均質濾床氣水反沖洗工藝參數優選
Fair等人在研究常規水沖洗法時認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，當膨脹率再增大時碰撞次數反而減少。在此基礎上提出了最佳反沖洗強度公式［1］，據此式計算，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、遷移而進行有效清洗。因此，Fair的最佳沖洗強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復雜而難以尋求理想的數學模型，所以要得到濾池的最佳氣水沖洗工藝參數則必須針對不同濾料進行氣水沖洗試驗研究。
1 工藝參數優選
所謂氣水聯合反沖洗是三段式沖洗方法，即首先空氣預沖洗，然后氣水同時反沖洗，再單水漂洗。它應滿足基本要求：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，全床均質化；③使濾床實現均質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。
要達到上述要求，二段的氣水同時沖洗和三段的單水漂洗強度的取值非常重要，強度偏小濾床清洗不干凈，難以形成高效膨脹過濾；強度偏大則不僅導致濾料流失嚴重、能耗大、易造成承托層擾動，而且使濾床出現水力分級，從而破壞均質過濾特性。
1.1氣水同時沖洗強度
空氣預沖洗將表面板結層打碎后再進行氣水同時沖洗，當濾床達基本膨脹點時全床呈現脈沖式湍動、濾料開始全床循環遷移，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揮的開始。當濾床達基本流化點時濾床開始膨脹，此時不 僅全床濾料脈沖式湍動幅度加大，而且循環遷移速度加快，濾床到達流化點正是擦洗作用最佳階段，同時由于水沖洗強度較低而使濾床基本處于穩定膨脹狀態(膨脹率≤10%)并充分發揮了水流剪切作用。
對粒徑為0.6～0.8mm、0.8～1.0mm的兩組均質石英砂濾料進行了氣水同時反沖洗強度試驗,其脈動和液化試驗結果見圖1。 從圖1可見，每組濾料均存在全床脈動線和全床液化線，而試驗中所選定的氣水同時反沖洗強度范圍應位于脈動線之右并緊鄰脈動線，同時液化線應貫穿該區域。否則，如位于脈動線之左則強度不夠，濾床不能得到很好清洗；如超出液化線則強度偏大，得出的最佳沖洗參數組合不當會造成浪費并對承托層穩定性構成威脅。故在全床脈動線與穩定膨脹線(膨脹率為10%)限度內，氣水同時沖洗強度取值范圍可以有多種組合。
經單項試驗后確定的理想取值范圍：對于粒徑為0.6～0.8mm的濾料，同時氣沖洗強度為4～8L/(m2·s)、同時水沖洗強度為4～8L/(m2·s)；對于粒徑為0.8～1.0mm的濾料，同時氣沖洗強度為4～8L/(m2·s)、同時水沖洗強度為6～10L/(m2·s)。
1.2單水漂洗強度優選
在氣水聯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，同時又要使濾床達到穩定膨脹，以便排趕殘余氣泡形成均質膨脹過濾，但膨脹率又不宜超過10%，否則又將導致濾床級化，破壞均質過濾特性。
日本水道協會推薦的計算砂濾料的單水漂洗強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
es——砂的膨脹率，%
t——水溫，℃
在單水漂洗試驗中，以從濾床流化到10%的膨脹率這一穩定膨脹段的水強度作為進一步尋求氣水聯合反沖洗最佳參數組合的試驗范圍(試驗結果見圖2)。圖2中的虛線分別為兩組濾床達10%膨脹率時的膨脹高度和單水沖洗強度(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)。
試驗中達到相應膨脹率時所需反沖洗強度略高于式(1)的計算值。控制濾床從流化到膨脹率10%的單水漂洗強度取值范圍：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 結論
在試驗基礎上，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選出的節能又有效的氣水同時沖洗強度和單水漂洗強度范圍：對于粒徑為0.6～0.8mm的濾料，同時水沖洗強度為4～8L/(m2·s)、相應的同時氣沖洗強度為4～8 L/(m2·s)、單水漂洗強度為4～8 L/(m2·s)；對于粒徑為0.8～1.0mm的濾料，同時水沖洗強度為6～10L/(m2·s)、相應的同時氣沖洗強度為4～8L/(m2·s)、單水漂洗強度為6～10L/(m2·s) 。
參考文獻：
［1］Fair.Water supply and wastewater disposal［M］.New York:JohnWiley and sons,Inc，1956.
［2］潘軼雄，朱月海.氣水反沖洗均質過濾特性研究［J］.給水排水，1996，22( 1)：5-9.
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