雙層濾料濾池由于其含污能力高，出水水質穩(wěn)定，濾速高，周期長而得到廣泛應用。對供水企業(yè)現有過濾構筑物濾料級配進行技術改造，是解決城市供水緊張，降低生產成本的較佳途徑之一。
下面，波濤石英砂廠家以某水廠為例來講述一下：“單層石英砂濾料改為雙層濾料濾池的探索”。
某水廠現有十八組鋪裝單層石英砂濾料的普通快濾池，單池有效過濾面積120m2，日處理過濾水48萬m3。生產技術人員對現工藝運行狀況進行挖潛改造，在保證出水水質的前提下，將單層石英砂濾料改為雙層濾料濾池，便是其中的一項技改措施，提高了企業(yè)的日供水能力。
1、工作原理
沉淀后的水流通過粒徑由大到小的濾層時，隨深度增加各層濾料去除的懸浮物量將趨近于相同，因為越到下層，雖然去除的懸浮物濃度越來越小，但濾料粒徑也逐漸變小，因而使去除率大致相同。也就是說，隨著深度的下移，懸浮物濃度的減小，卻因過濾系數增加而得到補償，因而濾層微元所去除的懸浮物量與該層微元的懸浮物濃度大致相同。而在過濾過程中，水頭損失滿足下式：
αHt/αL=k1d-2
其中：αHt—微元單位層厚的水頭損失；
αL—微元單位濾料層厚；
k1——綜合阻力系數；
d—濾料粒徑。
上式表明，過濾過程中，某一深度濾層微元內單位層厚的水頭損失與該微元內濾料粒徑的平方成反比。濾料粒徑越小，單位濾層厚度所增加的水頭損失將越大，小粒徑的濾料更易被堵塞。
綜上所述，粒徑小的濾料，雖然去除懸浮物的能力強，但單位層厚所增加的水頭損失也大。因而說明，當去除懸浮物量相同時，小粒徑濾料的水頭損失的增長速度將比大粒徑濾料快得多。因而當水流通過粒徑大、比重小的無煙煤和粒徑小、比重大的石英砂組成的雙層濾料濾池時，懸浮物可較均勻地分配在每一層濾料中，充分發(fā)揮了各層濾料的截污能力；濾層中水頭損失的增加較單層石英砂濾料濾池將會減緩，則過濾周期將可延長，單位過濾面積上的產水量增加。
2、試驗設備
鋪裝由無煙煤、石英砂組成雙層濾料的A濾池（濾料鋪裝如圖1所示），鋪裝單層石英砂濾料的B濾池進行生產性對比試驗。濾池濾料級配見表1所示。
表1
| 類別 | 濾料組成 | |||||
| 粒徑（mm） | d10 | d80| | 不均勻系數K80 | 厚度（mm) | ||
| 單層石英砂 | dmax=1.2 | 0.83 | 1.18 | 1.42 | 1000 | |
| dmin=0.8 | ||||||
| 雙層 | ||||||
| 無煙煤 | dmax=1.0 | 0.81 | 1.39 | 1.72 | 400 | |
| dmin=0.5 | ||||||
| 石英砂 | dmax=1.0 | 0.52 | 0.76 | 1.46 | 400 | |
| dmin=0.5 | ||||||
3、對比試驗方案及測定內容
3.1、試驗方案。
方案Ⅰ分別以起始濾速為10m/h、16m/h、14m/h、12m/h變速過濾方式運行。沖洗條件：出水濁度≥1NTU或水頭損失≥2.5m。反沖洗后余濁控制在10~25NTU。
方案Ⅱ起始濾速為16m/h，濾速降至12m/h，即進行反沖洗。
方案Ⅲ起始濾速為16m/h，運行72h，即進行反沖洗。
3.2、試驗測定內容。
過濾周期及產水量；水頭損失；出水濁度；反沖洗強度（q=15.9L/s·m2）；反沖洗水率；膨脹率（水溫10℃，e=42.5% ）；濾料截污量。
表2
| 池號 | 平均水溫(℃) | 平均進水濁度(NTU) | 平均進出水濁度(NTU) | 水頭損失 | 濾速 | 過濾周期(h) | 周期產水量(m3) | 沖洗水量(m3) | 沖洗水率（%） | 沖后余濁(NTU) | 濾料截污量(kg/m3) | ||||
| 起始(m) | 終止(m) | 增長率(cm/h) | 起始(m/h) | 終止(m/h) | 平均（m/h） | ||||||||||
| A | 6.7 | 5.36 | 0.30 | 0.47 | 1.96 | 1.23 | 10.80 | 6.67 | 8.40 | 120.9 | 121900 | 1070 | 0.88 | 8.0 | 6.43 |
| B | 6.7 | 5.37 | 0.36 | 0.36 | 2.27 | 1.63 | 10.72 | 6.01 | 8.48 | 117.1 | 119076 | 1110 | 0.93 | 17.2 | 4.97 |
| A | 4.6 | 5.94 | 0.44 | 0.95 | 2.59 | 1.77 | 16.65 | 8.13 | 11.78 | 92.4 | 130594 | 944 | 0.72 | 10.0 | 7.48 |
| B | 4.6 | 5.95 | 0.41 | 1.15 | 2.56 | 2.06 | 16.35 | 9.60 | 12.89 | 68.3 | 105679 | 882 | 0.93 | 16.6 | 4.88 |
| A | 5.4 | 5.30 | 0.40 | 0.80 | 2.59 | 1.70 | 14.33 | 7.20 | 10.51 | 105.5 | 133082 | 663 | 0.50 | 8.8 | 6.79 |
| B | 5.4 | 5.27 | 0.40 | 0.87 | 2.55 | 2.17 | 14.46 | 7.84 | 11.13 | 77.5 | 102839 | 850 | 0.83 | 15.0 | 4.17 |
| A | 11.0 | 4.68 | 0.45 | 0.61 | 2.31 | 0.78 | 12.34 | 6.02 | 9.07 | 221.9 | 241559 | 760 | 0.31 | 9.4 | 10.64 |
| B | 10.6 | 4.63 | 0.42 | 0.69 | 2.52 | 1.11 | 12.55 | 6.74 | 9.90 | 164.6 | 195490 | 929 | 0.48 | 20.0 | 6.86 |
| A | 17.3 | 4.26 | 0.39 | 0.77 | 1.95 | 0.86 | 16.65 | 11.75 | 14.61 | 138.0 | 241602 | 600 | 0.25 | 9.0 | 9.74 |
| B | 17.3 | 4.26 | 0.39 | 0.92 | 2.09 | 0.83 | 16.65 | 12.11 | 14.85 | 140.5 | 249710 | 1200 | 0.48 | 17.0 | 8.05 |
| A | 17.9 | 4.63 | 0.30 | 0.83 | 1.57 | 1.03 | 16.65 | 13.14 | 14.88 | 72.0 | 127823 | 600 | 0.47 | 8.5 | 5.77 |
| B | 17.9 | 4.63 | 0.33 | 0.83 | 1.73 | 1.21 | 16.65 | 13.11 | 14.80 | 72.0 | 127100 | 1000 | 0.79 | 18.0 | 4.55 |
4、試驗數據及分析
方案Ⅰ中，在起始及沖洗條件基本一致的情況下，高濾速范圍（16m/h~12m/h）濾池工作周期A池比B池明顯延長，周期產水量較大可提高29.41%（濾速14m/h時）；水頭損失增長率雙層濾料濾池緩于單層濾料濾池；沖洗水率、沖后余濁明顯低于單層濾料濾池；濾池工作周期內濾料截污量高于單層濾料濾池；平均出水濁度完全滿足國家水質標準。
由方案Ⅰ、Ⅱ試驗數據結果可看出，A池與B池各參數基本一致。
從以上三種試驗方案看出，起始濾速14m/h，出水濁度≥1NTU或水頭損失≥2.5m，較長過濾周期96小時即進行沖洗的工藝運行方式，在今后的生產中具有指導意義。
5、濾料含污量測定分析
確定起始濾速為14m/h作為生產工藝運行方式后，在該濾速下A、B池運行一周期，技術人員對各濾層截污量進行定量采樣分析，確定其含污量分布。（A池含污量如表3、含污量分布如圖2所示； B池含污量如表4、含污量分布如圖3所示）
表3
| 取樣深度 | 表層 | 20cm | 30cm | 40cm | 60cm |
| 沖前 | 2.15 | 0.93 | 0.64 | 0.93 | 0.28 |
| 沖后 | 0.48 | 0.03 | 0.08 | 0.13 | 0.05 |
表4
| 取樣深度 | 表層 | 20cm | 40cm | 60cm |
| 沖前 | 2.95 | 1.45 | 1.25 | 1.10 |
| 沖后 | 1.10 | 0.83 | 0.75 | 0.78 |
從圖2、圖3可見，雙層濾料濾池表層含污量小于單層濾料濾池表層含污量。隨著深度的增加，單層濾料含污量降低；在濾層25cm處，含污量趨于穩(wěn)定。隨著深度的增加，雙層濾料含污量降幅更大，但到35~45cm煤、砂交界處，含污量反而有所上升；之后，水流再一次經過砂濾料，得到精濾，砂濾料含污量如同單層濾料含污量趨勢。含污量曲線證明了水流經雙層濾料濾池懸浮物可較均勻地分配在每一層濾料中，充分發(fā)揮了各層濾料的截污能力；濾層中水頭損失的增加較單層石英砂濾料濾池將會減緩，過濾周期將可延長，則單位過濾面積上的產水量增加。
雙層濾料濾池投產前、后技術人員對雙層濾料濾池反沖洗強度和膨脹率進行了測定，測定的數據都滿足了雙層濾料濾池運行的規(guī)范要求，且承托層比較平整，煤砂無明顯混雜現象。反沖洗時無跑煤現象，濾池運行正常。
6、小結
改造后的雙層濾料濾池周期產水量有了大幅度提高；沖洗水量的減小，降低了企業(yè)生產成本（按現單層濾料濾池沖洗一次耗水1000m3、雙層濾料濾池沖洗一次耗水600m3計算）（1000-600）×365÷4=36500m3，全年一組雙層濾料濾池在沖洗水量一方面就可節(jié)約23725元。 采用高濾速運行，濾后水濁度均在1NTU以下，一般為0.5NTU左右�？梢�，企業(yè)技術上挖潛改造，不僅給企業(yè)帶來了經濟效益，同時，也產生了巨大的社會效益，是企業(yè)今后可持續(xù)發(fā)展的有力措施。
