均質(zhì)濾床氣水反沖洗工藝參數(shù)優(yōu)選
Fair等人在研究常規(guī)水沖洗法時認(rèn)為濾料顆粒之間的擦洗很重要，并且在濾床剛開始被托起階段濾料顆粒之間碰撞摩擦幾率最大，當(dāng)膨脹率再增大時碰撞次數(shù)反而減少。在此基礎(chǔ)上提出了最佳反沖洗強(qiáng)度公式［1］，據(jù)此式計算，粒徑為0.6～0.8mm和0.8～1.0mm的兩組石英砂濾料在20℃時的最佳反沖洗強(qiáng)度分別為12、15L/(m2·s)，此值比Camp等人提出的以水流剪力為主要作用因素的理論計算值要小得多，而與實(shí)際工程中的使用值相比則略為偏小。
由于氣流的湍動和渦旋卷帶作用，氣水同時反沖洗對濾料的攪動比單水沖洗要劇烈得多，在水流速度較低、濾床還沒有顯著膨脹之前即可形成全床的脈動和液化，使濾料翻卷、遷移而進(jìn)行有效清洗。因此，F(xiàn)air的最佳沖洗強(qiáng)度對氣水同時沖洗來說顯然偏大，而且因氣水同時沖洗時流態(tài)復(fù)雜而難以尋求理想的數(shù)學(xué)模型，所以要得到濾池的最佳氣水沖洗工藝參數(shù)則必須針對不同濾料進(jìn)行氣水沖洗試驗(yàn)研究。
1 工藝參數(shù)優(yōu)選
所謂氣水聯(lián)合反沖洗是三段式?jīng)_洗方法，即首先空氣預(yù)沖洗，然后氣水同時反沖洗，再單水漂洗。它應(yīng)滿足基本要求：①將吸附于濾料顆粒上的污物剝落并漂洗濾床，以使清洗過的濾床過濾時的初始水頭與新濾池相同；②使濾床中濾料充分混合，無分級，全床均質(zhì)化；③使濾床實(shí)現(xiàn)均質(zhì)濾池特有的膨脹過濾［2］；④反沖洗水量少，濾料流失量少，能耗低；⑤承托層不能受擾動。
要達(dá)到上述要求，二段的氣水同時沖洗和三段的單水漂洗強(qiáng)度的取值非常重要，強(qiáng)度偏小濾床清洗不干凈，難以形成高效膨脹過濾；強(qiáng)度偏大則不僅導(dǎo)致濾料流失嚴(yán)重、能耗大、易造成承托層擾動，而且使濾床出現(xiàn)水力分級，從而破壞均質(zhì)過濾特性。
1.1氣水同時沖洗強(qiáng)度
空氣預(yù)沖洗將表面板結(jié)層打碎后再進(jìn)行氣水同時沖洗，當(dāng)濾床達(dá)基本膨脹點(diǎn)時全床呈現(xiàn)脈沖式湍動、濾料開始全床循環(huán)遷移，這是使濾床得到徹底清洗的前提，也是水流剪力和碰撞摩擦作用充分發(fā)揮的開始。當(dāng)濾床達(dá)基本流化點(diǎn)時濾床開始膨脹，此時不 僅全床濾料脈沖式湍動幅度加大，而且循環(huán)遷移速度加快，濾床到達(dá)流化點(diǎn)正是擦洗作用最佳階段，同時由于水沖洗強(qiáng)度較低而使濾床基本處于穩(wěn)定膨脹狀態(tài)(膨脹率≤10%)并充分發(fā)揮了水流剪切作用。
對粒徑為0.6～0.8mm、0.8～1.0mm的兩組均質(zhì)石英砂濾料進(jìn)行了氣水同時反沖洗強(qiáng)度試驗(yàn),其脈動和液化試驗(yàn)結(jié)果見圖1。 從圖1可見，每組濾料均存在全床脈動線和全床液化線，而試驗(yàn)中所選定的氣水同時反沖洗強(qiáng)度范圍應(yīng)位于脈動線之右并緊鄰脈動線，同時液化線應(yīng)貫穿該區(qū)域。否則，如位于脈動線之左則強(qiáng)度不夠，濾床不能得到很好清洗；如超出液化線則強(qiáng)度偏大，得出的最佳沖洗參數(shù)組合不當(dāng)會造成浪費(fèi)并對承托層穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。故在全床脈動線與穩(wěn)定膨脹線(膨脹率為10%)限度內(nèi)，氣水同時沖洗強(qiáng)度取值范圍可以有多種組合。
經(jīng)單項(xiàng)試驗(yàn)后確定的理想取值范圍：對于粒徑為0.6～0.8mm的濾料，同時氣沖洗強(qiáng)度為4～8L/(m2·s)、同時水沖洗強(qiáng)度為4～8L/(m2·s)；對于粒徑為0.8～1.0mm的濾料，同時氣沖洗強(qiáng)度為4～8L/(m2·s)、同時水沖洗強(qiáng)度為6～10L/(m2·s)。
1.2單水漂洗強(qiáng)度優(yōu)選
在氣水聯(lián)合反沖洗中第三段單水漂洗目的是將前兩段剝落下來的污物從濾床中漂洗出去，因此不需要使濾床過分膨脹、流化，同時又要使濾床達(dá)到穩(wěn)定膨脹，以便排趕殘余氣泡形成均質(zhì)膨脹過濾，但膨脹率又不宜超過10%，否則又將導(dǎo)致濾床級化，破壞均質(zhì)過濾特性。
日本水道協(xié)會推薦的計算砂濾料的單水漂洗強(qiáng)度和膨脹率的公式為：
V=0.139d3/2s·(1+0.06es)(9t+310)·cs2/3 (1)
式中V——反沖洗速度，cm/min
ds——砂的有效粒徑，mm
cs——砂的均勻系數(shù)
es——砂的膨脹率，%
t——水溫，℃
在單水漂洗試驗(yàn)中，以從濾床流化到10%的膨脹率這一穩(wěn)定膨脹段的水強(qiáng)度作為進(jìn)一步尋求氣水聯(lián)合反沖洗最佳參數(shù)組合的試驗(yàn)范圍(試驗(yàn)結(jié)果見圖2)。圖2中的虛線分別為兩組濾床達(dá)10%膨脹率時的膨脹高度和單水沖洗強(qiáng)度(濾料粒徑為0.6～0.8mm，濾床厚為70cm，濾料粒 徑為0.8～1.0mm，濾床厚為86cm)。
試驗(yàn)中達(dá)到相應(yīng)膨脹率時所需反沖洗強(qiáng)度略高于式(1)的計算值？刂茷V床從流化到膨脹率10%的單水漂洗強(qiáng)度取值范圍：對粒徑為0.6～0.8mm的濾料為4.4～8.6L/(m2·s)，對粒徑為0.8～1.00mm的濾料為6.3～11.0L/(m2·s)。
2 結(jié)論
在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮濾床沖洗時的清潔度、膨脹率、砂流失量、耗水量等諸因素而優(yōu)選出的節(jié)能又有效的氣水同時沖洗強(qiáng)度和單水漂洗強(qiáng)度范圍：對于粒徑為0.6～0.8mm的濾料，同時水沖洗強(qiáng)度為4～8L/(m2·s)、相應(yīng)的同時氣沖洗強(qiáng)度為4～8 L/(m2·s)、單水漂洗強(qiáng)度為4～8 L/(m2·s)；對于粒徑為0.8～1.0mm的濾料，同時水沖洗強(qiáng)度為6～10L/(m2·s)、相應(yīng)的同時氣沖洗強(qiáng)度為4～8L/(m2·s)、單水漂洗強(qiáng)度為6～10L/(m2·s) 。
參考文獻(xiàn)：
［1］Fair.Water supply and wastewater disposal［M］.New York:JohnWiley and sons,Inc，1956.
［2］潘軼雄，朱月海.氣水反沖洗均質(zhì)過濾特性研究［J］.給水排水，1996，22( 1)：5-9.
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