第8章 過(guò)濾教材

第8章過(guò)濾概述過(guò)濾的應(yīng)用：過(guò)濾在水處理工程中的應(yīng)用，有兩個(gè)方面，一是用于給水處理及污、廢水處理：即去除水中所含的懸浮物，以獲得濁度更低的水；二是用于污泥處理：即濾掉污泥中的部分水分，以獲得含水率較低的污泥。過(guò)濾的類型：用于水處理的過(guò)濾，可分為顆粒狀材料過(guò)濾、粗濾、微濾及膜濾。本章主要涉及用于給水處理中的顆粒狀材料過(guò)濾。過(guò)濾的概念：是指水通過(guò)由石英砂等顆粒狀材料構(gòu)成的濾層，以去除水中所含的懸浮物，從而使水澄清的工藝過(guò)程。過(guò)濾的設(shè)施：過(guò)濾的設(shè)施稱為濾池，濾池通常設(shè)在沉淀池或澄清池之后。在給水處理中，要求濾池進(jìn)水濁度在10NTU（最多不超過(guò)15NTU），出水濁度在1NTU以下。

所謂慢濾池與快濾池，是針對(duì)濾池的濾速而言的。濾速：指單位時(shí)間單位表面積濾池的過(guò)濾水量。式中—過(guò)濾速度，m/h；—過(guò)濾水的流量，m3/h；—過(guò)濾面積，m2。濾速單位為m3/(m2.h)，常簡(jiǎn)化為m/h。濾速相當(dāng)于濾池負(fù)荷，

8.1慢濾池與快濾池

8.1.1過(guò)濾工藝及其發(fā)展

慢濾池是最早出現(xiàn)的用于水處理的過(guò)濾設(shè)備。慢濾池：依靠濾料表面濾膜去除水中的雜質(zhì)，能有效地去除水的色度、嗅和味，濾速0.1-0.3m/h。慢濾池構(gòu)造見(jiàn)下圖。

由于生產(chǎn)率低，占地面積大，慢濾池逐漸被快濾池所代替。8.1.2快濾池的類型按濾料層：?jiǎn)螌由盀V料、雙層濾料、三層濾料、均質(zhì)濾料、新型輕質(zhì)濾料濾池等。按水流方向：上向流、下向流、雙向流濾池等。按閥門(mén)配置：普通快濾池、雙閥濾池、虹吸濾池、無(wú)閥濾池、單閥濾池等。按沖洗方式：水反沖洗、表面沖洗+水反沖洗、氣-水反沖洗濾池等。按工作壓力：重力式、壓力式濾池。8.1.3普通快濾池的工藝過(guò)程

◆

構(gòu)造：普通快濾池構(gòu)造如下圖所示。

◆

工作過(guò)程

由過(guò)濾與反沖洗兩部分組成。途徑是通過(guò)對(duì)濾池閥門(mén)的操作實(shí)現(xiàn)。濾池閥門(mén)包括進(jìn)水閥、清水閥、反沖洗閥、排水閥?！暨^(guò)濾機(jī)理不是機(jī)械篩濾，而是水流通過(guò)濾層時(shí)，水中雜質(zhì)顆粒遷移到濾料表面并粘附在濾料表面的結(jié)果。由顆粒遷移與吸附組成。單位體積濾料的表面積愈大，粘附作用愈充分?！暨^(guò)濾周期：從過(guò)濾開(kāi)始至過(guò)濾結(jié)束的時(shí)間?！艄ぷ髦芷趶倪^(guò)濾開(kāi)始到?jīng)_洗結(jié)束的時(shí)間。決定濾池的產(chǎn)水量。一般為12-24h。8.2過(guò)濾理論

8.2.1過(guò)濾機(jī)理

1.濾料的截留機(jī)理

兩階段理論：由遷移與粘附組成。顆粒遷移：水流在濾層孔隙中曲折流動(dòng)時(shí)，被水流挾帶顆粒依靠物理-力學(xué)作用脫離水流流線而靠近濾料顆粒表面的過(guò)程。物理-力學(xué)作用有攔截、沉淀、慣性、擴(kuò)散、水動(dòng)力等。顆粒粘附：在范德華引力、靜電引力、化學(xué)親和力及絮凝顆粒的吸附架橋等作用下，遷移到濾料表面的顆粒粘附在濾料表面或粘附在原先粘附的顆粒上的過(guò)程。粘附作用主要決定于濾料和水中顆粒的表面物理化學(xué)性質(zhì)。2.雜質(zhì)顆粒的脫落◆雜質(zhì)顆粒的粘附和脫落是過(guò)濾過(guò)程中同時(shí)存在的兩個(gè)相反的現(xiàn)象。◆顆粒的粘附和脫落取決于粘附力與水流剪力的大小。過(guò)濾初期，水流剪力較小，粘附占優(yōu)勢(shì)。隨著過(guò)濾進(jìn)行，水流剪力逐漸增大，最后粘附的顆粒首先脫落或后續(xù)顆粒不再粘附向下層濾料推移，下層濾料發(fā)揮截留作用。◆單獨(dú)水沖洗的單層石英砂濾層中所截留的懸浮顆粒量沿濾層深度方向的分布如右圖所示。由于表層濾料粒徑最小，粘附比表面積最大，截留顆粒量最多，而濾料顆粒間孔隙尺寸又最小，因而，過(guò)濾到一定階段后，表層濾料顆粒間的孔隙將逐漸被堵塞，嚴(yán)重時(shí)，產(chǎn)生篩濾作用而形成泥膜。結(jié)果是：在一定過(guò)濾水頭下，濾速急劇減??；或者在一定濾速下，水頭損失達(dá)到極限值；或者因?yàn)V層表面受力不均勻而使泥膜產(chǎn)生裂縫，水流自裂縫中流出，造成短流而使出水水質(zhì)惡化，從而造成濾池工作周期大大縮短。

3.快濾池濾層的發(fā)展與利用

濾層含污能力：按整個(gè)濾層計(jì)，單位體積濾層中所截留的雜質(zhì)量，單位以g/cm3或kg/m3計(jì)。雙層濾料：上層采用密度較小、粒徑較大的輕質(zhì)濾料（如無(wú)煙煤），下層采用密度較大、粒徑較小的重質(zhì)濾料（如石英砂），其濾層組成見(jiàn)下圖。雙層濾池其含污量隨深度的變化見(jiàn)圖8-1所示。三層濾料：上層采用小密度、大粒徑的輕質(zhì)濾料（如無(wú)煙煤），中層采用中等密度、中等粒徑的濾料（如石英砂），下層采用小粒徑、大密度的重質(zhì)濾料（如石榴石等），其濾層組成見(jiàn)下圖。均質(zhì)濾料：沿整個(gè)濾層深度方向的任一橫斷面上，濾料組成和平均粒徑均勻一致。要實(shí)現(xiàn)均質(zhì)濾料過(guò)濾，反沖洗時(shí)濾料層不能膨脹。4.直接過(guò)濾直接過(guò)濾：原水不經(jīng)過(guò)沉淀而直接進(jìn)入濾池的過(guò)濾稱為“直接過(guò)濾”。直接過(guò)濾有兩種方式：①原水加藥后只經(jīng)過(guò)混合就直接進(jìn)入濾池過(guò)濾，稱為“接觸過(guò)濾”。也可稱為“直流過(guò)濾”；②原水加藥后經(jīng)過(guò)混合和微絮凝池后進(jìn)入濾池過(guò)濾，稱為“微絮凝過(guò)濾”。機(jī)理：水中脫穩(wěn)顆粒或微絮粒與濾料碰撞并粘附在濾料表面，被濾料層截留。直接過(guò)濾要求：①原水濁度和色度較低且水質(zhì)變化小，常年原水濁度低于50NTU。②濾料應(yīng)選用雙層、三層或均質(zhì)濾料，且粒徑和厚度應(yīng)適當(dāng)增大。③直接過(guò)濾中的濾速應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)決定，濁度偏高時(shí)應(yīng)采用較低濾速，當(dāng)原水濁度在50度以上時(shí)，濾速一般在5m/h左右。

8.2.2過(guò)濾水力學(xué)

（1）清潔濾層水頭損失

◆卡曼-康采尼公式（Carman-Kozony）公式：

◆非均勻?yàn)V層按下式計(jì)算：

◆水頭損失及濾速變化

隨著過(guò)濾時(shí)間的延續(xù)，濾層中截留的雜質(zhì)越來(lái)越多，濾層的空隙率逐漸減少。根據(jù)上式可知，隨著濾料孔隙率的減小，若水頭損失保持不變，將引起濾速的逐漸減小。反之，在濾速保持不變時(shí)，將引起水頭損失的增加。這樣就產(chǎn)生了快濾池的兩種基本過(guò)濾方式：等速過(guò)濾和變速過(guò)濾。

（2）等速過(guò)濾◆定義過(guò)濾過(guò)程中，濾池過(guò)濾速度保持不變，亦即濾池流量保持不變的過(guò)濾方式?！魹V層的總水頭損失在等速過(guò)濾狀態(tài)下，濾層水頭損失增加值與過(guò)濾時(shí)間一般呈直線關(guān)系。過(guò)濾時(shí)濾層的總水頭損失為：◆特點(diǎn)隨著過(guò)濾中水頭損失逐漸增加，濾池水位隨之升高，當(dāng)水位升高至最高允許水位時(shí)，過(guò)濾停止以待沖洗，故又稱“變水頭等速過(guò)濾”?！魬?yīng)用虹吸濾池和無(wú)閥濾池即屬于等速過(guò)濾的濾池。（3）變速過(guò)濾

◆定義

過(guò)濾過(guò)程中，濾池過(guò)濾速度隨過(guò)濾時(shí)間的延續(xù)而逐漸減小的過(guò)濾方式稱“變速過(guò)濾”或“減速過(guò)濾”。◆特點(diǎn)

在變速過(guò)濾狀態(tài)下，過(guò)濾水頭損失始終保持不變，由于濾層的孔隙率逐漸減小，必然使濾速也逐漸減小，故變速過(guò)濾又稱為“等水頭變速過(guò)濾”?！魬?yīng)用

移動(dòng)罩濾池即屬于變速過(guò)濾的濾池，普通快濾池可以設(shè)計(jì)成變速過(guò)濾，也可設(shè)計(jì)成等速過(guò)濾。◆研究表明，在平均濾速相同時(shí)，減速過(guò)濾的濾后水質(zhì)較好，而且，在工作周期相等時(shí)，水頭損失較小。

（4）濾層中的負(fù)水頭

◆濾層中的壓力變化

過(guò)濾時(shí)，濾層中的壓力變化如下圖所示。

◆

負(fù)水頭現(xiàn)象

過(guò)濾過(guò)程中，當(dāng)濾層截留了大量雜質(zhì)，以致濾料表面以下某一深度處的水頭損失超過(guò)該處水深時(shí)，便出現(xiàn)負(fù)水頭現(xiàn)象。

◆負(fù)水頭產(chǎn)生的位置

由于上層濾料截留雜質(zhì)最多，故負(fù)水頭往往出現(xiàn)在上層濾料。

◆負(fù)水頭的危害

濾層出現(xiàn)負(fù)水頭后，壓力減小，原來(lái)溶解在水中的氣體會(huì)不斷釋放出來(lái)。對(duì)過(guò)濾有兩個(gè)破壞作用：①增加濾層局部阻力，減少有效過(guò)濾面積，增加過(guò)濾時(shí)的水頭損失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響濾后水質(zhì)；②氣體會(huì)穿過(guò)濾層，上升到濾池表面，有可能把部分細(xì)濾料或輕質(zhì)濾料帶上來(lái)，從而破壞濾層結(jié)構(gòu)。在反洗時(shí)，氣體更容易將濾料帶出濾池，造成濾料流失。

◆避免濾池中出現(xiàn)負(fù)水頭措施

①增加濾層表面以上的水深；②濾池出口位置等于或高于濾層表面。8.3顆粒濾料

8.3.1基本要求◆具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度?！艟哂辛己玫幕瘜W(xué)的穩(wěn)定性?！敉庑谓咏谇驙?，表面比較粗糙而有棱角，顆粒級(jí)配和孔隙率適當(dāng)。◆能就地取材、價(jià)廉、貨源充足等。常用濾料：石英砂、無(wú)煙煤、磁鐵礦、石榴石、金剛砂、鈦鐵礦、聚苯乙烯及陶粒、纖維球等。

8.3.2濾料性能參數(shù)

1.有效粒徑與不均勻系數(shù)粒徑級(jí)配可以用濾料的有效粒徑d10和不均勻系數(shù)K80表示，關(guān)系如下：式中d10—有效粒徑。指通過(guò)濾料重量10%的篩孔孔徑，反映細(xì)濾料尺寸；

d80—通過(guò)濾料重量80%的篩孔孔徑，反映粗濾料尺寸；

K80—不均勻系數(shù)。K80不宜大于2.0。

2.最大粒徑、最小粒徑

常用的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。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(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

3.濾料的等體積球徑對(duì)形狀不規(guī)則的濾料顆粒，常用等體積的球徑表示濾料直徑。濾料的等體積球徑的求法：濾料篩分后，將篩子上的濾料全部倒掉，再將卡在篩孔中的那部分濾料通過(guò)振動(dòng)由篩孔漏下來(lái)，即可得到同一粒徑的濾料，進(jìn)行稱重，按以下公式可求出濾料的等體積球體直徑：

式中，W—n個(gè)濾料顆粒的總重量；

—顆粒密度。4.濾料層的孔隙率及測(cè)定孔隙率（m）：整個(gè)濾層中孔隙總體積與整個(gè)濾層的堆積體積之比。均勻顆粒和不規(guī)則顆粒的孔隙率大。一般石英砂濾料的孔隙率在0.5左右?？紫堵实囊饬x：孔隙率越大，雜質(zhì)穿透深度越大，濾層截污量越多，同時(shí)水頭損失增加速度越慢?？紫堵蕼y(cè)定方法：取一定量的濾料，在105℃下烘干、稱重，用比重瓶測(cè)出密度。然后放入過(guò)濾筒中，用清水過(guò)濾一段時(shí)間后，量出體積，則孔隙率為：

式中，G—烘干后的濾料；—濾料的密度；

V—濾料層的堆積體積。

5.球度系數(shù)與形狀系數(shù)球度系數(shù)濾料顆粒的形狀系數(shù)6.濾料的比表面積濾料的比表面積是指單位體積濾層中濾料的表面積。粒徑均勻的球形顆粒濾料的比表面積非球形顆粒濾料的的比表面積

非均勻顆粒濾料的的比表面積6.濾料的當(dāng)量粒徑de濾料的當(dāng)量粒徑是指一假想的均勻?yàn)V料的粒徑，該均勻?yàn)V料的比表面積與實(shí)際非均勻?yàn)V料的比表面積相等，即：

整理后，得：7.濾層設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)（）設(shè)濾層厚度為L(zhǎng)，得單位面積濾層的體積為1×L

，濾料的當(dāng)量粒徑為de，則單位面積濾層的濾料表面積為：

稱為濾層的厚徑比，過(guò)小，則濾料表面積小，濾池的除濁效果難以保證。因而工程上將作為濾層設(shè)計(jì)的一項(xiàng)控制指標(biāo)。設(shè)計(jì)中一般取800～1000。

8.3.3濾料的篩分篩分方法：取石英砂濾料300g洗凈后置于105℃的恒溫箱中烘干，從中稱取100g，用一組不同孔徑的篩子過(guò)篩，稱取留在各篩子上的濾料重量。篩分試驗(yàn)記錄見(jiàn)下表篩孔（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）%2.3620.10.199.999.91.6519.39.390.690.60.99121.721.768.968.90.58946.646.622.322.30.24620.620.61.71.70.2081.51.50.20.2篩底盤(pán)0.20.2——合計(jì)100100篩分曲線粗顆粒（d＞1.54mm）約篩除13%，細(xì)顆粒（d＜0.44mm）約篩除13%，共計(jì)26%左右。8.3.4雙層濾料和多層濾料級(jí)配

多層濾料混雜對(duì)過(guò)濾效果的影響，存在兩種看法。◆煤-砂交界面上適度的混層，可避免交界面上積聚過(guò)多雜質(zhì)而使水頭損失增長(zhǎng)較快，故適度混雜是有益的?！裘?砂交界面上不應(yīng)有混雜現(xiàn)象。因?yàn)槊簩悠鸾亓舸罅侩s質(zhì)作用，砂層則起精過(guò)濾作用，而界面分層清晰，起始水頭損失將較小。8.3.5承托層

◆

承托層的作用：①防止濾料層從配水系統(tǒng)流失；②均勻布置反沖洗水。

◆

承托層的組成①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100②三層濾料濾池承托層材料、粒徑與厚度

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1008.4濾池沖洗

8.4.1概述1.濾池沖洗中的問(wèn)題濾池沖洗的目的：清除濾層中所截留的污物，使濾池在短期內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)能力。濾池的沖洗效果不佳時(shí)，1）在濾層中出現(xiàn)泥球。2）在濾床表面形成泥膜，受力不均會(huì)使濾床表面出現(xiàn)裂縫，形成短流，惡化出水水質(zhì)。2.濾池沖洗的要求沖洗水在整個(gè)濾池平面上應(yīng)均勻分布，并防止水中帶有氣泡。沖洗水必須有足夠的沖洗強(qiáng)度，使濾層達(dá)到一定的膨脹高度。要有足夠的沖洗時(shí)間。沖洗水的排除要迅速，以免雜質(zhì)滯留影響沖洗效果。

8.4.2濾池沖洗的方法1.高速水流反沖洗利用流速較大的反向水流沖洗濾料層，使整個(gè)濾層達(dá)到流態(tài)化狀態(tài)，且具有一定的膨脹度，截留于濾層中的污物在水流剪切力和顆粒碰撞磨擦力雙重作用下，從濾料表面剝落下來(lái)，然后被沖洗水帶出濾池。沖洗效果決定于沖洗流速。沖洗流速過(guò)小，濾層孔隙中水流剪力??；沖洗流速過(guò)大，濾層膨脹度過(guò)大，濾料顆粒過(guò)于離散，濾層孔隙中水流剪力降低、濾料顆粒間相互碰撞摩擦的機(jī)率減小。故沖洗流速過(guò)大或過(guò)小，沖洗效果均會(huì)降低。

2.反沖洗加表面沖洗表面沖洗指從濾池上部，用噴射水流向下對(duì)上層濾料進(jìn)行

清洗的操作，利用噴嘴所提供的射流沖刷作用，使濾料顆粒表面的污泥脫落去除。3.氣、水反沖洗原理

利用壓縮空氣進(jìn)入濾池后，上升空氣氣泡產(chǎn)生的振動(dòng)和擦洗作用，將附著于濾料表面雜質(zhì)清除下來(lái)并使之懸浮于水中，然后再用水反沖把雜質(zhì)排出池外。氣、水反沖洗的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)空氣氣泡的擦洗能有效地使濾料表面污物破碎、脫落，故沖洗效果好，節(jié)省沖洗水量；沖洗時(shí)濾層不膨脹或微膨脹,不產(chǎn)生或不明顯產(chǎn)生水力分級(jí)現(xiàn)象，從而提高濾層含污能力。但氣、水反沖洗需增加氣沖設(shè)備，池子結(jié)構(gòu)及沖洗操作也較復(fù)雜。氣、水反沖操作方式①先空氣反沖，后水反沖。②先氣-水同時(shí)反沖，再單獨(dú)水反沖。③先空氣反沖、再氣-水同時(shí)反沖，最后水反沖。長(zhǎng)柄濾頭采取網(wǎng)狀布置（一般為50～60個(gè)/m2），安裝在濾池下部的濾板上，作用是配氣、配水，見(jiàn)下圖。當(dāng)同時(shí)進(jìn)氣進(jìn)水沖洗時(shí)，濾板下的空間上部形成空氣墊

層，下部是水層?？諝馔ㄟ^(guò)氣墊內(nèi)

的小孔和縫隙進(jìn)入管內(nèi)，水流則通過(guò)濾桿下部管端和淹沒(méi)部分的縫隙流入桿內(nèi)，水、氣在濾桿內(nèi)混合，

最后由濾帽細(xì)縫噴出來(lái)，自下而上對(duì)濾層進(jìn)行反沖洗。由于氣墊的存

在，保證了氣和水的均勻分布。由于氣、水同時(shí)沖洗時(shí)，濾料可能被上升氣泡帶動(dòng)脫離濾層而造成濾料流失，所以氣、水同時(shí)沖洗更適用于粗濾料濾層。采用長(zhǎng)柄濾頭可以不設(shè)礫石承托層。

8.4.3高速水流反沖洗水力學(xué)1.沖洗強(qiáng)度、濾層膨脹率和沖洗時(shí)間沖洗強(qiáng)度

單位面積濾層所通過(guò)的反沖洗水流量，單位為L(zhǎng)/s.m2，用q表示。10L/s.m2=1cm/s。濾層膨脹率反沖洗時(shí)濾層膨脹后所增加的厚度與膨脹前厚度之比，用e表示。由于濾料膨脹前、后單位面積上濾料體積不變，于是：

故：式中mo

和m分別為濾層膨脹前的孔隙率和膨脹后的孔隙率。沖洗歷時(shí)

沖洗歷時(shí)用t表示，沖洗時(shí)間不足時(shí)，不能充分地洗掉包裹在濾料表面的污物，同時(shí)沖洗廢水排除不徹底也將導(dǎo)致懸浮物重新返回濾層。如此長(zhǎng)期下來(lái)，濾層表面將形成泥膜。生產(chǎn)上沖洗強(qiáng)度、濾層膨脹率和沖洗時(shí)間根據(jù)濾料層不同，可以參考下表選定。實(shí)際操作中，沖洗時(shí)間也可根據(jù)沖洗廢水的允許濁度決定。

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)增減速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；序號(hào)濾層類型沖洗強(qiáng)度(L/s

m2)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

2.石英砂濾層的反沖洗水力學(xué)

（1）對(duì)于均勻?yàn)V料，如果沖洗時(shí)濾層未膨脹，水流通過(guò)濾層的水頭損失可用歐根（Ergun）公式計(jì)算：（8-1）該式的右邊第一項(xiàng)表示由水的粘滯力所引起的水頭損失，屬于層流項(xiàng)。濾層未膨脹，反沖洗相當(dāng)于反向過(guò)濾，故與過(guò)濾清潔濾層水頭損失計(jì)算公式相同，常數(shù)值稍小。第二項(xiàng)表示由動(dòng)能所引起的水頭損失，屬紊流項(xiàng)。故該式適用于層流、紊流及過(guò)渡區(qū)。反沖洗流速v小而濾層尚未膨脹時(shí)，水流通過(guò)濾層的水頭損失h隨著反沖洗

流速v的增大而增大；當(dāng)反沖洗流速v增大到濾層全部處于懸浮狀態(tài)時(shí)，水

頭損失h趨于一穩(wěn)定值，即不再隨v的增大而變化，此時(shí)的沖洗流速值v稱

為最小流態(tài)化速度vmf。從v＞vmf起，濾層孔隙率開(kāi)始加大，濾層厚度開(kāi)始膨脹，稱為流化現(xiàn)象。

流化的程度隨著v的增大而加強(qiáng)，v的的繼續(xù)增大僅僅增加的是濾層的膨脹率。

（2）當(dāng)濾層膨脹起來(lái)以后，懸浮濾層處于動(dòng)力平衡狀態(tài)，濾料對(duì)沖洗水流的阻力等于它們?cè)谒械闹亓浚▎挝幻娣e上），即：

（8-2）由于故：（8-3）

◆由上式可知，水在懸浮狀態(tài)下的水頭損失，與沖洗強(qiáng)度q（即沖洗流速v）無(wú)關(guān)，其在數(shù)值上等于單位面積濾層的濾料在水中的重量?！糇钚×鲬B(tài)化流速對(duì)于球形顆粒組成的均勻?yàn)V層，當(dāng)濾料粒徑、形狀、密度、濾層厚度和空隙率以及水溫等已知時(shí)，將式（8-1）和式（8-3）繪制成濾料在反沖洗中的水頭損失h和沖洗流速v的關(guān)系圖，見(jiàn)下圖所示。

圖中vmf即為式（8-1）和式（8-3）所表達(dá)的兩條線交點(diǎn)處的沖洗流速，是反沖洗時(shí)濾料剛剛開(kāi)始流態(tài)化的沖洗流速，稱“最小流態(tài)化流速”。水頭損失和沖洗流速關(guān)系反沖洗流速v（cm/s）水頭損失（cm）（3）沖洗強(qiáng)度與濾層膨脹率間的關(guān)系當(dāng)沖洗流速超過(guò)vmf

以后，濾層中水頭損失不變，但濾層膨脹起來(lái)。沖洗流速愈大，膨脹率愈大。以膨脹后濾層孔隙率m代替公式（8-1）中的m0，并將式（8-2）代入其中，經(jīng)整理后可得反沖洗流速和膨脹后濾層孔隙率間關(guān)系為：由上式可知，沖洗流速僅與膨脹后濾層孔隙率m有關(guān)。將膨脹后的濾層孔隙率換算成膨脹率，并將沖洗流速以沖洗強(qiáng)度代替，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，考慮雷諾數(shù)的各種影響因素，則可得沖洗強(qiáng)度和膨脹率的關(guān)系：最小流態(tài)化反沖洗強(qiáng)度確定

令上式中的e=0得出：

（4）非均勻?yàn)V料沖洗強(qiáng)度的確定對(duì)于非均勻?yàn)V料應(yīng)以下層最粗濾料剛剛開(kāi)始膨脹，即下層濾

料最小流態(tài)化流速作為確定沖洗強(qiáng)度的依據(jù)。如果取砂層的最大粒徑代入上式計(jì)算，所得出的沖洗強(qiáng)度將

使最大顆粒處于臨界流態(tài)化狀態(tài)，其他顆粒則處于完全流態(tài)

化狀態(tài)，相應(yīng)的qmf

則為最小沖洗強(qiáng)度?？紤]到其他影響因素，設(shè)計(jì)沖洗強(qiáng)度可按下式確定：8.4.4

濾池的配水系統(tǒng)位置

濾池的配水系統(tǒng)位于濾池底部，且布置在整個(gè)濾池面積上。作用①反沖洗時(shí)，均勻分布反沖洗水；②過(guò)濾時(shí)，均勻集水。反沖洗時(shí)配水不均勻的危害①水量小處濾層膨脹不足，沖洗不凈；水量大處濾層膨脹過(guò)甚，使濾料流失；②濾池中濾層厚度分布不同，過(guò)濾時(shí)，產(chǎn)生短流現(xiàn)象，使出水水質(zhì)下降；③可能招致局部承托層發(fā)生移動(dòng)，造成漏砂現(xiàn)象。類型：大阻力配水系統(tǒng)、小阻力配水系統(tǒng)、中阻力配水系。1.配水系統(tǒng)及其阻力如下圖所示為濾池沖洗水的流動(dòng)情況。沖洗水在進(jìn)入濾池后可以按任意路線穿過(guò)濾層，圖中給出了Ⅰ、Ⅱ兩條任意的路

線。A和C兩點(diǎn)分別位于路線Ⅰ和Ⅱ上，且是距進(jìn)水口最近和

最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，因而也就是沖洗強(qiáng)度相差最大的兩點(diǎn)。在整個(gè)

濾池面積上的沖洗強(qiáng)度平均值為qL/(s.m2)。反沖洗水在濾池內(nèi)任一路線上的水頭損失均由四部分組成：①水在配水系統(tǒng)內(nèi)水頭損失；

②水從配水系統(tǒng)孔眼中流出時(shí)的水頭損失；

③水在承托層中的水頭損失；④水在濾料層中的水頭損失；沖洗水流在A點(diǎn)和C點(diǎn)的總水頭損失分別為：沖洗水通過(guò)配水系統(tǒng)分別沿著Ⅰ和Ⅱ兩條路線流動(dòng)時(shí)，進(jìn)口和最終出口壓力（沖洗排水槽口）是相同的，所以兩條線路的總水頭損失相等，即各點(diǎn)的總水頭損失也相等。

將以上各式代入得：

整理后得：在配水系統(tǒng)中，配水孔眼大小相等，s2A和s2C基本相等；在整個(gè)濾池面積上各點(diǎn)濾料及承托層的粒度和鋪設(shè)厚度基本一樣，可以認(rèn)為

s3A和s3C、s4A和s4C基本相近。但是A點(diǎn)和C點(diǎn)所走的路程是不同的，故s1A和s1C必不相等，因而qA、qC也不相等，所以

配水系統(tǒng)在濾池平面上配水是不均勻的。均勻分布反沖洗水采取的途徑

①加大阻力系數(shù)s2，使s1和s2相比甚小，從而使qA/qC趨近于1。

加大s2也就是減小配水孔眼面積，孔眼流速加大，水頭損失很大，故該配水系統(tǒng)稱為大阻力配水系統(tǒng)。

②盡量減小s1，使s1與和（s2+s3）相比甚小，同樣得到qA/qC趨近于1。減小s2，配水孔眼的流速比較小，整個(gè)系統(tǒng)所產(chǎn)

生的水頭損失都較小，故該配水系統(tǒng)稱為小阻力配水系統(tǒng)。大阻力與小阻力配水系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn)

大阻力配水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是配水均勻性較好，但水頭損失很大，沖洗時(shí)需要專用設(shè)備，動(dòng)力耗能多。小阻力配水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

是水頭損失很小，可以靠濾池本身的水位提供沖洗所需的水

頭。但配水均勻程度較差，故使用受限，一般多用于單格面積不大于20m2的無(wú)閥濾池、虹吸濾池等。2.大阻力配水系統(tǒng)的構(gòu)造和設(shè)計(jì)要求大阻力配水系統(tǒng)又稱“穿孔管大阻力配水系統(tǒng)”，見(jiàn)下圖。濾池中心是一根配水干管（或渠），干管兩側(cè)布置若干根間距相等且彼此平行的支管。在支管下部?jī)蓚?cè)開(kāi)有與管中心垂直線成45°角且交錯(cuò)排列的配水孔。若干管（渠）較大，在其頂部也開(kāi)配水孔。穿孔管大阻力配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

穿孔管大阻力配水系統(tǒng)各部分的尺寸，可以根據(jù)下表設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)來(lái)確定。為了排除沖洗時(shí)配水系統(tǒng)中的空氣，常在干

管（渠）的高處設(shè)直徑為40～100mm排氣管，排出口需高出濾池水面。類別設(shè)計(jì)參數(shù)類別設(shè)計(jì)參數(shù)干管起端流速支管起端流速孔口流速開(kāi)孔比1.0～1.5m/s1.5～2.0m/s5.0～6.0m/s0.2％～0.25％配水孔口直徑配水孔間距支管中心間距支管長(zhǎng)度與直徑9～12mm75～300mm0.2～0.3m＜60

穿孔管大阻力配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

對(duì)于管徑小于400～500mm的配水干管，可在干管頂上適當(dāng)加裝一些配水濾頭，如右圖。對(duì)于管徑更大的配水干管，可以把干管埋入濾池底板下面，上面接出短管穿過(guò)底板與支管相連。或?qū)⒏晒懿糠致袢霝V池底板下部，便于管道安裝，如下圖所示；對(duì)面積在60～80m2以上的濾池，采用如下圖所示的配水干渠布置方法，此時(shí)，沖洗排水槽及配水支管都分別按池子的一半來(lái)布置，長(zhǎng)度相應(yīng)縮短，更容易滿足配水均勻性的要求。干管直徑過(guò)大時(shí)的解決方法3.大阻力配水系統(tǒng)的計(jì)算在整個(gè)配水面積上，孔眼均勻分布且各孔眼面積相等，A孔和C孔出流量按孔口出流公式計(jì)算配水系統(tǒng)配水均勻性要求qAA與qC的比值不小于0.95，即經(jīng)整理得上式為配水均勻性達(dá)到95%以上時(shí)，計(jì)算大阻力配水系統(tǒng)構(gòu)造尺寸的依據(jù)?？梢钥闯觯渌鶆蛐灾慌c配水系統(tǒng)構(gòu)造尺寸有關(guān)，而與沖洗強(qiáng)度和濾池面積無(wú)關(guān)。但濾池面積不宜過(guò)大，單池面積一般不宜大于100m2。大阻力配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)①配水干管進(jìn)口處的流速取1.0~1.5m/s，配水支管進(jìn)口處的流速取1.5~2.0m/s，配水支管孔眼出口流速取5~6m/s。這組數(shù)據(jù)反映了上式的基本要求，是決定配水均勻性的關(guān)鍵參數(shù)。②配水系統(tǒng)孔眼總面積與濾池面積之比稱為“開(kāi)孔比”，其值可按下式計(jì)算對(duì)普通快濾池，若取v=5～6m/s，q=12~15L/(s.m2)，則

α=0.20%~0.28%。③支管中心間距約0.2~0.3m，支管長(zhǎng)度與直徑之比一般不大于60。④孔口直徑取9~12mm。當(dāng)干管直徑大于300mm時(shí)，干管頂部也應(yīng)開(kāi)孔布水，并在孔口上方設(shè)置擋板。4.小阻力配水系統(tǒng)生產(chǎn)中，小阻力配水系統(tǒng)不再采用穿孔管系統(tǒng)而通常采用較大的底部配水空間，其上鋪設(shè)鋼筋混凝土穿孔濾板，見(jiàn)下圖。由于水流進(jìn)口斷面積大、流速較小，底部配水室內(nèi)壓力將趨于均勻，從而達(dá)到均勻配水的目的。另外，當(dāng)采用氣、水反沖洗時(shí)，還可以采用長(zhǎng)柄濾頭。常見(jiàn)的小阻力配水系統(tǒng)型式

（1）鋼筋混凝土穿孔（或縫隙）濾板

在鋼筋混凝土板上開(kāi)圓孔或條式縫隙。板上鋪設(shè)一層或兩層尼龍網(wǎng)。下圖所示尺寸為980㎜×980㎜×100㎜，每塊板孔口數(shù)168個(gè)。板面開(kāi)孔比為11.8%，板底為1.32%。鋼筋混凝土穿孔濾板

管板式濾板

（2）穿孔濾磚濾磚構(gòu)造上下兩層連成整體。鋪設(shè)時(shí)，各磚的下層相互連通，起到配水渠的作用；上層各磚單獨(dú)配水，用板分隔互不相通。下圖為二次配水的穿孔濾磚。尺寸為600㎜×280㎜×250㎜，用鋼筋混凝土或陶瓷制成。每m2平方米濾池面積上鋪設(shè)6塊。一次配水孔為4-φ25，二次配水孔為96-φ4，開(kāi)孔比各為1.10%和0.72%。二次配水穿孔濾磚配水均勻性較好，但價(jià)格較高。(3)復(fù)合氣水反沖洗配水濾磚

該濾磚既可單獨(dú)水反沖洗，也可氣水反沖洗。水、氣流方向圖中箭頭所示。一般倒V型斜面開(kāi)孔比稍大（1.2%～1.5%）上層開(kāi)孔比?。?.5%～0.8%），該濾磚一般可用ABS工程塑料一次注塑成型，加工精度易控制，安裝方便，配水均勻性較好，但價(jià)格較高。(4)濾頭濾頭由具有縫隙的濾帽和濾柄組成。短柄濾頭如下圖所示，是很早就采用過(guò)的配水形式，用于單獨(dú)水沖洗系統(tǒng)，每平方米濾池面積上一般裝40～60個(gè)濾頭，開(kāi)孔比0.5%～2%。長(zhǎng)柄濾頭是目前在氣水反沖洗濾池中應(yīng)用最普遍的配水、配氣系統(tǒng)，其構(gòu)造如下圖所示。濾頭布置數(shù)一般為50～60個(gè)/m2。開(kāi)孔比約1.5%左右。8.4.5濾池沖洗的構(gòu)筑物

濾池沖洗的構(gòu)筑物包括反沖洗排水設(shè)施和沖洗水供給設(shè)備。

1.濾池沖洗的排水設(shè)施

濾池沖洗的排水設(shè)施包括反沖洗排水槽和廢水渠。反沖洗時(shí)，沖洗廢水先溢流入反沖洗排水槽再匯集到廢水渠后排入下水道（或回收水池），如圖所示。

（1）沖洗排水槽

常用的沖洗排水槽斷面形式如下圖所示。反沖洗排水槽的設(shè)計(jì)要求：①槽內(nèi)水面以上保持7cm左右的超高，以保證廢水自由跌落進(jìn)入排水槽，避免槽內(nèi)外的水面連成一片，影響沖洗均勻。②單位槽長(zhǎng)的溢入流量應(yīng)相等。故排水槽口應(yīng)力求水平一致，誤差應(yīng)限制在2mm以內(nèi)。

③排水槽總平面面積一般應(yīng)小于25％的濾池面積，以免影響上升水流的均勻性。④相鄰兩槽中心距一般為1.5～2.0m，間距過(guò)大會(huì)影響排水的均勻性。⑤反沖洗排水槽高度要適當(dāng)。為避免沖走濾料，濾層膨脹面應(yīng)控制在槽底以下。反沖洗排水槽頂距未膨脹濾料表面的高度為：反沖洗排水槽的斷面模

為每條反沖洗排水槽流量，

（2)廢水渠廢水渠為矩形斷面，沿濾池池壁一側(cè)布置，如下圖所示。當(dāng)濾池面積很大時(shí)，為使排水均勻，廢水渠也可布置在濾池中間。廢水渠底距反沖洗排水槽底高度可按下式計(jì)算：式中0.2m是廢水渠起端水面低于反沖洗排水槽底高度?！纠?-2】設(shè)某濾池，配水干渠將濾池分為兩格，每格平面尺寸為L(zhǎng)=8.0m，

B=3.5m，F(xiàn)=28.0m2。濾層厚H2=70cm，沖洗強(qiáng)度采用q=14L/s.m2。濾層膨脹

率e=45%。試設(shè)計(jì)沖洗排水槽斷面尺寸和槽頂距砂面高度H。

【解】設(shè)沖洗排水槽之間間距為2m，則每格排水槽數(shù)量為：

8/2＝4條，槽長(zhǎng)l=B=3.5m。每條沖洗槽排水流量：排水槽斷面采用標(biāo)準(zhǔn)五角形形狀，斷面模數(shù)為：沖洗排水槽底厚采用δ=0.06m，保護(hù)高0.07m，則槽頂距砂面高度：校核：沖洗排水槽總面積與濾池面積之比（符合要求）

2.濾池沖洗水的供給設(shè)施

⑴

概述濾池用濾后水進(jìn)行反沖洗，沖洗所需的沖洗水流量：

（L/s）反沖洗水的總水頭損失為：

Σh=h1+h2+h3+h4

式中h1、h2、h3、h4分別表示反沖洗水在輸送管道、配水系統(tǒng)中、在承托層中、在懸浮濾料層中的水頭損失。普通快濾池沖洗水的供給方式：①水泵沖洗；特點(diǎn)：投資??；沖洗過(guò)程中沖洗水頭變化較?。徊僮鬏^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。②水塔或高位水箱沖洗。特點(diǎn)：沖洗操作簡(jiǎn)單；補(bǔ)充沖洗水所需的水泵較小，耗電量較均勻；造價(jià)高。（2）沖洗水箱或水塔沖洗水塔與濾池分建。沖洗水箱與濾池合建，通常置于濾池操作室屋頂上。為避免沖洗過(guò)程中沖洗水頭相差太大，水塔（箱）中水深不宜超過(guò)3m，水塔（箱）沖洗如圖所示。水塔（箱）容積可按單個(gè)濾池沖洗水量的1.5倍計(jì)算：(m3)

水塔（箱）底高出濾池沖洗排水槽頂高度H0，可按下式計(jì)算：

式中

h5—備用水頭，取1.5～2.0m。（3）沖洗水泵水泵沖洗如圖所示，沖洗水泵要考慮備用，可單獨(dú)設(shè)置沖洗泵房，也可設(shè)于二級(jí)泵站內(nèi)。水泵流量按沖洗強(qiáng)度和濾池面積計(jì)算：（L/s）水泵揚(yáng)程為：

式中H0—凈揚(yáng)程，其值等于濾池排水槽頂與吸水井最低水位的標(biāo)高差。3.同組濾池供給沖洗水濾池成組設(shè)置，當(dāng)一個(gè)濾池反沖洗時(shí)，其反沖洗水由組內(nèi)其他濾池的過(guò)濾水直接供給，如虹吸濾池。若一組濾池的個(gè)數(shù)為n，其中一個(gè)濾池反沖洗時(shí)，所需的反沖洗水量不能大于同組其它（n－1）個(gè)濾池的過(guò)濾水量之和，即：式中F—單個(gè)濾池的面積，m2；

q—反沖洗強(qiáng)度，L/s·m2；—強(qiáng)制濾速（在進(jìn)水量不變的條件下，一個(gè)濾池反沖洗時(shí)同組其它濾池的濾速），m/h。一個(gè)濾池沖洗時(shí)，濾池總進(jìn)水流量保持不變，即：故強(qiáng)制濾速為：一組濾池最低池的個(gè)數(shù)為：

8.5幾種常用的濾池

8.5.1普通快濾池的設(shè)計(jì)

普通快濾池設(shè)有四個(gè)閥門(mén)，即進(jìn)水閥、排水閥、反沖洗閥、清水閥，故又稱之為“四閥濾池”，見(jiàn)下圖⑴、⑵、⑶。如果用虹吸管代替進(jìn)水閥門(mén)和排水閥門(mén)，則又稱為“雙閥濾池”，見(jiàn)下圖⑷。雙閥濾池與普通快濾池構(gòu)造和工藝過(guò)程完全相同，僅以排水虹吸管和進(jìn)水虹吸管分別代替排水閥門(mén)和進(jìn)水閥門(mén)而已。

1.濾池的總面積濾池的總面積F（m2）可由下式計(jì)算

◆T為濾池每日實(shí)際生產(chǎn)合格水的過(guò)濾時(shí)間：T＝T0－t0◆濾速常用濾池濾速及濾料組成見(jiàn)下表。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(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濾料級(jí)配及濾速

2.濾池個(gè)數(shù)及單池面積濾池個(gè)數(shù)的選擇，需綜合考慮兩個(gè)因素：①?gòu)倪\(yùn)行考慮，濾池個(gè)數(shù)較多為好。個(gè)數(shù)多，單池面積小，沖洗效果好，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，強(qiáng)制濾速低，但操作管理較麻煩，且池子總造價(jià)高。②從濾池總造價(jià)考慮，濾池個(gè)數(shù)較少為好。個(gè)數(shù)少，濾池的造價(jià)低，但單池面積大，布水均勻性差，沖洗效果欠佳，強(qiáng)制濾速高，安全性差。濾池的個(gè)數(shù)不得小于兩個(gè)，一般單池面積不大于100m2，單池面積可參考下表選用。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：濾池面積及個(gè)數(shù)確定以后，以強(qiáng)制濾速進(jìn)行校核。強(qiáng)制濾速是指1個(gè)或2個(gè)濾池停產(chǎn)檢修或沖洗時(shí)，其余濾池在超過(guò)正常負(fù)荷下的濾速，用υn表示。

濾池總面積（m2）單池面積（m2）濾池總面積（m2）單池面積（m2）6012018015～2020～3030～4025040060040～5050～7060～80單池面積與濾池總面積

3.濾池的長(zhǎng)寬比

濾池的長(zhǎng)（指垂直于管廊方向）寬比，應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較決定。管廊單位長(zhǎng)度的造價(jià)遠(yuǎn)高于池壁單位長(zhǎng)度的造價(jià)，經(jīng)濟(jì)可行的長(zhǎng)寬比為1.5：1～4：1。

4.濾池的深度

濾池的深度主要包括以下幾項(xiàng)：保護(hù)高度：0.25～0.3m；濾層表面以上的水深：1.5～2.0m；濾層厚度：見(jiàn)前述；承托層厚度：見(jiàn)前述；再考慮配水系統(tǒng)孔眼中心距池底的高度。濾池總深度一般為3.2～3.8m。單層級(jí)配砂濾料濾池深度小一些，雙層和三層濾料濾池深度稍大一些。5.管廊布置管廊：是指集中布置濾池的管渠、配件及閥門(mén)的場(chǎng)所。管廊布置的要求①力求緊湊，簡(jiǎn)捷；②留有設(shè)備與管配件安裝、維修時(shí)必須的空間；③具有良好的防水、排水、通風(fēng)、照明設(shè)備；④便于與濾池操作室聯(lián)系；⑤管廊中的管道一般用金屬材料，也可用鋼筋混凝土渠道；⑥管廊門(mén)及通道應(yīng)允許最大配件通過(guò)，并考慮檢修方便。⑦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。常見(jiàn)的管廊布置形式

①進(jìn)水、清水、反沖洗水及排水四個(gè)總渠，全部布置于管廊內(nèi)，如下圖⑴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)，如下圖⑵所示。特點(diǎn)：可節(jié)省金屬管件及閥門(mén)，管廊內(nèi)管件簡(jiǎn)單，施工和檢修方便。但造價(jià)稍高。③進(jìn)水、反沖洗水及清水管均采用金屬管道，排水總渠單獨(dú)設(shè)置，如下圖⑶所示。特點(diǎn)：通常用于小型水廠或?yàn)V池單行布置。④將進(jìn)水和排水閥門(mén)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(mén)，稱為虹吸式雙閥濾池，簡(jiǎn)稱雙閥濾池，如下圖⑷所示。特點(diǎn)：虹吸管通水或斷水以真空系統(tǒng)控制。6.管（渠）設(shè)計(jì)流速快濾池管（渠）斷面應(yīng)根據(jù)流速來(lái)確定，見(jiàn)下表。若考慮到今后水量增大的可能，流速宜取其下限。

7.設(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題濾池底部應(yīng)設(shè)排空管，其入口處設(shè)柵罩，池底應(yīng)有一定的坡度，坡向排空管。每個(gè)濾池宜裝設(shè)水頭損失計(jì)及取樣管。各種密封渠道上應(yīng)設(shè)人孔，以便檢修。濾池壁與砂層接觸處應(yīng)拉毛成鋸齒狀，或在濾料層高度以上池壁貼瓷磚，以免過(guò)濾水在該處形成“短路”而影響水質(zhì)。濾池清水管上應(yīng)設(shè)置短管，管徑一般采用75～200mm，以便排放初濾水。管渠設(shè)計(jì)流速（m/s）管渠設(shè)計(jì)流速（m/s）進(jìn)水清水0.8～1.2l.0～1.5沖洗水排水2.0～2.51.0～l.5快濾池管（渠）設(shè)計(jì)流速

8.5.2V型濾池V型濾池是由法國(guó)德格雷蒙公司設(shè)計(jì)的一種快濾池，其命名是因?yàn)V池兩側(cè)進(jìn)水槽設(shè)計(jì)成V字形。

1.構(gòu)造◆構(gòu)造如圖所示

◆構(gòu)造特點(diǎn)：

⑴通常一組濾池由數(shù)只濾池組成。⑵每只濾池平面為矩形，每只濾池中間設(shè)置雙層中央渠道，將濾池分成左、右兩個(gè)過(guò)濾室。⑶雙層中央渠道的上層為排水渠，作用是排除反沖洗廢水；下層為氣、水分配渠，作用：①過(guò)濾時(shí)收集濾后清水，②反沖洗時(shí)均勻分配氣和水。在氣、水分配渠上部均勻布置一排配氣小孔，下部均勻布置一排配水方孔。⑷濾板上均勻布置長(zhǎng)柄濾頭，每m2約布置50～60個(gè)，濾板下部是底部空間。⑸在V型進(jìn)水槽底設(shè)有一排小孔，既可作為過(guò)濾時(shí)進(jìn)水用，又可沖洗時(shí)供橫向掃洗布水用。2.工作原理◆過(guò)濾過(guò)程待濾水由進(jìn)水總渠經(jīng)進(jìn)水氣動(dòng)隔膜閥和方孔后，通過(guò)溢流堰經(jīng)過(guò)側(cè)孔進(jìn)入V型槽。水通過(guò)V型槽底的小孔和槽頂溢流，均勻進(jìn)入濾池，然后通過(guò)濾料層和長(zhǎng)柄濾頭流入底部空間，再經(jīng)方孔匯入中央下層水渠內(nèi)，最后由管廊中的水封井、出水堰、清水渠進(jìn)入清水池。V型濾池濾速為8～10m/h。濾層表面以上的水深一般大于1.2m，根據(jù)濾池水位的微量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)出水蝶閥的開(kāi)啟度來(lái)實(shí)現(xiàn)等水頭等速過(guò)濾?！魶_洗過(guò)程

V型濾池沖洗過(guò)程全部由程序自動(dòng)控制。通常采用濾料不膨脹的氣、水沖洗?？偟姆礇_洗時(shí)間約為12min。沖洗操作過(guò)程：①氣沖。氣沖強(qiáng)度一般為14～17L/(s.m2)。②氣-水同時(shí)反沖。水沖強(qiáng)度約為4L/(s.m2)。③水沖。在進(jìn)行氣、水同時(shí)反沖洗時(shí)，V型槽槽底的小孔繼續(xù)進(jìn)水，在濾池中產(chǎn)生橫向水流進(jìn)行表面掃洗，將雜質(zhì)推向中央排水渠。橫向掃洗強(qiáng)度約為1.4～2.0L/(s.m2)。3.V型濾池的特點(diǎn)

采用較粗濾料、較厚濾料層以增加過(guò)濾周期或提高濾速。一般采用砂濾料，粒徑為0.95～1.50mm，K60為1.2～1.5，濾層厚為0.95～1.5m。過(guò)濾周期長(zhǎng)達(dá)30～40小時(shí)。反沖時(shí)濾層不膨脹，不發(fā)生水力分級(jí)現(xiàn)象，粒徑在整個(gè)濾層的深度方向分布基本均勻，即所謂“均質(zhì)濾料”，從而提高了濾層的含污能力。采用氣、水反沖再加始終存在的表面掃洗，沖洗效果好，沖洗耗水量大大減少。根據(jù)濾池水位變化自動(dòng)調(diào)節(jié)出水蝶閥開(kāi)啟度來(lái)實(shí)現(xiàn)等速過(guò)濾。濾池沖洗過(guò)程可按程序自動(dòng)控制。

8.5.3無(wú)閥濾池1.構(gòu)造與工作原理◆構(gòu)造如圖所示◆

工作原理

①過(guò)濾過(guò)程如下圖所示：

②反沖洗過(guò)程如下圖所示：

2.無(wú)閥濾池的特點(diǎn)屬等速過(guò)濾。沖洗水來(lái)自沖洗水箱，沖洗水頭（水箱水位與排水水封井堰口水位差）由起始Hmax逐漸下降至終期的Hmin，沖洗水頭有限，故采用小阻力配水系統(tǒng)。單池平面積一般不大于16m2。無(wú)閥濾池的的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行全部自動(dòng)，操作管理方便；節(jié)省大型閥門(mén)，造價(jià)較低；出水面高出濾層，在過(guò)濾過(guò)程中濾料層內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)負(fù)水頭。無(wú)閥濾池的缺點(diǎn)：沖洗水箱建于濾池上部，濾池的總高度較大；出水水位較高，相應(yīng)抬高了濾前處理構(gòu)筑物（如沉淀或澄清池）的標(biāo)高，從而給水廠總體高程布置帶來(lái)困難；濾料處于封閉結(jié)構(gòu)中，裝、卸困難；池體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。重力式無(wú)閥濾池多適用于適用于1×104m3/d以下的小型水廠。3.無(wú)閥濾池的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）虹吸管計(jì)算確定平均沖洗水頭Ha：該沖洗水頭即為水流在整個(gè)流程中（包括連通渠、配水系統(tǒng)、承托層、濾料層、擋水板及虹吸管等）的水頭損失之和，總水頭損失為：Σh=h1+h2+h3+h4+h5+h6。Ha≥∑h，選定平均沖洗強(qiáng)度：qa計(jì)算平均沖洗流量：Q1=F.qa確定虹吸管計(jì)算流量Q：

Q=Q1+Q2求虹吸管管徑。一般采用試算法，初選管徑，計(jì)算Σh，滿足

Ha≥∑h即可，否則重新計(jì)算。

（2）沖洗水箱沖洗水箱位于濾池上部，與濾池整體澆制。水箱容積按沖洗一次所需水量確定：V=0.06qFt水箱有效水深：設(shè)n格濾池合用一個(gè)沖洗水箱，其有效水深為：

由上式可知，合用沖洗水箱的格數(shù)越多，水箱深度便越小，濾池總高度可以降低。同時(shí)沖洗強(qiáng)度的不均勻程度也可降低。一般2格濾池合用一個(gè)沖洗水箱。若合用水箱的濾池過(guò)多，造成濾池沖洗時(shí)斷時(shí)續(xù)。通常在沖洗水箱內(nèi)根據(jù)濾池分格情況設(shè)置隔墻，其間用連通管相連，管上設(shè)閘板，平時(shí)開(kāi)啟，檢修時(shí)關(guān)閉，以便濾池放空。

（3）進(jìn)水管U型存水彎作用：防止濾池沖洗時(shí)空氣由進(jìn)水管進(jìn)入虹吸管而破壞虹吸。設(shè)置要求：為了水封更加安全，常將存水彎底部置于水封井水面以下。

（4）進(jìn)水分配槽作用分配槽堰頂標(biāo)高應(yīng)等于虹吸輔助管和虹吸管連接處的管口標(biāo)高加進(jìn)水管水頭損失，再加上10～15cm富裕高度。分配槽槽底標(biāo)高，一般宜降至濾池出水渠堰頂以下約0.5m。

（5）強(qiáng)制沖洗設(shè)備

濾池進(jìn)行過(guò)濾水頭損失未達(dá)到最大值時(shí)，因特殊原因需提前沖洗，可采用人工強(qiáng)制沖洗系統(tǒng)。8.5.4虹吸濾池1.構(gòu)造與工作原理◆構(gòu)造如圖所示。

構(gòu)造特點(diǎn)：①一般由6～8格單元濾池組成一個(gè)整體，稱一組濾池。平面形狀多為矩形，呈雙排布置；②每格過(guò)濾是獨(dú)立的，但同組各格濾池底部空間通過(guò)連通渠是相通的，其中一格濾池的反沖洗水，是由其它格的過(guò)濾水提供；③不設(shè)閥門(mén)，每格設(shè)置進(jìn)水和排水兩個(gè)虹吸管。◆工作原理

圖⑴表示過(guò)濾過(guò)程，圖⑵表示反沖洗過(guò)程。

①屬等速過(guò)濾方式。濾池內(nèi)最高水位與清水出水堰堰頂高差為最大過(guò)濾水頭，亦即期終允許水頭損失值，一般采用1.5～2.0m。

②清水出水堰堰頂與反沖洗排水槽頂高差為最大沖洗水頭，沖洗水頭一般采用1.0～1.2m。由于沖洗水頭的限制，虹吸濾池只能采用小阻力配水系統(tǒng)。

2.虹吸濾池設(shè)計(jì)要點(diǎn)

⑴濾池分格數(shù)與單格面積虹吸濾池一格沖洗時(shí)，沖洗水是由同組其它格濾池過(guò)濾水供給的，沖洗水頭很小，只能采用小阻力配水系統(tǒng)，為保證配水均勻性，單池面積不宜大于25m2。虹吸濾池分格數(shù)應(yīng)符合一格沖洗時(shí)，所需的反沖洗水量不能大于同組其它n-1格濾池的過(guò)濾水量之和，即：由得虹吸濾池分格數(shù)：

分格數(shù)少時(shí)，一方面沖洗強(qiáng)度不能保證；另一方面濾池總面積一定時(shí)單格濾池面積大，沖洗均勻性差。分格數(shù)多時(shí)，則濾池的造價(jià)增加。以單層石英砂濾料虹吸濾池為例，若選用q=15L／s.m2，υ=9m/h，則濾池分格n≥6格。因此，在我國(guó)規(guī)范規(guī)定的濾速和反沖洗強(qiáng)度下，虹