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在單層、雙層及多層層濾料濾池設計中，濾池的優化設計是以濾池運行處于最佳工作條件為原則。為此可調整各種工藝參數，使濾池的壓力周期等于它的水質周期。以調整濾層厚度為例，增加濾層厚度會提高整個濾層的含污能力，延長水質周期。但濾層水頭損大也相應增大，從而縮短了壓力周期。
石英砂單層濾料除鐵濾柱軸向分布,采用石英砂單層濾料做除鐵試驗，濾柱采用D＝100mm透明有機玻璃管，石砂濾料d＝0.6～1.2mm，濾層厚度1000～1500mm不等，濾速8m/h，反沖洗強度12～14L／s.m2，原水含鐵量10～12mg／L。濾后水含鐵量＜0.3mg／L。可見，鐵高于主要是在上層約300mm范圍內被去除的，相應工作周期只有8小時。 可見，大部分濾層含污能力未被充分利用。實驗中觀察：每次反沖洗結束，回落到濾層最上部的是細小的顆粒和破碎的鐵質氧化物，厚度約80～150mm，其比表面積大、孔隙率小、附著物鏡檢微生物十分活躍，具有極強的吸附氧化能力，致使大部分鐵質在此層被去除。但濾層也因此很快被堵塞，很快到達期終水頭損失值，迫使周期結束，不得不進行反沖洗，在利用石英砂單層濾料進行地面水除濁也有類似情況。在濾層厚度確定以后如何使整個濾層含污能力充分發揮作用至關重要。
無煙煤濾料一石英砂雙層濾料濾池因其顯而易見的優點,含污能力強，而廣泛地應用于給水處理工藝。現今，甚至研制三層濾料濾池，以期更大程度地利用整個濾層的含污能力。這是石英砂單層濾料所無法比擬的。但是，有一利必有一弊，雙層濾料、三層濾料濾池也有其不足之處：1、濾層構造復雜2、對各層濾料篩分要求精確，操作麻煩，如級配不當，投產后常有煤砂混雜現象發生。3、施工中，對墊層、各層濾料裝填要求嚴格，操作也麻煩。使用中，濾層一旦翻混或定期更換濾料更是令人頭疼。4、運行中要求更高的管理水平。如管理不當，反沖洗強度控制不好，會產生無煙煤濾料嚴重流失現象。要經常補充新的濾料。
為此，人們又進行了新的探索和大膽的實踐，以期尋求一種新的濾料，它既具有單層石英砂濾料和煤一砂雙層濾料的優點，又避免了它們的不足，無煙煤單層濾料就是其中的姣姣者。
無煙煤濾料單層濾料用于地下水除錳的實驗研
1、原水(深井)水質 [Mn2+]＝9.3mg／L ［Fe總］=14mg／L PH=6.5
2、工藝參數:曝氣設備采用表面曝氣池，平板葉輪。除鐵濾柱共5個，分別裝填濾料：錳砂、石英砂、錳砂和無煙煤濾料,石英砂雙層濾料。濾層厚度1000mm。除錳濾柱共8個，分別裝填濾料：馬山錳砂、樂平錳砂、湘潭錳砂、錦西錳砂、無煙煤(6＃濾柱)石英砂和石灰石等。濾層厚度1500mm左右。濾料粒徑，無煙煤d=1.5～2.0mm，其余d＝0.6～1.4mm。濾速7.5m／h，反沖洗強度：無煙煤、石英砂、石灰石為12～14L／s m2，錳砂為16～18L／s.m2。
3、實驗結果:a、曝氣效果良好，曝氣后溶解氧飽和度達60～70％，CO2散除率達76～87％，H2S散除率達76～79％，PH由6.4～6.6提高到7.4-7.6。b、一級過濾除鐵效果良好，出水總鐵一直穩定在0.1mg／L以下。工作周期一般為24小時，但無煙煤濾料-石英砂雙層濾料柱工作周期長達48小時，較其他濾料工作周期延長了一倍。C、二級過濾，各種濾料均需經歷一個成熟期，成熟期長短隨濾料不同而各異。樂平錳砂36天，馬山錳砂51天，無煙煤濾料為71大，石英砂和錦西錳砂為96天，成熟后的各種濾料均能穩定地將［Mn2+］降0.1mg／L以下，在實驗水質條件下，各種濾料在成熟后均起著錳質活性濾膜載體的作用。實驗中觀察到，無煙煤濾料的工作周期長達6～8天，而其他濾料的工作周期只有4?6天。而且無煙煤的工作周期還可延長(水頭損失增長較慢)，實驗中怕濾層板結，影響實驗，故人為地提前結束過濾周期。無煙煤單層濾料作為除錳濾料具有以下優點：a、成熟期較短，成熟后除錳效果良好。b、粒徑大d=1.5-2.0mm，孔隙率大，含污能力強。c、工作周期長達6?8天，表明整個濾層含污能力得到充分利用。d、無煙煤密度較小，需較小的反沖洗強度，節約反沖洗水量。 E、易于篩分、易于裝填、易于管理。三、無煙煤單層濾料用于地下水除鐵的生產實踐。
4、生產性實驗：以無煙煤為濾料的除鐵實驗。濾池面積12.5m2，無煙煤濾料d=0.6～2.0mm，濾層厚度為1000mm，濾速7～10m/h，工作周期人為地控制在48小時。實驗運行一個月，濾后水［Fe］一直穩定在0.3mg／L以下，效果良好。實驗期間，還與同期安裝的成熟錳砂濾料濾池進行了各種濾速的穩定工作時間的對比測試，在相同濾速條件下，無煙煤濾料的穩定工作時間長于錳砂，如濾速為10m／h。
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