多層濾料濾池

多層濾料濾池系指濾料層有兩層或兩層以上的濾池，目前濾料層最多的為三層。多層濾料濾池產水量高、工作周期長、截污能力大，它對節省用地、節約投資以及對舊有水廠挖潛改造有重要意義。

基本介紹

• 中文名：多層濾料濾池
• 外文名：Multi-media filter
• 學科：給水工程
• 類型：兩層、三層濾池
• 優點：增加濾料層的截污容量
• 濾料：無煙煤濾料等

介紹

傳統的單層級配濾料因反衝洗時水力分級的影響，其粒徑分布呈現上小下大的“正粒度”排列，過濾過程中就會出現無煙煤濾料表層水頭損失增長迅速和濾後水中雜質顆粒提前穿透兩種不利後果，其中任何一種都會縮短過濾周期、減少周期產水量，並因中下層濾料基本未發揮截污作用而造成濾料吸附能力的浪費。單層均質濾料在某些程度上克服了濾料的整體或部分“正粒度”分布給過濾帶來的不良情況，因而水中的懸浮雜質能滲入濾料層深處並被截留。但在實際套用過程中，濾料需選用較大的粒徑，其相應濾料層高度也需增加。即單層均質濾料濾池在用粗濾料過濾的條件下，為保證過濾過程的正常進行，濾料層的厚度應適當增加，這種增加對新建濾池是易於實現的，但給老水廠原有生產濾池的挖潛改造帶來困難，因自來水廠各處理構築物之間的高程配合有相應的要求。因此在不進行過多變動的情況下，經濟有效地提高其過濾性能、調整濾料層結構成為給水處理提高過濾效果的重要發展方向。

為了克服傳統單層級配濾料層水力分級和單層均質濾料層厚度較大的缺陷，研究人員開發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、密度較小的輕質濾料。雙層濾料濾層過濾時，水先通過粗粒徑濾料，之後通過細粒徑濾料，這樣可增加濾料層的截污容量，延長過濾周期，體現理想濾料層的概念。使用較早也較廣泛的輕質濾料是無煙煤，無煙煤濾料的密度比石英砂的密度小，粒徑比石英砂大，在反衝洗後無煙煤濾料仍保持在石英砂層上面。後來使用的輕質濾料還有人工陶粒、人工合成纖維等。由於受到天然材料的限制，生產中所採用的仍然只有雙層和三層濾料。

方式與原理

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

向下過濾

為了提高這種濾池的濾速和延長其運行時間，常用有效粒徑大於其下面砂料的輕質材料來代替上面一層細砂。這種較輕的材料一般為無煙煤，由於無煙煤的相對密度比砂小，在反衝洗後它們仍然能保留在濾池的上部，大的無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的速度，使水中各種雜質有機會進入深層下部，使濾層得到較為充分合理的套用，從而延長過濾時間。試驗和生產實踐都證明，一般在相同周期下，其產水量約比砂濾料快濾池多0.5～1.0倍。對於老廠來說，把濾砂池改成雙層濾料過濾是挖掘濾池潛力和提高出水量的有效途徑之一。無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，應使沖洗水流量相同時濾料膨脹程度也相同。這樣可使濾料在重新開始過濾以前重新得到分級。

各種材料特別是上層濾料材料的均勻係數必須儘可能的低（不超過1.5），以防止雜質堵塞各濾層的表面。反衝洗流速的增加應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%。在某些場合下，必須採取措施使反衝洗水流速與水溫相適應，

以便維持適當程度的膨脹且濾料又沒有隨排水流失的危險。在沖洗時，很難做到濾料一點不被沖走，所以每年必須補充5%～7%的濾料。在實際套用中，也有用3層或4層密料組成的濾池，相對密度越大且顆粒越小的放在濾床的最底層，例如相對密度為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向深層滲入的情況，但是無論哪種濾池都不能解決必須進行反衝洗這一固有缺點。

向上過濾

在這種系統中，濾床粒逕自底部至頂部逐漸減小，目的還是使雜質能夠滲入濾床源部，以便儘量利用過濾體和延長過濾周期。另外，由於水自底部向上流，因而砂層會承受一種浮力作用，這種作用隨水頭損失的增加而增大，可使濾床上部的細砂產生局部膨脹區，在恢復過濾以前，濾床會泄漏幾分鐘。為克服這一缺點，常在頂部埋置固定在邊緣上有扁平柵條構成的水平格柵，用以穩定細砂。

這種格柵系統不能完全消除不希望有的突然膨脹，這種膨脹主要是在過濾水流量急劇或大幅度增加致使濾速加速時發生。為了進一步克服該缺點，應當採用更深的砂層。

每個濾池都必須裝有流速測量裝置和過濾水量計算儀表，以便根據過濾水量而不是水頭損失來確定是否需要衝洗；必須制定嚴格的操作規程，以保證流量的緩慢變化。由於上向流濾池本身存在的問題尚未得到很好的解決，故在我國很少採用上向流濾池。

雙向流過濾

雙向流式濾池是上向流濾池的改進形式，試圖用池中的分流（從頂部向下流與從底部向上流）來截住上向流的濾池。雙向流式濾池主要用於荷蘭和蘇聯，在我國大慶油田也有套用。雙向流式濾池允許過濾工作從兩個相對的方向同時進行，其容量相等，從而使結構上和排水系統上都得到某些節省。

雙向流式濾池存在一個固有的局限性，不能用以生產特別高質量出水。單一濾料雙向流式濾池的最細濾料放在上半部下向流濾床的頂部。這使濾床的上半部構成一個快濾池或表面式過濾池，由它得出的水的質量最好也不會超過普通快濾池的水質；濾池的下半部是一個由粗到細的濾池，但在濾床上部出口處的最細顆粒比普通快濾池中成功套用的最細顆粒還要粗。顯然，從這個濾床出來的水比下向流濾池產生的水質要差一些。雙向流式雙層濾料濾池構造比單一濾料雙向式濾床要好，其優點是把細砂放在更靠近中間收集管的地方，這樣便在由粗到細單一濾料（砂）的上向流床之上組成一個雙層濾料（煤一砂）的下向流濾床，最細砂粒的粒度根據實際套用情況決定，這一點上仍有局限性，如果砂粒比普通快濾池中的砂更細，由於必須使它在濾床的下半部構成最好的上向流濾池，則在反衝洗時砂粒會由於太細而被過多地提升到煤層中去。如果要使砂粒的級配在上半部適合於雙層濾料濾床，那么砂粒就顯得太粗，而使下半部濾床上向流過濾得不到最佳過濾效果，不論哪一半出來的水質都比不上混合濾料濾池的出水水質，對於這樣一個雙重問題，很難簡單地解決。

多層濾池結構

雙層濾料濾池，上層通常採用無煙煤濾料，亦可採用破碎陶粒濾料， 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，亦可採用破碎陶粒等輕質濾料。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。這種濾池在高速過濾情況下，濾速可達30m/h或以上，同時能保證濾後水質。圖3-76為我國黃石市採用的三層濾料濾池，上層1採用無煙煤濾料徑為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。

多層濾料濾池產水量高、工作周期長、截污能力大，它對節省用地、節約投資以及對舊有水廠挖潛改造有重要意義。