第四章、过滤-1

1、第四章、过滤第一节、概述水处理中的过滤一般是指借助网状材料或粒状介质截留水中杂质，使水获得澄清的过程。通过网状材料的过滤称表面过滤；通过粒状介质的过滤称深层过滤。在这里我们主要介绍深层过滤。一、过滤功能过滤工艺的主要目的是去除水中悬浮物质，但由于不少细菌和病毒依附于悬浮物质，因而过滤工艺对去除细菌和病毒也有明显作用。由于过滤是给水常规处理中除消毒外的最终处理工艺，因此对确保供水水质具有重要作用。1、进一步去除经过沉淀或澄清后的水中的细小杂质、有机物、细菌和病毒等。2、当原水浊度较低时，可直接过滤去除水中的悬浮杂质。二、滤池分类完成过滤工艺的处理构筑物称滤池。早期应用的滤池其过滤速度极慢，称为慢

2、滤池（滤速v0.10.3m/h）。随着冲洗方式的改进，过滤速度明显提高，目前应用的滤池绝大多数均为快滤池（滤速v810m/h）。1、滤池可按不同方式进行分类按滤料的不同可分为单层滤料、双层滤料、多层滤料及均质滤料（均质滤料指沿着整个滤层深度方向的任一横断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致）等滤池。按水流方向的不同可分为下向流、上向流、双向流等滤池。按滤池受压情况可分为压力式滤池和重力式滤池。按药剂投加方式不同可分为沉淀后过滤、微絮凝过滤和接触絮凝过滤。微絮凝过滤和接触絮凝过滤均属于直接过滤方式。微絮凝过滤指在滤池前端设一简易微絮凝池，原水加药混合后经过微絮凝池形成微絮凝体后，即刻进入滤池过滤；接

3、触过滤指原水加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。按运行周期内滤速的变化可分为等速过滤和降速过滤。上述分类系从各种不同角度出发所作的区分，组合后可形成各种类型滤池滤池也可适用不同的要求，如普通快滤池可以是单层滤料，也可以是双层滤料。2、滤池型式选用滤池型式的选用应根据进水水质、生产能力、流程布置、设备条件以及操作水平和管理经验等确定。目前常用的滤池型式有：普通快滤池、双阀滤池、重力式无阀滤池、虹吸滤池、移动冲洗罩滤池、V型滤池等。三、.快滤池的构造和工作过程1、构造普通快滤池的构造见图41。其构造主要由池体、管廊、进水管、清水管、反冲洗水管、洗砂排水槽、排水管、放空管等组成。2、工作过

4、程（1）过滤过程过滤水头损失h2.02.5m，滤池出水浊度3NTU。（2）冲洗过程快滤池工作周期滤池从过滤开始到冲洗结束所需时间 过滤周期冲洗时间过滤周期滤池从过滤开始到过滤结束图41 普通快滤池构造图第二节、过滤理论一、过滤机理对于普通石英砂滤料来说，滤料粒径通常为0.51.2mm，滤料层厚度为700mm，表层粒径最小，为0.5mm，以球体计算，则表层颗粒间孔隙尺寸约为80。原水经过混凝沉淀后，进入滤池的水中的颗粒直径大致为3040，这些颗粒能被滤池截留下来，说明过滤不是简单的机械筛滤过程。苏联专家认为：起主要作用的是接触絮凝，即脱稳颗粒与滤料碰撞吸附，而筛滤与沉淀机理次之。欧、美专家认为：

5、过滤机理主要有两个，即迁移机理和粘附机理。1、迁移机理迁移机理指颗粒脱离水流流线接近或接触滤料表面。这是一种物理力学作用，主要由以下作用引起：（1）拦截：直径为d的颗粒，在d/2的范围内被滤料拦截。（2）沉淀：颗粒较重时，在重力G作用下沉淀在滤料表面。（3）惯性：颗粒在惯性力F作用下脱离了水流流线接近滤料表面。（4）扩散：小颗粒受水分子挤压而扩散至滤料表面。（5）水动力：水的紊动作用，存在速度梯度，使颗粒脱离水流流线接触滤料表面。综合起来分析，悬浮颗粒粒径d在1左右，扩散作用占主导作用；d大于10，沉淀作用占主导；d越大，拦截作用越明显。这些迁移机理只能定性描述，其相对作用大小尚无法定量估算，

6、其影响因素比较复杂，有滤料尺寸、形状、滤速、水温、水中颗粒尺寸、形状和密度等。2、粘附机理粘附机理指水中杂质颗粒迁移到滤料表面时，在范德华引力、静电力、化学键等作用下，被粘附在滤料表面。这是一种物理化学作用。粘附机理与接触絮凝类似，接触介质为粒状滤料，排列紧密，絮凝效果更好。因此，粘附机理主要决定于水中颗粒的表面特性，脱稳颗粒过滤效果较好，而未经脱稳的悬浮物颗粒的过滤效果很差。二、滤料层截留杂质规律下面以单层石英砂滤料为例，来分析滤料层内所截留的杂质的分布规律。1、截留过程如图42所示，水中颗粒被粘附在滤料表面的同时，还存在着由于水流对颗粒的剪切作用而使颗粒从滤料表面上脱落的趋势。粘附力和水流

7、剪力的大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。当粘附力水流剪力时，粘附占优势；粘附力水流剪力时，脱落占优势。（1）过滤初期过滤初期滤料层孔隙率大，孔隙流速小，水流剪力小，则粘附占优势。（2）过滤继续图42 杂质颗粒粘附和脱落受力示意图随着过滤时间的延长，滤料层中截留杂质逐渐增多，滤料层的孔隙变得越来越小，孔隙流速越来越大，水流剪力逐渐增大，则脱落逐渐占优势。于是，脱落下来的杂质逐渐向下层推移，使下层滤料的截留作用渐次得到发挥。2、杂质分布规律滤料经过反冲洗后因滤料膨胀而分层，滤料颗粒上细下粗，造成水力分级。在过滤过程中，上层截留的杂质最多，表层水头损失约占整个滤料层水头损失的5060（如图43所示）

8、。由于滤料表层孔隙尺寸最小，而表层截污量最大，所以过滤一段时间后，表层孔隙被堵塞，甚至形成泥膜，使过滤阻力剧增，或者泥膜破裂，使水质恶化，从而必须停止过滤。此时，下层滤料截留杂质较少，未充分发挥滤料的截污作用。这就是单层石英砂滤料截留杂质分布规律中存在的缺陷。070截污量（g/cm3）滤层后H（cm）图43 滤层截留杂质后水头损失水力分级3、改善措施针对单层石英砂滤料截留杂质分布严重的不均匀，使下层滤料未充分发挥作用的现象，可采取以下措施，来提高滤层含污能力。穿透深度：指滤池的某一深度处，在过滤结束后，该处的出水浊度为3度，则这个深度称为穿透深度。在实际设计时，应使滤料层的厚度大于穿透深度。滤

9、层含污能力：指一个过滤周期内，整个滤料层上单位体积滤料中所截留的杂质量。（1）反粒度过滤反粒度过滤指过滤时，滤料层中滤料粒径顺水流方向由大变小，以提高滤层含污能力的过滤方式。反粒度过滤方式有以下几种：上向流过滤：杂质分布较均匀，可提高滤层含污能力，延长过滤周期，但冲洗不干净。双向流过滤：结构比较复杂，很少采用。双层滤料滤池：滤料为无烟煤和石英砂。三层滤料滤池：滤料为无烟煤、石英砂和磁铁矿。（2）均质滤料均质滤料滤池沿深度方向不会出现水力分级，滤料组成和平均粒径沿深度方向基本均匀一致。保证滤料均匀的必要条件是反冲洗时滤料不膨胀，一般采用气水反冲洗。（3）纤维球滤料采用纤维球滤料时，对于下层的滤料

10、由于受水压力而收缩，使粒径变小，形成天然反粒度过滤。一般滤速v3050m/h，常用于工业水处理。三、过滤水力学1、清洁滤层水头损失清洁滤层水头损失指通过干净滤层的水头损失，又称起始水头损失，记为h0，h0的计算公式为卡曼康采尼（Carman-Kozony）公式： （41）一般单层石英砂滤池的h02040cmH2O。对于非均匀滤料，清洁滤层水头损失应该分层计算，清洁滤层总水头损失为： （42）由公式（41）和（42）知道，当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度以及水温已定时，水头损失H与滤速v和孔隙率m0有如下关系： （43）随着过滤的进行，如果孔隙率m0因滤层截污量增加而使m0下降，则会发生下面两种

11、情况：（1）保持水头损失不变滤速v逐渐减小由此产生变速过滤（减速过滤）（2）保持滤速不变水头损失逐渐增大由此产生等速过滤等速过滤和变速过滤是滤池的两种基本过滤方式。2、等速过滤等速过滤指滤池过滤时滤速保持不变，即滤池流量保持不变。这里滤速不变是指流量中的行径流速不变，而不是滤料的孔隙流速。等速过滤的滤池有虹吸滤池和无阀滤池。在等速过滤状态下，水头损失随时间而逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，见图44。当水位上升至最高允许水位时，过滤停止以待冲洗。图44 等速过滤设滤层清洁水头损失为H0，当过滤时间为t时，滤层中水头损失增加，则过滤时滤层的总水头损失为： （44）式中h为配水系统、承托层及管（渠）水

12、头损失之和。与t的关系，反映了滤层截留杂质量与过滤时间的关系，即滤层孔隙率的变化与时间的关系。根据实验，与t一般呈直线关系，见图45。图中Hmax为水头损失增值最大时的过滤总水头损失，一般Hmax1.52.0m。T为过滤周期，T不仅决定于最大允许水头损失，还与滤速有关。v2v1HHmaxH0+h0T1T2t图45 水头损失与过滤时间关系3、变速过滤变速过滤指滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤方式，又称减速过滤。减速过滤的滤池有普快滤池和移动罩冲洗滤池。在过滤过程中，滤池内水位保持不变，滤速随时间逐渐较小，但滤池进水总流量基本不变，在每座滤池中实现恒水头减速过滤是不可能的，只有在分格数很多的移动冲洗

13、罩滤池中有可能达到近似的恒水头减速过滤状态。在变速过滤中，当某一格滤池刚冲洗完毕投入运行时，因该格滤层比较干净，滤速往往过高，为防止滤后水质恶化，一般在出水管上设置流量控制设备，保证过滤周期内的滤速比较均匀，从而也可以控制清洁滤层的起始滤速。4、负水头负水头指在过滤过程中，滤层截留了大量的杂质，以致于砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深的现象。负水头现象见图46。由于上层滤料截留杂质最多，故水头现象往往出现在上层滤料中。图46 过滤时滤层内压力变化（1）负水头产生后果负水头使水中溶解气体释放出来形成气囊，因而占有滤料孔隙中的一定空间而缩小过水断面，从而增大阻力，水头损失增大而使过滤周期缩短

14、。在冲洗时，气囊与滤料颗粒吸附在一起，会上浮带出滤料，破坏滤层结构。（2）避免产生负水头的方法增加砂面以上水深。使滤池出水口位置等于或高于滤层表面。第三节、滤池冲洗一、概述1、冲洗的作用滤池在过滤过程中不断截留悬浮物质，过滤水头不断增大，当滤层过滤水头超过规定值，或出水水质超过标准时，必须进行滤层的冲洗。冲洗的作用：去除滤层中的截留杂质，以恢复滤池过滤能力。2、冲洗机理（1）水流的剪切力作用（2）滤料颗粒之间的碰撞摩擦作用（3）若采用气水反冲洗的冲洗方式，还有两种作用：1）泡振作用力，即压缩空气冲洗时，气泡引起振动，使杂质吸附强度减弱，泥层剥落。2）尾涡混掺力，可加强剪切和碰撞。对于单纯水流冲

15、洗，由于滤料表面的一次污泥层吸附比较紧密，很难靠剪力和摩擦力将其冲走，时间长了，滤料上积泥较多，会成为泥毯，只能更换滤料。而气水反冲洗中，气水通道大于水的通道，且在上升过程中存在振动，气泡形状近似于帽形，形成尾迹区，又出现正压区和负压区，产生尾涡混掺力，能将一次污泥层冲洗干净，故冲洗效果好。3、冲洗要求（1）有适当的冲洗强度；（2）保证足够的冲洗时间；（3）冲洗水要求均匀分布；（4）冲洗的废水应及时排除。4、冲洗方法（1）水力冲洗水力冲洗是高速水流反冲洗，即利用流速较大的反向水流冲洗滤料层，使整个滤层达到流态化状态的冲洗方式，冲洗过程中要求有一定膨胀度。高速水流反冲洗是一种传统冲洗方法。（2）

16、水力冲洗表面辅助冲洗表面辅助冲洗：1）滤池表面上设喷嘴喷水辅助冲洗； 2）滤池表面通以压缩空气辅助冲洗。（3）气水反冲洗气水反冲洗指利用上升空气气泡的振动有效的将附着于滤料表面的污物擦洗下来使之悬浮于空中，然后再用水反冲洗，将污物排出池外的冲洗方式。由于气体在滤料层中通量较大，容易使滤料表面污物破碎、脱落，可大大降低水流冲洗强度，节省冲洗水量，且提高冲洗效果。气水反冲洗操作方式有三种：1）先用空气反冲洗，然后用水反冲洗。2）先用气水同时反冲洗，然后再用水反冲洗。3）先用空气反冲洗，然后用气水同时反冲洗，最后再用水单独冲洗。通常第三种方法采用最多，效果最好。二、滤层膨胀度滤层膨胀度指反冲洗时，滤

17、层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比。用公式表示为： （45）式中，e 滤层膨胀度（）； L0 滤层膨胀前厚度（cm）； L 滤层膨胀后厚度（cm）。在反冲洗过程中，滤层膨胀前后单位面积上滤料体积不变，即： （46）所以有： （47）式中，m0 滤层膨胀前孔隙率； m 滤层膨胀后孔隙率。一般单层石英砂滤料e45，双层滤料e50。三、冲洗强度冲洗强度q指单位面积滤料层上所通过的冲洗水量，单位为L/s·m2。1、q值的确定在设计中，通常以最粗滤料开始膨胀作为设计q的依据。因为在一定冲洗流速下，粒径小的滤料膨胀度大，粒径大的滤料膨胀度小，实践证明，下层最粗滤料也必须达到最小流态化程度，即刚

18、刚开始膨胀，才能获得较好的冲洗效果。如果按此设计导致上层细滤料膨胀度过大甚至引起滤料流失，则滤料级配应加以调整。考虑到其它影响因素，设计冲洗强度q可按下式确定： （48）式中，k 安全系数，k取决于滤料粒径的均匀程度，k1.11.3，我国所用滤料规格通常取k1.3。 vmf 最大粒径滤料的最小流态化流速（cm/s）。vmf可按下述方法求得：假设滤料粒径是均匀的，冲洗时滤料层未膨胀，则水流通过滤料层的水头损失可用欧根公式计算： （49）当滤料层膨胀以后，处于悬浮状态下的滤料对冲洗水流的阻力等于滤料层在水中单位面积上的重量。即： （410）将公式代入上式得到： （411） 当滤料粒径、形状、密度、

19、滤料层厚度和孔隙率以及水温等已知时，由欧根公式（49）和（411）绘制水头损失和冲洗流速关系图，得到图47。图47 水头损失和冲洗流速关系图图中vmf为最小流态化流速，按理想状况，vmf为图中两个公式所表达的两条曲线的交点处的冲洗流速。当滤料粒径、形状和密度不同时，vmf值也不同；对于同一种滤料来说，粒径越大，vmf值也越大，所以不均匀滤料应以最大粒径的滤料的vmf来设计冲洗强度q。2、q与e的关系由上图可看出，冲洗流速超过vmf后，滤料层中水头损失h不变，达到最大水头损失hmax，但是冲洗强度q越大，则膨胀度e越大。经实验研究，qe为直线关系。见图48。图48 冲洗强度和均匀滤层膨胀度关系3

20、、q与粒径d的关系滤料粒径d越大，所需最小流态化流速越大，故在水温t、密度和膨胀度e一定时，冲洗强度q与粒径d成正比关系。四、冲洗历时t冲洗时间控制指标为：冲洗废水浊度50度。对单层石英砂滤料，冲洗时间t57min；双层滤料t68min。规定冲洗时间是因为：q、e虽然符合要求，但冲洗历时不足，就不能充分清除包裹在滤料表面的污泥，且冲洗废水排除不尽而导致污泥重返滤料层。设计中可参照P330的表176来确定q、e、t的取值。五、配水系统1、作用配水系统的作用有两个：（1）反冲洗时均匀布水，使冲洗水在整个滤池面积上均匀分布。（2）过滤时均匀收集滤后水。因为，反冲洗的冲洗流速过滤时的滤速，故反冲洗水能

21、够均匀分布，则过滤时也一定能均匀集水。所以配水系统按照满足配水均匀来设计。2、配水系统分类为达到均匀配水和集水的目的，配水系统有各种不同的构造形式，大致可分为以下类型：（1）大阻力配水系统大阻力配水系统的主要形式为带有干管(渠)和穿孔支管的多叉管配水系统，如图49所示。通过配水系统的水头损失一般为47mH2O。图49 穿孔管大阻力配水系统（2）中阻力配水系统中阻力配水系统的主要形式有滤球式、管板式和标准穿孔滤砖等。常用标准穿孔滤砖，如图410所示。配水系统的水头损失一般在0.41.0 mH2O之间。（3）小阻力配水系统小阻力配水系统的主要形式有豆石滤板、钢制格栅、穿孔滤板及长柄滤头等，常用穿孔

22、滤板和长柄滤头，如图411所示。配水系统水头损失小于0.4mH2O。图410 标准穿孔滤砖中阻力配水系统图411 穿孔滤板小阻力配水系统3、配水系统工作原理下面以穿孔配水管大阻力配水系统为例来分析配水系统的工作原理。冲洗水流在穿孔配水管中的流线见图412。v1cbav0v2图412 大阻力穿孔配水管内冲洗水流流线示意设配水干管进口流速为v1，配水支管进口流速为v2，支管上孔口流速为v0，如果起端支管a孔出水与末端c孔出水均匀一致，则整个配水系统就达到了均匀配水。假设：流线：冲洗水从干管进水到起端支管a孔出水并经过承托层、滤料层排入冲洗排水槽；流线：冲洗水从干管进水到末端支管c孔出水并经过承托层

23、、滤料层排入冲洗排水槽。对这两条流线的阻力进行分析，各部分阻力系数如表41。表41 流线和流线的阻力系数比较流线配水系统孔眼承托层滤料层S11S21S31S41S12S22S32S42比较S11S12S21=S22S31S32S41S42流线的总水头损失为：H（S11S21S31S41）Qa2 （412）流线的总水头损失为：H（S12S22S32S42）Qc2 （413）Qa为孔眼a的流量，Qc为孔眼c的流量，总水头即为压力水头与流速水头之和，由于排水槽上缘水平，则起端a孔与末端c孔的总水头相等。即：HH（S11S21S31S41）Qa2（S12S22S32S42）Qc2所以有： （414）显

24、然，Si1Si2，故QaQc。在各阻力系数中，S3和S4在承托层、滤料层铺好后为定值，不能调节，要使QaQc，可采取以下措施：（1）使S2增大，即减小孔口面积来增大S21和S22，同时削减了S11S12、S31S32、S41S42所造成的布水不均匀的影响。这就是大阻力配水系统的设计原理。（2）使S1减小，减小配水系统S11S12对配水均匀性的影响，并在此基础上减小S2以减小孔口水头损失。这就是小阻力配水系统的设计原理。4、大阻力配水系统设计（1）构造：配水干管和配水穿孔支管支管上开孔，斜下方45°双侧开孔。当干管直径大于300mm时，顶部也开孔布水，并在孔口上方设置挡板。（2）均匀配

25、水的条件对配水系统设计计算完毕后，校核： （415）式中，f 配水系统的孔眼总面积（m2）； 1 干管截面积（m2）； 2 支管截面积（m2）； n 支管数目。公式（415）为大阻力配水系统配水均匀性好坏的判别依据。公式（415）推导过程如下：按孔口出流公式有： （416）式中，Ha和Hc分别为a孔、c孔的压力水头。而压力水头恢复等于干管、支管的流速水头之和，即： （417）将（417）代入（416）得到： （418）配水均匀性指标为：如果Qa/Qc0.95，则认为配水是均匀的。所以有： （419）若以a孔压力水头Ha近似代替整个池子的平均水头损失，已知： （420）将（420）代入（419）

26、得到： （421），0.62，代入上式并整理即得到： （415）（3）评价优点：配水均匀性较好。缺点：结构复杂，水头损失大，以致冲洗时电耗较大。适用：单池面积F100m2的普快滤池。5、小阻力配水系统设计（1）配水均匀性的关系式 （422）式中， 开孔比； 流量系数； F 滤池面积； B 配水室宽度； H 配水室高度（0.30.5m）。结论：1）越小，配水均匀性越好，但是过小，阻力大，则冲洗水头大。虹吸滤池冲洗水头有限，一般为1.01.2m。2）配水室高度H越大，配水均匀性越好，但池深大，造价高，一般H0.30.5m。所以小阻力配水系统的配水均匀性比大阻力配水系统差。（2）评价优点：阻力较小。

27、缺点：配水均匀性稍差。适用：虹吸滤池、无阀滤池、移动罩冲洗滤池，单池面积25m2。六、冲洗废水的排出1、冲洗排水槽（1）作用：反冲洗时均匀及时排出冲洗废水，过滤时均匀分布待滤水。（2）断面形式：矩形和标准形，常用标准形断面形式，见图413。（3）设计要求（见P343，有6条要求。）2、废水渠（1）布置图413 冲洗排水槽标准断面当单个滤池的面积F50m2时，废水渠布置在滤池的一侧；当F50m2时，废水渠布置在滤池中央。（2）废水渠为矩形断面，废水渠内水深为： （423）七、冲洗水的供给供给冲洗水的方式有两种：（1）冲洗水泵（2）冲洗水箱（塔）第四节、普通快滤池普通快滤池是应用较普遍的一种滤池形

28、式，其基本构造如图414所示。快滤池一般由几个单只滤池组成。每只滤池可以独立运行、冲洗或检修。与各只滤池连结的进水管、出水管、反冲洗水管及排水管往往集中布置于室内(管廊)，便于操作管理。每只滤池的进水、出水、反冲洗水及排水支管上均应设置闸阀。出于这些闸阀操作频繁，一船采用电动或液动。滤池的下层为配水系统，与池外出水和冲洗管相接。配水系统的布置视采用的配水方式而定。配水系统上一般设有砾石承托层以防止滤料进入配水系统。当配水系统的缝隙或孔眼小于滤料粒径时，也可不设承托层。承托层上为滤料层，滤科面至水面应保持一定水位高度，以免过滤时在砂层中产生负压。在滤料层一定高度处设冲洗排水槽，以收集反冲洗水排至

29、池外。图414 普通快滤池普通快滤池的设计计算：1、滤池总面积FQ/v（m2）滤速v的取值见教材327页表17-3。2、滤池个数滤池的分格数可参见表4-2。表4-2 滤池格数和布置水厂规模（m3/h）滤池总面积（m2）滤池个数单池面积（m2）24030210-15240-48030-602-315-20480-80060-1003-420-25800-1200100-1504-525-301200-2000150-2505-630-402000-3200250-4006-840-503200-4800400-6008-1050-603、滤池单池面积单池平面面积：FF/N（N为滤池个数）单个滤池

30、的面积一般不大于100m2，其长宽比可参见表4-3。表4-3 滤池长宽比滤池总面积（m2）长:宽301:1301.25:1-1.5:1当采用旋转式表面冲洗时1:1，2:1，3:14、滤池池深H池深H=H1+H2+H3+H4 （m）式中，H1 承托层厚度。见教材328页表17-4及表17-5。 H2 滤料层厚度。见教材327页表17-3。H3 滤层以上水深，一般为1.5-2.0m。 H4 超高，一般为0.25-0.3m。5、管廊布置管廊指集中布置滤池的管渠、配件及阀门的场所。（1）布置要求布置时力求紧凑，但须留有安装、检修空间。有良好的采光、通风、排水、防水设施。便于与操作室联系。（2）布置方式

31、管廊的布置有多种形式，见教材346页图17-26。当滤池个数N5时，滤池单行排列，管廊位于一侧。当滤池个数N5时，滤池双行排列，管廊位于滤池中央、两侧。6、配水系统的计算普通快滤池一般采用穿孔管大阻力配水系统，其设计参数见表4-4。表4-4 穿孔管大阻力配水系统设计参数序号名称数值备注1干管起端流速（m/s）1.0-1.52支管起端流速（m/s）1.5-2.03支管孔眼流速（m/s）5-64孔眼总面积与滤池面积之比（%）0.20-0.255支管中心间距（m）0.2-0.36支管下侧距池底之距（cm）D/250D为干管直径7支管长度与其直径之比值608孔眼直径（mm）9-12孔眼分设支管两侧，与

32、垂直线成45°角，向下交错排列。9干管横截面应大于支管总横截面的倍数0.75-1.010干管直径或渠宽大于300mm时，顶部应开孔布水，并在孔口上方设挡板。大阻力配水系统设计计算见教材339页例题，设计计算结束应校核配水系统的配水均匀性，即校核。7、冲洗废水的排除系统计算（1）冲洗排水槽1）作用：反冲洗时均匀及时排出冲洗废水，过滤时均匀分布待滤水。2）断面形式：矩形和标准形，常用标准形断面形式，见图32。图中x为断面模数 ，由动量定理求得近似公式： （m）图32 冲洗排水槽标准断面Q为排水槽流量，单位为m3/s。为排水槽壁厚，0.05m。排水槽内水深为2.5x，总深为2.5x0.07

33、。3）设计要求冲洗废水应自由跌落，槽内有0.07m的超高。冲洗排水槽内废水应自由跌落进入废水渠，排水槽底高于废水渠水面0.2m。施工时排水槽顶力求水平，误差为2mm。冲洗排水槽在水平面上的总面积一般不大于滤池面积的25%。排水槽的中心间距为1.5-2.0m。冲洗排水槽的高度要适当。排水槽顶距离未膨胀时滤料表面的高度为： H=eH22.5x0.07 （m）式中e为冲洗时滤料层的膨胀度，H2为滤料层厚度。（2）废水渠1）布置当单个滤池的面积F50m2时，废水渠布置在滤池的一侧；当F50m2时，废水渠布置在滤池中央。2）废水渠为矩形断面，废水渠内水深为： 8、冲洗水的供给系统计算（1）冲洗水箱（塔）

34、冲洗水箱与滤池合建，通常置于滤池操作室屋顶上。冲洗水塔与滤池分建。水箱（或水塔）容积计算容积按单个滤池冲洗水量的1.5倍计算： （m3）式中，q 冲洗强度（L/s·m2）； F 滤池面积（m2）； t 冲洗历时（min）。有效水深一般不宜超过3m。水箱（或水塔）的高度确定水箱（或水塔）底部高出滤池排水槽顶的距离为： Hth1h2h3h4h5 （m）式中，h1 从水箱（或水塔）至滤池的管道中的总水头损失；h2 配水系统水头损失；大阻力配水系统按孔口平均水头损失计算，见教材338页公式17-30。h3 承托层的水头损失；Z为承托层的厚度（m）；h4 滤料层的水头损失；见教材331页公式1

35、7-13。h5 备用水头，一般取1.5-2.0m。（2）水泵冲洗水泵流量 （m3/h）水泵扬程HPH0h1h2h3h4h5 （m）式中，H0 排水槽顶至清水池最低水位标高差；h1 从清水池至滤池的管道中的总水头损失；h2、h3、h4和h5同前。由Q、HP选泵，一用一备。9、管渠计算各管渠断面尺寸按以下流速来确定：（1）进水管（渠）v0.81.2m/s（2）排水管（渠）v1.01.5m/s（3）冲洗水管 v2.02.5m/s（4）清水管（渠）v1.01.5m/s若采用双虹吸普快滤池，则进水和排水采用虹吸管取代了进水阀和排水阀，计算中应求解进水虹吸管和排水虹吸管的管径。第五节、虹吸滤池典型的虹吸滤

36、池是由数格滤池组成为组滤池。过滤时水由进水管进人进水槽，通过虹吸进水管流人配水槽，水流溢过堰板后，流入每格滤池。水流通过滤料层、小阻力配水系统进人滤池底部空间，出水连通后由出水管流出。反冲洗时，先破坏进水虹吸管虹吸，停止进水。当水位下降后，形成排水虹吸，反冲洗开始。滤料冲洗干净后，破坏排水管虹吸，冲洗停止，恢复进水虹吸管工作，过滤重新开始。与普通快滤池滤池相比，虹吸滤池具有如下特点：各格滤池的出水通过连通渠相通，反冲洗水利用其他格滤池的出水，不需另设冲洗水箱或冲洗水泵。进水和排水采用虹吸方式，不需设置闸门。配水系统需采用小阻力系统，以减少冲洗水头。过滤方式为变水头等速过滤。过滤周期内随过滤水头

37、增加水面不断上升，不会产生滤层中的负压现象。由于利用滤池出水水头进行反冲洗，故池深一般要比普通快滤池高2m左右。由于各格滤池的出水一般是相互连通的，因此在翻砂或检修时，整组滤池需同时停止运行。评价：1、优点（1）不需要大型闸阀和管件；（2）不需要冲洗设备。2、缺点（1）池深较大，构造复杂；（2）冲洗效果没有普快滤池稳定。3、适用虹吸滤池适用于大、中、小型水厂，每组滤池流量不小于5000m3/d，单池面积不大于25m2。第六节、重力式无阀滤池重力式无阀滤池的基本构造如图415和图416所示，下部为滤池，池顶以上设清水箱，作为储存冲洗水用。进水由进水管进入滤池，自上而下经滤层过滤。滤后清水由连通管

38、送至上层清水箱、然后以溢流方式经出水管至清水池，见图415中的过滤状态。随着滤层阻力增加，与进水管相连的虹吸上升管水位相应上升。当水位达到虹吸辅助管管口时，水从虹吸辅助管下落，同时抽吸虹吸管内空气，使虹吸管形成真空。在水箱水位与排水井水位高差作用下，水箱内的水自下而上通过滤层，对滤料进行反冲洗，反冲洗水由虹吸管排至排水并，见图416中的反冲洗状态。当水箱水位逐渐下降到虹吸破坏管管口时，空气进入虹吸管，虹吸破坏，反冲洗终止，滤池进入下一过滤周期。无阀滤池由于无闸阀、运行自动化，故操作管理较方便，适用于小规模处理厂。图415 无阀滤池过滤状态图416 无阀滤池反冲洗状态评价：1、优点（1）自动冲洗

39、，管理方便；（2）节省闸阀，造价较低。2、缺点（1）结构复杂，清洗检修困难；（2）清水管出口较高，给高程布置带来困难。3、适用重力式无阀滤池适用于中、小型水厂，单池面积不大于16m2。第七节、移动罩冲洗滤池移动冲洗罩滤池是一种具有我国特色的滤池形式，1975年首次在南通市自来水公司设计和试用，目前已在各种不同规模的水厂中得到应用。移动冲洗罩滤池由若干滤格组成，设有公用的进水和出水系统，用作冲洗的机构(移动罩)可在各滤格上来回移动，进行分格冲洗。移动冲洗罩滤池在恒定进、出水位下运行，各滤格呈阶梯式降速过滤方式运行。移动冲洗罩滤池的构造如图417所示，主要由四部分组成。即：进水部分、滤床、出水部分及冲洗机构。过滤时，进水通过进水孔进入滤床上部的进水渠，自上而下地通过分隔成若干小格的滤床进行过滤。滤后水则通过滤床下部的出水连通渠汇集，由虹吸管和出水堰流出。为保持滤池水位稳定，出水虹吸管上设有水位恒定器。反冲洗时，移动式冲洗机构中的密封罩将待冲滤格罩住，使与进水渠隔开。启动冲洗机构，水自下而上进行反冲，冲洗废水由排水槽排出。冲洗时其他各滤格仍正常过滤。反冲洗依次定时逐格进行。图417 移