1、1第17章 过滤17.1 过滤概述1.过滤：指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。过滤对生活饮用水的水厂来说，必须有过滤，这是不可缺少的,它是保证饮用水卫生安全的重要措施。2.作用：降低水的浊度。从沉淀池过来的水浊度一般在10度以下，过滤水的浊度不超过1NTU。水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被部分去除。2标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容总体概述点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容3普通快滤池工作过程：过滤冲洗1621112453987131014图17-1 普通快滤池构造剖视图（箭头表示冲洗水流方向）1-进
2、水总管；2-进水支管；3-清水支管；4-冲洗水支管；5-排水阀；6-浑水阀；7-滤料层；8-承托层；9-配水支管；10-配水干管；11-冲洗水总管；12-清水总管；13-冲洗排水槽；14-废水渠：。：。：。：。：。：。：。：1.1.过滤过程过滤过程：。：。：。：。：。：。：。：1.1.过滤过程过滤过程：。：。：。：。：。：。：。：过滤过程1.1.过滤过程1.1.过滤过程过滤过程：。：。：。：。：。：。：。：1.1.过滤过程过滤过程：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：1.1.过滤过程过滤过程：。：。：。：。：。：。：。：1.1.过滤过程过滤过程：。：。：。：。：。：。：。：
3、1.1.过滤过程过滤过程：。：。：。：。：。：。：。：1.1.过滤过程过滤过程：。：。：。：。：。：。：。：1.1.过滤过程过滤过程2.2.反冲洗过程：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：。：2117.2 过滤理论粒状介质过滤机理 1、阻力截留 2、重力沉降 3、接触粘附221、阻力截留 阻力截留或筛滤作用 当原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，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
4、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，并由它起主要的过滤作用。23 筛滤作用的强度，主要取决于表层滤料的最小粒径和水中悬浮物的粒径，并与过滤速度有关。悬浮物粒径愈大，表层滤料和滤速愈小，就愈容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也愈高。242、重力沉降 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效面积，形成了无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。重力沉降强度主要与滤料直径和过滤速度有关。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据估计，1m3粒径为0.5mm的滤料中就拥有400m2不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有
5、效面积253.接触粘附 设D=0.5 mm，以球体计，d80 m。既80 m以下的颗粒都可以通过砂层。给水过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用的结果。而经过混凝沉淀的进入滤池的最大颗粒尺寸一般为20 30 m之间，还有很多更小的颗粒，但滤池都能去除掉它们，说明不是“筛滤”的作用。筛滤的机理无法解释。26 水中的悬浮颗粒能够粘附于颗粒表面上，涉及两个问题：第一、被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这就涉及到颗粒脱离水流流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理。第二、当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠那些力的作用使它们粘附于滤料表面上。这就涉及粘附机理。27（1）颗粒迁移 在过滤过程中，滤
6、层孔隙中的水流一般属层流状态。被水流夹带的颗粒将随水流流线运动，它之所以会脱离流线而与滤料表面接近，完全是一种物理的力学作用。一般认为有以下几种作用引起：拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用等。杂质颗粒流线滤料拦截沉淀惯性扩散水动力图17-2 颗粒迁移机理示意28 当颗粒尺寸较大时，处流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用；颗粒的速度较大时会在重力的作用下脱离流线，产生沉淀作用；颗粒具有较大惯性时也可以脱离流线与滤料表面接触（惯性作用）；颗粒较小时，布朗运动较剧烈时会扩散至滤料表面（扩散作用）；在滤料表面附近存在速度梯度，非球体颗粒由于在速度梯度作用下，会产生转动而脱离流线与颗粒流线接触（水
7、动力作用）。29拦截沉淀惯性扩散水动力30（2）颗粒粘附 当水中杂质颗粒迁移到滤料表面上时，则在范德华引力和静电力相互作用下，以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力下，被粘附于滤料颗粒表面上，或者粘附在滤粒表面上原先粘附的颗粒上。31因此，粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。未经脱稳的悬浮物颗粒，过滤效果很差，这就是证明。基于这一概念，过滤效果主要取决于颗粒表面的性质而无须增大颗粒尺寸。相反如果悬浮颗粒尺寸过大或滤层空隙尺寸减小时，表层机械筛滤作用也不能完全排除，但反而会引起表面滤料孔隙堵塞，这种现象并不希望发生。32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
8、有主次之分。对粒径较大的悬浮颗粒，以阻力截留为主，由于这一过程主要发生在滤料表层，通常称为表面过滤。对于细微悬浮物，以发生在滤料深层的重力沉降和接触粘附为主，称为深层过滤。33 （3）滤层内杂质分布规律 与颗粒粘附同时，还存在由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。34 图17-3 颗粒粘附和脱附力示意 滤料321F1F2F3Fs1Fs2Fs3脱附力Fa3Fa2Fa1 过滤开始阶段，滤层比较干净，孔隙率较大，孔隙流速小，水流剪力Fs1较小，因而粘附力作用占优势。随着过滤时间延长，滤层中杂质逐渐增大，以至最后粘附上的颗粒，将首先
9、脱落下来，或者被水流夹带的后续颗粒不在有粘附现象，于是，悬浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留作用渐次得到发挥。35滤料表层孔隙率较小（分层作用），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。严重时，由于表层滤料的“筛滤”结果，形成滤膜，使过滤阻力剧增。其结果，在一定过滤水头下，滤速将急剧减小，或滤膜产生裂缝时，大量水流将自裂缝中流出，造成局部流速过大而使杂质穿透整个滤层，出水水质恶化。这时尽管下层滤料还未发挥它们应有的作用，过滤也将被停止。36 1）滤层含污能力：是指工作周期结束时，整个滤层单位体积滤料中所截留的杂质量，以g
10、/cm3或kg/m3 计，显然含污能力大，表明整个滤层所发挥的作用大。截污量（g/cm3）滤层深度cm石英砂无烟煤石英砂单层滤料双层滤料37 石英沙无烟煤图17-5 几种滤料组成示意无烟煤石榴石石英沙均质滤料（a）（b）（c）2）常见滤料组成：单层滤料滤池 多层滤料滤池 均质滤料滤池38（4）直接过滤 原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。一般原水浊度较低，在100度以下采用。直接过滤充分体现了滤层中特别是深层滤料中的接触絮凝的作用。39 直接过滤两种方式 原水加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备，成为“接触过滤”。滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相
11、近的微絮粒后即刻进入滤池过滤，称“微絮凝过滤”。滤前是否设置微絮凝池，目前还有不同看法，应根据具体水质条件决定。40采用直接过滤工艺必须注意以下几点：原水水质较稳定，浊度在100以下，最好4050。易采用双层、三层或均质滤料，适当增大滤层厚度和粒径，使孔隙率加大，否则易堵塞。不应形成大的絮凝体以免堵塞。为提高絮粒强度和粘附力，可在滤池进口之前附近投加助凝剂（活化硅酸及聚丙烯酰胺等），发挥高分子在滤层中的吸附架桥作用，使粘附在滤料上的杂质不易脱落。滤速根据原水水质、不易太大，一般控制在5m/h，最好由试验决定。41直接过滤特点：1.工艺简单；2.混凝剂用量少；3.易于处理低温低浊水。4217.2
12、.2 过滤水力学（1）清洁滤层水头损失02030200)1()1(180ldmmgh卡曼-康采尼公式（Carman-Kozony）公式：过滤开始时，滤层是干净的，水流通过干净滤层的水头损失称“清洁滤层水头损失”，滤速为810m/h，水头损失为3040cm。43随着过滤时间的延长，滤层空隙率逐渐减小，在水头损失保持不变的条件下，将引起滤速减小。反之在滤速保持不变的情况下，将引起水头损失的增加。这样就产生了等速过滤和变速过滤两种基本过滤方式。)/()1()1(1802102302010iniiniidpvlmmghh非均匀滤层按下式计算：实际滤层是非均匀滤料。计算非均匀滤层水头损失，可分成若干层，
13、则各层水头损失之和为整个滤层总水头损失。44 （2）等速滤层中的水头损失变化当滤池过滤速度保持不变，亦既滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。在等速过滤状态，由于滤层逐渐被堵塞，水头损失随过滤时间逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，当水位上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗。无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。45最 高 水 位最 低 水 位进水出水Hmaxh Ho图 1 7-6 等 速 过 滤46（3）变速滤层中的流速变化设四个滤池组成一个滤池组，假设：进入滤池组的总流量不变；每个池子的性能完全相同；每个滤池恰好按它的编号顺序进行冲洗。则滤池的水位与滤速变化如图17-9所示。移动冲洗罩滤池是典型的
14、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“等水位变速过滤”。滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤称“变速过滤”或“减速过滤”。47最高水位进水渠进水阀排水阀排水渠最低水位清水池图17-8 减速过滤（一组4座滤池）480过滤时间t（h）滤速v（m/h）图17-9 一座滤池滤速变化（一组共4座滤池）49变速过滤的特点：与等速过滤相比，在平均滤速相同的情况下：1.减速过滤的滤后水质好；2.在相同过滤周期内，过滤水头损失较小。3.相反，滤层内截留杂质较多时，虽然滤速降低，但因滤层孔隙率减小，孔隙流速未必减小。50（4）滤层
15、中的负水头 当过滤进行到一定时刻时，从滤料表面到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深，该深度处就出现负水头。51负水头对过滤的影响及破坏作用：负水头会导致溶解与水中的气体释放出来而形成气囊。气囊对过滤有破坏作用：减少有效过滤面积，使过滤时的水头损失及滤速增加，严重时会破坏滤后水质；气囊会穿透滤层上升，有可能将部分细滤料或轻质滤料带出，破坏滤层结构，反洗时，气囊更易将滤料带出滤池。避免滤池中出现负水头的两个方法：增加砂面上的水深；令滤池出口位置等于或高于滤层表面。525325hbhc出水水深负水头区-50-155010015017510015015a bc滤料卵石175 图17-10 过
16、滤时滤层内压力变化1-静水压力线；2-清洁滤料过滤时水压线；3-过滤时间为t1时的水压线；4-过滤时间为t2(t2t1)时的水压线123445541.反粒度过滤 设滤料的粒径按水流方向逐渐减小，使水流经过粗滤料，再经过细滤料，既所谓“反粒度”过滤，这是一个新的概念。改善滤池过滤过程的途径：。：。：。：。：。：。：。：常规过滤反粒度过滤反粒度过滤方式：1.双层滤料2.三层滤料3.均质滤料55562.上向流过滤 滤料的粒径仍由上而下逐渐增大，但自滤池下部进水，上部出水，成反粒度过滤方式，起作用的是粗滤料粒径。上向流过滤即可加大周期或加大滤速，当滤速较高时，水使砂层悬浮起来，为了稳定滤层加格网，构造
17、较复杂。缺点是：冲洗时滤层膨胀受到格网限制，增加冲洗困难，影响冲洗效果，反冲洗时，卵石上的泥冲不净，露天的滤池得想办法防止树叶等杂物堵塞孔眼。方法是可行的，但有各种各样的问题，没有得到推广。573、双向流过滤 水从上、下进入，而从中间引出，由正向流和反向流组成，解决了滤料的悬浮问题，由于有上向流同样的缺点而没有推广。苏联发明的，此种过滤方式效果虽好，但滤池构造复杂。584.双层、多层滤料过滤 双层滤料，上层采用的是重力较小的无烟煤，下层采用的是重力较大的石英砂，在反冲洗后要保持分层状态，不混杂。70年代我国也出现了三层滤料：上层：无烟煤0.82.0 mm =1.4 1.7中层：石英砂0.50.
18、8 mm =2.6下层：磁铁矿0.25 0.5 mm =4.7下层也可采用石榴石。可以大大的提高滤速，有很大的经济意义。59密度较小、粒径较大(无烟煤)密度较大、粒径较小(石英砂)双层三层石榴石605.粗滤料过滤 d 增大，粗滤料颗可提高滤层的含污能力，增大压力周期，有的粒径可达1.0 2.0 mm，同时要增大滤层厚度，粗滤料反冲的水量大，限制了滤料过粗。616.均质滤料的组成 均质滤料是指沿整个滤层深度方向任意横断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致。要做到这一点，必要的条件是反冲洗滤料层不能膨胀。当前应用较多的气、水反冲洗滤池就属于均质滤料滤池，这种均质滤料层的含污能力显然也大于上细、下粗的级
19、配滤层。627.辐流式过滤 中间进水，辐射流经砂层。一般滤池，流速太大，影响水质，这样v不能提的太高。（国外滤速又回到5m/h）滤速进口高速度，出口流速减小，得到优质的过滤水，把高滤速、优质水结合起来了，但要解决好配水。6317.3 滤料和承托层17.3.1 滤料滤料的要求：具有足够的机械强度，以防冲洗时滤料产生磨损和破碎现象；具有足够的化学稳定性，以免滤料与水产生化学反应而恶化水质。尤其不能含有对人类健康和生产有害物质；具有一定的颗粒级配和适当的空隙率。1.滤料应尽量就地取材，货源充足，价廉。64 1）有效粒径和不均匀系数法：108080ddK滤料粒径是指把滤料包围在内的一个假想的球体直径，
20、滤料级配是指滤料粒径大小不同的颗粒所占比例，通常用一套不同孔径的筛子进行筛分，以选取滤料。（1）滤料粒径级配K80 越大，表示粗细颗粒尺寸相差越大，滤料粒径越不均匀，这对过滤和冲洗都很不利。65（2）滤料筛选方法：取某天然河砂砂样300g，洗净后置于105 C恒温箱中烘干，待冷却后称取100g，用一组筛子过筛，最后称出留在筛子上的重量，作好记录。根据以上实验数据绘成曲线，从曲线上求得 d10=0.4 mm，d80=1.34 mm，因此：K80=1.34/0.4=3.37 上述河砂不均匀系数较大。根据设计要求：d10=0.55mm,K80=2.0,则：d80=2 0.55=1.1mm，按此要求筛
21、选滤料。0204060801000.20.4 0.550.81.01.2 1.341.61.82.02.22.420104060801001.10.441.54()0.61.4通过筛孔砂量()筛孔孔径（mm）图17-11 滤料筛分曲线66306nGd在科研上进行研究时存在以下缺点：1.筛孔尺寸未必精确；2.未反应滤料颗粒的形状因素；为此，常需求出滤料等体积球体直径，求法是：将滤料样品过筛后，再将筛用力振动几下，又会落下一些颗粒，这些颗粒恰是通过筛孔的最大颗粒。从此中取出若干在分析天平上称重并数出颗粒数，按下式求出等体积球体直径d0。67VGm1颗粒实际表面积同体积球体表面积（3）滤料孔隙率的测
22、定：（4）滤料形状：根据实测滤料形状对过滤和反冲洗水力学特性的影响得出，天然砂滤料的球度系数一般宜采用0.750.80。一般所用石英砂滤料的孔隙率为0.42左右。68（5）双层或多层滤料级配：序号形状描述球度系数孔隙率1圆球形1.00.382圆 形0.980.383已磨蚀的0.940.394带锐角的0.810.405有角的0.780.4369有两个问题值得讨论：1.如何预示不同种类滤料的相互混杂程度；2.滤料混杂对过滤的影响。以石英砂为例（双层），在铺设滤料时，粒径小重度大的砂粒位于滤池底部，而粒径大、重度小的煤粒位于滤层上部，但在反冲洗后，可能出现三种情况：（如图）701.分层正常，煤在上、
23、砂在下；2.煤砂相互混杂，也可能部分混杂（在煤砂交界面上）也可能完全混杂；3.煤砂分层颠倒，既上层砂、下层煤。以上这种情况的出现，主要决定于煤砂的重度差、粒径差，砂的粒径级配、滤料的形状、水温及反冲洗强度。71 煤砂在反冲洗以后，所以能够分层，主要原因是两种不同比重的滤料在反冲洗上升水流中所形成的两种悬浮体比重不同所致。（煤水混合体，砂水混合体）。比重大的趋向下层，比重小的趋向上层，反冲洗一旦停止，两种滤料便保持分层状态。如果两种滤料形成的悬浮体比重相同，则将造成混杂。（根据经验）最粗的无烟煤与最细的石英砂粒径之比在3：4之间，可保持良好的分层状态，但交界面处一定的混杂也是难免的。其混杂厚度在
24、5cm左右，对过滤效果并无影响。72滤料混杂时对过滤有何影响，有两种观点：1.煤砂交界面上适度混杂，可避免交界面上积聚过多杂质而使水头损失增加较快，故适度混杂是有宜的。2.煤砂交界面不应有混杂现象，因为煤层起截留大量杂质作用，砂层起精滤作用，而交界面分层清晰，起始水头损失将较小。实际上，煤砂交界面上不同程度的混杂是难免的，只要不大于 5cm左右就可以。另外，选用无烟煤时，要考虑煤的流失问题，在生产上此问题较严重。73类别滤料组成滤速（m/h）强制滤速（m/h）粒径（mm）不均匀系数K80厚度（mm）单层石英砂滤料dmax=1.2dmin=0.52.0700101014双层滤料无烟煤dmax=1
25、.8dmin=0.82.030040010141418石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400三层滤料无烟煤dmax=1.6dmin=0.81.745018202025石英砂dmax=0.8dmin=0.51.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.251.77074 单层滤池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。这种现象在过滤悬浮物浓度较高的原水时尤为严重。75 双层滤池正是为了克服上述缺点而产生的，一般是在石英砂滤层上铺
26、一层比重轻而粒度较大的无烟煤滤料。无烟煤的棱角多，空隙率比砂大，因而具有较大的纳污能力，能除去进水中的大部分悬浮物。下层的细砂则主要起“精滤”作用，以保证较好的出水水质。76 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(二者分别为1.41.7和2.552.65)，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，而不致产生很大程度的混杂。77 17.3.2 承托层 承托层的作用（1）主要是防止滤料从配水系统中流失；（2）同时对均布冲洗水也有一定作用。如承托层造成混层、漏砂，滤池就不能工作了，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。三层滤料滤池，由于
27、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。如果采用小阻力配水系统，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。78表17-5 三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度层次（自上而下）材料粒径（mm）厚度（mm）1重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）0.51.0502重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）12503重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）24504重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）48505砾石8161006砾石1632本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100层次（自上而下）粒径（mm）厚度124100248100381610041632本层顶面高度至少应高于配系统孔眼
28、1007917.4 滤池冲洗目的：是清除滤层中截留的污物，使滤料层在短时间内恢复工作能力，冲洗通常采用水流自下而上的反冲洗。常用的反冲洗方法：高速水流反冲洗；（中国、美国广泛应用）气-水联合反冲洗；（国外普遍，中国增多）表面助冲加高速水流反冲洗。8017.4.1 高速水流反冲洗（1）冲洗强度、滤层膨胀度和冲洗时间 1）冲洗强度指单位面积滤层所通过的冲洗流量。2）滤层膨胀度 (%)10000LLLe 由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变，于是：)1()1(00mLmLmmme10故：81e过小，下层滤料浮不起来；e过大，因滤料颗粒较小，它们之间碰撞摩擦机率减小，还会使上层滤料流失，承托层发生
29、移动。理想的e应是截留杂质的那部分滤料恰好完全膨胀起来为限，或者下层最大滤料颗粒刚刚开始浮起时为宜。根据经验，一般单层滤料（砂料）e采用45%左右，煤砂双层滤料取50%左右可取得良好效果。82序号滤层类型冲洗强度(L/sm2)膨胀度（%）冲洗时间（min）1石英砂滤料121545752双层滤料131650863三层滤料16175575 3）冲洗时间生产中必须保证冲洗时间，一般在实际操作时，主要看冲洗废水的允许浊度来决定。83利用上升空气气泡的振动，可有效地将附着于滤料表面污物擦洗下来，使之悬浮于水中，然后再用水反冲把污物排除池外。因为气泡能有效地使滤料表面污物破碎、脱落，故可大大地减小水冲强度
30、，即可采用所谓的“低速反冲”。水冲强度大小，视操作方式不同而异。气水反冲方法有以下几种：1.先用气冲，然后再用水冲；2.先用气水同时反冲，然后再用水冲。17.4.2 气、水反冲洗84 优点：1.提高冲洗效果，节省冲洗水量。2.冲洗时滤层可不膨胀或轻微膨胀，冲洗后滤层不产生或不明显产生上细下粗现象。可保持原来滤层结构从而提高滤层含污能力。缺点：（与高速水流反冲洗相比）1.增加气冲设备，（鼓风机或空气压缩机和储气罐）2.池子结构和冲洗操作也较复杂。8517.4.3 配水系统作用：反冲洗时，均匀分布反冲洗水；过滤时，均匀集水。反冲洗时配水不均匀的危害：则流量小的部位滤料冲洗不净。污物逐渐粘结成“泥球
31、”或“泥饼”；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“跑砂”，最终必然导致过滤过程的破坏。86设计主要是满足反冲洗时的要求，也能同时满足过滤水的收集，常见的配水系统有：按材质 钢筋混凝土穿孔板 穿孔滤砖 复合气水反冲洗滤砖 滤头按阻力：大阻力配水系统、小阻力配水系统、中阻力配水系统87（1）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）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。8889 4545图17-16 穿孔支管孔口位置干管支管cba进水图17-15 穿孔大阻力配水系统90 1
32、）沿途泄流管道 干管和支管均可近似看作沿途泄流管道，因此，沿途均匀泄流管道中的水头损失为 代入上式得：故hgvHH2212231aLQh 2212312aLQgvHHgvDLnHH2)5.411(233.121291设n=0.012，则当 时，在快滤池的配水系统中，满足 这一条件，因而，33.1006.0LD 0)5.411(33.12DLn12HH 33.1006.0LD 12HH H1hH2LVav2/2g压力水头线总水头线图17-17沿途均匀泄流管内压力变化92 2）大阻力配水系统的原理 由于：所以221)(aaQSSHgvgvHHoaac2222221)(ccQSSHgvvSSQSSS
33、SQaoac21222122121由上式可知两孔口流量不可能相等。但使Qa尽量与Qc接近还是可能的。其措施之一就是减小孔口总面积以增大S1，增大S1就削弱了承托层、滤料层阻力系数及配水系统压力不均匀的影响。这就是大阻力配水系统的基本原理。93 图17-15中孔口a与孔口c的出流量Qa、Qc可按下式进行计算：aagHQ2ccgHQ2)(2122aoaacavvgHHQQ 3）穿孔管大阻力配水系统的设计整理得：上式说明，当孔口水头损失越大时（大阻力），a孔与c孔的出流量之比越接近于1。94 整理上式可得：为了简化计算，假设每根支管的进口流量相同，v0和va可分别按下列两式进行计算：95.0)(21
34、22aoaavvgHH)(2122aoavvgHOoqFv310aanqFv310 设配水系统配水均匀性要求在95%以上时，即令Qa/Qc0.95，则：95 为了简化计算，Ha可以孔口平均水头损失计算，则Ha为：得：将=0.62代入上式并整理得：上式为大阻力配水系统构造尺寸计算的依据。gfqFHa21102323232310102192110aOnqFqFggfqF29.022aonff96 上式说明：大阻力配水系统配水的均匀性只与干管截面积、支管截面积、支管个数、孔口总面积等有关，而与其它因素无关。当滤池面积过大时，滤池中砂层和承托层的铺设、冲洗废水的排除等的不均匀度都将对冲洗效果的产生影响
35、。29.022aonff97 2）小阻力配水系统 减小干管和支管进水流速v0和va，同样可使布水趋于均匀，可以减小孔口阻力系数以减小孔口水头损失，就是“小阻力”。gvvSSQSSSSQaoac21222122121)(2122aoaacavvgHHQQ 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%。98 特点：配水系统结构简单，反冲洗水头小（2m左右）；配水均匀性较大阻力配水系统差，当配水系统室内压力稍有不均匀，滤层阻力稍不均匀，滤板上孔口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来；滤池面积较大时，不宜采用小阻力配
36、水系统。适应于面积小的滤池，其均匀性取决于开孔比。99 滤板底部配水室图17-19 小阻力配水系统膨胀砂面冲洗水排水槽100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。101707070 35357070703010100图17-20 钢筋混凝土穿孔滤板102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。103 清水池浑水渠冲洗水流滤砖上层用10mm导板隔开116002502
37、802802801:2水泥砂浆嵌缝粉平1-1剖面图图17-21 穿孔滤砖104滤池穿孔滤砖105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。上层开孔比：0.5-0.8%，斜面开孔比：1.2-1.5%。一般可用ABS工程塑料制成。加工精度易控制，安装方便，配水均匀性好，但价格高。106107滤头 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。108长柄滤头总长300mm缝隙宽0.25-0.4 mm套筒长100mm套筒气、水滤帽水空气直管滤板109 以下自学110 HeH2H21-1剖面图17-24 冲洗废水的排除1.5xx0.07m2x图17-25 冲洗排水槽剖面17.4
38、.4 冲洗废水的排除 1.冲洗排水槽 2.排水渠11117.4.5 冲洗水的供给（1）冲洗水塔或冲洗水箱 特点：造价高；操作简单；专用水泵小，耗电量较均匀。冲洗水箱一般与滤池合建，通常建造于滤池操作室层顶上，水塔（箱）中水深不宜超过3m。水塔（箱）容积可按单个滤池冲洗水量的1.5倍计算：qFtqFtV09.01000605.1 水塔（箱）底高出滤池冲洗排水槽顶的高度可按下式计算：543210hhhhhH112113（2）水泵冲洗 水泵冲洗的特点：投资省；操作较为麻烦；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。水泵流量和杨程分别为：qFQ 543210hhhhhHH114115滤池
39、类型 从滤料的种类分，有单层滤池，双层滤池和多层滤池;按作用水头分，有重力式滤池(作用水头45m)和压力滤池(1520m)；从进、出水及反冲洗水的供给与排除方式分有普通快滤池、虹吸滤池和无阀滤池。11617.5 普通快滤池组成：集水渠、洗砂排水渠、滤料层、承托层、配水系统管廊：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）工作周期：过滤开始冲洗结束1224h过滤过程：最大过滤水头损失1.52m工作原理：进水从进水渠进入，经过滤后，从清水渠流走。冲洗时，水从冲洗水渠进入，从排水渠排走。117滤池总面积（m2）303050100150200300滤池个数233或4465656
40、17.5.1 单池面积和滤池深度滤池个数11817.5.2 管廊布置管廊：集中布置滤池的管渠、配件及阀门的场所。要求：（1）力求紧凑，简捷；（2）留有设备与管配件安装、维修时必须的空间；（3）具有良好的防水、排水、通风、照明设备；（4）便于与滤池操作室联系；（5）管廊中的管道一般用金属材料，也可用钢筋混凝土渠道；（6）管廊门及通道应允许最大配件通过，并考虑检修方便。119（1）进水、清水、冲洗水和排水渠，全部布置在管廊内。（2）冲洗水和清水渠布置在管廊内，进水和排水以渠道形式布置于滤池另一侧。（3）进水、冲洗水及清水管均采用金属管道，排水渠单独设置。（4）对于较大型滤池，为节约阀门，可以虹吸管
41、代替排水和进水支管；冲洗水管和清水管仍用阀门。布置形式：120 进水渠排水渠冲洗水渠清水渠（a）121进水渠排水渠冲洗水渠清水渠（b）122排水槽排水管进水管冲洗水管清水管排水渠（c）123冲洗水箱冲洗水渠进水虹吸管 排水槽泄气管真空管排水虹吸管排水渠冲洗水管清水渠清水管（d）图17-26 快滤池管廊布置进水渠真空管124 17.5.3 管渠设计流速名称流速（m/s）名称流速（m/s）进水管（渠）0.81.2清水管(渠)2.02.5清水管(渠)1.01.5排水管(渠)1.01.5管渠流速125 17.5.4 设计中注意几点（1）滤池清水管应设短管或留有堵板，管径一般采用75200mm，以便滤池
42、翻修后排放初滤水。（2）滤池底部宜设有排空管，其入口处设栅罩，池底坡度约为0.005，坡向排空管。（3）配水系统干管末端一般装有排有排气管。（4）每个滤池宜设置水头损失计及取样管。（5）各种密封渠道上应设有人孔，以便检修。（6）滤池池壁与砂层接触处抹面应拉毛，以免过滤时水流在该处形成“短路”而影响水质。12617.6 无阀滤池17.6.1 重力式无阀滤池的构造和工作原理自动运行、操作方便 结构简单、造价低3050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有顶盖，装卸滤料不变，观察不到过滤情况。127121211451768920161015131419183HH0图
43、9-25 无阀滤池过滤过程1-进水分配槽；2-进水管；3-虹吸上升管；4-伞形顶盖；5-挡板；6-滤料层；7-承托层；8-配水系统；9-底部配水区；10-连通渠；11-冲洗水箱；12-出水渠；13-虹吸辅助管；14-抽气管；15-虹吸下降管；16-水封井；17-虹吸破坏斗；18-虹吸破坏管；19-强制冲洗管；20-冲洗强度调节器712817.6.2 重力式无阀滤池的设计要点 （1）虹吸管计算 计算流量21QQQ654321hhhhhhh冲洗水头（2）冲洗水箱（3）进水管U型存水弯（4）进水分配槽129优点：它不需大型阀门，冲洗完全自动，造价较低，操作管理较为方便，过滤过程中不会出现负水头现象。
44、缺点：池体结构较复杂，滤料装御困难，冲洗水箱位于滤池上部，出水标高较高，相应抬高了滤前处理构筑物如沉定池或澄清池的标高，从而给水厂处理构筑物的总体高程布置带来困难。13017.7 其它形式滤池17.7.1 虹吸滤池 1960年初美Green Leaf 圆形六格 1964年北京市政院第1座，北京印染厂圆形七格13117.7.1 虹吸滤池1.工作原理FnQq QqFnvqn6.3滤池分格数 由于故或最大水头损失：1.52.0m冲洗水头清水槽水位冲洗排水槽顶，1.01.2m132 12171545316109786111213冲洗过滤1-进水槽；2-配水槽；3-进水虹吸管；4-单格滤池进水槽；5-进
45、水堰；6-布水管；7-滤层；8-配水系统；9-集水槽；10-出水管；11-出水井；12-出水堰；13-清水管；14-真空系统；15-冲洗虹吸管；16-冲洗排水管；17-冲洗排水槽 图17-29 虹吸滤池的构造133 1）优点：不需要大型阀门及相应的启闭控制设备，也无管廊；可以利用滤池本身的出水量、水头进行冲洗，不需要设置冲洗高位水箱或水泵；可以在一定的范围内，根据来水量的变化自动均衡地调节各格滤池的滤速，不需要滤速控制设施；滤出水水位永远高于滤层，不会发生负水头现象。优缺点2）缺点：池深较大；不能排放初滤水；冲洗强度受其它几格滤池出水量的影响，故冲洗效果不象普通快滤池那样稳定。13417.7.
46、2 移动罩滤池工作原理反冲洗来自其它格的滤过水与虹吸滤池相同移动冲洗罩与无阀滤池相同分格数不小于8135 -剖 面Z3Z110161115136Z2Z1107689543151413111221137图17-30 移动罩滤池（11）（14）（10）（9）（4）（15）（16）（21）12（3）（22）12（2）（1）（23）（24）21 1-进水管；2-穿孔配水墙；3-消力栅；4-小阻力配水系统的配水孔；5-配水系统的配水室；6-出水虹吸中心管；7-出水虹吸管钟罩；8-出水堰；9-出水管；10-冲洗罩；11-排水虹吸管；12-桁车；13-浮筒；14-针形阀；15-抽气管；16-排水渠9867（
47、12）（13）138 优缺点1）优点：池体结构简单；无需冲洗水箱（塔）；无大型阀门，管件小；采用泵吸式冲洗罩时，池深较浅；与同规模的普通快滤池相比，造价有所下降。2）缺点：不能排放初滤水；机电及控制设备较多；自动控制与维修较复杂。13917.7.3 V型滤池工作原理优缺点140 滤 板平面图反冲水管ABBA13121618反冲洗真空管54321进水总渠141A-A剖面管廊控制室171312149107154 31142提问与解答环节Questions and answers143添加标题添加标题添加标题添加标题此处结束语点击此处添加段落文本 .您的内容打在这里，或通过复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字144感谢观看The user can demonstrate on a projector or computer,or print the presentation and make it into a film
