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2.3　反冲洗参数
　　超大均质滤料反冲洗的优点是不会因为冲洗强度过大而将小粒径滤料冲出滤池而造成滤料损失，也不会因冲洗强度过小而导致粗滤料不能完全流态化。均质大粒径滤料有利于截留的悬 浮物向下渗透，使污染物分布较均匀，但同时也存在反冲洗问题。采用常规水冲洗方法不能达到较好效果，会导致滤池不能恢复净水能力、截污能力下降以及冲洗水耗上升等不良后果。因此，深床直接过滤工艺过程的反冲洗最好采用气水联合反冲洗方式，分三步进行：①气冲；②气、水混合冲；③水漂洗。目前所有反冲洗强度的经验公式都是针对水反冲洗的，对于大粒径深床的气水反冲洗参数国内尚无数据提供。笔者针对所采用的滤料及填料厚度，对深床直接过滤的合适反冲洗参数进行了试验，计算结果见表2。
表2 反冲洗参数及水量计算
冲洗方式 冲洗强度(L/m2·s) 流量(m3/h) 历时(min) 耗水量(m3 )

气 水 气 水
气冲 20 2.3 2～3
气—水混合冲 15 15 1.7 1.7 4 0.113
水漂洗 25 2.8 4 0.187
　　① 气冲强度的确定。气冲的目的是使气泡通过滤层时局部滤料发生移动，滤料颗粒相互填充、碰撞、摩擦，使得附着在滤料表面的杂质脱落，也可通过气泡对滤料颗粒的冲击使滤料 产生振动而导致杂质脱落，即以滤层开始搅动临界冲洗强度为下限，但不能使滤层膨胀而致动力消耗过大。研究表明，在柱上水头为10 kPa时，使滤层搅动的反冲洗强度为18L/(m2·s)，强度增长至26L/(m2·s)时滤层开始膨胀，因此选取20L/(m2·s)为气冲洗强度，冲洗时间为2～3 min。
　　② 混合冲洗阶段强度确定。混合冲洗阶段水流处理起到剪切、剥落污染物的作用，还要将剥离的污染物与滤料层分开。在此阶段应以滤料流化为准，滤层膨胀率按经验控制在30%左右。气冲强度过高会导致紊动程度过大而不利污染物随水流上升。因此，将气冲强度减小至15L/(m2·s)，此条件下使滤层膨胀率达到30%的水冲洗强度为15 L/(m2·s)，冲洗时间为4 min。
　　③ 水漂洗。此阶段的目的是将前两阶段从滤层中剥落的污染物与滤料层分开。为 防止污染物重新回到滤层下方，应保持第二阶段的膨胀率不变。此阶段的水力强度应加 大为25L/(m2·s)，冲洗4 min。
　　④ 表面扫洗。在实际工程中，最好结合表面扫洗使随气泡或水流上浮的杂质及时被清除［扫洗强度可按经验数据取7～8/(m2·s)］。在有表面扫洗时，混合冲洗阶段、单水漂 洗阶段气和水的强度均可适当减小。
　　综合上述结果，在第二阶段的冲洗水用量为0.113m3，第三阶段的冲洗水用量为0.187m3，反冲洗过程中总耗水量为0.3m3，若按第8周期产水量计算，该周期内总产水量为46.5m3，反冲洗用水量仅占产水量的0.6%。
2.4 综合效能评价
　　表3是直接过滤与传统工艺处理结果对比。
表3 微絮凝—深床直接过滤工艺与水厂二期处理工艺的初步比较
项 目 工艺流程 滤速(m/h) 投药量(mg/LAI2O3) 出水浊度(NTU) 周期产水率(m3/m2) 反冲洗用水率(%)
水厂现有传统处理工艺 源水→混合池→三级反应池→斜板沉淀池→煤滤池→炭滤池 →出水 7～8 0.6～0.8 0.5～1.0 336～384 1.5
微絮凝—直接过滤 源水→混合池→深床过滤→炭滤池→出水 16～32 0.35～0. 5 0.2～0.5 1 200～1 500 0.7～1.2
工艺优点 省去三级反应池和斜板沉淀池 提高滤速2～4倍 减少投药量1/ 2～1/3 降低出水浊度 产水量提高3～4倍 用水率减少
　　由表3可见，聚合氯化铝的微絮凝—深床直接过滤工艺在净化处理低温、低浊水质方面具有显著的社会与经济效益，具体体现在：①流程方面，该工艺省去了现有三级絮凝反应池 和斜板沉淀池，缩短了工艺流程，可节省投资近1/3；②产率方面，现有滤池滤速为7～8 m/h，过滤周期为48 h，而直接过滤滤速可达16～32 m/h，可稳定运行80～104 h，滤速提高2～3倍，过滤周期也提高1～2倍，产水率至少提高2～4倍；③药剂方面，使用碱化度为60% 的液体聚合铝，在床深为2.5 m、滤速为16 m/h、投药量仅为2 mg/L时，稳定运行达到90～104 h，仅为水厂现有投药量的1/2。北京九厂现处理水量为100×104m3/d，现有工艺用药量为4 t/d，而采用微絮凝—深床直接过滤工艺可节省药剂2t/d，按液体PAC(Al2O3含量为16%)市售1600 元/t计算，仅药剂费就可节省3200元/d。④出水水质方面，试验水质控制标准为浊度＜0.3 NTU，明显地提高水厂出水水质(现有水厂出水浊度标准＜1 NTU) ，使出水水质可达到发达国家水厂处理标准。
3 结论
　　 ① 中试从工程可行性及实用性的角度进行研究。针对北京水源九厂的低温低浊水质实际处理所得试验结果表明，该试验设计适合于采用聚合铝絮凝剂的微絮凝—深 床直 接过滤工艺，对于处理低温低浊水是可行的且可实用化，同时也验证了所提出的超大粒径滤 料深床完全适合于聚合氯化铝的高效絮凝反应特征。
　　② 微絮凝—直接过滤工艺的最佳化学及水力学参数如下：选用粒径＞3～4 mm的无烟煤滤料；采用大粒径滤料、大滤速进行直接过滤时，L/d值所需满足的范围可比藤田等人提 出的经验公式都小；大粒径深床过滤工艺可采用比常规粒径滤料大得多的滤速，出水标准控制在浊度＜0.3 NTU，滤速提高到30 m/h，过滤周期可达到24 h。如出水浊度标准控制在0.5 NTU、滤速为30 m/h，过滤周期可达到50 h以上。采用16 m/h或更低滤速时，则可大大延长过滤周期，而这一滤速也接近常规滤速(8～10 m/h)的一倍。
　　③ 微絮凝—深床直接过滤工艺在处理低温、低浊水质方面具有显著的社会与经济效益，不仅明显节省投资费用及占地，而且可显著提高产水率和出水质量，显著节省运行处理费用。