提要：我國在1986年制定的《室外給水設計規范（GBJ13-86）》對單層石英砂濾料組成中不均勻系數規定為k₈₀＜2.0。波濤石英砂廠家通過分析認為：在規范規定的較大粒徑、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鍵，多年來國內外專家學者對此進行了大量的科學實驗和理論研究，取得了卓有成效的成果。我國在1986年制定的《室外給水設計規范（GBJ13-86）》中對單層石英砂濾料組成的規定是：較小粒徑為0.5毫米，較大粒徑為1.2毫米，不均勻系數k₈₀＜2.0，濾層厚度為700毫米。與74年制定的《室外給水設計規范（TJ13-74）》比較，將不均勻系數由原來的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，在實踐上可能出現偏差。故此波濤石英砂廠家提出一點粗淺看法，供討論。

1 關于k₈₀的上限

不均勻系數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顆粒尺寸參數的話，不均勻系數k₈₀則是控制濾料中間多數顆粒尺寸及其比例關系的參數。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，結果造成下面的濾料尚未發揮應有作用，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生位移而造成漏沙現象；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。但是規范中規定的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，大多數天然砂的累計頻率分布接近于幾何正態頻率分布，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。因此k₈₀將遠遠小于2.4。退一步講，即便出現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，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。然而在規范中規定的粒徑范圍為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，達到預期水頭損失所需時間遠遠大于預期出水水質所需要的時間，使過濾周期大大縮短，甚至很難保證出水水質。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：在規范規定的較大粒徑、較小粒徑和濾層厚度的具體條件下，k₈₀的下限應有一個合理的控制范圍，而不是越小越好。

3 結束語

研究濾料組成的目的是：選擇濾料、決定粒徑及有關參數和求得濾層厚度，以求經濟合理、可靠地確保過濾水質和水量。任何一個好的濾料層設計，對條件的適應性都有一定的合理范圍，須根據不斷變化了的具體條件，去研究探討新的濾料層設計。均粒濾料過濾的實踐，顯示了較好的發展前景，應該不斷地去研討完善。但是，在我國規范所規定的具體條件下，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，則不均勻系數應由k₈₀＜2.0，改為k₈₀=1.6~2.0。按照這一規定，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，但不會出現過大偏差。