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滤料粒度对过滤的影响(一)

摘要：针对近年国内新建水厂滤池多采用粗粒径滤料、滤层加厚的趋势，本文
结合试验研究与生产实际，从唯象观点与机理分析，阐述了快滤池滤料粒径的
粒度对过滤性能的影响，以及由此产生的滤料厚度与滤料粒径比值（L／d）的
概念，说明了L／d值是快滤池设计中保证过滤效能和水质的关键因素。

关键词：蒯滤池滤料粒径产水量水质

在以地表水为水源的给水净化工程中，滤池是不可缺少的最重要的处理构筑
物。由于快滤池的滤速是慢滤池的几十倍到几百倍，在解决了清洗滤池的反冲
洗技术后，快滤池目前已取代了慢滤池。本文所谈及的内容限于快滤池。

和欧洲的情况相比，我国给水净化工程中所用的滤池滤层较薄、粒度较细。我
国设计规范有关滤料部分，单层滤料过滤只规定了石英砂，粒径范围dmin～
dmax为0.5～1.2mm、层厚0.7m。

从本世纪六十年代起，法国和苏联就开展了粗滤料过滤技术研究。其后法国开
发了V型滤池，通常石英砂滤料粒径范围dmin～dmax为0.9～1.35mm，也可扩
至0.7～2.0mm、层厚在0.95～1.50m之间。

美国在八十年代则采用无烟煤滤料建成日处理水量216万3的洛杉矶水厂，有
效粒径d(10)达1.5mm，均匀系数k(60)为1.5、层厚1.8m。由美国人设计的巴
西圣保罗水厂日处理量130万3，采用石英砂滤料，有效粒径d(10)为1.7mm、
均匀系数k(60)达1.5、层厚1.8m。

中国目前滤池设计也有滤料粒度加大、滤层加厚的趋势。例如九五年建成的北
京第九水厂二期工程，日处理水量50万3，采用无烟煤滤料，有效粒径d10为
1.10mm、均匀系数k(60)1.35、层厚1.5m。

滤料粒度的变化对滤池的过滤性能有何影响？滤料粒度和滤层厚度如何制约着
滤池的过滤能力？如何从表象和微观去分析和认识？笔者谨以此文与大家共同
探讨。

按唯象观点即不涉及机理，认为过滤是水中悬浮物被截留的过程，被截留的悬
浮物充塞于滤料间的空隙。滤层孔隙尺度以及孔隙率的大小，在同种滤料、相
同反冲洗条件下，随滤料粒度的加大而增大。即滤料粒度越粗，可容纳悬浮物
的空间越大。其表现为过滤能力增强，纳污能力增加，截污量增大。同时，滤
层孔隙越大，水中悬浮物越能被更深地输送至下一层滤层，在有足够保护厚度
的条件下，悬浮物可以更多地被截留，使中下层滤层更好地发挥截留作用，滤
池截污量增加。

下列表1是一组无烟煤滤料不同粒径过滤能力比较的试验数据。
无烟煤滤料不同粒径过滤能力比较试验表１

组别序号有效粒径mm
滤速m/h
进水浊度NTU
出水浊度NTU
截留浊度NTU
周期产水量m3/m2
过滤能力指数比值A11.10100.63
0.170.46
4602111∶1.1521.33100.630.190.44
550242
B3
1.101010.200.219.99
2202197
1∶1.2641.481010.200.259.952802786

表中“过滤能力指数”为：过滤进出水浊度差即截留浊度与周期产水量的乘积
（实为截污能力）。

A组试验表明，有效粒径1.33mm滤料的截污能力比1.10mm滤料高出15％；B
组试验表明，有效粒径1.48mm滤料的截污能力比1.10mm滤料高出26％。

表2所列为表1中A组两种滤料试验周期终止时滤层内不同深度处水头损失值
及其所占总水头损失的百分比。

过滤周期终止时水头损失表2

试验
总水头不同滤层深cm处水头损失cm/占总水头损失百分比%
序号损失cm
204060
80100120140150120382/4068/34
27/139/4.56/34/24/23/1.5220068/3456/2845/2315/7.56/34/24/23/1.5

从表2可以看出，有效粒径d(10)＝1.10mm滤料的过滤周期终水头损失中层厚
20cm以上的表层产生的水头损失占总水头损失的40％、40cm以上的水头损失
占74％；有效粒径d(10)＝1.33mm滤料的过滤周期终水头损失中层厚20cm以
上的表层产生的水头损失占总水头损失的34％、40cm以上的水头损失占
62％；而40cm至80cm层厚的水头损失占总水头损失的比例，d(10)＝1.10mm
滤料为17.5％、d(10)＝1.33mm滤料为30.5％。显而易见，d(10)＝1.33mm滤
料过滤过程中悬浮物被更深地携至中层，更多地发挥了中层滤料的截污作用，
因而纳污能力强、过滤周期相应加长、产水量加大。
从力学特性讲，滤料截留悬浮物依靠的是颗粒间的范德华力、库仑力和表面张
力。这些力使悬浮物迁移并被吸附。但同时，过滤水流在滤层中的流动与滤料
颗粒间的水流剪力则具有使被截留吸附在滤料颗粒表面的悬浮物剥