水质与水处理概论

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1、水质与水处理概论水质与水处理概论内蒙古工业大学市政系内蒙古工业大学市政系 刘宇红刘宇红第第1 1章章 水质与水质标准水质与水质标准1.1 1.1 天然水中杂质的种类与性质天然水中杂质的种类与性质一.杂质分类种类种类1.按尺寸按尺寸悬浮物：尺寸较大，在水中不稳定，易被去除。悬浮物：尺寸较大，在水中不稳定，易被去除。 （100nm1mm，浑浊甚至肉眼可见，浑浊甚至肉眼可见)胶体：尺寸较小，比表面大，带电荷，稳定存在于水中。胶体：尺寸较小，比表面大，带电荷，稳定存在于水中。 （1.0nm 100nm，光照下浑浊），光照下浑浊）溶解物：真溶液状态的离子和分子。溶解物：真溶液状态的离子和分子。 （0.1

2、nm 1.0nm，透明），透明）2.按化学结构按化学结构：无机物、有机物、生物（微生物）：无机物、有机物、生物（微生物）3.按来源按来源：天然的物质、污染性的物质：天然的物质、污染性的物质二二. .各种典型水体的水质特点各种典型水体的水质特点v地表水 江河水 湖泊水库水 海水v地下水 1.2.11.2.1水中常水中常见污染物及来源染物及来源 按按污染物的染物的污染特征分染特征分类： 1. 1.可生物降解的有机可生物降解的有机污染物染物-耗氧有机耗氧有机污染物染物 2. 2.难生物降解的有机生物降解的有机污染物染物 3.3.无直接毒害作用的无机无直接毒害作用的无机污染物染物4.4.有直接毒害作用

3、的无机有直接毒害作用的无机污染物染物生活污水中的主要杂质生活污水中的主要杂质表示：表示：COD、BOD、TOD、TOC人工合成化合物（主要）人工合成化合物（主要）纤维素、木质素等植物残体纤维素、木质素等植物残体颗粒状无机杂质颗粒状无机杂质酸、碱酸、碱氮、磷等营养杂质氮、磷等营养杂质氰化物氰化物 砷化物砷化物重金属离子：汞、镉、铅、铬、砷（五毒重金属）重金属离子：汞、镉、铅、铬、砷（五毒重金属）1.2 1.2 水体的水体的污染染与与自自净1.2.2 1.2.2 水体的富营养化水体的富营养化水体的富营养化水体的富营养化 由于由于N N、P P等营养物质输入过量等营养物质输入过量 而引起的一种水体效

4、应。而引起的一种水体效应。主要特征：主要特征：水中藻类和水中植物过度生长，引起水 体及其生态的变化。产生富营养化的因素：产生富营养化的因素：1.自然因素：如水流（急缓、深浅）、光照、温 度、地质环境等。2.人为因素：地理特征的人为改变 大量营养物质的输入 点源工业污水、生活污水的排入 面源农业面源（施肥）、家禽养殖 内源底泥营养物质释放危害危害 1.使水味变得腥臭难闻 2.降低水的透明度 3.消耗水中的溶解氧 4.向水体中释放有毒物质 5.影响供水水质并增加供水成本 6.对水生生态的影响图片图片1.2.3 1.2.3 水体的自净水体的自净1.1.什么是水体自什么是水体自净？ 污染物进入水体后，

5、通过物理、化学、生物的作用，使污染物浓度降低或总量减少，将水体部分或全部恢复原状。 水体自净按作用机制可分为三类：水体自净按作用机制可分为三类： 物理过程：物理过程：稀释、扩散、挥发、沉淀等等 化学和物理化学过程：化学和物理化学过程：氧化、还原、吸 附、凝聚、中和等等 生物学和生物化学过程：生物学和生物化学过程：进入水体中的污染物质，特别是有机物质，由于水中的微生物的代谢活动而被分解氧化并转化为无机物的过程。1.3 1.3 饮用水水质与健康饮用水水质与健康一一. .水中的生物水中的生物对人体健康的影响人体健康的影响 细菌 病毒 寄生虫 藻类二二. .水中的化学物质对人体健康的影响水中的化学物质

6、对人体健康的影响 微量元素及其他无机物 有机物 放射性物质 消毒剂及消毒副产物三三. .水质与地方病水质与地方病1.4 1.4 用水水质标准用水水质标准一一. .生活饮用水水质标准生活饮用水水质标准1.1.制定原则制定原则 不得含有病原微生物所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康感官性状良好2 2.生活饮用水水质标准的生活饮用水水质标准的4 4大类指标大类指标微生物学指标水的感官性状指标和一般化学指标毒理学指标放射性指标3.3.我国的生活饮用水水质标准（我国的生活饮用水水质标准（GB5749-GB5749-20062006）二二. .其其他用水的水他用水的水质标准准 1.食品及饮料类水质标准

7、 2.城市杂用水水质标准 3.游泳池用水 4.工业用水水质标准1.5 1.5 污水的排放标准污水的排放标准 我国我国地表水环境质量标准地表水环境质量标准将将水体分为水体分为5 5类：类：类类 主要适用于源头水，国家自然保护区；类类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级 保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵 场、仔稚幼鱼的梭饵场等；类类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二 级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产 养殖区等渔业水域及游泳区；类类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触 的娱乐用水区；类类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。 思考题思考题1.天然水体中杂质的分类2.

8、各种天然水体的水质特点3.水体富营养化 ( eutrophication ) 的定义 4.什么是水体自净，结合河流的氧垂曲线描述水体的自净过程，并说明其在污水处理中的实际意义？5.什么是水体富营养化？富营养化有哪些危害？6.BOD 、 COD 、 TOC 、 TOD7.生活饮用水的水质标准分为哪几类? 本章参考文献1生活饮用水水质标准（GB5749-2006）2吴薇薇,周律,邢丽贞等.再生水回用人工景观水体优势藻和水华指示指标的研究.给水排水, 2007,33（增刊）:7273.3张自杰,林荣忱,金儒霖主编.排水工程.北京:中国建筑工业出版社,1999,6:144.第第2 2章章 水的水的处理

9、方法理方法概概论 内蒙古工业大学市政系 刘宇红2.1 2.1 主要单元处理方法主要单元处理方法2.1.1 2.1.1 水的物理化学水的物理化学处理方法理方法混凝混凝沉淀和澄清沉淀和澄清浮浮选过滤膜分离膜分离吸附吸附离子交离子交换中和中和氧化与氧化与还原原2.1.2 2.1.2 水的生物水的生物处理方法理方法 好氧处理 厌氧处理2.2 2.2 反应器的概念及其在水处理中的应用反应器的概念及其在水处理中的应用一一. .反应器的概念反应器的概念二二. .理想反应器分类及物料在反应器内的流动模型理想反应器分类及物料在反应器内的流动模型理想反应器分类及物料在反应器内的流动模型理想反应器分类及物料在反应器

10、内的流动模型 见图见图见图见图2-1,2-1,2-1,2-1,有完全混合间歇式反应器（有完全混合间歇式反应器（有完全混合间歇式反应器（有完全混合间歇式反应器（CMBCMBCMBCMB型）、完全型）、完全型）、完全型）、完全混合连续式反应器（混合连续式反应器（混合连续式反应器（混合连续式反应器（CSTRCSTRCSTRCSTR型）、推流式反应器（型）、推流式反应器（型）、推流式反应器（型）、推流式反应器（PFPFPFPF型）三种。型）三种。型）三种。型）三种。反应物产物反应物产物反应物C0产物(1)CMB型(2)CSTR型(3)PF型图图 2-1 2-1 理想反应器图示理想反应器图示三三. .物

11、料衡算方程物料衡算方程 设在反在反应器内某一指定部位，任器内某一指定部位，任选某一物某一物组分分i i，可写出如下物料平衡式：，可写出如下物料平衡式： 单位位时间变化量化量= =单位位时间输入量入量- -单位位时间输出量出量+ +单位位时间反反应量量 ( (2 21) 1) 当当变化量化量为零零时，称，称为稳态，即：，即： 单位位时间输入量入量- -单位位时间输出量出量+ +单位位时间反反应量量0 0容积VA的浓度CAA的反应速率RA流量QA的进口 浓度CAi流量QA的出口浓度CA图2-2 连续搅拌反应器 在进口流量Q和A的进口浓度CAi 的条件下，反应器内的浓度总是永远为CA ，而出口的浓度

12、完全与反应器内的浓度一样，也是CA。 列物料A的衡算方程：例：QCA0体积V浓度CA产生CA的速率=RACA的变化速率=dCAdtQCAi流量Q浓度CAi流量Q浓度CA0图2-3 物料衡算方程 在V中，物料A由于化学反应（或其他作用）有一个产生（或消失）的速度rA（如果按一级反应来说，rA= =kCA，k为反应速率常数；rA根据A的产生或消失，即CA的增加或减少分别取正值或负值。dCAdtVdCAdt=QCAi-QCA0+VrA物料衡算方程当浓度CA保持恒定，则上式中 值为0，物料衡算方程为：QCAi+VrA=QCA0 稳态的物料衡算方程式dCAdt四四. .反反应器概念在水器概念在水处理中的

13、理中的应用用反反应器器期望的反期望的反应器器设计反反应器器期望的反期望的反应器器设计快速混合器快速混合器絮凝器絮凝器沉淀沉淀砂砂滤池池吸附吸附离子交离子交换完全混合完全混合局部完全混合的活塞流局部完全混合的活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流软化化加加氯污泥反泥反应器器生物生物滤池池化学澄清化学澄清活性活性污泥泥完全混合完全混合活塞流活塞流局部完全混合的局部完全混合的活塞流活塞流活塞流活塞流完全混合完全混合完全混合及活塞流完全混合及活塞流表表2-1 2-1 水处理工程中若干反应器的类型水处理工程中若干反应器的类型2.3 2.3 水处理工艺流程水处理工艺流程 1. 1.典型典型

14、给水水处理工艺处理工艺流程流程（1 1）常）常规处理工理工艺流程流程原水原水混凝混凝沉淀沉淀过滤过滤消毒消毒饮用水饮用水图24 典型地表水处理流程（2 2）预处理常规处理工艺）预处理常规处理工艺 预处理方法：粉末活性炭吸附法、臭氧或高锰酸氧化、生预处理方法：粉末活性炭吸附法、臭氧或高锰酸氧化、生物氧化法等。物氧化法等。受受污污染染水水源源水水出出水水清清水水池池颗颗粒粒活活性性炭炭滤滤池池过过滤滤池池沉沉淀淀池池絮絮凝凝池池混混合合装装置置投投粉末活性炭粉末活性炭混凝剂混凝剂图25 采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统（3 3）常规处理工艺深度处理）常规处理工艺深度处理 深度处理方法：粒状活性

15、炭吸附法、臭氧深度处理方法：粒状活性炭吸附法、臭氧活性炭吸附联活性炭吸附联用、化学氧化、光化学氧化法等。用、化学氧化、光化学氧化法等。混凝剂混凝剂投投混混合合装装置置絮絮凝凝池池沉沉淀淀池池过过滤滤池池颗颗粒粒活活性性炭炭滤滤池池清清水水池池出出水水受受污污染染水水源源水水臭氧臭氧接接触触池池臭氧臭氧图26 臭氧活性炭水处理工艺系统2 2. .典型典型污水水处理工艺处理工艺流程流程进水进水格珊格珊沉沙池沉沙池初次初次沉淀池沉淀池曝气池曝气池二次二次沉淀池沉淀池消毒消毒设备设备出水出水污污泥泥剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥图2-7 典型城市污水处理工艺流程 (1)(1)典型城市污水处理工艺流程

16、典型城市污水处理工艺流程（2 2）典型的焦化）典型的焦化废水水处理流程理流程蒸氨废水蒸氨废水调调节节池池容容器器罐罐除除油油池池冷冷却却塔塔曝曝气气池池二二次次沉沉淀淀池池排放江河排放江河终冷水终冷水渣渣油油池池外运外运污污泥泥浓浓缩缩池池外排外排图2-8 典型的焦化废水处理流程（3 3）典型的洗浴）典型的洗浴废水回用水回用处理流程理流程原水原水格格栅栅调调节节池池混混凝凝- -沉沉淀淀池池滤滤池池生生物物活活性性炭炭膜膜滤滤消消毒毒U Uv v中水中水污泥污泥污泥污泥图2-9典型的洗浴废水回用处理流程思考题1.何谓“反应器”？2.反应器原理用于水处理有何特点？3种理想反应器的假定条件是什么？

17、研究理想反应器对水处理设备的设计和操作有何作用？3.为什么串联的CSTR型反应器比同容积的单个CSTR型反应器效果好？4.混合与返混在概念上有何区别？5.常用的水处理方法有哪些？6.典型给水处理工艺流程；典型城市污水处理工艺流程。 本章参考文献1严煦世,范瑾初主编.给水工程.北京:中国建筑工业出版社,1999,12:230251.2张自杰,林荣忱,金儒霖主编.排水工程.北京:中国建筑工业出版社,1996,6:4447.3许保玖，安鼎年著.给水处理理论与设计.北京:中国建筑工业出版社,1992,11:9499.第第3 3章章 凝聚和絮凝凝聚和絮凝 内蒙古工业大学市政系 刘宇红混凝混凝(coagu

18、lation)的定义的定义 混凝的去除对象混凝的去除对象 胶体及部分细小的悬浮物 粒径范围在1nm0.1m（有时认为在1m）混凝目的混凝目的 投加混凝剂使胶体脱稳,相互凝聚生长成大矾花。混凝的定义混凝的定义 包括包括凝聚凝聚(aggregation)(aggregation)和和絮凝絮凝(flocculation)(flocculation)两个步两个步 骤骤, ,凝聚是指使胶体脱稳并生成微小聚集体的过程凝聚是指使胶体脱稳并生成微小聚集体的过程, , 而絮凝是指使脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的而絮凝是指使脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的 絮凝体的过程。絮凝体的过程。混凝过程涉及到三个方面的问

19、题混凝过程涉及到三个方面的问题 水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用3.1 3.1 胶体的稳定性胶体的稳定性一一.胶体的稳定性胶体的稳定性 动力学稳定性动力学稳定性 布朗运动对抗重力。布朗运动对抗重力。 聚集稳定性聚集稳定性 胶体带电相斥（憎水性胶体）胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）两者之中两者之中, ,聚集稳定性聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。对胶体稳定性的影响起关键作用。二.胶体的双电层结构胶体的双电层结构d胶胶核核滑动面滑动面图 3-1 胶体双电层结构示意 电位：决定了胶体的聚集 稳定性。 一般粘土电位-

20、 15-40mV 细菌电位-30-70mV 胶体的凝聚：降低静电斥力电位势垒脱稳凝聚办法：加入电解质，但只 适用于憎水性胶体三三.DLVO理论理论3-2 一一. .铝盐在水中的化学反应铝盐在水中的化学反应 铝盐最有代表性的是硫酸铝Al2(SO4)318H2O,溶于水后,立即离解铝离子,通常是以Al(H2O)63+存在.在水中,会发生下列过程。 1. 1.水解水解过程程 配位水分子发生水解： Al(H2O)63+Al(OH)(H2O)52+ H+ . 其结果是：价数降低，pH降低，最终产生Al(OH)3沉淀3.2 3.2 混凝机理混凝机理2. 2.缩聚反聚反应 OH发生架桥,产生高价聚合离子(多

21、核羟基配合物) . 其结果是：电荷升高，聚合度增大 同时多核羟基配合物还会继续水解。 因此,产物包括：未水解的水合铝离子 单核羟基配合物 多核羟基配合物 氢氧化铝沉淀 各种产物的比例多少与水解条件(水温、pH、铝盐投加量)有关。二二. .胶体的凝聚机理胶体的凝聚机理目前比较公认的凝聚机理有四个方面：目前比较公认的凝聚机理有四个方面：|压缩双电层作用压缩双电层作用|吸附吸附- -电中和作用电中和作用|吸附吸附- -架桥作用架桥作用|网捕网捕- -卷扫作用卷扫作用（1）压缩双双电层作用作用加入电解质，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。该机

22、理认为电位最多可降至0。因而不能解释以下两种现象：混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。 3-3 （2 2）吸附电中和作用）吸附电中和作用 （3 3）吸附架桥作用）吸附架桥作用 是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥，架桥模型示意见图3-4。 高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象： 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； 但投加过多,会出现“胶体保护”现象，见图3-5。 (4)(4)网捕或卷扫网捕或卷扫吸附架桥作用模型示意图吸附架桥作用模型示意图3-43-43-53-5三三. .絮凝机理絮凝机理异向絮凝异向絮凝（perikineti

23、c flocculation） 由布朗运动所引起的胶体颗粒碰撞聚集。同向絮凝（同向絮凝（orthokineticorthokinetic flocculation flocculation） 由外力（水力或机械力）推动所引起的胶体颗粒碰撞聚集。四四. .影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素|(1) (1) 水水温的影响温的影响|(2) (2) 水的水的pHpH值的影响值的影响|(3) (3) 水的碱度的影响水的碱度的影响|(4) (4) 水中浊质颗粒浓度的影响水中浊质颗粒浓度的影响|(5) (5) 水中有机污染物的影响水中有机污染物的影响|(6) (6) 混凝剂种类与投加量的影响混凝剂

24、种类与投加量的影响|(7) (7) 混凝剂投加方式的影响混凝剂投加方式的影响|(8) (8) 水力条件的影响水力条件的影响3.3 3.3 混凝剂混凝剂一一. .混凝剂混凝剂 种类有不少于种类有不少于200200300300种种其分类见表其分类见表3-1 3-1 无无机机铝系系 硫酸硫酸铝明明矾聚合聚合氯化化铝（PAC）聚合硫酸聚合硫酸铝（PAS） 适宜适宜pH：5.58 铁系系 三三氯化化铁硫酸硫酸亚铁硫酸硫酸铁（国内生（国内生产少）少）聚合硫酸聚合硫酸铁聚合聚合氯化化铁 适宜适宜pH：511，但，但腐腐蚀性性强强 有有机机 人工人工合成合成 阳离子型：含氨基、阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物

25、氨基的聚合物 国外开始增多，国国外开始增多，国内尚少内尚少 阴离子型：水解聚丙阴离子型：水解聚丙烯酰胺（胺（HPAM） 非离子型：聚丙非离子型：聚丙烯酰胺（胺（PAM），聚氧化乙），聚氧化乙烯（PEO） 两性型：两性型： 使用极少使用极少 天然天然 淀粉、淀粉、动物胶、物胶、树胶、甲壳素等胶、甲壳素等 微生物絮凝微生物絮凝剂 表表3-1 3-1 常用混凝剂常用混凝剂无机复合聚合物混凝剂无机复合聚合物混凝剂 无机有机复合无机有机复合 有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂 发展方向发展方向二二.助凝助凝剂 凡能提高或改善混凝凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学作用效果的化学药剂可可称称为助凝助凝剂。 助

26、凝助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。可以参加混凝，也可不参加混凝。 广广义上可分上可分为以下几以下几类：酸碱酸碱类：调整水的整水的pH，如石灰、硫酸等；，如石灰、硫酸等；加大加大矾花的粒度和花的粒度和结实性：如活化硅酸（性：如活化硅酸（SiO2 nH2O）、）、骨胶、高分子絮凝骨胶、高分子絮凝剂；氧化氧化剂类：破坏干：破坏干扰混凝的物混凝的物质，如有机物。，如有机物。可可投加投加Cl2、O3等。等。三三.混凝混凝剂选用原则选用原则v混凝效果好混凝效果好v无无毒毒害害作用作用v货源充足源充足v成本低成本低v新型药剂的卫生许可新型药剂的卫生许可v借鉴已有经验借鉴已有经验 3.4 3.4 混凝动力

27、学混凝动力学一一. .异向絮凝动力学异向絮凝动力学 由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。颗粒的碰撞速率颗粒的碰撞速率 NpNp8/(38/(3) KTn) KTn2 2 (3-1) n n：颗粒数量浓度：颗粒数量浓度 ：运动粘度：运动粘度 凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。NpNp只与颗粒只与颗粒 数量有关，而与颗粒粒径无关。数量有关，而与颗粒粒径无关。 当颗粒的粒径大于当颗粒的粒径大于1 1 m m，布朗运动消失。，布朗运动消失。 二二. .同向絮凝动力学同向絮凝动力学 由水力或机械搅拌产生。由水力或机械搅拌产生。 其理论

28、仍在发展之中。其理论仍在发展之中。 最初的理论基于层流的假定。最初的理论基于层流的假定。层流条件下流条件下颗粒的碰撞示意粒的碰撞示意见图3-6。 xy扭转方向图 3-7 速度梯度计算图示图 3-6 层流条件下颗粒碰撞示意x 1.层流理流理论 层流条件下流条件下颗粒的碰撞示意粒的碰撞示意见图6-7。 颗粒的碰撞速率按下式粒的碰撞速率按下式计算：算：(3-2) 在被在被搅动的水流中，考的水流中，考虑一个瞬一个瞬间受煎而扭受煎而扭转的隔离体，的隔离体， 见图3-7。设在在时间 内，隔离体扭内，隔离体扭转了了 角度，于是角速角度，于是角速度度 为： (3-3) 转矩矩 为：(3-4) 于是于是单位体位

29、体积水所耗功率水所耗功率p为：(3-5) 由于由于 ，故，故 (3-6) 当采用机械当采用机械搅拌拌时，p由机械由机械搅拌器提供。拌器提供。 当采用水力絮凝池当采用水力絮凝池时，p应为水流本身所消耗的能水流本身所消耗的能量，由下式决定：量，由下式决定： (3-7) 则采用水力絮凝池采用水力絮凝池时， (3-8) 2.2.同向紊流理论同向紊流理论 外部施加的能量形成大涡旋；外部施加的能量形成大涡旋；大涡旋将能量输送大涡旋将能量输送给不涡旋；给不涡旋；小涡旋将能量输送给更小的涡旋；小涡旋将能量输送给更小的涡旋；只只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞。有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰

30、撞。（3-93-9） 式中，紊流扩散系数式中，紊流扩散系数 ， 为相应于尺度的脉为相应于尺度的脉动速度，为动速度，为（3-103-10） 故故（3-113-11） 三三. .混凝过程的控制指标混凝过程的控制指标 用用G可以来判断混合和絮凝的程度：可以来判断混合和絮凝的程度： 混合混合(凝聚凝聚)过程：过程：G7001000s-1，但剧烈搅拌是为尽快分散药剂,时间通常在1030s,一般1,1,下沉下沉; ;比重比重1,1,上浮上浮分类分类 自由沉淀：自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变 （沉砂池、初沉池前期） 拥挤沉淀：拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层 （高浊水、二沉池、污泥浓缩池

31、） 絮凝沉淀：絮凝沉淀：絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增加 （初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀） 压缩沉淀：压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗 粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。 一一. .杂质颗粒在水中的自由沉降杂质颗粒在水中的自由沉降 假假设沉淀的沉淀的颗粒是球形，其所受到的重力粒是球形，其所受到的重力为： (4-1) 所受到的水的阻力：所受到的水的阻力： (4-2) CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。 4.1 4.1 杂质颗粒在静水中的沉降杂质颗粒在静水中的沉降 根据牛根据牛顿第二定律可知：第二定律可知：(4-3) 达到重力平衡达到重力平衡时，加速度，加速度为零，令式（

32、零，令式（4-3）左）左边为零，加零，加以整理，得沉速公式：以整理，得沉速公式： （4-4） CD与Re有关，见图4-1。1010101010.40.1阻力系数 CDC=24/ReC=10/Re雷诺数Re图 4-1 CD与 Re 的关系（球型颗粒）10-2-31010-1110102103451010106 当当Re1时：呈：呈层流状流状态(4-5) 斯斯笃克斯公式：克斯公式：(4-6) 1. 1. 斯笃克斯公式斯笃克斯公式 当当1000Re25000时，呈紊流状，呈紊流状态，CD接近于常数接近于常数0.4代入代入 （4-5）得牛）得牛顿公式：公式：（4-7） 3. 当当1Re1000时，属于

33、，属于过渡区，渡区，CD近似近似为（4-8） 代入得阿代入得阿兰公式：公式：（4-9） 2.2.牛顿公式牛顿公式二二.杂质杂质颗粒在静水中的粒在静水中的拥挤沉沉降降1沉降沉降过程分析程分析 如如图4-2，整个沉淀筒中可分，整个沉淀筒中可分为清水、等清水、等浓度区、度区、变浓度区、度区、压实区等四个区。区等四个区。 CtC0HHtHH 浓度Ct CtABCDab cdt1tt时间t(b)(c)(d)(e)H0Ht 交界面aC04-24.2 4.2 平流沉淀池平流沉淀池 一一. .理想沉淀池理论理想沉淀池理论 理想沉淀池的基本假理想沉淀池的基本假设：颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变。水流沿

34、水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等，并在流动过程中流速始终不变。颗粒沉到底就被认为去除，不再返回水流中。 理想沉淀池的工作情况理想沉淀池的工作情况见图4-4。 图 4-3 理想沉淀池工作状态沉淀区出水区进水区污泥区 原水原水进入沉淀池入沉淀池,在在进水区被均匀分配在水区被均匀分配在A-B截面上其水平流速截面上其水平流速为： 考察考察顶点点,流流线III：正好有一个沉降速度：正好有一个沉降速度为u0的的颗粒从池粒从池顶沉淀到池沉淀到池底底,称称为截留速度。截留速度。 u u0的的颗粒可以全部去除粒可以全部去除,u u0的的颗粒只能部分去除粒只能部分去除 对用直用直线代表的一代表的一类颗粒而

35、言粒而言,流速和流速和沉速沉速都与沉淀都与沉淀时间有关有关 （ 4-13） （4-14） 令（令（4-13）和（）和（4-14）相等）相等,代入（代入（4-12）得：）得： （4-15） （4-16） 一般称为“表面负荷”或“溢流率”。表面负 荷在数值上等于截留速度，但含义不同。 由图4-3分析沉速为ui的颗粒的去除率： （4-17） q q 根据相似关系得：根据相似关系得： （4-18） 同理得：同理得： （4-19） 将式（将式（4-18）和（）和（4-19）代入（）代入（4-17）得特定）得特定颗粒去除率：粒去除率： （4-20） 将（将（4-16）代入（）代入（4-20）得：）得： (

36、4-21) 结论：结论： （1）颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其它荷有关，而与其它因素（如水深、池因素（如水深、池长、水平流速、沉淀、水平流速、沉淀时间）无关。）无关。 （2）E一定，越大，表面一定，越大，表面负荷越大，或荷越大，或q不不变但但E增大。与混凝效果增大。与混凝效果有关，有关，应重重视加加强强混凝工混凝工艺。 （3）一定，增大）一定，增大A，可以增加，可以增加产水量水量Q或增大或增大E。当容。当容积一定一定时，增加增加A，可以降低水深，可以降低水深“浅池理浅池理论”。 所有能所有能够在沉淀池中去除的，沉速小于在沉淀池中去除的，沉速小

37、于uo的的颗粒粒的去除率的去除率为：（4-22） 沉速大于和等于沉速大于和等于u0的的颗粒全部下沉去除率粒全部下沉去除率为（1-p0），因此理想沉淀池的），因此理想沉淀池的总去除率去除率为： （4-23） 式中式中p0沉速小于沉速小于u0的的颗粒重量占所有粒重量占所有颗粒重量的百粒重量的百分率分率。理想沉淀池的总去除率理想沉淀池的总去除率 1 .基本基本结构构 平流式沉淀池分平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区水区、沉淀区、存泥区、出水区4部分。部分。 1)进水区水区 进水区的作用是使流量均匀分布在水区的作用是使流量均匀分布在进水截面上，尽量减少水截面上，尽量减少扰动。一般做法是使水

38、流从絮凝池直接流入沉淀池，通一般做法是使水流从絮凝池直接流入沉淀池，通过穿孔穿孔墙将水流均匀将水流均匀分布在沉淀池的整个断面上，分布在沉淀池的整个断面上，见图4-9。为使使矾花不宜破碎，通常采用花不宜破碎，通常采用穿孔花穿孔花墙 V4, L/H10，每格，每格宽度度应在在38m不宜大于不宜大于15m。图 4-9 穿孔墙12 图 4-10 出水口布置 1-出水堰 2-非淹没式孔口 3)出水区出水区 通常采用：溢流堰（施工通常采用：溢流堰（施工难），淹没孔口（容易找平），淹没孔口（容易找平）见图4-10。孔口流速宜。孔口流速宜为0.60.7m/s，孔径，孔径2030mm，孔口在水面下孔口在水面下1

39、5cm，水流，水流应自由跌落到出水渠。自由跌落到出水渠。 为了不使流了不使流线过于集中，于集中，应尽量增加出水堰的尽量增加出水堰的长度，度，降低流量降低流量负荷。堰口溢流率一般小于荷。堰口溢流率一般小于500 m3/m d，目前我，目前我国增加堰国增加堰长的的办法如法如图4-11。 图 4-11 增加出水堰长度的措施出水支渠出水支渠 4)存泥区及排泥措施存泥区及排泥措施 泥斗排泥：靠静水泥斗排泥：靠静水压力力 1.5 2.0m，下，下设有排泥管，多斗形式，可省有排泥管，多斗形式，可省去机械刮泥去机械刮泥设备（池容不大（池容不大时） 穿孔管排泥：需存泥区，池底水平略有坡度以便放空。穿孔管排泥：需

40、存泥区，池底水平略有坡度以便放空。 机械排泥：机械排泥：带刮泥机，池底需要一定坡度，适用于刮泥机，池底需要一定坡度，适用于3m以上虹吸水以上虹吸水头的沉淀池，当沉淀池的沉淀池，当沉淀池为半地下式半地下式时，用泥，用泥泵抽吸。抽吸。 还有一种有一种单口口扫描式吸泥机，无需成排的吸口和吸管装置。沿着横描式吸泥机，无需成排的吸口和吸管装置。沿着横向往复行走吸泥。向往复行走吸泥。 1) 沉淀池沉淀池实际水流状况水流状况对沉淀效果的影响沉淀效果的影响 主要主要为短流的影响，短流的影响，产生的原因有：生的原因有： (1)进水的水的惯性作用；性作用； (2)出水堰出水堰产生的水流抽吸；生的水流抽吸； (3)

41、较冷或冷或较重的重的进水水产生的异重流；生的异重流； (4)风浪引起的短流；浪引起的短流； (5)池内存在的池内存在的导流壁和刮泥流壁和刮泥设施等施等 2) 2) 凝聚作用的影响。凝聚作用的影响。 由于由于实际沉淀池的沉淀沉淀池的沉淀时间和水深所和水深所产生的絮凝生的絮凝过程均影响了沉程均影响了沉淀效果，淀效果，实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件。沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件。2.2.影响平流式沉淀池沉淀效果的因素影响平流式沉淀池沉淀效果的因素 设计平流沉淀池的主要控制指平流沉淀池的主要控制指标是表面是表面负荷或停留荷或停留时间。应根据原水水根据原水水质、沉淀水、沉淀水质要求、水

42、温等要求、水温等设计资料、料、运行运行经验确定。停留确定。停留时间一般采用一般采用13h。华东地区水源地区水源一般采用一般采用12h。低温低。低温低浊水源停留水源停留时间往往超往往超过2h。 3.3.平流沉淀池的工艺设计平流沉淀池的工艺设计 1) 1) 各参数各参数间关系关系(4-27) (4-27) (4-28) (4-28) (4-29) (4-29) 2) 第一种第一种设计计算方法（算方法（实验计算方法）算方法） 根据沉淀根据沉淀实验结果果选取取u0 ，用，用uo=Q/A可以可以计算得到沉淀算得到沉淀池的面池的面积A； 选取沉淀取沉淀时间t和沉淀池的水平流速和沉淀池的水平流速v，用，用L

43、=vt可以得到沉可以得到沉淀池的淀池的长度度L； 用公式用公式B=A/L得到得到B； 用公式用公式H=Qt/A得到得到H； 3) 第二种第二种计算方法（算方法（经验计算方法）算方法） 根据根据经验选取平流式沉淀池的沉淀取平流式沉淀池的沉淀时间t，得到其体，得到其体积V=Qt 选取沉淀池的深度取沉淀池的深度H，用公式，用公式A=V/H得到沉淀池的面得到沉淀池的面积A； 选取沉淀池的水平流速取沉淀池的水平流速v，用，用L=vt可以得到沉淀池的可以得到沉淀池的长度度L； 用公式用公式B=A/L得到得到B； 4)其它参数其它参数 平流式沉淀池的放空排泥管直径，根据水力学中平流式沉淀池的放空排泥管直径，

44、根据水力学中变水水头放空容器公放空容器公式式计算：算： （4-30） 当渠道底坡度当渠道底坡度为零零时，渠道起端水深可根据下式，渠道起端水深可根据下式计算：算： （4-31） 式中式中Q沉淀池的流量，沉淀池的流量，m3/s； g重力加速度重力加速度9.81m/s2； B渠道渠道宽度，度，m。 一一. .沉淀原理沉淀原理 由沉淀效率由沉淀效率 公式可知：在原体积不变时，增公式可知：在原体积不变时，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。 斜板（管）沉淀池与水平面成一定的角度（一般斜板（管）沉淀池与水平面成一定的角度（一般6060左右）的左右）的板（管）状组件置于沉淀池中

45、构成，水流可从上向下或从下向上流板（管）状组件置于沉淀池中构成，水流可从上向下或从下向上流动，颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑。动，颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑。 斜板（管）沉淀池的沉淀面积明显大于平流式沉淀池，因而可斜板（管）沉淀池的沉淀面积明显大于平流式沉淀池，因而可提高单位面积的产水量或提高沉淀效率。提高单位面积的产水量或提高沉淀效率。 4.3 4.3 斜板、斜管沉淀池斜板、斜管沉淀池 二二. 分分类 有异向流、同向流、横向流三种，目前在有异向流、同向流、横向流三种，目前在 实际工程中工程中应用的是异向流斜板（管）沉淀池，其用的是异向流斜板（管）沉淀池，其结构构见图4-12。图 4-12

46、 斜管沉淀池示意清水区斜管区配水区积泥区500 穿孔排泥管穿孔集水管絮 疑池-剖面 三三. . 优缺点缺点 优点：点： 1. 1.沉淀面沉淀面积增大；增大； 2. 2.沉淀效率高，沉淀效率高，产水量大；水量大； 3.3.水力条件好，水力条件好，ReRe小，小，FrFr大，有利于沉淀；大，有利于沉淀； 缺点：缺点： 1. 1.由于停留由于停留时间短，其短，其缓冲能力差；冲能力差； 2. 2.对混凝要求高；混凝要求高； 3.3.维护管理管理较难，使用一段，使用一段时间后需更后需更换斜斜 板（管）板（管） 四四. . 设计计算设计计算 1.1.沉淀池面积沉淀池面积A A （4-324-32） 选定表

47、面负荷选定表面负荷（2.53.0mm/s），计算得到面积），计算得到面积A。 2. 沉淀池总高度沉淀池总高度 H=hH=h1 1+h+h2 2+h+h3 3+h+h4 4+h+h5 5 （4-334-33） 式中：式中：h h1 1为超高为超高0.3m0.3m， h h2 2为清水层高度为清水层高度1.2m1.2m h h3 3为自身高度为自身高度0.866m0.866m， h h4 4为配水区高度为配水区高度1.5m1.5m h h5 5为污泥斗高度为污泥斗高度0.8m0.8m 澄清池将絮凝和沉淀澄清池将絮凝和沉淀过程程综合于一个构筑物完成合于一个构筑物完成, ,主要主要依靠活性泥渣依靠活性

48、泥渣层达到澄清目的。达到澄清目的。 当脱当脱稳杂质随水流与泥渣随水流与泥渣层接触接触时被阻留下来使水被阻留下来使水获得得澄清的澄清的现象象, ,称称为接触絮凝接触絮凝。 在原水中加入在原水中加入较多絮凝多絮凝剂, ,并适当降低并适当降低负荷荷, ,经过一段一段时间, ,便能形成泥渣便能形成泥渣层, ,常用于常用于给水水处理。理。 澄清池分澄清池分为泥渣泥渣悬浮型和泥渣循浮型和泥渣循环型两种。型两种。4.4 4.4 澄清池澄清池 一一. .澄清池的工作原理澄清池的工作原理二二. .机械搅拌澄清池机械搅拌澄清池机械机械搅拌澄清池的构造如拌澄清池的构造如图414所示所示 43810911125267

49、1放空、排泥进水出水排泥 图 4-14 机械搅拌澄清池剖面泥示意图1-进水管；2-三角配水槽；3-透气管；4-投药管；5-搅拌桨；6-提升叶轮；7-集水槽8-出水管；9-泥渣浓缩室；10-排泥阀；11-放空管；12-排泥罩；13-搅拌轴；-第一絮凝室；-第二絮凝室；-导流室；-分离室5Q5Q13Q清水区4 Q 机械机械搅拌澄清池的拌澄清池的设计要点：要点： 清水区上升流速清水区上升流速为0.81.1mm/s； 水在澄清池内水在澄清池内总的停留的停留时间可采用可采用1.21.5h； 叶叶轮提升流量提升流量为进水流量的水流量的35倍；倍； 原水原水进水管、三角配水槽的水流流速分水管、三角配水槽的水

50、流流速分别为1m/s、 0.4m/s； 第一絮凝室的容第一絮凝室的容积：第二絮凝室的容：第二絮凝室的容积（含（含导流室）：流室）： 分离室分离室为2：1：7,第二絮凝室与第二絮凝室与导流室的水流流速一般流室的水流流速一般为4060mm/S； 直径大于直径大于6m时用用68条集水槽条集水槽,直径小于直径小于6m时用用46条集水槽条集水槽 机械机械搅拌澄清池的拌澄清池的优点：点： 处理效果好，理效果好，稳定；定； 适用于大、中水厂适用于大、中水厂 机械机械搅拌澄清池的缺点：拌澄清池的缺点： 维修修维护工作量工作量较大；大； 启启动时有有时需人工加土和加大加需人工加土和加大加药量。量。 是澄清池的上

51、升流速是澄清池的上升流速发生周期性的生周期性的变化，化，这种种变化是由脉冲化是由脉冲发生生器引起的。靠脉冲方式器引起的。靠脉冲方式进水，水，悬浮浮层发生周期性的收生周期性的收缩和膨和膨胀，见图415。 脉冲澄清池的特点如下：脉冲澄清池的特点如下： (1)有利于有利于颗粒和粒和悬浮浮层接触；接触； (2)悬浮浮层污泥泥趋于均匀。于均匀。 (3)还可以防止可以防止颗粒在池底沉粒在池底沉积 (4)处理效果受水量、水理效果受水量、水质、水温影响、水温影响较大；大； (5)构造复构造复杂。三脉冲澄清池三脉冲澄清池 最高水位最低水位悬浮层32146587 图 4-15 采用真空泵脉冲发生器的澄清池的剖面图

52、 1-进水室；2-真空泵；3-进气阀；4-进水管 5-水位电极；6-集水槽；7-稳流板；8-配水管4.5 4.5 水中造粒水中造粒|定义定义|原理原理|自我造粒型流化床自我造粒型流化床4.6 4.6 辐流沉淀池辐流沉淀池 辐流式沉淀池直径辐流式沉淀池直径1616100m100m，池周水深，池周水深1.51.53.0m,3.0m,机械排泥机械排泥, ,池底坡度不小于池底坡度不小于0.05,0.05,见图见图4-4-1616。 为使布水均匀为使布水均匀, ,设穿孔挡板设穿孔挡板, ,穿孔率穿孔率10102020. . 图 4-16 辐流沉淀池工艺图排泥总管进水桁架 设计要求要求 1. D/H有效有

53、效=612 2.池底坡度池底坡度 3.机械刮泥、静水机械刮泥、静水压力排泥力排泥 （圆形）形） 无机械刮泥、静水无机械刮泥、静水压力排泥力排泥 （正方形）（正方形） 4.进、出水有三种布置方式、出水有三种布置方式 (1)中心中心进水，周水，周边出水：出水：辐流式流式 (2)周周边进水，中心出水：向心式水，中心出水：向心式 (3)周周边进水，周水，周边出水出水 5.刮泥机旋刮泥机旋转角度：角度：11.5m/min （周（周边线速）速） 6.穿孔穿孔挡板开孔面板开孔面积为挡板板处池断面面池断面面积的的1020% 设计计算算1.每座沉淀池表面每座沉淀池表面积A1与池径与池径D （4-34） （4-3

54、5）2.有效水深有效水深h2 （4-36）3.污泥量泥量W （与平流式相同）（与平流式相同）4.污泥区容泥区容积 （4-37） （4-38） （4-39） 5.总高度（高度（H）和周）和周边处的高度（的高度（H） （4-40）其中：其中：h1为超高，超高，h2为有效水深，有效水深，h3为缓冲高度冲高度层，h4为底坡落差，底坡落差，h5为污泥斗高度。泥斗高度。 （4-41）4.7 4.7 气浮气浮|气浮的基本原理气浮的基本原理|气浮的分气浮的分类与特点与特点|气浮法在气浮法在废水水处理中的理中的应用用 1.1.基本概念基本概念 利用高度分散的微小气泡作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，使其利用高度

55、分散的微小气泡作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。 悬浮颗粒与气泡粘附的原理悬浮颗粒与气泡粘附的原理 ：水中悬浮固体颗粒能否与气泡粘附主：水中悬浮固体颗粒能否与气泡粘附主要取决于颗粒表面的性质。要取决于颗粒表面的性质。 亲水性与疏水性可用气、液、固三相接触时形成的接触角大小来解释。亲水性与疏水性可用气、液、固三相接触时形成的接触角大小来解释。在气、液、固三相接

56、触时，固、液界面张力线和气液张力线之间的夹角在气、液、固三相接触时，固、液界面张力线和气液张力线之间的夹角称为润湿接触角以称为润湿接触角以表示。表示。2. 2.投加化学投加化学药剂对气浮效果的促气浮效果的促进作用作用 (1)投加表面活性剂维持泡沫的稳定性 (2)利用混凝剂脱稳 (3)投加浮选剂改变颗粒表面性质 3.3.气浮的分气浮的分类与特点与特点根据气泡产生的方式气浮法分为： 电解气浮法 散气气浮法 溶气气浮法 加压溶气气浮：全溶气流程、部分溶气流 程、回流加压溶气流程。本章思考题本章思考题1.什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？2.理想沉淀池应符合哪些条件？根据理想沉淀条件，沉淀效率与池子

57、深度、长度和表面积关系如何？3.影响平流沉淀池沉淀效果的主要因素有哪些？沉淀池纵向分格有何作用？4.沉淀池表面负荷和颗粒截留沉速关系如何？两者涵义有何区别？5.平流沉淀池进水为什么要采用穿孔隔墙？出水为什么往往采用出水支渠？6.斜管沉淀池的理论根据是什么？7.澄清池的基本原理和主要特点是什么？ 本章参考文献1 严煦世,范瑾初主编.给水工程.北京:中国建筑工业出版社,1999,12:285312.2 上海市政设计院主编.给水排水设计手册（第3册、第5册）.北京:中国建筑工业出版社,1986.3 上海市基本建设委员会编.室外给水设计规范（GBJ1386），1997.第第5 5章章 过 滤云霞云霞市

58、政工程系市政工程系 5.1 5.1 慢慢滤池和快池和快滤池池一、一、 慢慢滤池池 滤速速低：低：0.10.3m/h0.10.3m/h 慢慢滤池是最早出池是最早出现的用于水的用于水处理的理的过滤设备，能有效地去除水的色度、，能有效地去除水的色度、嗅和味。嗅和味。 由于慢由于慢滤池占地面池占地面积大、操作麻大、操作麻烦、寒冷季、寒冷季节时其表其表层容易冰容易冰冻，在，在城城镇水厂中使用的慢水厂中使用的慢滤池逐池逐渐被快被快滤池所代替。池所代替。 二、二、 快快滤池池1. 1.滤速：速：510m/h510m/h2. 2.构造构造 3.3.工作工作过程程 由由过滤与与反冲洗反冲洗两部分两部分组成。成。

59、 过滤周期周期: : 工作周期：工作周期：从从过滤开始到冲洗开始到冲洗结束的一段束的一段时间称称为快快滤池的工作周期。池的工作周期。 滤池的工作周期池的工作周期为1224h1224h。 三、三、现代慢代慢滤池池 表表5-1 5-1 现代慢代慢滤池的适用的池的适用的进水条件与出水水水条件与出水水质适用的适用的进水条件水条件出水水出水水质细菌的去除效率菌的去除效率颗粒物去除效率粒物去除效率浊度度10ntu以下；以下；总大大肠菌菌类101000个个/100mL；藻藻类不太多；不太多；10000人以下的人以下的给水水处理理小于小于1.0ntu总大大肠菌菌类1个个/100mL细菌菌总数数99%能去除逗号

60、弧菌能去除逗号弧菌(Vibrio comma)2.77 m 99%712 m99.9%较大大颗粒粒99%99.9% 5.2 5.2 颗粒粒滤料料 一、基本要求一、基本要求 足足够的机械的机械强强度；度； 足足够的化学的化学稳定性；定性； 能就地取材、价廉；能就地取材、价廉； 具有一定的具有一定的颗粒粒级配和孔隙率。配和孔隙率。 二、二、滤料粒径料粒径级配配 滤料粒径料粒径级配：配：滤料中各种粒径料中各种粒径颗粒所占的重量比例。粒所占的重量比例。 1. 1.表示方法：表示方法： （1 1）有效粒径和不均匀系数；）有效粒径和不均匀系数； （2 2）最大粒径、最小粒径和不均匀系数。）最大粒径、最小粒

61、径和不均匀系数。 常用的数据常用的数据见表表5-25-2。表表5-2 5-2 滤料料级配与配与滤速速类别滤料料组成成滤速速（m/h）强强制制滤速速（m/h）粒径粒径（mm）不均匀系数不均匀系数K80厚度厚度（mm）单层石英砂石英砂滤料料dmax=1.2dmin=0.52.07008101014双双层滤料料无烟煤无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.030040010141418石英砂石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400三三层滤料料无烟煤无烟煤dmax=1.6dmin=0.81.745018202025石英砂石英砂dmax=0.8dmin=0.51.5230重重质矿石石dmax

62、=0.5dmin=0.251.54d1.54）颗粒粒约筛除除13.0 %13.0 %，小粒径（，小粒径（d0.44d0.44）颗粒粒约筛除除19.0 %19.0 %。 三、三、滤料的孔隙率和表面料的孔隙率和表面积 1. 1. 孔隙率（孔隙度）：孔隙率（孔隙度）：单位体位体积滤层中孔隙的体中孔隙的体积。 测定方法：取一定量的定方法：取一定量的滤料，在料，在105105下烘干称重，并用比重瓶下烘干称重，并用比重瓶测出其出其密度。然后放入密度。然后放入过滤筒中，用清水筒中，用清水过滤一段一段时间后，量出后，量出滤层体体积，则孔隙率孔隙率为 式中，式中，G G 烘干后的烘干后的滤料料, g, g； 滤

63、料的密度，料的密度，g/cmg/cm3 3； V V 滤料料层的堆的堆积体体积，cmcm3 3。2. 2.滤料的表面料的表面积 5.3 5.3 快快滤池的运行池的运行一、出水水一、出水水质的一般状况的一般状况 滤后水水质在过滤周期开始时一般较差，如果周期延长足够的滤后水水质在过滤周期开始时一般较差，如果周期延长足够的时间，在过滤末期水质也会下降。时间，在过滤末期水质也会下降。 重视重视初滤水初滤水： 二、二、滤层内内杂质分布分布规律律 1. 1.杂质分布分布规律：律： 2. 2.滤层的含的含污能力：能力：在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平

64、均含污量，单位单位体积滤料中的平均含污量，单位g/cm3、kg/m3。 3.3.提高提高滤层含含污能力的途径：能力的途径： （1 1）采用）采用多多层滤料料滤池池：接近理想：接近理想滤料料滤池，最常池，最常见为双双层和三和三层滤见图5-25-2。双。双层滤池其含池其含污量随深度的量随深度的变化化见图5-35-3曲曲线2 2。 （2）均质滤料过滤：）均质滤料过滤： 均质滤料：均质滤料：沿整个滤层深度方向的任一断面上，滤料组沿整个滤层深度方向的任一断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致。要实现均质滤料过滤，反冲洗时滤成和平均粒径均匀一致。要实现均质滤料过滤，反冲洗时滤料层不能膨胀。料层不能膨胀。 (3

65、) (3) 直接直接过滤 原水不原水不经过沉淀而直接沉淀而直接进入入滤池的池的过滤称称为“直接直接过滤”。 直接直接过滤有两种方式：有两种方式： 接触接触过滤：原水加：原水加药后只后只经过混合就直接混合就直接进入入滤池池过滤，称，称为“接触接触过滤”，见图5-55-5中（中（a a）与（）与（b b）所示；）所示； 微絮凝微絮凝过滤：原水加：原水加药混合后先混合后先经过微絮凝池微絮凝池，再，再进入入滤池池过滤，称，称为“微絮凝微絮凝过滤” ，如，如图5-55-5中（中（c c）与（）与（d d）所示。）所示。图5-5 5-5 直接直接过滤流程流程 5.4 5.4 过滤理理论一、一、过滤水力学水

66、力学1. 1.清清洁滤料料层的水的水头损失失 卡曼卡曼- -康采尼公式（康采尼公式（Carman-Carman-KozonyKozony）公式：）公式：( (层流状流状态）（5-15-1） 非均匀非均匀滤层按下式按下式计算：算： （5-25-2） 2. 2.等速等速过滤中的水中的水头损失失变化化 最常最常见的等速的等速过滤如如图5-65-6所示。所示。在等速在等速过滤状状态，由于，由于滤层逐逐渐被被堵塞，水堵塞，水头损失随失随过滤时间逐逐渐增增加，加，滤池中水位逐池中水位逐渐上升，当水位上升，当水位上升到最高水位上升到最高水位时，过滤停止以待停止以待冲洗。冲洗。 无无阀滤池池与与虹吸虹吸滤池池

67、是典型的等速是典型的等速过滤滤池。池。 过滤水水头：滤前水的最高水位与前水的最高水位与滤后水水后水水位之差。位之差。 3.3.滤层中的中的负水水头 在在过滤过程中，当程中，当滤层截留了大量截留了大量杂质以致砂面以下某一深度以致砂面以下某一深度处的水的水头损失超失超过该处的水深，便出的水深，便出现负水水头现象。象。见图5-75-7。 危害：危害： 负水水头会会导致水中气体致水中气体释放出来形成放出来形成气囊气囊，对过滤有破坏作用。有破坏作用。 一是减少有效一是减少有效过滤面面积，增加，增加滤层水水头损失及失及滤层中孔隙流速；中孔隙流速； 二是气囊穿二是气囊穿过滤料料层上升，有可能把上升，有可能把

68、 部分部分细滤料或料或轻质滤料料带走，破坏走，破坏滤层结构。构。 在冲洗在冲洗时，气囊更容易把，气囊更容易把 滤料料带出出滤池。池。措施：措施： 避免避免滤池中出池中出现负水水头的两个方法：的两个方法： 一是增加砂面上的水深；一是增加砂面上的水深； 二是令二是令滤池出口位置等于或高于池出口位置等于或高于滤层表面。表面。4.4.变速速过滤中的中的滤速速变化化 设四个四个滤池池组成一个成一个滤池池组，假，假设：进入入滤池池组的的总流量不流量不变；每个池子的每个池子的性能完全相同；性能完全相同；每个每个滤池恰好按它的池恰好按它的编号号顺序序进行冲洗。行冲洗。则滤池的水位与池的水位与滤速速变化如化如图

69、5-95-9所示。所示。 移移动罩罩滤池池是典型的是典型的变速速过滤滤池，池，当移当移动冲洗罩冲洗罩滤池的分格数很多池的分格数很多时，这格格滤池冲冼与下一格池冲冼与下一格滤池冲洗的池冲洗的间隔隔时间很近，很近，滤池水位池水位变化不大，有可能达到近化不大，有可能达到近似的似的“等水位等水位变速速过滤”。 二、二、 过滤机理机理 1. 1. 颗粒迁移粒迁移：物理：物理力学作用：力学作用：拦截、沉淀、截、沉淀、扩散、散、惯性和性和水水动力作用，力作用，见图5-105-10。 图5-10 5-10 颗粒迁移机理示意粒迁移机理示意 （2 2）颗粒粘附：粒粘附： 物理化学作用：范德物理化学作用：范德华引力

70、、静引力、静电力、以及某些化学力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒粒间的架的架桥作用。作用。 5.5 5.5 滤层反冲洗反冲洗一、一、 高速水流反冲洗高速水流反冲洗 1. 1.反冲洗反冲洗强强度：度：指指单位面位面积滤层所通所通过的反冲洗水流量，的反冲洗水流量，单位位为L/sL/s m m2 2。 2. 2.滤层膨膨胀度度（5-35-3） 由于由于滤层膨膨胀前、后前、后单位面位面积上上滤料体料体积不不变，于是：，于是： （5-45-4） 故：故： （5-55-5） 3.3.冲洗冲洗时间 实际操作中可根据冲洗操作中可根据冲洗废水的允水的允许浊度决

71、定。度决定。 生生产上，反冲洗上，反冲洗强强、滤层膨膨胀度和冲洗度和冲洗时间可按表可按表5-65-6确定。确定。 表表5-6 5-6 冲洗冲洗强强度、膨度、膨胀度和冲洗度和冲洗时间 注：注：1 1设计水温按水温按2020计，水温每增减，水温每增减1 1，冲洗，冲洗强强度相度相应增减增减1%1%； 由于全年水温、水由于全年水温、水质有所有所变化，化，应考考虑有适当有适当调整冲洗整冲洗强强度的可度的可 能；能； 选择冲洗冲洗强强度度应考考虑所用混凝所用混凝剂品种的因素；品种的因素； 无无阀滤池冲洗池冲洗时间可采用低限；可采用低限； 膨膨胀度数度数值仅作作设计计算用。算用。序号序号滤层类型型冲洗冲洗

72、强强度度(L/s m2)膨膨胀度度（%）冲洗冲洗时间（min）1石英砂石英砂滤料料121545752双双层滤料料131650863三三层滤料料16175575 4.4.反冲洗反冲洗时滤层中水中水头损失的失的变化化 假假设滤料粒径均匀，冲洗料粒径均匀，冲洗时，如果，如果滤层未膨未膨胀，水流通，水流通过滤层的水的水头损失可用欧根（失可用欧根（ErgunErgun）公式）公式计算：算： （5-65-6） 滤层膨膨胀后水后水头损失：失： （5-75-7） 最小流最小流态化流速化流速v vmfmf ： 5. 5.反冲洗反冲洗强强度的确定度的确定 设计或操作中，可以最粗或操作中，可以最粗滤料料刚开始膨开始

73、膨胀作作为确定冲洗确定冲洗强强度的依据。考度的依据。考虑到其他因素，可按下式确定：到其他因素，可按下式确定： （5-85-8） k k安全系数，一般安全系数，一般为1.11.31.11.3，决定于，决定于滤料粒径均匀程度。料粒径均匀程度。 二、二、 气、水反冲洗气、水反冲洗 操作方式：操作方式：u先气冲，再水冲；先气冲，再水冲；u先气先气- -水同水同时反冲，再水冲；反冲，再水冲；u先气冲，然后气先气冲，然后气- -水同水同时冲，再水冲（或漂洗）；冲，再水冲（或漂洗）； 总的冲洗的冲洗时间控制在控制在610min610min。 例如：某水厂的例如：某水厂的V V型型滤池，采用均池，采用均质滤料

74、，采用第料，采用第3 3中操中操作方式，其参数如下：作方式，其参数如下： 气冲气冲强强度：度：15L/s.m15L/s.m2 2，冲洗，冲洗时间4min4min； 气水同气水同时反冲：气冲反冲：气冲强强度度15L/s.m15L/s.m2 2 ，水冲，水冲强强度度4 L/s.m4 L/s.m2 2 ， 冲洗冲洗时间4min4min； 水冲：水冲水冲：水冲强强度度4 L/s.m4 L/s.m2 2，冲洗，冲洗时间2min2min。 三、三、滤池的配水系池的配水系统 1. 1.配水系配水系统的的设计原理原理 大阻力配水系大阻力配水系统：由于承托由于承托层与与滤料料层的阻力系数不能改的阻力系数不能改变

75、，只有通，只有通过减减小孔口小孔口总面面积来增大孔口阻力系数来增大孔口阻力系数S S2 2，增大孔口阻力系数，增大孔口阻力系数S S2 2就削弱了承托就削弱了承托层、滤料料层阻力系数及配水系阻力系数及配水系统压力水力水头不均匀不均匀对孔口出流量的影响，孔口出流量的影响，这就是大阻力配就是大阻力配水系水系统的原理。的原理。 小阻力配水系小阻力配水系统： 2. 2.大阻力配水系大阻力配水系统穿孔管配水系穿孔管配水系统 （1 1）构造）构造 大阻力配水系大阻力配水系统的构造如的构造如图5-115-11和和图5-125-12所示。所示。 （2 2）沿途泄流管道）沿途泄流管道压力力变化化 干管和支管均可

76、近似看作沿途泄流管道，因此，干管和支管均可近似看作沿途泄流管道，因此，（5-95-9） 沿途均匀泄流管道中的水沿途均匀泄流管道中的水头损失失为（5-105-10） 代入上式得：代入上式得：（5-115-11）因因为管道的比阻，管道的比阻， 故故 （5-125-12） 设n=0.012n=0.012，则当当 时， 在快在快滤池的配水系池的配水系统中，中， 这一条件，因而，一条件，因而， 如如图5-135-13所示。所示。 （3 3） 配水系配水系统的能量的的能量的变化化 在在图5-125-12所示的大阻力配水系所示的大阻力配水系统中，干管起端中，干管起端O O点、干管末端点、干管末端I I点、最

77、前一点、最前一根支管起端根支管起端a a点、最后一根支管起端点、最后一根支管起端b b点、最后一根支管末端点、最后一根支管末端c c点之点之间的能量关系的能量关系见式（式（5-135-13）至式（）至式（5-165-16），也可形象地用），也可形象地用图5-145-14来描述。来描述。 （5-135-13） （5-145-14） （5-155-15） （5-165-16） （4）穿孔管大阻力配水系穿孔管大阻力配水系统的的设计 图5-125-12中孔口中孔口a a与孔口与孔口c c的出流量的出流量QaQa、QcQc可按下式可按下式进行行计算：算：（5-175-17） （5-185-18） HcH

78、c的的计算算： 将式（将式（5-175-17）与式（）与式（5-185-18）整理得：）整理得：（5-195-19） 上式上式说明，当孔口水明，当孔口水头损失越大失越大时，a a孔与孔与b b孔的出流量之比越接近于孔的出流量之比越接近于1 1。 设配水系配水系统配水均匀性要求在配水均匀性要求在95%95%以上以上时，即令，即令Q Qa a/ /Q Qc c 0.950.95，则： （5-205-20） 整理上式可得：整理上式可得： （5-215-21） 为了了简化化计算，假算，假设每根支管的每根支管的进口流量相同，口流量相同，v v0 0和和v va a可分可分别按下列两式按下列两式进行行计算

79、：算：（5-225-22）（5-235-23） 为了了简化化计算，算，H Ha a可以孔口平均水可以孔口平均水头损失失计算，算，则H Ha a为：（5-245-24）将式（将式（5-225-22），（），（5-235-23），（），（5-245-24）代入式（）代入式（5-215-21）得：）得：（5-255-25） 将将=0.62=0.62代入上式并整理得：代入上式并整理得： （5-265-26） 式（式（5-265-26）为大阻力配水系大阻力配水系统构造尺寸构造尺寸计算的依据。上式算的依据。上式说明：明：大阻力配水系大阻力配水系统配水的均匀性只与干管截面配水的均匀性只与干管截面积、支管截面

80、、支管截面积、支管个数、孔口、支管个数、孔口总面面积等有关，等有关，而与其它因素无关。而与其它因素无关。当当滤池面池面积过大大时，滤池中砂池中砂层和承托和承托层的的铺设、冲洗、冲洗废水的排除等的不均匀度都将水的排除等的不均匀度都将对冲洗效果的冲洗效果的产生影响。生影响。 大阻力配水系大阻力配水系统的的设计要点：要点：u干管起端流速干管起端流速为1.01.5m/s1.01.5m/s，支管起端流速，支管起端流速为1.52.0 1.52.0 m/sm/s，孔眼流速，孔眼流速为56 56 m/sm/s，开孔比，开孔比0.2%0.25%0.2%0.25%。u支管中心距支管中心距为0.250.3 m0.2

81、50.3 m，支管，支管长度与其直径之比一般不度与其直径之比一般不应大于大于6060。u孔口直径孔口直径约为912 mm912 mm，设于支管两于支管两侧，与垂，与垂线呈呈4545角向下交角向下交错排列。排列。u干管横截面与支管干管横截面与支管总横截面之比横截面之比应大于大于1.752.01.752.0。当干管直径或渠。当干管直径或渠宽大于大于300mm300mm时，顶部部应装装滤头、管嘴或把干管埋入池底。、管嘴或把干管埋入池底。u孔口孔口总面面积与与滤池面池面积之比称之比称为开孔比开孔比，其，其值可按下式可按下式计算：算：（5-275-27） 3.3.小阻力配水系小阻力配水系统 无无阀滤池、

82、移池、移动冲洗罩冲洗罩滤池、池、虹吸虹吸滤池池等的冲洗水等的冲洗水头非常有限，非常有限，不宜采用大阻力配水系不宜采用大阻力配水系统。（1 1）格）格栅：用于小型：用于小型滤池池（2 2）钢筋混凝土穿孔（筋混凝土穿孔（缝隙）隙）滤板板（见图5-155-15） （3 3）穿孔）穿孔滤砖（见图5-165-16） （4 4）滤头（见图5-175-17） 小阻力配水系小阻力配水系统的特点：的特点：u反冲洗水反冲洗水头小；小；u配水均匀性配水均匀性较大阻力配水系大阻力配水系统为差，当配水系差，当配水系统室内室内压力稍力稍有不均匀，有不均匀，滤层阻力稍不均匀，阻力稍不均匀，滤板上孔口尺寸稍有差板上孔口尺寸稍

83、有差别或或部分部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来；板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来；u滤池面池面积较大大时，不宜采用小阻力配水系，不宜采用小阻力配水系统。 四、四、 反冲洗反冲洗废水的排除水的排除（1 1）冲洗排水槽（）冲洗排水槽（见图5-185-18、5-195-19） （5-285-28） （5-295-29） 冲洗排水槽的冲洗排水槽的设计要求：要求：u 冲洗排水槽平面冲洗排水槽平面总面面积一般不大于一般不大于单个个滤池面池面积的的25%25%。否。否则，会影响，会影响上升水流的均匀性。上升水流的均匀性。u相相邻两槽的中心两槽的中心间距一般距一般为1.52.0m1.52

84、.0m。间距距过大，大，难以排水均匀。以排水均匀。u每每单位槽位槽长的溢入流量的溢入流量应相等。故施工相等。故施工时冲洗排水槽口冲洗排水槽口应力求水平，力求水平，误差限制在差限制在2mm2mm内。内。u冲洗排水槽的始端尺寸：一般采用始端深度冲洗排水槽的始端尺寸：一般采用始端深度为末端深度的一半；或槽底末端深度的一半；或槽底采用平坡，使始、两端尺寸相等。采用平坡，使始、两端尺寸相等。u槽内水面以上一般要有槽内水面以上一般要有7cm7cm左右的保左右的保护高，以保高，以保证冲洗冲洗废水自由跌水水自由跌水进入入排水槽。排水槽的排水槽。排水槽的废水水应自由跌水自由跌水进入排水渠，以免引起壅水入排水渠，

85、以免引起壅水现象。象。 （2 2）排水渠）排水渠 布置：布置： u面面积小小时，沿池壁一，沿池壁一边布置；布置；u当当滤池面池面积很大很大时，排水渠布置在，排水渠布置在滤池中池中间。 排水渠的断面一般采用矩形。渠底距排水槽底高度排水渠的断面一般采用矩形。渠底距排水槽底高度HcHc为：（m m） （5-305-30） 五、冲洗水的供五、冲洗水的供给 冲洗水供冲洗水供给方式：方式：u水水泵冲洗；冲洗；u冲洗水塔或水箱冲洗。冲洗水塔或水箱冲洗。 1. 1.水水泵冲洗：冲洗： 特点：特点：u投投资省；省；u操作操作较为麻麻烦；u在冲洗的短在冲洗的短时间内耗内耗电量大，往往会使厂区内供量大，往往会使厂区

86、内供电网网负荷荷骤增。增。 水水泵流量：流量： （5-315-31） 水水泵杨程：程： （5-325-32） H H0 0排水槽排水槽顶与清水池最低水位之差，与清水池最低水位之差，m m； h h1 1从清水池至从清水池至滤池的冲洗管道中池的冲洗管道中总水水头损失，失，m m； h h2 2滤池配水系池配水系统水水头损失，失，m m。大阻力配水系。大阻力配水系统按孔口按孔口 平均水平均水头损失失计算。算。以以 代入式（代入式（5-245-24）得：）得：（5-335-33） h h3 3承托承托层的水的水头损失，失，m m。可根据承托。可根据承托层的厚度的厚度Z Z（m m）及冲洗）及冲洗强强

87、度度q q（L/sL/sm m2 2）计算：算： （ 5-345-34） h h4 4 滤料料层的水的水头损失，失，m m， （5-355-35）h h5 5 备用水用水头，一般取，一般取1.52.0m1.52.0m。 2. 2.冲洗水塔（或水箱）冲洗水塔（或水箱） 特点：特点：u造价高；造价高；u操作操作简单；u专用水用水泵小，耗小，耗电量量较均匀。均匀。 冲洗水箱一般与冲洗水箱一般与滤池合建，通常建造于池合建，通常建造于滤池操作室池操作室层顶上，上，水塔（箱）中水深不宜超水塔（箱）中水深不宜超过3m3m。水塔（箱）容水塔（箱）容积：可按可按单个个滤池冲洗水量的池冲洗水量的1.51.5倍倍计

88、算：算：（5-365-36）水塔（箱）底高出水塔（箱）底高出滤池冲洗排水槽池冲洗排水槽顶的高度：的高度： （5-375-37） 四、承托四、承托层 承托承托层的作用：的作用： 防止防止滤料料层从配水系从配水系统流失；流失； 均布反冲洗水。均布反冲洗水。组成成见表表5-45-4与与5-55-5。表表5-4 5-4 快快滤池大阻力配水系池大阻力配水系统承托承托层粒径和厚度粒径和厚度层次（自上而下）次（自上而下）粒径（粒径（mm）厚度厚度124100248100381610041632本本层顶面高度至少面高度至少应高于配系高于配系统孔眼孔眼100 表表5-5 5-5 三三层滤料料滤池承托池承托层材料

89、、粒径与厚度材料、粒径与厚度 注注: :配水系配水系统如用如用滤砖且孔径且孔径为4mm4mm时，第，第6 6层可不可不设。 为了防止反冲洗了防止反冲洗时承托承托层移移动，美国，美国对单层和双和双层滤料料滤池也有采用池也有采用“粗粗- -细- -粗粗”的的砾石分石分层方式。方式。 如果采用小阻力配水系如果采用小阻力配水系统，承托，承托层可以不可以不设，或者适当，或者适当铺设一些粗砂或一些粗砂或细砾石，石，视配水系配水系统的具体情况而定。的具体情况而定。层次次（自上而下）（自上而下）材料材料粒径粒径（mm）厚度厚度（mm）1重重质矿石（如石榴石、磁石（如石榴石、磁铁矿等）等）0.51.0502重重

90、质矿石（如石榴石、磁石（如石榴石、磁铁矿等）等）12503重重质矿石（如石榴石、磁石（如石榴石、磁铁矿等）等）24504重重质矿石（如石榴石、磁石（如石榴石、磁铁矿等）等）48505砾石石8161006砾石石1632本本层顶面高度至少面高度至少应高于配系高于配系统孔眼孔眼100 5.6 5.6 几种常几种常见的的滤池池 一、普通快一、普通快滤池池 1. 1.设计参数：参数： 设计滤速：速：一般一般为810m/h810m/h。 滤池池总面面积：（5-385-38） （5-395-39） 个数和个数和单池面池面积： 滤池的个数在池的个数在设计时应根据技根据技术经济比比较确定，但不得小于两个，可参考

91、表确定，但不得小于两个，可参考表5-75-7选用。用。 单个个滤池面池面积可根据可根据滤池池总面面积F F与与滤池个数池个数N N进行行计算，如下式所示：一算，如下式所示：一般般单池面池面积不大于不大于100m100m2 2。最佳。最佳单池面池面积可参考表可参考表5-85-8。 （5-405-40） 表表5-7 5-7 滤池个数池个数表表5-8 5-8 最佳最佳单池面池面积滤池池总面面积（m2）滤池个数池个数滤池池总面面积（m2）滤池个数池个数3021504630503200561003或或430068总面面积（m2）单池面池面积（m2）总面面积（m2）单池面池面积（m2）6015202504

92、0501202030400507018030406006080 滤池深度：池深度： 滤池深度包括：池深度包括： 保保护高：高：0.250.3m0.250.3m； 滤层表面以上水深：表面以上水深：1.52.0m1.52.0m； 滤层厚度：厚度： 承托承托层厚度：厚度： 滤池的池的总深度一般深度一般为3.03.5m3.03.5m。单层石英砂石英砂滤池深度一般稍池深度一般稍小；双小；双层和三和三层滤料料滤池深度稍大。池深度稍大。 2. 2.管廊布置管廊布置 布置要求：布置要求： 布置方法：布置方法： 滤池数小于池数小于5 5个个时，滤池宜采用池宜采用单行排列，管廊位于行排列，管廊位于滤池池的一的一侧

93、。当。当滤池数超池数超过5 5个个时，滤池宜采用双行排列，管廊位池宜采用双行排列，管廊位于两排于两排滤池的中池的中间。后者布置。后者布置紧凑，但管廊通凑，但管廊通风、采光不如前、采光不如前者，者，检修也不太方便。修也不太方便。 （1 1）进水、清水、冲洗水和排水渠，全部布置于管廊内，如水、清水、冲洗水和排水渠，全部布置于管廊内，如图5-205-20（a a）所示。特点：渠道）所示。特点：渠道结构构简单，施工方便，管渠集，施工方便，管渠集中中紧凑，但管廊中管件凑，但管廊中管件较多，通行和多，通行和检修不太方便。修不太方便。 （2 2）冲洗水和清水渠布置于管廊中，）冲洗水和清水渠布置于管廊中，进水

94、和排水渠布置于水和排水渠布置于滤池另一池另一侧，如，如图5-205-20（b b）所示。特点：可）所示。特点：可节省金属管件及省金属管件及阀门，管廊内管件，管廊内管件简单，施工和，施工和检修方便。但造价稍高。修方便。但造价稍高。 （3）进水、冲洗水及清水管均采用金属管道，排水渠单独设）进水、冲洗水及清水管均采用金属管道，排水渠单独设置，如图置，如图5-20（c）所示，特点：通常用于小型水厂或滤池单）所示，特点：通常用于小型水厂或滤池单行布置。行布置。 （4）对于较大滤池，为节约阀门，可以将进水和排水阀门分别）对于较大滤池，为节约阀门，可以将进水和排水阀门分别用进水虹吸和排水虹吸代替，冲洗水管和

95、清水管仍用阀门，如用进水虹吸和排水虹吸代替，冲洗水管和清水管仍用阀门，如图图5-20（d）所示。特点：虹吸管通水或断水以真空系统控制。）所示。特点：虹吸管通水或断水以真空系统控制。 3. 3. 快快滤池管渠池管渠设计流速流速 管渠流速可按下表确定，考管渠流速可按下表确定，考虑到今后水量有增大的可能到今后水量有增大的可能时，流速取低限。，流速取低限。表表5-9 5-9 管渠流速管渠流速 4.4.设计注意事注意事项 （1 1）滤池清水管池清水管应设短管或留有堵板短管或留有堵板, ,管径一般采用管径一般采用75200mm75200mm，以便，以便滤池翻池翻修后排放初修后排放初滤水。水。 （2 2）滤

96、池底部宜池底部宜设有排空管，其入口有排空管，其入口处设栅罩，池底坡度罩，池底坡度约为0.0050.005，坡向排，坡向排空管。空管。 （3 3）配水系）配水系统干管末端一般装有排气管。干管末端一般装有排气管。 （4 4）每个）每个滤池宜池宜设置水置水头损失失计及取及取样管。管。 （5 5）各种密封渠道上）各种密封渠道上应设有人孔，以便有人孔，以便检修。修。 （6 6）滤池池壁与砂池池壁与砂层接触接触处抹面抹面应拉毛，以免拉毛，以免过滤时水流在水流在该处形成形成“短路短路”而而影响水影响水质。名称名称流速（流速（m/s）名称名称流速（流速（m/s）进水管（渠）水管（渠）0.81.2冲洗水管冲洗水

97、管(渠渠)2.02.5清水管清水管(渠渠)1.01.5排水管排水管(渠渠)1.01.5 二、无二、无阀滤池池1. 1.重力式无重力式无阀滤池池过滤过程程 2. 2.重力式无重力式无阀滤池的反冲洗池的反冲洗过程程 3.3.设计要点要点 进水系水系统： （1 1） 进水分配槽水分配槽 （2 2）进水管水管U U形存水弯形存水弯滤池面池面积与高度：与高度：冲洗水箱：冲洗水箱：虹吸管的虹吸管的计算：算： 4.4.优缺点缺点 无无阀滤池一般用于中、小型水厂。池一般用于中、小型水厂。单池面池面积一般不大于一般不大于16m16m2 2。 优点：点： 不需大型不需大型阀门，冲洗完全自，冲洗完全自动，造价，造价

98、较低，操作管理低，操作管理较为方便，方便，过滤过程程中不会出中不会出现负水水头现象。象。 缺点：缺点： 池体池体结构构较复复杂，滤料装御困料装御困难，冲洗水箱位于，冲洗水箱位于滤池上部，出水池上部，出水标高高较高，高，相相应抬高了抬高了滤前前处理构筑物如沉定池或澄清池的理构筑物如沉定池或澄清池的标高，从而高，从而给水厂水厂处理构筑理构筑物的物的总体高程布置体高程布置带来困来困难。 三、三、 V V型型滤池池1. 1. 构造构造结构如构如图5-225-22所示。所示。 2. 2. 设计要点要点滤料：采用料：采用较粗粗滤料料较厚厚滤层增加增加过滤周期，即周期，即“均均质滤料料”；设计滤速：速：较高

99、，高，814m/h814m/h；配水系配水系统：一般采用：一般采用长柄柄滤头；滤层上的水深：一般上的水深：一般为1.21.5m1.21.5m；冲洗冲洗强强度：度：3.3.优缺点缺点 优点点 ： 采用均采用均质滤料料过滤，避免了，避免了级配配滤料料过滤时可能可能产生的一些缺点。生的一些缺点。滤料料层含含污容量大，出水水容量大，出水水质较好，好，过滤周期周期较长，过滤速度速度较高。采用气高。采用气- -水水联合合反冲洗，冲洗耗水量小，冲洗效果好。容易反冲洗，冲洗耗水量小，冲洗效果好。容易实现自自动过滤与冲洗。与冲洗。 缺点：缺点： 对冲洗操作要求冲洗操作要求严格，需要鼓格，需要鼓风机等机械。机等机

100、械。滤池施工要求池施工要求严格格。四、四、 移移动冲洗罩冲洗罩滤池池1. 1.构造构造见图5-235-23。2. 2. 设计要点要点 1. 1.滤池分格面池分格面积与分格数与分格数 2. 2.过滤水水头与冲洗水与冲洗水头 3.3.出水虹吸管与排水虹吸管出水虹吸管与排水虹吸管3.3.优缺点缺点 优点：点： 池体池体结构构简单；无需冲洗水箱（塔）；无大型；无需冲洗水箱（塔）；无大型阀门，管件小；采用，管件小；采用泵吸式冲吸式冲洗罩洗罩时，池深，池深较浅；与同浅；与同规模的普通快模的普通快滤池相比，造价有所下降。池相比，造价有所下降。 缺点：缺点： 不能排放初不能排放初滤水；机水；机电及控制及控制设备较多；自多；自动控制与控制与维修修较复复杂。 移移动冲洗罩冲洗罩滤池适用于大、中型水厂。池适用于大、中型水厂。 本章参考文献本章参考文献1 严熙世、范瑾初主熙世、范瑾初主编，给水工程水工程（第四版），北京，中国建筑工（第四版），北京，中国建筑工业出版社，出版社，2000：315351. 2 许保玖、安鼎年著，保玖、安鼎年著，给水水处理理理理论与与设计，北京，中国建筑工，北京，中国建筑工业出版社，出版社，1992：233350.