砂、煤雙層濾料濾池出現(xiàn)泥粒、泥球、泥板等積泥現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)大面積泥塘，影響快濾池的效率和濾后水質(zhì)。濾池積泥原因與沖洗是密不可分的，同時(shí)和濾料自身性質(zhì)有關(guān)。本文試圖從微觀層面入手，分析砂、煤雙層濾料濾池的積泥原因，并試圖從中找出解決問(wèn)題的途徑。
1、濾池沖洗時(shí)的狀態(tài)分析
1.1 沖洗開始時(shí)，濾層動(dòng)態(tài)狀況分析。
濾池沖洗時(shí)，隨著閘門的開啟，沖洗水量逐步加大，通過(guò)濾料的流速逐步提高，濾料受水的沖擊力也逐步加大，濾料由靜止?fàn)顟B(tài)逐步向流化狀態(tài)過(guò)渡，濾料的流化狀態(tài)又稱液化狀態(tài)，這種狀態(tài)使固體濾料具有了液體的性質(zhì)，如流動(dòng)性、壓力傳遞、等壓面等。
濾池在使用中，有一個(gè)泥膜的形成和濾料被過(guò)濾水頭壓實(shí)的過(guò)程。在濾池沖洗初期，沖洗水沖破壓實(shí)的濾料和表面泥膜，先在一點(diǎn)或幾點(diǎn)突破，此時(shí)泥膜開裂，部分濾料沖出濾床表面，被壓緊的濾床松動(dòng)，濾床表面上升。隨著沖洗水量的加大，泥膜表面繼續(xù)開裂、破碎，濾床表面繼續(xù)上升，一直達(dá)到和沖洗強(qiáng)度相匹配的膨脹高度。這種情況，前人已做了實(shí)驗(yàn)并有著述，故在這里不多述。
1.2 濾池沖洗中的濾料狀態(tài)分析。
濾池沖洗時(shí)，濾料在水中并非處于相對(duì)靜止的懸浮狀態(tài)，而成上下翻騰的對(duì)流狀態(tài)，一部分濾料隨水流上升，另一部分濾料下降。這種情況，在實(shí)驗(yàn)濾柱中可以顯而易見。分析原因有以下幾方面：
①?zèng)_洗水分配不均勻，造成濾料上下翻騰。
濾池沖洗水的配水管是具有沿途出流的非均勻流，沿途水力損失各不相同，而出流孔口直徑相同。所以，各孔口出流量都不相同，造成濾池中沖洗水不均勻。
②由承托層流向?yàn)V料層的沖洗水呈股流狀態(tài)，引起濾料對(duì)流。
③濾料層內(nèi)的沖洗水旋渦卷帶作用，使濾料上下翻騰。
④濾料是不規(guī)則的多面體，也是產(chǎn)生翻騰的重要因素。
1.3 沖洗結(jié)束時(shí)，濾料粒徑沿濾層縱向分布狀況的分析。
濾池沖洗中濾料處于懸浮的對(duì)流狀態(tài)。但由于粒徑不同，在對(duì)流中上升高度不同，粒徑大的濾料上升度低，粒徑小的濾料上升度較高。在任意水平斷面上，都不會(huì)存在單一粒徑的濾料，而是各種粒徑的濾料相互慘混，區(qū)別點(diǎn)僅在于上層濾料的平均粒徑偏小，下層濾料的平均粒徑偏大。
當(dāng)停止反沖洗時(shí)，隨著反沖洗水量的減少，膨脹起來(lái)的濾料開始回落，在回落過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生濾料顆粒彼此干擾的“擁擠沉淀”。又稱“分層沉淀”。在這種沉淀中，粒徑大小不同的濾料相互干擾，以相同的速度下沉。大顆粒的濾料受小顆粒濾料的干擾而減緩了沉速，小顆粒的濾料受大顆粒濾料的帶動(dòng)而加大了沉速，結(jié)果表現(xiàn)為大、小粒徑的濾料以相同的沉速下沉。
2、對(duì)濾池沖洗機(jī)理的理解和認(rèn)識(shí)
傳統(tǒng)的濾池沖洗被認(rèn)為是用一定強(qiáng)度的水流由下而上地通過(guò)濾料層，使濾層在上升的水流中逐漸膨脹到一定高度，由濾料間的高速水流所產(chǎn)生的剪力，使濾料上粘附的絮體脫落下來(lái)，并隨反沖洗水流出濾池。
通過(guò)對(duì)濾池沖洗過(guò)程的微觀分析，可見沖洗有以下功能和作用：
2.1 沖洗水使濾床流化，產(chǎn)生對(duì)流；
2.2 “濾料對(duì)流”對(duì)濾料上粘附污物有剝離作用；
2.3 “濾料對(duì)流”對(duì)泥粒的研碎作用；
2.4 沖洗水對(duì)污物的剪切、輸送作用；
2.5 濾料液化、對(duì)流的副作用：“濾料對(duì)流”雖然對(duì)洗凈濾料起到了很大作用，但也有不容忽視的副作用�！皩�(duì)流”可以將濾料層表面的臟濾料，帶入濾床深部，使下部濾床的潔凈度惡化。當(dāng)停止沖洗時(shí)，未沖凈的濾料滯留在下部，當(dāng)新的過(guò)濾周期開始時(shí)，影響初期過(guò)濾水質(zhì)。所以，在傳統(tǒng)濾池運(yùn)行時(shí)，都規(guī)定先排放一定時(shí)間的初濾水后，再投入使用。盡管采取排放初濾水的措施，仍需1-2小時(shí)濾后水質(zhì)才能穩(wěn)定。另外，在這種沖洗方式下，當(dāng)進(jìn)一步要求降低濾后水濁度時(shí)，比較困難。法國(guó)“V”型濾池，由于采用“非膨脹沖洗”技術(shù)，避免了濾料液化，對(duì)流的副作用，提高了濾后水質(zhì)。
3、雙層濾料濾池積泥原因的分析
3.1 濾料比重的影響。
前面已對(duì)砂、煤雙層濾池流速分布做了分析，造成流速差異的主要原因是濾料材質(zhì)比重，比重大的濾料膨脹率低。砂、煤濾料比重不同，砂濾料比重約2.6，而煤濾料的比重約為1.4，兩者相差約1.8倍。在標(biāo)準(zhǔn)沖洗強(qiáng)度下，砂濾料沖洗膨脹率25%-30%，煤濾料沖洗膨脹率45% -50%。膨脹率也相差近1.8倍，由此可見，膨脹率和比重有很強(qiáng)的相關(guān)性。提高煤濾料比重可以降低沖洗膨脹率，提高沖洗水在煤濾層的流速。降低砂、煤濾料的流速差距，減少煤濾料中的積泥。
3.2 排水槽高程的影響。
前面已對(duì)沖洗水在濾池中的速度分布做了分析，沖洗水通過(guò)砂濾層流速為0.024m/s-0.028m/s，通過(guò)煤濾層流速為0.0194m/s-0.0224m/s，流速較小的區(qū)域是濾料上表面至排水槽底，流速約為0.013-0.015m/s，和煤濾料中的流速相比，降低約33%。已被沖洗水帶出濾床的顆粒較小的污物可以被沖洗水帶入排水槽排掉；而部分較大顆粒，由于沖洗水流速突然降低，不能再繼續(xù)上升至排水槽，僅在這一區(qū)域上下翻滾，并且繼續(xù)粘結(jié)其他絮體，象滾雪球一樣逐漸長(zhǎng)大，日積月累形成較大的泥球、泥餅。
3.3 排水槽形狀的影響。
濾池排水槽有兩個(gè)功能：分配進(jìn)水和收集洗池排水。收集洗池排水時(shí)，沿水流出方向不斷有沖洗水匯入，所以，設(shè)計(jì)時(shí)采用不斷加大過(guò)水?dāng)嗝孓k法，排水槽設(shè)計(jì)成起端小、終端大的變截面槽。濾池沖洗時(shí)，濾料發(fā)生膨脹，即使良好的設(shè)計(jì)和操作，濾床表面也只能接近排水槽終端的下底，而不能超過(guò)，一旦超過(guò)終端下底，將會(huì)發(fā)生濾料流失。此時(shí)，排水槽始端下面仍有一段為低流速區(qū)，這部分區(qū)域仍會(huì)造成污物滯留，日積月累也會(huì)造成濾池積泥。
3.4 沖洗水強(qiáng)度的影響。
沖洗強(qiáng)度對(duì)濾池的影響，是明顯的。一般不應(yīng)低于13L/m3·s，過(guò)低的沖洗強(qiáng)度會(huì)造成濾池積泥；過(guò)大的沖洗強(qiáng)度會(huì)造成濾料流失，并且浪費(fèi)沖洗水。在生產(chǎn)中，一座濾站由多組濾池組成，由于各個(gè)濾池所在的位置不同，沖洗水沿途水力損失不同，所以各個(gè)濾他很難做到?jīng)_洗強(qiáng)度完全相同，這就需要通過(guò)分別測(cè)定，確定能滿足各組濾池要求的沖洗強(qiáng)度。
4、解決濾池積泥的途徑
4.1 嚴(yán)格控制煤濾料的比重。
在生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)提高對(duì)煤濾料比重的重視程度，減少煤濾中的積泥。建議煤濾料的比重不小于1.4。如果能篩選出一種比重在1.6-2.0的新過(guò)濾材料，將是大有前途的。
4.2 選擇適宜的排水槽形狀。
通過(guò)上面的分析，筆者認(rèn)為應(yīng)把排水槽變截面設(shè)計(jì)改為等截面設(shè)計(jì)，始端、終端一樣。這有兩個(gè)好處：1、消滅了排水槽下面的低流速積泥區(qū)。2、等截面排水槽加工容易，減少施工難度。只要過(guò)流斷面夠大，沖洗時(shí)不發(fā)生壅水即可。
4.3 確定合理的排水槽高程。
在以前的設(shè)計(jì)中，往往對(duì)各濾料層厚度、膨脹后的高度，注意不夠。為了在較高沖洗強(qiáng)度下，不發(fā)生濾料流失，在濾床上表面至排水槽底，予留了較大空間，這實(shí)際是十分有害的，會(huì)造成嚴(yán)重積泥。例如，某水廠在濾池改造時(shí)，因受各種條件限制，被迫將排水槽升高，結(jié)果造成改造后的濾池嚴(yán)重積泥。又如，某水廠原濾池是單層砂濾池，為提高產(chǎn)水量，改造成砂、煤雙層濾料池，濾料總厚度的增加，縮小了濾料上表面至排水槽底的空間，使用數(shù)十年，很少產(chǎn)生積泥。
4.4 增加輔助沖洗。
輔助沖洗是傳統(tǒng)濾池解決積泥經(jīng)常采用的一種方法，行之有效，能解決實(shí)際問(wèn)題，各種輔助沖洗的原理和作用是有所區(qū)別的。
①固定式表面沖洗：沖洗壓力2.0kg/cm2，沖洗強(qiáng)度2-3L/m2·s。以等間距的沖洗管布滿全池，沖洗管上等間距打孔。
工作原理：筆者認(rèn)為有兩方面的作用。1、高速水流增加了濾料內(nèi)的水流剪切力，增加了濾料間的翻騰作用和相互摩擦，使濾料剝離、研碎。2、增加了濾料表面以上的流速。如果原沖洗強(qiáng)度為15L/m2·s，加上固定式表面沖洗強(qiáng)度3L/m2·s，共計(jì)沖洗強(qiáng)度為18L/m2·s。此時(shí)，濾料上表面至排水槽的上升流速為0.018m/s，接近煤濾料中的流速0.0194m/s-0.022m/s。在這種流速下，只要被水流帶出濾料層的污物，幾乎就可以被沖人排水槽。筆者認(rèn)為在固定式表面沖洗2種作用更為突出。
固定式表面沖洗的優(yōu)點(diǎn)有兩方面：1、水壓低，使用出廠水即可，不需要加壓設(shè)備，節(jié)約投資，便于實(shí)現(xiàn)。2、分布全池，不留死角。缺點(diǎn)：1、沖洗強(qiáng)度較大。因此，需要較大口徑的沖洗水管，對(duì)于已建成的濾站，管路布置有難度。2、點(diǎn)陣式噴水口布置，留下大量的弱作用區(qū)。
②旋轉(zhuǎn)式表面沖洗：沖洗壓力5.0kg/cm2，沖洗強(qiáng)度0.75-1.0L/m2·s。根據(jù)濾池面積的大小，在池內(nèi)布置一至數(shù)個(gè)旋轉(zhuǎn)式表沖器，表沖器為高壓水管下按裝一旋轉(zhuǎn)頭，旋轉(zhuǎn)頭上裝有非均勻打孔的布水管，管的起端孔間距大末端孔間距小，運(yùn)行時(shí)，借助高速水流的反作用力，布水管產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。工作原理：表沖管在池內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，高壓水流對(duì)濾料表面的粘結(jié)污物進(jìn)行剪切、剝離。增加濾料間的翻騰作用和相互摩擦，使剝離的污物進(jìn)一步研磨、粉碎。因此，筆者認(rèn)為，旋轉(zhuǎn)式表面沖洗主要作用是高速水流增加了濾料內(nèi)的水流剪切力，增加了濾料間的翻騰作用和相互摩擦。而對(duì)濾料上表面至排水槽的水流速度增加作用不大。此種方式的優(yōu)點(diǎn)：1、因沖洗強(qiáng)度小，節(jié)約沖洗水。2、沖洗水壓力高，對(duì)濾料的攪拌作用強(qiáng)。第三、池內(nèi)管路少，便于濾池維修。缺點(diǎn)：1、旋轉(zhuǎn)頭易損。2、存在死角區(qū)。第三、需要加壓設(shè)備。
③加氣沖洗；加氣沖洗歷史很悠久，可以上溯到幾十年以前。當(dāng)前，加氣沖洗有兩種方式，一種為傳統(tǒng)的“豐”字管布?xì)夥绞�，這種方式缺點(diǎn)很多。后來(lái)發(fā)展了另一種布?xì)夥绞�，為長(zhǎng)、短柄濾頭布?xì)狻Ｐ陆V站多采用后一種。
工作原理：空氣以小氣泡的形式進(jìn)入濾池，使濾床成為氣、液、固的三相體，氣體以氣泡的形式高速?zèng)_向水面，帶動(dòng)水流也以較高的速度上升，造成較高的水流剪切力，使濾料與污物分離，同時(shí)空氣的攪動(dòng)使濾料與濾料之間產(chǎn)生劇烈的摩擦，使污物研碎，以便上升水流將研碎的污物帶入排水槽。所以，筆者認(rèn)為，加氣沖洗主要功能是產(chǎn)生高強(qiáng)度的剪切力和高強(qiáng)度的研碎作用。
優(yōu)點(diǎn)：1、洗凈度高。2、節(jié)約沖洗水量。第三、不局限于濾料表面，在整個(gè)濾料層內(nèi)均起作用。缺點(diǎn)：1、有較復(fù)雜的設(shè)備，維修管理難度大。2、操作條件要求嚴(yán)格，否則易產(chǎn)生濾料流失。第三、傳統(tǒng)“豐”字管式布?xì)猓託獬跗诰植繗饬窟^(guò)大，易造成墊層擾動(dòng)。
4.5 加強(qiáng)生產(chǎn)運(yùn)行的技術(shù)管理：
①?zèng)_洗強(qiáng)度的控制：有條件的單位可以安裝沖洗水流量計(jì)，對(duì)沖洗強(qiáng)度監(jiān)測(cè)控制。無(wú)條件的單位應(yīng)進(jìn)行膨脹率的監(jiān)測(cè)。
②濾池含泥量的監(jiān)測(cè)：濾料含泥量是濾池沖洗效果的綜合反映，含泥量的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取處理措施。
③濾速的控制：筆者認(rèn)為傳統(tǒng)的變速濾池有兩點(diǎn)須注意，1，初濾水應(yīng)堅(jiān)持排放，以保證濾后水質(zhì)。2、濾池投入使用初期，濾速不宜過(guò)大。第三、濾池使用末期水頭損失不宜過(guò)大，以免濾料、泥餅過(guò)份壓實(shí)。
總之，濾池積泥是經(jīng)常發(fā)生的，涉及多方面因素，要進(jìn)行綜合的治理。限于作者水平，難免掛一漏萬(wàn)，請(qǐng)批評(píng)指正。
