石英砂滤料长期使用过程中性能下降原因及其恢复研究

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针对西安某地表水厂长期运行的均匀级配石英砂滤料滤池出水浊度升高、截污能力下降问题,采用中试滤柱对不同使用时间滤料的过滤性能进行了评价,利用控制变量法探明了滤料长期使用过程中过滤性能下降的主要原因,并通过中试和生产性试验探索了补充细砂后滤料过滤性能的恢复效果。论文主要结论如下:(1)随着使用时间的增加,石英砂滤料的密度、空隙率和化学性质变化较小,滤料表面元素组成有一定变化;不同运行时间滤料的最大差异是级配参数和细砂比例不同。中试试验表明,与新砂相比,不同运行时间滤料的除浊性能均有所下降,且与滤料级配参数和细砂比例呈现关联。(2)对某水厂运行20年的典型旧砂滤料(4#滤池、10#滤池、15#滤池)的性能分析表明:级配参数和细砂比例的不同是运行较差的旧砂滤料与新砂最显著的差距。中试试验表明:与新砂级配差距显著的4#滤池旧砂在整个运行周期内较新砂的出水浊度高0.2NTU左右,除浊性能明显低于新砂,而运行良好的20#滤池旧砂与新砂滤料级配参数和细砂比例十分接近。(3)中试试验结果表明:级配参数和细砂比例相同、表面形貌和球形度系数不同的滤料对浊度、高锰酸盐指数(CODMn)、典型颗粒污染物有相近的去除效果,而级配参数和细砂比例不同、表面形貌和球形度系数相同的滤料对污染物的去除有较大的差距。这说明“跑砂”引起的级配缺失和粒径组成变化使得颗粒物向滤料表面迁移作用下降是长期运行滤料过滤性能下降的主要原因。(4)中试补砂试验表明:4#旧砂在按照级配缺失补充细砂比例至25%后,恢复了与新砂(细砂占比29%)一致的除浊性能。运行条件的变化对滤料除浊性能也有不同程度的影响:降低沉后水浊度至1NTU左右、在规定范围内适当提高单独反冲水强度、降低滤速至7-8m/h、增加滤层厚度至120cm均可以提高过滤效果。同时,以聚合氯化铝铁(PAFC)作为混凝剂过滤效果更优且更经济。(5)生产性补砂试验表明:根据级配缺失对长期运行均质滤料进行补砂,可以有效恢复滤料级配和滤池除浊性能。在经过较长时间的补砂运行后,即使沉后水浊度升高至1.8NTU左右,滤池出水浊度也能稳定保持0.1NTU左右,且补砂和换砂对滤池的过滤效能具有相同的恢复效果。这为水厂石英砂滤池过滤性能下降问题的解决提供了一种经济有效的解决方案。
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