改造动态砂滤器冲洗溢流堰对性能可行性研究

更少浪费的更洁净出水

随着城市扩张、河流与运河污染加剧，水处理厂必须从进入的水中尽可能多地提取可用清水。本研究考察了对一种现有过滤技术（动态砂滤器）的一项巧妙调整，看看一个小的物理改动是否既能节水又能改善水质。研究人员发现，仅通过抬高一个称为冲洗溢流堰的小溢流边缘，处理厂在清洗过程中可以减少废水排放，同时仍能高效去除颗粒。

这种过滤器有何不同

大多数传统过滤器需要定期停机并反冲洗以清除滞留的污物，这会消耗时间、水和能源。动态砂滤器的工作方式不同：水连续向上流经由砂与活性炭混合形成的滤层，该滤层截留固体颗粒和部分溶解污染物。与此同时，砂粒本身缓慢循环、被洗净并返回滤层，使系统能在不停机的情况下运行。在本研究中，研究者更进一步采用了双介质滤层——砂加活性炭，以增强对浑浊颗粒和细小固体的去除，模拟要求较高的水和污水处理设施中的工况。

对关键部件的小改动

在该滤器内部，冲洗时将颗粒从砂中冲下的脏水被收集并越过一个小障碍物排出，即冲洗溢流堰。其高度决定了用于冲洗的水量与成为清洁产水的水量之间的平衡。研究团队构建了一个实验室规模的动态砂系统，并在溢流堰上安装了可移动的边缘，以便精确调节其高度。然后他们在相同运行条件下进行了两组试验：相同的进水悬浮固体浓度、相同的流量和相同的滤料。第一次运行采用原始堰高；第二次将堰高提高了4厘米。

抬高堰后发生了什么

抬高堰改变了系统内的流量平衡。堰高提高后，作为脏冲洗水外溢的水量显著下降——从约0.79升/分钟降到约0.49升/分钟，减少约38%。这意味着更多的进水变成了清洁过滤水；总体产出增加约2.2%，冲洗损失占进水的比例降至约2.5%。同时，冲洗水本身的固体浓度大幅上升，表明滤器仍然有效地去除污物，但现在用了更少的水来实现相同的清洗效果。

更洁净的出水与稳定的运行

重要的是，出水水质在减少冲洗水量的情况下并未恶化——若有变化，反而略有改善。进水总悬浮固体（TSS）约为250毫克/升且浑浊度中等。在未改动的情况下，滤器将TSS降至约10.4毫克/升，去除率近96%。抬高堰后，出水TSS进一步降至约8.8毫克/升，去除效率提高到约96.5%。浑浊度在两种工况下均保持很低。结果表明，更高的堰至少同样有效地清洗了滤层，甚至可能更好，从而支持日常稳定运行。

对实际厂站的意义

对非专业读者来说，主要信息很直接：对连续式砂滤器进行适度的机械调整，可以在不增加复杂性的前提下获得更多清水和更少废水。通过抬高动态砂滤器的冲洗溢流堰，研究表明自清洗用水可减少近五分之二，同时略微提高颗粒去除效果。尽管试验是在实验室装置上完成，但其基本过程与全规模厂站相同。如果在更大系统中得到验证，这一简单改动可帮助供水单位更好地延伸有限水源、减少需处理的脏冲洗水体积，并在高污染和大需求条件下支持更有弹性的处理运行。

引用: El Taher, E.E.M., El Nadi, M.H., Meshref, M.N.A. et al. Feasibility of modifying the washout water weir on dyna sand filters performance. Sci Rep 16, 9923 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41574-4

关键词: 水处理, 砂滤, 动态砂滤器, 冲洗溢流堰, 节约用水