华北理工水质工程学教案04过滤

课程名称：《水质工程学I》第周，第12讲次摘要授课题目（章、节）第四章过滤§4-1过滤概述§4-2过滤理论【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第四章过滤4-1.过滤概述一、过滤的作用：去除部分沉淀池的剩余浊度；去除一定时的细菌、有机物；其出水要求达到饮用水浊度标准（小于3度）。二、滤池对进水要求：一般浊度不大于15度。三、滤池过滤机理介绍：水流在滤料中流动。水中杂质迁移到滤料的表面，由于表面的吸附作用，使杂质被截留。进一步形成了一定的筛滤作用。核心是水流过滤料。四、滤池分类：1、按流向分类：下向流（多为下向流）上向流双向流辐射流2、按滤料组合分类：单层滤料滤池双层滤料滤池三层滤料滤池混合滤料滤池3、按药剂投加及前导工艺分类：沉后水过滤接触絮凝过滤（与滤料絮凝）4、按阀门的设置分类：四阀滤池（过滤进、出、反冲进、出）双阀（省进、反冲排阀）（鸭舌、虹吸）5、按滤速分类：慢滤池(v=0.1~0.3m/h)快滤池(v=5m/h)（最初）(现在vmax=40m/h）五、工作过程：1、过滤2、反冲洗常用名词：①滤速：单位时间水流在滤池中（无滤料计算）流速（m/h）。②滤速与滤池负荷相同：单位时间、单位滤池面积上的过滤水量m3/m2h。工作参数：进水浓度15度以下单层滤料：8～10m/h双层滤料：10～14m/h多层滤料：18～24m/h③工作周期：过滤和反冲洗一个全过程的时间，一般12～24h。§4-2过滤理论一、过滤机理：水流夹带颗粒流入滤料、滤料吸附颗粒。有两方面的问题：①颗粒如何与滤料接触（迁移机理）②接触后靠什么力粘附于滤料（附着）（吸附）（一）颗粒的迁移：（是物理力学作用）①拦截作用：大颗粒大于过流缝隙。②沉淀作用：颗粒在重力作用下，脱离流线，沉到滤料上。③惯性作用：颗粒质量大，在惯性力的作用，脱离流线与滤料接触。④扩散作用：较小较轻的颗粒在布朗作用下扩散到滤料表面。⑤水动力：水流在滤料外层有速度梯度，使非球体的颗粒在流速梯度的作用下，产生转动而脱离流线与颗粒表面接触。现阶段只能定性的分析。（二）颗粒的粘附：主要是物化作用开始：颗粒与滤料的接触①范德华力作用（主要）②静电力作用③化学键力（少有）后来：颗粒与颗粒接触④絮凝，吸附架桥作用最后：滤料的表层形成泥膜⑤机械过滤作用，（所不希望产生的）再强制工作：水流在某薄弱部位穿透，形成裂缝水流以高速流过裂缝，使出水水质恶化。（泄漏）（三）滤层内杂质分布规律：1、过程分析：水流冲力的作用→上层吸附→过多后脱落→下一层吸附→过多后脱落→再下一层吸附。……2、反冲洗作用：滤料在反冲洗作用下，分层（水力级配）上层：沉速小的（粒径小）孔隙小、比面积大、含污能力小。中层：沉速适中（粒径适中）下层：沉速大（粒径大、比重大）孔隙大、比面积小、含污能力大。这样的级配称为——反粒度。3、滤层含污能力：单位体积滤料中所截留的杂质量。单位：g/cm3或kg/m3单层滤料截污能力在滤层中是变化的。其平均截污能力（平时所称的截污能力）是总截污量/总滤料体积。4、提高滤料含污能力的措施：（1）反向过滤：进入滤料中的杂质可较均匀地在滤料中被截留（正粒度）。但初滤水浊度高、工艺复杂。（2）辐流过滤：反冲洗困难、工艺复杂。（3）改变滤料水力级配：①双层滤料：无烟煤→石英砂重度小、粒径大重度大、粒径小轻质滤料重质滤料反冲洗时上层无烟煤，中间有一些掺混，下层石英砂。特点：含污能力大②三层滤料：无烟煤→石英砂→石榴石粒径大中小特点：含污能力更大，水质有保证（下层滤料粒径很小）反冲洗强度控制水平高。③均质滤料：要求滤料粒径尽可能相近（不可能完全相同）反冲洗时只要滤料膨胀就有水力级配。保证滤料均匀，反冲洗时，不要滤料膨胀。方法：气水反冲洗。（反冲洗困难）截污：上多、下少、但差的量小了。滤料层中的时间与截污量分布规律：影响因素很多，水质、水温、滤速、滤料粒径、形状、级配。悬污物的性质，颗粒大小、强度、加药量。目前仍是据经验和实验进行设计操作。（四）直接过滤：原水不经沉淀直接进入滤池过滤①原水加药后直接过滤与滤料接触絮凝。—接触过滤。1、两种方式：②加药原水→微絮凝池→过滤—微絮凝过滤在微絮凝池中形成相近的微絮粒。（40～60μm）2、机理：脱稳颗粒或微絮粒与滤料充分碰撞、接触、粘附，被滤料截留。滤料成了接触的介质。微絮过滤的絮体体积小，便于进入滤料深层进行粘附。3、直接过滤注意的事项：（1）原水浊度低（色度低）水质变化小。常年低于100度。40～50度为宜。并且应有把握。（2）常用双层、多层或均质滤料（增加含污能力）滤料粒径和滤层厚度适当增大（减少形成表面滤膜的机会）（3）原水中的絮凝体不宜太大，防止很快堵塞滤层表面孔隙。达为了提高微絮体强度和粘附力，有时需投加高分子助凝剂（活化硅酸或聚丙烯酰胺）在滤层中起吸附架桥作用。使杂质脱落困难→减少渗透滤层机会。（4）滤速：浊度高→低滤速浊度低→高滤速并且滤速应偏于安全（因为无前置沉淀工艺）通常：原水＞50度时，滤速在5m/h左右。最好通过试验来定滤速。主要适用于处理湖泊、水库等低浊水。适于：低温低浊水。二、过滤水力学：两个问题：①过滤时水头损失，设计水位。②滤料中的适宜滤速。（一）清洁滤层的水头损失。清洁滤层水头损失（起始水头损失）：滤砂，当滤速为8～10m/h时，其损失为30～400cm。属层流。1、均匀滤层公式：卡曼一康采尼公式（Carman-Kozong）(适于均匀滤层)ν—水的运动粘度；（cm2/s）g—重力加速度；981cm/s2m0—滤料孔隙率。d0—与滤料体积相同的球体直径。（cm）（单个颗粒是多个的平均值）l0—滤层厚度；cmv—滤速；cm/sφ—滤料颗粒球度（球形）系数；（后面讲）m0—滤料孔隙率。G—颗粒质量；（kg）ρ—颗粒密度；（kg/m3）V—滤料（堆积）体积。2、非均匀滤层：用筛分法：将滤料分级，d1,d2…di…dnp1,p2…pi…pnpi—di滤料量与总滤料重量比。则总水头损失H。（清洁滤层）n——分层数目，n分的越多计算越精确。（二）等速过滤中的水头损失变化（流量不变）随着过滤过程的进展，滤料中的孔隙逐渐变小。其它因素不变，孔隙减小如:水头损失H0不变→v滤速减小滤速v不变→水头损失H0增大。v不变→水头损失H0变化，称为“等速过滤”（由于Q不变）水位上长至允许水位，开始反冲洗，（如无阀滤池）水头损失增加一个△Ht。总水头损失：Ht=H0+△Ht+hh—配水系统承托层、管渠水头损失。实践证明：△Ht与时间t一般呈直线关系。Hmax——损失最大时的过滤水头损失。据技术经济条件定，一般取Hmax=1.5～2.0mT—滤速v时的过滤时间如为v'时则（v'＞v）H'0＞H0T'＜Th—变化较小（视为不变）（三）变速过滤中的滤速变化：（作用水头不变）1、变速过滤：“减速过滤”——滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤。2、作用水压不变，是相对变化较小而不是绝对不变。多组滤池的并联，可视为此种过滤。因取水泵站水量不变。并且其变化是由于反冲洗在滤池投入工作时忽然减小3、新投入使用滤池、滤速的控制反冲洗过的滤池，与过滤一段时间的滤池并联作用水头相同——使新投入滤池滤速太大。使滤后水水质恶化。控制方法：在出水管加阀控制。4、特点：①滤后水水质好②过滤水头损失小原因：可自然调节（四）滤层中的负水头1、原因：当滤池表层积污太多表层水头损失太大时出水的作用水头并不变，就可形成滤料中层部位出现负压。2、危害：①负压使溶于水中的气体释放形成气囊。气囊减少有效过滤面积。加大过滤水头损失，增大滤速。导至滤后水水质恶化。②气囊上升，可能带走轻细滤料。破坏滤层结构，使滤速不均匀。→水质恶化。③反冲洗时，气囊带走细、轻滤料。（升速快）3、防止措施：①增加砂面上水深。②滤池出口高于滤层表面。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题

课程名称：《水质工程学I》第周，第13讲次摘要授课题目（章、节）§4-3滤料和承托层§4-4滤池的冲洗【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】§4-3滤料和承托层一、滤料1、基本要求：①具有足够的机械强度；（减少冲洗时的磨损和破碎）②具有足够的化学稳定性，不能含有对人类健康和生产有害物质，滤料不能与水产生化学反应体水质恶化。③具有一定的颗粒级配和适当的空隙率。④滤料要货源充足、价廉、尽量就地取材。2、常用滤料：石英砂；无烟煤、石榴石、钛铁矿、磁铁矿，金钢砂。人造：聚苯乙烯粒料、陶粒等。（一）滤料粒径级配：1、概念：滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。粒径——指正好通过某一筛孔的孔径。2、两种表示方法：①粒径d10；不均匀系数K80。d10——通过滤料重量10%的筛孔孔径。d80——通过滤料重量80%的筛孔孔径。不均匀系数：K80d80—反映粗颗粒的尺度；d10—反映细颗粒的尺度。K80越大，→颗粒越不均匀→对过滤和冲洗越不利。工艺对滤料粒径的要求：i含污能力大（K80，含污能力减少）ii反冲洗时，粗颗粒要膨胀但细颗粒不能被冲走。（K80最好接近于1）②最大粒径dmax与最小粒径dmin和不均匀系数K80。我国规范据经验制定了级配及滤速。（二）滤料筛选方法：1、筛分介绍：用不同筛孔直径的筛对滤料进行分粒经称重。去掉大粒经、和小粒经砾、沙。使滤料趋于均匀。2、等体积球体直径d0(m)：（不同于过筛的滤料粒径）取n个（若干）粒径同筛分的滤料，称得重量（Gkg）则ρ——颗粒密度（Kg/m3）(三)滤料孔隙率的测定：①105℃下烘干，称量（G）测密度（ρ）②用清水过滤一段时间后，工作状态下测其（堆积）体积（V）③其孔隙率（m）：m与颗粒的粒径，均匀程度，压实程度、形状等有关。石英砂m=0.42左右。（四）滤料形状：（是形成孔隙率大小的因素）用滤料颗粒的球度来表示：砂滤料宜在Φ=0.75～0.80（五）双层及多层滤料级配：1、反冲洗后，滤料的分布：①不同滤料完全分层（正常）②中间有掺混层（厚度在50mm左右，对过滤有益）太厚有害，原因：孔隙率太低。③分层颠倒。（不应出现）原因：粒径不当；反冲洗强度不当。2、分布的影响因素：不同滤料的重度差，粒径差，颗粒级配，滤料形状，水温，反冲洗强度等。现阶段用经验数据或实验来确定。煤—砂，粒径比：水中重度比：（在）反冲洗强度：13～16l/s·m2则不产生严重和混杂现象。表17-3滤料的级配和滤速：强制滤速：当有一两个滤池退出工作，（停产检修）其余滤池在超过正常负荷下的滤速。二、承托层：1、作用：（1）防止滤料从反冲洗配水系统流失。（2）反冲洗时可均匀布水。（其自身不应悬浮）2、材料：天然卵石或砾石有不同的级配，最上层要细，防止滤料穿过。冲洗时，承托层不应移动，措施，上层用重质矿石。不同的配水系统有不同的承托层。§4-4滤池的冲洗目的：清除滤层截留的污物，恢复滤池的过滤能力。方法：①高速水流反冲洗；②气、水反冲洗；③高速水流加表面助冲反冲洗。一、高速水流反冲洗（高速反冲洗）原理：在水流的剪力和滤料颗粒的相互碰撞磨擦作用下，污物从滤料表面脱落下来，被冲洗水流带出滤池。（一）冲洗强度、滤层膨胀度，冲洗时间几个概念：1、冲洗强度：（冲洗速度）滤池单位面积，单位时间的冲洗水量。单位：l/sm2或cm/s1cm/s=10l/sm22、滤层的膨胀度（率）e：滤层膨胀后所增厚度（L－L0）与膨胀前厚度（L0）之比：用孔障率表示：滤层膨胀前后，单位滤池面积上滤料体积不变。L(1-m)=L0(1-m0)m0——膨胀前孔隙率；m——膨胀后孔隙率。代入e式中3、冲洗时间：过短：滤料表面污泥冲洗不充分，长期下去会形成泥膜更难冲洗。冲洗水排不尽，使污泥重返滤层。过长：滤料磨损过快。生产上可据反冲洗废水浊度确定（自动控制）多数据经验：（二）冲洗强度与滤层膨胀度的关系1、假设：滤料粒径均匀，滤池内冲洗强度分布均匀。2、关系推导：未膨胀滤料中，水流的水头损失h欧根(Ergun)公式：（1）膨胀后：悬浮状态的滤料对水流的阻力=其在水中的重量（力）（阻力）ρgh=(ρsg-ρg)(1-m)L(重量)∴---(2)L—膨胀后滤层厚度∵(1-m)L=(1-m0)L0∴---(3)据（1）（3）式，可绘成水头损失和流速的关系曲线。Vmf——反冲时滤料刚刚开始流（态）化的冲洗流速称为最小流态化冲洗流速。理想化时应是（1）和（2）式的交点。v＞vmf时，滤层中水头损失不再变化。但：滤层膨胀，v大↗L大↗。（2）式代入（1）式：整理后可得：膨胀后孔隙率m与冲洗流速的关系（理论公式）实验公式：敏次和舒别尔特，推出的公式：（实验公式）μ—水的动力粘度Pa·sq—冲洗强度L/s·m2适用条件：滤料密度2.62g/cm3水的密度1g/cm3理查逊（J.F.Riohardson）和赞基（W.N.Eaki）提出的公式：（经验式）vi—使滤料颗粒达到自由沉淀状态的冲洗流速cm/s对一定的滤料，一定的水温vi是一个常数。α—指数，决定于雷诺数。将式：代入式中得：（4）当粒径为0.5～1.2mm时，20℃水温，α=4～3粒径小，α值大。冲洗强度与均匀滤层膨胀度的关系图按式（4）得出由两图可知：v＞vmf时v↗e↗v≤vmf时e=o不膨胀（三）冲洗强度的确定及非均匀滤料膨胀度的计算：1、非均匀滤料的反冲洗特征：①上中下层滤料的最小流态化冲洗速度vmf不同。d0大vmf大d0小vmf小②（据图17-14）相同冲洗强度，不同d0膨胀度e不同d0小vmf小（上层）d0大vmf大（下层）③如果滤料级配不当（差别太大），最下层滤料达到vmf，上层滤料可能被冲走。（应调整级配；即滤料级配应考虑反冲洗问题）2、冲洗强度的确定：①单层滤料：q=10kvmf(L/s·m2)vmf—最大粒径滤料的最小流态化冲洗流速（cm/s）k—安全系数，取决于滤料粒径的均匀程度。取值k=1.1～1.3（常用值）不均匀度大，k取小；不均匀度小，k取大。②双层或多层滤料：要求各层滤料的vmf即要有一定的差值（冲洗后分层效果好）又要差值不能太大（下层达到vmf，上层滤料不被冲走）还要考虑清洗效果（滤料的碰撞磨擦）。可采取多档冲洗强度。3、非均匀滤料的膨胀度：设分成了n层，第i层滤料重量与总重量之比为pi第i层滤料膨胀前，厚：lio≈piL0设第i层滤料膨胀度为：第i层滤料膨胀后，厚li=lio(1+ei)li=piL0(1+ei)总膨胀度e：n——滤料分层数，可由筛分测得；pi——与n同样测得。ei——第i层滤料的膨胀度，可以由已知冲洗速度v再由式（书17-14）和（书17-10）求得。近似解：用滤料的当量粒径deq来代替d0(但精度差)平均直径d'i，d"i——某层滤料的过筛与截筛的筛孔直径，cmpi——同前n——同前设计工作：由膨胀度，定35%左右，（注：小于45%）求反冲洗强度，或查表17-6二、气、水反冲洗1、特点：①可提高冲洗效果，节省冲洗水量；②可不膨胀或有轻微膨胀；③反冲洗后滤料不产生粒度分层，基本保持滤层原有结构，可提高含污能力。④增加气冲设备（鼓风机，储气罐等）池子结构复杂，操作复杂。2、原理：气泡和振动可有效地使滤料表面的污物破碎脱落，并随气水上浮排出。3、操作方式：（有3种）①先用气反冲再用水反冲；②先用气水反冲再用水反冲；③先用气反冲——气水反冲——水反冲。第③种效果最好问题：控制不当，滤料会剧烈翻腾，使滤料流失。4、强度控制：①气冲强度：10～20L/m2s（单独气冲和气水同时反冲时的气冲强度）②水冲强度：i气水同时反冲，3～4L/m2·sii单独水冲：低速：4～6L/m2·s较高速：6～10L/m2·s5、时间控制：一般，6～10min各水厂有自己的反冲经验。三、配水系统：1、作用：使冲洗水在滤池面积上均匀分布。2、不均匀的危害：反冲洗配水不均匀时，强度小的区域滤层不膨胀，强度大的区域滤层过分膨胀造成磨损、流失等，并恶性循环，至使承托层移动，漏砂。（一）大阻力配水系统：特点：反冲管渠水流阻力大→反冲布水均匀（现已少用）1、构造：反冲水流→中间干管或干渠→支管→支管下45°孔流出（称：沿途泄流穿孔管）进入滤池承托层→滤料层→排水槽。2、沿途泄流穿孔管中的压力变化。特点：管径不变，流量越来越小，（沿途泄流）进口流速大，v大终端流速小，v=0压力为H1压力为H2则：——水头损失，v——进口流速α——压力恢复系数α=1水头损失：代入式中得：L—管道长度,；Q—起端流量；a—管道比阻可得式：如粗糙系数n=0.012则当时H2＞H1造成：进口水量小于末端水量。总的配水系统见P335图17-15c点水量大于b点，b点大于a点图为能量变化的曲线3、大阻力配水系统原理：由图可知，a点和c点的水压不同→a点和c点的布水管孔口水量不同。孔口a的点水头损失：（孔口与滤层水头的损失）…(1)孔口c点的水头损失：…(1)'S1—孔口的阻力系数（孔口a、c相同）s'2；s"2—孔口a、c上承托层和滤料等的阻力系数a孔与c孔压头的关系…(2)忽略各局部水头损失（认为其相同）及沿程损失。a点和c点的位置水头相同。设流速水头相同，则系统内：总水压头－位置水头－流速水头=水头损失∴或（2）可变为…（3）将（1）；（1）'代入（3）式是整理可得：要想Qc≈Qa就要增大S1使:第二项:使s1非常大。即取小孔径，增大阻力。——称大阻力配水系统。或使v0、va很小，减小阻力。——称小阻力配水系统。两种方法均可削弱使配水不均匀的影响。3、穿孔管大阻力配水系统设计：孔口水流公式：μ—孔口流量系数；ω—孔口面积；Ha—a孔压力水头。∴两流量比：将（2）式代入则：如配水不均匀性要求：可得：……（4）为了简化计算，设Ha以平均水头损失计，当冲洗强度一定时，孔口公式：q—反冲流强度f总—配水系统孔口总面积。……（5）干管起点流速：…（6）ω0—干管截面支管起点流速：…（7）n—支管根数将（5）（6）（7）代入（4）式得：令孔口流量系数：µ=0.62整理公式。得：——判定标准。或称设计的依据。大阻力配水系统优点：配水均匀。缺点：水头损失大，浪费能量，结构复杂,易堵管检修困难。设计参数：（据经验）(1)干管起端流速：1.0～1.5m/s支管起端流速：1.5～2.0m/s孔口流速：5～6m/s(2)开孔比α：孔口面积f总与滤池面积F之比。q—反冲强度L/s·㎡；v—孔口流速m/s。i普通快滤池：(3)支管中心间距：0.2～0.3m支管长度与直径比：小于60。(4)孔口直径：9～12mm当干管D＞300mm时，干管顶也要开孔布水，孔上设档板。（二）小阻力配水系统：（也称中阻力配水系统）1、构造：反冲水→配水室（大空间小v0）→滤砖或滤板（减小va）→承托层、滤料。2、优缺点：①布水不均匀（与大阻力相比）②水头损失小（冲洗压力消耗少）③结构简单。3、原理：由式：减小v0、va；s1适当大些，使Qc接近Qa使内压趋于均匀。4、配水均匀性的影响因素：v0——配水室进口流速。（配水室B×H）令其为：va——滤砖进口流速va≈0滤砖布水孔口流量：∴代入式中：变换一下得：用孔口平均流速代替a孔流速：如孔口面积为f总。开孔比：代入结论：由式可知，当Ｆ（滤池面积）；Ｂ×Ｈ（配水室宽、高）一定时，配水均匀程度，是由开孔比控制的。实践上：①钢制格栅（滤板）α=(13～20)%②双层配水滤砖α=1%左右。α小者的配水均匀性优于α大者（习惯上有人称：中阻力配水系统）H——一般取0.4m左右。5、几种小阻力配水形式：①钢筋混凝土穿孔板，开孔比：锥形孔：上α=11.8%下α=1.32%支撑→穿孔板→尼龙网→卵石→滤料（板）厚100mm平面980×980留（4cm）接缝，优点：配水性好；造价低；水口不易赌；强度高；耐腐蚀，但尼龙网反冲时易被拉开。②二次配水穿孔滤砖：开孔比：上面1.07%；中间层0.7%。配水均匀性好，但价高。③长柄滤头用途：用于气、水反冲洗。材料：聚丙烯塑料构造：上部：滤帽，开许多缝；上开小孔，进气。下部：直管下开缝进水；下孔口进水。气、水在滤柄中混和，由滤头喷出。布量：50～60个/m2α=1.5%④复合式气水反冲洗滤砖：上层：α=（0.5～0.8）%斜面α=（1.2～1.5）%用ABS塑料注塑成型，可单独水冲，也可气水混冲。特点：配水均匀性较好，造价高。四、冲洗废水的排除构成：排水槽→废水渠→排除（注：过滤时气布水设备）（一）冲洗排水槽：1、要求：（1）冲冼废水自由落入排水槽，槽内有7cm的保护高，保证滤池冲冼水量的均匀。（2）槽内废水自由跌落废水渠。防止槽受干扰。（3）每单位槽长的溢入流量应相等。（施工时所有槽上口应水平、误差在2mm以内。（4）排水槽与滤池面积比小于25%。（5）槽与槽中心距1.5～2.0m。（6）槽高度适当。2、设计计算：①排水槽：x——排水槽模数x=0.45Q10.4(m)Q1—槽出口流量m3/sn—槽的条数宽：2x高：Hc=0.07+2.5x排水槽应有底被。②槽顶距滤料表面高H要求：反冲膨胀后的滤料在槽下。H=H2e+Hc+δH2——滤料厚度e——膨胀率δ——槽底厚度（二）排水渠：矩形断面明渠1、布置：面积小（滤池）布在一侧；面积大（滤池）布在中间。2、计算：渠底距排水槽底高度Hc（m）B—渠宽0.2m—冲洗槽底高出排水渠高度。五、冲洗水的供给：两种给水方式：（1）反冲洗水泵：反冲时耗电大，设备投资大。（2）反冲洗塔（水箱）：造价高，专用泵小耗电均匀。（一）冲洗水塔（水箱）1、塔内水箱水深：不大于3m。原因反冲洗的开始与结束的作用水头不能相差太大。2、容积：按单个滤池冲洗水量的1.5倍。t——冲洗历时（min）3、水箱底高出滤池冲冼排水槽顶距离。H=h1+h2+h3+h4+h5h1——水箱到滤池的管道总水头损失；m（沿程及各局部水头损失）h2——滤池配水系统的水头损失；m大阻力配水系统：按孔口平均水头损失。代入得h3——承托层水头损失；m（经验式）h3=0.022·q·zq—反冲洗强度；L/s·m2z—承托层厚度。mh4—滤料层水头损失。mh5—富裕水头。1.5～2m（二）水泵冲冼：1、流量：按冲冼强度和滤池面积计算求得。2、扬程：H=h0+h1+h2+h3+h4+h5h0—排水槽顶与请水池最低水位之差。mH1—冲洗管道（吸、压）总水头损失。m其余同前。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题

课程名称：《水质工程学I》第周，第14讲次摘要授课题目（章、节）§4-5普通快滤池【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】§4-5普通快滤池1、四阀滤池：过滤进、出阀；反冲洗进、出阀。2、双阀滤池：阀造价高；启闭需设备；为减少阀，将过滤进水、反冲排水改为虹吸或鸭嘴阀（习惯上称双阀滤池）。一、单池面积和滤池深度：单池面积：是由总水量和滤池个数决定的，池个数多，冲洗效果好，运行灵活，强制滤速低，但造价高，操作管理较麻烦。应做技术经济比较，但不能少于2个。池形一般为方形或矩形，与造价有关，可作经济技术比较定。池深：保护高：0.25～0.3m滤层表面以上水深：1.5～2.0m（可由反冲膨胀率、滤层厚、排水槽高确定）滤层厚度：实验和经验。承托层厚度：实验和经验。滤池总深在3.0～3.5m。单层滤池深度小；双层滤池深度大。二、管廊布置：1、管廊：集中布置管渠、阀门及配件的场所。2、管材：金属：铸铁、钢管注意：压力变化。钢筋砼3、内部布置要求：①紧凑、简捷。②便于安装维修（单轨小车等）有场地空间（设备进出）。③要有防水、排水、通风、照明。④便于与滤池操作室联系。4、与滤池的相对位置：①滤池单排布置：管廊位于滤池的一侧，内布有全部四种管渠适用滤池数少于五个情况。②滤池双排布量：中间设管廊（一条管廊）缺点：通风、采光不好，但紧凑不方便检修。现在常用：反冲排水，和过滤进水为虹吸式。三、管渠设计流速：进水管（渠）：0.8～1.2m/s清水管（渠）：1.0～1.5m/s冲洗水管（渠）：2.0～2.5m/s排水管（渠）：1.0～1.5m/s若水量以后有可能增大采用低值。四、设计中的注意事项：1、滤池底部应设排空管，入口处设栅罩。池底坡度约为0.005，坡向排空管。2、每个滤池宜装设水头损失计及取样管。3、各种密封渠道上应设人孔（检修）。4、滤池壁与砂层接触处应拉毛或锯齿状，（防止）过滤反冲水沿壁“短路”拉毛高度：滤层反冲膨胀后的高度。5、反冲水排气。优点：运转效果良好，冲洗效果有保证，可适用任何水厂。缺点：管配件和阀门较多，操作较复杂。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题

课程名称：《水质工程学I》第周，第15讲次摘要授课题目（章、节）§4-6无阀滤池§4-7其它形式滤池【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】§4-6无阀滤池重力式：敞开式的，利用水的重力为作用水头。1、分类:压力式：封闭式的，利用系统中水的压力差为作用水头。如：压力滤罐适用于小型分散性给水工程，常供一次净化用（最后介绍）。一、构造及工作原理：1、构造：主要有：进水分配槽、池体、伞形顶盖、滤料、虹吸管等组成。2、工作原理：防直冲滤料。↑①、过滤：待滤水→进水管→伞形顶盖→档板→滤料过滤→底部配水区→连通渠→冲洗水箱→出水渠。②、反冲洗：当过滤到一定程度，滤料含污量增大，水流阻力增大，使虹吸上开管内水位上升至虹吸辅助管时，水流由辅助管下流，靠下降水流在（射流泵）管中形成真空和水流挟气作用，抽气管抽走虹吸管中空气，造成虹吸，开始反冲洗。作用水头：冲洗水箱顶面至水封井水面。水箱冲冼水→连通渠→底部配水区→承托层、滤料（悬浮清洗）→虹吸上开管→虹吸下降管→排水当水箱水位下降到虹吸破坏斗→虹吸破坏管将斗中水抽干，使虹吸管上部进入空气→虹吸停止（即反冲洗停止）→过滤。过滤周期：开始过滤→水位上升至虹吸辅助管口为一过滤周期。水箱最高水位至这个管口的高压差。即为滤料过滤终期。允许水头损失值H。常用H=1.5～2.0m。③、强制冲冼：滤池还未达反冲冼水位，但要冲冼（如果水质不合格，新滤料要冲冼）这时就需强制冲洗。用一压力水管。抽虹吸管中的气（射流泵）造成反冲冼。水厂中都有压力水管。二、设计要点：1、虹吸管计算：①冲冼强度作用水头：是变化的。作用水头在由大→小，反冲水量（强度）出由大→小。ⅰHmax—最大作用水头；ⅱHmin—最小作用水头；ⅲHa—平均作用水头。②、虹吸管水量：两部分ⅰQ1——反冲冼水量，选定反冲强度,qa—在Ha作用能达到的值。由qa×F=Q1为反冲冼量。ⅱQ2——冲冼时原水继续进入滤池的量。虹吸管流量Q：Q=Q1+Q2③虹吸管径：用试算法：选一管径，求总水头损失。∑h=Ha（平均冲冼水头）∑h=h1+h2+h3+h4+h5+h6h1——连通渠水头损失（m），是沿程水头损失，可由谢才公式求：进口局部阻力系数ξ=0.5，出口取1。h2——小阻力配水系统的水头损失，视配水系统而定，格栅水头损失或可忽略。h3——承托层水头损失，（讲过）h4——滤层水头损失（讲过）h5——挡板水头损失，经验取0.05m。h6——虹吸管沿程和局部水头损失（m）Ha可适当取大点，在虹吸管出口加了调节器进行调节。2、冲洗水箱V(m3)：就在滤池上部，按一次冲洗需水量定。V=0.06qF·tq——反冲洗强度L/s·m2F——滤池面积（m2）t——冲冼时间min一般取4～6min水箱深：水箱深度不能太大，ΔH太大时，反冲冼开始与结束的反冲冼强度相差太大。开始：强度大，滤料可能被水流带走。结束：强度小，滤料冲洗可能不干净。ΔH小，可减小冲洗强度的不均匀程度。措施：可多格同用一个水箱。设n格同用一个水箱，其水深ΔH，式中：容积V偏安全——同为设考虑，其中1格冲洗时其余（n-1）格滤池正在过滤。合用格数2～3为宜。问题：一格冲洗时，其它格过滤的滤速要得到控制（进水分配槽）格数太多——会使水封破坏不切底，造成滤池时断时续的反冲洗。3、进水管U形存水弯：目的：防止滤池冲洗时，空气进入虹吸管破坏虹吸。反冲时进水量增大，空气会进入，存水弯应位于水封井水而以下。集气后对滤池的危害：过滤挟气：空气进入滤池并在伞顶盖下聚集且受压缩。一部分受压空气会时断时续地膨胀并将虹吸管中的水顶出池外，影响正常过滤。反冲洗挟气：进水挟气量很大时，大部分空气可随冲洗水流排出池外，但有一部分空气会在虹吸管顶端聚集，（1）导致虹吸有可能提前破坏。（2）在虹吸管顶端聚集的空气量有限，因此虹吸破坏往往不彻底。如果顶盖下再有一股受压空气把虹吸管中水柱顶出池外而使真空度增大，就可能再次形成虹吸，于是产生连续冲洗现象。避免措施：就是降低分配槽槽底标高或另设气水分离器。4、进水分配槽：作用：保持各格滤池进水量相等，并使各滤池独立进水。方式：槽内堰顶溢流。（跌水进行配水）堰顶标高Z：应在虹吸辅助管口标高以上，再高出进水管的水头损失，再加10～15cm的富裕高度。（安全裕度）槽底标高应多低一些，以保证气水分离。通常低于滤池出水口0.5m。适用：中小型水厂，(单池面积不大于16m2)优点：节省大型阀门，造价低。冲洗全自动，操作管理方便。缺点：池体结构复杂。滤料装卸困难。滤池标高较高，要求滤池前各构筑物也要高，高程布置困难。§4-7其它形式滤池一、虹吸滤池全部使用虹吸进出水和反冲，反冲时，反冲洗水是其它滤池的滤后水的余压能。特点：池太深，高程布置难度大。（一）过滤过程：（二）反冲洗过程：（三）滤池分格：据反冲洗强度（其余滤池的产水大于滤池反冲洗水量）注：不是因为当一格反冲洗时其该组滤池进水量不变，其余滤池的产水相当强制过滤。二、移动罩滤池（一）构造：许多滤池构成的一组滤池。利用一个可移动的虹吸冲洗罩，对各滤格进行轮流冲洗：冲洗水是其它滤格的滤后水。（二）工作过程：1、过滤：作用：消除进水动力防止冲击滤料。待滤水→穿孔配水墙→消力栅→滤池→过滤→反冲配水室→出水虹吸管中心管→出水堰8→过滤工作水头z1与出水堰z2的