建筑工程給排水水處理-過(guò)濾

建筑工程給排水

水處理-過(guò)濾

建筑工程學(xué)院給排水教研室

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(guò)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(guò)程由過(guò)濾與反沖洗兩部分組成。

過(guò)濾周期:

工作周期：從過(guò)濾開(kāi)始到?jīng)_洗結(jié)束的一段時(shí)間稱(chēng)為快濾池的工作周期。濾池的工作周期為12~24h。

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(lèi)10~1000個(gè)/100mL；藻類(lèi)不太多；10000人以下的給水處理小于1.0ntu總大腸菌類(lèi)<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%

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)。

常用的數(shù)據(jù)見(jiàn)表5-2。表5-2濾料級(jí)配與濾速類(lèi)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(wú)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(wú)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

2.濾料篩選方法例：篩分試驗(yàn)記錄見(jiàn)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(guò)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(pán)2.61.3––合計(jì)200100

篩分方法：見(jiàn)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%。

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(chēng)重，并用比重瓶測(cè)出其密度。然后放入過(guò)濾筒中，用清水過(guò)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

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(guò)濾周期開(kāi)始時(shí)一般較差，如果周期延長(zhǎng)足夠的時(shí)間，在過(guò)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(guò)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。

3.提高濾層含含污能力的的途徑：（1）采用多層濾料濾濾池：接近理想想濾料濾池池，最常見(jiàn)見(jiàn)為雙層和和三層濾見(jiàn)見(jiàn)圖5-2。雙層濾池池其含污量量隨深度的的變化見(jiàn)圖圖5-3曲線2。（2）均質(zhì)濾料料過(guò)濾：均質(zhì)濾料：：沿整個(gè)濾層層深度方向向的任一斷斷面上，濾濾料組成和和平均粒徑徑均勻一致致。要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)均質(zhì)濾料料過(guò)濾，反反沖洗時(shí)濾濾料層不能能膨脹。(3)直接過(guò)濾原水不經(jīng)過(guò)過(guò)沉淀而直直接進(jìn)入濾濾池的過(guò)濾濾稱(chēng)為“直直接過(guò)濾””。直直接接過(guò)濾有兩兩種方式：：接觸過(guò)濾：原水加藥藥后只經(jīng)過(guò)過(guò)混合就直直接進(jìn)入濾濾池過(guò)濾，，稱(chēng)為“接接觸過(guò)濾””，見(jiàn)圖5-5中（a）與（b）所示；微絮凝過(guò)濾濾：原水加藥藥混合后先先經(jīng)過(guò)微絮凝池，再進(jìn)入濾濾池過(guò)濾，，稱(chēng)為“微微絮凝過(guò)濾濾”，如如圖5-5中（c）與（d）所示。圖5-5直接過(guò)濾流流程5.4過(guò)濾理論一、過(guò)濾水水力學(xué)1.清潔濾料層層的水頭損損失卡曼-康采尼公式式（Carman-Kozony）公式：(層流狀態(tài)））（5-1）非均勻?yàn)V層層按下式計(jì)計(jì)算：（5-2）濾層中的負(fù)負(fù)水頭在過(guò)濾過(guò)程程中，當(dāng)濾濾層截留了了大量雜質(zhì)質(zhì)以致砂面面以下某一一深度處的的水頭損失超過(guò)該處處的水深，，便出現(xiàn)負(fù)負(fù)水頭現(xiàn)象象。見(jiàn)圖5-7。危害：負(fù)水頭會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致水中氣氣體釋放出出來(lái)形成氣囊，對(duì)過(guò)濾有有破壞作用用。一是減少有有效過(guò)濾面面積，增加加濾層水頭頭損失及濾濾層中孔隙隙流速；二是氣囊穿穿過(guò)濾料層層上升，有有可能把部部分細(xì)濾濾料或輕質(zhì)質(zhì)濾料帶走走，破壞濾濾層結(jié)構(gòu)。。在沖洗時(shí)，，氣囊更容容易把濾濾料帶出濾濾池。措施：避免濾池中中出現(xiàn)負(fù)水水頭的兩個(gè)個(gè)方法：一是增加砂砂面上的水水深；二是令濾池池出口位置置等于或高高于濾層表表面。二、過(guò)過(guò)濾機(jī)理1.顆粒遷移：物理—力學(xué)作用：：攔截、沉沉淀、擴(kuò)散散、慣性和和水動(dòng)力作作用，見(jiàn)圖圖5-10。圖5-10顆粒遷移機(jī)機(jī)理示意（2）顆粒粘附附：物理化學(xué)作作用：范德德華引力、、靜電力、、以及某些些化學(xué)鍵和和某些特殊殊的化學(xué)吸吸附力作用用、絮凝顆顆粒間的架架橋作用。。5.5濾層反沖洗洗一、高速速水流反沖沖洗1.反沖洗強(qiáng)度度：指單位面積積濾層所通通過(guò)的反沖沖洗水流量量，單位為為L(zhǎng)/sm2。2.濾層膨脹度度（5-3）由于濾層膨膨脹前、后后單位面積積上濾料體體積不變，，于是：（5-4）故：（5-5）3.沖洗時(shí)間實(shí)際操作中中可根據(jù)沖沖洗廢水的的允許濁度度決定。生產(chǎn)上，反反沖洗強(qiáng)、、濾層膨脹脹度和沖洗洗時(shí)間可按按表5-6確定。表5-6沖洗強(qiáng)度、、膨脹度和和沖洗時(shí)間間注：1．設(shè)計(jì)水溫溫按20℃計(jì)，水溫每每增減1℃，沖洗強(qiáng)度度相應(yīng)增減減1%；２．由于全全年水溫、、水質(zhì)有所所變化，應(yīng)應(yīng)考慮有適適當(dāng)調(diào)整沖沖洗強(qiáng)度的的可能；；３．選擇沖沖洗強(qiáng)度應(yīng)應(yīng)考慮所用用混凝劑品品種的因素素；４．無(wú)閥濾濾池沖洗時(shí)時(shí)間可采用用低限；５．膨脹度度數(shù)值僅作作設(shè)計(jì)計(jì)算算用。序號(hào)濾層類(lèi)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16~17557~54.反沖洗時(shí)濾濾層中水頭頭損失的變變化假設(shè)濾料粒粒徑均勻，，沖洗時(shí)，，如果濾層層未膨脹，，水流通過(guò)過(guò)濾層的水頭頭損失可用用歐根（Ergun）公式計(jì)算算：（5-6）濾層膨脹后后水頭損失失：（5-7）最小流態(tài)化化流速vmf：5.反沖洗強(qiáng)度度的確定設(shè)計(jì)或操作作中，可以以最粗濾料料剛開(kāi)始膨膨脹作為確確定沖洗強(qiáng)強(qiáng)度的依據(jù)據(jù)?？紤]到到其他因素素，可按下下式確定：：（5-8）k—安全系數(shù)，，一般為1.1~1.3，決定于濾濾料粒徑均均勻程度。。二、氣、、水反沖洗洗操作方式：：先氣沖，再再水沖；先氣-水同時(shí)反沖沖，再水沖沖；先氣沖，然然后氣-水同時(shí)沖，，再水沖（（或漂洗））；總的沖洗時(shí)時(shí)間控制在在6~10min。例如：某水水廠的V型濾池，采采用均質(zhì)濾濾料，采用用第3中操作方式，其其參數(shù)如下下：氣沖強(qiáng)度：：15L/s.m2，沖洗時(shí)間間4min；氣水同時(shí)反反沖：氣沖沖強(qiáng)度15L/s.m2，水沖強(qiáng)度度4L/s.m2，沖洗時(shí)間4min；水沖：水沖沖強(qiáng)度4L/s.m2，沖洗時(shí)間間2min。三、濾池的的配水系統(tǒng)統(tǒng)1.配水系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)原理理大阻力配水水系統(tǒng)：由于承托層層與濾料層層的阻力系系數(shù)不能改改變，只有有通過(guò)減小小孔口總面面積來(lái)增大大孔口阻力力系數(shù)S2，增大孔口口阻力系數(shù)數(shù)S2就削弱了承承托層、濾濾料層阻力力系數(shù)及配配水系統(tǒng)壓壓力水頭不不均勻?qū)卓卓诔隽髁苛康挠绊?，，這就是大大阻力配水水系統(tǒng)的原原理。小阻力配水水系統(tǒng)：2.大阻力配水水系統(tǒng)——穿孔管配水水系統(tǒng)（1）構(gòu)造大阻力配水水系統(tǒng)的構(gòu)造如圖圖5-11和圖5-12所示。（2）沿途泄流流管道壓力力變化（3）配水系系統(tǒng)的能量量的變化（4）穿孔管大阻阻力配水系系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)大阻力配水水系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：：干管起端流流速為1.0~1.5m/s，支管起端端流速為1.5~2.0m/s，孔眼流速速為5~6m/s，開(kāi)孔比0.2%~0.25%。支管中心距距為0.25~0.3m，支管長(zhǎng)度度與其直徑徑之比一般般不應(yīng)大于于60。孔口直徑約約為9~12mm，設(shè)于支管管兩側(cè)，與與垂線呈45°角向下交錯(cuò)錯(cuò)排列。干管橫截面面與支管總總橫截面之之比應(yīng)大于于1.75~2.0。四、反沖沖洗廢水的的排除（1）沖洗排水水槽（見(jiàn)圖圖5-18、5-19）（5-28）（5-29）沖洗排水槽槽的設(shè)計(jì)要要求：沖洗排水槽槽平面總面面積一般不不大于單個(gè)個(gè)濾池面積積的25%。否則，會(huì)會(huì)影響上升升水流的均均勻性。相鄰兩槽的的中心間距距一般為1.5~2.0m。間距過(guò)大大，難以排排水均勻。。每單位槽長(zhǎng)長(zhǎng)的溢入流流量應(yīng)相等等。故施工工時(shí)沖洗排排水槽口應(yīng)應(yīng)力求水平平，誤差限限制在2mm內(nèi)。沖洗排水槽槽的始端尺尺寸：一般般采用始端端深度為末末端深度的的一半；或或槽底采用用平坡，使使始、兩端端尺寸相等等。槽內(nèi)水面以以上一般要要有7cm左右的保護(hù)護(hù)高，以保保證沖洗廢廢水自由跌跌水進(jìn)入排排水槽。排排水槽的廢廢水應(yīng)自由由跌水進(jìn)入入排水渠，，以免引起起壅水現(xiàn)象象。（2）排水渠布置：面積小時(shí)，，沿池壁一一邊布置；；當(dāng)濾池面積積很大時(shí)，，排水渠布布置在濾池池中間。五、沖洗水水的供給沖洗水供給給方式：水泵沖洗；；沖洗水塔或或水箱沖洗洗。1.水泵沖洗：：特點(diǎn)：投資??；操作較為麻麻煩；在沖洗的短短時(shí)間內(nèi)耗耗電量大，，往往會(huì)使使廠區(qū)內(nèi)供供電網(wǎng)負(fù)荷荷驟增。水泵流量：：（5-31）水泵楊程：：（5-32）H0——排水槽頂與與清水池最最低水位之之差，m；h1——從清水池至至濾池的沖沖洗管道中中總水頭損損失，m；h2——濾池配水系系統(tǒng)水頭損損失，m。大阻力配配水系統(tǒng)按按孔口平平均水頭頭損失計(jì)算算。h3——承托層的水水頭損失，，m。h4—濾料層層的水水頭損損失，，m，h5—備用水水頭，，一般般取1.5~2.0m。2.沖洗水水塔（（或水水箱））特點(diǎn)：：造價(jià)高高；操作簡(jiǎn)簡(jiǎn)單；；專(zhuān)用水水泵小小，耗耗電量量較均均勻。。沖洗水水箱一一般與與濾池池合建建，通通常建建造于于濾池池操作作室層層頂上上，水塔（（箱））中水水深不不宜超超過(guò)3m。水塔（（箱））容積積：可按單單個(gè)濾濾池沖沖洗水水量的的1.5倍計(jì)算算：（5-36）水塔（（箱））底高高出濾濾池沖沖洗排排水槽槽頂?shù)牡母叨榷龋海?-37）四、承承托層層承托層層的作作用：：①防止濾料料層從配水水系統(tǒng)流失失；②均布反沖沖洗水。組組成見(jiàn)表5-4與5-5。表5-4快濾池大阻阻力配水系系統(tǒng)承托層層粒徑和厚厚度層次（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表5-5三層濾料濾濾池承托層層材料、粒粒徑與厚度度注:配水系統(tǒng)如如用濾磚且且孔徑為4mm時(shí)，第6層可不設(shè)。。為了防止反反沖洗時(shí)承承托層移動(dòng)動(dòng)，美國(guó)對(duì)對(duì)單層和雙雙層濾料濾濾池也有采采用“粗-細(xì)-粗”的礫石石分層方式式。如果采用小小阻力配水水系統(tǒng)，承承托層可以以不設(shè)，或或者適當(dāng)鋪鋪設(shè)一些粗粗砂或細(xì)礫礫石，視配配水系統(tǒng)的的具體情況況而定。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1005.6幾種常見(jiàn)的的濾池一、普通快快濾池1.設(shè)計(jì)參數(shù)：：設(shè)計(jì)濾速：：一般為8~10m/h。濾池總面積積：（5-38）（5-39）個(gè)數(shù)和單池池面積：濾池的個(gè)數(shù)數(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)應(yīng)根據(jù)技技術(shù)經(jīng)濟(jì)比比較確定，，但不得小小于兩個(gè)，，可參考表表5-7選用。單個(gè)濾池面面積可根據(jù)據(jù)濾池總面面積F與濾池個(gè)數(shù)數(shù)N進(jìn)行計(jì)算，，如下式所所示：一般單池面積積不大于100m2。最佳單池池面積可參參考表5-8。（5-40）表5-7濾池個(gè)數(shù)表5-8最佳單池面面積濾池總面積（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濾池深度：：濾池深度包包括：保護(hù)高：0.25~0.3m；濾層表面以以上水深：：1.5~2.0m；濾層厚度：：2.0~2.5m承托層厚度度：每層100mm濾池的總深深度一般為為3.0~3.5m。單層石英英砂濾池深深度一般稍稍小；雙層和和三層濾料料濾池深度度稍大。2.管廊布置布置方法：：濾池?cái)?shù)小于于5個(gè)時(shí)，濾池池宜采用單單行排列，，管廊位于于濾池的一側(cè)。當(dāng)當(dāng)濾池?cái)?shù)超超過(guò)5個(gè)時(shí)，濾池池宜采用雙雙行排列，，管廊位于兩排濾池池的中間。。后者布置置緊湊，但但管廊通風(fēng)風(fēng)、采光不不如前者，檢修也也不太方便便。（1）進(jìn)水、清清水、沖洗洗水和排水水渠，全部部布置于管管廊內(nèi)，如如圖5-20（a）所示。特特點(diǎn)：渠道道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單，施工方方便，管渠渠集中緊湊，但但管廊中管管件較多，，通行和檢檢修不太方方便。（2）沖洗水和和清水渠布布置于管廊廊中，進(jìn)水水和排水渠渠布置于濾濾池另一側(cè)，，如圖5-20（b）所示。特特點(diǎn)：可節(jié)節(jié)省金屬管管件及閥門(mén)，管廊內(nèi)內(nèi)管件簡(jiǎn)單單，施工和和檢修方便便。但造價(jià)價(jià)稍高。（3）進(jìn)水、沖沖洗水及清清水管均采采用金屬管管道，排水水渠單獨(dú)設(shè)設(shè)置，如圖圖5-20（c）所示，特特點(diǎn)：通常常用于小型型水廠或?yàn)V濾池單行布布置。（4）對(duì)于較大大濾池，為為節(jié)約閥門(mén)門(mén)，可以將將進(jìn)水和排排水閥門(mén)分分別用進(jìn)水水虹吸和排排水虹吸代代替，沖洗洗水管和清清水管仍用用閥門(mén)，如如圖5-20（d）所示。特特點(diǎn)：虹吸吸管通水或或斷水以真真空系統(tǒng)控控制。3.快濾池管渠渠設(shè)計(jì)流速速管渠流速可可按下表確確定，考慮慮到今后水水量有增大大的可能時(shí)時(shí)，流速取取低限。表5-9管渠流速4.設(shè)計(jì)注意事事項(xiàng)（1）濾池清水水管應(yīng)設(shè)短短管或留有有堵板,管徑一般采采用75~200mm，以便濾池池翻修后排排放初濾水水。（2）濾池底部部宜設(shè)有排排空管，其其入口處設(shè)設(shè)柵罩，池池底坡度約約為0.005，坡向排空空管。（3）配水系統(tǒng)統(tǒng)干管末端端一般裝有有排氣管。。（4）每個(gè)濾池池宜設(shè)置水水頭損失計(jì)計(jì)及取樣管管。（5）各種密封封渠道上應(yīng)應(yīng)設(shè)有人孔孔，以便檢檢修。名稱(chēng)流速（m/s）名稱(chēng)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)1.0~1.5二、無(wú)閥濾濾池1.重力式無(wú)閥閥濾池過(guò)濾濾過(guò)程2.重力式無(wú)閥閥濾池的反反沖洗過(guò)程程3.設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)水系統(tǒng)：：（1）進(jìn)水分分配槽（2）進(jìn)水管U形存水彎濾池面積與與高度：沖洗水箱：：虹吸管的計(jì)計(jì)算：4.優(yōu)缺點(diǎn)無(wú)閥濾池一一般用于中中、小型水水廠。單池池面積一般般不大于16m2。優(yōu)點(diǎn)：不需大型閥閥門(mén)，沖洗洗完全自動(dòng)動(dòng)，造價(jià)較較低，操作作管理較為為方便，過(guò)過(guò)濾過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)負(fù)水頭現(xiàn)現(xiàn)象。缺點(diǎn)：池體結(jié)構(gòu)較較復(fù)雜，濾