水质工程学－ 水质工程学－ I Water Quality Engineering 高景峰 高景峰 No. 2 第五章 第五章 过滤 过滤 ? 5.1 慢滤池和快滤池 慢滤池和快滤池 ? 5.2 过滤理论 过滤理论 ? 5.3 颗粒滤料 颗粒滤料 ? 5.4 滤层的反冲洗 滤层的反冲洗 ? 5.5 几种常见的滤池 几种常见的滤池 No. 3 5.1 慢滤池和快滤池 慢滤池和快滤池 ? ?滤速慢：滤速慢：V＝＝0.1-0.3 m/h，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，表面生长一层滤膜（1－－2个星期个星期 后） 后） ?效果：效果：浊度可降到浊度可降到0，可不消毒。，可不消毒。 ?机理：机理：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 ?藻类产生氧气，起氧化作用。藻类产生氧气，起氧化作用。 ?但生产效率低，但生产效率低，1－－3月后堵塞，需刮掉滤月后堵塞，需刮掉滤 膜，重新补砂。 膜，重新补砂。 ?一般用于小型水处理厂一般用于小型水处理厂 No. 4 慢滤池 优点 #可靠 #运行和维护费用低 #一般不需要化学预处理 缺点 #占地面积大 #需要人工清理 GPM ：：gallons per minute每分钟加仑数每分钟加仑数 No. 5 慢滤池 砂层 砾石层排水 这是沉淀池，慢滤池一般用 在氧化塘的出水处理上 No. 6 快滤池 z一、快滤池分类 z二、普通快滤池的构造 z三、过滤方式 z四、滤层内杂质分布规律 z五、提高滤池截污能力的途径 No. 7 一、快滤池分类 一、快滤池分类 ?普通快滤池 普通快滤池 ?虹吸滤池 虹吸滤池 ?重力滤池 重力滤池 ?压力滤池 压力滤池 ?移动罩冲洗滤池 移动罩冲洗滤池 No. 8 滤池类型 滤池类型 ?从滤料的种类分，有 从滤料的种类分，有 单层滤池，双层滤池和 单层滤池，双层滤池和 多层滤池 多层滤池 ; ?按作用水头分，有 按作用水头分，有 重力式滤池 重力式滤池 (作用水头 作用水头 4~5m)和压力滤池 和压力滤池 (15~20m); ?从进、出水及反冲洗水的供给与排除方式分 从进、出水及反冲洗水的供给与排除方式分 有 有 普通快滤池、虹吸滤池和无阀滤池。 普通快滤池、虹吸滤池和无阀滤池。 No. 9 二、普通快滤池的构造 二、普通快滤池的构造 ?组成： 组成： ?集水渠、洗砂排水渠、滤料层、承托层、配 集水渠、洗砂排水渠、滤料层、承托层、配 水系统 水系统 ?管廊： 管廊： ?浑水进水管、清水出水管、初滤水、冲洗来 浑水进水管、清水出水管、初滤水、冲洗来 水、冲洗排水、四大阀门（至少） 水、冲洗排水、四大阀门（至少） ?过滤过程： 过滤过程： 最大过滤水头损失 最大过滤水头损失 1.5－ － 2m ?工作周期： 工作周期： 过滤开始－冲洗结束＝ 过滤开始－冲洗结束＝ 12－ － 24h No. 10 No. 11 三、过滤方式 三、过滤方式 ? 1．变水头等速过滤 ．变水头等速过滤 ? 2．等水头等速过滤 ．等水头等速过滤 ? 3．等水头变速过滤 ．等水头变速过滤 No. 12 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 随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失 的增加，滤池内水位自动上升，自由进流， 的增加，滤池内水位自动上升，自由进流， 以保持过滤速度不变。 以保持过滤速度不变。 ?实例： 实例： 虹吸滤池、无阀滤池 虹吸滤池、无阀滤池 No. 13 水头损失与过滤时间的关系 水头损失与过滤时间的关系 No. 14 ?清洁水头损失 清洁水头损失 H 0 ?过滤任意时的水头损失 过滤任意时的水头损失 H＝ ＝ H 0 ＋ ＋ h ＋ ＋ ΔHt ? h：配水系统、承托层及灌渠水头损失之和 ：配水系统、承托层及灌渠水头损失之和 ?ΔHt：滤层的水头损失增值 ：滤层的水头损失增值 ?ΔHt与时间的关系反映了滤层截留杂质与过 与时间的关系反映了滤层截留杂质与过 滤时间的关系。可以直线关系来表示。 滤时间的关系。可以直线关系来表示。 ? H max 为最大过滤水头损失，一般为 为最大过滤水头损失，一般为 1.5 – 2.0 m No. 15 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， 通过设置出水流速调节器， ?实例：普通快滤池 实例：普通快滤池 No. 16 过滤时的水头损失 过滤时的水头损失 ?假设在整个过滤周期内，滤池的水位和滤速 假设在整个过滤周期内，滤池的水位和滤速 都保持不变， 都保持不变， ?那么如果测得滤池进水、出水以及出水阀后 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 的水头，就能得出滤池各部位水头损失的变 化情况 化情况 (如下图 如下图 )。 。 No. 17 ?水头损失示意图水头损失示意图 洗砂排水槽 滤层 垫层 H t h 1 h t H h 2 + v 2 /2g No. 18 ?滤池的总水头滤池的总水头H可分解为可分解为五五部分：部分： ? 1、、流经滤料层的水头损失流经滤料层的水头损失H t ： ： (从开始时的 从开始时的 H 0 ，随 ，随 时间呈直线增加 时间呈直线增加 )； ； ? 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h 1 (不随时间而 不随时间而 变 变 )； ； ? 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h t (开始时为 开始时为 h 0 ，可 ，可 通过开启阀门改变 通过开启阀门改变 )； ； ? 4、、出水管内流速水头出水管内流速水头v 2 ／ ／ 2g ? 5、、剩余水头剩余水头h 2 。 。 ?总水头总水头应为：应为： 2 2 1 2 h g v hhHH tt ++++= No. 19 ?过滤时， 过滤时， H t 逐渐增加，为使剩余水头 逐渐增加，为使剩余水头 h 2 不 不 变，可开大出水阀，使 变，可开大出水阀，使 h t 减小。 减小。 ?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 t 已 已 达最小，此时继续过滤， 达最小，此时继续过滤， h 2 就要逐渐减小， 就要逐渐减小， 直至被消耗完，滤池不再出水。 直至被消耗完，滤池不再出水。 ?实际操作时，一般在出水阀全开时 实际操作时，一般在出水阀全开时 (过滤时间 过滤时间 为 为 T)就停止过滤而进行反冲洗。时间 就停止过滤而进行反冲洗。时间 T即为过 即为过 滤周期。 滤周期。 No. 20 3．等水头变速过滤 ．等水头变速过滤 ?如果过滤水头始终保持不变，滤速必然要降低。如果过滤水头始终保持不变，滤速必然要降低。 ?实例：移动罩滤池实例：移动罩滤池 ?多格滤池进水渠连通，各池的水位和总水头损失相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 等，但滤速 v不等，主要是因为截污量不同。干净 不等，主要是因为截污量不同。干净 滤料滤速大。 滤料滤速大。 ?每座滤池的滤速是阶梯性的下降，但在每一阶梯段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上升，待 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，其它滤池的 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，相应地滤池组的水位也突然下降一 滤速下降一级，相应地滤池组的水位也突然下降一 些。 些。 ?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。 No. 21 四、滤层内杂质分布规律 四、滤层内杂质分布规律 ?滤料表层孔隙率较小。 滤料表层孔隙率较小。 杂质主要截留在滤料 杂质主要截留在滤料 表层。下部滤层的截 表层。下部滤层的截 污能力还未得到充分 污能力还未得到充分 发挥，由于水头损失 发挥，由于水头损失 的提高，过滤就得停 的提高，过滤就得停 止，导致滤料层截污 止，导致滤料层截污 能力低。 能力低。 No. 22 五、提高滤池截污能力的途径 五、提高滤池截污能力的途径 ?改进水方向，提高滤层含污能改进水方向，提高滤层含污能 力，延长过滤周期。 力，延长过滤周期。 ? 1）上向流）上向流 ?当流速太大时，表面应加格网当流速太大时，表面应加格网 或格栅。 或格栅。 ?缺点：反冲洗时膨胀受到限制缺点：反冲洗时膨胀受到限制 ?冲洗水流与过滤水流方向一冲洗水流与过滤水流方向一 致，冲洗效果不好，大量污泥 致，冲洗效果不好，大量污泥 需通过整个滤层才能排出，往 需通过整个滤层才能排出，往 往使污泥排除不净。 往使污泥排除不净。 No. 23 2）双向流 ）双向流 ?苏联发明的。此种过 苏联发明的。此种过 滤方式效果虽好，但 滤方式效果虽好，但 滤池构造复杂。 滤池构造复杂。 No. 24 3）双层或多层滤料 ）双层或多层滤料 No. 25 反粒度过滤方式 No. 26 No. 27 5.2 过滤理论 过滤理论 ?粒状介质过滤粒状介质过滤：： ?定义：定义： ?水和废水通过水和废水通过粒状滤料粒状滤料（如石英砂）床层时，其中（如石英砂）床层时，其中 的 的 悬浮颗粒和胶体 悬浮颗粒和胶体 就被截留在 就被截留在 滤料的表面和内部空 滤料的表面和内部空 隙 隙 中，这种通过粒状介质分离不溶性污染物的方法 中，这种通过粒状介质分离不溶性污染物的方法 称为 称为 粒状介质过滤 粒状介质过滤 ?工艺位置：工艺位置： ?可用于可用于活性炭吸附活性炭吸附和和离子交换离子交换等深度处理过程之前等深度处理过程之前 作为 作为 预处理 预处理 ?也可以用于也可以用于化学混凝化学混凝和和生化处理生化处理之后作为之后作为后处理后处理 No. 28 粒状介质过滤机理 粒状介质过滤机理 ? 1、阻力截留 、阻力截留 ? 2、重力沉降 、重力沉降 ? 3、接触粘附 、接触粘附 No. 29 1、阻力截留 、阻力截留 ?阻力截留或筛滤作用 阻力截留或筛滤作用 ?当原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较 当原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较 大 大 的悬浮颗粒 的悬浮颗粒 首先 首先 被截留在 被截留在 表层 表层 滤料的空隙 滤料的空隙 中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截 中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截 污能力随之变得越来越高，结果逐渐形成一 污能力随之变得越来越高，结果逐渐形成一 层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并 层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并 由它起主要的过滤作用。 由它起主要的过滤作用。 No. 30 ?筛滤作用的强度，主要取决于 筛滤作用的强度，主要取决于 表层滤料的最 表层滤料的最 小粒径 小粒径 和 和 水中悬浮物的粒径 水中悬浮物的粒径 ，并与 ，并与 过滤速度 过滤速度 有关。 有关。 ?悬浮物粒径愈 悬浮物粒径愈 大 大 ，表层滤料和滤速愈 ，表层滤料和滤速愈 小 小 ，就 ，就 愈容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也 愈容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也 愈 愈 高 高 。 。 No. 31 2、重力沉降 、重力沉降 ?原水通过滤料层时，众多的滤料表面提供了 原水通过滤料层时，众多的滤料表面提供了 巨大的不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有 巨大的不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有 效面积，形成了无数的小 效面积，形成了无数的小 “沉淀池 沉淀池 ”，悬浮物 ，悬浮物 极易在此沉降下来。 极易在此沉降下来。 ?重力沉降强度主要与滤料直径和过滤速度有 重力沉降强度主要与滤料直径和过滤速度有 关。 关。 ?滤料愈小，沉降面积愈大，滤速愈小，则水 滤料愈小，沉降面积愈大，滤速愈小，则水 流愈平稳，这些都有利于悬浮物的沉降 流愈平稳，这些都有利于悬浮物的沉降 据估计， 据估计， 1m 3 粒径为 粒径为 0.5mm的滤料中就拥有 的滤料中就拥有 400m 2 不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积 不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积 No. 32 3、接触粘附 、接触粘附 ?接触粘附主要有两个过程：迁移和粘附接触粘附主要有两个过程：迁移和粘附 ?迁移迁移是颗粒脱离流线接近滤料的过程，主要由以下是颗粒脱离流线接近滤料的过程，主要由以下 作用力引起： 作用力引起： ?拦截、拦截、 ?沉淀沉淀 ?惯性惯性 ?扩散扩散 ?水动力（非球形颗粒在速度梯度作用下发生转水动力（非球形颗粒在速度梯度作用下发生转 动） 动） ? ?对于这几种力的大小，目前只能定性描述。对于这几种力的大小，目前只能定性描述。 No. 33 No. 34 ?粘附： 粘附： 物理－化学作用力（范德华引力、静 物理－化学作用力（范德华引力、静 电力、以及一些特殊化学力） 电力、以及一些特殊化学力） ?但表层滤料的筛分作用也不能排除，特别是 但表层滤料的筛分作用也不能排除，特别是 在过滤后期，当滤层中的孔隙尺寸逐渐减少 在过滤后期，当滤层中的孔隙尺寸逐渐减少 时。 时。 No. 35 ?在实际过滤过程中，上述三种机理往往同时 在实际过滤过程中，上述三种机理往往同时 起作用，只是依条件不同而有主次之分。 起作用，只是依条件不同而有主次之分。 ?对 对 粒径较大的悬浮颗粒 粒径较大的悬浮颗粒 ，以 ，以 阻力截留 阻力截留 为主， 为主， 由于这一过程主要发生在 由于这一过程主要发生在 滤料表层 滤料表层 ，通常称 ，通常称 为 为 表面过滤 表面过滤 。 。 ?对于 对于 细微悬浮物 细微悬浮物 ，以发生在 ，以发生在 滤料深层 滤料深层 的 的 重力 重力 沉降和接触粘附 沉降和接触粘附 为主，称为 为主，称为 深层过滤 深层过滤 。 。 No. 36 No. 37 5.3 颗粒滤料 颗粒滤料 ? 1．种类 ．种类 ? 2．粒状滤料性能指标 ．粒状滤料性能指标 ? 3．滤料层规格 ．滤料层规格 ? 4、垫层 、垫层 No. 38 1．种类 ．种类 ?石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石 石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石 ?聚苯乙烯发泡塑料 聚苯乙烯发泡塑料 ?纤维球滤料 纤维球滤料 No. 39 2．粒状滤料的性能指标 ．粒状滤料的性能指标 ?粒径： 粒径： 假想球面直径 假想球面直径 ?级配曲线： 级配曲线： 各种粒径的颗粒所占重量比例的 各种粒径的颗粒所占重量比例的 累积曲线。 累积曲线。 No. 40 No. 41 ?优良的滤料必须满足以下要求： 优良的滤料必须满足以下要求： ? 1\有足够的机械强度 有足够的机械强度 ， ， ? 2\有较好的化学稳定性， 有较好的化学稳定性， ? 3\有适宜的级配和足够的空隙率。 有适宜的级配和足够的空隙率。 No. 42 滤料的性能指标有以下各项： 滤料的性能指标有以下各项： ? (1)有效直径和不均匀系数 有效直径和不均匀系数 ? (2)滤料的纳污能力 滤料的纳污能力 ? (3)滤料的空隙率和比表面积 滤料的空隙率和比表面积 No. 43 (1)有效直径和不均匀系数 有效直径和不均匀系数 ?有效直径有效直径是指能使是指能使10％的滤料通过的筛孔直径％的滤料通过的筛孔直径 (mm)，以 ，以 d 10 表示，即粒径小于 表示，即粒径小于 d 10 的滤料占总量的 的滤料占总量的 10％。同样， ％。同样， d 80 表示能使 表示能使 80％的滤料通过的筛孔直 ％的滤料通过的筛孔直 径 径 (mm)。 。 ? d 80 与 与 d 10 的比值就称为滤料的 的比值就称为滤料的 不均匀系数 不均匀系数 ，以 ，以 k 80 表 表 示 示 。 。 ?一般工程上为方便，一般一般工程上为方便，一般d min ≈d 10 , d max ≈d 80 ?（最大与最小粒径：（最大与最小粒径：d max , d min ） ） ?我国规范中，采用我国规范中，采用d max , d min , k 80 来控制滤料粒径分 来控制滤料粒径分 布。 布。 No. 44 ?例如， 例如， d 10 =0.60mm， ， d 80 =1.0mm，则 ，则 k 80 =1.0 ／ ／ 0.60=1.67。 。 ?显然，不均匀系数愈大，则滤料愈不均匀， 显然，不均匀系数愈大，则滤料愈不均匀， 小颗粒会填充于大颗粒的间隙内，从而使滤 小颗粒会填充于大颗粒的间隙内，从而使滤 料的空隙率和纳污能力降低，水头损失增 料的空隙率和纳污能力降低，水头损失增 大， 大， 因此不均匀系数以小为佳。但是，不均 因此不均匀系数以小为佳。但是，不均 匀系数愈小，加工费用也愈高。 匀系数愈小，加工费用也愈高。 ?通常 通常 k 80 值应控制在 值应控制在 1.65~1.80的范围内 的范围内 。 。 No. 45 (2)滤料的纳污能力 滤料的纳污能力 ?滤料层承纳污染物的容量常用 滤料层承纳污染物的容量常用 纳污能力 纳污能力 来表 来表 示。 示。 ?是在保证出水水质的前提下，在过滤周期内 是在保证出水水质的前提下，在过滤周期内 单位体积滤料中能截留的污物量，以 单位体积滤料中能截留的污物量，以 kg／ ／ m 3 或 或 g／ ／ cm 3 表示。 表示。 ?其大小与滤料的粒径，形状等因素有关。 其大小与滤料的粒径，形状等因素有关。 No. 46 (3)滤料的空隙率和比表面积 滤料的空隙率和比表面积 ?空隙率 空隙率 是指在一定体积的滤层中空隙所占的 是指在一定体积的滤层中空隙所占的 体积与总体积 体积与总体积 的比值。常用的石英砂和白煤 的比值。常用的石英砂和白煤 滤料的空隙率分别为 滤料的空隙率分别为 0.4和 和 0.5。 。 ?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 ，是指单位重量或单位体积 滤料所具有的表面积，以 滤料所具有的表面积，以 cm 2 ／ ／ g或 或 cm 2 ／ ／ cm 3 表示。 表示。 No. 47 ?单层滤池 单层滤池 通常以石英砂作为滤料。 通常以石英砂作为滤料。 ?由于石英砂粒度较小，因而虽能获得较好的 由于石英砂粒度较小，因而虽能获得较好的 出水水质，但污物穿透深度浅，不能充分利 出水水质，但污物穿透深度浅，不能充分利 用整个滤层的纳污能力。此外，沉积于细砂 用整个滤层的纳污能力。此外，沉积于细砂 顶面上的污物极易固结，反洗时也不易被冲 顶面上的污物极易固结，反洗时也不易被冲 去，增加了水头损失。 去，增加了水头损失。 这种现象在过滤悬浮 这种现象在过滤悬浮 物浓度较高 物浓度较高 的原水时尤为严重。 的原水时尤为严重。 No. 48 ?双层滤池 双层滤池 正是为了克服上述缺点而产生的， 正是为了克服上述缺点而产生的， 一般是在石英砂滤层 一般是在石英砂滤层 上 上 铺一层比重轻而粒度 铺一层比重轻而粒度 较大的无烟煤滤料。 较大的无烟煤滤料。 ?无烟煤的棱角多，空隙率比砂大，因而具有 无烟煤的棱角多，空隙率比砂大，因而具有 较大的纳污能力，能除去进水中的大部分悬 较大的纳污能力，能除去进水中的大部分悬 浮物。 浮物。 ?下层的细砂则主要起 下层的细砂则主要起 “精滤 精滤 ”作用，以保证较 作用，以保证较 好的出水水质。 好的出水水质。 No. 49 ?双层滤料的纳污能力明显地增大了。此外， 双层滤料的纳污能力明显地增大了。此外， 无烟煤的比重比砂小 无烟煤的比重比砂小 (二者分别为 二者分别为 1.4～ ～ 1.7和 和 2.55～ ～ 2.65)，在反洗时比较容易膨胀，只要 ，在反洗时比较容易膨胀，只要 粒度适宜，反洗后仍能处于滤床的上层，而 粒度适宜，反洗后仍能处于滤床的上层，而 不致产生很大程度的混杂。 不致产生很大程度的混杂。 No. 50 3、快滤池滤料层规格 、快滤池滤料层规格 20-2518-20450 230 70 1. 7 2. 5 <1.7 无烟煤 dmax＝1.6 dmin＝0.8 石英砂 dmax＝0.8 dmin＝0.5 重质矿石 dmax＝0.5 dmin＝0.25 三层滤料 14-1810-14300-400 400 <2.0 <2.0 无烟煤 dmax＝1.8 dmin＝0.8 石英砂 dmax＝1.2 dmin＝0.5 双层滤料 10-148-10700<2.0dmax＝1.2 dmin＝0.5 单层石英砂 滤料 厚度(mm) 不均匀系数 K80 粒径(mm) 强制滤速 (m/h) 滤速(m/h) 滤料组成 类别 No. 51 4、垫层 、垫层 ?垫层填充于滤层与集 垫层填充于滤层与集 (配 配 )水系统之间，其作 水系统之间，其作 用是过滤时阻挡滤料进入集水系统，反洗时 用是过滤时阻挡滤料进入集水系统，反洗时 还能起均匀布水作用。 还能起均匀布水作用。 ?垫层材料一般采用 垫层材料一般采用 天然卵石或碎石 天然卵石或碎石 。垫层材 。垫层材 料亦应有足够的机械强度和化学稳定性， 料亦应有足够的机械强度和化学稳定性， 其 其 最小粒径不应小于滤料的最大粒径， 最小粒径不应小于滤料的最大粒径， 从上至 从上至 下按粒度由小到大 下按粒度由小到大 分层铺设，反洗时不能被 分层铺设，反洗时不能被 水冲动而发生位移。 水冲动而发生位移。 其规格如下表所示。 其规格如下表所示。 No. 52 1016~324 108~163 104~82 102~41 厚度 厚度 (cm)粒径 粒径 (mm) 层次 层次 垫层规格 垫层规格 No. 53 No. 54 5.4 滤层的反冲洗 滤层的反冲洗 ?一、配水系统的不均匀性 一、配水系统的不均匀性 ?二、配水系统类型 二、配水系统类型 ?三、滤池反冲洗 三、滤池反冲洗 No. 55 一、配水系统的不均匀性 一、配水系统的不均匀性 ?配水系统的目的： 配水系统的目的： ?均匀分布反冲洗水 均匀分布反冲洗水 ?均匀收集过滤水 均匀收集过滤水 ?配水不均匀会造成： 配水不均匀会造成： ? 1）部分区域水量小，冲洗不净 ）部分区域水量小，冲洗不净 ? 2）部分区域水量大，冲动垫层 ）部分区域水量大，冲动垫层 No. 56 配水不均匀原因 配水不均匀原因 ? a点的冲洗水头 点的冲洗水头 Hx： ： ? Hx＝ ＝ S1a(Δaq a ) 2 +S2(Δaq a ) 2 +S3(Δaq a ) 2 + S4(Δaq a ) 2 ＋流速水头 ＋流速水头 ? S1：配水系统的阻力系数 ：配水系统的阻力系数 ? S2：孔眼出水的阻力系数 ：孔眼出水的阻力系数 ? S3：承托层的阻力系数 ：承托层的阻力系数 ? S4：滤料层的阻力系数 ：滤料层的阻力系数 ? q：冲洗强度 ：冲洗强度 (L/(s m 2 )) No. 57 ?同样对于同样对于b点而言点而言 ? Hx＝＝S1 b (Δbq b ) 2 +S2(Δbq b ) 2 +S3(Δbq b ) 2 + S4(Δbq b ) 2 ＋流速水头 ＋流速水头 ? q 最小最小 /q 最大最大 ≥0.95 -------达到均匀 达到均匀 ?两种途径：两种途径： ? 1）增大孔眼出水水力阻抗）增大孔眼出水水力阻抗 ? 2）降低配水系统水力阻抗）降低配水系统水力阻抗 4321 4321 SSSS SSSS q q a b b a +++ +++ = No. 58 二、配水系统类型 二、配水系统类型 ?按阻力：按阻力： ? 1．大阻力配水系统．大阻力配水系统 ? 2．小阻力配水系统．小阻力配水系统 ?按材质按材质 ? 3. 钢筋混凝土穿孔板：钢筋混凝土穿孔板： ? 4. 穿孔滤砖：穿孔滤砖： ? 5. 复合气水反冲洗滤砖：复合气水反冲洗滤砖： ? 6. 滤头：滤头： No. 59 ?如果反洗水分布不均，则流量小的部位滤料 如果反洗水分布不均，则流量小的部位滤料 冲洗不净。 冲洗不净。 污物逐渐粘结成 污物逐渐粘结成 “泥球 泥球 ”或 或 “泥 泥 饼 饼 ”； ； ?流量大的部位，则可能使垫层被冲动，滤料 流量大的部位，则可能使垫层被冲动，滤料 和垫层混杂，并造成 和垫层混杂，并造成 “跑砂 跑砂 ”，最终必然导致 ，最终必然导致 过滤过程的破坏。 过滤过程的破坏。 No. 60 1．大阻力配水系统 ．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（ 增加孔眼流速（ 5－ － 6m/s） ） ? ∴配水孔眼面积为滤池面积的配水孔眼面积为滤池面积的1/500 ?开孔比小＝开孔比小＝0.2－－0.25% ?特点：特点： ?工作可靠、采用最广、冲洗干净工作可靠、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。一般为穿孔管大阻力配水系统。 No. 61 No. 62 No. 63 9～ ～ 12mm 布水孔直径 布水孔直径 75～ ～ 300mm 布水孔中心距 布水孔中心距 占滤池面积的 占滤池面积的 0.2~0.25% 布水孔总面积 布水孔总面积 75~100mm 支管直径 支管直径 0.2~0.3m 支管中心距 支管中心距 1.5~2.5m/s 支管进口流速 支管进口流速 1.0~1.5m/s 总管进口流速 总管进口流速 管式大阻力配水系统设计数据 管式大阻力配水系统设计数据 No. 64 2．小阻力配水系统 ．小阻力配水系统 ?减少配水系统阻抗 减少配水系统阻抗 S1→增大配水空间 增大配水空间 →配水 配水 系统流速降低 系统流速降低 →使孔眼处的压力接近 使孔眼处的压力接近 →相应 相应 降低 降低 S2，增加开孔比 ，增加开孔比 1.0-1.5%。 。 ?特点： 特点： 配水系统结构简单，冲洗水头小（ 配水系统结构简单，冲洗水头小（ 2m 左右） 左右） ?适应于面积小的滤池，其均匀性取决于开 适应于面积小的滤池，其均匀性取决于开 孔比 孔比 No. 65 No. 66 3、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。 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 造价低，孔口不易堵，配水均匀性好，强度 高，耐腐蚀 高，耐腐蚀 ?但尼龙网接缝应接好，有时可铺一层卵石。 但尼龙网接缝应接好，有时可铺一层卵石。 No. 67 No. 68 4、穿孔滤砖 、穿孔滤砖 ?开孔比，上层 开孔比，上层 1.07％，下层 ％，下层 0.7% ?下层连通起配水渠的作用，上层不连通。钢 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。 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 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。 托层厚度不大，配水均匀性较好，但价格高。 No. 69 No. 70 5、复合气水反冲洗滤砖 、复合气水反冲洗滤砖 ?可单独用于水反冲，也可用于气水反冲洗。 可单独用于水反冲，也可用于气水反冲洗。 上层开孔比： 上层开孔比： 0.5-0.8%，斜面开孔比： ，斜面开孔比： 1.2- 1.5%。一般可用 。一般可用 ABS工程塑料制成。加工精 工程塑料制成。加工精 度易控制，安装方便，配水均匀性好，但价 度易控制，安装方便，配水均匀性好，但价 格高。 格高。 No. 71 No. 72 6、滤头 、滤头 ?短柄滤头用于单独水冲洗滤池，长柄滤头用于气短柄滤头用于单独水冲洗滤池，长柄滤头用于气 水反冲洗滤池。 水反冲洗滤池。 No. 73 三、滤池反冲洗 三、滤池反冲洗 ?滤池多采用逆流冲洗方式，有时也兼用压缩 滤池多采用逆流冲洗方式，有时也兼用压缩 空气反冲＼水力表面冲洗以及机械或超声波 空气反冲＼水力表面冲洗以及机械或超声波 搅动等辅助冲洗措施。 搅动等辅助冲洗措施。 ? 1．反冲洗方式 ．反冲洗方式 ? 2．反冲洗影响因素 ．反冲洗影响因素 ? 3．冲洗水排出与供给 ．冲洗水排出与供给 No. 74 1．反冲洗方式 ．反冲洗方式 ? 1) 高速水流反冲洗 高速水流反冲洗 ? 2）气、水反冲洗 ）气、水反冲洗 ?气冲强度： 气冲强度： 10－ － 20 L/m 2 s ?水冲强度： 水冲强度： 3－ － 4L/m 2 s ? 3）表面辅冲加高速水流反冲洗 ）表面辅冲加高速水流反冲洗 No. 75 2．反冲洗影响因素 ．反冲洗影响因素 ?冲洗强度 冲洗强度 ?反洗时单位滤池面积上通过的反洗水流量称 反洗时单位滤池面积上通过的反洗水流量称 为 为 反洗强度，以 反洗强度，以 q表示 表示 ，单位常用 ，单位常用 L／ ／ m 2 ·s。 。 ?滤层膨胀度： 滤层膨胀度： e No. 76 反冲洗要求 反冲洗要求 7－5 8－6 7－5 45 50 55 12－15 13－16 16－17 石英砂滤料 双层滤料 三层滤料 冲洗时间（min） 膨胀度（％） 冲洗强度(L/s m 2 ) 滤层 No. 77 3．冲洗水排出与供给 ．冲洗水排出与供给 ? 1）冲洗排水槽与集水槽 ）冲洗排水槽与集水槽 ?排水槽：均匀排水，中心间距： 排水槽：均匀排水，中心间距： 1.5-2.2m, 槽 槽 总面积占滤池面积的 总面积占滤池面积的 25％以内。 ％以内。 ? 2）冲洗水塔与水泵 ）冲洗水塔与水泵 No. 78 No. 79 5.5 几种常见的滤池 几种常见的滤池 ?一、虹吸滤池一、虹吸滤池 ? 1．构造及工作原理．构造及工作原理 ? 2．特点．特点 ? 3．滤池分格数．滤池分格数 ?二、其它滤池二、其它滤池 ? 1.重力式无阀滤池重力式无阀滤池 ? 2.移动罩冲洗滤池移动罩冲洗滤池 ? 3.压力滤池压力滤池 No. 80 一、虹吸滤池 一、虹吸滤池 ? 1960年初美 年初美 Green Leaf 圆形六格 圆形六格 ? 1964年 年 北京市政院第 北京市政院第 1座，北京印染厂 座，北京印染厂 圆 圆 形七格 形七格 ?北京市政院标准图 北京市政院标准图 No. 81 No. 82 1．构造及工作原理 ．构造及工作原理 ?最大水头损失： 最大水头损失： 1.5－ － 2.0m ?冲洗水头＝清水槽水位－冲洗排水槽顶， 冲洗水头＝清水槽水位－冲洗排水槽顶， 1.0－ － 1.2m No. 83 2．特点 ．特点 ?利用虹吸原理进水和排走洗砂水利用虹吸原理进水和排走洗砂水――――节省了两个阀节省了两个阀 门 门 ?小阻力配水系统小阻力配水系统――――不用冲洗水泵或水箱，可用滤不用冲洗水泵或水箱，可用滤 池本身的出水冲洗 池本身的出水冲洗 ?变水头等速过滤变水头等速过滤――――不需设置滤速调节器不需设置滤速调节器 ?滤过水头高于滤层滤过水头高于滤层――――正水头过滤正水头过滤 ?易于自动化控制易于自动化控制 ?但池深大，冲洗效果不够理想，单池面积不宜大但池深大，冲洗效果不够理想，单池面积不宜大 ?适用于中小水厂，造价比普快滤池低适用于中小水厂，造价比普快滤池低20－－30％。％。 No. 84 3．滤池分格数 ．滤池分格数 ?满足冲洗要求满足冲洗要求 ? ? n≥3.6 q/v ? q：冲洗强度（：冲洗强度（L/(s m 2 )） ） ? Q：每格滤池过滤流量（：每格滤池过滤流量（L/s）） ? F：单格滤池面积（：单格滤池面积（m2）） ? n：一组滤池分格数：一组滤池分格数 ? v = 8 – 12 m/h ? n> 5- 7 F nQ q ≤ No. 85 二、其它滤池 二、其它滤池 ? 1、重力式无阀滤池 、重力式无阀滤池 ?自动运行、操作方便 自动运行、操作方便 ?结构简单、造价低 结构简单、造价低 30－ － 50％ ％ ?小阻力配水系统，冲洗水由上部水箱供给 小阻力配水系统，冲洗水由上部水箱供给 ?但高度大，冲洗时进水被带走一部分 但高度大，冲洗时进水被带走一部分 ?有顶盖，装卸滤料不变，观察不到过滤 有顶盖，装卸滤料不变，观察不到过滤 情况。 情况。 No. 86 ? 2.移动罩冲洗滤池 移动罩冲洗滤池 ?反冲洗来自其它格的滤过水 反冲洗来自其它格的滤过水 ――― ――― 与虹吸滤 与虹吸滤 池相同 池相同 ?移动冲洗罩 移动冲洗罩 ―― ―― 与无阀滤池相同 与无阀滤池相同 ?分格数不小于 分格数不小于 8 No. 87 ? 3.压力滤池 压力滤池 ?最大允许水头损失： 最大允许水头损失： 5-6m No. 88