建筑工程給排水水處理 過濾課件

建筑工程給排水

水處理-過濾

建筑工程學(xué)院給排水教研室建筑工程給排水

水處理-過濾

建筑工程學(xué)院給排水教研

5.1慢濾池和快濾池一、慢濾池

濾速低：0.1~0.3m/h

慢濾池是最早出現(xiàn)的用于水處理的過濾設(shè)備，能有效地去除水的色度、嗅和味。由于慢濾池占地面積大、操作麻煩、寒冷季節(jié)時(shí)其表層容易冰凍，在城鎮(zhèn)水廠中使用的慢濾池逐漸被快濾池所代替。

二、快濾池濾速：5~10m/h構(gòu)造

（P133）工作過程由過濾與反沖洗兩部分組成。

過濾周期:

工作周期：從過濾開始到?jīng)_洗結(jié)束的一段時(shí)間稱為快濾池的工作周期。濾池的工作周期為12~24h。二、快濾池

三、現(xiàn)代慢濾池

表5-1現(xiàn)代慢濾池的適用的進(jìn)水條件與出水水質(zhì)適用的進(jìn)水條件出水水質(zhì)細(xì)菌的去除效率顆粒物去除效率濁度10ntu以下；總大腸菌類10~1000個(gè)/100mL；藻類不太多；10000人以下的給水處理小于1.0ntu總大腸菌類<1個(gè)/100mL細(xì)菌總數(shù)99%能去除逗號(hào)弧菌(Vibriocomma)2.7~7m99%7~12m99.9%較大顆粒99%~99.9%三、現(xiàn)代慢濾池適用的進(jìn)水條件出水水質(zhì)細(xì)菌的

5.2顆粒濾料一、基本要求

足夠的機(jī)械強(qiáng)度；足夠的化學(xué)穩(wěn)定性；能就地取材、價(jià)廉；具有一定的顆粒級(jí)配和孔隙率。二、濾料粒徑級(jí)配濾料粒徑級(jí)配：濾料中各種粒徑顆粒所占的重量比例。

1.表示方法：

（1）有效粒徑和不均勻系數(shù)；（2）最大粒徑、最小粒徑和不均勻系數(shù)。5.2顆粒濾料

常用的數(shù)據(jù)見表5-2。表5-2濾料級(jí)配與濾速類別濾料組成濾速（m/h）強(qiáng)制濾速（m/h）粒徑（mm）不均勻系數(shù)K80厚度（mm）單層石英砂濾料dmax=1.2dmin=0.5<2.07008~1010~14雙層濾料無煙煤dmax=1.8dmin=0.8<2.0300~40010~1414~18石英砂dmax=1.2dmin=0.5<2.0400三層濾料無煙煤dmax=1.6dmin=0.8<1.745018~2020~25石英砂dmax=0.8dmin=0.5<1.5230重質(zhì)礦石dmax=0.5dmin=0.25<1.770常用的數(shù)據(jù)見表5-2。類別濾料組成濾速強(qiáng)制濾速粒徑不均勻系

2.濾料篩選方法例：篩分試驗(yàn)記錄見表5-3.表5-3篩分試驗(yàn)記錄篩孔（mm）留在篩上的砂量通過該號(hào)篩的砂量質(zhì)量（g）%質(zhì)量（g）%2.3620.80.4199.299.61.65118.49.2180.890.40.99140.620.3140.270.10.58985.042.555.227.60.24643.421.711.85.90.2089.24.62.61.3篩底盤2.61.3––合計(jì)2001002.濾料篩選方法篩孔留在篩上的砂量通過該號(hào)篩的砂量質(zhì)量%質(zhì)

篩分方法：見下圖，大粒徑（d>1.54）顆粒約篩除13.0%，小粒徑（d<0.44）顆粒約篩除19.0%。篩分方法：

三、濾料的孔隙率和表面積

1.孔隙率（孔隙度）：?jiǎn)挝惑w積濾層中孔隙的體積。測(cè)定方法：取一定量的濾料，在105℃下烘干稱重，并用比重瓶測(cè)出其密度。然后放入過濾筒中，用清水過濾一段時(shí)間后，量出濾層體積，則孔隙率為式中，G——烘干后的濾料,g；

——濾料的密度，g/cm3；

V——濾料層的堆積體積，cm3。2.濾料的表面積

三、濾料的孔隙率和表面積

5.3快濾池的運(yùn)行一、出水水質(zhì)的一般狀況濾后水水質(zhì)在過濾周期開始時(shí)一般較差，如果周期延長(zhǎng)足夠的時(shí)間，在過濾末期水質(zhì)也會(huì)下降。重視初濾水：

二、濾層內(nèi)雜質(zhì)分布規(guī)律

1.雜質(zhì)分布規(guī)律：

2.濾層的含污能力：在一個(gè)過濾周期內(nèi)，如果按整個(gè)濾層計(jì)，單位體積濾料中的平均含污量，單位g/cm3、kg/m3。

5.3快濾池的運(yùn)行

3.提高濾層含污能力的途徑：

（1）采用多層濾料濾池：接近理想濾料濾池，最常見為雙層和三層濾見圖5-2。雙層濾池其含污量隨深度的變化見圖5-3曲線2。

3.提高濾層含污能力的途徑：

（2）均質(zhì)濾料過濾：均質(zhì)濾料：沿整個(gè)濾層深度方向的任一斷面上，濾料組成和平均粒徑均勻一致。要實(shí)現(xiàn)均質(zhì)濾料過濾，反沖洗時(shí)濾料層不能膨脹。

(3)直接過濾

原水不經(jīng)過沉淀而直接進(jìn)入濾池的過濾稱為“直接過濾”。直接過濾有兩種方式：

接觸過濾：原水加藥后只經(jīng)過混合就直接進(jìn)入濾池過濾，稱為“接觸過濾”，見圖5-5中（a）與（b）所示；

微絮凝過濾：原水加藥混合后先經(jīng)過微絮凝池，再進(jìn)入濾池過濾，稱為“微絮凝過濾”，如圖5-5中（c）與（d）所示。圖5-5直接過濾流程

(3)直接過濾

5.4過濾理論一、過濾水力學(xué)1.清潔濾料層的水頭損失卡曼-康采尼公式（Carman-Kozony）公式：(層流狀態(tài)）（5-1）

非均勻?yàn)V層按下式計(jì)算：（5-2）5.4過濾理論

濾層中的負(fù)水頭在過濾過程中，當(dāng)濾層截留了大量雜質(zhì)以致砂面以下某一深度處的水頭損失超過該處的水深，便出現(xiàn)負(fù)水頭現(xiàn)象。見圖5-7。濾層中的負(fù)水頭

危害：

負(fù)水頭會(huì)導(dǎo)致水中氣體釋放出來形成氣囊，對(duì)過濾有破壞作用。

一是減少有效過濾面積，增加濾層水頭損失及濾層中孔隙流速；二是氣囊穿過濾料層上升，有可能把部分細(xì)濾料或輕質(zhì)濾料帶走，破壞濾層結(jié)構(gòu)。在沖洗時(shí)，氣囊更容易把濾料帶出濾池。措施：避免濾池中出現(xiàn)負(fù)水頭的兩個(gè)方法：

一是增加砂面上的水深；二是令濾池出口位置等于或高于濾層表面。危害：

二、過濾機(jī)理

1.顆粒遷移：物理—力學(xué)作用：攔截、沉淀、擴(kuò)散、慣性和水動(dòng)力作用，見圖5-10。

圖5-10顆粒遷移機(jī)理示意

（2）顆粒粘附：物理化學(xué)作用：范德華引力、靜電力、以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力作用、絮凝顆粒間的架橋作用。

5.5濾層反沖洗一、高速水流反沖洗

1.反沖洗強(qiáng)度：指單位面積濾層所通過的反沖洗水流量，單位為L(zhǎng)/sm2。

2.濾層膨脹度（5-3）由于濾層膨脹前、后單位面積上濾料體積不變，于是：

（5-4）故：

（5-5）

5.5濾層反沖洗

3.沖洗時(shí)間

實(shí)際操作中可根據(jù)沖洗廢水的允許濁度決定。生產(chǎn)上，反沖洗強(qiáng)、濾層膨脹度和沖洗時(shí)間可按表5-6確定。

表5-6沖洗強(qiáng)度、膨脹度和沖洗時(shí)間

注：1．設(shè)計(jì)水溫按20℃計(jì)，水溫每增減1℃，沖洗強(qiáng)度相應(yīng)增減1%；２．由于全年水溫、水質(zhì)有所變化，應(yīng)考慮有適當(dāng)調(diào)整沖洗強(qiáng)度的可能；３．選擇沖洗強(qiáng)度應(yīng)考慮所用混凝劑品種的因素；４．無閥濾池沖洗時(shí)間可采用低限；５．膨脹度數(shù)值僅作設(shè)計(jì)計(jì)算用。序號(hào)濾層類型沖洗強(qiáng)度(L/sm2)膨脹度（%）沖洗時(shí)間（min）1石英砂濾料12~15457~52雙層濾料13~16508~63三層濾料16~17557~5序號(hào)濾層類型沖洗強(qiáng)度膨脹度沖洗時(shí)間1石英砂濾料12~154

4.反沖洗時(shí)濾層中水頭損失的變化

假設(shè)濾料粒徑均勻，沖洗時(shí)，如果濾層未膨脹，水流通過濾層的水頭損失可用歐根（Ergun）公式計(jì)算：

（5-6）

濾層膨脹后水頭損失：

（5-7）最小流態(tài)化流速vmf

：

5.反沖洗強(qiáng)度的確定

設(shè)計(jì)或操作中，可以最粗濾料剛開始膨脹作為確定沖洗強(qiáng)度的依據(jù)。考慮到其他因素，可按下式確定：

（5-8）

k—安全系數(shù)，一般為1.1~1.3，決定于濾料粒徑均勻程度。

二、氣、水反沖洗

操作方式：先氣沖，再水沖；先氣-水同時(shí)反沖，再水沖；先氣沖，然后氣-水同時(shí)沖，再水沖（或漂洗）；

總的沖洗時(shí)間控制在6~10min。

例如：某水廠的V型濾池，采用均質(zhì)濾料，采用第3中操作方式，其參數(shù)如下：氣沖強(qiáng)度：15L/s.m2，沖洗時(shí)間4min；氣水同時(shí)反沖：氣沖強(qiáng)度15L/s.m2

，水沖強(qiáng)度4L/s.m2

，沖洗時(shí)間4min；水沖：水沖強(qiáng)度4L/s.m2，沖洗時(shí)間2min。

三、濾池的配水系統(tǒng)

1.配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理大阻力配水系統(tǒng)：由于承托層與濾料層的阻力系數(shù)不能改變，只有通過減小孔口總面積來增大孔口阻力系數(shù)S2，增大孔口阻力系數(shù)S2就削弱了承托層、濾料層阻力系數(shù)及配水系統(tǒng)壓力水頭不均勻?qū)卓诔隽髁康挠绊?，這就是大阻力配水系統(tǒng)的原理。小阻力配水系統(tǒng)：

2.大阻力配水系統(tǒng)——穿孔管配水系統(tǒng)（1）構(gòu)造

三、濾池的配水系統(tǒng)

大阻力配水系統(tǒng)的構(gòu)造如圖5-11和圖5-12所示。

（2）沿途泄流管道壓力變化

（2）沿途泄流管道壓力變化

（3）配水系統(tǒng)的能量的變化（3）配水系統(tǒng)的能量的變化

（4）穿孔管大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（4）穿孔管大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：干管起端流速為1.0~1.5m/s，支管起端流速為1.5~2.0m/s，孔眼流速為5~6m/s，開孔比0.2%~0.25%。支管中心距為0.25~0.3m，支管長(zhǎng)度與其直徑之比一般不應(yīng)大于60?？卓谥睆郊s為9~12mm，設(shè)于支管兩側(cè)，與垂線呈45°角向下交錯(cuò)排列。干管橫截面與支管總橫截面之比應(yīng)大于1.75~2.0。大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

四、反沖洗廢水的排除（1）沖洗排水槽（見圖5-18、5-19）（5-28）

（5-29）四、反沖洗廢水的排除

沖洗排水槽的設(shè)計(jì)要求：

沖洗排水槽平面總面積一般不大于單個(gè)濾池面積的25%。否則，會(huì)影響上升水流的均勻性。相鄰兩槽的中心間距一般為1.5~2.0m。間距過大，難以排水均勻。每單位槽長(zhǎng)的溢入流量應(yīng)相等。故施工時(shí)沖洗排水槽口應(yīng)力求水平，誤差限制在2mm內(nèi)。沖洗排水槽的始端尺寸：一般采用始端深度為末端深度的一半；或槽底采用平坡，使始、兩端尺寸相等。槽內(nèi)水面以上一般要有7cm左右的保護(hù)高，以保證沖洗廢水自由跌水進(jìn)入排水槽。排水槽的廢水應(yīng)自由跌水進(jìn)入排水渠，以免引起壅水現(xiàn)象。沖洗排水槽的設(shè)計(jì)要求：

（2）排水渠

（2）排水渠

布置：

面積小時(shí)，沿池壁一邊布置；當(dāng)濾池面積很大時(shí)，排水渠布置在濾池中間。

五、沖洗水的供給

沖洗水供給方式：水泵沖洗；沖洗水塔或水箱沖洗。

1.水泵沖洗：特點(diǎn)：投資??；操作較為麻煩；在沖洗的短時(shí)間內(nèi)耗電量大，往往會(huì)使廠區(qū)內(nèi)供電網(wǎng)負(fù)荷驟增。

水泵流量：

（5-31）

五、沖洗水的供給

水泵楊程：

（5-32）

H0——排水槽頂與清水池最低水位之差，m；

h1——從清水池至濾池的沖洗管道中總水頭損失，m；

h2——濾池配水系統(tǒng)水頭損失，m。大阻力配水系統(tǒng)按孔口平均水頭損失計(jì)算。h3——承托層的水頭損失，m。h4—濾料層的水頭損失，m，h5

—備用水頭，一般取1.5~2.0m。

2.沖洗水塔（或水箱）特點(diǎn)：造價(jià)高；操作簡(jiǎn)單；專用水泵小，耗電量較均勻。沖洗水箱一般與濾池合建，通常建造于濾池操作室層頂上，水塔（箱）中水深不宜超過3m。水塔（箱）容積：可按單個(gè)濾池沖洗水量的1.5倍計(jì)算：（5-36）水塔（箱）底高出濾池沖洗排水槽頂?shù)母叨龋海?-37）2.沖洗水塔（或水箱）

四、承托層

承托層的作用：①防止濾料層從配水系統(tǒng)流失；②均布反沖洗水。組成見表5-4與5-5。表5-4快濾池大阻力配水系統(tǒng)承托層粒徑和厚度層次（自上而下）粒徑（mm）厚度12~410024~810038~16100416~32本層頂面高度至少應(yīng)高于配系統(tǒng)孔眼100四、承托層層次（自上而下）粒徑（mm）厚度12~4

表5-5三層濾料濾池承托層材料、粒徑與厚度注:配水系統(tǒng)如用濾磚且孔徑為4mm時(shí)，第6層可不設(shè)。

為了防止反沖洗時(shí)承托層移動(dòng)，美國對(duì)單層和雙層濾料濾池也有采用“粗-細(xì)-粗”的礫石分層方式。

如果采用小阻力配水系統(tǒng)，承托層可以不設(shè)，或者適當(dāng)鋪設(shè)一些粗砂或細(xì)礫石，視配水系統(tǒng)的具體情況而定。層次（自上而下）材料粒徑（mm）厚度（mm）1重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）0.5~1.0502重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）1~2503重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）2~4504重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）4~8505礫石8~161006礫石16~32本層頂面高度至少應(yīng)高于配系統(tǒng)孔眼100層次材料粒徑厚度1重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）0.5~1

5.6幾種常見的濾池

一、普通快濾池

1.設(shè)計(jì)參數(shù)：

設(shè)計(jì)濾速：一般為8~10m/h。

濾池總面積：（5-38）

（5-39）

個(gè)數(shù)和單池面積：

濾池的個(gè)數(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，但不得小于兩個(gè)，可參考表5-7選用。單個(gè)濾池面積可根據(jù)濾池總面積F與濾池個(gè)數(shù)N進(jìn)行計(jì)算，如下式所示：一般單池面積不大于100m2。最佳單池面積可參考表5-8。

（5-40）

5.6幾種常見的濾池

表5-7濾池個(gè)數(shù)表5-8最佳單池面積濾池總面積（m2）濾池個(gè)數(shù)濾池總面積（m2）濾池個(gè)數(shù)<3021504~630~5032005~61003或43006~8總面積（m2）單池面積（m2）總面積（m2）單池面積（m2）6015~2025040~5012020~3040050~7018030~4060060~80表5-7濾池個(gè)數(shù)濾池總面積（m2）濾池個(gè)數(shù)濾池總面

濾池深度：

濾池深度包括：保護(hù)高：0.25~0.3m；濾層表面以上水深：1.5~2.0m；濾層厚度：2.0~2.5m承托層厚度：每層100mm濾池的總深度一般為3.0~3.5m。單層石英砂濾池深度一般稍小；雙層和三層濾料濾池深度稍大。濾池深度：

2.管廊布置

布置方法：

濾池?cái)?shù)小于5個(gè)時(shí)，濾池宜采用單行排列，管廊位于濾池的一側(cè)。當(dāng)濾池?cái)?shù)超過5個(gè)時(shí)，濾池宜采用雙行排列，管廊位于兩排濾池的中間。后者布置緊湊，但管廊通風(fēng)、采光不如前者，檢修也不太方便。

（1）進(jìn)水、清水、沖洗水和排水渠，全部布置于管廊內(nèi)，如圖5-20（a）所示。特點(diǎn)：渠道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，管渠集中緊湊，但管廊中管件較多，通行和檢修不太方便。2.管廊布置

（2）沖洗水和清水渠布置于管廊中，進(jìn)水和排水渠布置于濾池另一側(cè)，如圖5-20（b）所示。特點(diǎn)：可節(jié)省金屬管件及閥門，管廊內(nèi)管件簡(jiǎn)單，施工和檢修方便。但造價(jià)稍高。（2）沖洗水和清水渠布置于管廊中，進(jìn)水和排水渠布置于濾

（3）進(jìn)水、沖洗水及清水管均采用金屬管道，排水渠單獨(dú)設(shè)置，如圖5-20（c）所示，特點(diǎn)：通常用于小型水廠或?yàn)V池單行布置。（3）進(jìn)水、沖洗水及清水管均采用金屬管道，排水渠單獨(dú)設(shè)置

（4）對(duì)于較大濾池，為節(jié)約閥門，可以將進(jìn)水和排水閥門分別用進(jìn)水虹吸和排水虹吸代替，沖洗水管和清水管仍用閥門，如圖5-20（d）所示。特點(diǎn)：虹吸管通水或斷水以真空系統(tǒng)控制。（4）對(duì)于較大濾池，為節(jié)約閥門，可以將進(jìn)水和排水閥門分別

3.快濾池管渠設(shè)計(jì)流速

管渠流速可按下表確定，考慮到今后水量有增大的可能時(shí)，流速取低限。表5-9管渠流速

4.設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)（1）濾池清水管應(yīng)設(shè)短管或留有堵板,管徑一般采用75~200mm，以便濾池翻修后排放初濾水。（2）濾池底部宜設(shè)有排空管，其入口處設(shè)柵罩，池底坡度約為0.005，坡向排空管。（3）配水系統(tǒng)干管末端一般裝有排氣管。（4）每個(gè)濾池宜設(shè)置水頭損失計(jì)及取樣管。（5）各種密封渠道上應(yīng)設(shè)有人孔，以便檢修。

名稱流速（m/s）名稱流速（m/s）進(jìn)水管（渠）0.8~1.2沖洗水管(渠)2.0~2.5清水管(渠)1.0~1.5排水管(渠)1.0~1.53.快濾池管渠設(shè)計(jì)流速名稱流速（m/s）名稱流

二、無閥濾池1.重力式無閥濾池過濾過程

二、無閥濾池

2.重力式無閥濾池的反沖洗過程

3.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

進(jìn)水系統(tǒng)：（1）進(jìn)水分配槽（2）進(jìn)水管U形存水彎濾池面積與高度：沖洗水箱：虹吸管的計(jì)算：

4.優(yōu)缺點(diǎn)無閥濾池一般用于中、小型水廠。單池面積一般不大于16m2。

優(yōu)點(diǎn)：

不需大型閥門，沖洗完全自動(dòng)，造價(jià)較低，操作管理較為方便，過濾過程中不會(huì)出現(xiàn)負(fù)水頭現(xiàn)象。

缺點(diǎn)：

池體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，濾料裝御困難，沖洗水箱位于濾池上部，出水標(biāo)高較高，相應(yīng)抬高了濾前處理構(gòu)筑物如沉定池或澄清池的標(biāo)高，從而給水廠處理構(gòu)筑物的總體高程布置帶來困難。2.重力式無閥濾池的反沖洗過程

三、V型濾池1.構(gòu)造結(jié)構(gòu)如圖5-22所示。三、V型濾池

2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)濾料：采用較粗濾料較厚濾層增加過濾周期，即“均質(zhì)濾料”；設(shè)計(jì)濾速：較高，8~14m/h；配水系統(tǒng)：一般采用長(zhǎng)柄濾頭；濾層上的水深：一般為1.2~1.5m；沖洗強(qiáng)度：3.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：采用均質(zhì)濾料過濾，避免了級(jí)配濾料過濾時(shí)可能產(chǎn)生的一些缺點(diǎn)。濾料層含污容量大，出水水質(zhì)較好，過濾周期較長(zhǎng)，過濾速度較高。采用氣-水聯(lián)合反沖洗，沖洗耗水量小，沖洗效果好。容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過濾與沖洗。缺點(diǎn)：對(duì)沖洗操作要求嚴(yán)格，需要鼓風(fēng)機(jī)等機(jī)械。濾池施工要求嚴(yán)格。2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)四、移動(dòng)沖洗罩濾池1.構(gòu)造見圖5-23。2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.濾池分格面積與分格數(shù)

2.過濾水頭與沖洗水頭

3.出水虹吸管與排水虹吸管3.優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：池體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；無需沖洗水箱（塔）；無大型閥門，管件?。徊捎帽梦?jīng)_洗罩時(shí)，池深較淺；與同規(guī)模的普通快濾池相比，造價(jià)有所下降。缺點(diǎn)：不能排放初濾水；機(jī)電及控制設(shè)備較多；自動(dòng)控制與維修較復(fù)雜。移動(dòng)沖洗罩濾池適用于大、中型水廠。四、移動(dòng)沖洗罩濾池

本章參考文獻(xiàn)[1]嚴(yán)熙世、范瑾初主編，《給水工程》（第四版），北京，中國建筑工業(yè)出版社，2000：315~351.

[2]許保玖、安鼎年著，《給水處理理論與設(shè)計(jì)》，北京，中國建筑工業(yè)出版社，1992：233~350.本章參考文獻(xiàn)建筑工程給排水

水處理-過濾

建筑工程學(xué)院給排水教研室建筑工程給排水

水處理-過濾

建筑工程學(xué)院給排水教研

5.1慢濾池和快濾池一、慢濾池

濾速低：0.1~0.3m/h

慢濾池是最早出現(xiàn)的用于水處理的過濾設(shè)備，能有效地去除水的色度、嗅和味。由于慢濾池占地面積大、操作麻煩、寒冷季節(jié)時(shí)其表層容易冰凍，在城鎮(zhèn)水廠中使用的慢濾池逐漸被快濾池所代替。

二、快濾池濾速：5~10m/h構(gòu)造

（P133）工作過程由過濾與反沖洗兩部分組成。

過濾周期:

工作周期：從過濾開始到?jīng)_洗結(jié)束的一段時(shí)間稱為快濾池的工作周期。濾池的工作周期為12~24h。二、快濾池

三、現(xiàn)代慢濾池

表5-1現(xiàn)代慢濾池的適用的進(jìn)水條件與出水水質(zhì)適用的進(jìn)水條件出水水質(zhì)細(xì)菌的去除效率顆粒物去除效率濁度10ntu以下；總大腸菌類10~1000個(gè)/100mL；藻類不太多；10000人以下的給水處理小于1.0ntu總大腸菌類<1個(gè)/100mL細(xì)菌總數(shù)99%能去除逗號(hào)弧菌(Vibriocomma)2.7~7m99%7~12m99.9%較大顆粒99%~99.9%三、現(xiàn)代慢濾池適用的進(jìn)水條件出水水質(zhì)細(xì)菌的

5.2顆粒濾料一、基本要求

足夠的機(jī)械強(qiáng)度；足夠的化學(xué)穩(wěn)定性；能就地取材、價(jià)廉；具有一定的顆粒級(jí)配和孔隙率。二、濾料粒徑級(jí)配濾料粒徑級(jí)配：濾料中各種粒徑顆粒所占的重量比例。

1.表示方法：

（1）有效粒徑和不均勻系數(shù)；（2）最大粒徑、最小粒徑和不均勻系數(shù)。5.2顆粒濾料

常用的數(shù)據(jù)見表5-2。表5-2濾料級(jí)配與濾速類別濾料組成濾速（m/h）強(qiáng)制濾速（m/h）粒徑（mm）不均勻系數(shù)K80厚度（mm）單層石英砂濾料dmax=1.2dmin=0.5<2.07008~1010~14雙層濾料無煙煤dmax=1.8dmin=0.8<2.0300~40010~1414~18石英砂dmax=1.2dmin=0.5<2.0400三層濾料無煙煤dmax=1.6dmin=0.8<1.745018~2020~25石英砂dmax=0.8dmin=0.5<1.5230重質(zhì)礦石dmax=0.5dmin=0.25<1.770常用的數(shù)據(jù)見表5-2。類別濾料組成濾速強(qiáng)制濾速粒徑不均勻系

2.濾料篩選方法例：篩分試驗(yàn)記錄見表5-3.表5-3篩分試驗(yàn)記錄篩孔（mm）留在篩上的砂量通過該號(hào)篩的砂量質(zhì)量（g）%質(zhì)量（g）%2.3620.80.4199.299.61.65118.49.2180.890.40.99140.620.3140.270.10.58985.042.555.227.60.24643.421.711.85.90.2089.24.62.61.3篩底盤2.61.3––合計(jì)2001002.濾料篩選方法篩孔留在篩上的砂量通過該號(hào)篩的砂量質(zhì)量%質(zhì)

篩分方法：見下圖，大粒徑（d>1.54）顆粒約篩除13.0%，小粒徑（d<0.44）顆粒約篩除19.0%。篩分方法：

三、濾料的孔隙率和表面積

1.孔隙率（孔隙度）：?jiǎn)挝惑w積濾層中孔隙的體積。測(cè)定方法：取一定量的濾料，在105℃下烘干稱重，并用比重瓶測(cè)出其密度。然后放入過濾筒中，用清水過濾一段時(shí)間后，量出濾層體積，則孔隙率為式中，G——烘干后的濾料,g；

——濾料的密度，g/cm3；

V——濾料層的堆積體積，cm3。2.濾料的表面積

三、濾料的孔隙率和表面積

5.3快濾池的運(yùn)行一、出水水質(zhì)的一般狀況濾后水水質(zhì)在過濾周期開始時(shí)一般較差，如果周期延長(zhǎng)足夠的時(shí)間，在過濾末期水質(zhì)也會(huì)下降。重視初濾水：

二、濾層內(nèi)雜質(zhì)分布規(guī)律

1.雜質(zhì)分布規(guī)律：

2.濾層的含污能力：在一個(gè)過濾周期內(nèi)，如果按整個(gè)濾層計(jì)，單位體積濾料中的平均含污量，單位g/cm3、kg/m3。

5.3快濾池的運(yùn)行

3.提高濾層含污能力的途徑：

（1）采用多層濾料濾池：接近理想濾料濾池，最常見為雙層和三層濾見圖5-2。雙層濾池其含污量隨深度的變化見圖5-3曲線2。

3.提高濾層含污能力的途徑：

（2）均質(zhì)濾料過濾：均質(zhì)濾料：沿整個(gè)濾層深度方向的任一斷面上，濾料組成和平均粒徑均勻一致。要實(shí)現(xiàn)均質(zhì)濾料過濾，反沖洗時(shí)濾料層不能膨脹。

(3)直接過濾

原水不經(jīng)過沉淀而直接進(jìn)入濾池的過濾稱為“直接過濾”。直接過濾有兩種方式：

接觸過濾：原水加藥后只經(jīng)過混合就直接進(jìn)入濾池過濾，稱為“接觸過濾”，見圖5-5中（a）與（b）所示；

微絮凝過濾：原水加藥混合后先經(jīng)過微絮凝池，再進(jìn)入濾池過濾，稱為“微絮凝過濾”，如圖5-5中（c）與（d）所示。圖5-5直接過濾流程

(3)直接過濾

5.4過濾理論一、過濾水力學(xué)1.清潔濾料層的水頭損失卡曼-康采尼公式（Carman-Kozony）公式：(層流狀態(tài)）（5-1）

非均勻?yàn)V層按下式計(jì)算：（5-2）5.4過濾理論

濾層中的負(fù)水頭在過濾過程中，當(dāng)濾層截留了大量雜質(zhì)以致砂面以下某一深度處的水頭損失超過該處的水深，便出現(xiàn)負(fù)水頭現(xiàn)象。見圖5-7。濾層中的負(fù)水頭

危害：

負(fù)水頭會(huì)導(dǎo)致水中氣體釋放出來形成氣囊，對(duì)過濾有破壞作用。

一是減少有效過濾面積，增加濾層水頭損失及濾層中孔隙流速；二是氣囊穿過濾料層上升，有可能把部分細(xì)濾料或輕質(zhì)濾料帶走，破壞濾層結(jié)構(gòu)。在沖洗時(shí)，氣囊更容易把濾料帶出濾池。措施：避免濾池中出現(xiàn)負(fù)水頭的兩個(gè)方法：

一是增加砂面上的水深；二是令濾池出口位置等于或高于濾層表面。危害：

二、過濾機(jī)理

1.顆粒遷移：物理—力學(xué)作用：攔截、沉淀、擴(kuò)散、慣性和水動(dòng)力作用，見圖5-10。

圖5-10顆粒遷移機(jī)理示意

（2）顆粒粘附：物理化學(xué)作用：范德華引力、靜電力、以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力作用、絮凝顆粒間的架橋作用。

5.5濾層反沖洗一、高速水流反沖洗

1.反沖洗強(qiáng)度：指單位面積濾層所通過的反沖洗水流量，單位為L(zhǎng)/sm2。

2.濾層膨脹度（5-3）由于濾層膨脹前、后單位面積上濾料體積不變，于是：

（5-4）故：

（5-5）

5.5濾層反沖洗

3.沖洗時(shí)間

實(shí)際操作中可根據(jù)沖洗廢水的允許濁度決定。生產(chǎn)上，反沖洗強(qiáng)、濾層膨脹度和沖洗時(shí)間可按表5-6確定。

表5-6沖洗強(qiáng)度、膨脹度和沖洗時(shí)間

注：1．設(shè)計(jì)水溫按20℃計(jì)，水溫每增減1℃，沖洗強(qiáng)度相應(yīng)增減1%；２．由于全年水溫、水質(zhì)有所變化，應(yīng)考慮有適當(dāng)調(diào)整沖洗強(qiáng)度的可能；３．選擇沖洗強(qiáng)度應(yīng)考慮所用混凝劑品種的因素；４．無閥濾池沖洗時(shí)間可采用低限；５．膨脹度數(shù)值僅作設(shè)計(jì)計(jì)算用。序號(hào)濾層類型沖洗強(qiáng)度(L/sm2)膨脹度（%）沖洗時(shí)間（min）1石英砂濾料12~15457~52雙層濾料13~16508~63三層濾料16~17557~5序號(hào)濾層類型沖洗強(qiáng)度膨脹度沖洗時(shí)間1石英砂濾料12~154

4.反沖洗時(shí)濾層中水頭損失的變化

假設(shè)濾料粒徑均勻，沖洗時(shí)，如果濾層未膨脹，水流通過濾層的水頭損失可用歐根（Ergun）公式計(jì)算：

（5-6）

濾層膨脹后水頭損失：

（5-7）最小流態(tài)化流速vmf

：

5.反沖洗強(qiáng)度的確定

設(shè)計(jì)或操作中，可以最粗濾料剛開始膨脹作為確定沖洗強(qiáng)度的依據(jù)。考慮到其他因素，可按下式確定：

（5-8）

k—安全系數(shù)，一般為1.1~1.3，決定于濾料粒徑均勻程度。

二、氣、水反沖洗

操作方式：先氣沖，再水沖；先氣-水同時(shí)反沖，再水沖；先氣沖，然后氣-水同時(shí)沖，再水沖（或漂洗）；

總的沖洗時(shí)間控制在6~10min。

例如：某水廠的V型濾池，采用均質(zhì)濾料，采用第3中操作方式，其參數(shù)如下：氣沖強(qiáng)度：15L/s.m2，沖洗時(shí)間4min；氣水同時(shí)反沖：氣沖強(qiáng)度15L/s.m2

，水沖強(qiáng)度4L/s.m2

，沖洗時(shí)間4min；水沖：水沖強(qiáng)度4L/s.m2，沖洗時(shí)間2min。

三、濾池的配水系統(tǒng)

1.配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理大阻力配水系統(tǒng)：由于承托層與濾料層的阻力系數(shù)不能改變，只有通過減小孔口總面積來增大孔口阻力系數(shù)S2，增大孔口阻力系數(shù)S2就削弱了承托層、濾料層阻力系數(shù)及配水系統(tǒng)壓力水頭不均勻?qū)卓诔隽髁康挠绊?，這就是大阻力配水系統(tǒng)的原理。小阻力配水系統(tǒng)：

2.大阻力配水系統(tǒng)——穿孔管配水系統(tǒng)（1）構(gòu)造

三、濾池的配水系統(tǒng)

大阻力配水系統(tǒng)的構(gòu)造如圖5-11和圖5-12所示。

（2）沿途泄流管道壓力變化

（2）沿途泄流管道壓力變化

（3）配水系統(tǒng)的能量的變化（3）配水系統(tǒng)的能量的變化

（4）穿孔管大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（4）穿孔管大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：干管起端流速為1.0~1.5m/s，支管起端流速為1.5~2.0m/s，孔眼流速為5~6m/s，開孔比0.2%~0.25%。支管中心距為0.25~0.3m，支管長(zhǎng)度與其直徑之比一般不應(yīng)大于60。孔口直徑約為9~12mm，設(shè)于支管兩側(cè)，與垂線呈45°角向下交錯(cuò)排列。干管橫截面與支管總橫截面之比應(yīng)大于1.75~2.0。大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

四、反沖洗廢水的排除（1）沖洗排水槽（見圖5-18、5-19）（5-28）

（5-29）四、反沖洗廢水的排除

沖洗排水槽的設(shè)計(jì)要求：

沖洗排水槽平面總面積一般不大于單個(gè)濾池面積的25%。否則，會(huì)影響上升水流的均勻性。相鄰兩槽的中心間距一般為1.5~2.0m。間距過大，難以排水均勻。每單位槽長(zhǎng)的溢入流量應(yīng)相等。故施工時(shí)沖洗排水槽口應(yīng)力求水平，誤差限制在2mm內(nèi)。沖洗排水槽的始端尺寸：一般采用始端深度為末端深度的一半；或槽底采用平坡，使始、兩端尺寸相等。槽內(nèi)水面以上一般要有7cm左右的保護(hù)高，以保證沖洗廢水自由跌水進(jìn)入排水槽。排水槽的廢水應(yīng)自由跌水進(jìn)入排水渠，以免引起壅水現(xiàn)象。沖洗排水槽的設(shè)計(jì)要求：

（2）排水渠

（2）排水渠

布置：

面積小時(shí)，沿池壁一邊布置；當(dāng)濾池面積很大時(shí)，排水渠布置在濾池中間。

五、沖洗水的供給

沖洗水供給方式：水泵沖洗；沖洗水塔或水箱沖洗。

1.水泵沖洗：特點(diǎn)：投資??；操作較為麻煩；在沖洗的短時(shí)間內(nèi)耗電量大，往往會(huì)使廠區(qū)內(nèi)供電網(wǎng)負(fù)荷驟增。

水泵流量：

（5-31）

五、沖洗水的供給

水泵楊程：

（5-32）

H0——排水槽頂與清水池最低水位之差，m；

h1——從清水池至濾池的沖洗管道中總水頭損失，m；

h2——濾池配水系統(tǒng)水頭損失，m。大阻力配水系統(tǒng)按孔口平均水頭損失計(jì)算。h3——承托層的水頭損失，m。h4—濾料層的水頭損失，m，h5

—備用水頭，一般取1.5~2.0m。

2.沖洗水塔（或水箱）特點(diǎn)：造價(jià)高；操作簡(jiǎn)單；專用水泵小，耗電量較均勻。沖洗水箱一般與濾池合建，通常建造于濾池操作室層頂上，水塔（箱）中水深不宜超過3m。水塔（箱）容積：可按單個(gè)濾池沖洗水量的1.5倍計(jì)算：（5-36）水塔（箱）底高出濾池沖洗排水槽頂?shù)母叨龋海?-37）2.沖洗水塔（或水箱）

四、承托層

承托層的作用：①防止濾料層從配水系統(tǒng)流失；②均布反沖洗水。組成見表5-4與5-5。表5-4快濾池大阻力配水系統(tǒng)承托層粒徑和厚度層次（自上而下）粒徑（mm）厚度12~410024~810038~16100416~32本層頂面高度至少應(yīng)高于配系統(tǒng)孔眼100四、承托層層次（自上而下）粒徑（mm）厚度12~4

表5-5三層濾料濾池承托層材料、粒徑與厚度注:配水系統(tǒng)如用濾磚且孔徑為4mm時(shí)，第6層可不設(shè)。

為了防止反沖洗時(shí)承托層移動(dòng)，美國對(duì)單層和雙層濾料濾池也有采用“粗-細(xì)-粗”的礫石分層方式。

如果采用小阻力配水系統(tǒng)，承托層可以不設(shè)，或者適當(dāng)鋪設(shè)一些粗砂或細(xì)礫石，視配水系統(tǒng)的具體情況而定。層次（自上而下）材料粒徑（mm）厚度（mm）1重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）0.5~1.0502重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）1~2503重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）2~4504重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）4~8505礫石8~161006礫石16~32本層頂面高度至少應(yīng)高于配系統(tǒng)孔眼100層次材料粒徑厚度1重質(zhì)礦石（如石榴石、磁鐵礦等）0.5~1

5.6幾種常見的濾池

一、普通快濾池

1.設(shè)計(jì)參數(shù)：

設(shè)計(jì)濾速：一般為8~10m/h。

濾池總面積：（5-38）

（5-39）

個(gè)數(shù)和單池面積：

濾池的個(gè)數(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，但不得小于兩個(gè)，可參考表5-7選用。單個(gè)濾池面積可根據(jù)濾池總面積F與濾池個(gè)數(shù)N進(jìn)行計(jì)算，如下式所示：一般單池面積不大于100m2。最佳單池面積可參考表5-8。

（5-40）

5.6幾種常見的濾池

表5-7濾池個(gè)數(shù)表5-8最佳單池面積濾池總面積（m2）濾池個(gè)數(shù)濾池總面積（m2）濾池個(gè)數(shù)<3021504~630~5032005~61003或43006~8總面積（m2）單池面積（m2）總面積（m2）單池面積（m2）6015~2025040~5012020~3040050~7018030~4060060~80表5-7濾池個(gè)數(shù)濾池總面積（m2）濾池個(gè)數(shù)濾池總面

濾池深度：

濾池深度包括：保護(hù)高：0.25~0.3m；濾層表面以上水深：1.5~2.0m；濾層厚度：2.0~2.5m承托層厚度：每層100mm濾池的總深度一般為3.0~3.5m。單層石英砂濾池深度一般稍?。浑p層和三層濾料濾池深度稍大。濾池深度：

2.管廊布置

布置方法：

濾池?cái)?shù)小于5個(gè)時(shí)，濾池宜采用單行排列，管廊位于濾池的一側(cè)。當(dāng)濾池?cái)?shù)超過5個(gè)時(shí)，濾池宜采用雙行排列，管廊位于兩排濾池的中間。后者布置緊湊，但管廊通風(fēng)、采光不如前者，檢