李繼震
（哈爾濱自來(lái)水集團(tuán)有限責(zé)任公司 黑龍江 哈爾濱150010）

　　提 要：空氣進(jìn)入濾層造成過(guò)濾水頭損失增大、工作周期減少、濾料流失和水質(zhì)惡化，對(duì)于空氣進(jìn)入濾層及其造成危害的原因、實(shí)例和預(yù)防措施做以論述。
　　關(guān)鍵詞：濾層 空氣 水頭損失 工作周期 濾料 水質(zhì) 可控水門

　　1、濾料層進(jìn)氣產(chǎn)生的原因

　　濾料反沖洗后，濾層中截留物質(zhì)大部分被沖洗掉，這時(shí)，濾層孔隙率最大，水頭損失阻抗系數(shù)最小。濾池開(kāi)始過(guò)濾生產(chǎn)時(shí)，由于水在濾層中水頭損失小，濾池內(nèi)水位迅速下降，最后整個(gè)濾料表面裸露，在濾料層中進(jìn)入空氣并出現(xiàn)動(dòng)水位。待濾水從洗水槽進(jìn)入濾池直接跌落到濾料表面，攜帶空氣進(jìn)入濾層過(guò)濾（見(jiàn)圖1）。濾層內(nèi)水頭損失過(guò)大，有的濾層內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象，溶于水中的氣體從水中析出形成氣塞。

　　隨著工作時(shí)間延長(zhǎng)，濾層中水頭損失不斷增大，水位不斷上升逐漸浮出水面。這種現(xiàn)象出現(xiàn)，對(duì)濾池正常工作和出水水質(zhì)會(huì)帶來(lái)很大影響，對(duì)其危害產(chǎn)生的原因和解決措施，本文做以闡述。

　　2、濾料層進(jìn)氣帶來(lái)的危害

　　2.1 增大水流在濾層中的水力損失，大幅度降低濾工作周期。
　　由于濾料層裸露，在濾料層中的水位以上部分充滿了空氣，待濾水從洗水槽跌入濾層中時(shí)又?jǐn)y帶空氣進(jìn)入濾層。
過(guò)濾生產(chǎn)一段時(shí)間后，濾池的液面將淹沒(méi)濾料并不斷上升。在浮力作用下，濾層中空氣欲上浮，過(guò)濾水在濾層中向下流動(dòng)，阻礙空氣上浮，最后，濾層中空氣在向下運(yùn)動(dòng)水流的作用下形成氣泡附著在濾料顆粒下方，對(duì)水流產(chǎn)生額外阻力。
有人提出過(guò)濾時(shí)水力坡降公式：

　　i=i₀·[l/l-(△m/m₀)]³

　　式中
　　i⁰——濾池開(kāi)始工作而且無(wú)氣泡時(shí)水在濾層中的初期水力坡降，該值取決于濾料粒徑、濾速等因素。
　　i——濾池工作t時(shí)間后水在濾層中的水力坡降。
　　m₀——濾池反沖洗后孔隙率。
　　△m——濾池工作t時(shí)間后，濾層因截留物質(zhì)和氣泡使孔隙率減少的數(shù)量。
　　由于大量氣泡存在，孔隙率減少的數(shù)量△m大幅度增加，從而使水在濾層中的水頭損失迅速增加，濾池工作周期大幅度減小，見(jiàn)圖2。

　?、佟獮V層中無(wú)空氣時(shí)水頭損失變化曲線；
　?、凇獮V層中有空氣時(shí)水頭損失變化曲線；
　　H₀——濾池開(kāi)始工作時(shí)初始水頭損失；
　　H₁——濾料層厚度；
　　H₂——濾池工作水頭；
　　T₁——濾層內(nèi)無(wú)空氣時(shí)工作周期；
　　T₂——濾層中有空氣時(shí)工作周期。
　　濾層內(nèi)存在空氣層對(duì)工作周期影響很大，生產(chǎn)實(shí)踐證明濾層中腔調(diào)氣時(shí)工作周期T2僅為濾層中無(wú)空氣時(shí)工作周期的50——60%，因而迫使濾池加大反沖洗密度，浪費(fèi)反沖洗水量。
　　2.2 沖刷濾料對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生危害
　　當(dāng)濾料層裸露時(shí)，濾層中出現(xiàn)動(dòng)水位，實(shí)際過(guò)濾層厚度下降影響濾過(guò)水水質(zhì)。待濾水從洗水槽跌入裸露的濾層中，待濾水在濾層平面上頒布不均勻，出現(xiàn)若干流量集中區(qū)，局部濾速過(guò)大，對(duì)水質(zhì)帶來(lái)影響。洗水槽上跌落的待濾水沖刷濾料，有時(shí)把濾層中截面的物質(zhì)沖刷下來(lái)造成二次污染，甚至出現(xiàn)濾后水質(zhì)指標(biāo)大于待濾水現(xiàn)象。
　　2.3 氣泡的浮力作用，反沖洗時(shí)千萬(wàn)濾料流失。
　　過(guò)濾工作結(jié)束后，關(guān)閉濾過(guò)水門停止過(guò)濾，這時(shí)，濾層中有大量空氣釋放出來(lái)，形成氣泡浮出水面，但是濾層中仍有相當(dāng)數(shù)量的空氣。反沖洗時(shí)濾料片懸浮狀態(tài)，濾料顆粒上附著的氣泡使其綜合比重大幅度下降，由于氣泡的浮力作用，有部分濾料顆粒被反沖洗水流帶走，通過(guò)洗水槽排到下水道中，造成濾料流失，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的水廠需要經(jīng)常向?yàn)V池中補(bǔ)充濾料，造成浪費(fèi)。

　　3 控制空氣進(jìn)入濾層的技術(shù)措施

　　H0——濾池開(kāi)始工作時(shí)起始水頭損失；
　　H1——濾料層厚度；
　　H2——濾池工作水頭；
　　H3——洗水槽到濾料層下沿高度。

　　控制濾池內(nèi)水位，不但要使濾層不裸露，而且要使待濾水通過(guò)洗水槽進(jìn)入濾池時(shí)不要產(chǎn)生過(guò)大的跌水，濾層內(nèi)不產(chǎn)生真空。反沖洗后濾池投入生產(chǎn)時(shí)，控制濾過(guò)水門的開(kāi)啟程度，使濾池內(nèi)水位在洗水槽上沿H3附近（見(jiàn)圖3）。隨著工作時(shí)間延長(zhǎng)，水頭損失沿曲線②變化。工作時(shí)間達(dá)到t1時(shí)間，再增加濾過(guò)水門開(kāi)啟程度，水頭損失沿曲線③變化。工作時(shí)間達(dá)到t2時(shí)間，將濾過(guò)水門全部開(kāi)啟，水頭損失延曲線④變化，曲線④變化，曲線④與曲線①重合，當(dāng)水頭損失達(dá)到工作水頭H2，工作時(shí)間達(dá)到T1時(shí)，濾池開(kāi)始反沖洗。上述操作過(guò)程可杜絕空氣進(jìn)入濾層。
　　控制濾池液位可采用如下方法：
　　對(duì)于自動(dòng)控制濾池國(guó)、采用可控制開(kāi)啟程序的濾過(guò)水門，通過(guò)濾池工作時(shí)間控制濾過(guò)水門開(kāi)啟程序，保證濾池最低工作水位。2、濾池安設(shè)液位計(jì)，根據(jù)濾池液位控制濾過(guò)水門開(kāi)啟程度。3、V型濾池是通過(guò)液位計(jì)控制濾過(guò)水門開(kāi)啟程度，使濾池在恒水位下工作。對(duì)于手動(dòng)操作濾池，可根據(jù)濾池工作時(shí)間，手動(dòng)控制濾過(guò)水門的開(kāi)啟程度。
　　近幾年來(lái)，我國(guó)水廠建設(shè)數(shù)量多，自動(dòng)控制程序高，但是濾過(guò)水門往往設(shè)計(jì)成全開(kāi)或全關(guān)的電動(dòng)或氣動(dòng)閥門，不能控制其開(kāi)啟程序，在生產(chǎn)中千萬(wàn)濾層裸露和進(jìn)氣現(xiàn)象，給生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失，應(yīng)引起足夠注意。

　　4、濾層內(nèi)進(jìn)入空氣實(shí)便及改造前后效果比較

　　哈爾濱自來(lái)水集團(tuán)有限責(zé)任公司于93年建成一座30×10⁴m³/d凈水廠，有24座雙虹吸策略式濾池，濾過(guò)水門是從國(guó)外引進(jìn)的全開(kāi)或全關(guān)氣動(dòng)蝶閥，不能控制開(kāi)啟角度，采用雙層濾料，下層0.4m厚海砂，上層0.4m厚無(wú)煙煤。
　　由于濾過(guò)水門開(kāi)啟程度無(wú)法控制，工作時(shí)造成濾層裸露，待濾水沖刷濾料，濾層內(nèi)進(jìn)入大量空氣。濾池工作周期為16（冬季）——24（夏季）小時(shí)，反沖洗時(shí)無(wú)煙煤流失，約2--3年左右補(bǔ)充一次無(wú)煙煤濾料，每次補(bǔ)充約0.3m厚，濾過(guò)水水質(zhì)受到影響，濁度接近0.3NTU。
　　將濾過(guò)水氣動(dòng)蝶閥改造成開(kāi)啟程度可控制后，用濾池內(nèi)液位控制其開(kāi)啟程度，保證了濾池內(nèi)水位，杜絕了濾層充氣現(xiàn)象。濾池工作周期增加到36（冬季）——45（夏季）小時(shí)，反沖洗耗水量比改造前減少45--50%左右，杜絕了反沖洗時(shí)無(wú)煙在煤流失現(xiàn)象，濾后水水質(zhì)提高到0.1——0.8NTU。改造后不但提高了水質(zhì)，而且?guī)?lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。