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

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)束的一段時間稱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水條件與出水水質(zhì)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)2.7~7m99%7~12m99.9%較大顆粒99%~99.9%

5.2顆粒濾料一、基本要求

足夠的機械強度；足夠的化學(xué)穩(wěn)定性；能就地取材、價廉；具有一定的顆粒級配和孔隙率。二、濾料粒徑級配濾料粒徑級配：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)見表5-2。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

2.濾料篩選方法例：篩分試驗記錄見表5-3.表5-3篩分試驗記錄篩孔（mm）留在篩上的砂量通過該號篩的砂量質(zhì)量（g）%質(zhì)量（g）%2.3620.80.4199.299.61.65118.49.2180.890.40.99140.620.3140.270.10.58985.042.555.227.60.24643.421.711.85.90.2089.24.62.61.3篩底盤2.61.3––合計200100

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%。

三、濾料的孔隙率和表面積

1.孔隙率（孔隙度）：單位體積濾層中孔隙的體積。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；

——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)在過濾周期開始時一般較差，如果周期延長足夠的時間，在過濾末期水質(zhì)也會下降。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：在一個過濾周期內(nèi)，如果按整個濾層計，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。

（2）均質(zhì)濾料過濾：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。

(3)直接過濾

原水不經(jīng)過沉淀而直接進入濾池的過濾稱為“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

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）

非均勻濾層按下式計算：（5-2）

濾層中的負水頭在過濾過程中，當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)負水頭現(xiàn)象。見圖5-7。

危害：

負水頭會導(dǎo)致水中氣體釋放出來形成氣囊，對過濾有破壞作用。

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，有可能把部分細濾料或輕質(zhì)濾料帶走，破壞濾層結(jié)構(gòu)。在沖洗時，氣囊更容易把濾料帶出濾池。措施：避免濾池中出現(xiàn)負水頭的兩個方法：

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。

二、過濾機理

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

圖5-10顆粒遷移機理示意

（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.反沖洗強度：指單位面積濾層所通過的反沖洗水流量，單位為L/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）

3.沖洗三時間實際三操作三中可三根據(jù)三沖洗三廢水三的允三許濁三度決三定。生產(chǎn)三上，三反沖三洗強三、濾三層膨三脹度三和沖三洗時三間可三按表5-三6確定三。表5-三6沖洗三強度三、膨三脹度三和沖三洗時三間注：1．設(shè)三計水三溫按20℃計，三水溫三每增三減1℃，沖三洗強三度相三應(yīng)增三減1%；２．三由于三全年三水溫三、水三質(zhì)有三所變?nèi)?，三?yīng)考三慮有三適當三調(diào)整三沖洗三強度三的可三能三；３．三選擇三沖洗三強度三應(yīng)考三慮所三用混三凝劑三品種三的因三素；４．三無閥三濾池三沖洗三時間三可采三用低三限；５．三膨脹三度數(shù)三值僅三作設(shè)三計計三算用三。序號濾層類型沖洗強度(L/sm2)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16~17557~54.反沖三洗時三濾層三中水三頭損三失的三變化假設(shè)三濾料三粒徑三均勻三，沖三洗時三，如三果濾三層未三膨脹三，水三流通三過濾層三的水三頭損三失可三用歐三根（Er三gu三n）公三式計三算：（5-三6）濾層三膨脹三后水三頭損三失：（5-三7）最小三流態(tài)三化流三速vmf：5.反沖三洗強三度的三確定設(shè)計三或操三作中三，可三以最三粗濾三料剛?cè)_始三膨脹三作為三確定三沖洗三強度三的依三據(jù)。三考慮三到其三他因三素，三可按三下式三確定三：（5-三8）k—安全三系數(shù)三，一三般為1.三1~三1.三3，決三定于三濾料三粒徑三均勻三程度三。二、三氣三、水三反沖三洗操作三方式三：先氣三沖，三再水三沖；先氣-水同三時反三沖，三再水三沖；先氣三沖，三然后三氣-水同三時沖三，再三水沖三（或三漂洗三）；總的三沖洗三時間三控制三在6~三10三mi三n。例如三：某三水廠三的V型濾三池，三采用三均質(zhì)三濾料三，采三用第3中操作方三式，三其參三數(shù)如三下：氣沖三強度三：15三L/三s.三m2，沖三洗時三間4m三in；氣水三同時三反沖三：氣三沖強三度15三L/三s.三m2，水三沖強三度4三L/三s.三m2，沖洗三時間4m三in；水沖三：水三沖強三度4三L/三s.三m2，沖三洗時三間2m三in。三、三濾池三的配三水系三統(tǒng)1.配水三系統(tǒng)三的設(shè)三計原三理大阻三力配三水系三統(tǒng)：由于三承托三層與三濾料三層的三阻力三系數(shù)三不能三改變?nèi)?，只三有通三過減三小孔三口總?cè)娣e三來增三大孔三口阻三力系三數(shù)S2，增三大孔三口阻三力系三數(shù)S2就削三弱了三承托三層、三濾料三層阻三力系三數(shù)及三配水三系統(tǒng)三壓力三水頭三不均三勻?qū)θ卓谌隽魅康娜绊懭?，這三就是三大阻三力配三水系三統(tǒng)的三原理三。小阻三力配三水系三統(tǒng)：2.大阻三力配三水系三統(tǒng)——穿孔三管配三水系三統(tǒng)（1）構(gòu)三造大阻三力配三水系三統(tǒng)的構(gòu)三造如三圖5-三11和圖5-三12所示三。（2）沿三途泄三流管三道壓三力變?nèi)?）三配水三系統(tǒng)三的能三量的三變化（4）穿孔三管大三阻力三配水三系統(tǒng)三的設(shè)三計大阻三力配三水系三統(tǒng)的三設(shè)計三要點三：干管三起端三流速三為1.三0~三1.三5m三/s，支三管起三端流三速為1.三5~三2.三0三m/三s，孔三眼流三速為5~三6三m/三s，開三孔比0.三2%三~0三.2三5%。支管三中心三距為0.三25三~0三.3三m，支三管長三度與三其直三徑之三比一三般不三應(yīng)大三于60?？卓谌睆饺s為9~三12三m三m，設(shè)三于支三管兩三側(cè)，三與垂三線呈45°角向三下交三錯排三列。干管三橫截三面與三支管三總橫三截面三之比三應(yīng)大三于1.三75三~2三.0。四、三反三沖洗三廢水三的排三除（1）沖三洗排三水槽三（見三圖5-三18、5-三19）（5-三28）（5-三29）沖洗三排水三槽的三設(shè)計三要求三：沖洗三排水三槽平三面總?cè)娣e三一般三不大三于單三個濾三池面三積的25三%。否三則，三會影三響上三升水三流的三均勻三性。相鄰三兩槽三的中三心間三距一三般為1.三5~三2.三0m。間三距過三大，三難以三排水三均勻三。每單三位槽三長的三溢入三流量三應(yīng)相三等。三故施三工時三沖洗三排水三槽口三應(yīng)力三求水三平，三誤差三限制三在2m三m內(nèi)。沖洗三排水三槽的三始端三尺寸三：一三般采三用始三端深三度為三末端三深度三的一三半；三或槽三底采三用平三坡，三使始三、兩三端尺三寸相三等。槽內(nèi)三水面三以上三一般三要有7c三m左右三的保三護高三，以三保證三沖洗三廢水三自由三跌水三進入三排水三槽。三排水三槽的三廢水三應(yīng)自三由跌三水進三入排三水渠三，以三免引三起壅三水現(xiàn)三象。（2）排三水渠布置三：面積三小時三，沿三池壁三一邊三布置三；當濾三池面三積很三大時三，排三水渠三布置三在濾三池中三間。五、三沖洗三水的三供給沖洗三水供三給方三式：水泵三沖洗三；沖洗三水塔三或水三箱沖三洗。1.水泵三沖洗三：特點三：投資三省；操作三較為三麻煩三；在沖三洗的三短時三間內(nèi)三耗電三量大三，往三往會三使廠三區(qū)內(nèi)三供電三網(wǎng)負三荷驟三增。水泵三流量三：（5-三31）水泵三楊程三：（5-三32）H0——排水三槽頂三與清三水池三最低三水位三之差三，m；h1——從清三水池三至濾三池的三沖洗三管道三中總?cè)^三損失三，m；h2——濾池三配水三系統(tǒng)三水頭三損失三，m。大三阻力三配水三系統(tǒng)三按孔三口三平三均水三頭損三失計三算。h3——承托三層的三水頭三損失三，m。h4—濾料三層的三水頭三損失三，m，h5—備用三水頭三，一三般取1.三5~三2.三0m。2.沖洗三水塔三（或三水箱三）特點三：造價三高；操作三簡單三；專用三水泵三小，三耗電三量較三均勻三。沖洗三水箱三一般三與濾三池合三建，三通常三建造三于濾三池操三作室三層頂三上，水塔三（箱三）中三水深三不宜三超過3m。水塔三（箱三）容三積：可按三單個三濾池三沖洗三水量三的1.三5倍計三算：（5-三36）水塔三（箱三）底三高出三濾池三沖洗三排水三槽頂三的高三度：（5-三37）四、三承托三層承托三層的三作用三：①防三止濾三料層三從配三水系三統(tǒng)流三失；②均三布反三沖洗三水。三組成三見表5-三4與5-三5。表5-三4快濾三池大三阻力三配水三系統(tǒng)三承托三層粒三徑和三厚度層次（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5-三5三層三濾料三濾池三承托三層材三料、三粒徑三與厚三度注:配水三系統(tǒng)三如用三濾磚三且孔三徑為4m三m時，三第6層可三不設(shè)三。為了三防止三反沖三洗時三承托三層移三動，三美國三對單三層和三雙層三濾料三濾池三也有三采用三“粗-細-粗”三的礫三石分三層方三式。如果三采用三小阻三力配三水系三統(tǒng)，三承托三層可三以不三設(shè)，三或者三適當三鋪設(shè)三一些三粗砂三或細三礫石三，視三配水三系統(tǒng)三的具三體情三況而三定。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1005.三6幾種三常見三的濾三池一、三普通三快濾三池1.設(shè)計三參數(shù)三：設(shè)計三濾速三：一般三為8~三10三m/三h。濾池三總面三積：（5-三38）（5-三39）個數(shù)三和單三池面三積：濾池三的個三數(shù)在三設(shè)計三時應(yīng)三根據(jù)三技術(shù)三經(jīng)濟三比較三確定三，但三不得三小于三兩個三，可三參考三表5-三7選用三。單個三濾池三面積三可根三據(jù)濾三池總?cè)娣eF與濾三池個三數(shù)N進行三計算三，如三下式三所示三：一般單三池面三積不三大于10三0m2。最三佳單三池面三積可三參考三表5-三8。（5-三40）表5-三7濾池三個數(shù)表5-三8最佳三單池三面積濾池總面積（m2）濾池個數(shù)濾池總面積（m2）濾池個數(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濾池三深度三：濾池三深度三包括三：保護三高：0.三25三~0三.3三m；濾層三表面三以上三水深三：1.三5~三2.三0m；濾層三厚度三：2.三0~三2.三5m承托三層厚三度：三每層10三0m三m濾池三的總?cè)疃热话闳秊?.三0~三3.三5m。單三層石三英砂三濾池三深度三一般三稍??；三雙層三和三三層濾三料濾三池深三度稍三大。2.管廊三布置布置三方法三：濾池三數(shù)小三于5個時三，濾三池宜三采用三單行三排列三，管三廊位三于濾三池的一三側(cè)。三當濾三池數(shù)三超過5個時三，濾三池宜三采用三雙行三排列三，管三廊位于兩三排濾三池的三中間三。后三者布三置緊三湊，三但管三廊通三風(fēng)、三采光三不如三前者，三檢修三也不三太方三便。（1）進三水、三清水三、沖三洗水三和排三水渠三，全三部布三置于三管廊三內(nèi)，三如圖5-三20（a）所三示。三特點三：渠三道結(jié)三構(gòu)簡三單，三施工三方便三，管三渠集中緊三湊，三但管三廊中三管件三較多三，通三行和三檢修三不太三方便三。（2）沖三洗水三和清三水渠三布置三于管三廊中三，進三水和三排水三渠布三置于三濾池另三一側(cè)三，如三圖5-三20（b）所三示。三特點三：可三節(jié)省三金屬三管件三及閥門，三管廊三內(nèi)管三件簡三單，三施工三和檢三修方三便。三但造三價稍三高。（3）進三水、三沖洗三水及三清水三管均三采用三金屬三管道三，排三水渠三單獨三設(shè)置三，如三圖5-三20（c）所三示，三特點三：通三常用三于小三型水三廠或三濾池三單行三布置三。（4）對三于較三大濾三池，三為節(jié)三約閥三門，三可以三將進三水和三排水三閥門三分別三用進三水虹三吸和三排水三虹吸三代替三，沖三洗水三管和三清水三管仍三用閥三門，三如圖5-三20（d）所三示。三特點三：虹三吸管三通水三或斷三水以三真空三系統(tǒng)三控制三。3.快濾三池管三渠設(shè)三計流三速管渠三流速三可按三下表三確定三，考三慮到三今后三水量三有增三大的三可能三時，三流速三取低三限。表5-三9管渠三流速4.設(shè)計三注意三事項（1）濾三池清三水管三應(yīng)設(shè)三短管三或留三有堵三板,管徑三一般三采用75三~2三00三mm，以三便濾三池翻三修后三排放三初濾三水。（2）濾三池底三部宜三設(shè)有三排空三管，三其入三口處三設(shè)柵三罩，三池底三坡度三約為0.三00三5，坡三向排三空管三。（3）配三水系三統(tǒng)干三管末三端一三般裝三有排三氣管三。（4）每三個濾三池宜三設(shè)置三水頭三損失三計及三取樣三管。（5）各三種密三封渠三道上三應(yīng)設(shè)三有人三孔，三以便三檢修三。名稱流速（m/s）名稱流速（m/s）進水管（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、三無閥三濾池1.重力三式無三閥濾三池過三濾過三程2.重力三式無三閥濾三池的三反沖三洗過三程3.設(shè)計三要點進水三系統(tǒng)三：（1）三進水三分配三槽（2）進三水管U形存三水彎濾池三面積三與高三度：沖洗三水箱三：虹吸三管的三計算三：4.優(yōu)缺三點無閥三濾池三一般三用于三中、三小型三水廠三。單三池面三積一三般不三大于16三m2。優(yōu)點三：不需三大型三閥門三，沖三洗完三全自三動，三造價三較低三，操三作管三理較三為方三便，三過濾三過程中不三會出三現(xiàn)負三水頭三現(xiàn)象三。缺點三：池體三結(jié)構(gòu)三較復(fù)三雜，三濾料三裝御三困難三，沖三洗水三箱位三于濾三池上三部，三出水三標高三較高三，相應(yīng)三抬高三了濾三前處三理構(gòu)三筑物三如沉三定池三或澄三清池三的標三高，三從而三給水三廠處三理構(gòu)三筑物的三總體三高程三布置三帶來三困難三。三、V型濾三池1.構(gòu)造結(jié)構(gòu)三如圖5-三