水質(zhì)工程學(xué)-第5章-過濾

第五章過濾過濾概述過濾理論濾料和承托層濾池反沖洗普通快濾池其他形式濾池5.1過濾概述一、過濾的作用發(fā)展

清潔的井水是通過底層的過濾作用而獲得的，這一經(jīng)驗啟發(fā)了人類用過濾的方法處理水。概念

過濾就是以具有孔隙的粒狀濾料層（如石英砂）截留水中雜質(zhì)。作用

過濾對生活飲用水的水廠來說，必須有過濾，這是不可缺少的。進一步降低濁度。水中部分的有機物、病毒、細菌等隨水濁度的降低部分去除。殘留于濾后水中的病毒、細菌等在失去渾濁物的保護或依附時，在濾后消毒作用中將容易滅活。二、慢濾池（擴展內(nèi)容）慢濾水處理工藝是1804年英格蘭JohnCibb為制取高質(zhì)量的潔凈水而發(fā)明的。該工藝因占地面積大,后來被美國人發(fā)明的快濾池所取代。倫敦約有80%的自來水是以慢濾作為最終處理措施的,在印度、泰國等國家的農(nóng)村飲水處理中也廣泛采用慢濾。慢濾池的凈水機理相當復(fù)雜,它是在機械篩濾、生物吸附降解、沉淀、擴散、傳遞及靜電吸附等物理化學(xué)和生物化學(xué)作用下完成凈水過程的。出水濁度可接近于0NTU，而且能很好的去除細菌、臭味、色度、水質(zhì)很好，可直接飲用。設(shè)計參數(shù)：慢濾池的濾料多采用粒徑為0.3~1.0mm的石英砂或普通河沙。慢濾池內(nèi)的濾料層厚度一般在0.65~1.50m之間,不得小0.65m。為保證慢濾池正常工作,濾層上面應(yīng)保持一定的作用水頭,一般在0.1~0.5m。慢濾池的水力負荷一般為0.1~0.3m/h。慢濾池的成熟期：慢濾池在開始使用的1~2周內(nèi)，濾后水質(zhì)較差，而后綠層頂部幾厘米厚，由原來的松散砂粒，變成一個發(fā)粘的濾層（濾膜），具有微生物的凈化作用。

清洗：慢濾池的運行周期較長,一般在幾個月或一年以上。當濾料堵塞需要清洗時,可采用人工方法進行。用鏟將表層25~30mm厚度的濾層鏟出清洗。由于慢濾池占地面積大、操作麻煩、寒冷季節(jié)時其表層容易冰凍，在城鎮(zhèn)水廠中使用的慢濾池逐漸被快濾池所代替?，F(xiàn)代慢濾池主要用于村鎮(zhèn)小型水廠。適用的進水條件出水水質(zhì)細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/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/100mL細菌總數(shù)99%能去除逗號弧菌(Vibriocomma)2.7~7

m99%7~12m99.9%較大顆粒99%~99.9%表5-1現(xiàn)代慢濾池的適用的進水條件與出水水質(zhì)快濾池構(gòu)造透視圖濾池構(gòu)造示意圖三、快濾池9

快速濾池過濾過程示意圖

反洗：F1、F2關(guān)，F(xiàn)3、F4開過濾：F1、F2開，F(xiàn)4、F3關(guān)進水出水10

濾池反洗過程示意圖反洗：F1、F2關(guān)，F(xiàn)3、F4開反洗水

工作過程由過濾與反沖洗兩部分組成。濾速濾速是指單位時間、單位過濾面積上的過濾水量，單位為m3/(m2

h)或m/h。單層濾料8~10m/h，雙層10~14m/h，多層18~20m/h。反沖洗的條件水頭損失，出水水質(zhì)工作周期從過濾開始到?jīng)_洗結(jié)束的一段時間稱為快濾池的工作周期。從過濾開始到過濾結(jié)束稱為過濾周期。濾池的工作周期為12~24h。

在保證濾后水質(zhì)前提下，設(shè)法提高濾速和工作周期，這一直是過濾技術(shù)研究的一個重要課題。并因此推動了過濾技術(shù)的發(fā)展。5.2過濾理論是機械篩除作用嗎？單層石英砂濾池，濾料粒徑0.5-1.2mm，濾層厚度70cm，反沖洗后水力分級，設(shè)表層砂粒0.5mm，則孔隙尺寸80微米。但30微米的雜質(zhì)仍能被截留下來，說明不是機械篩濾作用。粘附作用過濾主要是懸浮顆粒與濾料顆粒之間粘附作用的結(jié)果。

一、截留機理1.懸浮顆粒被截留的機理（1）遷移機理沉淀：流速小，重力作用。擴散：存在濃度梯度，顆粒小，布朗運動較劇烈時。慣性：本身速度具有的慣性力。攔截：顆粒尺寸較大，表面接觸攔截。被水流挾帶的顆粒如何與濾料表面接近或接觸。

水動力：存在速度梯度，非球形顆粒的轉(zhuǎn)動。（2）粘附機理當顆粒與濾料表面接觸或接近時，依靠范德華引力、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：當范德華引力大于雙電層斥力時，能粘附。如投加鋁、鐵鹽混凝劑。絮凝顆粒間的架橋作用使它們粘附。投高分子絮凝劑。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)。未經(jīng)脫穩(wěn)的懸浮物顆粒，過濾效果很差，這就是證明?；谶@一概念，過濾效果主要取決于顆粒表面的性質(zhì)而無須增大顆粒尺寸。相反如果懸浮顆粒尺寸過大而形成機械篩濾作用，反而會引起表面濾料孔隙堵塞。是不是顆粒尺寸越大，過濾時越有利？附著力與水流剪力從顆粒的受力圖分析粘附力和水流剪力的相對大小決定了顆粒粘附和脫落的程度。從過濾過程分析雜質(zhì)進入濾層后，首先被第一層濾料截留大部分少量“漏網(wǎng)”雜質(zhì)被下層濾料截留。懸浮顆粒向下層推移，下層濾料截留作用漸次發(fā)揮。過濾到一定時間后，表面濾料間孔隙逐漸被雜質(zhì)堵塞，形成濾膜。2.懸浮顆粒粘附與剝離3.濾層利用與含污量的變化過濾開始階段，濾層較干凈，孔隙率較大，孔隙流速小，水流剪力Fs1較小，粘附力作用占優(yōu)勢。隨著過濾時間延長，濾層中雜質(zhì)逐漸增大，以至最后粘附上的顆粒將首先脫落下來，或被水流夾帶的后續(xù)顆粒不再有粘附現(xiàn)象，于是，懸浮顆粒便向下層推移，下層濾料截留作用漸次得到發(fā)揮。往往是下層濾料的截留懸浮顆粒的作用還沒有得到充分發(fā)揮，過濾就必須停止了。濾料水力分級導(dǎo)致結(jié)果。前提：單水沖洗的石英砂濾料濾池典型的水力分級濾料層。濾層利用過程：表層濾料間的空隙將被堵塞，嚴重時，由于濾料的“篩濾”結(jié)果，甚至產(chǎn)生泥膜，使過濾阻力劇增。在一定過濾水頭下，濾速將急劇減小，或濾膜產(chǎn)生裂縫時，大量水流將自裂縫中流出，局部流速過大而使雜質(zhì)穿透濾層，出水水質(zhì)惡化。下層濾料還未發(fā)揮應(yīng)有作用，過濾也將被停止。單層濾料的含污能力隨濾池深度的變化很大，濾層含污量少。結(jié)果：在一個過濾周期內(nèi)，單位體積濾層中的平均含污量稱為“濾層含污能力”，單位g/cm3或kg/m3。濾層過濾(depthfiltration)

被截留的顆粒物分布在過濾介質(zhì)內(nèi)部，借助濾料表面的粘附作用截留懸浮固體。因此，當濾層過濾的濾池出現(xiàn)表面過濾的現(xiàn)象時，會妨害其內(nèi)部過濾功能的發(fā)揮，對過濾是不利的。表面過濾(surfacefiltration)

被截留的顆粒物聚集在過濾介質(zhì)表面時，稱表面過濾。粗濾、微濾和膜濾都屬于表面過濾，利用孔隙的篩除作用。（1）上向流過濾（反向過濾）4.提高濾層含污量的方法①各組濾池之間和濾池內(nèi)部配水不均勻,容易導(dǎo)致局部穿透;②受反沖洗方式的限制,難以去除在濾料層底部聚集的大量污泥,濾料易板結(jié);③反向過濾的設(shè)計濾速取值過大,容易造成濾料層的膨脹而導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。理想濾層、反向過濾、均質(zhì)濾料、多層濾料（2）反粒度過濾—雙層濾料（3）反粒度過濾—三層濾料（4）均質(zhì)濾料：沿整個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。要實現(xiàn)均質(zhì)濾料過濾，反沖洗時濾料層不能膨脹。

雙層濾料和多層濾料濾池中出現(xiàn)的混層現(xiàn)象

一種觀點認為：適度的混層，可避免交界面上積聚過多雜質(zhì)而使水頭損失增長較快，故適度混雜是有益的另一種認為：煤-砂交界面上不應(yīng)有混雜現(xiàn)象。因為煤層起截留大量雜質(zhì)作用，砂層則起精過濾作用，而界面分層清晰，起始水頭損失將較小。5.直接過濾原水加藥后不經(jīng)過沉淀，而直接進入濾池的過濾。接觸過濾原水加藥后只經(jīng)過混合就直接進入濾池過濾微絮凝過濾原水加藥后經(jīng)過混合和微絮凝池后進入濾池過濾直接過濾的特點采用雙層或三層濾料濾池。采用聚合物為主混凝劑或助凝劑。工藝簡單，藥劑用量少。原水混合雙層或三層濾料濾池過濾出水硫酸鋁聚合物（a）陽離子型聚合物雙層或三層濾料濾池雙層或三層濾料濾池陽離子型聚合物原水混合原水硫酸鋁混合混合絮凝池聚合物（C）絮凝池原水混合雙層或三層濾料濾池（b）過濾出水過濾出水過濾出水（d）直接過濾的要求原水濁度和色度較低且水質(zhì)變化小，常年原水濁度低于50度。直接過濾中的濾速應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)決定，濁度偏高時應(yīng)采用較低濾速，當原水濁度在50度以上時，濾速一般在5m/h左右。原水進入濾池前不應(yīng)形成大的絮凝體。直接過濾的應(yīng)用湖泊、水庫等低濁度水。（1）清潔濾料層的水頭損失二、過濾水力學(xué)1.過濾過程中水頭損失變化卡曼——康悉尼計算公式（Carman——Kozony)式中：h0—水流通過清潔濾層水頭損失（cm）；

υ—水的運動粘度(cm2/s)；

g—重力加速度(cm/s2)；

m0—濾料孔隙度；

d0—與濾料體積相同的球體直徑(cm)；

l0—濾層厚度(cm)；v—濾速(cm/s)—濾料顆粒球度系數(shù)。實際濾層是非均勻濾料。計算非均勻濾層水頭損失，可分成若干層，則各層水頭損失之和為整個濾層總水頭損失。根據(jù)均質(zhì)濾料層

設(shè)粒徑為di的濾料重量占全部濾料重量之比為pi，則清潔濾層總水頭損失為：

分層越多，計算精度越高。（分析：懸浮物雜質(zhì)增多，m0

，由H0公式知，當d0、

l0、

T已定時，如m0

、

H0不變v

，反之v不變H0

）這樣就產(chǎn)生了等速過濾與變速過濾兩種過濾方式。（2）過濾過程中的水頭損失過濾時濾池的總水頭損失為：

式中：H0—清潔濾層水頭損失，cm;h—配水系統(tǒng)、承托層及管（渠）水頭損失之和，cm;

Ht—在時間為t時的水頭損失增值，cm。

式中的H0和h在整個過濾過程中不變。Ht隨t增加而增大。Ht與t的關(guān)系，實際上反應(yīng)了濾層截留雜質(zhì)量與過濾時間的關(guān)系，亦即濾層孔隙率的變化與時間關(guān)系。由于過濾情況很復(fù)雜，目前有不少計算公式，但與生產(chǎn)實際存在差距。通過實驗Ht與t一般呈直線關(guān)系。（見圖）

Hmax為水頭損失增值為最大時的過濾水頭損失，一般為1.5~2.0m。

T為過濾周期。如果不出現(xiàn)濾后水質(zhì)惡化等情況，過濾周期不僅決定于最大允許水頭損失、還與濾速有關(guān)。設(shè)濾速vˊ>v，其清潔砂層水頭損失為H0ˊ

。一方面H0ˊ>H0

，同時單位時間內(nèi)濾層截留的雜質(zhì)量較多，水頭損失增加也較快，tg

ˊ>tg

，因而，過濾周期Tˊ<T。其中已忽略了承托層及配水系統(tǒng)、管（渠）等水頭損失的微小變化。當過濾水頭損失達到最大允許水頭損失Hmax

，過濾既告終止。2.等速過濾與變速過濾（1）等速（恒速）過濾濾池的過濾速度保持不變，即流量保持不變時稱等速過濾。在恒速過濾狀態(tài)，由于濾層逐漸被堵塞，水頭損失隨過濾時間逐漸增加，濾池中水位逐漸上升，當水位上升到最高水位時，過濾停止以待沖洗。無閥濾池與虹吸濾池是典型的恒速過濾濾池。（2）變速（減速）過濾濾速隨過濾時間而逐漸減小的過濾。四個濾池組成一個濾池組，假設(shè)：進入濾池組的總流量不變；每個池子的性能完全相同；每個濾池恰好按編號順序進行沖洗減速過濾的濾后水質(zhì)較好，而且在相同的過濾周期內(nèi)，過濾的水頭損失也較小。在濾料干凈時，濾層孔隙率較大，雖然此時濾速較其他濾池要高，但空隙中的流速并非按濾速增高倍數(shù)兒增大；濾層內(nèi)截留較多雜質(zhì)時，雖然濾速降低，但因濾層孔隙率減少，孔隙流速并未過多減少。過濾初期濾速較大可使懸浮雜質(zhì)深入下層濾料，過濾后期濾速減小，可防止懸浮顆粒穿透濾層。

（3）減速過濾水質(zhì)優(yōu)于等速過濾（4）不同過濾方式的控制用控制進水流量的方法，可實現(xiàn)恒濾速變水頭過濾。用溢流堰進水，進水流量只與堰前水位有關(guān)，保持其不變，則濾速可恒定，濾層中水頭損失不斷增大。在出水管上安裝濾速調(diào)節(jié)器，可控制出水流量不變，濾速不變，進水閥全開不控制。池內(nèi)水位將與其他濾池水位相同，實現(xiàn)恒濾速恒水頭過濾。

在恒濾速恒水頭的情況下去掉出水管上的濾速調(diào)節(jié)器，對過濾流量不控制，則為變?yōu)V速恒水頭過濾。3.負水頭現(xiàn)象產(chǎn)生原因(概念):當過濾進行到一定時刻時，從濾料表面到某一深度處的濾層的水頭損失超過該深度處的水深，該深度處就出現(xiàn)負水頭，見圖。

危害避免方法①增加砂面上的水深；

②令濾池出口位置等于或高于濾層表面。①減少過濾面積，增加濾層局部阻力，增加了水頭損失；②空氣泡會穿過濾料層，上升到濾池表面，甚至把煤粒這種輕質(zhì)濾料帶走,破壞濾層結(jié)構(gòu);在沖洗時，空氣更容易把大量的濾料隨水帶走。負水頭會導(dǎo)致水中的空氣釋放出來，形成氣囊5.3濾料與承托層一、濾料濾料要求具有足夠的機械強度具有足夠的穩(wěn)定性能就地取材、價廉具有一定的顆粒級配和適當?shù)目紫堵剩砻姹容^粗糙而有棱角。常用濾料石英砂、無煙煤、石榴石、磁鐵礦、鈦鐵礦、陶粒等無煙煤濾料性能參數(shù)比表面積粒狀濾料的比表面積可以表示為單位重量或體積的濾料所具有的表面積，單位為cm2/g或cm2/cm3。有效粒徑與不均勻系數(shù)粒徑級配可以用濾料的有效粒徑和不均勻系數(shù)表示，關(guān)系如下：有效粒徑：d10，通過濾料重量10%的篩孔孔徑，反映細顆粒尺寸。不均勻系數(shù)：K80，表示粗顆粒與細顆粒的比。有效粒徑：d80，通過濾料重量80%的篩孔孔徑，反映粗顆粒尺寸。

不均勻系數(shù)K80越大，濾料越不均勻，小顆粒會填充于大顆粒的間隙內(nèi)，從而使濾料的空隙率和納污能力降低，水頭損失增大。

K80越大對過濾和沖洗均不利。因此不均勻系數(shù)以小為佳。但是不均勻系數(shù)越小，加工費用也越高。綜合考慮，一般K80控制在1.65～1.80之間為宜。不均勻系數(shù)K80

表5-2濾料級配與濾速類別濾料組成濾速（m/h）強制濾速（m/h）粒徑（mm）不均勻系數(shù)K80厚度（mm）單層石砂濾料dmax=1.2dmin=0.5<2.0700~1010~14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最大粒徑、最小粒徑篩孔（mm）留在篩上的砂量通過該號篩的砂量質(zhì)量（g）%質(zhì)量（g）%2.3620.80.4199.299.61.65118.49.32180.890.40.99140.620.3140.270.10.58985.042.555.227.60.24643.421.711.85.90.2089.24.62.61.3篩底盤2.61.3––合計200100濾料的篩分方法

(1)篩分試驗記錄表5-4篩分試驗記錄標準篩篩分儀篩分試驗結(jié)果d10=0.4mmd80=1.34mmK80=d80/d10=1.34/0.4=3.37(2)篩分方法要求：d10=0.55mm，K80=2.0，d80=2×0.55=1.1mm。大粒徑（d>1.54）顆粒約篩除13.5%，小粒徑（d<0.44）顆粒約篩除12.0%。精確取用同一粒徑濾料的方法：將濾料樣品傾入某一篩子過篩后，將篩子上的砂全部倒掉，再將卡在篩孔中的那部分砂振動掉下來，如此重復(fù)進行，可得到同一粒徑的濾料。從這些振動下來的砂粒中取出幾粒，按以下公式可求出其等體積球體直徑：

（17-5）式中，G——n個顆粒的總重量,g；

——顆粒密度,g/cm3。等體積球體直徑濾料層的孔隙率濾料層的孔隙率指整個濾層中孔隙總體積與整個濾層的堆積體積之比。測定方法：取一定量的濾料，在105℃下烘干稱重，并用比重瓶測出其密度。然后放入過濾筒中，用清水過濾一段時間后，量出濾層體積，則孔隙率為式中，G——烘干后的濾料,g；

ρ——濾料的密度，g/cm3；

V——濾料層的堆積體積，cm3。

m與濾料顆粒形狀、均勻程度、壓實程度有關(guān)，一般濾池石英砂濾料m為0.42左右。

表5-3濾料顆粒的形狀及其球度系數(shù)、形狀系數(shù)、孔隙率圖

濾料顆粒的形狀示意序號形狀描述球度系數(shù)形狀系數(shù)孔隙率1圓球形1.01.000.382圓

形0.981.020.383已磨蝕的0.941.060.394帶銳角的0.811.230.405有角的0.781.280.43球度系數(shù)與形狀系數(shù)球度系數(shù)：形狀系數(shù)：二、承托層承托層的作用防止濾料層從配水系統(tǒng)流失。均勻布置反沖洗水。組成表5-5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)高于配水系統(tǒng)孔眼100

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)高于配水系統(tǒng)孔眼100表5-6三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，第6層可不設(shè)。為了防止反沖洗時承托層移動，美國對單層和雙層濾料濾池也有采用“粗-細-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)，或者適當鋪設(shè)一些粗砂或細礫石，視配水系統(tǒng)的具體情況而定。普通快濾池內(nèi)部濾料層反沖洗排水槽高速水流反沖洗氣-水聯(lián)合反沖洗氣-水聯(lián)合反沖洗加表面助沖一、反沖洗的方式及控制參數(shù)1.高速水流反沖洗原理截留于濾層中的雜質(zhì)，在高速反向水流的水流剪力和濾料顆粒的碰撞摩擦雙重作用下，從濾料表面脫落下來，然后被沖洗水帶出濾池。5.4濾池反沖洗除鐵濾池高速水流反沖洗控制參數(shù)（1）反沖洗強度（q）以cm/s計的反沖洗流速，換算成單位面積濾層所通過的反沖洗流量，稱為沖洗強度，單位為L/(s

m2)q對反沖洗效果有什么影響？

q過小，濾層孔隙中的水流剪力??；

q過大，濾層的膨脹度過大，濾層孔隙中的水流剪力也會降低；且由于濾料顆粒過于離散，顆粒碰撞摩擦幾率減少；

q以最大粒徑的濾料的最小流態(tài)化流速確定。（2）濾層膨脹度（e）反沖洗時,濾層膨脹后所增加的厚度與膨脹前厚度之比。由于濾層膨脹前、后單位面積上濾料體積不變，于是：e對反沖洗效果有什么影響？

e過小,下層濾料浮不起來；

e過大，濾料顆粒之間碰撞摩擦幾率減小，上層濾料流失，承托層發(fā)生移動；

理想的e應(yīng)是截留雜質(zhì)的那部分濾料恰好完全膨脹起來，或者下層最大濾料顆粒剛剛開始浮起時為宜。根據(jù)經(jīng)驗，一般單層濾料（砂料）e采用45%左右，煤—砂雙層濾料取50%左右。（3）沖洗時間（t）

必須保證沖洗時間，一般在實際生產(chǎn)操作時，主要看

沖洗廢水的允許濁度來決定。

當q與e符合要求，若沖洗時間不足會出現(xiàn)哪些情況？不能充分清洗掉濾料表面污泥。沖洗廢水也不能將污泥排盡，會導(dǎo)致污泥重返濾層。長期下去濾層表面將形成泥膜。序號濾層類型沖洗強度(L/s

m2)膨脹度（%）沖洗時間（min）1石英砂濾料12~15457~52雙層濾料13~16508~63三層濾料16~17557~5表5-7沖洗強度、膨脹度和沖洗時間

注：1.設(shè)計水溫按20℃計，水溫每增減1℃，沖洗強度相應(yīng)增減速1%；２.由于全年水溫、水質(zhì)有所變化，應(yīng)考慮有適當調(diào)整沖洗強度的可能；３.選擇沖洗強度應(yīng)考慮所用混凝劑品種的因素；４.無閥濾池沖洗時間可采用低限；５.膨脹度數(shù)值僅作設(shè)計計算用。設(shè)計時，一般q、e、t根據(jù)濾層不同決定。2.氣-水聯(lián)合反沖洗原理沖洗效果好；節(jié)約反沖洗水量，水沖強度可降低；沖洗結(jié)束后，濾層不產(chǎn)生或不明顯產(chǎn)生上細下粗的分層現(xiàn)象；操作較為麻煩，池子和設(shè)備較復(fù)雜，需增加鼓風(fēng)機或空壓機、儲氣罐等氣沖設(shè)備。特點利用上升空氣氣泡的震動將附著于濾料表面雜質(zhì)（污物）擦洗下來使之懸浮于水中，然后再用水反沖把污物排出池外。沖洗程序先氣洗，后水洗。先氣水混合洗，再用水洗。先氣洗，再氣水混合洗，最后用水洗（或漂洗）?？刂茀?shù)沖洗程序、沖洗強度、沖洗時間的選用與濾料種類、密度、粒徑級配、水質(zhì)、水溫、濾池構(gòu)造形式等因素有關(guān)。有關(guān)氣水反沖洗的參數(shù)和要求我國目前沒有統(tǒng)一規(guī)定？！氣沖氣水同時沖水沖反沖洗結(jié)束三.氣-水聯(lián)合反沖洗加表面掃洗1.原理V型槽進水產(chǎn)生橫向水流，將雜質(zhì)推向中央排水槽。2.特點沖洗效果好；沖洗水量減少。3.實例長沙市第八水廠氣15L/(s.m2)，2min；水4.5L/(s.m2)，約4min；表面1.5L/(s·m2)，約4min。

Ⅳ沖洗9.5.16

濾池沖洗方式的選擇，應(yīng)根據(jù)濾料層組成、配水配氣系統(tǒng)型式，通過試驗或參照相似條件下已有濾池的經(jīng)驗確定。宜按表9.5.16選用。表9.5.16沖洗方式和程序濾料組成沖洗方式、程序單層細砂級配濾料(1)水沖(2)氣沖－水沖單層粗砂均勻級配濾料氣沖－氣水同時沖—水沖雙層煤、砂級配濾料(1)水沖(2)氣沖－水沖三層煤、砂、重質(zhì)礦石級配濾料水沖9.5.17

單水沖洗濾池的沖洗強度及沖洗時間宜按表9.5.17采用。表9.5.17水沖洗強度及沖洗時間(水溫20℃時)濾料組成沖洗強度[L/(m2·s)]膨脹率(%)沖洗時間(min)單層細砂級配濾料12～15457～5雙層煤、砂級配濾料13～16508～6三層煤、砂、重質(zhì)礦石級配濾料16～17557～5注：1當采用表面沖洗設(shè)備時，沖洗強度可取低值。

2應(yīng)考慮由于全年水溫、水質(zhì)變化因素，有適當調(diào)整沖洗強度的可能。

3選擇沖洗強度應(yīng)考慮所用混凝劑品種的因素。

4膨脹率數(shù)值僅作設(shè)計計算用。當增設(shè)表面沖洗設(shè)備時，表面沖洗強度宜采用2～3L/(m2·s)(固定式)或0.50～0.75L/(m2·s)(旋轉(zhuǎn)式)，沖洗時間均為4～6min。圖

固定式表面沖洗裝置示意圖1－壓力水總管2－壓力水支管3－濾池池壁4－噴嘴

圖

旋轉(zhuǎn)式表面沖洗裝置示意圖

1－濾池池壁2－壓力水管3－濾池反洗水槽4－噴嘴5－旋轉(zhuǎn)臂9.5.18

氣水沖洗濾池的沖洗強度及沖洗時間，宜按表9.5.18采用。表9.5.18氣水沖洗強度及沖洗時間濾料種類先氣沖洗氣水同時沖洗后水沖洗表面掃洗強度[L/(m2·s)]時間(min)氣強度[L/(m2·s)]水強度[L/(m2·s)]時間(min)強度[L/(m2·s)]時間(min)強度[L/(m2·s)]時間(min)單層細砂級配濾料15～203～1－－－8～107～5－－雙層煤、砂級配濾料15～203～1－－－6.5～106～5－－單層粗砂均勻級配濾料13～17(13～17)2～1(2～1)13～17(13～17)3～4(2.5～3)4～3(5～4)4～8(4～6)8～5(8～5)1.4～2.3全程注：表中無括號的數(shù)值適用于無表面掃洗的濾池；括號內(nèi)的數(shù)值適用于有表面掃洗的濾池。二、沖洗強度的確定和非均勻膨脹度的計算為了便于理解，首先假設(shè)濾料層的濾料是均勻的。對于均勻的濾料，沖洗時，如果濾料層未膨脹，則水流通過濾料層的水頭損失可用歐根公式計算：m0—濾層孔隙率；L0—濾層厚度，cm；d0—濾料同體積球體直徑，cm；

—濾料球度；v—沖洗流速，cm/s；h—水頭損失，cm;υ—水的運動粘度，cm2/s；g—重力加速度，cm/s2。當濾層膨脹起來以后，處于懸浮狀態(tài)下的濾料對沖洗水流的阻力，等于它們在水中的重量（單位面積上）式中：

s和分別表示濾料和水的密度，g/cm3。上式也可表達為：當濾料粒徑、形狀、密度、濾層厚度和孔隙率以及水溫等已知時，將未膨脹時和膨脹后的公式繪成水頭損失和沖洗流速關(guān)系圖。

vmf是反沖洗時濾料剛剛開始流態(tài)化的沖洗流速，稱

“最小流態(tài)化沖洗流速”。當濾料粒徑、形狀和密度不同時，vmf值也不同，粒徑大，vmf大，反之亦然。當沖洗流速超過vmf后，h不變，但濾層懸浮起來了。q越大，e越大。水頭損失（cm）vmf反沖洗流速v（cm/s）水頭損失和沖洗流速關(guān)系歐根公式?jīng)_洗強度和膨脹度關(guān)系v1—使濾料顆粒達到自由沉淀狀態(tài)時的沖洗流速，cm/s；α—指數(shù)，決定于雷諾數(shù)；v—沖洗流速，cm/s；非均勻濾料的膨脹度設(shè)計反沖洗強度的確定將不均勻濾料層進行分層，每一小層可近似看做均勻濾料，計算各小層的膨脹度，然后累加即可得到整個濾層的膨脹度。9.5.19單水沖洗濾池的沖洗周期，當為單層細砂級配濾料時，宜采用12～24h；氣水沖洗濾池的沖洗周期，當為粗砂均勻級配濾料時，宜采用24～36h。k為安全系數(shù)1.1~1.3；q沖洗強度，L/s﹒m2；vmf

最大粒徑濾料的最小流態(tài)化流速，cm/s。反沖洗周期三、

配水系統(tǒng)大阻力配水系統(tǒng)小阻力配水系統(tǒng)中阻力配水系統(tǒng)常見配水系統(tǒng)作用配水不均勻危害反沖洗時，均勻分布反沖洗水過濾時，均勻集水濾池中砂層厚度分布不同過濾時，產(chǎn)生短流現(xiàn)象，使出水水質(zhì)下降可能招致局部承托層發(fā)生移動，造成漏砂現(xiàn)象

大阻力配水系統(tǒng)的原理（1）構(gòu)造1.大阻力配水系統(tǒng)（2）沿途泄流管道干管和支管均可近似看作沿途泄流管道，因此，沿途均勻泄流管道中的水頭損失為代入上式得：因為α—管道的比阻，故

設(shè)n=0.012，則當時，在快濾池的配水系統(tǒng)中，這一條件，因而，如圖所示。

（3）配水系統(tǒng)的能量的變化在圖9-14所示的大阻力配水系統(tǒng)中，干管起端O點、干管末端I點、最前一根支管起端a點、最后一根支管起端b點、最后一根支管末端c點之間的能量關(guān)系見式（17）至式（18），也可形象地用圖來描述。（17）

（18）

（19）

（20）

（4）大阻力配水系統(tǒng)的原理

c點與a點之間的壓力關(guān)系為（21）

假定：①沿程水頭損失

0，

0；②各支管的進口局部水頭損失基本相等，即ha

hb。并取α=1，則式（21）可簡化為：（22）在圖9-14所示的配水系統(tǒng)中，壓力水頭差別最大的兩個點為孔口a與孔口c。設(shè)兩孔口的終點水頭均為H終，孔口a與孔口c的總水頭損失分別為Ha’、Hc’

（23）

（24）

將式（23）、（24）代入式（22）得：（25）由于：（26）

（27）將式（26），（27）代入式（25）可得：（28）

上式說明Qc大于Qa。增加S1+S2’’值，能減小上式右邊第二項的值，從而使Qa盡量接近Qc。由于承托層與濾料層的阻力系數(shù)之和S2’’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)S1，才能增大S1+S2’’。增大孔口阻力系數(shù)S1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。原理

在大阻力配水系統(tǒng)圖中孔口a與孔口c的出流量Qa、Qc可按下式進行計算：（30）（31）

將式（30）與式（31）代入式（22）并整理得：（32）

上式說明，當孔口水頭損失越大時，Ha越大，a孔與c孔的出流量之比越接近于1。設(shè)配水系統(tǒng)均勻性要求在95%以上時，即令Qa/Qc

0.95，則：

穿孔管大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計

（33）整理上式可得：（34）為了簡化計算，假設(shè)每根支管的進口流量相同，v0和va可分別按下列兩式進行計算：（35）（36）

為了簡化計算，Ha可以孔口平均水頭計算，則Ha為：（37）將式（35），（36），（37）代入式（34）得：（38）將μ=0.62代入上式并整理得：（39）

式（39）為大阻力配水系統(tǒng)構(gòu)造尺寸計算的依據(jù)。上式說明：大阻力配水系統(tǒng)配水的均勻性只與干管截面積、支管截面積、支管個數(shù)、孔口總面積等有關(guān)，而與其它因素?zé)o關(guān)。當濾池面積過大時，濾池中砂層和承托層的鋪設(shè)、沖洗廢水的排除等的不均勻度都將對沖洗效果的產(chǎn)生影響。≯100m2

f：配水系統(tǒng)孔口總面積，m2；ω0：干管截面積，m2

；ωa：支管截面積，m2

；n：支管根數(shù)。

大阻力配水系統(tǒng)的設(shè)計要點：①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。②支管中心距為0.2~0.3m，支管長度與其直徑之比一般不應(yīng)大于60。③孔口直徑約為9~12mm，設(shè)于支管兩側(cè)，與垂線呈45度角向下交錯排列。④干管橫截面與支管總橫截面之比應(yīng)大于1.75~2.0。當干管直徑或渠寬大于300mm時，頂部應(yīng)開布水孔。⑤孔口總面積與濾池面積之比稱為開孔比，其值可按下式計算：（40）

大阻力配水系統(tǒng)的特點：

①配水均勻性好；

②結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

③但管道容易結(jié)垢；

④孔口水頭損失大，因而要求反沖洗水壓高。無閥濾池、移動沖洗罩濾池、虹吸濾池等的沖洗水頭非常有限，不宜采用大阻力配水系統(tǒng)。

2.小阻力配水系統(tǒng)小阻力配水系統(tǒng)的特點①反沖洗水頭?。虎谂渌鶆蛐暂^大阻力配水系統(tǒng)為差，當配水系統(tǒng)室內(nèi)壓力稍有不均勻，濾層阻力稍不均勻，濾板上孔口尺寸稍有差別或部分濾板受堵塞，配水均勻程度都會敏感地反映出來；③濾池面積較大時，不宜采用小阻力配水系統(tǒng)。中阻力配水系統(tǒng)與小阻力配水系統(tǒng)類似，但其開孔比介于大阻力配水系統(tǒng)與小阻力配水系統(tǒng)之間，0.6~0.8%。小阻力配水系統(tǒng)的構(gòu)造特點：鋪設(shè)穿孔濾板或濾磚，開孔比一般為1.0~1.5%。

更換維修長柄濾頭四、沖洗廢水排除方法1.沖洗排水槽2.沖洗排水槽的設(shè)計要求沖洗排水槽平面總面積一般不大于單個濾池面積的25%。否則，會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。槽內(nèi)水面以上一般要有7cm左右的保護高，以保證沖洗廢水自由跌水進入排水槽。排水槽的廢水應(yīng)自由跌水進入排水渠，以免引起壅水現(xiàn)象。每單位槽長的溢入流量應(yīng)相等。故施工時沖洗排水槽口應(yīng)力求水平，誤差限制在2mm內(nèi)。排水槽高度要適當。高則沖洗水排水不凈，低則濾料流失。

槽頂距未膨脹時濾料表面的高度為：單個沖洗排水槽的排水量：

沖洗排水槽始端尺寸：一般始端深度為末端深度的一半；或槽底采用平坡。槽底為三角形斷面：

槽底為半圓形斷面：

l0：沖洗排水槽槽長一般小于6m，a0：沖洗排水槽中心間距v：槽內(nèi)流速，0.6m/s。2.排水渠矩形斷面排水渠寬：一般800mm以上渠底距排水槽底高度：集水渠起端水深反沖洗：氣水聯(lián)合反沖洗五、沖洗水的供給1.方式①水泵沖洗；②沖洗水塔或水箱沖洗。水泵沖洗的特點：①投資??；②但操作較為麻煩；③在沖洗的短時間內(nèi)耗電量大，往往會使廠區(qū)內(nèi)供電網(wǎng)負荷驟增。沖洗水箱的特點：①造價高；②但操作簡單；③專用水泵小，耗電量較均勻。

2.沖洗水塔（箱）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：

水塔（箱）底高出濾池沖洗排水槽頂?shù)母叨瓤砂聪率接嬎悖?/p>

h1——從從水塔（箱）底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。h3——承托層水頭損失，m。h4——濾料層水頭損失，m。h5——備用水頭，一般取1.5~2.0m。

備用流量：揚程：h2——濾池配水系統(tǒng)水頭損失h3——承托層的水頭損失，m。h4—濾料層的水頭損失，m2.水泵沖洗H05.5普通快濾池一、基本參數(shù)

1.濾速與強制濾速設(shè)計濾速：一般為8~10m/h

強制濾速：

10~14m/h2.濾池總面積Q—設(shè)計水量，m3/d；α—水廠自用水系數(shù)；v—設(shè)計濾速，m/h；T—濾池每日實際工作時間，h；T0—濾池每日工作時間，h；t0—濾池每日沖洗后停用和排初濾水時間，h；t1—濾池每日沖洗及操作時間，h。

表5-8濾池個數(shù)濾池總面積（m2）濾池個數(shù)<30230~5031003或41504~62005~63006~8濾池的個數(shù)在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較確定，但不得小于2個，可參考表5-8選用。一般不大于100m2，單池面積

3.個數(shù)和單池面積1.5~2.0m

4.濾池深度

保護高：0.3m；濾層表面以上水深：1.5~2.0m；濾層厚度：見表5-2，0.6~0.8m；承托層厚度：表5-5、表5-6，0.5m；

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??；雙層和三層濾料濾池深度稍大。

5．管廊布置管廊：是指集中布置濾池的管渠、配件及閥門的場所，管廊布置要求如下：（1）力求緊湊，簡捷；（2）留有設(shè)備與管配件安裝、維修時必須的空間；（3）具有良好的