劉俊新 李圭白
(哈爾濱建筑大學(xué))
柏蔚華 樊萃玲 趙樹(shù)君 許國(guó)仁 方海軍
(大慶油田供水公司)

　　反沖洗是濾池運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一，許多研究已經(jīng)表明氣水反沖洗比單純用水反沖洗效果好^[1-2]。但常規(guī)的氣水反沖洗工藝需要設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)及儲(chǔ)氣罐等設(shè)備，費(fèi)用高、操作復(fù)雜、噪音大。本試驗(yàn)采用射流泵抽氣代替鼓風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)供氣，操作簡(jiǎn)便、設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用低。

1．試驗(yàn)設(shè)備與條件

　　試驗(yàn)在大慶油田供水公司的喇二水廠進(jìn)行，采用除鐵濾罐處理地下水。其中2個(gè)濾罐采用氣水反沖洗，即試驗(yàn)用濾罐，其它濾罐單用水反沖洗，反沖洗水采用濾后水。濾罐直徑3.0m、面積7.07m²、總高度4.2m，內(nèi)裝錳砂濾料、粒徑0.6～2.0mm、濾層厚1.0 m。氣水反沖洗采用長(zhǎng)柄濾頭配水配氣，單純水反沖洗采用穿孔管配水。射流泵抽氣氣水反沖洗工藝流程如圖l。單純水反沖洗與圖1基本相同，只是沒(méi)有射流泵和壓力水管。試驗(yàn)濾罐與水廠其它濾罐在相同條件下運(yùn)行和管理，各運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表l。

表1 除鐵濾罐運(yùn)行參數(shù)

濾罐

過(guò)濾周期(h)

濾速(m／s)

氣水同時(shí)沖洗總強(qiáng)度(L／s．m2)

氣水比

氣水同時(shí)沖洗時(shí)間(min)

單獨(dú)水沖洗強(qiáng)度(L/s·m²)

單獨(dú)水沖洗時(shí)間(min)

總沖洗歷時(shí)(min)

氣水反沖洗

72

7~8

10

1

5

20

2

7

單純水反沖洗

72

7~8

--

--

--

20

10

10

2．試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　本試驗(yàn)運(yùn)行約7個(gè)月，試驗(yàn)濾罐作為水廠生產(chǎn)設(shè)備的一部分晝夜連續(xù)運(yùn)行。在試驗(yàn)期間，對(duì)濾罐的除鐵效果和反沖洗效果等方面進(jìn)行了考察。原水含鐵量為1.4~6.0mg/L，當(dāng)濾膜成熟后濾罐出水鐵含量基本穩(wěn)定，達(dá)到了飲用水標(biāo)準(zhǔn)。表2是濾膜成熟后，濾罐出水逐月平均含鐵量變化情況。

表2 氣水反沖洗濾罐除鐵效果統(tǒng)計(jì)表

月份

原水平均含鐵濃度(mg/L)

出水平均含鐵濃度(mg/L)

出水平均含鐵濃度90％保證率

罐1

罐2

罐1

罐2

6

1.81

0.15

0.16

0.20 mg/L以下

0.20mg/L以下

7

3.11

0.16

0.16

0.21 mg/L以下

0.20 mg/L以下

8

3.23

0.18

0.13

0.20 mg/L以下

0.18 mg/L以下

9

1.94

0.15

0.12

0.20 mg/L以下

0.17 mg/L以下

10

1.93

0.11

0.08

0.17mg/L以下

0.11mg/L以下

　　濾池在反沖洗過(guò)程中，排水中的污物量將隨反沖洗時(shí)間而變化^[3]。為了定量考察反沖洗排水中鐵濃度的變化情況，對(duì)氣水反沖洗濾罐和水廠單純用水反沖洗濾罐反沖洗時(shí)排水中鐵濃度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖2。
　　由圖可見(jiàn)，在前5分鐘，氣水反沖洗濾罐為氣水同時(shí)反沖洗，排水中鐵濃度很快達(dá)到最大值（約1min左右），此后逐漸降低。表明氣水反沖洗具有較強(qiáng)的從濾料表面剝落鐵絮凝體等污物的作用，可在短時(shí)間內(nèi)將污物從濾料表面沖洗下來(lái)進(jìn)入水中，因此表現(xiàn)為排水中鐵濃度很快達(dá)到最大值。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，濾料表面上的污物減少，部分氣體開(kāi)始做無(wú)用功，此時(shí)由水將污物輸送出濾罐是主要問(wèn)題，因此需要用水沖洗。由試驗(yàn)結(jié)果可知，氣水同時(shí)沖洗5min是適宜的，反沖洗歷時(shí)6min開(kāi)始用水沖洗反沖洗。由圖2 可見(jiàn)，用水沖洗2min時(shí)排水中鐵濃度變化已經(jīng)平穩(wěn)。在測(cè)定時(shí)，為了考察排水中鐵濃度的變化，總沖洗歷時(shí)延長(zhǎng)至10min，正常運(yùn)行時(shí)總沖洗時(shí)間為7min。
　　由圖2可見(jiàn)，水廠內(nèi)單純用水反沖洗的濾罐的反沖洗排水中鐵濃度變化比較緩慢，在沖洗1~2min時(shí)達(dá)到最大值，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣水反沖洗的最大值，此后鐵濃度逐漸降低。對(duì)比兩條曲線的變化可看出，氣水反沖洗比單純水反沖洗在節(jié)水的同時(shí)還具有非常好的沖洗效果。

　　測(cè)定反沖洗后濾料層內(nèi)殘留的污物量，是衡量反沖洗效果的重要指標(biāo)。當(dāng)試驗(yàn)運(yùn)行半年時(shí)，分別將氣水反沖和單純水反沖洗濾罐的濾料表層和表層以下0.4m處各取一定體積的濾料，測(cè)定其殘留污物量，結(jié)果見(jiàn)表3。由測(cè)定的結(jié)果可見(jiàn)，氣水反沖洗濾罐內(nèi)濾料層殘留的污物量比單純水沖洗濾罐內(nèi)殘留的污物量少得多，特別是表層濾料的殘留污物量，氣水反沖洗罐比單純水反沖洗罐減少63%。

表3濾層內(nèi)殘留污物量

濾罐

濾層內(nèi)殘留污物量（kg/m³）

表層

濾層內(nèi)部

氣水反沖洗

73.5

23.5

單純用水反沖洗

200.0

24.6

3．影響反沖洗效果的主要因素分析

3.1 氣水同時(shí)沖洗階段的影響因素
　　氣水同時(shí)反沖洗階段的作用主要是將濾料表面的污物剝落下來(lái)，其中一部分隨排水流出濾罐。影響反沖洗效果的主要因素有氣水比、氣水沖洗總強(qiáng)度和沖洗歷時(shí)等。
　　根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以氣水比l:l～2:l，氣水反沖洗總強(qiáng)度10～15 L/s·m²，氣水反沖洗歷時(shí)5min左右為宜。
3.2 氣水反沖洗結(jié)束后水沖洗階段的影響因素
　　在氣水同時(shí)沖洗結(jié)束后，需要再單純用水對(duì)濾層進(jìn)行反沖洗。水沖洗的作用主要是：① 輸送濾罐內(nèi)殘留的污物；② 清除配氣室內(nèi)的氣層； ③ 清除濾層內(nèi)的氣體；④ 對(duì)于雙層濾料具有水力分級(jí)、分層的作用。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，錳砂濾料以單純水沖洗強(qiáng)度15~20 L/s·m²、沖洗歷時(shí)2 min左右為宜。

4．產(chǎn)水量與反沖洗耗水量

　　在試驗(yàn)運(yùn)行期間，為便于與單純水沖洗濾罐進(jìn)行對(duì)比，讓氣水反沖洗濾罐的過(guò)濾周期和產(chǎn)水量與其它濾罐相同。對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。
　　由試驗(yàn)結(jié)果可看出，每沖洗一次，氣水反沖洗比單純水反沖洗可減少耗水量57.26 m³，節(jié)水率67.5％。以過(guò)濾周期72 h計(jì)，一年濾罐沖洗122次，每個(gè)濾罐每年可節(jié)省反沖洗水6986 m³。氣水反沖洗濾罐的過(guò)濾周期比單純水沖洗濾罐的過(guò)濾周期延長(zhǎng)，如果按不同過(guò)濾周期計(jì)算節(jié)水率，則氣水反沖洗的年節(jié)水率會(huì)更高。

表4 濾罐產(chǎn)水量與耗水量

濾罐

過(guò)濾周期(h)

產(chǎn)水量(m³)

氣水同時(shí)沖洗耗水量(m³)

單純水沖洗耗水量(m³)

總耗水量(m³)

耗水率(%)

氣水反沖洗

72

3300~4200

10.61

16.96

27.56

0.7~0.8

單純用水反沖洗

72

3300~4200

--

84.82

84.82

2.0~2.6

5．結(jié)論

　?。?）試驗(yàn)結(jié)果表明，用射流泵進(jìn)行除鐵濾罐的氣水反沖洗是可行的，節(jié)水率達(dá)67.5%以上。
　　（2）錳砂除鐵濾罐采用氣水反沖洗時(shí)，其最佳參數(shù)為：
　　氣水比l:l～2:l，氣水反沖洗總強(qiáng)度10～15L/s·m²，氣水反沖洗歷時(shí)5min左右，單純水沖洗強(qiáng)度15~20L/s·m²、沖洗歷時(shí)2min。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院情報(bào)所編輯，過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展及氣水反沖洗，1981.6。
　　[2] 廣州市城建局科技情報(bào)站，快濾池氣、水反沖洗生產(chǎn)性試驗(yàn)小結(jié)，市政工程技術(shù)資料，1982.3。
　　[3] 劉俊新、李圭白, 1989, 濾池氣水反沖洗時(shí)排水濁度變化的數(shù)學(xué)模式, 哈爾濱建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào), 22(4): 60-67