给水工程教学案第12课

./§17.3滤料和承托层一、滤料要求：1.足够的机械强度2.具有化学稳定性3.无毒4.适当的孔隙率和级配5.就地取材天然：无烟煤、石英砂、磁铁矿、石榴石、钛铁矿等。天然：无烟煤、石英砂、磁铁矿、石榴石、钛铁矿等。人造：陶粒、烧结岩、聚苯乙烯球、聚氯乙烯球、纤维球等。分两大类〔一滤料粒径的级配粒径大、水质不好,粒径小,出水水质好,但易堵塞。因而要求一定级配。级配——滤料中不同粒径滤料所占滤料总重量的百分比。粒径——恰好通过滤料某粒径的筛孔孔径。〔假想的球体直径级配的表达：1．以有效粒径和不均匀系数表示：K80——滤料的不均匀系数；d10——通过滤料重量10%的筛孔孔径；〔细滤料d80——通过滤料重量80%的筛孔孔径。〔粗滤料K80大,说明滤料不均匀,K80→1,滤料→均匀。规范规定：K80≤2.02．以最大粒径dmax和最小粒径dmin和K80控制滤料粒径的分布。3．有的水厂,将滤料〔河砂全部放入池中,反冲洗水力分级,然后刮去细砂,直至认为达到要求为止。〔不够精确滤料不均匀,对过滤和冲洗都不利。〔增大h,冲去细砂或清洗不净〔二滤料筛选方法取样约300g,清水洗净,105℃烘干,冷却后称取100g孔径筛上砂重通过百分数P%d1G1〔G2+G3+……G7×100%/G=P1d2G2〔G3+G4+……G7×100%/G=P2d3G3d4G4d7G7G7×100%/G=P7筛选总量G=G1+G2+……G7=100g以P%为纵座标,筛孔孔径di为横座标作筛分曲线。由图中求得：d10=0.4mm,d80=1.34mm,K80=1.34/0.4=3.37说明这种砂不均匀系数大,如按设计要求：d10=0.55mm,〔生产上d10=0.5~0.6mmK80=2.0,则d80=2.0×0.55=1.10mm。右侧0~100%以外全部筛除。筛去部分：d>1.54,去除13%d<0.44,去除13%上述方法已足够满足生产要求,但作为科研不够精确,因而常用计算的方法求出等体积球体的直径：G——颗粒质量,kg；ρ——颗粒密度,kg/m3；n——颗数；〔三滤料孔隙率测定孔隙率——单位体积滤料中孔隙所占体积比率。测定方法：取一定量滤料,洗净,105℃烘干,称重,用比重瓶测出密度。水力分层后,量出滤层体积,计算：根据〔1－mV=G/m与形状有关：不规则m↑,规则m↓；m与均匀程度有关：均匀m↑,不均匀m↓；m与粒径大小无关：常用的石英砂,m=0.4~0.42,无烟煤m=0.5~0.55〔四滤料形状1.球度系数2.形状系数〔五滤料的比表面积比表面积——单位体积滤层滤料所具有的表面积。滤料粒径单个〔颗粒体积滤料的体积单个颗粒表面积d1-m滤料颗粒数：形状规则滤料比表面积：形状不规则滤料比表面积：α——形状系数〔六当量粒径deq设总重量为1。对于1个颗粒,体积面积均匀滤料颗粒数：——滤料的比重均匀滤料总表面积：总重量为1不均匀滤料：粒径di占总重量比率Pi总表面积定义：与滤料表面积相当的球体直径为当量粒径,deqdeq的总表面积：〔1＝〔2求得：Pi——截留在筛孔为d/和d//之间的滤料重量占总重量的百分数〔%d//——截留下通过d/的滤料的相邻筛子的筛孔孔径。二、承托层作用：1.防止滤料从配水系统中流失；2.均布反冲洗水。组成：卵石砾石、重矿石等。大阻力配水系统自上而下自上而下d=2~4mml=100mm第二层d=4~8mml=100mm第三层d=8~16mml=100mm第四层d=16~32mm高于孔眼100mm小阻力配水系统：承托层厚度可减少,亦可不设。§17.4滤池冲洗方法：1.高速水流反冲洗2.气、水反冲洗3.表面助冲加高速水流反冲洗一、高速水流反冲洗〔利用较大流速,反向冲洗滤层,使滤层处于流态化状态截留在滤层中的杂质污物,在水流剪力和滤料颗粒碰撞磨擦双重作用下,从滤料表面脱落下来,排出池外。〔一冲洗强度、膨胀度和冲洗时间冲洗强度：〔表面负荷常用单层滤池12~15L/<s•m2>双层滤池13~16L/<s•m2>三层滤池16~17L/<s•m2>滤层膨胀度：L0——膨胀前滤层厚度；L——膨胀后滤层厚度。冲洗前后单位面积上滤料体积不变：L0〔1－m0＝L〔1－m——膨胀度和孔隙率的关系冲洗时间〔P330表17-6〔二q和e关系对于均匀滤料,冲洗时如果滤料未膨胀,则水流通过滤层的水头损失可用欧根公式计算：公式适用于层流、过渡区和紊流区。当滤层膨胀后,悬浮状态滤料对水流的阻力等于滤料在水中的重量〔单位面积重力G=L〔1-mρsg浮力A=L〔1-mρg压力P=ρghG－A－P=0得：因为：〔γs－1——单位体积滤料在水中的重量〔1－m0——单位面积滤料具有的实际体积vmf——最大粒径最小流态化时反冲洗流速,cm/s〔和d、ρs、形状有关,d大,vmf大,反之亦然把〔2代入〔1式：得冲洗流速v和膨胀后m的关系因为：代入得敏茨公式：结论：膨胀前：v<vmf时,q↑h↑〔欧根公式膨胀后：v>vmf时,q↑h不变,只是e↑。〔三冲洗强度q确定和非均匀滤料膨胀度e的计算1.q的确定根据滤层中最大滤料颗粒刚刚开始〔流态化膨胀确定q=10KvmfK——安全系数,1.1~1.3,非均匀滤料取低值,我国取1.3q=12~15l/s·m2vmf=1.0~1.2cm2.非均匀滤料e计算①当非规范滤料时,计算确定：1分段求和法〔书中式17-19。2用deq代替d0〔书中式17-20。②参考相似水厂经验确定二、气、水反冲洗〔自学高速水流反冲洗高速水流反冲洗优点：设备简单,操作方便；缺点：耗水量大,有水力分级现象,上细下粗。气水反冲洗气水反冲洗优点：效果好,节省冲洗水量,不发生水力分级,保持滤层结构,提高滤层含污能力。缺点：增加了气冲设备,池子结构及冲洗操作较复杂。利用气泡,增加剪切力,破碎滤料表面杂质使其脱落,从而水冲强度大为降低。方法方法先空气反冲、后水冲；