滤池气水反冲洗时排水浊度变化-数学模式

1、滤池气水反冲洗时排水浊度变化-数学模式            摘要：本文分析了滤池气水反冲洗时池内浊度的变化情况，并推导出气水反冲洗时排水浊度变化的数学模式。根据试验结果确定出去除污物的速度常数K值，而且提出了最佳的气水反冲洗历时。 关键词：滤池 气水 反冲洗 排水浊度  滤池在反冲洗期间，排水浊度是随时间而变化的。了解它的变化规律，有助于确定最佳反冲洗历时。日本的藤田贤二描述了单独水冲洗时的两种模型：完全混合式和推移流出式模型1但是，由于气泡上浮速度较快，因此我们

2、认为，在每个滤头上面可分为两个完全混合区域，即滤料层和水层区域。1气水反冲洗时排水浊度的变化规律为了从理论上推导出排水浊度的变化规律，将每个滤头分为一个格，如图1所示。并 假设： 整个滤料层截留杂质是均匀的； 反冲洗时滤料层内的水是向上垂直流动；水层内的水是水平流动；在每个格内，滤料层为一个完全混合区，水层为一个完全混合区。 (6)将式(5)代人上式，得 dw1/dt+uB/Lww1(KT/Lw)e-kt(7) 当uB1KLw时，解此方程得 (9) 2）第二格水层内浊度变化 (12)当uB=KLw时，将式(5)和(9)代人式(10)可解得 3) 第三格水层内浊度变化 设w3为第三格水层内水的浊

3、度，则dt时间内从滤层流入的杂质量为tsuBAdt；dt时间内从第二格流出的杂质量为2w2uBAdt；dt时间内从第三格流出的杂质量为3w3uBAdt；水区中杂质的变化量为ALwdw3。 (14)    2007-05-17        w3=KT/Lwte-Kt=w1(15）当uB=KLw时，将(5)和(12)代人(13)可解得 同理可得出 当uBKLw时，表1 气水反冲洗试验结果统计表序号单位面积滤池截留杂质量T(g/m)冲洗时砂面上水深Lw(m)水反冲洗速度uB(m/

4、s)气反冲洗强度（L/s.m2）排水最大浊度twmax (g/m3)最大浊度出现时间tmax (s)K值1428.70.6030.00519.57560300.0942610.80.6030.00509.00800300.0933487.40.6030.00519.74632300.0904605.80.6070.005412.61700600.0545649.50.5700.005512.17760450.0486556.10.5700.005512.17720450.0757501.50.5830.005512.30640300.0768562.90.5800.005512.1773660

5、0.0849534.40.5900.005510.22664300.070 续表表1 气水反冲洗试验结果统计表 序号单位面积滤池截留杂质量T(g/m)冲洗时砂面上水深Lw(m)水反冲洗速度uB(m/s)气反冲洗强度（L/s.m2）排水最大浊度twmax (g/m3)最大浊度出现时间tmax (s)K值10451.10.5770.005510.35560300.06411507.00.5700.005411.0964030    2007-05-17        0.0651

6、2501.00.5730.005410.78592450.05113446.50.5770.005411.30600450.09414335.30.5760.005411.30384300.04515295.80.5720.005411.30360450.056表1为气水反冲洗试验结果统计表，其中K值是将试验数据代人式(18)中计算出来的。根据各组试验结果，K值在0.045"0.094之间，其平均值为0.071。因此，对于气水反冲洗滤池，可选用K=0.071左右。4反冲洗结束时间及最终浊度4.1 反冲洗结束时间 反冲洗时间是滤池的重要的操作指标之一。对于单独用水反冲洗，我国设计规范2

7、中已有具体的规定，而对于气水反冲洗时间却没有规定，主要是根据试验来确定。为了能从理论上来确定气水反冲洗的结束时间，以便于设计，我们根据前面推导出的排水浊度变化规律求出排出杂质量的90和99所需要的时间。 从0时刻至t时刻之间所排出的杂质量为 =0.99AT当uBKLw时，可得 将K=0.071代入式（21）"（24），并以Lw/uB和t为横、纵坐标绘图，结果见图2。对于某一滤池，Lw/uB是一定的，从图2中可查出该滤池气水反冲洗时tmax，t90和t99的值。 4.2 最终浊度 将K=0.071以及t90或t99代人式(8)和(9)，可求出排出截留杂质的90或99时的浊度tw90或t

8、w99，计算结果列于表2。从表2中可以看出，理论值与实测值基本符合，只是tw90和tw99的理沦值略低于实测值，对于tmax，有个别的实测值与理论值相差较大，这是因为在试验中有一部分试验的取样间隔为15s，另一部分取样间隔为30s，而反冲洗开始时排水浊度变化迅速，并很快达到最大值，因此由于取样间隔造成的误差使个别的实测值与理论值相差较大。     4.3 反冲洗结束时间的确定 反冲洗结束时滤池内水的浊度是控制反冲洗时间的重要因素，浊度过高会使初滤水水质很差。为了能准确地确定反冲洗结束时间和该时滤池内水的浊度，我们将表2中第7，11，12三组试验条件相似的

9、实验数据绘于图3中，并将K=0.071(气水同时冲洗时的K值)和K=9.0×10-3(单独用水冲洗时的K值)分别代人式(8)，所得twt关系曲线也绘于图3中。 从图3中可以看出，当反冲洗时间低于1 80s时，气水同时反冲洗的理论值与实测值基本符合；当反冲洗时间在210s至390s之间时，实测值逐渐偏离气水同时冲洗理论值，介于气水同时冲洗理论值与单独水冲洗完全混合式理论值之间；当反冲洗时间大子420s以后，实测值与单独水冲洗理论值相符合。上面的现象说明，当，t<180s时，气体将滤料上的污物剥落为主要因素，而水向滤池外输送剥落下来的污物相对来说是次要的。气泡从滤层进入水层时，尾迹

10、也可将部分剥落下来的污物带入水层中，但要排出滤池，则需要水的作用。因此，在很短的时间内既可达到twmax。当t=210"390s时，由于滤层内污物的减少，部分气体开始做无用功，水向滤池外输送污物逐渐变得重要。当t>420s时，气体基本不起作用，而主要靠水向滤池外输送杂质，因此，此时实测值与单独水冲洗理论值相符合。表2 理论与实测值对照表序号T(g/m3)Lw(m)uB(m/s)气冲强度(L/s.m2)tmax(s)twmax(g/m3)t99(s)t99(g/m3)t90(s)tw90(g/m3)    实测计算实测计算 

11、60;  2007-05-17        实测计算实测计算实测计算实测    1428.70.6030.00519.573034560533559307287108702610.80.6030.00509.00303480076257033102931601033487.40.6030.00519.743034634606560308287140804605.80.6070.005412.616033.470074153338102741501015649.50.5700.005512.174532.576083249230112541921166556.10.5700.005512.174532.57207134923010254200997501.50.5830.005512.303032.8640631503(465)429259110858562.90.5800.005512.176032.7736712501(465)5310258180989534.40.5900.005510.223032.9664666509(465)81926220090