《净水工程教学课件过滤教学PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《净水工程教学课件过滤教学PPT（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章过滤5.1过滤概述5.2慢滤池和快滤池5.3过滤机理5.4颗粒滤料5.5快滤池运行5.1过滤概述v 分类：颗粒材料过滤、微滤、膜滤。v过滤定义：用粒状滤料层截留水中的悬浮物。v滤池进水浊度：10NTU以下v出水浊度：1NUT。v功效：去除微小悬浮物，降低水的浊度，同时能部分去除水中的有机物、细菌、病毒等。便于消毒剂杀菌。v应用：生活饮用水处理（必不可少），污水深度处理。5.2慢滤池和快滤池慢滤池最早的滤池。慢滤池最早的滤池。滤速慢：滤速慢：滤速慢：滤速慢：v v0.1-0.3m/h0.1-0.3m/h，重力运行重力运行重力运行重力运行滤料一般为砂，表面生长一层滤膜（滤料一般为砂，表面生长
2、一层滤膜（滤料一般为砂，表面生长一层滤膜（滤料一般为砂，表面生长一层滤膜（1 12 2个星期个星期个星期个星期后）。后）。后）。后）。形成过程：由被截留杂质，藻类、微生物生长繁形成过程：由被截留杂质，藻类、微生物生长繁形成过程：由被截留杂质，藻类、微生物生长繁形成过程：由被截留杂质，藻类、微生物生长繁殖。殖。殖。殖。效果：效果：效果：效果：浊度可降到浊度可降到浊度可降到浊度可降到0 0，可不消毒。，可不消毒。，可不消毒。，可不消毒。 机理：机理：机理：机理：微生物吞食细菌微生物吞食细菌微生物吞食细菌微生物吞食细菌 微生物分泌出起凝聚作用的酶微生物分泌出起凝聚作用的酶微生物分泌出起凝聚作用的酶微
3、生物分泌出起凝聚作用的酶 ，对有机物起降，对有机物起降，对有机物起降，对有机物起降解作用。解作用。解作用。解作用。 慢滤池慢滤池适用的进水条件适用的进水条件出水水质出水水质细菌的去除效率细菌的去除效率颗粒物去除效率颗粒物去除效率浊度浊度10NTU以下；以下；总大肠菌类总大肠菌类101000个个/100mL；藻类不太多；藻类不太多；10000人以下的给水人以下的给水处理处理小于小于1.0NTU总大肠菌类总大肠菌类1.54）颗粒约筛除颗粒约筛除13.0%，小，小粒径（粒径（d0.44）颗粒约筛除颗粒约筛除13.0%。v有效粒径和不均匀系数有效粒径：有效粒径：有效粒径：有效粒径：是指能使是指能使是指
4、能使是指能使1010的滤料通过的筛孔直径的滤料通过的筛孔直径的滤料通过的筛孔直径的滤料通过的筛孔直径( (mm)mm)，以以以以d d1010表示，即粒径小于表示，即粒径小于表示，即粒径小于表示，即粒径小于d d1010的滤料占总量的的滤料占总量的的滤料占总量的的滤料占总量的1010。同样，同样，同样，同样，d d8080表示能使表示能使表示能使表示能使8080的滤料通过的筛孔直径的滤料通过的筛孔直径的滤料通过的筛孔直径的滤料通过的筛孔直径( (mm)mm)。dd1010细颗粒尺寸，细颗粒尺寸，细颗粒尺寸，细颗粒尺寸， d d8080 粗颗粒尺寸。粗颗粒尺寸。粗颗粒尺寸。粗颗粒尺寸。d d10
5、10反映了反映了反映了反映了产生水头损失的主要部分。产生水头损失的主要部分。产生水头损失的主要部分。产生水头损失的主要部分。 不均匀系数：不均匀系数：不均匀系数：不均匀系数：d d8080与与与与d d1010的比值就称为滤料的的比值就称为滤料的的比值就称为滤料的的比值就称为滤料的不均匀系不均匀系不均匀系不均匀系数数数数。以。以。以。以K K8080表示表示表示表示 。d d10 10 和和和和K K8080评价滤料的粒度特征。评价滤料的粒度特征。评价滤料的粒度特征。评价滤料的粒度特征。vv例如，例如，例如，例如，d d1010=0.60mm=0.60mm，d d8080=1.0mm=1.0m
6、m，则则则则K K8080=1.0=1.00.60=1.670.60=1.67。 vv不均匀系数愈大，则滤料愈不均匀使滤料的空隙率不均匀系数愈大，则滤料愈不均匀使滤料的空隙率不均匀系数愈大，则滤料愈不均匀使滤料的空隙率不均匀系数愈大，则滤料愈不均匀使滤料的空隙率和纳污能力降低，水头损失增大，因此不均匀系数和纳污能力降低，水头损失增大，因此不均匀系数和纳污能力降低，水头损失增大，因此不均匀系数和纳污能力降低，水头损失增大，因此不均匀系数以小为佳。但是，不均匀系数愈小，加工费用也愈以小为佳。但是，不均匀系数愈小，加工费用也愈以小为佳。但是，不均匀系数愈小，加工费用也愈以小为佳。但是，不均匀系数愈小
7、，加工费用也愈高。高。高。高。 vv通常通常通常通常K K8080值应控制在值应控制在值应控制在值应控制在1.651.801.651.80的范围内，不大于的范围内，不大于的范围内，不大于的范围内，不大于2.02.0。一般工程上为方便，一般一般工程上为方便，一般一般工程上为方便，一般一般工程上为方便，一般d dminmin d d1010,d,dmaxmax d d8080（最大与最小粒径：最大与最小粒径：最大与最小粒径：最大与最小粒径：d dmaxmax, ,d dminmin）v滤料的空隙率和比表面积vv空隙率空隙率空隙率空隙率: :指在一定体积的滤层中空隙所占的指在一定体积的滤层中空隙所占
8、的指在一定体积的滤层中空隙所占的指在一定体积的滤层中空隙所占的体体体体积与总体积积与总体积积与总体积积与总体积的比值。常用的石英砂和无烟煤滤的比值。常用的石英砂和无烟煤滤的比值。常用的石英砂和无烟煤滤的比值。常用的石英砂和无烟煤滤料的空隙率分别为料的空隙率分别为料的空隙率分别为料的空隙率分别为0.40.4和和和和0.50.5。 vv滤料的比表面积滤料的比表面积滤料的比表面积滤料的比表面积，是指单位重量或单位体积滤，是指单位重量或单位体积滤，是指单位重量或单位体积滤，是指单位重量或单位体积滤料所具有的表面积，以料所具有的表面积，以料所具有的表面积，以料所具有的表面积，以cmcm2 2g g或或或
9、或cmcm2 2cmcm3 3表表表表示。示。示。示。vv表面负荷（滤速）：单位面积过滤的水量。表面负荷（滤速）：单位面积过滤的水量。表面负荷（滤速）：单位面积过滤的水量。表面负荷（滤速）：单位面积过滤的水量。v单位面积滤层中滤料的表面积vv单位面积滤层中滤料的表面积单位面积滤层中滤料的表面积单位面积滤层中滤料的表面积单位面积滤层中滤料的表面积: :滤层体积与滤滤层体积与滤滤层体积与滤滤层体积与滤料比表面积的乘积。料比表面积的乘积。料比表面积的乘积。料比表面积的乘积。vv滤层滤料的表面积与比值滤层滤料的表面积与比值滤层滤料的表面积与比值滤层滤料的表面积与比值L/dL/de e有正比例关系有正比
10、例关系有正比例关系有正比例关系。vvL/dL/de e值做为滤层设计的一个控制参数。在城市自值做为滤层设计的一个控制参数。在城市自来水厂中来水厂中L/dL/de e一般为一般为80010008001000。5.4快滤池的运行vv快滤池的出水水质快滤池的出水水质快滤池的出水水质快滤池的出水水质vv开始：出水浊度高，初滤水；原因？开始：出水浊度高，初滤水；原因？如何提高初滤水水质，影响因素？排放增加水量损耗。如何提高初滤水水质，影响因素？排放增加水量损耗。生活饮用水标准提高，要求滤前水的浊度较低。稳生活饮用水标准提高，要求滤前水的浊度较低。稳定阶段：出水保持在一定低浊度范围内。定阶段：出水保持在一
11、定低浊度范围内。表面层截留的杂质多，下部少。工作层，饱和层表面层截留的杂质多，下部少。工作层，饱和层泄漏阶段：泄漏点。泄漏阶段：泄漏点。滤池的水质周期：滤池的水质周期：滤池的水质周期：滤池的水质周期：滤池从过滤期到出水浊度达到泄漏值。滤池从过滤期到出水浊度达到泄漏值。滤池从过滤期到出水浊度达到泄漏值。滤池从过滤期到出水浊度达到泄漏值。其与滤层其与滤层其与滤层其与滤层的厚度的厚度的厚度的厚度有关。有关。有关。有关。5.4快滤池的运行rr快滤池的水头损失快滤池的水头损失随着过滤的进行，滤层中的水头损失增加。随着过滤的进行，滤层中的水头损失增加。水头损失与时间呈直线关系变化。水头损失与时间呈直线关系
12、变化。初期水头损失初期水头损失h h0 0：开始，水在滤层中的水头损失最小。：开始，水在滤层中的水头损失最小。压力周期：压力周期：需进行反冲洗时滤池的过滤周期。需进行反冲洗时滤池的过滤周期。水在滤层中的水头损失允许达到的最大值与滤池的水在滤层中的水头损失允许达到的最大值与滤池的过滤作过滤作用水头用水头(H)(H)有关有关滤池的过滤作用水头滤池的过滤作用水头H H：滤前水的最高水位与滤后水水位滤前水的最高水位与滤后水水位之差。之差。H H越大，滤池的压力周期越长。越大，滤池的压力周期越长。普通快滤池过滤水头为：普通快滤池过滤水头为：2.53m2.53m。5.4快滤池的运行rr快滤池工作的经济性快
13、滤池工作的经济性与滤池过滤作用水头是否被有效利用有关。与滤池过滤作用水头是否被有效利用有关。与滤池过滤作用水头是否被有效利用有关。与滤池过滤作用水头是否被有效利用有关。最优工作条件：最优工作条件：最优工作条件：最优工作条件：水质周期水质周期水质周期水质周期= =压力周期压力周期压力周期压力周期调整滤池的工艺参数（如滤层的厚度）调整滤池的工艺参数（如滤层的厚度）调整滤池的工艺参数（如滤层的厚度）调整滤池的工艺参数（如滤层的厚度）增大滤层厚度，水质周期增加，但压力周期缩短。增大滤层厚度，水质周期增加，但压力周期缩短。增大滤层厚度，水质周期增加，但压力周期缩短。增大滤层厚度，水质周期增加，但压力周期
14、缩短。寻找最优的工作条件：寻找最优的工作条件：寻找最优的工作条件：寻找最优的工作条件：水质周期与压力周期水质周期与压力周期水质周期与压力周期水质周期与压力周期的交点。的交点。的交点。的交点。确定适宜的滤层厚度确定适宜的滤层厚度确定适宜的滤层厚度确定适宜的滤层厚度5.4快滤池的运行rr快滤池滤层的优化快滤池滤层的优化不均匀的单层滤层缺点：不均匀的单层滤层缺点：不均匀的单层滤层缺点：不均匀的单层滤层缺点：在反冲洗时发生滤料的水力分级现象。上部截留的杂在反冲洗时发生滤料的水力分级现象。上部截留的杂在反冲洗时发生滤料的水力分级现象。上部截留的杂在反冲洗时发生滤料的水力分级现象。上部截留的杂质多，滤料层
15、容易堵塞。整个滤层的水头损失集中在上质多，滤料层容易堵塞。整个滤层的水头损失集中在上质多，滤料层容易堵塞。整个滤层的水头损失集中在上质多，滤料层容易堵塞。整个滤层的水头损失集中在上部，上部水头损失增加的很快，滤池过早达到压力周期。部，上部水头损失增加的很快，滤池过早达到压力周期。部，上部水头损失增加的很快，滤池过早达到压力周期。部，上部水头损失增加的很快，滤池过早达到压力周期。过滤后期滤层中出现真空：部分滤层压力低于大气过滤后期滤层中出现真空：部分滤层压力低于大气过滤后期滤层中出现真空：部分滤层压力低于大气过滤后期滤层中出现真空：部分滤层压力低于大气压。压。水压线与静水压力线之间的水平距离滤层
16、中的水头损失。c水头损失等于水深。a c范围内出现负水头。5.4快滤池的运行v 负水头负水头因整个滤层的水头损失分布不均，上层大，下层小。因整个滤层的水头损失分布不均，上层大，下层小。危害：危害：导致溶解于水中的气体释放出来而形成气泡。气泡对过滤的影响：气泡对过滤的影响：减小了滤层过滤面积，增加滤层局部阻力，水头损失急剧增减小了滤层过滤面积，增加滤层局部阻力，水头损失急剧增加，滤池的作用水头被用完，需进行反冲洗。加，滤池的作用水头被用完，需进行反冲洗。消除：增大滤层上部的水层厚度，目的增大作用水头。普通快消除：增大滤层上部的水层厚度，目的增大作用水头。普通快滤池水深：滤池水深：1.52.0m。
17、4.3.3滤层内杂质分布规律滤层内杂质分布规律v因滤料反冲洗后发生分层，上层滤料粒径最小滤料表层孔隙率较小。杂质主要截留在滤料表层。下部滤层的截污能力还未得到充分发挥，由于水头损失的提高，过滤就得停止，导致滤料层截污能力低。v滤层含污能力：单位体积滤层中所截留的杂质滤层含污能力：单位体积滤层中所截留的杂质量称为量称为“滤层含污能力滤层含污能力”，单位，单位g/cm3或或kg/m3。v单层滤层的含污能力较低。单层滤层的含污能力较低。v理想的滤层构造：反粒度过滤。使被截留的杂理想的滤层构造：反粒度过滤。使被截留的杂质在滤层中分布趋于均匀。水头损失增长较慢，质在滤层中分布趋于均匀。水头损失增长较慢，
18、纳污能力提高。纳污能力提高。提高滤池截污能力的途径提高滤池截污能力的途径目的：提高滤层含污能力，延长过滤周期。q过滤方向的改变：1）上向流v当流速太大时，表面应加格网或格栅。v缺点：反冲洗时膨胀受到限制v冲洗水流与过滤水流方向一致，冲洗效果不好，大量污泥需通过整个滤层才能排出，往往使污泥排除不净。提高滤池截污能力的途径提高滤池截污能力的途径2 2）双向流）双向流）双向流）双向流特点：水流上下两向流动。特点：水流上下两向流动。特点：水流上下两向流动。特点：水流上下两向流动。前苏联发明的。此种过滤方式前苏联发明的。此种过滤方式前苏联发明的。此种过滤方式前苏联发明的。此种过滤方式效果虽好，但滤池构造
19、复杂效果虽好，但滤池构造复杂效果虽好，但滤池构造复杂效果虽好，但滤池构造复杂。 4.3.4提高滤池截污能力的途径提高滤池截污能力的途径q采用双层或多层滤料：上层：密度小，粒径大的轻质滤料（无烟煤）。下层：密度大，粒径小的重质滤料（石英砂、磁铁矿）。v空隙由上至下，逐渐减少。v纳污能力增加，过滤周期延长。v双层及多层滤料多层滤料滤层的粒度分布从整体上看上粗下细，多层滤料滤层的粒度分布从整体上看上粗下细，但每一层仍是上细下粗。但每一层仍是上细下粗。粒度分布仍不理想。粒度分布仍不理想。4.3.4提高滤池截污能力的途径提高滤池截污能力的途径q采用粗滤料可减少水力分级带来的不利影响。可减少水力分级带来的
20、不利影响。反冲方式：水冲配合空气辅助冲洗。反冲方式：水冲配合空气辅助冲洗。用空气反冲洗时滤料层不膨胀。不存在水力分级用空气反冲洗时滤料层不膨胀。不存在水力分级的现象。如采用汽水反冲洗的的现象。如采用汽水反冲洗的V型滤池型滤池。滤层的厚度较大。滤层的厚度较大。颗粒粘附力和水流剪力示意滤料层截污量变化4.3.1快滤池分类快滤池分类vv按滤料层分：按滤料层分：按滤料层分：按滤料层分：单层滤池（均质滤料和级配滤料）单层滤池（均质滤料和级配滤料）单层滤池（均质滤料和级配滤料）单层滤池（均质滤料和级配滤料）、双层滤池、多层滤池、新型轻质滤料滤池、双层滤池、多层滤池、新型轻质滤料滤池、双层滤池、多层滤池、新
21、型轻质滤料滤池、双层滤池、多层滤池、新型轻质滤料滤池。vv按水流方向：上向流、下向流、双向流滤池。按水流方向：上向流、下向流、双向流滤池。按水流方向：上向流、下向流、双向流滤池。按水流方向：上向流、下向流、双向流滤池。vv按作用水头分，有按作用水头分，有按作用水头分，有按作用水头分，有重力式滤池重力式滤池重力式滤池重力式滤池( (作用水头作用水头作用水头作用水头4545m)m)和压力滤池和压力滤池和压力滤池和压力滤池(1520(1520m);m);vv按阀门配置：按阀门配置：按阀门配置：按阀门配置：普通快滤池、双阀滤池、虹吸滤普通快滤池、双阀滤池、虹吸滤普通快滤池、双阀滤池、虹吸滤普通快滤池、
22、双阀滤池、虹吸滤池、单阀滤池和无阀滤池池、单阀滤池和无阀滤池池、单阀滤池和无阀滤池池、单阀滤池和无阀滤池vv按冲洗方式：水反冲洗、表面冲洗按冲洗方式：水反冲洗、表面冲洗按冲洗方式：水反冲洗、表面冲洗按冲洗方式：水反冲洗、表面冲洗+ +水反冲洗、水反冲洗、水反冲洗、水反冲洗、气水反冲洗滤池等。气水反冲洗滤池等。气水反冲洗滤池等。气水反冲洗滤池等。4.3.4提高滤池截污能力的途径提高滤池截污能力的途径q进行直接过滤进行直接过滤直接过滤：原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤。直接过滤有两种方式：原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤，称为“接触过滤”。原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤，称为“
23、微絮凝过滤”。过滤机理：通过脱稳颗粒或微絮粒与滤料的充分碰撞接触和粘附，被滤层截留。(a)和(b)为接触过滤；(c)和(d)为微絮凝过滤；q进行直接过滤进行直接过滤直接过滤的两个特点：直接过滤的两个特点：采用双层或三层滤料滤池；采用双层或三层滤料滤池；采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。直接过滤要求：直接过滤要求：原水浊度和色度较低且水质变化小，常年原水浊度和色度较低且水质变化小，常年原水浊度低于原水浊度低于100度；度；直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊度偏高时应采用较低滤速，当原水浊度在度偏高时应采用较低滤速，当原水浊度在5
24、0度度以上时，滤速一般在以上时，滤速一般在5m/h左右。左右。4.3.5滤池运行的控制滤池运行的控制vv1.1.等速过滤等速过滤等速过滤等速过滤 ：在整个过滤周期中滤速保持不变在整个过滤周期中滤速保持不变在整个过滤周期中滤速保持不变在整个过滤周期中滤速保持不变vv2.2.变速过滤（减速过滤）变速过滤（减速过滤）变速过滤（减速过滤）变速过滤（减速过滤） ：在过滤周期中滤速逐渐减少。在过滤周期中滤速逐渐减少。在过滤周期中滤速逐渐减少。在过滤周期中滤速逐渐减少。vv33恒水头运行恒水头运行恒水头运行恒水头运行池内滤上水头不变。池内滤上水头不变。池内滤上水头不变。池内滤上水头不变。vv44变水头运行变
25、水头运行变水头运行变水头运行过滤时池内水位逐渐升高。过滤时池内水位逐渐升高。过滤时池内水位逐渐升高。过滤时池内水位逐渐升高。vv55控制进水和出水。控制进水和出水。控制进水和出水。控制进水和出水。4.3.5滤池运行的控制滤池运行的控制vv1.1.变水头等速过滤变水头等速过滤变水头等速过滤变水头等速过滤 ：通过控制进水流量实现。通过控制进水流量实现。通过控制进水流量实现。通过控制进水流量实现。溢流堰方式进水，使进水流量保持不变，过滤速溢流堰方式进水，使进水流量保持不变，过滤速溢流堰方式进水，使进水流量保持不变，过滤速溢流堰方式进水，使进水流量保持不变，过滤速度不变，但水头损失增大，水位升高。度不
26、变，但水头损失增大，水位升高。度不变，但水头损失增大，水位升高。度不变，但水头损失增大，水位升高。1.变水头等速过滤变水头等速过滤随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失增随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失增随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失增随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失增加，滤池内水位自动上升，进入滤池内流量保加，滤池内水位自动上升，进入滤池内流量保加，滤池内水位自动上升，进入滤池内流量保加，滤池内水位自动上升，进入滤池内流量保持不变持不变持不变持不变，即过滤速度不变。即过滤速度不变。即过滤速度不变。即过滤速度不变。 实例：实例：实例：实例：虹吸滤池、无阀滤池虹吸滤池、无阀滤
27、池虹吸滤池、无阀滤池虹吸滤池、无阀滤池vv 清洁水头损失清洁水头损失清洁水头损失清洁水头损失H H0 0 vv 过滤任意时间过滤任意时间过滤任意时间过滤任意时间t t时，时，时，时，滤池的总水头损失为：滤池的总水头损失为：滤池的总水头损失为：滤池的总水头损失为：HHt tHH0 0 hh H Ht thh配水系统，承托层及配水系统，承托层及配水系统，承托层及配水系统，承托层及管渠水头损失之和。管渠水头损失之和。管渠水头损失之和。管渠水头损失之和。 H Ht t：滤层的水头损失增滤层的水头损失增滤层的水头损失增滤层的水头损失增值值值值1.变水头等速过滤变水头等速过滤vv H Ht t 随随随随t
28、 t增加而增大，增加而增大，增加而增大，增加而增大， H Ht t与时间的关系，反映了与时间的关系，反映了与时间的关系，反映了与时间的关系，反映了滤层截留杂质量与过滤时间的关系。可以用直线滤层截留杂质量与过滤时间的关系。可以用直线滤层截留杂质量与过滤时间的关系。可以用直线滤层截留杂质量与过滤时间的关系。可以用直线关系来表示。关系来表示。关系来表示。关系来表示。vvH Hmaxmax 为最大过滤水头损失，一般为为最大过滤水头损失，一般为为最大过滤水头损失，一般为为最大过滤水头损失，一般为1.52.01.52.0mm vvT T过滤周期。过滤周期。过滤周期。过滤周期。vv过滤周期与滤速有关过滤周期
29、与滤速有关过滤周期与滤速有关过滤周期与滤速有关滤速大，水头损失增加滤速大，水头损失增加滤速大，水头损失增加滤速大，水头损失增加，过滤周期变短。，过滤周期变短。，过滤周期变短。，过滤周期变短。2.等水头等速过滤等水头等速过滤通过设置出水流速调节器，控制出水，滤速不通过设置出水流速调节器，控制出水，滤速不通过设置出水流速调节器，控制出水，滤速不通过设置出水流速调节器，控制出水，滤速不变。池内水位相同。变。池内水位相同。变。池内水位相同。变。池内水位相同。vv实例：普通快滤池实例：普通快滤池实例：普通快滤池实例：普通快滤池vv假设在整个过滤周期内，滤池的水位和滤速都假设在整个过滤周期内，滤池的水位和
30、滤速都假设在整个过滤周期内，滤池的水位和滤速都假设在整个过滤周期内，滤池的水位和滤速都保持不变，保持不变，保持不变，保持不变， vv那么如果测得滤池进水、出水以及出水阀后的那么如果测得滤池进水、出水以及出水阀后的那么如果测得滤池进水、出水以及出水阀后的那么如果测得滤池进水、出水以及出水阀后的水头，就能得出滤池各部位水头损失的变化情水头，就能得出滤池各部位水头损失的变化情水头，就能得出滤池各部位水头损失的变化情水头，就能得出滤池各部位水头损失的变化情况。况。况。况。洗砂排水槽洗砂排水槽滤层滤层垫层垫层Hth1htHh2+v2/2gvv滤池的总水头滤池的总水头滤池的总水头滤池的总水头H H可分解为
31、可分解为可分解为可分解为五五五五部分：部分：部分：部分： vv1 1、流经滤料层的水头损失流经滤料层的水头损失流经滤料层的水头损失流经滤料层的水头损失H Ht t：( (从开始时的从开始时的从开始时的从开始时的H H0 0，随时间呈直线随时间呈直线随时间呈直线随时间呈直线增加增加增加增加) )； vv2 2、流经垫层和集水系统的水头损失流经垫层和集水系统的水头损失流经垫层和集水系统的水头损失流经垫层和集水系统的水头损失h h1 1( (不随时间而变不随时间而变不随时间而变不随时间而变) )； vv3 3、流经流量控制阀的水头损失流经流量控制阀的水头损失流经流量控制阀的水头损失流经流量控制阀的水
32、头损失h ht t( (开始时为开始时为开始时为开始时为h h0 0，可通过开启阀可通过开启阀可通过开启阀可通过开启阀门改变门改变门改变门改变) )； vv4 4、出水管内流速水头出水管内流速水头出水管内流速水头出水管内流速水头v v2 2/2g/2gvv5 5、剩余水头剩余水头剩余水头剩余水头h h2 2。2.等水头等速过滤等水头等速过滤总水头总水头总水头总水头应为：应为：应为：应为： vv过滤时，过滤时，过滤时，过滤时，H Ht t逐渐增加，为使剩余水头逐渐增加，为使剩余水头逐渐增加，为使剩余水头逐渐增加，为使剩余水头h h2 2不变，不变，不变，不变，可开大出水阀，使可开大出水阀，使可开
33、大出水阀，使可开大出水阀，使h ht t减小。减小。减小。减小。 vv当过滤周期快结束时，出水阀已全开，当过滤周期快结束时，出水阀已全开，当过滤周期快结束时，出水阀已全开，当过滤周期快结束时，出水阀已全开，h ht t已达已达已达已达最小，此时继续过滤，最小，此时继续过滤，最小，此时继续过滤，最小，此时继续过滤，h h2 2就要逐渐减小，直至就要逐渐减小，直至就要逐渐减小，直至就要逐渐减小，直至被消耗完，滤池不再出水。被消耗完，滤池不再出水。被消耗完，滤池不再出水。被消耗完，滤池不再出水。 vv实际操作时，一般在出水阀全开时，即过滤时实际操作时，一般在出水阀全开时，即过滤时实际操作时，一般在出
34、水阀全开时，即过滤时实际操作时，一般在出水阀全开时，即过滤时间为间为间为间为T T时，就停止过滤而进行反冲洗。时间时，就停止过滤而进行反冲洗。时间时，就停止过滤而进行反冲洗。时间时，就停止过滤而进行反冲洗。时间T T即即即即为过滤周期。为过滤周期。为过滤周期。为过滤周期。3等水头变速过滤等水头变速过滤vv过滤水头始终保持不变，滤速必然随过滤时间过滤水头始终保持不变，滤速必然随过滤时间过滤水头始终保持不变，滤速必然随过滤时间过滤水头始终保持不变，滤速必然随过滤时间逐渐减小。逐渐减小。逐渐减小。逐渐减小。 vv实例：移动罩滤池实例：移动罩滤池实例：移动罩滤池实例：移动罩滤池 vv多格滤池进水渠连通
35、，各池的水位和总水头损多格滤池进水渠连通，各池的水位和总水头损多格滤池进水渠连通，各池的水位和总水头损多格滤池进水渠连通，各池的水位和总水头损失相等，但滤速失相等，但滤速失相等，但滤速失相等，但滤速v v不等，主要是因为截污量不不等，主要是因为截污量不不等，主要是因为截污量不不等，主要是因为截污量不同。干净滤料滤速大。同。干净滤料滤速大。同。干净滤料滤速大。同。干净滤料滤速大。 vv每座滤池的滤速是阶梯性的下降，但在每一阶每座滤池的滤速是阶梯性的下降，但在每一阶每座滤池的滤速是阶梯性的下降，但在每一阶每座滤池的滤速是阶梯性的下降，但在每一阶梯段还是等速过滤，滤池内的水位有一定程度梯段还是等速过
36、滤，滤池内的水位有一定程度梯段还是等速过滤，滤池内的水位有一定程度梯段还是等速过滤，滤池内的水位有一定程度上升，待某一个滤池反冲洗重新投入运行时后，上升，待某一个滤池反冲洗重新投入运行时后，上升，待某一个滤池反冲洗重新投入运行时后，上升，待某一个滤池反冲洗重新投入运行时后，其它滤池的滤速下降一级，相应地滤池组的水其它滤池的滤速下降一级，相应地滤池组的水其它滤池的滤速下降一级，相应地滤池组的水其它滤池的滤速下降一级，相应地滤池组的水位也突然下降一些。位也突然下降一些。位也突然下降一些。位也突然下降一些。 vv滤池组整体的总平均出水量是保持不变的。滤池组整体的总平均出水量是保持不变的。滤池组整体的
37、总平均出水量是保持不变的。滤池组整体的总平均出水量是保持不变的。3等水头变速过滤等水头变速过滤移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池，当移移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池，当移动冲洗罩滤池的分格数很多时，这格滤池冲冼与动冲洗罩滤池的分格数很多时，这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间隔时间很近，滤池水位变化下一格滤池冲洗的间隔时间很近，滤池水位变化不大，有可能达到近似的不大，有可能达到近似的“等水位变速过滤等水位变速过滤”。5.5滤池的反冲洗5.5.15.5.1滤层反冲洗水力学滤层反冲洗水力学滤层反冲洗水力学滤层反冲洗水力学5.5.25.5.2滤层反冲洗的最优化理论滤层反冲洗的最优化理论滤层反冲洗
38、的最优化理论滤层反冲洗的最优化理论5.5.35.5.3滤层的气、水反冲洗滤层的气、水反冲洗滤层的气、水反冲洗滤层的气、水反冲洗5.5.45.5.4配水系统和承托层配水系统和承托层配水系统和承托层配水系统和承托层4.5.1滤层反冲洗水力学滤层反冲洗水力学反冲洗强度：单位面积滤层所通过的反冲洗水流量，单位为L/sm2。滤层膨胀率：反冲洗时，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比。冲洗时间：滤池反冲洗所耗费的时间515min4.5.1滤层反冲洗水力学滤层反冲洗水力学悬浮滤层中的水头损失：与反冲洗强度无关，在数值上等于单位面积滤层的滤料在水中的重量。反冲洗强度大膨胀率大剪切力增大但摩擦减少反冲洗强度与
39、滤料粒径正相关，而与水的粘滞系数呈负相关。滤料越粗，温度越高，反冲洗强度越大。5.5.2.反冲洗的最优化理论反冲洗的最优化理论滤层反冲洗的最优工况：用最少量的水获得最好的冲洗效果。最优反冲洗条件（理论）（1）颗粒碰撞理论滤料颗粒的相互碰撞摩擦是污物由滤料表面脱落的主要原因。求出滤料最大碰撞速率对应的滤料与反冲洗强度的相关数值。（2）水流剪切理论悬浮滤层中水流的剪切应力是使污物脱落的主要原因。最大剪切应力对应滤料与反冲洗强度的相关数值。5.5.2.反冲洗的最优化理论反冲洗的最优化理论滤层反冲洗的最优工况：反冲洗时使污物从滤料表面脱落是颗粒碰撞和水流剪切两者综合作用的结果。存在一个综合作用的高效区
40、，在此高效区内进行反冲，可获得最好的效果。5.5.3滤层的气、水反冲洗滤层的气、水反冲洗vv滤层冲洗不利条件：当温度高，水中有机物较滤层冲洗不利条件：当温度高，水中有机物较滤层冲洗不利条件：当温度高，水中有机物较滤层冲洗不利条件：当温度高，水中有机物较多，水的含藻量大，滤层中微生物比较活跃的多，水的含藻量大，滤层中微生物比较活跃的多，水的含藻量大，滤层中微生物比较活跃的多，水的含藻量大，滤层中微生物比较活跃的时期。时期。时期。时期。vv滤池多采用逆流冲洗方式，有时也兼用压缩空滤池多采用逆流冲洗方式，有时也兼用压缩空滤池多采用逆流冲洗方式，有时也兼用压缩空滤池多采用逆流冲洗方式，有时也兼用压缩空
41、气反冲气反冲气反冲气反冲/ /水力表面冲洗以及机械或超声波搅动水力表面冲洗以及机械或超声波搅动水力表面冲洗以及机械或超声波搅动水力表面冲洗以及机械或超声波搅动等辅助冲洗措施。等辅助冲洗措施。等辅助冲洗措施。等辅助冲洗措施。vv1.1.反冲洗方式反冲洗方式反冲洗方式反冲洗方式 vv2.2.反冲洗影响因素反冲洗影响因素反冲洗影响因素反冲洗影响因素 vv3.3.冲洗水排出与供给冲洗水排出与供给冲洗水排出与供给冲洗水排出与供给1.反冲洗方式反冲洗方式高速水流反冲洗高速水流反冲洗气气-水反冲洗；水反冲洗；vv气冲强度：气冲强度：气冲强度：气冲强度：10102020L/mL/m2 2ssvv水冲强度：水冲
42、强度：水冲强度：水冲强度：3 34 4L/mL/m2 2ss表面助冲加高速水流反冲洗。表面助冲加高速水流反冲洗。高速水流反冲洗高速水流反冲洗用流速大的反向水流冲洗滤料层，使整个滤层处于流态化状态，杂质在水流剪力和滤料颗粒碰撞磨擦双重作用下，脱落。冲洗效果：冲洗流速有关会发生水力分级现象冲洗耗水量大气气-水反冲洗水反冲洗气气-水冲洗具有下述特点：水冲洗具有下述特点：冲洗效果好；冲洗效果好；节约反冲洗水量；节约反冲洗水量；冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下粗的分层现象；粗的分层现象；气气-水冲洗操作较为麻烦，池子和设备较复杂，水冲洗操作较为麻烦，池子和
43、设备较复杂，需增加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。需增加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。效果：利用气泡的振动将附着于滤料表面污物擦洗效果：利用气泡的振动将附着于滤料表面污物擦洗下来，利用水冲洗将污物排出。下来，利用水冲洗将污物排出。气气-水反冲洗水反冲洗气气-水反冲洗有水反冲洗有3种操作方式：种操作方式：先气洗，后水洗；先气洗，后水洗；先气水混合洗，再用水洗；先气水混合洗，再用水洗；先气洗，再气水混合洗，最后用水洗（或漂先气洗，再气水混合洗，最后用水洗（或漂洗）。洗）。气气-水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在10min左右。左右。长柄滤头工况长短柄滤头气、水反
44、冲洗加表面冲洗气、水反冲洗管廊布置3.冲洗水排出与供给冲洗水排出与供给vv1）冲洗排水槽与集水槽）冲洗排水槽与集水槽 3.冲洗水排出与供给冲洗水排出与供给冲洗排水槽的设计要求冲洗排水槽的设计要求a冲洗排水槽平面总面积一般不大于单个滤池冲洗排水槽平面总面积一般不大于单个滤池面积的面积的25%。b相邻两槽的中心间距一般为相邻两槽的中心间距一般为1.52.0m。间间距过大，难以排水均匀。距过大，难以排水均匀。c槽内水面以上一般要有槽内水面以上一般要有7cm左右的保护高，左右的保护高，以保证冲洗废水自由跌水进入排水槽。以保证冲洗废水自由跌水进入排水槽。d排水槽的废水应自由跌水进入排水渠，以免排水槽的废
45、水应自由跌水进入排水渠，以免引起壅水现象。引起壅水现象。3.冲洗水排出与供给冲洗水排出与供给两种：两种：水泵冲洗；水泵冲洗；冲洗水塔或水箱冲洗。冲洗水塔或水箱冲洗。水泵冲洗的特点：水泵冲洗的特点：投资省；投资省；但操作较为麻烦；但操作较为麻烦；在冲洗的短时间内耗电量大，往往会使厂区在冲洗的短时间内耗电量大，往往会使厂区内供电网负荷骤增。内供电网负荷骤增。冲洗水箱的特点：冲洗水箱的特点：造价高；造价高；但操作简单；但操作简单；专用水泵小，耗电量较均匀。专用水泵小，耗电量较均匀。5.5.4滤池的配水系统和承托层滤池的配水系统和承托层配水系统的作用配水系统的作用:过滤时将滤过水聚集起来引出池过滤时将
46、滤过水聚集起来引出池外；在反冲洗时，将反冲洗水均匀分布于整个滤池外；在反冲洗时，将反冲洗水均匀分布于整个滤池平面面积上。平面面积上。反冲洗时配水不均匀的危害：反冲洗时配水不均匀的危害：滤池中砂层厚度分布不同；滤池中砂层厚度分布不同；部分区域水量小，冲洗不净；部分区域水量大，部分区域水量小，冲洗不净；部分区域水量大，冲动垫层冲动垫层。配水系统的设计：按反冲洗的要求设计。配水系统的设计：按反冲洗的要求设计。v配水不均匀的原因设冲洗水有效水头： Hx，冲洗强度的平均值：qL/sm2。A点与C点间的冲洗强度相差最大，以qA及qC表示。微小面积的流量为：qA与qC，所产生的水头损失为Hx。滤池冲洗时的水
47、流情况经过A点沿流线I所产生的水头损失： Hx=配水系统损失S1AqA2+孔眼出流水头损失S2qA2承托层水头损失S3qA2+滤料层水头损失S4qA2+溢流流速水头式中S1、S2、S3及S4分别表示有关部分的阻力系数。孔眼出流的损失可由孔眼流量公式推导出。经过C点沿流线II所产生的水头损失： Hx=S1CqC2+S2qC2S3qC2+S4qC2+溢流流速水头v配水不均匀的原因v配水不均匀的原因当孔眼大小相同时，I、II流线的S2值相等。滤料层及承托层的几何尺寸与形状基本上也是一样的，所以S3与S4值也相等。对于I、II两条流线不同的只有S1A与S1C。qA和qC不相等。说明在配水系统中要做到配
48、水的绝对均匀是不可能的，但可设法使配水均匀。办法：使S1A与S1C引起的差值在总阻力系数中微不足道。v配水不均匀的原因两种途径：第一，加大孔眼的阻力系数S2的数值，使S1与S2之间相比甚小，使S1A和S1C之间的差值忽略不计。可得：SASC qAqC 。加大S2，即缩小配水孔眼的总面积，使沿路线和的水头损失增大。通过加大S2的数值来达到配水均匀的系统大阻力系统。v配水不均匀的原因第二，减小管道的阻力系数S1的数值。使S1A和S1C与(S2+S3)总阻力系数中所产生的差值忽略不计。可得：SASC，qAqC 。S1值较小，配水孔眼的流速较小，即在滤池中配水孔眼总面积所占的百分数较大。因为总阻力系数
49、较小，沿路线和的水头损失也较小小阻力系统v配水系统阻力的大小只是相对的含义，无严格划分的科学依据。把冲洗水头HX只需11.5m以下的配水系统称为小阻力配水系统。靠滤池本身的水位，就足以提供冲洗所需的水头。大阻力配水系统的冲洗水头HX很高7m，需要专设反冲洗的设备。v配水系统大阻力配水系统特点：反冲洗水分布均匀，工作可靠，但水头损失大。小阻力配水系统特点：布水的均匀程度较差，但水头损失小，冲洗便利，中小设备使用。管式大阻力配水系统是大阻力系统的常见构造型式，对于大面积滤池的配水均匀性很可靠。l除管式大阻力配水系统外，其他的配水系统都可泛称为小阻力配水系统。v配水系统反冲洗水头损失可以用配水孔眼的
50、总面积与滤池面积的比值（开孔比）的大小反映出来。配水均匀的系统要求：大阻力配水系统开孔比：0.20.25%小阻力配水系统开孔比：1.01.5%4.5.4配水系统类型配水系统类型v大阻力配水系统使孔眼的水力阻力远远大于其它部分的水力阻力增加孔眼流速（56m/s）配水孔眼总面积与滤池面积之比（开孔比）为0.2%0.25%，较小特点：工作可靠、采用最广、冲洗干净但冲洗水头要求高，需冲洗水箱或水泵一般为穿孔管大阻力配水系统。普通快滤池大阻力配水系统4.5.4配水系统类型配水系统类型v小阻力配水系统减少配水系统阻抗S1增大配水空间配水系统流速降低使孔眼处的压力接近相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5%
51、。特点：配水系统结构简单，冲洗水头小（2m左右）适应于面积小的滤池，其均匀性取决于开孔比v小阻力配水系统开孔比1.0-1.5%。特点：配水系统结构简单，冲洗水头小（2m左右）缺点：配水均匀性比大阻力配水系统差。适应于面积小的滤池，应用：虹吸滤池、无阀滤池v小阻力配水系统钢筋混凝土穿孔板钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。造价低，孔口不易堵，配水均匀性好，强度高，耐腐蚀但尼龙网接缝应接好，有时可铺一层卵石。穿孔滤砖：穿孔滤砖：开孔比，上层1.07，下层0.7%下层连通起配水渠的作用，上层不连通。钢筋混凝土或陶瓷制成。由于滤砖整体性，反冲时不易上浮，所需承托层厚度不大，配水均匀性较好，但价格高。v小阻力配水系统长柄滤头滤板承托层的作用：1.防止过滤时滤料从配水系统中流失；2.在冲洗时起一定的均匀布水作用。如承托层造成混层、漏砂，滤池就不能工作了，n单层或双层滤料滤池采用大阻力配水系统时，承托层均用天然卵石。n三层滤料滤池，由于下层滤料粒径很小，而比重大，承托层必须与之相适应，采用重质承托层。n小阻力配水系统，承托层可不设，或适当铺设一些粗砂或细砾石，视配水系统具体情况而定。v承托层
