多層濾料濾池方式與原理

多濾層過(guò)濾可以是向下的，也可以是向上的，其目的是避免非均質(zhì)濾層濾池所固有的表面堵塞和過(guò)濾速度受到限制的缺點(diǎn)。

多層濾料濾池向下過(guò)濾

為了提高這種濾池的濾速和延長(zhǎng)其運(yùn)行時(shí)間，常用有效粒徑大于其下面砂料的輕質(zhì)材料來(lái)代替上面一層細(xì)砂。這種較輕的材料一般為無(wú)煙煤，由于無(wú)煙煤的相對(duì)密度比砂小，在反沖洗后它們?nèi)匀荒鼙Ａ粼跒V池的上部，大的無(wú)煙煤粒使濾層上部形成較大的孔隙，減慢了孔隙中水流阻力增長(zhǎng)的速度，使水中各種雜質(zhì)有機(jī)會(huì)進(jìn)入深層下部，使濾層得到較為充分合理的應(yīng)用，從而延長(zhǎng)過(guò)濾時(shí)間。試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐都證明，一般在相同周期下，其產(chǎn)水量約比砂濾料快濾池多0.5～1.0倍。對(duì)于老廠來(lái)說(shuō)，把濾砂池改成雙層濾料過(guò)濾是挖掘?yàn)V池潛力和提高出水量的有效途徑之一。無(wú)煙煤的有效粒徑較砂的有效粒徑大2～3倍為宜。

選擇每一濾層的粒徑時(shí)，應(yīng)使沖洗水流量相同時(shí)濾料膨脹程度也相同。這樣可使濾料在重新開(kāi)始過(guò)濾以前重新得到分級(jí)。

各種材料特別是上層濾料材料的均勻系數(shù)必須盡可能的低（不超過(guò)1.5），以防止雜質(zhì)堵塞各濾層的表面。反沖洗流速的增加應(yīng)與顆粒尺寸和水溫成正比，每一濾層必須可以至少膨脹10%～15%。在某些場(chǎng)合下，必須采取措施使反沖洗水流速與水溫相適應(yīng)，

以便維持適當(dāng)程度的膨脹且濾料又沒(méi)有隨排水流失的危險(xiǎn)。在沖洗時(shí)，很難做到濾料一點(diǎn)不被沖走，所以每年必須補(bǔ)充5%～7%的濾料。在實(shí)際應(yīng)用中，也有用3層或4層密料組成的濾池，相對(duì)密度越大且顆粒越小的放在濾床的最底層，例如相對(duì)密度為4.2的磁鐵砂被用作砂層下的濾料。這種多層濾池和雙層濾池一樣可改善雜質(zhì)向深層滲入的情況，但是無(wú)論哪種濾池都不能解決必須進(jìn)行反沖洗這一固有缺點(diǎn)。

多層濾料濾池向上過(guò)濾

在這種系統(tǒng)中，濾床粒徑自底部至頂部逐漸減小，目的還是使雜質(zhì)能夠滲入濾床源部，以便盡量利用過(guò)濾體和延長(zhǎng)過(guò)濾周期。另外，由于水自底部向上流，因而砂層會(huì)承受一種浮力作用，這種作用隨水頭損失的增加而增大，可使濾床上部的細(xì)砂產(chǎn)生局部膨脹區(qū)，在恢復(fù)過(guò)濾以前，濾床會(huì)泄漏幾分鐘。為克服這一缺點(diǎn)，常在頂部埋置固定在邊緣上有扁平柵條構(gòu)成的水平格柵，用以穩(wěn)定細(xì)砂。

這種格柵系統(tǒng)不能完全消除不希望有的突然膨脹，這種膨脹主要是在過(guò)濾水流量急劇或大幅度增加致使濾速加速時(shí)發(fā)生。為了進(jìn)一步克服該缺點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)采用更深的砂層。

每個(gè)濾池都必須裝有流速測(cè)量裝置和過(guò)濾水量計(jì)算儀表，以便根據(jù)過(guò)濾水量而不是水頭損失來(lái)確定是否需要沖洗；必須制定嚴(yán)格的操作規(guī)程，以保證流量的緩慢變化。由于上向流濾池本身存在的問(wèn)題尚未得到很好的解決，故在我國(guó)很少采用上向流濾池。

多層濾料濾池雙向流過(guò)濾

雙向流式濾池是上向流濾池的改進(jìn)形式，試圖用池中的分流（從頂部向下流與從底部向上流）來(lái)截住上向流的濾池。雙向流式濾池主要用于荷蘭和蘇聯(lián)，在我國(guó)大慶油田也有應(yīng)用。雙向流式濾池允許過(guò)濾工作從兩個(gè)相對(duì)的方向同時(shí)進(jìn)行，其容量相等，從而使結(jié)構(gòu)上和排水系統(tǒng)上都得到某些節(jié)省。

雙向流式濾池存在一個(gè)固有的局限性，不能用以生產(chǎn)特別高質(zhì)量出水。單一濾料雙向流式濾池的最細(xì)濾料放在上半部下向流濾床的頂部。這使濾床的上半部構(gòu)成一個(gè)快濾池或表面式過(guò)濾池，由它得出的水的質(zhì)量最好也不會(huì)超過(guò)普通快濾池的水質(zhì)；濾池的下半部是一個(gè)由粗到細(xì)的濾池，但在濾床上部出口處的最細(xì)顆粒比普通快濾池中成功應(yīng)用的最細(xì)顆粒還要粗。顯然，從這個(gè)濾床出來(lái)的水比下向流濾池產(chǎn)生的水質(zhì)要差一些。雙向流式雙層濾料濾池構(gòu)造比單一濾料雙向式濾床要好，其優(yōu)點(diǎn)是把細(xì)砂放在更靠近中間收集管的地方，這樣便在由粗到細(xì)單一濾料（砂）的上向流床之上組成一個(gè)雙層濾料（煤一砂）的下向流濾床，最細(xì)砂粒的粒度根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況決定，這一點(diǎn)上仍有局限性，如果砂粒比普通快濾池中的砂更細(xì)，由于必須使它在濾床的下半部構(gòu)成最好的上向流濾池，則在反沖洗時(shí)砂粒會(huì)由于太細(xì)而被過(guò)多地提升到煤層中去。如果要使砂粒的級(jí)配在上半部適合于雙層濾料濾床，那么砂粒就顯得太粗，而使下半部濾床上向流過(guò)濾得不到最佳過(guò)濾效果，不論哪一半出來(lái)的水質(zhì)都比不上混合濾料濾池的出水水質(zhì)，對(duì)于這樣一個(gè)雙重問(wèn)題，很難簡(jiǎn)單地解決。

傳統(tǒng)的單層級(jí)配濾料因反沖洗時(shí)水力分級(jí)的影響，其粒徑分布呈現(xiàn)上小下大的“正粒度”排列，過(guò)濾過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)無(wú)煙煤濾料表層水頭損失增長(zhǎng)迅速和濾后水中雜質(zhì)顆粒提前穿透兩種不利后果，其中任何一種都會(huì)縮短過(guò)濾周期、減少周期產(chǎn)水量，并因中下層濾料基本未發(fā)揮截污作用而造成濾料吸附能力的浪費(fèi)。單層均質(zhì)濾料在某些程度上克服了濾料的整體或部分“正粒度”分布給過(guò)濾帶來(lái)的不良情況，因而水中的懸浮雜質(zhì)能滲入濾料層深處并被截留。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，濾料需選用較大的粒徑，其相應(yīng)濾料層高度也需增加。即單層均質(zhì)濾料濾池在用粗濾料過(guò)濾的條件下，為保證過(guò)濾過(guò)程的正常進(jìn)行，濾料層的厚度應(yīng)適當(dāng)增加，這種增加對(duì)新建濾池是易于實(shí)現(xiàn)的，但給老水廠原有生產(chǎn)濾池的挖潛改造帶來(lái)困難，因自來(lái)水廠各處理構(gòu)筑物之間的高程配合有相應(yīng)的要求。因此在不進(jìn)行過(guò)多變動(dòng)的情況下，經(jīng)濟(jì)有效地提高其過(guò)濾性能、調(diào)整濾料層結(jié)構(gòu)成為給水處理提高過(guò)濾效果的重要發(fā)展方向。

為了克服傳統(tǒng)單層級(jí)配濾料層水力分級(jí)和單層均質(zhì)濾料層厚度較大的缺陷，研究人員開(kāi)發(fā)了雙層濾料和多層濾料。雙層濾料就是在濾層上部放置一層粒徑較大、密度較小的輕質(zhì)濾料。雙層濾料濾層過(guò)濾時(shí)，水先通過(guò)粗粒徑濾料，之后通過(guò)細(xì)粒徑濾料，這樣可增加濾料層的截污容量，延長(zhǎng)過(guò)濾周期，體現(xiàn)理想濾料層的概念。使用較早也較廣泛的輕質(zhì)濾料是無(wú)煙煤，無(wú)煙煤濾料的密度比石英砂的密度小，粒徑比石英砂大，在反沖洗后無(wú)煙煤濾料仍保持在石英砂層上面。后來(lái)使用的輕質(zhì)濾料還有人工陶粒、人工合成纖維等。由于受到天然材料的限制，生產(chǎn)中所采用的仍然只有雙層和三層濾料。

雙層濾料濾池，上層通常采用無(wú)煙煤濾料，亦可采用破碎陶粒濾料， 上層為石英砂濾料。

三層濾料濾池一般由無(wú)煙煤濾料、石英砂濾料和石榴石粒（或磁鐵礦濾料、重晶石等）組成，亦可采用破碎陶粒等輕質(zhì)濾料。濾料中大顆粒小密度濾料在上層；中顆粒中密度濾料在中間；小顆粒大密度的濾料在下層。這種濾池在高速過(guò)濾情況下，濾速可達(dá)30m/h或以上，同時(shí)能保證濾后水質(zhì)。圖3-76為我國(guó)黃石市采用的三層濾料濾池，上層1采用無(wú)煙煤濾料徑為0.8-2mm，厚度42cm；中層2 為石英砂濾料，粒徑0.5-0.8mm；下層3為磁鐵礦濾料，粒徑0.25-0.5 mm,厚度7cm。承托層4粒徑1-2 mm磁鐵礦濾料，厚度7cm；粒徑2-4mm的厚度6cm； 4-8mm的厚度6cm；鵝卵石濾料層-粒徑為8-16mm厚度6cm。

多層濾料濾池產(chǎn)水量高、工作周期長(zhǎng)、截污能力大，它對(duì)節(jié)省用地、節(jié)約投資以及對(duì)舊有水廠挖潛改造有重要意義。

水的重力過(guò)濾法中，濾池中濾料分為兩層的水處理構(gòu)筑物。濾料上層采用重度較小，粒徑較大(粒徑為0.8-1.8mm)的輕質(zhì)濾料，如無(wú)煙煤、陶粒、塑料等;下層采用重度較大，粒徑較小〔粒徑為0.5-1.2mm)的重質(zhì)濾料，如石英砂。上層濾料截留水中主要污染物，下層濾料截留剩余污染物。濾池過(guò)濾速度為10-12m/h，反沖洗強(qiáng)度為12-15L/m2·s，沖洗時(shí)間為6-7min，由于兩種濾料的重度差，反沖洗后輕質(zhì)濾料仍在上層，重質(zhì)濾料位于卜層。雙層濾料含污能力較單層濾料約高1倍以上，因此雙層濾料濾池截污能力大，濾速高，過(guò)濾周期短，出水量大，但輕質(zhì)濾料易流失。

輕質(zhì)無(wú)煙煤濾料，粒徑一般為0.8-1.6mm,由于濾料間孔隙較大，截污能力也較大，起到粗濾作用，其他如氫化無(wú)煙煤、礦清、焦炭等，均可用作上層濾料;中層石英砂濾料，其粒徑為0.5-0.8mm；下層重質(zhì)濾料有石榴石、磁鐵礦及欽鐵礦等，其粒徑一般為0.25-0.5mm。三層濾料濾池起始過(guò)濾水頭損失大，過(guò)濾周期長(zhǎng)，濾速在初濾時(shí)可為一般快濾池的3倍，雙層濾料濾池的2倍，但隨后濾速降低。輕質(zhì)濾料易產(chǎn)生流失、氣阻現(xiàn)象、泥球等問(wèn)題，因此濾速不宜超過(guò)35m/h，反沖洗強(qiáng)度應(yīng)控制在15-18L/m2·s 。

雙層濾料濾池構(gòu)造與快濾池相同。濾料分上下兩層直接接觸。上層濾料比重較輕，厚0.4-0.5m（無(wú)煙煤，陶?；蛩芰系龋?，粒徑0.8-1.8mm，在其下鋪設(shè)厚0.4-0.5m砂層，粒徑0.5-1.2mm。上層大顆粒濾料截留主要污染物，下層砂截留剩余污染物。濾池截污能力比一般快濾池可提高2-2.5倍。由于上層濾料較輕，沖洗后可自動(dòng)分層。設(shè)計(jì)濾速為10m/h，沖洗強(qiáng)度為12-15L(s²·m²)，沖洗時(shí)間6-7min。