| 张建锋 金同轨(西安建筑科技大学环境工程系)
金伟如(深圳自来水有限公司调度中心) 直接过滤是指过滤前没有沉淀装置的一种水处理系统。根据滤池进水的不同特点，直接过滤又分为微絮凝过滤和接触过滤。由于直接过滤工艺流程中没有沉淀设备，可节省基建投资和日常开支。另外，直接过滤工艺节省化学药剂费用，处理过程中形成的污泥密度较大，而且易于浓缩脱水。 1 试验装置 试验采用福建生产的均质石英砂滤料，规格为：d10=0.95mm，K60=1.35，滤层厚700mm。模型滤池是两套高3000mm，直径为100mm的有机玻璃柱，沿柱体纵向设有取样管和测压管。
试验采用聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂。在原水水质、滤床结构、滤柱运行控制参数及加药量完全相同的情况下，A滤柱内进行微絮凝过滤，微絮凝时间为6min，B滤柱为接触过滤，混合1min。
试验中，滤柱运行的控制指标为：①滤后水浊度不超过1NTU，个别试验不超过3NTU；②允许最大水头损失5883.9Pa。滤速范围为5.2～8.8m/h，滤层上部水深控制在600～1200mm，流向朝下。反冲洗采用气洗—气、水混洗—水洗的方式。 2 结果与分析 A、B两滤柱过滤不同浊度原水的代表性试验数据列于表1。可以看出，当原水浊度≥50NTU时，微絮凝过滤的效果明显优于接触过滤，在低浊进水时，两种过滤方式互有优势。总体来看，微絮凝过滤略优于接触过滤，随进水浊度的增大，这种优势更加明显。以下分别从滤层水头损失和出水浊度的变化以及产水量等方面对其具体分析。 表1 不同进水浊度时A、B两滤柱运行情况 | 进水浊度（NTU） | 滤速（m/h） | 运转周期（h） | 水头损失（Pa） | 平均浊度（NTU） | F值 | | A | B | A | B | A | B | A | B | | 10 | 8.8 | 29.8 | 29.9 | 6197.8 | 5511.3 | 0.14 | 0.16 | 3.37 | 3.42 | | 20 | 8.8 | 30.6 | 30.5 | 4746.4 | 4775.8 | 0.92 | 0.63 | 8.26 | 5.72 | | 50 | 8.8 | 9.62 | 8.88 | 5560.4 | 4383.6 | 0.33 | 0.42 | 4.42 | 4.80 | | 100 | 6.8 | 8.75 | 8.17 | 2324.2 | 2343.8 | 0.64 | 0.68 | 2.55 | 2.93 | | 150 | 5.2 | 10.0 | 9.0 | 4922.9 | 5483.5 | 0.32 | 0.40 | 2.06 | 3.14 | | 200 | 5.2 | 6.88 | 5.58 | 3971.7 | 2981.2 | 0.35 | 0.60 | 1.98 | 3.14 | 注 1、过滤性能指F按式F=HtC/C0υT×1000计算
式中C、C0——出水、进水浓度 υ——滤速 Ht——工作周期末的水头损失 T——工作周期 F值越小，表明滤池过滤性能越好。
2、平均浊度系出水浊度与过滤时间的加权平均值，以下同。 | 2.1 水头损失变化情况
将不同试验条件下的结果进行归一化处理后可以看到，当进水浊度<100NTU时，A、B两滤柱的水头损失随时间的变化曲线接近一条直线，这符合快滤池滤层过滤中水头损失增长的一般规律。当进水浊度>150NTU时，滤层水头损失的变化曲线明显弯曲，水头损失与时间呈非线性关系，滤层的截留模式发生变化，属于表面过滤，被截留的颗粒物聚积在滤床顶部很薄的砂层中，滤层主要依靠滤料及沉积物孔隙的筛除作用来截留悬浮固体，导致滤层的水头损失急剧增加，这在生产中是不应出现的。在过滤截留模式随进水浊度增大而发生改变的过程中，A滤柱的耐浊度冲击力比B滤柱强。
2.2 出水浊度的变化情况
截留概率k值表示了浊质通过某一粒径滤料厚度滤层时被截留的概率，在滤柱的工作周期内，A、B两柱出水的平均浊度及滤柱截留概率k值见表2。
微絮凝过滤的滤后水水质优于接触过滤，随进水浊度升高，这种优势更加明显。另外，随浊度升高，滤层截留概率k值逐渐增大，说明浊质粒子数目的变化对滤层去除浊质的模式有所影响。
2.3 产水量情况比较
不同进水浊度时，A、B两滤柱单位面积滤层产水量情况见表3。 表2 不同浊度时A、B两柱出水平均浊度及滤柱截留概率K值 | 进水浊度C0（NTU） | 10 | 20 | 50 | 100 | 150 | 200 | | A柱出水平均浊度CA（NTU） | 0.14 | 0.92 | 0.33 | 0.64 | 0.32 | 0.35 | | B柱出水平均浊度CB（NTU） | 0.16 | 0.63 | 0.42 | 0.68 | 0.40 | 0.60 | | （CB-CA）/CB（%） | 12.5 | - | 21.4 | 5.9 | 20 | 41.7 | | kA×10-2 | 1.03 | 0.74* | 1.21 | 1.22 | 1.48 | 1.53 | | kB×10-2 | 0.99 | 0.83 | 1.15 | 1.20 | 1.43 | 1.40 | | 注 1 滤层截留概率k按k=-ln(C/C0)/Z0/d0计算 | 表3 A、B两滤柱单位面积滤层产水量 | 进水浊度C0（NTU） | 10 | 20 | 50 | 100 | 150 | 200 | | A柱产量PA（m3/m2) | 262 | 269.3 | 84.7 | 59.5 | 52 | 35.8 | | B柱产水量PB（m3/m2) | 263 | 268 | 78.1 | 55.6 | 46.8 | 29 | | （PA-PB）/PB（%） | - | 0.49 | 8.45 | 7.01 | 11.11 | 23.45 | 一般认为，当滤池单位面积产水量>210m3/m2时，采用直接过滤工艺是可行的［1］。表3中数据表明，进水浊度不超过20 NTU时，可采用直接过滤工艺。随着进水浊度升高，单位面积滤层的产水量急剧下降，但A柱的产水量大于B柱，进一步说明在耐高浊水冲击方面，接触过滤不如微絮凝过滤。
从以上几方面的对比结果可以看出微絮凝过滤优于接触过滤。 3 结论 ① 直接过滤工艺可以有效地处理低浊水(浊度<20NTU)；
② 微絮凝过滤和接触过滤在处理低浊水时效果差异不大；在处理20～100NTU的中浊度和>100NTU的高浊度原水时，微絮凝过滤优于接触过滤。从水厂供水安全、可靠的角度出发，在条件允许时，应优先采用微絮凝过滤。 参考文献 1 Logsdon G S et al.Direct filtration treatment of turbid water.Pro AWWA Annual Conf,1993；679～706
作者通讯处：710055 西安雁塔路13号 西安建筑科技大学环境工程系
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(收稿日期 1998-11-03) | 
