污染控制工程課件

污染控制工程課件第一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)普通快濾池的構(gòu)造圖5-1為普通快濾池的透視與剖面示意圖?？鞛V池一般用鋼筋混凝土建造，它內(nèi)有排水槽、濾料層、墊料層和配水系統(tǒng)；它外有集中管廊，配有進(jìn)水管、出水管、沖洗水管、沖洗水排出管等管道及附件。過(guò)濾時(shí)，加入凝聚劑的渾水自進(jìn)水管經(jīng)集水渠、排水槽進(jìn)入濾池，自上而下穿過(guò)濾料層、墊料層，由配水系統(tǒng)收集，并經(jīng)出水管排出．此時(shí)開F1、F2，關(guān)F3、F4、F5。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間過(guò)濾，濾料層截留的懸浮物數(shù)量增加；濾層孔隙率減小，使孔隙水流速增大，其結(jié)果一方面造成過(guò)濾阻力增大，另一方面水流對(duì)孔隙中截留的雜質(zhì)沖刷力增大，使出水水質(zhì)變差。當(dāng)水頭損失超過(guò)允許值，或者出水的懸浮物濃度超過(guò)規(guī)定值，過(guò)濾即應(yīng)終止，進(jìn)行濾他反沖洗。反沖洗時(shí)，開F3、F4，關(guān)F1、F2。反沖洗水由沖洗水管經(jīng)配水系統(tǒng)過(guò)入濾池，由下而上穿過(guò)墊料層，濾料層，最后由排水槽經(jīng)集水渠排出。反沖洗完畢，又進(jìn)入下一過(guò)濾周期．第二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

第三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

一、濾料濾料是濾池的核心部分，它提供懸浮物接觸凝聚的表面和納污的空間．工業(yè)濾料應(yīng)滿足下列要求：①有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，在沖洗過(guò)程中不因碰撞、摩擦而破碎。②有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，不溶于水，對(duì)廢水中的化學(xué)成分足夠穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì)。③具有一定的大小和級(jí)配，滿足截留懸浮物的要求。④外形近乎球形，表面粗糙，有棱角，能提供較大比表面和扎隙率。⑤價(jià)廉，易得。在水處理中最常用的濾料有石英砂、無(wú)煙煤粒、石榴石粒、磁鐵礦粒、白云石粒、花崗巖粒位以及聚苯乙烯發(fā)泡塑料對(duì)等。其中以石英砂使用最廣。第四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日濾池濾料的粒徑和級(jí)配應(yīng)適應(yīng)懸浮顆粒的大小和去除效率要求。級(jí)配表示不同粒徑的顆粒在濾料中的比例，濾料顆粒的級(jí)配關(guān)系可由篩分試驗(yàn)求得；取一定濾料試樣，置于105℃的恒溫箱中烘干，準(zhǔn)確稱量后置于一組分樣篩篩中過(guò)篩，最后稱出留在每一篩上的顆粒重量．以通過(guò)每一篩孔的顆粒重量占試樣總重量的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，以對(duì)應(yīng)的篩孔孔徑為橫坐標(biāo)作圖，得如圖5-2所示的濾濾料級(jí)配曲線。根據(jù)級(jí)配曲線，可以確定濾料的有效粒徑和不均勻系數(shù)兩個(gè)參數(shù)。有效粒徑表示通過(guò)10％濾料質(zhì)量的篩孔直徑，記作d10在圖5-1中，d10＝0.53mm。d10表示小顆粒的粒徑。

第五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5-2濾料篩分級(jí)配曲線

實(shí)驗(yàn)表明，若濾料的d10相等，即使其級(jí)配曲線不一樣，過(guò)濾時(shí)所產(chǎn)生的水頭損失仍舊相近。由此可知，起主要過(guò)濾作用的有效部分正是粒徑小于d10的那些顆粒，故將d10稱為有效粒徑．類似地，以d80表示通過(guò)80％濾料質(zhì)量的篩孔直徑，即濾料中粗顆粒的代表性粒徑。

在生產(chǎn)中也有規(guī)定最大和最小兩種粒徑的較為簡(jiǎn)便的方法來(lái)表示濾料的規(guī)格。由于濾料顆粒大小形狀不一，進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，常以當(dāng)量粒徑de來(lái)反映粒徑的大小，為調(diào)和平均值，可按下式計(jì)算：(5-1)第六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

其意義是將篩分曲線分為若干段，在粒徑di1和di2之間取其平均值di,de與平均粒徑ds0的數(shù)值接近。

考慮到篩孔和顆粒的不規(guī)則性，在理論計(jì)算時(shí)，需對(duì)篩孔進(jìn)行如下核準(zhǔn)。將干燥后濾料試樣放入篩孔為d的篩上，篩去細(xì)顆粒，然后放在一紙上，蓋好篩蓋，再振篩幾下，落下一些恰好能通過(guò)篩孔的顆粒，從中任取n個(gè)顆粒，準(zhǔn)確稱其重量ω，按下式計(jì)算篩的核準(zhǔn)孔徑d’：

d’相當(dāng)于恰好通過(guò)篩孔d的濾料顆粒的等體積球體的直徑，d’應(yīng)略小于d（見(jiàn)圖5-2）。上述de的計(jì)算通常以校準(zhǔn)篩孔后級(jí)配曲線為準(zhǔn)。濾層的含污能力和過(guò)濾效果除取決于濾料粒徑外，還與濾層厚度有關(guān)，即決定于濾層厚度和濾料粒徑的比值L/de。L/de值愈大，去除率也愈高，因?yàn)長(zhǎng)/de值與單位過(guò)濾面積上濾料總表面積和顆粒數(shù)目成正比．(5-2)第七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

表5-1列出了普通快濾池的濾料組成和濾速范圍。

單層濾料濾池在反沖洗后由于水力篩分作用，使得沿過(guò)濾水流方向的濾料粒徑逐漸變大。形成上部細(xì)，下部粗的濾床（如圖5-3）。孔隙尺寸及合污能力也是從上到下逐漸變大。在下向流過(guò)濾中，水流先經(jīng)過(guò)粒徑小的上部濾料層，再到粒徑大的下部濾料層。理想濾池濾料排列應(yīng)是沿水流方向由粗到細(xì)。為了解決實(shí)際濾池與理想濾池的矛盾，途徑有三條。第八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日①改變水流方向，即原水自下向上穿過(guò)濾層。采用雙向進(jìn)水、中部出水的辦法可以提高上流式濾池的濾速，但下層濾料仍然難以沖洗干凈，且結(jié)構(gòu)和操作較復(fù)雜。②改用雙層或多層濾料．在砂層上部放置粒徑較大，密度較小的輕質(zhì)濾料．在砂層下部放置粒徑較小，密度較大的重質(zhì)濾料.濾料層數(shù)越多，愈趨近于理想濾池（見(jiàn)圖5－3）。③采用新型的密實(shí)度或孔隙率可變的濾料，這類濾料由柔性材料人工制成，如纖維球、輕質(zhì)泡沫塑料珠、橡膠粒等。纖維球在濾床上都比較松散，基本上呈球狀。整個(gè)床層．上部孔隙率較高，下部孔隙率較低，近似理想濾池孔隙率分布，實(shí)測(cè)纖維球?yàn)V床的孔隙率分布如圖5-4所示。第九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)表明，纖維球?yàn)V池過(guò)濾速度為砂濾池的5～8倍，如果采用同樣的濾速，則纖維球過(guò)濾周期比砂濾池長(zhǎng)3倍；能有效地去除0.5～10μm級(jí)的微小懸浮物；濾過(guò)水的懸浮物含量一般在10mg/L以下。但目前纖維球價(jià)格較貴；再生需用氣、水聯(lián)合反沖，氣起主要作用，控制氣量在4Q～50L/m2.s,水量在l0L/m2.s時(shí)，可沖洗干凈。第十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

二、墊料層

墊料層主要起承托濾料的作用。故亦稱承托層，一般配合大阻力配水系統(tǒng)使用。由于濾料粒得徑小，而配水系統(tǒng)的孔眼較大，為了防上濾料隨過(guò)濾水流失，同時(shí)也幫助均勻配水，在濾料與配水系統(tǒng)之間增設(shè)一墊料層。如果配水系統(tǒng)的孔眼直徑很小、布水也很均勻，墊料層可以減薄或省去。墊料層要求不被反洗水沖動(dòng)，形成的孔隙均勻，使布水均勻，化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高。通常，墊料層采用天然卵石或碎石。目前濾料的最大粒徑為1～2mm，故墊料層的最小粒徑一般不小于2mm．而其最大粒徑以不破常規(guī)反洗強(qiáng)度下的水流沖動(dòng)來(lái)考慮，一般為32mm。通常,不同粒徑的墊料分層布置、各層厚度如表5-2示。第十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日三、配水系統(tǒng)

配水系統(tǒng)的作用是均勻收集濾后水，更重要的是均勻分配反沖洗水，所以，它又稱為排水系統(tǒng).配水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是濾池正常工作，保持濾料層穩(wěn)定的重要保證。由于反沖洗水流量比正常過(guò)濾水的流量大得多，因此,配水系統(tǒng)應(yīng)主要考慮反沖洗水均勻分布的要求．圖5-5表示反洗水進(jìn)入后，靠近進(jìn)口的A點(diǎn)及配水系統(tǒng)末端B點(diǎn)的水流路線Ⅰ和Ⅱ。第十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5-5表示反洗水進(jìn)入后，靠近進(jìn)口的A點(diǎn)及配水系統(tǒng)末端B點(diǎn)的水流路線Ⅰ和Ⅱ。假定反洗水各處分布都是均勻的，各水流路線上單位面積、單位時(shí)間的反洗水量為q。個(gè)各水流路線的總水頭損失應(yīng)包括配水系統(tǒng)的水頭損失s1q2、配水系統(tǒng)上出水孔眼的水頭損失s2q2、墊料層水頭損失s3q2、濾料層水頭損失s4q2，即進(jìn)水壓力H為

流道Ⅰ：流速水頭（5-3）流道Ⅱ：流速水頭（5-4）第十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

兩個(gè)流道中的墊料層、濾料層雖然不能認(rèn)為是絕對(duì)相同的，但其差異不大。配水系統(tǒng)的布水孔眼可孔制為各處是一致的，所以，可以認(rèn)為上兩式中的s2A=s2B=s2；s3A=s3B=s3;s4A=s4B=s4，這樣，兩流道的反洗水單位面積流量之比(5-5)

式（5-5）中s1A總是不等于s1B，所以qA≠qB,但是，設(shè)計(jì)中必須盡可能使qA=qB。分析式(5-5)可知，為使qA=qB，可采取兩種方法。①盡可能增大配水系統(tǒng)中布水孔眼的阻力，即減小孔眼尺寸，使s2》s1+s3+s4，從而使式（5-5）右邊根號(hào)內(nèi)的分子接近于分母值。這種人為增大孔眼阻力的配水系統(tǒng)稱為大阻力配水系統(tǒng)。穿孔管式的配水系統(tǒng)就是大阻力配水系統(tǒng)。②盡可能減小s1的數(shù)值，亦即使水從進(jìn)口端流到末端的水頭損失可以忽略不計(jì)，s1《s2+s3+s4，從而可使qA=qB。這種配水系統(tǒng)稱為小阻力配水系統(tǒng)，如豆石濾板，格柵板等就是小阻力配水系統(tǒng)。第十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日管式大阻力排水系統(tǒng)(圖5-6）由一條干管（或渠）和若干支管所組成，干管截面積為支管總截面積的1.5～2.0倍，支管長(zhǎng)與直徑之比小于60。支管上開有向下成45度角的配水孔，相鄰兩孔的方向相錯(cuò)開，孔間距75～200mm，配水孔總面積與濾池面積之比為0.2％～0.25%。支管底與池底距離不小于子管半徑。為了排除反洗水的空氣，干管應(yīng)在末端頂部設(shè)排氣管，干管自進(jìn)口端至末端傾斜向上。排氣管直徑40～50mm，末端應(yīng)設(shè)閥門。第十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)濾池面積較大，干管直徑較大時(shí)，為了保證干管頂部配水，可在千管項(xiàng)上開孔安裝濾頭（圖5-7a），或?qū)⒏晒苈裨O(shè)在濾池底板以下，干管須連接短管，穿過(guò)底板與支管相連（圖5-7b）。第十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日小阻力配水系統(tǒng)的形式很多，最常用的是穿孔板上安裝濾頭。常見(jiàn)的濾頭為圓柱型和塔型兩種（圖5-8和5-9），廢水從穿孔板下空間流入濾頭，通過(guò)濾頭的縫隙分配入濾池。穿孔板與濾池底的空間為集水空間，高度為0.3m，水在集水空間內(nèi)流動(dòng)的阻力可以忽略不計(jì)。通常，每平方米濾池面積，安裝濾頭40～60個(gè)，總縫隙面積為濾池面積的0.5％～2％。第十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日四、排水槽及集水渠排水槽用以均勻收集和輸送反沖洗污水，因此，排水槽的分布應(yīng)使排水槽溢水周邊的服務(wù)面積相等，并且濾池內(nèi)分布均勻。此外，排水槽應(yīng)及時(shí)將反洗污水輸送到集水渠，不致產(chǎn)生壅水現(xiàn)象。在排水槽的末端，反洗污水應(yīng)以自由跌落的形式流入集水渠，集水渠的水面不干擾排水槽的出流。排水槽與集水渠的水流狀態(tài)，如圖5-10所示。第十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日為了使所設(shè)置的排水槽不影響反洗水的均勻分布，糟的橫斷面一般采用圖5-11所示的形狀。每單位槽長(zhǎng)溢流流量必須相等，槽頂溢流部分應(yīng)盡量水平，標(biāo)高的誤差應(yīng)在±2mm范圍內(nèi)。兩排水槽中心線的間距一般為1.5～2.2m；糟長(zhǎng)為5～6m。槽所占的面積應(yīng)不超過(guò)濾池面積的25％。為保證足夠的過(guò)水能力，槽內(nèi)水面以上有一定超高（千舷），通常采用7cm。一般沿槽長(zhǎng)方向槽寬不變，而是采用傾斜槽底，起端的槽深度為末端深度的一半，末端過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俨捎?.6m/s控制。排水槽面應(yīng)高出濾層反洗時(shí)的最大膨脹高度，以免濾料流失．集水渠一方面用以收集各排水增進(jìn)來(lái)的反洗污水，通過(guò)反洗排水管排入下水道，同時(shí)，它也起著連接進(jìn)水管之用，故也稱之為進(jìn)水渠。反洗排污時(shí)集水渠的水面應(yīng)低于排水槽出口的底部標(biāo)高，以保證洗水槽的水流暢通。Return第十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)過(guò)濾理論一、過(guò)濾機(jī)理

1.遷移機(jī)理（1）篩濾比濾層孔隙大的顆粒被機(jī)械篩分，截留于過(guò)濾表面上，然后這些被截留的顆粒形成孔隙更小的濾餅層，使過(guò)濾水頭增加，甚至發(fā)生堵塞。（2）攔截隨流線流動(dòng)的小顆粒，在流線會(huì)聚處與濾料表面接觸。其去除概率與顆粒直徑的平方成正比，與濾料粒徑的立方成反比，也是雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)。（3）慣性當(dāng)流線繞過(guò)濾料表面時(shí)，具有較大動(dòng)量和密度的顆粒因慣性沖擊而脫離流線碰撞到濾料表面上。第二十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日（4）沉淀如果懸浮物的粒徑和密度較大，將存在一個(gè)沿重力方向的相對(duì)沉淀速度。在凈重力作用下，顆粒偏離流線沉淀到濾料表面上。沉淀效率取決于顆粒沉速和過(guò)濾水速的相對(duì)大小和方向。此時(shí)，濾層中的每個(gè)小孔隙起著一個(gè)淺層沉淀池的作用（5）布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)于微小懸浮顆粒（如d＜1μm），由于布朗運(yùn)動(dòng)而擴(kuò)散到濾料表面。（6）水力作用由于濾層中的孔隙和懸浮顆粒的形狀是極不規(guī)則的，在不均勻的剪切流場(chǎng)中，顆粒受到不平衡力的作用不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)而偏離流線。在實(shí)際過(guò)濾中，懸浮顆粒的遷移將受到上述各機(jī)理的作用，它們的相對(duì)重要性取決于水流狀況、濾層孔隙形狀及顆粒本身的性質(zhì)（粒度、形狀、密度等）。第二十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

2．附著機(jī)理（1）接觸凝聚在原水中投加凝聚劑，壓縮懸浮顆粒和濾料顆粒表面的雙電層后，但尚未生成微絮凝體時(shí)，立即進(jìn)行過(guò)濾。（2）靜電引力由于顆粒表面上的電荷和由此形成的雙電層產(chǎn)生靜電引力和斥力。當(dāng)懸浮顆粒和濾料顆粒帶異號(hào)電荷則相吸，反之，則相斥。（3）吸附懸浮顆粒細(xì)小，具有很強(qiáng)的吸附趨勢(shì)、吸附作用也可能通過(guò)絮凝劑的架橋作用實(shí)現(xiàn)。絮凝物的一端附著在濾料表面，而另一端附著在懸浮顆粒上。（4）分子引力原子、分子間的引力在顆粒附著時(shí)起重要作用。萬(wàn)有引力可以疊加，其作用范圍有限（通常小于50μm），與兩分子的間距的6次方成反比。第二十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

3．脫落機(jī)理普通快濾池通常用水進(jìn)行反沖洗，有時(shí)先用或同時(shí)用壓縮空氣進(jìn)行輔助表面沖洗。在反沖洗時(shí)，濾層膨脹一定高度，濾料處于流化狀態(tài)。截留和附著于濾料上的懸浮物受到高速反洗水的沖刷而脫落；濾料顆粒在水流中旋轉(zhuǎn)，碰撞和摩擦，也使懸浮物脫落。反沖洗效果主要取決于沖洗強(qiáng)度和時(shí)間。當(dāng)采用同向流沖洗時(shí)，還與沖洗流速的變動(dòng)有關(guān)。第二十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

二、過(guò)濾方程

利用均勻?yàn)V料床過(guò)濾澄清含均勻分散的非絮凝性顆粒的懸濁液時(shí)，液相濃度隨濾層深度Z和過(guò)濾時(shí)間t而變化，即通常認(rèn)為，懸浮物的去除速度與其濃度成立比，即-dc/dt=kc。因此，式（5-6）可寫為(5-6)(5-7)(5-8)第二十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日上式左邊第2項(xiàng)表示濾料孔隙水才懸浮物濃度隨時(shí)間的變化率，與第1項(xiàng)相比其值甚小，可忽略不計(jì)，則簡(jiǎn)化為式（5-9）稱為過(guò)濾澄清方程，表明單位濾層厚度截留的懸浮物量與該處液相的懸浮物濃度成正比。在t=0時(shí)，積分上式得c=c0exp(-λ0Z)，c0為懸浮物入口濃度；λ為t＝0時(shí)過(guò)濾系數(shù)的初始值。由于顆粒沉積改變著孔隙流態(tài)和濾料表面性質(zhì)，因此，λ不是常數(shù)，而是沉積量σ的函數(shù)。艾夫斯（Ives，1969）導(dǎo)出了λ的如下通用計(jì)算式。(5-9)(5-10)第二十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

2．連續(xù)過(guò)濾方程式在濾層中任取一厚度為dZ、體積為dV的均勻微元段。流量為Q，濃度為C的原水流過(guò)該段時(shí)，水平的懸浮物濃度和濾料上的懸浮物量都發(fā)生變化（如圖5-12所示）。根據(jù)物料平衡，在dt時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)與流出量之差應(yīng)等于濾層上的增量，即(5-11)第二十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日式（5－11）稱為過(guò)濾的連續(xù)性方程。若忽略等式左邊第二項(xiàng)，則連續(xù)方程簡(jiǎn)化成

(5-12)根據(jù)實(shí)測(cè)不同濾層深度處的水相濃度及運(yùn)行時(shí)間，可用上述模式評(píng)價(jià)濾池的工作狀態(tài)．通過(guò)求解式（5-9）、（5-10）和（5-12）方程組，可解出濃度和沉積量在時(shí)間和空間上的分布，如圖5-13所示。第二十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

3．阻力方程過(guò)濾的水頭損失包括干凈濾層的水頭損失和沉淀物產(chǎn)生的水頭損失兩部分?？ㄩT-柯鎮(zhèn)尼（Carimen－Kozeny）從管道水頭損失公式出發(fā)導(dǎo)出了計(jì)算干凈濾層阻力的公式：(5-13)隨著過(guò)濾的進(jìn)行，濾料層孔隙率逐漸變小，水頭損失隨比沉積量σ增大而增大。納污濾層的水頭損失可用（ε-σ）代替上式中的ε0，仍用式（5-13）計(jì)算。第二十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日也可在干凈濾層水頭損失上疊加一個(gè)隨σ或t增大而增大的阻力項(xiàng)ΔH。計(jì)算水頭損失增值的公式很多，如格里哥利（Gregory）公式：(5-14)

由式（5-13）和（5-14）可得出如下結(jié)論。①水頭損失與濾速成正比，提高濾速將增大水頭損失，但懸浮物進(jìn)入濾層的深度也加大，故對(duì)同一截留量而言，水頭損失增大較慢;②水頭損失與濾料粒徑的平方成正比，粒徑減小30％，水頭損失將增大一倍;③孔隙率對(duì)水頭損失影響較大，成(1-ε0)2/ε0關(guān)系。當(dāng)ε從0.5減至0.4時(shí)，損失將增大2.8倍;④水頭損失與過(guò)濾時(shí)間和進(jìn)水濃度成正比。第二十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

三、過(guò)濾效率的影響因素

1、濾料的影響

（1）粒度過(guò)濾效率與粒徑dn（l＜n＜3）成反比，即粒度越小，過(guò)濾效率越高，但水頭損失也增加越快。（2）形狀角形濾料的表面積比同體積的球形濾料的表面積大、因此，當(dāng)孔隙率相同時(shí)，角形濾料過(guò)濾效率高。（3）孔隙率球形濾料的孔隙率與粒徑關(guān)系不大，一般都在0.43右。但角形濾料的孔隙率取決于粒徑及其分布，一般約為0.48～0.55。（4）厚度濾床越厚，濾波越清，操作周期越長(zhǎng)。（5）表面性質(zhì)濾料表面的不帶電荷或者帶有與懸浮顆粒表面電荷相反的電荷有利于懸浮顆粒在其表面上吸附和接觸凝聚。第三十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

2．懸浮物的影響

（1）粒度幾乎所有過(guò)濾機(jī)理都受懸浮物粒度的影響。粒度越大，通過(guò)篩濾去除越易。（2）形狀角形顆粒因比表面積大，其去除效率比球形顆粒高。（3）密度顆粒密度主要通過(guò)沉淀，慣性及布朗運(yùn)動(dòng)機(jī)理影響過(guò)濾率．（4）濃度過(guò)濾效率隨原水濃度升高而降低，濃度越高，穿透越易，水頭損失增加越快。（5）溫度溫度影響密度及粘度，進(jìn)而通過(guò)沉淀和附著機(jī)理影響過(guò)濾效率。降低溫度，對(duì)過(guò)濾不利。（6）表面性質(zhì)懸浮物的絮凝特性，電動(dòng)電位等主要取決于表面性質(zhì)，因此，顆粒表面性質(zhì)是影響過(guò)濾效率的重要因素。Return第三十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)快濾池的運(yùn)行

一、濾速變化及其控制

在恒速過(guò)濾中，作用在濾池上的水頭恒定，而濾層中的阻力增加，由逐漸開大的出水閥（手控或自控）來(lái)補(bǔ)償，使總阻力和出水量維持不變。開始過(guò)濾時(shí)，濾層是干凈的，阻力很小。此時(shí)讓一部分水頭消耗在幾乎是關(guān)閉的出水閥上。繼續(xù)進(jìn)行過(guò)濾，濾池逐漸被懸浮物阻塞，阻力增大，因而流量控制閥應(yīng)逐漸開大。當(dāng)出水閥全開時(shí)，則過(guò)濾必須停止，否則濾速將下降。也可以在每個(gè)濾池的進(jìn)水端和出水閥后分別設(shè)進(jìn)水堰室和出水堰室（如圖5-14所示）來(lái)實(shí)現(xiàn)變水位恒速過(guò)濾。

第三十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日如果將進(jìn)水管設(shè)在排水槽以下，當(dāng)濾池水位低于排水槽時(shí)，過(guò)濾速度是恒定的；而當(dāng)池內(nèi)水位高出排水槽，則變?yōu)榻邓龠^(guò)濾。對(duì)一組并聯(lián)運(yùn)行的濾池，各濾池內(nèi)的水位基本相同。當(dāng)其中某個(gè)濾池阻力增大對(duì)，則總進(jìn)水量在各濾池間重新分配，使濾池水位稍許上升．從而增加了較干凈濾池的水頭和流量。隨著濾層阻力增大，濾速相應(yīng)降低，除濾層外的其余各部分阻力因隨濾速變化也有所減少。總的結(jié)果是濾速降低較為緩慢。采用這種降速過(guò)濾方式運(yùn)行，需要的工作水頭（即濾池深度）可以小于恒速過(guò)濾。第三十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

為了避免濾床脫水、出現(xiàn)濾層龜裂、偏流、受進(jìn)水沖刷等問(wèn)題，出水堰頂必須設(shè)在濾層以上。這種布置同時(shí)消除了濾層內(nèi)產(chǎn)生負(fù)水頭的可能性。隨過(guò)濾進(jìn)行，濾池水頭損失和濾后水濃度逐漸上升，理想情況如圖5-15所示。當(dāng)出水濃度超過(guò)允許值或水頭損失達(dá)到設(shè)定值，過(guò)濾階段即告結(jié)束，濾池需進(jìn)行反洗。濾池的過(guò)濾時(shí)間也稱過(guò)濾周期，隨濾料組成、原水濃度、濾速而異。一般控制在12～24小時(shí)。第三十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日二、濾池沖洗

濾池沖洗的目的是清除截留在濾料孔隙中的懸浮物，恢復(fù)其過(guò)濾阻力。一般濾池采用濾后水反沖洗，并輔以表面沖洗或空氣沖洗。采用這種水-氣聯(lián)合沖洗方式不需要使濾層全部流化，所用的沖洗強(qiáng)度較小，不會(huì)產(chǎn)生濾料流失，濾料也不會(huì)分層，但沖洗不干凈。大多數(shù)濾池都采用了較高的沖洗強(qiáng)度，使濾層全部流化。靠水力剪切和顆粒摩擦清洗濾料。

1．膨脹率當(dāng)上升的反沖洗水流對(duì)濾料施加的拖曳力等于濾料的有效重量時(shí)，濾料呈臨界懸浮狀態(tài)，此后，隨沖洗強(qiáng)度加大，濾層進(jìn)一步膨脹和流化。濾層膨脹率σ可表示為：(5-15)第三十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

膨脹率測(cè)定簡(jiǎn)單，常作為反沖洗澡作的控制指標(biāo)。e太低，水流剪切力??；e過(guò)高，顆粒碰撞次數(shù)少，還會(huì)沖動(dòng)墊料層及流失濾料，因此，e應(yīng)適當(dāng)。對(duì)砂濾床，最佳膨脹率E可由下式計(jì)算:E=(1.5-2.5ε0)(5-16）具有一定級(jí)配的分層濾床，在同一反沖洗強(qiáng)度下，不同粒徑的濾層其膨脹率不同。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)最大顆粒的沉降速度u滿足下式時(shí)，整個(gè)濾層就完全膨脹起來(lái)。

εe=(v1/u)0.22

（5-17）完全膨脹后的厚度由下式確定：(5-18)第三十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日2、反沖洗強(qiáng)度

單位時(shí)間單位濾池面積通過(guò)的反沖洗水量稱為反沖洗強(qiáng)度q，通常用L/(m2·s)表示、其值與濾料粒徑、水溫、孔隙率和要求的膨脹率有關(guān)，可用式（5-19）計(jì)算，也可用試驗(yàn)方法確定。(5-19)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，過(guò)濾一般的懸浮物時(shí)，要求q約在12～15L/(m2·s)之間，如過(guò)濾油質(zhì)懸浮物，則要求q增大至20

L/(m2.s)或更大。第三十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

3．反沖洗時(shí)間

反沖洗時(shí)間依濾層污染程度而異，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行情況來(lái)確定。在沖洗初期，出水濁度急劇升高，達(dá)最大值后，逐漸降低。通過(guò)測(cè)定反洗水濁度，可確定合適的沖洗時(shí)間。若沖洗時(shí)間不夠，污物來(lái)不及脫落和排走、一般反沖洗時(shí)間為5～10min，加上啟閉閥門和表面沖洗時(shí)間，總共需15～30min。

4、反沖洗水頭反沖洗所需水頭等于濾層、墊層、配水系統(tǒng)及管路的水頭損失之和，并留有1.5～2.0m的富余水頭。濾層阻力正好等于濾料在水中的重量，其水頭損失可由下式計(jì)算：(5-20)第三十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

卵石墊料層的水頭損失可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

h2=0.22L1q(m)（5-21）大阻力配水系統(tǒng)的孔眼水頭損失為:(5-22)采用雙層砌塊式濾磚的水頭損失也可用類似于式（5-22）的水力學(xué)公式計(jì)算，即h3=0.195q2。采用豆石濾水板，其水頭損失取經(jīng)驗(yàn)值為0.25～0.4m。第三十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日5．反沖洗水的供應(yīng)和排除反沖洗水可用水塔或水泵供給。水塔安裝高度及水泵揚(yáng)程取決于反沖洗水頭。反沖洗水量為濾池面積、反沖洗強(qiáng)度與時(shí)間的乘積，約占濾過(guò)水量的1%～2%。水塔的容量應(yīng)為一次反沖洗用水量的1.5倍，水深不超過(guò)3m。當(dāng)反洗水需要升溫時(shí)，可在水塔內(nèi)通入蒸汽。反沖洗排出的污水應(yīng)及時(shí)排除，通常返回處理系統(tǒng)的首端。6．空氣沖洗到目前為止，還沒(méi)能從理論上推導(dǎo)出水－氣聯(lián)合沖洗的最佳空氣沖洗強(qiáng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)單一濾料的石英砂及無(wú)煙煤濾池，采用的空氣沖洗強(qiáng)度范圍為160～27L/(m2·s)，沖洗歷時(shí)3～4min。第四十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

7．表面沖洗

在過(guò)濾含有機(jī)物質(zhì)較多的原水時(shí)，濾層表面往往生成由濾料顆粒、懸浮物和粘性物質(zhì)結(jié)成的泥球。為了破壞泥球，提高沖洗質(zhì)量，常用壓力水進(jìn)行表面沖洗。表面沖洗裝置有固定管式和旋轉(zhuǎn)管式兩種。固定式?jīng)_洗管設(shè)在濾層以上6～8cm處，每個(gè)噴水孔服務(wù)的面積應(yīng)相同，沖洗強(qiáng)度為2.5～3.5L/(m2·s)，壓力15～20mH2O。旋轉(zhuǎn)式?jīng)_洗管設(shè)在濾層以上5cm處，利用射流產(chǎn)生的反力使噴水管旋轉(zhuǎn)、沖刷和攪拌濾層。對(duì)多層濾料濾池，常設(shè)雙層旋轉(zhuǎn)管。沖洗強(qiáng)度為1～1.5L/(m2·s)，壓力30～40mH2O。與固定管相比，旋轉(zhuǎn)管所用鋼材和沖洗水量較少。第四十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

三、常見(jiàn)故障及對(duì)策

1．氣阻在過(guò)濾末期，局部濾層的水頭損失可能大于該處實(shí)際的水壓力，即出現(xiàn)負(fù)水頭。此時(shí)，這部分濾層水平溶解的氣體將釋放出來(lái)，積聚在孔隙中，阻礙水流通過(guò)，以致濾水量顯著減少。為防止氣阻現(xiàn)象產(chǎn)主，首先應(yīng)保持濾層上足夠的水深，消除負(fù)水頭。其次，在配水系統(tǒng)末端應(yīng)設(shè)排氣管，防止反沖洗水中帶入氣體積聚在墊層或?yàn)V層中。有時(shí)也可適當(dāng)加大濾速，促使整個(gè)濾層納污比較均勻。一旦發(fā)生氣阻，應(yīng)停止過(guò)濾，進(jìn)行反沖洗。2．結(jié)泥球?yàn)V層表面的顆粒較細(xì)，截留的懸浮物較多。如果沖洗不干凈，則互相粘結(jié)成球。球徑可達(dá)5～20cm。在下一次沖洗時(shí)，因質(zhì)量較大而沉入濾層深處，造成布水不勻和再結(jié)泥球的惡性循環(huán)。這種污泥的主要成分是有機(jī)物，結(jié)球嚴(yán)重時(shí)會(huì)腐化發(fā)臭。防止辦法是改善沖洗效果，增加表面沖洗。對(duì)已結(jié)促球的搖他，應(yīng)潮他換濾料，也可在反沖洗時(shí)加氫浸泡12h，氧化污泥，加氧量約每平方米濾池師漂白粉。第四十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日3．跑砂如果沖洗強(qiáng)度過(guò)大或?yàn)V料級(jí)配不當(dāng)，反沖洗去沖走大量細(xì)濾料。另外，如果沖洗水分配不勻，墊料層可能發(fā)生平移，進(jìn)一步促使市水不勻，最后局部墊料層被沖走淘空，過(guò)濾時(shí)，濾料通過(guò)這些部位的配水系統(tǒng)偏失到清水池中、遇到這種情況，應(yīng)檢查配水系統(tǒng)，并適當(dāng)調(diào)整沖洗強(qiáng)度。4．水生物繁殖在水溫較高時(shí)，沉淀他出水中常含多種微生物，極易在濾池中繁殖。在快濾池中，微生物繁殖是不利的，往往會(huì)使游展堵塞。可在濾前加氫解決。Return第四十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)快濾池的設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)濾速及濾池總面積計(jì)算

設(shè)計(jì)快濾池時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)確定合適的過(guò)濾速度，再根據(jù)設(shè)計(jì)水量，計(jì)算出所需的濾池總面積。設(shè)計(jì)濾速直接涉及過(guò)濾水質(zhì)、處理成本及運(yùn)行管理等一系列問(wèn)題．應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮。飲用水過(guò)濾池的濾速應(yīng)符合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，我國(guó)規(guī)定單層砂濾池的正常濾速為8～12m/h；在其他濾池沖洗，檢修時(shí)，設(shè)計(jì)總水量通過(guò)工作濾池時(shí)的強(qiáng)制濾速為10～14m/h.多層濾池的濾速見(jiàn)表5-1。過(guò)濾廢水時(shí)的濾速主要取決于懸浮物的濃度和處理要求。濾速確定后，濾池總面積F由下式確定：

F=Q/v(m2)（5-23）第四十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

二、濾池個(gè)數(shù)及尺寸的確定

濾池個(gè)數(shù)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、造價(jià)、運(yùn)行等條件通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。池?cái)?shù)較多，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活．強(qiáng)制濾速較低，布水易均勻，沖洗效果好，但單位面積濾池造價(jià)增加。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，濾池個(gè)數(shù)可按表5-4確定。濾池個(gè)數(shù)和單池面積確定后，還應(yīng)校核1～2個(gè)濾池停產(chǎn)時(shí)工作濾池的強(qiáng)制濾速。濾池總深度包括超高（0.25～0.3m）、濾層上水深（1.5～2.om）、濾料厚度、墊料層厚及配水系統(tǒng)的高度，總厚度一般為3.0～3.5m。第四十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日三、管廊的布置

集中布置濾池主要管道、配件及閥門的池外場(chǎng)所稱為管廊。管廊的布置與濾池的數(shù)目和排列方式有關(guān)。一般濾池個(gè)數(shù)少于5個(gè)時(shí)，宜用單排布置，管廊位于濾池的一側(cè)。管廊布置應(yīng)滿足下列要求：（1）保證設(shè)備安裝及維修的必要空間，同時(shí)應(yīng)力求緊湊、簡(jiǎn)捷；（2）要有通道，便于操作與聯(lián)系；（3）要有良好的采光、通風(fēng)及排水設(shè)施。此外，在濾池設(shè)計(jì)中，每個(gè)濾池底部應(yīng)設(shè)放空管，池底應(yīng)有一定坡度，便于排空積水；密閉管渠上應(yīng)設(shè)檢修入孔；池內(nèi)壁與濾料接觸處應(yīng)拉毛，以防止水流短路。第四十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

幾種管廊布置方法見(jiàn)圖濾池?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(guò)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。第四十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日

Return第四十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)其他濾池

一、無(wú)閥濾池一般快濾池都有復(fù)雜的管道系統(tǒng)，并設(shè)有各種控制閥門，操作步驟相當(dāng)復(fù)雜，