摘要：應用分層取樣法測試了濾料層的截污量。通過濾柱實驗，能夠更好地分析研究石英砂均質濾料層截留濁質物的變化規律。
引言
濾料作為濾池的心臟部分，一直受到水處理工作者的重視。傳統的向下流水力分級濾池，由于濾層頂部粒徑小、阻力大，而低部粒徑大，阻力小使得整個濾料層得不到充分發揮利用。第十屆國際給水會議報告中指出：“采用比較均勻的粗砂級配，分層問題就不會發生”。因此，過濾需要均勻濾料。但是，從天然砂或人工破碎的無煙煤中，幾乎不可能篩分出不均勻系數為1的顆粒，因而在實際生產中總是用盡可的不均勻系數來實現對濾料均勻性的要求。均勻濾料采用傳統沖洗工藝，同樣會出現水力分級現象，造成濾層頂部粒徑小，而低部粒徑大的不合理過濾。近年來研究開發的石英砂均質濾料技術，更好地解決了這一問題。我們在對濾料層進行了深入研究和測試后，設計了一種解剖式濾柱——分層取樣法。對某水廠V型濾池進行了石英砂均質濾料截污規律的實驗研究。
1、實驗部分
1.1、濾柱設計
本實驗濾柱選用φ100mm，高3000mm的透明有機玻璃柱。其構造見圖1。其中沿濾料層不同深度分別在濾柱兩側設有取樣管和側壓管，而且此段濾柱設計為沿濾柱縱向從中可啟閉的解剖式濾柱，以便經一個過濾周期結束后，對濾柱進行解剖分層取樣，測定濾層的截污量。
1.2、實驗材料
水樣：本實驗濾柱待過濾水樣直接取自水廠生產工藝沉淀池出水；
濁度<10度、pH=7.4、水溫<5℃；
濾料：選用鞏義市波濤石英砂廠家生產的均質石英砂濾料；
d10=0.95mm、K60=1.35、濾層厚度1000mm。
1.3、儀器
GDS-3型光電式渾濁度儀，25型酸度計或PHS-29型酸度計溫度計（0.1℃），TG-328B型半自動電光天平。
1.4、測定方法
通常，實驗室研究濾層截留濁質物規律的方法是通過分析沿濾層深度水頭損失的變化規律及沿濾層深度濁度的變化規律來進行的。本方法在上述兩種方法的基礎上，設計了一種解剖式試驗濾柱，對濾柱解剖，進行分層取樣，測定其濾層的截污量。
實驗濾柱經一個周期結束后，對其解剖，沿濾層深度以單位濾料層（取10cm為一個單位濾料層)）進行分層取樣，所取試樣放入烘箱烘至105℃恒重，用TG-328B型電光分析天平稱其重量，再放人托盤中，用自來水浸泡24小時。對試樣漂洗至獨度恒定，再放入烘箱至105℃烘至恒重，測其各單位濾料層截污量。
2、結果與討論
2.1、沿濾層深度水頭損失的變化
控制濾速V=9.8m/h（同生產濾池濾速相同），在一個過濾周期內，測其沿濾層不同深度單位濾層水頭損失隨時間的變化規律，見圖2。
由圖可知，濾層中水頭損失隨過濾時間呈線性關系，且在濾層頂部10cm濾層中，水頭損失線斜率稍大，而濾層頂部10cm以下的濾層中各單位濾層水頭損失斜率變化較小，且較均勻，說明沿濾層深度各單位濾層截留濁質物較均勻。
2.2、沿濾層深度濁度的變化
濾層水頭損失是由濾層截留濁質引起的。在測試濾層水頭損失的同時，沿濾層不同深度取樣，測其沿度。沿濾層深度濁度的變化規律見圖3。由圖中曲線可看出：由濾層進水端沿水流方向懸濁液被澄清，且再濾層頂部10cm以下各單位濾層去除濁質物較均勻，這就使得各單位濾層水頭損失線斜率變化較均勻。
2.3、沿濾層深度截污量的變化
在相同條件下，經一個過濾周期結束后，對實驗濾柱進行解剖層的截污量。測試結果見圖4。從圖中可以看出：沿濾層深度，截污量在緩慢減小，除濾層頂部10cm內截留獨質物稍大外，在其它各單位濾層中，截留濁質物比較均勻，說明各單位濾層除去大致相同分率的濁質物。也反映了各單位濾層截留概率大致相等，只是由于懸濁液的濁度濃度一層一層的減小，所以，愈往下邊的單位濾層，截留的濁質物數量愈少。這與前面實驗分析結果相一致。
2.4、石英砂均質濾料的截物能力
濾料的截物能力作為評價濾池工作性能好壞的重要指標，直接影響到濾池的過濾周期和濾層的工作性能。截物能力大，表明整個濾層所發揮的作用大。石英砂均質濾料既不同于均勻濾料，也不同于水力分級濾料。正如許保玖教授所述：當石英砂濾料新裝人濾池時，這種濾層稱為均質濾層，濾料則稱為均質濾料。這就是說，均質濾料并不要求所有的濾料粒徑相等或相近，實際上要求整個濾料層自上而下的物理、化學條件都基本相同。因此，沿濾層厚度的每一點，濾料顆粒間所形成的空隙大小的分布也一樣。這就使得沿均質濾層厚度的每一點，都具有容納同樣多的獨質物的能力。這已由上述實驗結果證明。所以，石英砂均質濾料與傳統的水力分級濾料相比，具有較長的過濾周期，過濾時能較好地克服表棉堵塞，充分發揮了整個濾層的截污能力。截污能力大，再高濾速下生產優良的濾后水，大大提高了濾池的工作效率。
3、結論
3.1、實驗結果表明，對實驗濾柱解剖，進行分層取樣，測定其濾層截污量是可行的，且能定量地分析研究濾料層的截污能力。
3.2、石英砂均質濾粒的過濾性能具有水頭損失小，過濾周期長，吸附截留濁質能力強的特點，因而這種濾床產水量高，出水水質好。
3.3、通過分層取樣截污量的測試，證明各單位濾層截留濁質較均勻，體現了均質濾料截污能力大的特點。
