提要：我國在1986年制定的《室外給水設(shè)計規(guī)范（GBJ13-86）》對單層石英砂濾料組成中不均勻系數(shù)規(guī)定為k₈₀＜2.0。波濤石英砂廠家通過分析認為：在規(guī)范規(guī)定的較大粒徑、較小粒徑和濾層厚度的具體條件下，限定k₈₀的上限實際意義并不太大，相反k₈₀的下限并非越小越好，而應(yīng)有一個合理的控制范圍并對此提出了修改意見。

濾料組成是濾池工作好壞的關(guān)鍵，多年來國內(nèi)外專家學(xué)者對此進行了大量的科學(xué)實驗和理論研究，取得了卓有成效的成果。我國在1986年制定的《室外給水設(shè)計規(guī)范（GBJ13-86）》中對單層石英砂濾料組成的規(guī)定是：較小粒徑為0.5毫米，較大粒徑為1.2毫米，不均勻系數(shù)k₈₀＜2.0，濾層厚度為700毫米。與74年制定的《室外給水設(shè)計規(guī)范（TJ13-74）》比較，將不均勻系數(shù)由原來的k₈₀=2.0，改為k₈₀＜2.0。較大粒徑、較小粒徑和濾層厚度均沒有改變。顯然，k₈₀的修改增加了規(guī)范的可行性，但是在理論上有可能引起誤解，在實踐上可能出現(xiàn)偏差。故此波濤石英砂廠家提出一點粗淺看法，供討論。

1 關(guān)于k₈₀的上限

不均勻系數(shù)k₈₀是指通過濾料重量80%的篩孔直徑d₈₀與通過濾料重量10%的篩孔直徑d₁₀的比值，即k₈₀=d₈₀/d₁₀。其中d₁₀反映濾料中細顆粒的尺寸，d₈₀反映濾料中粗顆粒的尺寸，而k₈₀則反映了濾料中顆粒粒徑的均勻程度。所以如果說較大粒徑和較小粒徑是控制濾料兩頭少數(shù)顆粒尺寸參數(shù)的話，不均勻系數(shù)k₈₀則是控制濾料中間多數(shù)顆粒尺寸及其比例關(guān)系的參數(shù)。因此，k₈₀的大小是控制濾料組成好壞的一個重要條件。從理論上分析，k₈₀過大說明粗細顆粒差別大，在過濾時，由于濾料表面集中了大量過細濾料，過濾水頭損失增長速率特別快，結(jié)果造成下面的濾料尚未發(fā)揮應(yīng)有作用，過濾就被迫停止。而在反沖洗時，為了滿足下層粗顆粒的膨脹要求，表層細顆粒濾料可能被沖出濾池，也可能由于沖洗強度過大而使承托層產(chǎn)生位移而造成漏沙現(xiàn)象；反過來如果僅僅滿足細砂的膨脹要求，粗砂則可能浮動不起來。因此需要對k₈₀的上限加以限制。但是規(guī)范中規(guī)定的k80是在較大粒徑等于1.2毫米、較小粒徑等于0.5毫米的具體條件下的k₈₀，因此可以對k₈₀作出進一步的具體分析：從理論上講，在給定條件下的k₈₀可以趨向于2.4，即k₈₀=1.2/0.5=2.4。而實際上是不可能出現(xiàn)這種情況的。這是因為天然砂是一群各種不同粒徑的混合體，大多數(shù)天然砂的累計頻率分布接近于幾何正態(tài)頻率分布，如圖1中的實線所示。圖1中（a）為顆串分布曲線，圖中（b）為累計頻率分布曲線。

從圖1（b）可以看出：累計頻率分布曲線的兩端是較平緩的，即切線斜率較小，所以d₁₀不會等于較小粒徑，d₁₀也不會等于較大粒徑，也就是圖1（b）中虛線所示的情況不會出現(xiàn)。因此k₈₀將遠遠小于2.4。退一步講，即便出現(xiàn)k₈₀接近2.4的情況，此時較大不利情況是：起過濾作用的濾料增加了10%的較小粒：（若70毫米厚），起保護作用的濾料粒徑均接近1.2毫米（增加量若為140毫米厚，占保護層厚的2/3）。從圖1（b）中虛線可看出：此時較大粒徑和較小粒徑仍在控制范圍內(nèi)，且就平均粒徑來講變化并不太大，因此總的說來對過濾和反沖洗會有些影響，但其影響不會太大。這與用有效粒徑法來控制濾料組成不同，在那里須控制k₈₀的上限，否則就會出現(xiàn)大粒徑過大、小粒徑過小的毛病。而在用較大粒徑和較小粒徑來控制濾料組成時，只要較大粒徑和較小粒徑控制合理，對k₈₀的上限是否加以限制其實際意義并不太大。

2 關(guān)于k₈₀的下限

從理論上分析，k₈₀越小，說明濾料粒徑越均勻，過濾條件越好。從這一點上講，規(guī)范中對k₈₀的下限不加限制是有道理的。但是具體問題須具體分析。我們知道，任何一個好的濾料層選擇，都須考慮過濾、反沖洗等多方面的因素。不同的濾料粒徑要有不同的濾層厚度、濾速、終止水頭損失及反沖洗強度等與之配套使用才能收到理想的效果。如我國現(xiàn)行的均粒濾料過濾，當d=0.8~1.0毫米時，其要求的濾層厚度為900毫米；當d=1.0~1.25毫米時，其要求的濾層厚度為1100毫米，且濾速等也有較大的變化。然而在規(guī)范中規(guī)定的粒徑范圍為0.5~1.2毫米，濾層厚度為700毫米。在這種情況下，如果對k80的下限不加限制，允許其任意的趨向于1，在理論上可以有一系列的不同選擇。而對這一系列的不同粒徑選擇，均采用相同的濾層厚度、濾速等，顯然不可能都取得好的過濾效果。我們從較差情況看兩個例子：首先假定d₁₀=1.0毫米、d₈₀=1.1毫米，則k₈₀=1.1。此時濾層厚度仍為700毫米就顯然偏小了。因為在這種情況下，過濾阻力小，穿透深度大，達到預(yù)期水頭損失所需時間遠遠大于預(yù)期出水水質(zhì)所需要的時間，使過濾周期大大縮短，甚至很難保證出水水質(zhì)。其次假定d₁₀=0.5毫米，d₈₀=0.6毫米，則k₈₀=1.2。 此時不要說濾層厚度仍為700毫米是否合理，就是從濾料粒徑與承托層粒徑的配合上也是有問題的。我們知道，當承托層上層粒徑為2.0毫米時，其顆粒間的較大孔隙尺寸可達0.83毫米，在這種情況下將有大量濾料進入承托層而隨過濾水進入清水池，造成濾料的漏失而使過濾不能正常進行。從上面的分析可以看出：在規(guī)范規(guī)定的較大粒徑、較小粒徑和濾層厚度的具體條件下，k₈₀的下限應(yīng)有一個合理的控制范圍，而不是越小越好。

3 結(jié)束語

研究濾料組成的目的是：選擇濾料、決定粒徑及有關(guān)參數(shù)和求得濾層厚度，以求經(jīng)濟合理、可靠地確保過濾水質(zhì)和水量。任何一個好的濾料層設(shè)計，對條件的適應(yīng)性都有一定的合理范圍，須根據(jù)不斷變化了的具體條件，去研究探討新的濾料層設(shè)計。均粒濾料過濾的實踐，顯示了較好的發(fā)展前景，應(yīng)該不斷地去研討完善。但是，在我國規(guī)范所規(guī)定的具體條件下，控制k₈₀的上限其實際意義并不太大，相反k₈₀的下限并非越接近1越好，而應(yīng)有一個合理的控制范圍。波濤石英砂廠家認為，如果較大粒徑、較小粒徑和濾層厚度保持不變，則不均勻系數(shù)應(yīng)由k₈₀＜2.0，改為k₈₀=1.6~2.0。按照這一規(guī)定，可將d₁₀的上限范圍控制在0.5~0.75（1.2/1.6）毫米之間，將d₈₀的上限范圍控制在0.8（0.5×1.6)~1.2毫米之間。這樣盡管尚有不足之處，但不會出現(xiàn)過大偏差。