可達(dá)8000～10000度，隨后排水濁度迅速減小，于反沖洗結(jié)束時可降至30~120度。污物的排除率，在氣水同時反沖洗結(jié)束時可達(dá)80~88%；再經(jīng)單獨(dú)水反沖洗2min，排除率可達(dá)97.5～99.6%。表1為在試驗(yàn)期間進(jìn)行的3次濾層含泥量的測定結(jié)果，由表可知，濾池經(jīng)數(shù)月運(yùn)行后，濾層的含泥量仍很低。此外，肉眼觀察，濾料沖洗后具有與新濾料同樣的光澤，沒有發(fā)現(xiàn)濾料有泥膜，煤砂交界面也無泥球產(chǎn)生，表明沖洗效果良好。
濾層平均含泥量(%) 表1
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2.4 濾池的過濾水頭損失和出水水質(zhì)
濾池的初期水頭損失是衡量濾層反沖洗效果的一個指標(biāo)。圖3中繪出了濾池初期水頭損失隨過濾周期數(shù)的變化情況。為了避免水頭損失受初濾速的影響。圖3中以初期水頭損失對初濾速的比值H0/V0為縱座標(biāo)。由圖可見，濾層初期水頭損失只在很小范圍內(nèi)波動沒有隨周期數(shù)而增大的趨勢，這表明濾層沖洗效果良好。
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濾池過濾過程中，水頭損失的變化，也一定程度反映出濾池反沖洗效果的好壞。圖4是兩個試驗(yàn)濾池平均過濾水頭損失變化的情況。由圖可見，濾層水頭損失在過濾過程中增加緩慢，在較高的濾速條件下，濾池期終水頭損失不到1.60m，遠(yuǎn)較濾池所能提供的極限水頭損失值要小，事實(shí)表明濾池的過濾周期可大大超過試驗(yàn)值。試驗(yàn)表明，濾池過濾水頭損失沒有隨過濾周期數(shù)而增加的趨勢，這也反映出濾池沖洗效果良好。
圖4還繪出了兩個試驗(yàn)濾池出水濁度的變化情況(多次試驗(yàn)的平均值)。由圖可見，濾池出水濁度在整個過濾周期里穩(wěn)定少變，并且—般都小于2度，出水水質(zhì)良好。圖5繪出了試驗(yàn)濾池進(jìn)水濁度和出水濁度的頻率分布曲線。由圖可見，進(jìn)水濁度的中值(50%)約為13度，出水濁度的中值約為1度，表明濾層截污能力始終是很強(qiáng)的。
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2.5 防止濾料流失的措施
氣水同時反沖洗濾層時，濾料能被上浮氣泡攜帶至水面而隨水流失。為了解濾料攜升的高度，在濾柱內(nèi)進(jìn)行了專門試驗(yàn)。濾柱內(nèi)裝填粒徑為0.5～1.0mm的石英砂濾料，濾層厚0.7m，濾層下部設(shè)長柄濾頭配水配氣。向?yàn)V柱下部送入不同流量的空氣和水，進(jìn)行濾層的氣水反沖洗。并觀察濾料的最大攜升高度。圖6為試驗(yàn)結(jié)果。圖中縱軸為攜升濾料至膨脹濾層表面的高度，橫軸為氣反沖洗強(qiáng)度。由圖可見，當(dāng)水的反沖洗強(qiáng)度不變時，濾料的最大攜升高度隨氣反沖洗強(qiáng)度增加而增大。氣水同時沖洗時，濾料的攜升高度要比單獨(dú)氣反沖洗時（即水反沖洗強(qiáng)度為零）明顯增大。但在試驗(yàn)的水反沖洗強(qiáng)度范圍內(nèi)（5~20L/（s.m2）)，水的反沖洗強(qiáng)度對濾料的攜升高度影響不很大。由圖中濾料的最大攜升高度數(shù)值可知，對常規(guī)的排水槽安設(shè)高度而言，氣水同時反沖洗時，濾料的流失是不可避免的，這也正是氣水同時反沖洗有待解決的問題。
在半生產(chǎn)性試驗(yàn)中，采用了安設(shè)尼龍網(wǎng)攔截的方法防止濾料流失。尼龍網(wǎng)孔徑為40目，網(wǎng)高為250mm，傾斜安裝在排水槽外側(cè)，網(wǎng)頂高出排水槽頂50～l00 mm。為了觀察尼龍網(wǎng)的攔截效果，兩個試驗(yàn)濾池的排水槽采用了不同的安設(shè)高度，一個為0.68m接近常規(guī)值，另一個為0.45m遠(yuǎn)低于常規(guī)值。經(jīng)過近半年的運(yùn)行觀察，尼龍網(wǎng)防止濾料流失的效果良好，表明這種方法在生產(chǎn)中是完全可行的。
3. 幾點(diǎn)結(jié)論
1．半生產(chǎn)性試驗(yàn)表明，用射流泵進(jìn)行濾池氣水反沖洗是可行的，它能大大降低設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用，且易于推廣。
2．在近半年的運(yùn)行時間里，半生產(chǎn)性試驗(yàn)濾池，在平均進(jìn)水濁度約為13度，平均濾速達(dá)13.4~14.5m/h，平均過濾周期47h，氣水同時反沖洗時水反沖洗強(qiáng)度為5.3 L/（s.m2），氣反沖洗強(qiáng)度為7.2 L/（s.m2），反沖洗時間為5min，單獨(dú)水反沖洗強(qiáng)度為15 L/（s.m2），反沖洗時間為2min條件下，濾池沖洗效果良好，濾池初期水頭損失和過濾水頭變化皆無隨周期數(shù)增大的趨勢，濾后水平均濁度約為1度，出水水質(zhì)良好。
3．半生產(chǎn)性試驗(yàn)采用40目尼龍網(wǎng)攔截以防止濾料流失的方法，經(jīng)近半年試驗(yàn)表明，效果良好，在生產(chǎn)上是可行的。
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