摘要：应用分层取样法测试了滤料层的截污量。通过滤柱实验，能够更好地分析研究石英砂均质滤料层截留浊质物的变化规律。
引言
滤料作为滤池的心脏部分，一直受到水处理工作者的重视。传统的向下流水力分级滤池，由于滤层顶部粒径小、阻力大，而低部粒径大，阻力小使得整个滤料层得不到充分发挥利用。第十届国际给水会议报告中指出：“采用比较均匀的粗砂级配，分层问题就不会发生”。因此，过滤需要均匀滤料。但是，从天然砂或人工破碎的无烟煤中，几乎不可能筛分出不均匀系数为1的颗粒，因而在实际生产中总是用尽可的不均匀系数来实现对滤料均匀性的要求。均匀滤料采用传统冲洗工艺，同样会出现水力分级现象，造成滤层顶部粒径小，而低部粒径大的不合理过滤。近年来研究开发的石英砂均质滤料技术，更好地解决了这一问题。我们在对滤料层进行了深入研究和测试后，设计了一种解剖式滤柱——分层取样法。对某水厂V型滤池进行了石英砂均质滤料截污规律的实验研究。
1、实验部分
1.1、滤柱设计
本实验滤柱选用φ100mm，高3000mm的透明有机玻璃柱。其构造见图1。其中沿滤料层不同深度分别在滤柱两侧设有取样管和侧压管，而且此段滤柱设计为沿滤柱纵向从中可启闭的解剖式滤柱，以便经一个过滤周期结束后，对滤柱进行解剖分层取样，测定滤层的截污量。
1.2、实验材料
水样：本实验滤柱待过滤水样直接取自水厂生产工艺沉淀池出水；
浊度<10度、pH=7.4、水温<5℃；
滤料：选用巩义市波涛石英砂厂家生产的均质石英砂滤料；
d10=0.95mm、K60=1.35、滤层厚度1000mm。
1.3、仪器
GDS-3型光电式浑浊度仪，25型酸度计或PHS-29型酸度计温度计（0.1℃），TG-328B型半自动电光天平。
1.4、测定方法
通常，实验室研究滤层截留浊质物规律的方法是通过分析沿滤层深度水头损失的变化规律及沿滤层深度浊度的变化规律来进行的。本方法在上述两种方法的基础上，设计了一种解剖式试验滤柱，对滤柱解剖，进行分层取样，测定其滤层的截污量。
实验滤柱经一个周期结束后，对其解剖，沿滤层深度以单位滤料层（取10cm为一个单位滤料层)）进行分层取样，所取试样放入烘箱烘至105℃恒重，用TG-328B型电光分析天平称其重量，再放人托盘中，用自来水浸泡24小时。对试样漂洗至独度恒定，再放入烘箱至105℃烘至恒重，测其各单位滤料层截污量。
2、结果与讨论
2.1、沿滤层深度水头损失的变化
控制滤速V=9.8m/h（同生产滤池滤速相同），在一个过滤周期内，测其沿滤层不同深度单位滤层水头损失随时间的变化规律，见图2。
由图可知，滤层中水头损失随过滤时间呈线性关系，且在滤层顶部10cm滤层中，水头损失线斜率稍大，而滤层顶部10cm以下的滤层中各单位滤层水头损失斜率变化较小，且较均匀，说明沿滤层深度各单位滤层截留浊质物较均匀。
2.2、沿滤层深度浊度的变化
滤层水头损失是由滤层截留浊质引起的。在测试滤层水头损失的同时，沿滤层不同深度取样，测其沿度。沿滤层深度浊度的变化规律见图3。由图中曲线可看出：由滤层进水端沿水流方向悬浊液被澄清，且再滤层顶部10cm以下各单位滤层去除浊质物较均匀，这就使得各单位滤层水头损失线斜率变化较均匀。
2.3、沿滤层深度截污量的变化
在相同条件下，经一个过滤周期结束后，对实验滤柱进行解剖层的截污量。测试结果见图4。从图中可以看出：沿滤层深度，截污量在缓慢减小，除滤层顶部10cm内截留独质物稍大外，在其它各单位滤层中，截留浊质物比较均匀，说明各单位滤层除去大致相同分率的浊质物。也反映了各单位滤层截留概率大致相等，只是由于悬浊液的浊度浓度一层一层的减小，所以，愈往下边的单位滤层，截留的浊质物数量愈少。这与前面实验分析结果相一致。
2.4、石英砂均质滤料的截物能力
滤料的截物能力作为评价滤池工作性能好坏的重要指标，直接影响到滤池的过滤周期和滤层的工作性能。截物能力大，表明整个滤层所发挥的作用大。石英砂均质滤料既不同于均匀滤料，也不同于水力分级滤料。正如许保玖教授所述：当石英砂滤料新装人滤池时，这种滤层称为均质滤层，滤料则称为均质滤料。这就是说，均质滤料并不要求所有的滤料粒径相等或相近，实际上要求整个滤料层自上而下的物理、化学条件都基本相同。因此，沿滤层厚度的每一点，滤料颗粒间所形成的空隙大小的分布也一样。这就使得沿均质滤层厚度的每一点，都具有容纳同样多的独质物的能力。这已由上述实验结果证明。所以，石英砂均质滤料与传统的水力分级滤料相比，具有较长的过滤周期，过滤时能较好地克服表棉堵塞，充分发挥了整个滤层的截污能力。截污能力大，再高滤速下生产优良的滤后水，大大提高了滤池的工作效率。
3、结论
3.1、实验结果表明，对实验滤柱解剖，进行分层取样，测定其滤层截污量是可行的，且能定量地分析研究滤料层的截污能力。
3.2、石英砂均质滤粒的过滤性能具有水头损失小，过滤周期长，吸附截留浊质能力强的特点，因而这种滤床产水量高，出水水质好。
3.3、通过分层取样截污量的测试，证明各单位滤层截留浊质较均匀，体现了均质滤料截污能力大的特点。
