国内外水处理滤料级配表示方法对比

发布时间：2022-06-27整理：成都科林环保有限公司

水处理过滤材料是过滤器的关键材料，过滤材料分级是产品生产、过滤设计、生产经营过程中的重要指标。然而，目前水行业的过滤材料分级表达方法并不标准，甚至有些分级要求也不符合过滤材料的实际生产，导致不必要的纠纷。在比较研究欧盟、美国和国内教科书和标准的基础上，提出了两种推荐的过滤材料分级表达方法，强调不能同时使用两种方法表示相同的过滤材料分级，不能片面要求均匀系数小至接近1，建议未来在国家工程建设标准体系中补充和完善水处理过滤材料分级表达方法。水处理过滤材料是过滤器的关键材料，过滤材料分级是产品制造、过滤设计、生产经营过程中的重要指标。鉴于国外和中国不同时期过滤材料分级配的表达方法，通过对过滤材料生产、过滤设计和项目管理的分析，提出了过滤材料分级配的建议，促进了水处理行业的标准化和有序发展。

目前，用于水处理的过滤材料主要包括颗粒过滤材料、纤维过滤材料、改性过滤材料或各种过滤材料的组合，其中常用的颗粒过滤材料主要包括石英砂、无烟煤、高密度矿山、陶瓷过滤材料、颗粒活性炭等。颗粒过滤材料是供水和排水工程中过滤的关键材料，在保证过滤水质方面起着决定性的作用。粒径分级是过滤材料重要的参数，其表达方法对过滤材料的生产、设计、采购和运行管理至关重要。粒径分级的表达必须符合社会发展的现状，有利于国民经济建设和人民身心健康。欧美公司进入中国水利市场，中国当地水利行业对过滤材料分级的表达方式不同。此外，技术需求文件中提出的分级要求实际上难以生产出符合要求的过滤材料产品。因此，本文分析了国内外水处理过滤材料粒径分级的表达方法，供同事参考。

1 国外滤料级配表达方法

1.1 欧盟

欧盟对水处理过滤材料有标准Products used for treatment of water intended for human consumption-Inorganic supporting and filtering materials-Definitions（EN 12901: 2000)(中文译为《水处理用产品-滤料及承载物-定义》Products used for treatment of water intended for human consumption — Silica sand and silica gravel（BS EN 12904∶2005)(中文译为水处理产品-石英砂和砾石)。EN 12901标准规定了滤料和承托料相关指标的定义。BS EN 12904年标准规定了石英砂和砾石指标的要求、试验方法和标识的运输和储存。石英砂和砾石支撑材料粒径级配指标的定义和要求如下：粒径级配应用以下（1）和（2）两种方法中的一种表示。

(1)使用有效粒径（Effective size，d十、均匀系数（Uniformity coefficient，U）、小粒径d1（Minimum size，d1）表示。

有效粒径（d10):粒径分布曲线上只有10%的筛孔孔径(质量计)，偏差限值为±5%。

均匀系数（U）：60%(以质量计)颗粒通过的筛孔孔径与10%颗粒通过的筛孔孔径之比小于1.5。

小粒径d1 ：筛孔孔径只有1%(质量计)，偏差为±5%(注:为了在小粒径端获得连续的粒径分布，需要测量d1值）。

(2)粒径范围（Particle size range）、质量百分比含量大于粒径（Oversize percentage）、小于小粒径的质量百分比（Undersize percentage）表示。

粒径：分析滤料级配时筛孔的孔径。

小粒径：分析滤料级配时小筛孔的孔径。

超过粒径的质量百分比：未通过筛孔试验筛的滤料颗粒的质量百分比。

通过小筛孔试验筛的滤料颗粒质量百分比小于小粒径的质量百分比。

一般来说，小于小或大于粒径的质量百分比含量限值为：多层滤料滤料为5%，单层滤料滤料为10%，砾石支撑层为15%。本标准举例说明了第（2）种表示方法，见表1。

表1 粒径范围实例

国内外水处理滤料级配表示方法对比

1.2 美国

美国水协标准Granular Filter Material （ANSI/AWWA B10016)(中文翻译为颗粒过滤材料)描述了无烟煤、石英砂、高密度矿山和砾石支撑材料的定义、指标要求、检测、包装和运输，其中滤料术语和粒径级配如下:

1.2.1 术语

主要术语包括：过滤材料、粒径、有效粒径、均匀系数等。过滤材料：用于水处理过滤器中的过滤材料和砾石支撑材料。过滤材料：高密度矿山、石英砂、无烟煤等。用于去除水中颗粒。粒径：标准筛选确定的各种尺寸和尺寸范围。有效的粒径(ES)：滤料样品的筛孔孔径为10%(按干重)。例如，筛分后，如果滤料样品的10%（按干重）的筛孔孔径为0.45mm，滤料的有效粒径为0.45mm。均匀性系数(UC)：60%滤料样品(按干重)的筛孔孔径与10%相同样品(按干重)的筛孔孔径之比。

1.2.2 滤料级配表示方法

美国水协标准有两种表示滤料级配的方法，一种表示质量百分比，另一种表示有效粒径和均匀系数。

(1)用质量百分比表示。用质量百分比表示滤料级配的方法有两种。

种方法规定了不同粒径范围内滤料样品的质量百分比。例如，根据质量计算，粒径大小在X mm至Y mm滤料质量占样品总量的10%；粒径A mm至B mm滤料质量百分比为60%；粒径为S mm至T mm滤料之间的比例为90%。由于标准筛不可能将滤料筛分成10%、60%和90%的精度值，因此每个筛子通过样品的百分含量曲线，根据筛孔孔径的插入法，必须从每个筛子对应的筛孔尺寸中获得。

第二种方法用比要求粒径小的滤料质量百分比表示。例如，小于0.4mm滤料质量百分比应在滤料总量X%至Y%之间。标准筛孔径对应的百分比X%和Y无需绘图即可直接使用筛分结果。

(2)用有效粒径和均匀系数表示。1892年，HAZEN石英砂滤料在松散状态下的渗透性与有效粒径和均匀系数有关。实践表明，适用于用效粒径和均匀系数。

例如，无烟煤的有效粒径范围一般为0.6~1.6 mm，均匀系数不大于1.7.石英砂滤料的有效粒径范围一般为0.35~0.65 mm，均匀系数不大于1.7.高密度矿石的有效粒径范围一般为 0.18~0.60 mm，均匀性系数不大于2.2。

均匀系数的大小通常由用户指定，并考虑过滤材料的密度，以实现适当的分层，尽量减少混合，防止反冲洗过程中跑砂。

颗粒活性炭（GAC）有效粒径范围为0.5~1.5mm，均匀系数不大于2.1。

1.2.3 选择等级表示方法

对于同一滤料产品的等级配置，只能用一种方法表示，不能同时用两种方法表示，要么用质量百分比表示，要么用有效粒径和均匀系数表示。

2 国内滤料级配表达方法

中国水处理的快速发展时期已经到来。改革开放前，没有过滤产品的行业标准。20世纪80年代，受住房和城乡建设部委托，中国市政工程中南设计研究院有限公司编制了《水处理石英砂过滤材料》和《水处理无烟煤过滤材料》《水处理磁铁矿石过滤材料》、《砾石支撑材料》和《磁铁矿石支撑材料》的标准使大多数水处理过滤材料具有统一的行业标准，为国内水处理行业提供了使用过滤材料的依据。2005年，修订了5个行业标准，并将其编制为现行城市建设行业标准的水处理过滤材料（CJ/T 43-2005)。随着技术的进步，供水设计标准也经历了多次修订。现行国家标准为《室外供水设计标准》（GB 50013-2018)。我国不同时代出版的给水工程教材中，过滤材料的表达方式大多与当时的标准规范一致。

2.1 旧供水工程教材及滤料级配规范的表达方法

1999年中国建筑工业出版社出版的《给水工程》第四版教材描述了两种滤料级配的表示方法，一种用有效粒径和不均匀系数表示，另一种用粒径、小粒径和不均匀系数表示。

(1)有效粒径和不均匀系数法d10、系数不均匀K80表示滤料粒径级配，见式(1)。

国内外水处理滤料级配表示方法对比

(2)粒径、小粒径系数不均匀法。粒径dmax、小粒径dmin系数不均匀K控制80个滤料级配，以及我国旧版《室外供水设计规范》（GBJ 13-86)滤料粒径级配表示方法一致，见表2。严格来说，表2中K80有一个数值范围，即上下限值。dmax和dmin理论上说，在已定条件下，如果K80趋近于1，则d10和d80将有一系列不同的选择。整个滤层的滤料粒径可接近dmin，也可趋近于dmax，在过滤层厚度、过滤速度和反冲洗强度的一定条件下，会对过滤和反冲洗产生一定的影响。如果过滤材料的粒径过大，可能不会清洗。如果粒径太小，可能会跑砂。

表2 滤料级配及滤速

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