摘要:采用“石英砂-錳砂”雙層濾料去除水中含鐵及雜質(zhì),降低渾濁度,保證出水水質(zhì)符合國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),水處理能力提高一倍,節(jié)省投資,便于管理,具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益,本文針對無閥濾池雙層濾料研制與應(yīng)用進(jìn)行了探討。
1、問題提出
雙層濾料與單層濾料相比,雙層濾料能增加表層濾料的平均粒徑,提高孔隙率,從而具有截污能力強(qiáng)、出水水質(zhì)穩(wěn)定、濾速快、過濾周期長等特點(diǎn)。目前,標(biāo)準(zhǔn)圖集僅介紹了采用無煙煤濾料與石英砂濾料,雙層濾料的技術(shù),這種雙層濾料雖能提高凈水能力但由于無煙煤濾料易破碎,在反沖洗時(shí),容易造成濾料流失,經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后,逐漸會(huì)造成濾后水質(zhì)不合格,況且也不能達(dá)到去除水中的鐵離子之目的。
某給水站的水源取自九龍江,因受上游廠礦污染,原水水質(zhì)濁度變化大,且含鐵量高達(dá)1.6mg/l,站內(nèi)水處理設(shè)備原采用曝氣反應(yīng)池與無閥濾池(采用單層錳砂濾料)配套使用。該套設(shè)備建造于1972年,由于長期失修嚴(yán)重,其實(shí)際水處理能力僅為120m3/h,為了提高供水能力,90年初對水源進(jìn)行了改造,投產(chǎn)后,泵房揚(yáng)水能力達(dá)到150m3/h,致使濾池處于超負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行,曝氣反應(yīng)池經(jīng)常溢水,出水水質(zhì)無法達(dá)標(biāo),加上無備用水處理設(shè)備,遇上濾池周期性檢修時(shí),經(jīng)常只能供給未經(jīng)凈化的渾水。
針對以上問題,要達(dá)到既能去除鐵離子,保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo),又能提高凈化能力,結(jié)合大修進(jìn)行技術(shù)改造。1991年9月,對無閥濾池采用石英砂濾料和錳砂濾料,雙層濾料的研制應(yīng)用,開展技術(shù)攻關(guān)。
2、理論依據(jù)
2.1、可行性分析
錳砂濾料含有高價(jià)錳的氧化物,在濾池運(yùn)行過程中,表面會(huì)逐漸產(chǎn)生一種有催化作用的鐵質(zhì)活性“濾膜”,有較好的除鐵效果,而且石英砂濾料和錳砂濾料二者都具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性,可以防止在反沖洗時(shí),濾料產(chǎn)生嚴(yán)重磨損,破碎和流失現(xiàn)象,保證濾料穩(wěn)定性。二者化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定,可以避免濾料與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而惡化水質(zhì)。因此,若采用石英砂濾料和錳砂濾料作為雙層濾料,不僅能去除水中雜質(zhì),降低鐵離子含量,而且還能提高過濾速度,提高原有構(gòu)筑物的凈化能力。
2.2、工藝說明
原水通過水射器吸入大量空氣進(jìn)行氧化后,進(jìn)入反應(yīng)池使水氣進(jìn)一步充分混合,經(jīng)過分配水箱、進(jìn)水管、流入無閥濾池。當(dāng)溶解了大量氧氣的水經(jīng)過石英砂濾料和錳砂濾料,雙層濾料過濾時(shí),水中二價(jià)鐵被濾料吸附,進(jìn)而氧化水解逐漸生成具有催化作用的鐵質(zhì)活性“濾膜”,方程式為:3MnO2+O2=MnOMn2O7:MnOMn2O7+4Fe2++2H2O=3MnO2+4Fe3++4OH。
使二價(jià)鐵(Fe2+)的氧化和三價(jià)鐵(Fe3+)的混凝沉淀過程基本上在濾層中完成,無閥濾池出水濁度和含鐵量達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
3、模擬試驗(yàn)及組織實(shí)施
首先,模擬無閥濾池制作了有機(jī)玻璃模型,通過對石英砂濾料和錳砂濾料的級(jí)配、孔隙率、不均勻系數(shù)等物理化學(xué)特性分析,,在現(xiàn)場對不同級(jí)配的濾料進(jìn)行分組模擬試驗(yàn)(見表1)。
表1模擬試驗(yàn)濾料組成及化驗(yàn)的數(shù)據(jù)
項(xiàng)目 | 濾速m/h | 石英砂 | 錳砂 | 濁度mg/L | 含鐵量mg/L | ||||
粒徑mm | 厚度mm | 粒徑mm | 厚度mm | 進(jìn)水 | 出水 | 進(jìn)水 | 出水 | ||
試驗(yàn)A | 16 | 0.995-1.27 | 400 | 0.803-1.27 | 300 | 22 | <3.0 | 1.6 | <0.2 |
試驗(yàn)B | 16 | 0.995-1.27 | 300 | 0.803-1.27 | 400 | 20 | <3.0 | 1.6 | <0.2 |
試驗(yàn)C | 12 | 0.803-1.27 | 300 | 0.533-1.27 | 500 | 20 | <3.0 | 1.6 | <0.2 |
通過十幾次反復(fù)的模擬試驗(yàn),對模擬試驗(yàn)得出的結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真分析、較對,然后確認(rèn)了濾料的合理級(jí)配。既石英砂濾料粒徑0.995-1.27mm,鋪設(shè)厚度400mm。錳砂濾料粒徑0.803-1.27mm,,鋪設(shè)厚度300mm,并組織實(shí)施。
首先,按設(shè)計(jì)所提高的凈化能力300m3/h,對水處理構(gòu)筑物的配套管網(wǎng)進(jìn)行改造。然后,在原濾池的左格進(jìn)行濾料安裝,先強(qiáng)制反沖洗兩次后,停止進(jìn)水,將池水放干,池內(nèi)錳砂承托層按粗到細(xì)分別逐級(jí)鋪裝。錳砂濾料承托層鋪裝340mm后,封蓋進(jìn)行強(qiáng)制反沖洗,并刮除表層15mm左右的雜質(zhì),然后再鋪裝石英砂濾料420mm,同樣封蓋進(jìn)行強(qiáng)制反沖洗刮除表層10mm左右雜質(zhì)。鋪裝過程中我們嚴(yán)格掌握石英砂濾料和錳砂濾料的高度和厚薄均勻,每層投料完畢后,都利用水面進(jìn)行找平并校正高度,全部安裝完畢后,即進(jìn)水浸泡,于92年1月12日開始投用,經(jīng)調(diào)試后,運(yùn)行效果良好,水質(zhì)、凈化能力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,單格濾池凈化能力150m3/h。
表2無閥濾池更換雙層濾料前后主要運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)(水溫15℃)
項(xiàng)目 | 流量m3/h | 濾速m/h | 過濾周期h | 反沖洗強(qiáng)度l/m2s | 反沖洗時(shí)間min | 濁度mg/l | 含鐵量mg/l | ||
進(jìn)水 | 出水 | 進(jìn)水 | 出水 | ||||||
更換前 | 150 | 8 | 21 | 22 | 5 | 23 | >5.0 | 1.2 | 0.3-0.5 |
更換后 | 300 | 16 | 18 | 21 | 5 | 25 | <2.5 | 1.6 | <0.15 |
更換后 | 150 | 8 | 35 | 22 | 5 | 26 | <2.0 | 1.5 | <0.10 |
4、注意事項(xiàng)
(1)雙層濾料對反沖洗強(qiáng)度要求較高,水溫每增減1℃反沖洗強(qiáng)度要相應(yīng)增減1%,以避免石英砂濾料、錳砂濾料混層,影響過濾效果。
(2)雙層濾料的無閥濾池沖洗前的水頭損失較大值可以采用2.5m,但由于受即有構(gòu)筑物工藝流程的限制,未對無閥濾池原虹吸系統(tǒng)進(jìn)行改造,其沖洗前的水頭損失較大值僅為1.7m,因此,運(yùn)行時(shí)會(huì)縮短過濾周期,未能充分發(fā)揮雙層濾料的截污能力。
5、結(jié)束語
無閥濾池采用石英砂濾料和錳砂濾料,雙層濾料后,經(jīng)過14年的運(yùn)行,充分證明此項(xiàng)科研成果達(dá)到了預(yù)期的目的,產(chǎn)生了很好的效果和意義。
(1)采用雙層濾料后,無閥濾池出水濁度均在2~3mg/l,含鐵量在0.10~0.15mg/l之間,能達(dá)到了國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用石英砂濾料和錳砂濾料,經(jīng)受了多次雨季原水高濁度的考驗(yàn),例92年3月27日,九龍江水面淹沒水源井,原水濁度超過1000mg/l,在無閥濾池出水濁度實(shí)測僅為3.0~3.5mg/l,證明了雙層濾料研制應(yīng)用的成功。
(2)采用石英砂濾料和錳砂濾料,改變了原構(gòu)筑物能力不足的狀況,使無閥濾池的凈水能力增加了一倍,由原來的150m3/h,提高到300m3/h,遇到周期性檢修時(shí),原水可進(jìn)行單格過濾,以便輪換檢修,保證不間斷供給合格的水質(zhì)。
(3)石英砂濾料和錳砂濾料,雙層濾料與單層錳砂濾料相比,其濾層截污能力提高93%,當(dāng)水處理能力為150m3/h,單層錳砂濾料的濾池,過濾周期為21小時(shí),而雙層濾料過濾周期為35小時(shí),過濾周期延長67%,僅這一項(xiàng),按每天濾池運(yùn)行21小時(shí),每次反沖洗水量60m3計(jì),每年可節(jié)約反沖洗水量為17520m3。
(4)采用石英砂濾料和錳砂濾料不但能提高水處理能力,保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo),而且與投資興建一套水處理構(gòu)筑物相比,可減少土建投資,還節(jié)約了土地,同時(shí)便于運(yùn)營管理,具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
(5)該雙層濾料的研制與應(yīng)用為其他濾池的改造、挖潛、提高凈水能力提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),填補(bǔ)了含鐵原水處理系統(tǒng)雙層濾料應(yīng)用的空白,具有推廣價(jià)值。