在选择双层和多层滤料级配时要考虑两个问题:一是不同种类滤料的相互混层现象;二是不同种类滤料混层对滤池过滤效果的影响。
滤料的混层现象:从理论上说,双层和多层滤料的两种不同滤料之间应该存在一个明显的界面,但实际生产中常出现一个上层滤料的大颗粒总是与下层滤料的小颗粒相互混杂的区域,称为混层现象。以无烟煤滤料 --石英砂双层滤料为例。铺设滤料时。粒径小、密度大的粒位于料滤层的下部,而粒径大、密度小的无烟煤滤料粒位于滤料层的上部,该理想滤料层在反冲洗以后,有可能出现3种情况:一是分层正常,即上层为无烟煤滤料,下层为石英砂;二是无烟煤滤料和石英砂在煤-砂交界面上相互棍杂,可能部分混杂,也可能完全混杂;三是无烟煤滤料和石英砂分层颠倒,即上层为石英砂、下层为无烟煤。这3种情况的出现上要取决于交界面处的无烟煤滤料和两种滤料的大小、形状、密度,冲洗强度及冲洗阀门关闭快慢等因素。在滤料已定的情况下,界面处两种滤料粒度的相对大小是决定因素。当界面处无烟煤与石英砂的粒径比约为2:1时,可以获得清晰的交界面,当粒径比约为4:1时,则混层的厚度就相当大。所以防止双层滤料煤砂过度混杂的一般经验是,煤层底部的粒径约为砂层顶部粒径的3倍,但由于尚无法准确预测混层的情况,对一些特殊条件下的多层滤料应通过试验才能确定。
滤料混层对滤池过滤效果的影响:虽然多层滤料是对理想滤料层的一种模拟,但当两层滤料间出现清晰的交界面时,滤料层的孔隙大小在交界面上下间出现突变,并不符合理想滤层的概念,而在两个滤料层间出现一个过渡区的混层,由于混层相当于均质滤层,故能使整个滤料层较接近于理想滤层。但是,当混层厚度过大,使两层滤料的原来厚度过于缩小,失去了多层滤料的意义。也就失去了理想滤料层的意义。
有文献指出,用目前采用的滤料所构成的双层和多层滤料,混层是一个不可避免的现象,滤料混层对过滤效果的影响有两种不同的观点。一种观点认为,不仅在相邻两层界面处容许适度混层,对三层滤料来说,甚至三种滤料可在蔡个滤层内适度混层。如以无烟煤、石英砂和重质矿石构成的三层滤料,上层仍然以无烟煤滤料为主,中层以为主,下层以重质矿石为主。平均滤料粒径仍由上而下逐渐减小,这种滤料层结构虽然比完全不混层的起始水头损失大一些,但可避免交界面上积聚过多杂质而使水头损失增加较快,也可减缓水头损失的增长速度,从滤料层整体来说。滤料层孔隙尺
寸由上而下是均匀递减的,不存在界限分明的分界面,这种滤料层结构能增加无烟煤滤料层的含污能力且生产出较好的水质。故适度混层对过滤是有益的。实际上,把混层的厚度控制为5-10cm一般也是不容易的。另一种观点认为不应该有混层现象,如以无烟煤-石英砂双层滤料来说,无烟煤滤层起截留大量杂质的作用,石英砂滤层则起精滤作用,而界面分层清晰,起始水头损失将较小。
在实际应用中多层滤料存在许多问题,如滤料层构造复杂;对各层滤料筛分要求精确,操作麻烦,如级配不当,投产后常有相邻两层滤料在反冲洗时出现混层现象;施工中对垫层、各层滤料装填要求严格,操作也麻烦;使用中,滤层一旦翻混或定期更换滤料更是令人头疼;运行中,要求更高的管理水平,如管理不当、反冲洗强度控制不好,会产生无烟煤滤料严重流失现象,要经常补充新的滤料。因为滤料来源有限和加工复杂等因素,目前生产中所采用的仍然是双层和三层滤料。