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射流泵抽气进行滤池气水反冲洗试验研究
李圭白 郑庭林 刘俊新 张大川 罗先贵
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关键词:射流泵,试验研究
论文摘要:用射流泵代替空压机或鼓风机进行滤池气水反冲洗、能大大降低设备扣运行费用。半生产性试验表明,这种工艺效果良好,在技术上可行。本文阐述了这种新工艺在设备组成、工艺参数、冲洗效果等方面的试验研究成果。
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。
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。

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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

取样日期

穿孔管配水滤池

滤头配水滤池

8月12日

0.1

0

9月29日

1.42

1.38

11月10日

0.5

0.2

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。

(图片)

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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。 3/3/2005


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