提要：我国在1986年制定的《室外给水设计规范（GBJ13-86）》对单层石英砂滤料组成中不均匀系数规定为k80＜2.0。波涛石英砂厂家通过分析认为：在规范规定的较大粒径、较小粒径和滤层厚度的具体条件下，限定k80的上限实际意义并不太大，相反k80的下限并非越小越好，而应有一个合理的控制范围并对此提出了修改意见。
滤料组成是滤池工作好坏的关键，多年来国内外专家学者对此进行了大量的科学实验和理论研究，取得了卓有成效的成果。我国在1986年制定的《室外给水设计规范（GBJ13-86）》中对单层石英砂滤料组成的规定是：较小粒径为0.5毫米，较大粒径为1.2毫米，不均匀系数k80＜2.0，滤层厚度为700毫米。与74年制定的《室外给水设计规范（TJ13-74）》比较，将不均匀系数由原来的k80=2.0，改为k80＜2.0。较大粒径、较小粒径和滤层厚度均没有改变。显然，k80的修改增加了规范的可行性，但是在理论上有可能引起误解，在实践上可能出现偏差。故此波涛石英砂厂家提出一点粗浅看法，供讨论。
1 关于k80的上限
不均匀系数k80是指通过滤料重量80%的筛孔直径d80与通过滤料重量10%的筛孔直径d10的比值，即k80=d80/d10。其中d10反映滤料中细颗粒的尺寸，d80反映滤料中粗颗粒的尺寸，而k80则反映了滤料中颗粒粒径的均匀程度。所以如果说较大粒径和较小粒径是控制滤料两头少数颗粒尺寸参数的话，不均匀系数k80则是控制滤料中间多数颗粒尺寸及其比例关系的参数。因此，k80的大小是控制滤料组成好坏的一个重要条件。从理论上分析，k80过大说明粗细颗粒差别大，在过滤时，由于滤料表面集中了大量过细滤料，过滤水头损失增长速率特别快，结果造成下面的滤料尚未发挥应有作用，过滤就被迫停止。而在反冲洗时，为了满足下层粗颗粒的膨胀要求，表层细颗粒滤料可能被冲出滤池，也可能由于冲洗强度过大而使承托层产生位移而造成漏沙现象；反过来如果仅仅满足细砂的膨胀要求，粗砂则可能浮动不起来。因此需要对k80的上限加以限制。但是规范中规定的k80是在较大粒径等于1.2毫米、较小粒径等于0.5毫米的具体条件下的k80，因此可以对k80作出进一步的具体分析：从理论上讲，在给定条件下的k80可以趋向于2.4，即k80=1.2/0.5=2.4。而实际上是不可能出现这种情况的。这是因为天然砂是一群各种不同粒径的混合体，大多数天然砂的累计频率分布接近于几何正态频率分布，如图1中的实线所示。图1中（a）为颗串分布曲线，图中（b）为累计频率分布曲线。
从图1（b）可以看出：累计频率分布曲线的两端是较平缓的，即切线斜率较小，所以d10不会等于较小粒径，d10也不会等于较大粒径，也就是图1（b）中虚线所示的情况不会出现。因此k80将远远小于2.4。退一步讲，即便出现k80接近2.4的情况，此时较大不利情况是：起过滤作用的滤料增加了10%的较小粒：（若70毫米厚），起保护作用的滤料粒径均接近1.2毫米（增加量若为140毫米厚，占保护层厚的2/3）。从图1（b）中虚线可看出：此时较大粒径和较小粒径仍在控制范围内，且就平均粒径来讲变化并不太大，因此总的说来对过滤和反冲洗会有些影响，但其影响不会太大。这与用有效粒径法来控制滤料组成不同，在那里须控制k80的上限，否则就会出现大粒径过大、小粒径过小的毛病。而在用较大粒径和较小粒径来控制滤料组成时，只要较大粒径和较小粒径控制合理，对k80的上限是否加以限制其实际意义并不太大。
2 关于k80的下限
从理论上分析，k80越小，说明滤料粒径越均匀，过滤条件越好。从这一点上讲，规范中对k80的下限不加限制是有道理的。但是具体问题须具体分析。我们知道，任何一个好的滤料层选择，都须考虑过滤、反冲洗等多方面的因素。不同的滤料粒径要有不同的滤层厚度、滤速、终止水头损失及反冲洗强度等与之配套使用才能收到理想的效果。如我国现行的均粒滤料过滤，当d=0.8~1.0毫米时，其要求的滤层厚度为900毫米；当d=1.0~1.25毫米时，其要求的滤层厚度为1100毫米，且滤速等也有较大的变化。然而在规范中规定的粒径范围为0.5~1.2毫米，滤层厚度为700毫米。在这种情况下，如果对k80的下限不加限制，允许其任意的趋向于1，在理论上可以有一系列的不同选择。而对这一系列的不同粒径选择，均采用相同的滤层厚度、滤速等，显然不可能都取得好的过滤效果。我们从较差情况看两个例子：首先假定d10=1.0毫米、d80=1.1毫米，则k80=1.1。此时滤层厚度仍为700毫米就显然偏小了。因为在这种情况下，过滤阻力小，穿透深度大，达到预期水头损失所需时间远远大于预期出水水质所需要的时间，使过滤周期大大缩短，甚至很难保证出水水质。其次假定d10=0.5毫米，d80=0.6毫米，则k80=1.2。 此时不要说滤层厚度仍为700毫米是否合理，就是从滤料粒径与承托层粒径的配合上也是有问题的。我们知道，当承托层上层粒径为2.0毫米时，其颗粒间的较大孔隙尺寸可达0.83毫米，在这种情况下将有大量滤料进入承托层而随过滤水进入清水池，造成滤料的漏失而使过滤不能正常进行。从上面的分析可以看出：在规范规定的较大粒径、较小粒径和滤层厚度的具体条件下，k80的下限应有一个合理的控制范围，而不是越小越好。
3 结束语
研究滤料组成的目的是：选择滤料、决定粒径及有关参数和求得滤层厚度，以求经济合理、可靠地确保过滤水质和水量。任何一个好的滤料层设计，对条件的适应性都有一定的合理范围，须根据不断变化了的具体条件，去研究探讨新的滤料层设计。均粒滤料过滤的实践，显示了较好的发展前景，应该不断地去研讨完善。但是，在我国规范所规定的具体条件下，控制k80的上限其实际意义并不太大，相反k80的下限并非越接近1越好，而应有一个合理的控制范围。波涛石英砂厂家认为，如果较大粒径、较小粒径和滤层厚度保持不变，则不均匀系数应由k80＜2.0，改为k80=1.6~2.0。按照这一规定，可将d10的上限范围控制在0.5~0.75（1.2/1.6）毫米之间，将d80的上限范围控制在0.8（0.5×1.6)~1.2毫米之间。这样尽管尚有不足之处，但不会出现过大偏差。
