建筑工程给排水水处理过滤

建筑工程给排水

水处理-过滤

建筑工程学院给排水教研室

5.1慢滤池和快滤池一、慢滤池

滤速低：0.1~0.3m/h

慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备，能有效地去除水的色度、嗅和味。由于慢滤池占地面积大、操作麻烦、寒冷季节时其表层容易冰冻，在城镇水厂中使用的慢滤池逐渐被快滤池所代替。

二、快滤池滤速：5~10m/h构造

（P133）工作过程由过滤与反冲洗两部分组成。

过滤周期:

工作周期：从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工作周期。滤池的工作周期为12~24h。

三、现代慢滤池

表5-1现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质适用的进水条件出水水质细菌的去除效率颗粒物去除效率浊度10ntu以下；总大肠菌类10~1000个/100mL；藻类不太多；10000人以下的给水处理小于1.0ntu总大肠菌类<1个/100mL细菌总数99%能去除逗号弧菌(Vibriocomma)2.7~7m99%7~12m99.9%较大颗粒99%~99.9%

5.2颗粒滤料一、基本要求

足够的机械强度；足够的化学稳定性；能就地取材、价廉；具有一定的颗粒级配和孔隙率。二、滤料粒径级配滤料粒径级配：滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。

1.表示方法：

（1）有效粒径和不均匀系数；（2）最大粒径、最小粒径和不均匀系数。

常用的数据见表5-2。表5-2滤料级配与滤速类别滤料组成滤速（m/h）强制滤速（m/h）粒径（mm）不均匀系数K80厚度（mm）单层石英砂滤料dmax=1.2dmin=0.5<2.07008~1010~14双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.8<2.0300~40010~1414~18石英砂dmax=1.2dmin=0.5<2.0400三层滤料无烟煤dmax=1.6dmin=0.8<1.745018~2020~25石英砂dmax=0.8dmin=0.5<1.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.25<1.770

2.滤料筛选方法例：筛分试验记录见表5-3.表5-3筛分试验记录筛孔（mm）留在筛上的砂量通过该号筛的砂量质量（g）%质量（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筛底盘2.61.3––合计200100

筛分方法：见下图，大粒径（d>1.54）颗粒约筛除13.0%，小粒径（d<0.44）颗粒约筛除19.0%。

三、滤料的孔隙率和表面积

1.孔隙率（孔隙度）：单位体积滤层中孔隙的体积。测定方法：取一定量的滤料，在105℃下烘干称重，并用比重瓶测出其密度。然后放入过滤筒中，用清水过滤一段时间后，量出滤层体积，则孔隙率为式中，G——烘干后的滤料,g；

——滤料的密度，g/cm3；

V——滤料层的堆积体积，cm3。2.滤料的表面积

5.3快滤池的运行一、出水水质的一般状况滤后水水质在过滤周期开始时一般较差，如果周期延长足够的时间，在过滤末期水质也会下降。重视初滤水：

二、滤层内杂质分布规律

1.杂质分布规律：

2.滤层的含污能力：在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含污量，单位g/cm3、kg/m3。

3.提高滤层含污能力的途径：

（1）采用多层滤料滤池：接近理想滤料滤池，最常见为双层和三层滤见图5-2。双层滤池其含污量随深度的变化见图5-3曲线2。

（2）均质滤料过滤：均质滤料：沿整个滤层深度方向的任一断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致。要实现均质滤料过滤，反冲洗时滤料层不能膨胀。

(3)直接过滤

原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为“直接过滤”。直接过滤有两种方式：

接触过滤：原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤，称为“接触过滤”，见图5-5中（a）与（b）所示；

微絮凝过滤：原水加药混合后先经过微絮凝池，再进入滤池过滤，称为“微絮凝过滤”，如图5-5中（c）与（d）所示。图5-5直接过滤流程

5.4过滤理论一、过滤水力学1.清洁滤料层的水头损失卡曼-康采尼公式（Carman-Kozony）公式：(层流状态）（5-1）

非均匀滤层按下式计算：（5-2）

滤层中的负水头在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失超过该处的水深，便出现负水头现象。见图5-7。

危害：

负水头会导致水中气体释放出来形成气囊，对过滤有破坏作用。

一是减少有效过滤面积，增加滤层水头损失及滤层中孔隙流速；二是气囊穿过滤料层上升，有可能把部分细滤料或轻质滤料带走，破坏滤层结构。在冲洗时，气囊更容易把滤料带出滤池。措施：避免滤池中出现负水头的两个方法：

一是增加砂面上的水深；二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。

二、过滤机理

1.颗粒迁移：物理—力学作用：拦截、沉淀、扩散、惯性和水动力作用，见图5-10。

图5-10颗粒迁移机理示意

（2）颗粒粘附：物理化学作用：范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。

5.5滤层反冲洗一、高速水流反冲洗

1.反冲洗强度：指单位面积滤层所通过的反冲洗水流量，单位为L/sm2。

2.滤层膨胀度（5-3）由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变，于是：

（5-4）故：

（5-5）

3.冲洗时全间实际操茄作中可哨根据冲杯洗废水次的允许局浊度决非定。生产陆上，内反冲巩洗强营、滤括层膨速胀度薄和冲址洗时侄间可朗按表5-6确定。表5-仍6冲洗泉强度种、膨部胀度拉和冲逗洗时臣间注：1．设却计水捞温按20℃计，君水温滋每增穗减1℃，冲洗含强度相诉应增减1%；２．由膊于全年营水温、沃水质有终所变化钓，应考拴虑有适怎当调整闯冲洗强侵度的可泽能；３．窜选择越冲洗乐强度持应考拔虑所悠用混吉凝剂兄品种拼的因联素；４．汪无阀挑滤池套冲洗扑时间麦可采害用低畜限；５．飘膨胀击度数饼值仅垫作设荐计计薄算用核。序号滤层类型冲洗强度(L/sm2)膨胀度（%）冲洗时间（min）1石英砂滤料12~15457~52双层滤料13~16508~63三层滤料16~17557~54.反冲洗菜时滤层攻中水头异损失的吓变化假设滤愧料粒径软均匀，踢冲洗时宽，如果右滤层未匆膨胀，编水流通介过滤层的婆水头损咽失可用聚欧根（Erg歼un）公糊式计遗算：（5-业6）滤层氧膨胀填后水政头损僻失：（5-闯7）最小流伴态化流常速vmf：5.反冲洗顺强度的用确定设计或老操作中泻，可以葡最粗滤逃料刚开悦始膨胀朴作为确察定冲洗奋强度的唤依据。步考虑到器其他因谋素，可星按下式键确定：（5-8）k—安全系考数，一冤般为1.毕1~排1.回3，决定启于滤料盈粒径均遇匀程度言。二、肾气、水子反冲洗操作方烘式：先气冲芦，再水另冲；先气-水同时胞反冲，断再水冲盲；先气冲傻，然后父气-水同蹈时冲全，再拉水冲陷（或彻漂洗扯）；总的傅冲洗鸽时间突控制盗在6~柱10宴mi杜n。例如：役某水厂耀的V型滤祝池，淡采用冲均质废滤料告，采方用第3中操作方就式，叠其参这数如块下：气冲霞强度喜：15般L/班s.凳m2，冲磨洗时桐间4mi刊n；气水俩同时戒反冲爬：气孟冲强闻度15L块/s.巨m2，水湾冲强假度4L甩/s.声m2，冲洗时箩间4m惕in；水冲庸：水涨冲强申度4字L/舞s.坡m2，冲轨洗时颠间2mi唯n。三、滤相池的配质水系统1.配水讯系统傻的设篮计原请理大阻肥力配睁水系插统：由于客承托仍层与躬滤料疤层的脱阻力敢系数挠不能痰改变米，只扇有通禽过减币小孔剪口总可面积委来增默大孔蓬口阻役力系添数S2，增大屈孔口阻虽力系数S2就削弱痛了承托剃层、滤膜料层阻千力系数遇及配水卖系统压喘力水头插不均匀络对孔口涉出流量晒的影响知，这就龟是大阻妖力配水掏系统的闹原理。小阻现力配恐水系百统：2.大阻渠力配粮水系偶统——穿孔管锣配水系市统（1）构造大阻力助配水系传统的构僚造如泛图5-1跑1和图5-1非2所示专。（2）沿途吃泄流管虏道压力握变化（3）配可水系统侍的能量川的变化（4）穿孔管女大阻力御配水系恶统的设落计大阻力贴配水系报统的设滨计要点倒：干管起窄端流速会为1.枪0~卡1.储5m贩/s，支管英起端流熟速为1.5拉~2.爷0m歇/s，孔摆眼流改速为5~6缝m/训s，开横孔比0.2缸%~0幻玉.25呈%。支管中司心距为0.妖25文~0凳.3帐m，支管张长度与捧其直径西之比一奋般不应黑大于60。孔口直树径约为9~1社2m芹m，设慈于支升管两雕侧，密与垂役线呈45°角向下趁交错排役列。干管随横截匙面与技支管还总横狼截面锣之比孕应大帅于1.修75怎~2祖.0。四、魂反冲洗两废水的低排除（1）冲喷洗排工水槽断（见动图5-谦18、5-慰19）（5-披28）（5-拣29）冲洗赤排水镜槽的生设计扮要求廉：冲洗排季水槽平荣面总面部积一般列不大于按单个滤槐池面积晒的25%。否则讨，会影赵响上升液水流的乘均匀性激。相邻倡两槽粥的中路心间扫距一厅般为1.5牙~2.上0m。间距邻过大，愉难以排宋水均匀捏。每单位赶槽长的揭溢入流霸量应相扣等。故帝施工时欺冲洗排震水槽口项应力求扫水平，仰误差限敲制在2m逼m内。冲洗环排水糟槽的庆始端挺尺寸蜂：一土般采搅用始室端深厚度为济末端滩深度票的一逼半；尚或槽系底采奇用平电坡，豪使始全、两铅端尺顶寸相映等。槽内姜水面孙以上愧一般故要有7c默m左右命的保娃护高办，以员保证通冲洗悦废水誓自由摔跌水笼进入驰排水躲槽。挡排水蹦槽的羽废水防应自术由跌彻水进冶入排娃水渠凉，以敢免引器起壅缎水现杰象。（2）排面水渠布置如：面积小尝时，沿登池壁一言边布置杏；当滤池爆面积很最大时，虎排水渠娃布置在始滤池中偿间。五、驻冲洗伪水的盏供给冲洗代水供凶给方确式：水泵冲字洗；冲洗径水塔耕或水惯箱冲喜洗。1.水泵冲畜洗：特点桂：投资忧省；操作较赤为麻烦扑；在冲毒洗的岗短时摩间内酷耗电吓量大昨，往校往会臣使厂洲区内践供电榆网负虫荷骤钳增。水泵真流量岛：（5-3大1）水泵杨跳程：（5-丝式32）H0——排水槽讽顶与清枯水池最边低水位答之差，m；h1——从清水筝池至滤傍池的冲旋洗管道诵中总水港头损失敞，m；h2——滤池最配水句系统估水头蓄损失蚊，m。大阻外力配水钞系统按已孔口剥平均柱水头损蛙失计算约。h3——承托炊层的蛛水头旱损失臭，m。h4—滤料协层的袜水头舅损失蓬，m，h5—备用水摇头，一秩般取1.5之~2.名0m。2.冲洗水左塔（或化水箱）特点：造价挪高；操作简镜单；专用水肤泵小，崖耗电量为较均匀淡。冲洗水芹箱一般亮与滤池菠合建，经通常建竹造于滤贺池操作季室层顶影上，水塔（伟箱）中只水深不峡宜超过3m。水塔（演箱）容去积：可按魔单个显滤池稠冲洗允水量盖的1.5倍计堤算：（5-践36）水塔侧（箱植）底园高出殃滤池雀冲洗仁排水骑槽顶丝式的高欢度：（5-3馒7）四、躲承托额层承托押层的驱作用细：①防止袜滤料层落从配水雾系统流魔失；②均肌布反梅冲洗嗽水。林组成冤见表5-姥4与5-5。表5-4快滤磨池大偶阻力衰配水闪系统腿承托肺层粒医径和头厚度层次（自上而下）粒径（mm）厚度12~410024~810038~16100416~32本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100表5-晶5三层滤额料滤池葱承托层扶材料、在粒径与买厚度注:配水系考统如用杆滤砖且走孔径为4m括m时，央第6层可被不设迅。为了防竿止反冲殖洗时承跳托层移衣动，美雀国对单社层和双越层滤料棕滤池也下有采用睬“粗-细-粗”的前砾石分光层方式贴。如果经采用做小阻净力配考水系淹统，横承托波层可肾以不郊设，叠或者哀适当桥铺设葵一些蚊粗砂握或细臭砾石绕，视蛛配水造系统裙的具渡体情滩况而米定。层次（自上而下）材料粒径（mm）厚度（mm）1重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）0.5~1.0502重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）1~2503重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）2~4504重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）4~8505砾石8~161006砾石16~32本层顶面高度至少应高于配系统孔眼1005.险6几种科常见恒的滤以池一、普干通快滤料池1.设计温参数意：设计争滤速勿：一般耽为8~1油0m/程h。滤池距总面则积：（5-3痛8）（5-挺39）个数和吹单池面凭积：滤池的眨个数在条设计时坟应根据筝技术经泛济比较原确定，技但不得怪小于两岗个，可浑参考表5-7选用。单个滤爷池面积耻可根据识滤池总役面积F与滤池佛个数N进行计宽算，如长下式所讲示：一般单池石面积不痛大于100句m2。最翁佳单惨池面许积可淹参考稠表5-8。（5-瘦40）表5-县7滤池个理数表5-8最佳榜单池考面积滤池总面积（m2）滤池个数滤池总面积（m2）滤池个数<3021504~630~5032005~61003或43006~8总面积（m2）单池面积（m2）总面积（m2）单池面积（m2）6015~2025040~5012020~3040050~7018030~4060060~80滤池深旨度：滤池深迷度包括愤：保护高稳：0.庭25缎~0蔽.3腐m；滤层表迈面以上海水深：1.墓5~巴2.卫0m；滤层厚油度：2.0扔~2.霜5m承托壮层厚葡度：巨每层10萍0m勇m滤池的尼总深度翠一般为3.检0~怒3.爱5m。单层重石英砂郊滤池深骡度一般择稍小；镰双层千和三膜层滤膊料滤洒池深樱度稍蓬大。2.管廊布痰置布置焦方法抄：滤池数血小于5个时，丑滤池宜探采用单进行排列带，管廊确位于滤舟池的一侧本。当滤动池数超骆过5个时取，滤浅池宜游采用刑双行另排列格，管垃廊位于两排姑滤池的堡中间。灿后者布握置紧凑品，但管柴廊通风省、采光忘不如前者，检氏修也不贷太方便拣。（1）进水糊、清水织、冲洗饥水和排先水渠，横全部布酸置于管处廊内，朗如图5-2渣0（a）所羡示。番特点触：渠帝道结植构简攻单，己施工嫩方便祝，管烧渠集中紧凑忘，但管打廊中管替件较多龄，通行班和检修圈不太方吹便。（2）冲洗利水和清斧水渠布丘置于管祖廊中，办进水和贤排水渠涛布置于以滤池另一芝侧，如狱图5-惨20（b）所示肯。特点镜：可节很省金属柴管件及缘瑞阀门，庭管廊身内管茎件简叉单，衬施工涂和检小修方健便。告但造阳价稍规高。（3）进角水、厨冲洗母水及屡清水咱管均稍采用浴金属科管道黎，排哭水渠库单独女设置衬，如夜图5-2确0（c）所示捆，特点态：通常叮用于小妨型水厂脊或滤池就单行布牲置。（4）对于顾较大滤形池，为删节约阀抄门，可撤以将进将水和排戚水阀门浴分别用托进水虹油吸和排狸水虹吸仆代替，姜冲洗水椒管和清兰水管仍摩用阀门损，如图5-骂20（d）所期示。喷特点哗：虹刃吸管桥通水核或断计水以液真空季系统财控制婚。3.快滤池矛管渠设靠计流速管渠流荷速可按念下表确须定，考怪虑到今北后水量岸有增大犁的可能腔时，流菊速取低永限。表5-免9管渠流隆速4.设计注植意事项（1）滤池匀清水管限应设短吨管或留骨有堵板,管径逝一般抄采用75朱~2将00冷mm，以胶便滤笛池翻牛修后夸排放初初滤种水。（2）滤池跳底部宜传设有排赌空管，距其入口蒜处设栅亦罩，池递底坡度根约为0.损00巩5，坡向霜排空管释。（3）配水驼系统干杜管末端阿一般装少有排气摸管。（4）每乒个滤厌池宜伍设置抓水头滨损失纲计及幕取样招管。（5）各种核密封渠担道上应徐设有人庆孔，以着便检修睬。名称流速（m/s）名称流速（m/s）进水管（渠）0.8~1.2冲洗水管(渠)2.0~2.5清水管(渠)1.0~1.5排水管(渠)1.0~1.5二、无吓阀滤池1.重力式觉无阀滤袜池过滤证过程2.重力式孤无阀滤洗池的反热冲洗过芝程3.设计要揉点进水系舱统：（1）首进水碌分配巷槽（2）进水借管U形存水伏弯滤池面障积与高成度：冲洗井水箱锈：虹吸管筑的计算省：4.优缺点无阀滤农池一般齿用于中厦、小型泥水厂。公单池面浮积一般悼不大于16m2。优点日：不需大梦型阀门凳，冲洗必完全自塞动，造鸡价较低袭，操作肢管理较宇为方便机，过滤承过程中不会旋出现负云水头现骆象。缺点乐：池体昏结构闹较复仔杂，冒滤料唉装御科困难加，冲再洗水匪箱位丝式于滤袋池上象部，础出水剂标高阅较高商，相应抬寨高了滤堤前处理煌构筑物领如沉定娘池或澄肯清池的幼标高，相从而给固水厂处锤理构筑物的姨总体砍高程催布置纸带来蒜困难盼。三、V型滤池1.