大型除铁滤罐的气水反冲洗

刘俊新 李圭白
(哈尔滨建筑大学)
柏蔚华 樊萃玲 赵树君 许国仁 方海军
(大庆油田供水公司)

　　反冲洗是滤池运行的重要环节之一，许多研究已经表明气水反冲洗比单纯用水反冲洗效果好^[1-2]。但常规的气水反冲洗工艺需要设置鼓风机或空压机及储气罐等设备，费用高、操作复杂、噪音大。本试验采用射流泵抽气代替鼓风机或空压机供气，操作简便、设备和运行费用低。

1．试验设备与条件

　　试验在大庆油田供水公司的喇二水厂进行，采用除铁滤罐处理地下水。其中2个滤罐采用气水反冲洗，即试验用滤罐，其它滤罐单用水反冲洗，反冲洗水采用滤后水。滤罐直径3.0m、面积7.07m²、总高度4.2m，内装锰砂滤料、粒径0.6～2.0mm、滤层厚1.0 m。气水反冲洗采用长柄滤头配水配气，单纯水反冲洗采用穿孔管配水。射流泵抽气气水反冲洗工艺流程如图l。单纯水反冲洗与图1基本相同，只是没有射流泵和压力水管。试验滤罐与水厂其它滤罐在相同条件下运行和管理，各运行参数见表l。

表1 除铁滤罐运行参数

滤罐

过滤周期(h)

滤速(m／s)

气水同时冲洗总强度(L／s．m2)

气水比

气水同时冲洗时间(min)

单独水冲洗强度(L/s·m²)

单独水冲洗时间(min)

总冲洗历时(min)

气水反冲洗

72

7~8

10

1

5

20

2

7

单纯水反冲洗

72

7~8

--

--

--

20

10

10

2．试验结果与分析

　　本试验运行约7个月，试验滤罐作为水厂生产设备的一部分昼夜连续运行。在试验期间，对滤罐的除铁效果和反冲洗效果等方面进行了考察。原水含铁量为1.4~6.0mg/L，当滤膜成熟后滤罐出水铁含量基本稳定，达到了饮用水标准。表2是滤膜成熟后，滤罐出水逐月平均含铁量变化情况。

表2 气水反冲洗滤罐除铁效果统计表

月份

原水平均含铁浓度(mg/L)

出水平均含铁浓度(mg/L)

出水平均含铁浓度90％保证率

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

　　滤池在反冲洗过程中，排水中的污物量将随反冲洗时间而变化^[3]。为了定量考察反冲洗排水中铁浓度的变化情况，对气水反冲洗滤罐和水厂单纯用水反冲洗滤罐反冲洗时排水中铁浓度进行了监测，结果见图2。
　　由图可见，在前5分钟，气水反冲洗滤罐为气水同时反冲洗，排水中铁浓度很快达到最大值（约1min左右），此后逐渐降低。表明气水反冲洗具有较强的从滤料表面剥落铁絮凝体等污物的作用，可在短时间内将污物从滤料表面冲洗下来进入水中，因此表现为排水中铁浓度很快达到最大值。随着时间的延长，滤料表面上的污物减少，部分气体开始做无用功，此时由水将污物输送出滤罐是主要问题，因此需要用水冲洗。由试验结果可知，气水同时冲洗5min是适宜的，反冲洗历时6min开始用水冲洗反冲洗。由图2 可见，用水冲洗2min时排水中铁浓度变化已经平稳。在测定时，为了考察排水中铁浓度的变化，总冲洗历时延长至10min，正常运行时总冲洗时间为7min。
　　由图2可见，水厂内单纯用水反冲洗的滤罐的反冲洗排水中铁浓度变化比较缓慢，在冲洗1~2min时达到最大值，但远远小于气水反冲洗的最大值，此后铁浓度逐渐降低。对比两条曲线的变化可看出，气水反冲洗比单纯水反冲洗在节水的同时还具有非常好的冲洗效果。

　　测定反冲洗后滤料层内残留的污物量，是衡量反冲洗效果的重要指标。当试验运行半年时，分别将气水反冲和单纯水反冲洗滤罐的滤料表层和表层以下0.4m处各取一定体积的滤料，测定其残留污物量，结果见表3。由测定的结果可见，气水反冲洗滤罐内滤料层残留的污物量比单纯水冲洗滤罐内残留的污物量少得多，特别是表层滤料的残留污物量，气水反冲洗罐比单纯水反冲洗罐减少63%。

表3滤层内残留污物量

滤罐

滤层内残留污物量（kg/m³）

表层

滤层内部

气水反冲洗

73.5

23.5

单纯用水反冲洗

200.0

24.6

3．影响反冲洗效果的主要因素分析

3.1 气水同时冲洗阶段的影响因素
　　气水同时反冲洗阶段的作用主要是将滤料表面的污物剥落下来，其中一部分随排水流出滤罐。影响反冲洗效果的主要因素有气水比、气水冲洗总强度和冲洗历时等。
　　根据试验结果，以气水比l:l～2:l，气水反冲洗总强度10～15 L/s·m²，气水反冲洗历时5min左右为宜。
3.2 气水反冲洗结束后水冲洗阶段的影响因素
　　在气水同时冲洗结束后，需要再单纯用水对滤层进行反冲洗。水冲洗的作用主要是：① 输送滤罐内残留的污物；② 清除配气室内的气层； ③ 清除滤层内的气体；④ 对于双层滤料具有水力分级、分层的作用。根据试验结果，锰砂滤料以单纯水冲洗强度15~20 L/s·m²、冲洗历时2 min左右为宜。

4．产水量与反冲洗耗水量

　　在试验运行期间，为便于与单纯水冲洗滤罐进行对比，让气水反冲洗滤罐的过滤周期和产水量与其它滤罐相同。对比结果见表4。
　　由试验结果可看出，每冲洗一次，气水反冲洗比单纯水反冲洗可减少耗水量57.26 m³，节水率67.5％。以过滤周期72 h计，一年滤罐冲洗122次，每个滤罐每年可节省反冲洗水6986 m³。气水反冲洗滤罐的过滤周期比单纯水冲洗滤罐的过滤周期延长，如果按不同过滤周期计算节水率，则气水反冲洗的年节水率会更高。

表4 滤罐产水量与耗水量

滤罐

过滤周期(h)

产水量(m³)

气水同时冲洗耗水量(m³)

单纯水冲洗耗水量(m³)

总耗水量(m³)

耗水率(%)

气水反冲洗

72

3300~4200

10.61

16.96

27.56

0.7~0.8

单纯用水反冲洗

72

3300~4200

--

84.82

84.82

2.0~2.6

5．结论

　　（1）试验结果表明，用射流泵进行除铁滤罐的气水反冲洗是可行的，节水率达67.5%以上。
　　（2）锰砂除铁滤罐采用气水反冲洗时，其最佳参数为：
　　气水比l:l～2:l，气水反冲洗总强度10～15L/s·m²，气水反冲洗历时5min左右，单纯水冲洗强度15~20L/s·m²、冲洗历时2min。

参考文献

　　[1] 中国建筑科学研究院情报所编辑，过滤技术的发展及气水反冲洗，1981.6。
　　[2] 广州市城建局科技情报站，快滤池气、水反冲洗生产性试验小结，市政工程技术资料，1982.3。
　　[3] 刘俊新、李圭白, 1989, 滤池气水反冲洗时排水浊度变化的数学模式, 哈尔滨建筑工程学院学报, 22(4): 60-67