射流泵抽气进行滤池气水反冲洗试验研究
滤池是水处理工程中最常用的设备。滤层冲洗得好坏，对滤池的过滤效果以及工作的经济性有重大影响。气水反冲洗滤池比单独用水反冲洗效果好，但需设置大容量空气压缩机或鼓风机，由于设备费用高、操作复杂，且工作时震动大，噪声强，推广缓慢。用射流泵进行滤池气水反冲洗，则能大大降低设备和运行费用，简化操作，减小噪声，有利于推广。该项技术已申请专利。本文重点介绍半生产性试验研究的成果。
1．半生产性试验装置
射流泵抽气进行滤池气水反冲洗的半生产性试验，是在室内小型试验的基础上进行的。试验滤池设在重庆市打枪坝水厂。试验滤池有两个，过滤面积都是lm2，为正方形。一个滤池用长柄滤头作配水配气系统。如图l(1)。滤头安装在滤池下部的隔板上；滤头呈棋盘状布置，间距为0.14m。隔板下配水室高度为0.45m。隔板上设厚度为0.05m的粗砂(粒径2～4mm)，其上为0.3m厚的石英砂滤层(粒径0.5～1.0mm)和0.4m厚的无烟煤滤层(粒径0.7～1.7mm)。排水槽，槽顶距砂面0.68m。排水槽顶设有40目尼龙防砂网，以防气水反冲洗时滤料流失。滤池总高度为3.5m。射流泵竖直安装在滤池的反冲洗水管上。射流泵以水厂出厂水为压力水源。滤池反冲洗时，压力水经射流泵的喷嘴喷出，将空气吸入，形成气水混合液，送入滤池下部配水室；气水分离后，经长柄滤头均匀分布于滤池平面上，自下而上地对滤层进行气水同时反冲洗；气水反冲洗后，再单独用水反冲洗，以排除滤层中积存的气泡，并使双层滤料分层。反冲洗后的废水，由上部排水槽收集并排出池外。
另一个试验滤池用穿孔管作配水和配气系统，如图1(2)。穿孔配水管设于池底部，其上设卵石承托层(粒径：32~16mm，16~8mm，8~4mm，4~2mm。各层厚度为0.15m，0.10m，0.10m和0.13m)。穿孔配气管设于粒径为4~2mm的承托层中。承托层上设双层滤料层，粒径和厚度同前。排水槽顶距砂面为0.45m。滤池总高度及其它尺寸同前。该滤池与前述滤池共用一台射流泵。并在射流泵后设置一个气水分离箱，将分离后的水和气分别送入穿孔管配水和配气系统，自下而上对滤层进行气水同时反冲洗。用穿孔管进行配水和配气，不仅可用于新建滤池，并且特别适于普通快滤池的改造。
2．试验结果及分析
本试验自1987年7月开始，至12月结束，历时5个多月，经历了嘉陵江的洪水期及平水期。流进滤池的沉淀水浊度最低为3度，最高为25度，平均为13度；水温为17.5~26.5°C。试验结果分述如下 ：
2.1 气水反冲洗最佳工艺参数的试验研究
为了确定半生产性试验的工艺参数，先用10根滤柱进行了两批正交试验。滤柱内径为150mm，长4m，下部安装长柄滤头作为配水配气系统，滤头上部设粒径为0.5～1.2mm石英砂滤料，厚为0.4m，及0.8～1.8mm的无烟煤滤料，厚为0.3m。试验也在打枪坝水厂进行，试验条件与半生产试验相同。滤柱以等速过滤方式工作，滤速控制在13~16m/h。当滤层水头损失达到1.7m时，进行反冲洗。反冲洗水由出厂压力水供给，反冲洗空气由空气压缩机供给。先用气水同时反冲洗若干分钟，再单独用水反冲洗2min。第l批正交试验选择了气水同时反冲洗的气水比、气水反冲洗总强度和气水同时反冲洗时间，以及单独水反冲洗强度四个因素进行考察，以过滤周期作为考察指标。每个因素选择3个水平。试验结果如图2。由正交试验结果分析及图2可知，影响过滤周期的主要因素是单独水反冲洗强度，其次是气水比和气水同时反冲洗时间，而气水反冲洗总强度在试验范围内对过滤周期影响较小。这是因为在气水同时反冲洗时，无烟煤与石英砂几乎完全混杂，增大单独水反冲洗强度可使煤砂很好分层，增大过滤周期。
第2批正交试验，气水比为2：1固定不变，选择气水反冲洗总强度和反冲洗时间、单独水反冲洗强度和反冲洗时间四个因素进行考察，每个因素选择3个水平。试验结果如图2。由分析可知，影响过滤周期的主要因素仍是单独水反冲洗强度；其它因素依次是单独水反冲洗时间、气水同时反冲洗时间和气水反冲洗总强度。
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综合第l批和第2批试验，可知工艺参数宜选气水比为1.5：l~2：1，气水反冲洗总强度为12 L/（s.m2）左右，气水同时反冲洗时间为5~7min，单独水反冲洗强度为15 L/（s.m2）左右，单独水反冲洗时间以2min为佳。
2.2 半生产性滤池的运行方式和运行条件
试验滤池按恒水头减速过滤方式工作。滤前水位始终保持在砂面以上1.7m左右。初滤速控制在14～17m/h。滤池每2d反冲洗一次，过滤周期平均为47h。周期结束时，末滤速仅较初滤速减少3—4m/h。滤池的平均滤速，对穿孔管配水配气滤池为13.4m/h，对滤头配水配气滤池为14.5m/h。
由于出厂水的压力经常变动，所以滤池每次反冲洗时，射流泵前的水压力都是不相同的，一般变化于2.2～3.5大气压之间。气水同时反冲洗时，水的反冲洗强度为4.8～5.7L/（s.m2），平均为5.3 L/（s.m2）；气的反冲洗强度为4～10.6 L/（s.m2），平均为7.2 L/（s.m2）；气水比为0.83：1~2：1，平均为1.36：1；气水反冲洗总强度为8.8～16.3 L/（s.m2），平均为12.6 L/（s.m2）；
气水同时反冲洗时间为5min；单独水反冲洗强度为12～17 L/（s.m2），平均为15 L/（s.m2）；单独水反冲洗时间为2min。反冲洗耗水率，对穿孔管配水配气滤池为0.6%，对滤头配水配气滤池为0.59%。
滤池反冲洗时，射流泵工作正常，气水分离箱分离效果良好；不论长柄滤头或穿孔管，配水配气都较均匀；单独水反冲洗后，煤砂滤层分层情况良好，砂面平整干净。
2.3 试验滤池的排水浊度、排污率和滤层含泥量
滤池的排水浊度、排污率及滤层含泥量均从不同侧面反映了滤池的冲洗效果。
试验表明，滤池气水反冲洗一开始，排水浊度就急剧升高，在0.5min前后出现最大值，浊度可达8000～10000度，随后排水浊度迅速减小，于反冲洗结束时可降至30~120度。污物的排除率，在气水同时反冲洗结束时可达80~88%；再经单独水反冲洗2min，排除率可达97.5～99.6%。表1为在试验期间进行的3次滤层含泥量的测定结果，由表可知，滤池经数月运行后，滤层的含泥量仍很低。此外，肉眼观察，滤料冲洗后具有与新滤料同样的光泽，没有发现滤料有泥膜，煤砂交界面也无泥球产生，表明冲洗效果良好。
滤层平均含泥量(%) 表1
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2.4 滤池的过滤水头损失和出水水质
滤池的初期水头损失是衡量滤层反冲洗效果的一个指标。图3中绘出了滤池初期水头损失随过滤周期数的变化情况。为了避免水头损失受初滤速的影响。图3中以初期水头损失对初滤速的比值H0/V0为纵座标。由图可见，滤层初期水头损失只在很小范围内波动没有随周期数而增大的趋势，这表明滤层冲洗效果良好。
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滤池过滤过程中，水头损失的变化，也一定程度反映出滤池反冲洗效果的好坏。图4是两个试验滤池平均过滤水头损失变化的情况。由图可见，滤层水头损失在过滤过程中增加缓慢，在较高的滤速条件下，滤池期终水头损失不到1.60m，远较滤池所能提供的极限水头损失值要小，事实表明滤池的过滤周期可大大超过试验值。试验表明，滤池过滤水头损失没有随过滤周期数而增加的趋势，这也反映出滤池冲洗效果良好。
图4还绘出了两个试验滤池出水浊度的变化情况(多次试验的平均值)。由图可见，滤池出水浊度在整个过滤周期里稳定少变，并且—般都小于2度，出水水质良好。图5绘出了试验滤池进水浊度和出水浊度的频率分布曲线。由图可见，进水浊度的中值(50%)约为13度，出水浊度的中值约为1度，表明滤层截污能力始终是很强的。
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2.5 防止滤料流失的措施
气水同时反冲洗滤层时，滤料能被上浮气泡携带至水面而随水流失。为了解滤料携升的高度，在滤柱内进行了专门试验。滤柱内装填粒径为0.5～1.0mm的石英砂滤料，滤层厚0.7m，滤层下部设长柄滤头配水配气。向滤柱下部送入不同流量的空气和水，进行滤层的气水反冲洗。并观察滤料的最大携升高度。图6为试验结果。图中纵轴为携升滤料至膨胀滤层表面的高度，横轴为气反冲洗强度。由图可见，当水的反冲洗强度不变时，滤料的最大携升高度随气反冲洗强度增加而增大。气水同时冲洗时，滤料的携升高度要比单独气反冲洗时（即水反冲洗强度为零）明显增大。但在试验的水反冲洗强度范围内（5~20L/（s.m2）)，水的反冲洗强度对滤料的携升高度影响不很大。由图中滤料的最大携升高度数值可知，对常规的排水槽安设高度而言，气水同时反冲洗时，滤料的流失是不可避免的，这也正是气水同时反冲洗有待解决的问题。
在半生产性试验中，采用了安设尼龙网拦截的方法防止滤料流失。尼龙网孔径为40目，网高为250mm，倾斜安装在排水槽外侧，网顶高出排水槽顶50～l00 mm。为了观察尼龙网的拦截效果，两个试验滤池的排水槽采用了不同的安设高度，一个为0.68m接近常规值，另一个为0.45m远低于常规值。经过近半年的运行观察，尼龙网防止滤料流失的效果良好，表明这种方法在生产中是完全可行的。
3. 几点结论
1．半生产性试验表明，用射流泵进行滤池气水反冲洗是可行的，它能大大降低设备和运行费用，且易于推广。
2．在近半年的运行时间里，半生产性试验滤池，在平均进水浊度约为13度，平均滤速达13.4~14.5m/h，平均过滤周期47h，气水同时反冲洗时水反冲洗强度为5.3 L/（s.m2），气反冲洗强度为7.2 L/（s.m2），反冲洗时间为5min，单独水反冲洗强度为15 L/（s.m2），反冲洗时间为2min条件下，滤池冲洗效果良好，滤池初期水头损失和过滤水头变化皆无随周期数增大的趋势，滤后水平均浊度约为1度，出水水质良好。
3．半生产性试验采用40目尼龙网拦截以防止滤料流失的方法，经近半年试验表明，效果良好，在生产上是可行的。
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