水處理濾料是濾池的關(guān)鍵材料，濾料級配是產(chǎn)品生產(chǎn)、濾池設(shè)計、生產(chǎn)運行過程中的重要指標(biāo)。然而，目前水務(wù)行業(yè)對濾料級配表示方法不規(guī)范，甚至有的級配要求不切合濾料的生產(chǎn)實際，導(dǎo)致發(fā)生不必要的糾紛。在對比研究歐盟、美國及國內(nèi)的教材和標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于濾料級配表示方法內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，提出濾料級配的兩類推薦性表示方法，強(qiáng)調(diào)不可同時采用兩類方法表示同一濾料的級配，不可片面要求均勻系數(shù)小到接近1，建議今后在國家工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系中補(bǔ)充完善水處理濾料級配表示方法。水處理濾料是濾池的關(guān)鍵材料，濾料級配是產(chǎn)品制造、濾池設(shè)計、生產(chǎn)運行過程中的重要指標(biāo)。針對國外及我國不同時期濾料級配的表示方法，通過從濾料生產(chǎn)、濾池設(shè)計、項目管理等方面進(jìn)行分析，提出濾料級配的推薦表示方法以促進(jìn)水處理行業(yè)規(guī)范有序地發(fā)展。

目前用于水處理的過濾材料主要包括顆粒濾料、纖維濾料、改性濾料或者各種濾料的組合，其中常用的顆粒濾料主要包括石英砂、無煙煤、高密度礦、陶粒濾料、顆?；钚蕴康?。顆粒濾料是供水排水工程中濾池的關(guān)鍵材料，在保障濾池出水水質(zhì)中起著決定性的作用。粒徑級配是濾料最重要的參數(shù)，其表示方法對濾料生產(chǎn)、設(shè)計、采購、運行管理至關(guān)重要。粒徑級配的表述須符合社會發(fā)展現(xiàn)狀，有利于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，有利于人民身心健康。而進(jìn)入我國水務(wù)市場的歐美公司以及我國本土水務(wù)行業(yè)對濾料級配表示方法不盡相同。更有甚者，在技術(shù)需求文件中提出的級配要求在實際中很難生產(chǎn)出滿足要求的濾料產(chǎn)品。因此文章整理分析國內(nèi)外有關(guān)水處理濾料粒徑級配的表示方法，以供同仁參考借鑒。

1 國外濾料級配表示方法

1.1 歐盟

歐盟關(guān)于水處理濾料的標(biāo)準(zhǔn)有Products used for treatment of water intended for human consumption-Inorganic supporting and filtering materials-Definitions（EN 12901: 2000）（中文譯為《水處理用產(chǎn)品-濾料和承托料-定義》和Products used for treatment of water intended for human consumption — Silica sand and silica gravel（BS EN 12904∶2005）（中文譯為《水處理用產(chǎn)品—石英砂和礫石》）。EN 12901標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了濾料和承托料相關(guān)指標(biāo)的定義。BS EN 12904標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了石英砂和礫石指標(biāo)的要求、試驗方法以及標(biāo)識運輸和儲存。其中關(guān)于石英砂和礫石承托料粒徑級配指標(biāo)定義與要求的內(nèi)容如下：粒徑級配應(yīng)采用下面（1）、（2）兩種方法中的一種進(jìn)行表示。

（1）用有效粒徑（Effective size，d10）、均勻系數(shù)（Uniformity coefficient，U）、最小粒徑d1（Minimum size，d1）表示。

有效粒徑（d10）：在粒徑分布曲線上僅有10%（以質(zhì)量計）的顆粒通過的篩孔孔徑，最大偏差限值為±5%。

均勻系數(shù)（U）：60%（以質(zhì)量計）顆粒通過的篩孔孔徑與10%顆粒通過的篩孔孔徑的比值，小于1.5。

最小粒徑d1 ：僅有1%(以質(zhì)量計)的顆粒通過的篩孔孔徑，最大偏差為±5%（注：為了獲得在小粒徑端連續(xù)的顆粒粒徑分布，需要測定d1值）。

（2）用粒徑范圍（Particle size range）、大于最大粒徑的質(zhì)量百分含量（Oversize percentage）、小于最小粒徑的質(zhì)量百分含量（Undersize percentage）表示。

最大粒徑：分析濾料級配時最大篩孔的孔徑。

最小粒徑：分析濾料級配時最小篩孔的孔徑。

大于最大粒徑的質(zhì)量百分含量：未通過最大篩孔試驗篩的濾料顆粒的質(zhì)量百分比。

小于最小粒徑的質(zhì)量百分含量：通過最小篩孔試驗篩的濾料顆粒的質(zhì)量百分比。

一般而言，小于最小或大于最大粒徑的質(zhì)量百分含量限值為：多層濾料濾池的濾料為5%，單層濾料濾池的濾料為10%，礫石承托層為15%。標(biāo)準(zhǔn)對此第（2）種表示方法進(jìn)行了舉例說明，見表1。

表1 粒徑范圍實例

1.2 美國

美國水協(xié)標(biāo)準(zhǔn)Granular Filter Material （ANSI/AWWA B10016）（中文譯為《顆粒過濾材料》）描述了無煙煤、石英砂、高密度礦和礫石承托料的定義、指標(biāo)要求、檢測、包裝和運輸?shù)葍?nèi)容，其中關(guān)于濾料術(shù)語和粒徑級配內(nèi)容如下:

1.2.1 術(shù)語

主要術(shù)語有：濾料、粒徑大小、有效粒徑、均勻系數(shù)等。過濾材料：用于水處理濾池中的濾料和礫石承托料。濾料：過濾中用于去除水中顆粒物的高密度礦、石英砂和無煙煤等。粒徑大小：由標(biāo)準(zhǔn)篩篩分確定的濾料顆粒的各種尺寸和尺寸范圍。有效粒徑(ES)：通過10%（按干重）濾料樣品的篩孔孔徑。例如，經(jīng)過篩分，如果通過濾料樣品的10%（按干重）的篩孔孔徑為0.45mm，則濾料的有效粒徑為0.45mm。均勻性系數(shù)(UC)：通過60%濾料樣品（按干重)的篩孔孔徑與通過10%同一樣品(按干重）的篩孔孔徑的比值。

1.2.2 濾料級配表示方法

美國水協(xié)標(biāo)準(zhǔn)對濾料級配的表示方法有兩類，一類用質(zhì)量百分含量表示，另一類以有效粒徑和均勻系數(shù)表示。

（1）用質(zhì)量百分含量表示。用質(zhì)量百分含量表示濾料級配的方法分兩種。

第一種方法規(guī)定濾料樣品的不同粒徑范圍內(nèi)所占的質(zhì)量百分含量。例如，按質(zhì)量計算，粒徑大小在X mm至Y mm之間的濾料質(zhì)量占樣品總量的10%；粒徑在A mm至B mm之間的濾料質(zhì)量百分含量為60%；粒徑在S mm至T mm之間的濾料占比為90%。由于標(biāo)準(zhǔn)篩不可能將濾料篩分成完全等于總量的10%、60%和90%的精確值，因此與百分比對應(yīng)的篩孔尺寸須從每個篩子通過樣品的百分含量曲線中根據(jù)篩孔孔徑用插入法求得。

第二種方法用比要求的粒徑小的濾料質(zhì)量百分含量表示。例如，小于0.4mm的濾料質(zhì)量百分含量應(yīng)在濾料總量的X%至Y%之間。通過標(biāo)準(zhǔn)篩的孔徑相對應(yīng)的百分比X%和Y%，可以直接使用篩分結(jié)果而無需繪圖。

（2）用有效粒徑和均勻系數(shù)表示。1892年，HAZEN發(fā)現(xiàn)松散狀態(tài)下石英砂濾料的滲透性與有效粒徑和均勻系數(shù)有關(guān)。通過實踐表明，用效粒徑和均勻系數(shù)共同表示濾料級配是適用的。

例如：無煙煤的有效粒徑范圍一般為0.6~1.6 mm，均勻系數(shù)不大于1.7。石英砂濾料的有效粒徑范圍一般為0.35~0.65 mm，均勻系數(shù)不大于1.7。高密度礦石的有效粒徑范圍一般為 0.18~0.60 mm，均勻性系數(shù)不大于2.2。

均勻系數(shù)的大小通常由用戶指定，并考慮濾料的密度，以實現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆謱?，盡量減少混合，并防止反沖洗過程中跑砂。

顆?；钚蕴浚℅AC）用作過濾濾料時，其有效粒徑范圍為0.5~1.5mm，均勻系數(shù)不大于2.1。

1.2.3 級配表示方法的選擇

對于同一濾料產(chǎn)品的級配，只能用其中一類方法表示，不能同時用兩類方法表示，要么用質(zhì)量百分含量表示，要么用有效粒徑與均勻系數(shù)表示。

2 國內(nèi)濾料級配表示方法

我國水處理高速發(fā)展的時期來得比較晩，在改革開放前，還沒有濾料產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在20世紀(jì)80年代，中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司受住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部委托，編制了《水處理用石英砂濾料》《水處理用無煙煤濾料》 《水處理用磁鐵礦濾料》《礫石承托料》《磁鐵礦承托料》標(biāo)準(zhǔn)，使水處理用的大部分濾料有了統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為國內(nèi)自來水行業(yè)提供了使用濾料的依據(jù)。2005年將5部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，整編為現(xiàn)行的城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水處理用濾料》（CJ/T 43-2005）。關(guān)于給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，也是隨著技術(shù)進(jìn)步，經(jīng)歷了多次修訂，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)為《室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50013-2018）。我國不同年代出版的給水工程教材中關(guān)于濾料表示方法大多與當(dāng)時的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范一致。

2.1 舊版給水工程教材及規(guī)范對濾料級配的表示方法

中國建筑工業(yè)出版社1999年出版的《給水工程》第4版教材中描述了兩種濾料級配的表示方法，一種用有效粒徑和不均勻系數(shù)表示，另一種用最大粒徑、最小粒徑和不均勻系數(shù)聯(lián)合表示。

（1）有效粒徑和不均勻系數(shù)法。以濾料有效粒徑d10和不均勻系數(shù)K80表示濾料粒徑級配，見式（1）。

（2）最大粒徑、最小粒徑和不均勻系數(shù)法。采用最大粒徑dmax、最小粒徑dmin和不均勻系數(shù)K80來控制濾料級配，與我國舊版《室外給水設(shè)計規(guī)范》（GBJ 13-86）中所采用的濾料粒徑級配表示方法一致，見表2。嚴(yán)格地說，表2中K80有一個數(shù)值幅度，即上、下限值。因為在dmax和dmin已定條件下，從理論上說，如果K80趨近于1，則d10和d80將有一系列不同選擇。整個濾層的濾料粒徑可以趨近于dmin，也可趨近于dmax，這在濾層厚度、濾速和反沖洗強(qiáng)度一定條件下，對過濾和反沖洗都將帶來一定的影響，如果濾料粒徑過大，則可能沖洗不干凈，倘若粒徑過小，則可能會跑砂。

表2 濾料級配及濾速

注:濾料密度一般為：石英砂2.60~2.65 g/cm3，無煙煤1.40~1.60 g/cm3，重質(zhì)礦石4.70~5.00 g/cm3

2.2 新版給水工程教材及標(biāo)準(zhǔn)對濾料級配的表示方法

中國建筑工業(yè)出版社2020年出版的《給水工程》第5版教材與最新《室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013-2018)一致，都采用有效粒徑及均勻系數(shù)來表示，針對不同濾料種類規(guī)定了濾料組成和正常濾速及強(qiáng)制濾速的大小，僅局部符號表示和取值稍有區(qū)別，GB 50013-2018的相關(guān)規(guī)定見表3。

2018版《室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中均勻級配粗砂濾料組成要求與單層細(xì)砂濾料及雙層濾料不盡相同，單層細(xì)砂濾料及雙層濾料產(chǎn)品的有效粒徑是明確的數(shù)值，只是有一定允許偏差；均勻級配粗砂濾

料的有效粒徑不是一個明確數(shù)值，而是一個范圍，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的涵義為石英砂的有效粒徑的范圍在0.90~1.20mm時，要求均勻系數(shù)K60<1.6。同時要注意標(biāo)準(zhǔn)中“石英砂d10=0.90~1.20”指的是有效粒徑，不是指濾料的最小粒徑與最大粒徑之間的范圍，兩者不能混淆。

相比GB 50013-2018，GB 50013-20062006版《室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中還有三層濾料濾池的有關(guān)規(guī)定，其表達(dá)方式也采用有效粒徑及不均勻系數(shù)的形式。對于均勻級配粗砂濾料的表示，兩個版本的區(qū)別在于均均系數(shù)的表示形式及取值的不同，2006版規(guī)定K80<1.4，2018版為K60<1.6，從表示形式和取值上看，2018版要求更符合社會生產(chǎn)和使用狀況，糾正了盲目追求均勻系數(shù)過小的現(xiàn)象。

根據(jù)《試驗篩金屬絲編織網(wǎng)、穿孔板和電成型薄板篩孔的基本尺寸》（GB/T 6005-2008）中關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)試驗篩篩孔尺寸有主要尺寸系列和補(bǔ)充尺寸系列，推薦選擇主要尺寸系列，對常用的水處理濾料的粒徑大小，選擇的篩孔主要尺寸大小比值為1.4，補(bǔ)充尺寸大小的相鄰比值有1.19和1.12。如果要求K80<1.4或更小，則不能配置出合理的用于樣品篩分并能繪制出篩分曲線的一系列標(biāo)準(zhǔn)試驗篩，即很難篩分出符合要求的濾料。只有使用大量的原料才能生產(chǎn)出極少量的合格產(chǎn)品，導(dǎo)致浪費大量天然的不可再生資源,企業(yè)幾乎不可能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

因此，2018版《室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中對均勻系數(shù)的取值作了合理的調(diào)整，增大了均勻系數(shù)的限值。

2.3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對濾料級配的表示方法

中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水處理用濾料》（CJ/T 43-2005）對水處理用濾料的技術(shù)要求、檢驗方法、鋪裝方法進(jìn)行了規(guī)定。其中對濾料級配的有關(guān)內(nèi)容為：濾料的粒徑范圍、有效粒徑(d10)、均勻系數(shù)(K60)或不均勻系數(shù)(K80),由用戶確定。在用戶確定的濾料和承托料粒徑范圍中，小于最小粒徑、大于最大粒徑的質(zhì)量百分含量均應(yīng)小于5%(按質(zhì)量計)。

CJ/T 43-2005標(biāo)準(zhǔn)僅對超出濾料粒徑范圍的質(zhì)量百分含量作出了規(guī)定，沒有明確濾料粒徑級配的表示方法和實例。

2.4 團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)水處理用濾料和承托料》（T/CAMIE 05-2021）對濾料級配的表示方法進(jìn)行了規(guī)定。在技術(shù)要求部分對兩種不同表示方法的級配分布進(jìn)行了規(guī)定，具體內(nèi)容為：

方法a：用粒徑范圍d1~d2表示，同時對超過粒徑范圍的質(zhì)量百分含量進(jìn)行了要求。示例：0.90~1.40mm，粒徑小于0.90mm與大于1.40mm的濾料樣品百分含量均不大于5%。采用方法a（粒徑范圍d1~d2）表述時，濾料級配宜滿足表4的要求。

方法b：用有效粒徑d10及均勻系數(shù)K60或K80表示。示例：d10=0.95 mm±0.05 mm，且K60≤1.6或K80≤1.8。采用方法b時，濾料及配宜滿足表5要求。

3 總 結(jié)

3.1 表示方法

國內(nèi)外關(guān)于濾料級配的表示方法有兩大類，分別以質(zhì)量百分含量和有效粒徑為主體，只是每類方法中包含的具體內(nèi)容有所不同，如表6所示。采用有效粒徑和均勻性系數(shù)表示時，歐盟標(biāo)準(zhǔn)多了最小粒徑（d1）指標(biāo)。美國標(biāo)準(zhǔn)中粒徑范圍和質(zhì)量百分含量按濾料樣品中不同粒徑范圍對應(yīng)不同的百分含量表示，描述得更為細(xì)致。我國以有效粒徑為主體的表示方法在不同時期對均勻系數(shù)表示略有不同，早期用K80表示，近年來，K60與K80兩種均有。以粒徑范圍表示方法有兩種，一種是與均勻系數(shù)聯(lián)合表示，一種是與超出粒徑范圍的濾料質(zhì)量百分含量限值聯(lián)合表示。

3.2 對比分析（見表6）

(1）以粒徑范圍及超出需求的最大與最小粒徑的質(zhì)量百分含量的表示方法中的最大與最小粒徑最好與標(biāo)準(zhǔn)篩的孔徑大小一致，這可直接通過標(biāo)準(zhǔn)篩篩分生產(chǎn)出所需要的濾料產(chǎn)品。因此，這種方法在生產(chǎn)過程中易于控制產(chǎn)品質(zhì)量，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中是可行的。

(2）有效粒徑和均勻系數(shù)（或不均勻系數(shù)）的表示方法，是從濾池的生產(chǎn)運行過程中發(fā)現(xiàn)的，符合濾池運行的規(guī)律，因而該表示方法也是可行的。有效粒徑與濾料濾層厚度有一定的線性相關(guān)性，即濾層厚度是濾料有效粒徑的幾何倍數(shù)，不同有效粒徑大小的幾何倍數(shù)大小不一樣。2018年版《室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定濾層厚度與有效粒徑之比：細(xì)砂及雙層濾料過濾應(yīng)大于1 000，粗砂濾料過濾應(yīng)大于1 250，取值與美國標(biāo)準(zhǔn)一致，這有利于設(shè)計人員對濾池的濾料組成及濾層厚度和濾速選擇適當(dāng)?shù)娜≈怠?/p>

用有效粒徑和均勻系數(shù)要求的濾料是可以通過計算和曲線分析的數(shù)據(jù)實現(xiàn)生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品。只需先滿足有效粒徑d10，再通過不均勻系數(shù)或均勻系數(shù)計算出d80或d60，在篩分曲線上補(bǔ)充完整d10以下以及d80或d60以上的曲線部分，得到完整的曲線圖，再根據(jù)曲線選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)篩，即可生產(chǎn)出滿足要求的產(chǎn)品。因而從生產(chǎn)上考慮，此種表示方法是合適的。

歐盟標(biāo)準(zhǔn)中還有最小粒徑d1聯(lián)合表示，因要求過篩1%的濾料，一般難以用標(biāo)準(zhǔn)篩達(dá)到此小比例的要求，在我國和美國沒有相關(guān)要求。在檢測歐洲有關(guān)水務(wù)公司的濾料樣品時，也未有最小粒徑d1的指標(biāo)要求。

(3）以最大粒徑、最小粒徑及超出最大與最小粒徑的質(zhì)量百分含量和均勻系數(shù)同時表示濾料產(chǎn)品的級配的方法，相當(dāng)于既規(guī)定了濾料的最大粒徑、最小粒徑以及超出其粒徑范圍的濾料質(zhì)量百分含量，又規(guī)定了d60（或 d80）與d10的比值，將兩類表示方法混合在一起，這樣會導(dǎo)致很難生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品。例如要求粒徑范圍0.50~1.00mm，粒徑小于0.50mm以及大于1.00mm的濾料百分?jǐn)?shù)不大于5%，同時要求K60<1.5。要滿足粒徑小于0.50mm以及大于1.00mm的濾料百分?jǐn)?shù)不大于5%的要求，只需放置孔徑0.50mm、1.00mm以及0.50mm到1.00 mm之間的3至5個標(biāo)準(zhǔn)篩篩出其中的濾料，取篩出的0.50mm與1.00mm之間濾料90%以上，分別配以0.50mm以下或1.00mm以上的不足5%的濾料即可。若要同時滿足均勻系數(shù)的要求，其中的d10、d60或d80不是一個定值，故不能選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)篩以滿足產(chǎn)品需求。因此以最大粒徑、最小粒徑及超出最大與最小粒徑的質(zhì)量百分含量和均勻系數(shù)同時表示的方法是不可取的。

這種將最大粒徑、最小粒徑及均勻系數(shù)同時表示濾料級配的方法在舊版教材中出現(xiàn)過，在新版《給水工程》（第5版）教材和2018版《室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中則沒有出現(xiàn)。

4 建議與展望

（1）濾料級配表示方法有兩類，第一類方法采用最大最小粒徑（粒徑范圍）及超出最大最小粒徑以外的濾料質(zhì)量百分含量或不同粒徑段濾料質(zhì)量百分含量來表示。第二類方法采用有效粒徑d10及均勻系數(shù)K60或K80表示。

對于同一濾料產(chǎn)品，只能采用兩類方法中的一種表示，不能同時采用兩類方法或兩類方法中的指標(biāo)混合表示。

（2）用有效粒徑d10及均勻系數(shù)K60或K80表示濾料時，根據(jù)不同的濾池形式提出合理的濾料規(guī)格需求，不能片面強(qiáng)調(diào)K60或K80接近1。就均質(zhì)濾料濾池而言，有效粒徑范圍為0.90~1.00mm，均勻系數(shù)小于1.6。

（3）不同的濾池型式對濾料的要求不同，如單層細(xì)砂濾料、雙層濾料、均勻級配粗砂濾料分別對應(yīng)不同配水和反沖洗方式以及濾層厚度的濾池，不能簡單地認(rèn)為均質(zhì)濾料濾池比普通快濾池等其他池型的濾池好，也不能片面地認(rèn)為均勻級配粗砂濾料比單層細(xì)砂濾料好。

（4）建議在國家或工程建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中完善水處理濾料級配表示方法等內(nèi)容，以促進(jìn)濾料行業(yè)健康有序地高質(zhì)量發(fā)展。