1、前言
我國(guó)水資源不足，全國(guó)有70%的城市缺水，而水資源被污染也很?chē)?yán)重，據(jù)前二年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)污水排放量240億噸/年，其中80%以上未經(jīng)任何處理直接排入水域，使可利用水資源愈來(lái)愈少，許多國(guó)家廢水利用率高達(dá)50-60%，我國(guó)的一些大企業(yè)里廢水利用率僅20-30%，許多企業(yè)根本不回收利用廢水，全國(guó)廢水利用率約2.5%。有些廢水僅需要去除懸浮物即可重復(fù)使用，因此以無(wú)煙煤濾料為主的雙層或三層濾池價(jià)廉的處理方法已引起人們的注意。在此我們僅以自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)介紹給大家。
2、凈水作用
含有懸浮顆粒的水流經(jīng)濾料（石英砂或無(wú)煙煤），懸浮顆粒被截留，水得到澄清，隨著過(guò)濾時(shí)間的延伸和濾料層中沉積物的積累，濾層被沉積物所飽和，就不能再澄清了。
雙層機(jī)械過(guò)濾器是指在一臺(tái)濾器筒體中裝有無(wú)煙煤、石英砂二種顆粒材質(zhì)為濾料，上層為較粗粒徑（1.2-2.0mm）的無(wú)煙煤濾料，下層為較細(xì)粒徑（0.5-1.2mm）的石英砂濾料。過(guò)濾時(shí)，水流首先通過(guò)無(wú)煙煤濾層，水中所含的懸浮雜質(zhì)機(jī)械地被截留在無(wú)煙煤表面，有的細(xì)小顆粒被水流逐漸帶向下層，同時(shí)懸浮顆粒除了在較細(xì)的石英砂層堆積外，大量的懸浮粒子在無(wú)煙煤層中被吸附截留，逐漸形成立體沉淀物層，過(guò)濾過(guò)程中同樣起著過(guò)濾作用。由此可知，雙層機(jī)械過(guò)濾器運(yùn)行中，過(guò)濾效果較單層濾料好，處理水量也隨之增加。單層濾料（石英砂）過(guò)濾主要是在石英砂表面濾層內(nèi)進(jìn)行，過(guò)濾層面積小，水頭損失大，懸浮粒子容易穿透，雙層濾料（無(wú)煙煤-石英砂）過(guò)濾主要依靠較粗顆粒無(wú)煙煤層的吸附截留作用，形成沉淀物過(guò)濾層，增加了過(guò)濾面積，水頭損失小，流速可以增加，又不易穿透，產(chǎn)水工作周期長(zhǎng)。
煤碳是天然形成的，主要成份是有機(jī)碳化合物，煤�；旧鲜欠菢O性物質(zhì)，其表面有許許多多大大小小的孔隙，實(shí)踐證明，非極性的固體表面親非極性的液體，而疏極性液體，又由于毛細(xì)管的作用，過(guò)濾時(shí)容易吸附截留水中的有機(jī)物，懸浮微粒，絮凝物等雜質(zhì)，而非極性烴類(lèi)油脂，油污等可以輕而易舉地?cái)D掉煤孔隙中原有的極性水分子，取而代之，使水得到了凈化。同時(shí)，無(wú)煙煤還具有一定除味脫色的作用，無(wú)煙煤所具有的優(yōu)異特性，使其成為工業(yè)凈水中價(jià)廉物美的優(yōu)良濾材。
3、濾料選擇
3.1 濾料的基本性能
（1）粒度：粒徑和不均勻系數(shù)這兩個(gè)指標(biāo)是影響過(guò)濾器正常工作的重要參數(shù)，粒徑大，懸浮物易穿透濾層，反洗強(qiáng)度大，否則殘留沉淀物與濾料結(jié)塊影響水流分布，粒徑小，阻力增加，水頭損失亦大，濾料顆粒大小不均勻同樣影響反洗和濾層過(guò)濾，因此，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選取合適的粒徑，一般無(wú)煙煤濾料粒徑0.8-2.0毫米，石英砂0.5-1.2毫米，不均勻系數(shù)1.3-1.5，密度1.4-1.6。
（2）機(jī)械強(qiáng)度：可以用磨損性和磨碎性兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量，在反洗過(guò)程中濾料顆粒間不斷的碰撞和磨擦，就會(huì)發(fā)生顆粒的磨碎和磨損，從而改變?yōu)V料原有的特性，影響過(guò)濾效果，水處理工藝中要求濾料磨損率＜0.5%，磨碎率＜4%。
（3）化學(xué)穩(wěn)定性：若溶解固形物的增加量＜20毫克/升，耗氧量增加＜10毫克/升，硅酸增加量＜10毫克/升，則此濾料可以認(rèn)為是化學(xué)穩(wěn)定的。
（4）其它雜質(zhì)含量
無(wú)煙煤濾料中若含硫量偏高，會(huì)腐蝕設(shè)備、管道、容器，減少使用壽命，含量應(yīng)以＜0.25%為佳，其余如Pb、Cu、Zn等重金屬含量愈低愈好。
表1 濾料的化學(xué)穩(wěn)定性
| 名稱 | 中性pH6.7 | 酸性pH2.1 | 堿性pH11.8 | ||||||
| 溶解固形物mg/l | 耗氧量mg/l | SiO2mg/l | 溶解固形物mg/l | 耗氧量mg/l | SiO2mg/l | 溶解固形物mg/l | 耗氧量mg/l | SiO2mg/l | |
| 石英砂 | 2-4 | 1-2 | 1-3 | 4 | 2 | 0 | 10-16 | 2-3 | 5.7-8 |
| 無(wú)煙煤 | 6 | 6 | 1 | 4 | 3 | 0 | 10 | 4 | 1 |
3.2 我國(guó)無(wú)煙煤濾料特性
我國(guó)無(wú)煙煤產(chǎn)地分布廣，蘊(yùn)藏量大，品質(zhì)優(yōu)，適宜于加工成濾料使用，如：北京門(mén)頭溝（比重1.8），河南焦作（比重1.43），四川永川，長(zhǎng)江（比重1.45），貴州納雍縣（比重1.43），寧夏銀川（比重1.5，低硫，材質(zhì)好），福建龍巖（密度1.7，破碎率0.24%，磨損率0.2%，鹽酸可溶性2%）等等，均可采用制作。
3.3 濾層級(jí)配組成
濾料是過(guò)濾裝置的重要部分，正確地選擇濾料，確定濾料顆粒大小的級(jí)配以及濾料層的高度是過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它對(duì)過(guò)濾裝置的正常運(yùn)行有重要意義，我們?cè)谒幚砉こ讨性O(shè)計(jì)的雙層機(jī)械過(guò)濾器濾層級(jí)配組成如圖1。
上層無(wú)煙煤濾層粒徑1.2-2毫米，厚度600-900毫米，下層為石英砂濾層粒徑0.5-1.2毫米，厚度400-600毫米，承托層組成，如下表：
| 層次（由上到下） | 粒徑（mm） | 厚度（mm） |
| 1 | 2-4 | 150-200 |
| 2 | 4-6 | 150-200 |
| 3 | 6-12 | 150-200 |
| 4 | 12-25 | 150-200 |
3.4 合理操作
合理操作主要是指反沖洗操作，當(dāng)過(guò)濾器出水水質(zhì)超過(guò)給定的水質(zhì)要求或達(dá)到上限允許水頭損失（壓力差超過(guò)0.05MPa）時(shí)，此時(shí)濾層已處于飽和狀態(tài)，過(guò)濾器需要停止運(yùn)行，進(jìn)行反洗。
因雙層過(guò)濾器濾層厚，截污量大，故配以壓縮空氣反沖洗系統(tǒng)，先空氣擦洗（氣壓0.25-0.5MPa，反沖3-5min），使壓實(shí)的濾層松動(dòng)，粘附著的懸浮顆粒脫落下來(lái)，然后，用水反沖（反洗強(qiáng)度14-16L/m·s，膨脹度30-50%，反沖3-5min），待反洗出水澄清為止，反沖洗效果對(duì)過(guò)濾效率影響甚大，因反洗不好，濾層內(nèi)污染物累積起來(lái)，與濾料顆粒粘結(jié)在一起，形成塊狀，惡化過(guò)濾過(guò)程，嚴(yán)重的會(huì)使過(guò)濾器失去工作能力。
4、經(jīng)濟(jì)價(jià)值
雙層濾料與單層濾料相比，歸納于表3：
表3 雙層濾料與單層濾料相比
| 項(xiàng)目 | 無(wú)煙煤·石英砂 | 石英砂 |
| 制水工作周期 | 32-40時(shí)/周期 | 12-30時(shí)/周期 |
| 反沖次數(shù) | 少 | 多 |
| 反沖洗 | 容易，用水量少 | 不易，用水量大 |
| 水頭損失 | 小 | 大 |
| 濾速 | ＞15米/時(shí) | ＜10米/時(shí) |
| 出水濁度 | 1度左右 | 3度左右 |
| 除色除臭 | 有作用 | 無(wú)作用 |
| 廢料利用 | 無(wú)煙煤作燃料 | 丟棄 |
| 截污量 | 大 | 小 |
| 更換期 | 5-7年 | 2-3年 |
由此可見(jiàn)，無(wú)煙煤組成的雙層過(guò)濾器，增加了濾料層的吸附面積，降低水頭損失，提高濾層含污能力，濾速高，單位產(chǎn)水量提高50%以上，除濁效果也好，是挖潛改造解決供水緊缺的有效途徑。
例如上海第三鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐分廠，壓力濾器挖潛改造，對(duì)原有設(shè)備換上雙層濾料，既提高了產(chǎn)水量，滿足了鑄造生產(chǎn)的用水，又降低了濁度。（見(jiàn)表4 ）
表4 1989年改造前后比較數(shù)據(jù)
| 項(xiàng)目 | 出水T/H | 濁度mg/l | 用水狀況 |
| 投產(chǎn)前 | 120 | 40-50 | 用水緊張 |
| 投產(chǎn)后 | 250 | 10以下 | 正常供水 |
1992年11月中國(guó)城鎮(zhèn)供水協(xié)公企管委在涌江召開(kāi)水廠管理現(xiàn)場(chǎng)會(huì)，介紹了寧波自來(lái)水公司科學(xué)管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)舊的供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用無(wú)煙煤雙層濾池，成為在同行業(yè)中供水水質(zhì)居較前地位，效益也是同行業(yè)中佼佼者，是目前全國(guó)城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，現(xiàn)代化程度較高的一家，改造前后的經(jīng)濟(jì)效益也是顯而易見(jiàn)的（見(jiàn)表5 ）。
表5 寧波自來(lái)水公司水廠改造情況
| 項(xiàng)目 | 較高 | 較低 | 平均值 | |
| 投產(chǎn)前 | 原水濁度（度） | 120 | 11 | 23.5 |
| 處理后濁度（度） | 10 | 2 | 3.5 | |
| 礬耗（kg/千噸） | 53.7 | 30.27 | 41.9 | |
| 投產(chǎn)后 | 原水濁度（度） | 70 | 11 | 25.77 |
| 處理后濁度（度） | 2 | 0.1 | 0.4 | |
| 礬耗（kg/千噸） | 41.6 | 15.5 | 26 | |
5、結(jié)論
（1）雙層濾料過(guò)濾器比單層濾料過(guò)濾器優(yōu)越，濾速大：15m/h，出水濁度：1mg/l，增加產(chǎn)水量50%以上。
（2）雙層濾料級(jí)配，如下表：
| 項(xiàng)目 | 粒徑mm | 厚度mm | |
| 無(wú)煙煤層 | 1.2-2 | 600-900 | |
| 石英砂層 | 0.5-1.2 | 400-600 | |
| 承托層 | 石英砂 | 2-4 | 150-200 |
| 石英砂 | 4-6 | 150-200 | |
| 粗砂 | 6-12 | 150-200 | |
| 礫石 | 12-25 | 150-200 | |
（3）是改造挖潛的有效途徑，提高設(shè)備的利用率，提高經(jīng)濟(jì)效益。
（4）我國(guó)無(wú)煙煤產(chǎn)地遼闊，品質(zhì)優(yōu)，蘊(yùn)藏量大，加工方便，價(jià)廉，是優(yōu)良的濾材。
