华北理工水质工程学教案04过滤.docx

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1、课程名称：水质工程学I第周，第12讲次授课题目（章、节）第四章过滤4-1过滤概述4-2过滤理论【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第四章过滤4-1.过滤概述一、过滤的作用：去除部分沉淀池的剩余浊度；去除一定时的细菌、有机物；其出水要求达到饮用水浊度标准（小于3度）。二、滤池对进水要求：一般浊度不大于15度。三、滤池过滤机理介绍：水流在滤料中流动。水中杂质迁移到滤料的表面，由于表面的吸附作用，使杂质被截留。进一步形成了一定的筛滤作用。核心是水流过滤料。四、滤池分类：1、按流向分类：下向流（多为下向流）上向流双向流辐射流2、

2、按滤料组合分类：单层滤料滤池双层滤料滤池三层滤料滤池混合滤料滤池3、按药剂投加及前导工艺分类：沉后水过滤接触絮凝过滤（与滤料絮凝）4、按阀门的设置分类：四阀滤池（过滤进、出、反冲进、出）双阀（省进、反冲排阀）（鸭舌、虹吸）5、按滤速分类：慢滤池（v=0.10.3mh）快滤池（v=5mh）（最初）（现在vmax=40nh）0174曹通快博渔构a削收用（帝夫表示，悔水，方向）z-*xti3-t:4-*ttv）H,oH0T,179一*/修建受化（一他共4座窗池）3、新投入使用滤池、滤速的控制反冲洗过的滤池，与过滤一段时间的滤池并联作用水头相同一一使新投入滤池滤速太大。使滤后水水质恶化。控制方法：在出

3、水管加阀控制。4、特点：滤后水水质好过滤水头损失小原因：可自然调节（四）滤层中的负水头1、原因：当滤池表层积污太多表层水头损失太大时出水的作用水头并不变，就可形成滤料中层部位出现负压。S17104,叶值及内缶力攵化I-乐力HI2一常活3”过。4*整0A过5同力力时的东卅埃；域酷力“（o）时的水国It2、危害：负压使溶于水中的气体释放形成气囊。气囊减少有效过滤面积。加大过滤水头损失，增大滤速。导至滤后水水质恶化。气囊上升，可能带走轻细滤料。破坏滤层结构，使滤速不均匀。f水质恶化。反冲洗时，气囊带走细、轻滤料。（升速快）3、防止措施：增加砂面上水深。滤池出口高于滤层表面。【本讲课程的小结】【本讲课

4、程的作业】P题课程名称：水质工程学1第周，第13讲次摘要授课题目（章、节）4-3滤料和承托层4-4滤池的冲洗【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】4-3滤料和承托层一、滤料1、基本要求：具有足够的机械强度；（减少冲洗时的磨损和破碎）具有足够的化学稳定性，不能含有对人类健康和生产有害物质，滤料不能与水产生化学反应体水质恶化。具有一定的颗粒级配和适当的空隙率。滤料要货源充足、价廉、尽量就地取材。2、常用滤料：石英砂；无烟煤、石榴石、钛铁矿、磁铁矿，金钢砂。人造：聚苯乙烯粒料、陶粒等。（一）滤料粒径级配：1、概念：滤料中各种粒

5、径颗粒所占的重量比例。粒径一一指正好通过某一筛孔的孔径。2、两种表示方法：粒径Ao；不均匀系数K80。d1o通过滤料重量10%的筛孔孔径。d80通过滤料重量80%的筛孔孔径。不均匀系数：K8O=l4。o-反映粗颗粒的尺度；CIK）一反映细颗粒的尺度。除越大，f颗粒越不均匀一对过滤和冲洗越不利。工艺对滤料粒径的要求：i含污能力大（K8o,含污能力减少）ii反冲洗时，粗颗粒要膨胀但细颗粒不能被冲走。（降最好接近于1）最大粒径dmax与最小粒径dmin和不均匀系数K800我国规范据经验制定了级配及滤速。0W女向*“?石晏tMB4】i.m.11.rw7l7XBMR“49T1.It-U1411石Jl”M

6、llU9三fmw3M.1*MJtT1OGo.tJ1.1m入，！4.e.N.B.,l次一卦,无.BT.rnBBrF.7-.（二）滤料筛选方法：1、筛分介绍：用不同筛孔直径的筛对滤料进行分粒经称重。去掉大粒经、和小粒经砾、沙。使滤料趋于均匀。2、等体积球体直径d。（m）：（不同于过筛的滤料粒径）取n个（若干）粒径同筛分的滤料，称得重量（Gkg）则P颗粒密度（Kgm3）（三）滤料孔隙率的测定：105下烘干，称量（G）测密度（P）用清水过滤一段时间后，工作状态下测其（堆积）体积（V）其孔隙率（m）：总体积-滤料体积_IG总体积pVm与颗粒的粒径，均匀程度，压实程度、形状等有关。石英砂m=0.42左右。

7、（四）滤料形状：（是形成孔隙率大小的因素）用滤料颗粒的球度来表示：,=同体积球体的表面积0二颗粒实际表面积砂滤料宜在=0.750.8094ff*LB1e.MI一S4c)*RE.4J（五）双层及多层滤料级配：1、反冲洗后，滤料的分布：不同滤料完全分层（正常）中间有掺混层（厚度在50mm左右，对过滤有益）太厚有害,原因：孔隙率太低。分层颠倒。（不应出现）原因：粒径不当；反冲洗强度不当。2、分布的影响因素：不同滤料的重度差，粒径差，颗粒级配，滤料形状，水温，反冲洗强度等。现阶段用经验数据或实验来确定。煤一砂，粒径比：1.8C/=3.00.5水中重度比：（2.65-1）=42.8（1.41.6）-1（

8、在）反冲洗强度：13161/s-m2则不产生严重和混杂现象。表17-3滤料的级配和滤速：-M”(m*4m.M4*mK41.wH11*1434m.M3M*4M“IS石昼”二W4m-.*YiJ4MJ*HI，一2SmMT6ette*4tnnBt三今液ftM.tt*a(StV)It(MR)Iura，,石布.*l.W:r*A行r：!ASf*)W4wh,石石nr9i一0S百B-IaIg527mHir受少偿腐加气*lMWmrnft,*6MM4.4-4滤池的冲洗目的：清除滤层截留的污物，恢复滤池的过滤能力。方法：高速水流反冲洗；气、水反冲洗；高速水流加表面助冲反冲洗。一、高速水流反冲洗（高速反冲洗）原理：在水

9、流的剪力和滤料颗粒的相互碰撞磨擦作用下，污物从滤料表面脱落下来，被冲洗水流带出滤池。（一）冲洗强度、滤层膨胀度，冲洗时间几个概念：1、冲洗强度：（冲洗速度）滤池单位面积，单位时间的冲洗水量。单位：lsi或cm/slcn/S=IOlsl2、滤层的膨胀度（率）e：滤层膨胀后所增厚度（L-L0）与膨胀前厚度（LO）之比：e=Zlio%用孔障率表示：滤层膨胀前后，单位滤池面积上滤料体积不变。L（l-m）=L0（l-m0）L=Lf）-tnmo膨胀前孔隙率；m膨胀后孔隙率。代入e式中1-%_包1d_l一人IJioc1-L0I-/7:1-m3、冲洗时间：过短：滤料表面污泥冲洗不充分，长期下去会形成泥膜更难冲

10、洗。冲洗水排不尽，使污泥重返滤层。过长：滤料磨损过快。生产上可据反冲洗废水浊度确定（自动控制）多数据经验：学S*4A同I121$213-M3三包_-SST-S捶.L沙次作MlC.梅戊T1R厉1,2i-F-时，滤层中水头损失不再变化。但：滤层膨胀，V大/L大/。(2)式代入(1)式：整理后可得：1.75P112150v?(1Yl-zi-V+-7rIV=IPs-p)8MoPsP)dJM膨胀后孔隙率m与冲洗流速的关系(理论公式)实验公式：敏次和舒别尔特，推出的公式：(实验公式)U一水的动力粘度Pasq一冲洗强度L/s-m2适用条件：滤料密度2.62gcm3水的密度lgcm3理查逊(J.F.Rioha

11、rdson)和赞基(W.N.Eaki)提出的公式：(经验式)(v%m=Vi使滤料颗粒达到自由沉淀状态的冲洗流速cm/s对一定的滤料，一定的水温vi是一个常数。Q一指数，决定于雷诺数。将式：e=%二%代入式中得：-mz.ama+e/d、V=V.(4)11+J当粒径为0.5-1.2mm时，20水温，a=43粒径小，a值大。冲洗强度与均匀滤层膨胀度的关系图按式(4)得出M7-t4，情，仲均关拿由两图可知：vVm时v/e/VwVmf时e=o不膨胀（三）冲洗强度的确定及非均匀滤料膨胀度的计算：1、非均匀滤料的反冲洗特征：上中下层滤料的最小流态化冲洗速度vmf不同。do大VIlf大do小ViIf小（据图1

12、7-14）相同冲洗强度，不同do膨胀度e不同do小VlIf小（上层）do大VlIt大（下层）如果滤料级配不当（差别太大），最下层滤料达到Vm上层滤料可能被冲走。（应调整级配；即滤料级配应考虑反冲洗问题）2、冲洗强度的确定：单层滤料：q=IOkVmf（L/sm2）Vmt-最大粒径滤料的最小流态化冲洗流速（cms）k安全系数，取决于滤料粒径的均匀程度。取值k=l.11.3（常用值）不均匀度大，k取小；不均匀度小，k取大。双层或多层滤料：要求各层滤料的Vmf即要有一定的差值（冲洗后分层效果好）又要差值不能太大（下层达到VG上层滤料不被冲走）还要考虑清洗效果（滤料的碰撞磨擦）。可采取多档冲洗强度。3、

13、非均匀滤料的膨胀度：设分成了n层，第i层滤料重量与总重量之比为pi第i层滤料膨胀前，厚：l=PiL。设第i层滤料膨胀度为：e=L,IiO第i层滤料膨胀后，厚li=li0（l+ei）Ii=PiLo（li）总膨胀度e：e=y也A）4（1）-_J1=pi（l+ei）-l100%J=I_n滤料分层数，可由筛分测得；P/与n同样测得。e第f层滤料的膨胀度，可以由已知冲洗速度V再由式（书17-14）和（书17-10）求得。近似解：用滤料的当量粒径deq来代替d（但精度差）平均直径d,i,Cri某层滤料的过筛与截筛的筛孔直径，cmPi同前n同前设计工作：由膨胀度，定35%左右，（注：小于45%）求反冲洗强度

14、，或查表17-6洗厦、矗翱42tKM174WTB*()周(u0)1U-M2UlI1-I7SS”5a；1ittBt3oH.*a4Kv.晚（密旦xi、，工于金从、京及育叟化.&，6宜可;3.M4A1i令孔口流量系数：20.62整理公式。得:互0.29一一判定标准。或称设计的依据。nJ大阻力配水系统优点：配水均匀。缺点：水头损失大，浪费能量，结构复杂，易堵管检修困难。设计参数：（据经验）（1）干管起端流速：1.0l.5ms支管起端流速：1.52.0ms孔口流速：56ms开孔比。：孔口面积f总与滤池面积F之比。a=鱼=_XIo0%F1000vq反冲强度L/sm2；V一孔口流速m/soi普通快滤池:（3

15、）支管中心间距：0.2-0.3m支管长度与直径比：小于60。（4）孔口直径：9-12mm当干管D300mm时，干管顶也要开孔布水，孔上设档板。（二）小阻力配水系统：（也称中阻力配水系统）1、构造：反冲水f配水室（大空间小V。）一滤砖或滤板（减小Va）f承托层、滤料。底邢OH17-19小阻力配水系统OOOODOOOOO.OO2、优缺点：布水不均匀（与大阻力相比）水头损失小（冲洗压力消耗少）结构简单。3、原理:由式:QC=,q2+Si+S2a减小VosVa：Sl适当大些,使Qc接近Qa使内压趋于均匀。4、配水均匀性的影响因素:2=QcMg；）V0配水室进口流速。（配水室BXH）令其为：V=V0=B

16、Hva滤砖进口流速vaO滤砖布水孔口流量：Qu=yj2gHa代入式中：=2gQePa-lV2苏22g2g变换一下得：-=+lQaQa用孔口平均流速代替a孔流速：如孔口面积为fQ_QarQah_Qdbf为QBXHXV开孔比：=鱼代入F结论：由式可知，当F（滤池面积）；BXH（配水室宽、高）一定时,配水均匀程度，是由开孔比=退控制的。F实践上：钢制格栅（滤板）=（13-20）%双层配水滤砖a=1%左右。小者的配水均匀性优于a大者（习惯上有人称：中阻力配水系统）H一般取0.4m左右。5、几种小阻力配水形式：支撑一穿孔板一尼龙网一卵石一滤料（板）厚Ioomm平面980X980留（4Cm）接缝，优点：配

17、水性好；造价低；水口不易赌；强度高；耐腐蚀,但尼龙网反冲时易被拉开。二次配水穿孔滤石专：开孔比：上面L07%；中间层0.7%。配水均匀性好，但价高。M17 21 IUt长柄滤头用途：用于气、水反冲洗。材料：聚丙烯塑料构造：上部：滤帽，开许多缝；r上开小孔，进气。下部：直管YJ下开缝进水；下孔口进水。气、水在滤柄中混和，由滤头喷出。 布量：5060个/k=1.5%复合式气水反冲洗滤砖：77777717777777777777777777图123气水同时冲洗时长柄淖头工出求意SIT 22 4t一、单池面积和滤池深度：单池面积：是由总水量和滤池个数决定的，池个数多，冲洗效果好,运行灵活，强制滤速低，

18、但造价高，操作管理较麻烦。应做技术经济比较，但不能少于2个。池形一般为方形或矩形，与造价有关，可作经济技术比较定。池深：保护高：0.250.3m滤层表面以上水深：L52.Om（可由反冲膨胀率、滤层厚、排水槽高确定）滤层厚度：实验和经验。I*I*a)a4iMM491.1，92Mm71fiR2”4at0u*6JI4mMjT,一M1Wlmi.“ilf*l-lM*Nze.QMH-rw.Mj.-t.M,11*4IQO24-i100IOOUlO三届4x*常漱托气骨、a*ans息点W.0“nn)*(3IC6roo.s*.Iitr(日5ar)1-1A)石（石心a499S6I-MiG“719r*.Kllwf滤池

19、总深在3.O3.5m0单层滤池深度小；双层滤池深度大。二、管廊布置：1、管廊：集中布置管渠、阀门及配件的场所。2、管材：金属：铸铁、钢管注意：压力变化。Y钢筋碎3、内部布置要求:紧凑、简捷。便于安装维修（单轨小车等）有场地空间（设备进出）。要有防水、排水、通风、照明。便于与滤池操作室联系。4、与滤池的相对位置：滤池单排布置：管廊位于滤池的一侧，内布有全部四种管渠适用滤池数少于五个情况。滤池双排布量：中间设管廊（一条管廊）缺点：通风、采光不好，但紧凑不方便检修。现在常用：反冲排水，和过滤进水为虹吸式。三、管渠设计流速：进水管（渠）：0.81.2ms清水管（渠）：1.0L5ms冲洗水管（渠）：2.02.5ms排水管（渠）：L0L5ms若水量以后有可能增大采用低值。四、设计中的注意事项：1、滤池底部应设排空管，入口处设栅罩。池底坡度约为0005,坡向排空管。2、每个滤池宜装设水头损失计及取样管。3、各种密封渠道上应设人孔（检修）。4、滤池壁与砂层接触处应拉毛或锯齿状，（防止）过滤反冲水沿壁“短路”拉毛高度：滤层反冲膨胀后的高度。5、反冲水排气。优点：