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1、第九章第九章 过过 滤滤 9.1 过滤概述过滤概述 9.1.1 慢滤池慢滤池 慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备，能有效地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，见去除水的色度、嗅和味，见91。由于慢滤池占地面积大、。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。的慢滤池逐渐被快滤池所代替。表表91 现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质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适用的进水条件出水水质出水水质细菌的去除效率细菌的去除效率颗粒物去除效
2、率颗粒物去除效率浊度浊度10ntu以下；以下；总大肠菌类总大肠菌类101000个个/100mL；藻类不太多；藻类不太多；10000人以下的给人以下的给水处理水处理小于小于1.0ntu总大肠菌类总大肠菌类t1)时的水压线123445 负水头会导致空气释放出来，危害：负水头会导致空气释放出来，危害： 是增加滤层局部阻力，增加了水头损失；是增加滤层局部阻力，增加了水头损失； 空气泡会穿过滤料层，上升到滤池表面，甚至把空气泡会穿过滤料层，上升到滤池表面，甚至把 煤粒这种轻质滤料带走。在冲洗时，空气更容易把煤粒这种轻质滤料带走。在冲洗时，空气更容易把 大量的滤料随水带走。大量的滤料随水带走。 避免滤池中
3、出现负水头的两个方法：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；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。二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。 4 过滤方式过滤方式 （1）恒速过滤）恒速过滤 最常见的恒速过滤如图最常见的恒速过滤如图9-7所示。在恒速过滤状态，由于所示。在恒速过滤状态，由于滤层逐渐被堵塞，水头损失随过滤时间逐渐增加，滤池中水滤层逐渐被堵塞，水头损失随过滤时间逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，当水位上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗。位逐渐上升，当水位上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗。无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。无阀滤池与虹吸滤池是典
4、型的恒速过滤滤池。最 高 水 位最 低 水 位进水出水图 9-7 恒 速 过 滤Hmaxh Ho （2）递降速过滤）递降速过滤 设四个滤池组成一个滤池组，假设：设四个滤池组成一个滤池组，假设：进入滤池组的进入滤池组的总流量不变；总流量不变；每个池子的性能完全相同；每个池子的性能完全相同；每个滤池恰好每个滤池恰好按它的编号顺序进行冲洗。则滤池的水位与滤速变化如图按它的编号顺序进行冲洗。则滤池的水位与滤速变化如图9-9所示。所示。 移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池，当移动冲洗罩移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池，当移动冲洗罩滤池的分格数很多时，这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间滤池的分格数很多
5、时，这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间隔时间很近，滤池水位变化不大，有可能达到近似的隔时间很近，滤池水位变化不大，有可能达到近似的“等水等水位变速过滤位变速过滤”。最高水位进水渠进水阀排水阀排水渠最低水位清水池图 9-8 减速过滤（一组4座滤池）0过滤时间t（h）滤速v（m/h）图 9-9 一座滤池滤速变化（一组共4座滤池） 5. 直接过滤直接过滤 原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为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”。直接过滤有两种方式：直接过滤有两种方式：原水加药后只经过混合就直接进入原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤，称为滤池过滤，称为“接触过滤接触过滤”。也
6、可称为。也可称为“直流过滤直流过滤”，见，见图图9-10中（中（a）与（）与（b）所示；）所示；原水加药后经过混合和微絮原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤，称为凝池后进入滤池过滤，称为“微絮凝过滤微絮凝过滤” ，如图，如图9-10中中（c）与（）与（d）所示。）所示。图图9-10 直接过滤流程直接过滤流程 原水混合双层或三层滤料滤池过滤出水硫酸铝聚合物（a）阳离子型聚合物双层或三层滤料滤池双层或三层滤料滤池阳离子型聚合物原水混合原水硫酸铝混合混合絮凝池聚合物（C）絮凝池原水混合双层或三层滤料滤池（b）过滤出水过滤出水过滤出水（d） 直接过滤的两个特点：直接过滤的两个特点： 采用双层或三
7、层滤料滤池；采用双层或三层滤料滤池； 采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。 直接过滤要求：直接过滤要求： 原水浊度和色度较低且水质变化小，常年原水浊度和色度较低且水质变化小，常年 原水原水浊度低于浊度低于50度；度； 直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊度偏直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊度偏高时应采用较低滤速，当原水浊度在高时应采用较低滤速，当原水浊度在50度以上时，度以上时，滤速一般在滤速一般在5m/h左右。左右。 9.3 滤料与承托层滤料与承托层 9.3.1 要求要求 1.具有足够的机械强度具有足够的机械强度 2.具有足够的稳定性具有足够的稳定性 3.能就
8、地取材、价廉能就地取材、价廉 4.外形接近于球状，表面比较粗糙而有棱角。外形接近于球状，表面比较粗糙而有棱角。 9.3.2 滤料性能参数滤料性能参数 1.比表面积比表面积 粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积的滤料所具粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积的滤料所具有的表面积，单位为有的表面积，单位为cm2/g或或cm2/ cm3。 2.有效粒径与不均匀系数有效粒径与不均匀系数 粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数表示，关系如粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数表示，关系如下：下： （9-4） 108080ddk 3.最大粒径、最小粒径最大粒径、最小粒径 常用的数据见表常用的
9、数据见表9-2。表表9-2 滤料级配与滤速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=0.52.0700101014双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.030040010141418石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400三层滤料无烟煤dmax=1.6dmin=0.81.745018202025石英砂dmax=0.8dmin=0.51.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.251.54）颗粒约筛除）颗粒约筛除13.0 %，小粒径，小粒径（d0.44）颗粒约筛除）颗粒约筛
10、除19.0 %。0204060801000.20.4 0.550.81.01.2 1.341.61.82.02.22.420104060801001.10.441.54()筛孔孔径（mm）通过筛孔砂量图 9-12 滤料筛分曲线0.61.4() (3)同一粒径砂同一粒径砂 精确取用同一粒径滤料的方法：将滤料样品倾入某一筛精确取用同一粒径滤料的方法：将滤料样品倾入某一筛子过筛后，将筛子上的砂全部倒掉，再将卡在筛孔中的那部子过筛后，将筛子上的砂全部倒掉，再将卡在筛孔中的那部分砂振动掉下来，如此重复进行，可得到同一粒径的滤料。分砂振动掉下来，如此重复进行，可得到同一粒径的滤料。从这些振动下来的砂粒中取
11、出几粒，按以下公式可求出其等从这些振动下来的砂粒中取出几粒，按以下公式可求出其等体积球体直径：体积球体直径： （9-9） 式中，式中， G n个颗粒的总重量个颗粒的总重量, g； 颗粒密度颗粒密度, g/cm3。306nGd 7.双层滤料和多层滤料滤池中出现的混层现象双层滤料和多层滤料滤池中出现的混层现象 一种观点认为：煤一种观点认为：煤-砂交界面上适度的混层，可避免交砂交界面上适度的混层，可避免交界面上积聚过多杂质而使水头损失增长较快，故适度混杂是界面上积聚过多杂质而使水头损失增长较快，故适度混杂是有益的有益的 另一种认为：煤另一种认为：煤-砂交界面上不应有混杂现象。因为煤层砂交界面上不应有
12、混杂现象。因为煤层起截留大量杂质作用，砂层则起精过滤作用，而界面分层清起截留大量杂质作用，砂层则起精过滤作用，而界面分层清晰，起始水头损失将较小。晰，起始水头损失将较小。 8.承托层承托层 承托层的作用：承托层的作用： 防止滤料层从配水系统流失；防止滤料层从配水系统流失； 均匀布置反冲洗水。组成见表均匀布置反冲洗水。组成见表9-5与与9-6。表表9-5 快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度层次（自上而下）粒径（mm）厚度124100248100381610041632本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100 表表9-6 三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度三层滤
13、料滤池承托层材料、粒径与厚度注注:配水系统如用滤砖且孔径为配水系统如用滤砖且孔径为4mm时，第时，第6层可不设。层可不设。 为了防止反冲洗时承托层移动，美国对单层和双层滤为了防止反冲洗时承托层移动，美国对单层和双层滤料滤池也有采用料滤池也有采用“粗粗-细细-粗粗”的砾石分层方式。的砾石分层方式。 如果采用小阻力配水系统，承托层可以不设，或者适当铺如果采用小阻力配水系统，承托层可以不设，或者适当铺设一些粗砂或细砾石，视配水系统的具体情况而定。设一些粗砂或细砾石，视配水系统的具体情况而定。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）0.51.0502重质矿石（如石榴
14、石、磁铁矿等）12503重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）24504重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）48505砾石8161006砾石1632本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100 9.4 滤池冲洗滤池冲洗 常用的反冲洗方法有以下几种：常用的反冲洗方法有以下几种： 单水高速反冲洗：单水高速反冲洗： 气气- 水联合反冲洗；水联合反冲洗； 表面助冲加高速水流反冲洗。表面助冲加高速水流反冲洗。9.4.1 单水高速反冲洗单水高速反冲洗 1.反冲洗强度反冲洗强度 指单位面积滤层所通过的反冲洗流量，单位为指单位面积滤层所通过的反冲洗流量，单位为L/s m2。 2.滤层膨胀度滤层膨胀度（9-10） 由于滤层膨胀前、
15、后单位面积上滤料体积不变，于是：由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变，于是： （9-11） 故：故： （9-12） (%)10000LLLe)1 ()1 (00mLmLmmme10 3.常用数据常用数据 表表9-7列出了常用数据。列出了常用数据。 表表9-7 冲洗强度、膨胀度和冲洗时间冲洗强度、膨胀度和冲洗时间 注：注：1设计水温按设计水温按20OC计，水温每增减计，水温每增减1OC，冲洗强度相，冲洗强度相应增减速应增减速1%； 由于全年水温、水质有所变化，应考虑有适当调整冲由于全年水温、水质有所变化，应考虑有适当调整冲洗强度的可能；洗强度的可能； 选择冲洗强度应考虑所用混凝剂品种的因素；
16、选择冲洗强度应考虑所用混凝剂品种的因素； 无阀滤池冲洗时间可采用低限；无阀滤池冲洗时间可采用低限； 膨胀度数值仅作设计计算用。膨胀度数值仅作设计计算用。序号序号滤层类型滤层类型冲洗强度冲洗强度(L/s m2)膨胀度膨胀度（%）冲洗时间冲洗时间（min）1石英砂滤料石英砂滤料121545752双层滤料双层滤料131650863三层滤料三层滤料16175575 9.4.2 配水系统配水系统 常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水系统、常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水系统、中阻力配水系统等三种，其作用：中阻力配水系统等三种，其作用： 反冲洗时，均匀分布反冲洗水；反冲洗时，均匀分布反冲洗
17、水； 过滤时，均匀集水。过滤时，均匀集水。 反冲洗时配水不均匀的危害：反冲洗时配水不均匀的危害： 滤池中砂层厚度分布不同；滤池中砂层厚度分布不同； 过滤时，产生短流现象，使出水水质下降；过滤时，产生短流现象，使出水水质下降； 可能招致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。可能招致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。 1.大阻力配水系统的原理大阻力配水系统的原理（1）构造）构造 大阻力配水系统的构造如图大阻力配水系统的构造如图9-13和图和图9-14所示。所示。 图 9-13 穿孔支管孔口位置4545a干 管进 水cb支 管图 9-14 穿 孔 大 阻 力 配 水 系 统 （2）沿途泄流管道）沿途泄流
18、管道 干管和支管均可近似看作沿途泄流管道，因此，干管和支管均可近似看作沿途泄流管道，因此，（9-13） 沿途均匀泄流管道中的水头损失为沿途均匀泄流管道中的水头损失为（9-14） 代入上式得：代入上式得：（9-15）因为因为管道的比阻，管道的比阻， 故故 （9-16） hgvHH2212231aLQh 2212312aLQgvHH25264CDa6/11RnC 4DR gvDLnHH2)5 .411 (233. 1212 设设=0.012，则当，则当 时，时， 在快滤池的配水系统中，在快滤池的配水系统中， 这一条件，因而，这一条件，因而， 如图如图9-15所示。所示。 33.1006.0LD 0
19、)5 .411 (33. 12DLn12HH 33. 1006. 0LD 12HH H1hH2LVav2/2g压 力 水 头 线总 水 头 线图 9-15 沿 途 均 匀 泄 流 管 内 压 力 变 化av20/2ghbh01haava2/2gHaH0HbH1Hc总 水 头 线压 力 水 头 线压 力 水 头 线 干 管b支 管abc图 9-16 配 水 系 统 中 的 能 量 变 化hbcava2/2g （3） 配水系统的能量的变化配水系统的能量的变化 在图在图9-14所示的大阻力配水系统中，干管起端所示的大阻力配水系统中，干管起端O点、干点、干管末端管末端I点、最前一根支管起端点、最前一根
20、支管起端a点、最后一根支管起端点、最后一根支管起端b点、点、最后一根支管末端最后一根支管末端c点之间的能量关系见式（点之间的能量关系见式（9-17）至式）至式（9-18），也可形象地用图），也可形象地用图9-16来描述。来描述。 （9-17） （9-18） （9-19） （9-20） OIoOIhgvHH22aaaOhgvHH22bbbIhgvHH22bcbbchgvHH22H1hH2LVav2/2g压力水头线总水头线图 9-15沿途均匀泄流管内压力变化av20/2ghbh01haava2/2gHaH0HbH1Hc总水头线压力水头线压力水头线干管b支管abc图 9-16配水系统中的能量变化hb
21、cava2/2g （4）大阻力配水系统的原理）大阻力配水系统的原理 c点与点与a点之间的压力关系为点之间的压力关系为（9-21） 假定：假定：沿程水头损失沿程水头损失 0， 0； 各支管的进口局部水头损失基本相等，即各支管的进口局部水头损失基本相等，即ha hb。并取并取 =1，则式（，则式（9-21）可简化为：）可简化为：（9-22） 在图在图9-14所示的配水系统中，压力水头差别最大的两个点为所示的配水系统中，压力水头差别最大的两个点为孔口孔口a与孔口与孔口c。设两孔口的终点水头为。设两孔口的终点水头为H终终，孔口，孔口a与孔口与孔口c的总水头损失分别为的总水头损失分别为Ha、Hc （9-
22、23） （9-24）aoaaOIbcbchgvgvHhhhH2222OIhbchgvgvHHoaac2222终HHHaa终HHHcc 将式（将式（9-23）、（）、（9-24）代入式（）代入式（9-22）得：）得： （9-25）由于：由于： （9-26） （9-27）将式（将式（9-26），（），（9-27）代入式（）代入式（9-22）可得：）可得：（9-28）假设S2S2，则式（9-28）可简化为： （9-29） gvgvHHoaac2222221)(aaQSSH221)(ccQSSHgvvSSQSSSSQaoac21222122121gvvSSQQaoac2122212 上式说明上式说明Q
23、c大于大于Qa。增加。增加S1+S2值，能减小上式右值，能减小上式右边第二项的值，从而使边第二项的值，从而使Qa尽量接近尽量接近Qc。 由于承托层与滤料层的阻力系数之和由于承托层与滤料层的阻力系数之和S2不能改变，不能改变，只有通过减小孔口总面积来增大孔口阻力系数只有通过减小孔口总面积来增大孔口阻力系数S1，才能增大，才能增大S1+S2。增大孔口阻力系数。增大孔口阻力系数S1就削弱了承托层、滤料层就削弱了承托层、滤料层阻力系数及配水系统压力水头不均匀对孔口出流量的影响，阻力系数及配水系统压力水头不均匀对孔口出流量的影响，这就是大阻力配水系统的原理。这就是大阻力配水系统的原理。 2.穿孔管大阻力
24、配水系统的设计穿孔管大阻力配水系统的设计 图图9-14中孔口中孔口a与孔口与孔口c的出流量的出流量Qa、Qc可按下式进行计算：可按下式进行计算：（9-30） （9-31） 将式（将式（9-30）与式（）与式（9-31）代入式（）代入式（9-22）并整理得：）并整理得：（9-32） 上式说明，当孔口水头损失越大时，上式说明，当孔口水头损失越大时，a孔与孔与b孔的出流量之比孔的出流量之比越接近于越接近于1。 设配水系统配水均匀性要求在设配水系统配水均匀性要求在95%以上时，即令以上时，即令Qa/Qc 0.95，则：则： aagHQ2ccgHQ2)(2122aoaacavvgHHQQ （9-33）
25、整理上式可得：整理上式可得： （9-34） 为了简化计算，假设每根支管的进口流量相同，为了简化计算，假设每根支管的进口流量相同，v0和和va可分可分别按下列两式进行计算：别按下列两式进行计算：（9-35）（9-36） 95.0)(2122aoaavvgHH)(2122aoavvgHOoqFv310aanqFv310 为了简化计算，为了简化计算，Ha可以孔口平均水头损失计算，则可以孔口平均水头损失计算，则Ha为：为：（9-37）将式（将式（9-34），（），（9-35），（），（9-36）代入式（）代入式（9-33）得：）得：（9-38） 将将=0.62代入上式并整理得：代入上式并整理得： （9
26、-39） 式（式（9-39）为大阻力配水系统构造尺寸计算的依据。上式说）为大阻力配水系统构造尺寸计算的依据。上式说明：明：大阻力配水系统配水的均匀性只与干管截面积、支管大阻力配水系统配水的均匀性只与干管截面积、支管截面积、支管个数、孔口总面积等有关，而与其它因素无关。截面积、支管个数、孔口总面积等有关，而与其它因素无关。当滤池面积过大时，滤池中砂层和承托层的铺设、冲洗废当滤池面积过大时，滤池中砂层和承托层的铺设、冲洗废水的排除等的不均匀度都将对冲洗效果的产生影响。水的排除等的不均匀度都将对冲洗效果的产生影响。 gfqFHa21102323232310102192110aOnqFqFggfqF2
27、9.022aonff 大阻力配水系统的设计要点：大阻力配水系统的设计要点：干管起端流速为干管起端流速为0.21.2m/s，支管起端流速为，支管起端流速为1.41.8 m/s，孔眼流速为孔眼流速为3.55 m/s。支管中心距为支管中心距为0.250.3 m，支管长度与其直径之比一般不应，支管长度与其直径之比一般不应大于大于60。孔口直径约为孔口直径约为912 mm，设于支管两侧，与垂线呈，设于支管两侧，与垂线呈45O角向角向下交错排列。下交错排列。干管横截面与支管总横截面之比应大于干管横截面与支管总横截面之比应大于1.752.0。当干管直。当干管直径或渠宽大于径或渠宽大于300mm时，顶部应装滤
28、头、管嘴或把干管埋时，顶部应装滤头、管嘴或把干管埋入池底。入池底。孔口总面积与滤池面积之比称为开孔比，其值可按下式计算：孔口总面积与滤池面积之比称为开孔比，其值可按下式计算：（9-40） %100%10010001/%100vqqQvQFf 3.小阻力配水系统小阻力配水系统 大阻力配水系统的特点：大阻力配水系统的特点： 配水均匀性好；配水均匀性好； 结构复杂；结构复杂； 但管道容易结垢；但管道容易结垢； 孔口水头损失大，因而要求反冲洗水压高。孔口水头损失大，因而要求反冲洗水压高。 无阀滤池、移动冲洗罩滤池、虹吸滤池等的冲洗水头非常有无阀滤池、移动冲洗罩滤池、虹吸滤池等的冲洗水头非常有限，不宜采
29、用大阻力配水系统。限，不宜采用大阻力配水系统。 小阻力配水系统的构造特点：铺设穿孔滤板或滤砖，开孔比小阻力配水系统的构造特点：铺设穿孔滤板或滤砖，开孔比一般为一般为1.01.5%，见图，见图9-17、9-18、9-19。 小阻力配水系统的特点：小阻力配水系统的特点： 反冲洗水头小；反冲洗水头小； 配水均匀性较大阻力配水系统为差，当配水系统室内压力配水均匀性较大阻力配水系统为差，当配水系统室内压力稍有不均匀，滤层阻力稍不均匀，滤板上孔口尺寸稍有差别稍有不均匀，滤层阻力稍不均匀，滤板上孔口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来；或部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来
30、； 滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。 中阻力配水系统与小阻力配水系统类似，但其开孔比介于大中阻力配水系统与小阻力配水系统类似，但其开孔比介于大阻力配水系统与小阻力配水系统之间。阻力配水系统与小阻力配水系统之间。 7070703535707070图 9-18 钢筋混凝土穿孔滤板3010图 9-17小阻力配水系统冲洗水膨胀砂面排水槽滤板底部配水室100 清水池浑水渠冲洗水流滤砖上层用10mm导板隔开11:2水泥砂浆嵌缝粉平12802806002502801-1剖面图图 9-19 穿孔滤砖 5 冲洗冲洗.废水除方法废水除方法（1）冲洗排水槽、排水渠）冲
31、洗排水槽、排水渠 见图见图9-20、9-21。（2）冲洗排水槽的设计要求）冲洗排水槽的设计要求 a冲洗排水槽平面总面积一般不大于单个滤池面积的冲洗排水槽平面总面积一般不大于单个滤池面积的25%。否则，会影响上升水流的均匀性。否则，会影响上升水流的均匀性。 b相邻两槽的中心间距一般为相邻两槽的中心间距一般为1.52.0m。间距过大，难以。间距过大，难以排水均匀。排水均匀。 c槽内水面以上一般要有槽内水面以上一般要有7cm左右的保护高，以保证冲洗废左右的保护高，以保证冲洗废水自由跌水进入排水槽。水自由跌水进入排水槽。 d排水槽的废水应自由跌水进入排水渠，以免引起壅水现象。排水槽的废水应自由跌水进入
32、排水渠，以免引起壅水现象。 e每单位槽长的溢入流量应相等。故施工时冲洗排水槽口应每单位槽长的溢入流量应相等。故施工时冲洗排水槽口应力求水平，误差限制在力求水平，误差限制在2mm内。内。 HeH2H21-1剖面1.5xx0.07m2x图 9-21 冲洗排水槽剖面图 9-20 冲洗废水的排除 f单个冲洗排水槽的排水量可按下式计算：单个冲洗排水槽的排水量可按下式计算： （9-41） g冲洗排水槽的始端尺寸：一般采用始端深度为末端深度冲洗排水槽的始端尺寸：一般采用始端深度为末端深度的一半；或槽底采用平坡，使始、两端尺寸相等。的一半；或槽底采用平坡，使始、两端尺寸相等。 槽底为三角形断面末端尺寸可按下式
33、计算：槽底为三角形断面末端尺寸可按下式计算： （9-42） 槽底为半圆形末端尺寸可按下式计算：槽底为半圆形末端尺寸可按下式计算： （9-43） h槽顶距未膨胀时滤料表面的高度为：槽顶距未膨胀时滤料表面的高度为： （9-44） 100000aqlQ单vQx单21vQx57. 421单07. 05 . 22xeHH （3）排水渠）排水渠 布置：布置： 面积小时，沿池壁一边布置；面积小时，沿池壁一边布置； 当滤池面积很大时，排水渠布置在滤池中间。当滤池面积很大时，排水渠布置在滤池中间。 排水渠的断面一般采用矩形。渠底距排水槽底高度排水渠的断面一般采用矩形。渠底距排水槽底高度Hc为：为：（m） （9-
34、45） 2 .073.1322gBQHc 6冲洗水的供给冲洗水的供给 两种：两种： 水泵冲洗；水泵冲洗； 冲洗水塔或水箱冲洗。冲洗水塔或水箱冲洗。 水泵冲洗的特点：水泵冲洗的特点： 投资省；投资省； 但操作较为麻烦；但操作较为麻烦； 在冲洗的短时间内耗电量大，往往会使厂区内供电网负荷在冲洗的短时间内耗电量大，往往会使厂区内供电网负荷骤增。骤增。 冲洗水箱的特点：冲洗水箱的特点： 造价高；造价高； 但操作简单；但操作简单； 专用水泵小，耗电量较均匀。专用水泵小，耗电量较均匀。 （1）水泵冲洗）水泵冲洗 水泵冲洗时，需考虑有备用措施。水泵流量和杨程分别为：水泵冲洗时，需考虑有备用措施。水泵流量和杨
35、程分别为： （9-46） （9-47） H0排水槽顶与清水池最低水位之差，排水槽顶与清水池最低水位之差，m； h1从清水池至滤池的冲洗管道中总水头损失，从清水池至滤池的冲洗管道中总水头损失，m； h2滤池配水系统水头损失，滤池配水系统水头损失，m。大阻力配水系统按孔口。大阻力配水系统按孔口 平均水头损失计算。以平均水头损失计算。以 代入式（代入式（9-39）得：）得：（9-48） h3承托层的水头损失，承托层的水头损失，m。可根据承托层的厚度。可根据承托层的厚度Z（m）及冲洗强度及冲洗强度q（L/sm2）计算：）计算： (9-49) qFQ 543210hhhhhHHgqh211022qZh0
36、22. 03(%)100Ff h4 滤料层的水头损失，滤料层的水头损失，m， （9-50）h5 备用水头，一般取备用水头，一般取1.52.0m。001411Lmh （2）冲洗水塔（箱）冲洗水塔（箱） 冲洗水箱一般与滤池合建，通常建造于滤池操作室层顶上，冲洗水箱一般与滤池合建，通常建造于滤池操作室层顶上，水塔（箱）中水深不宜超过水塔（箱）中水深不宜超过3m。水塔（箱）容积可按单个。水塔（箱）容积可按单个滤池冲洗水量的滤池冲洗水量的1.5倍计算：倍计算：（9-51） 水塔（箱）底高出滤池冲洗排水槽顶的高度可按下式计算：水塔（箱）底高出滤池冲洗排水槽顶的高度可按下式计算：qFtqFtV09. 010
37、00605 . 1543210hhhhhH 7气气-水联合反冲洗水联合反冲洗 气气-水联合冲洗具有下述特点：水联合冲洗具有下述特点： 冲洗效果好；冲洗效果好； 节约反冲洗水量；节约反冲洗水量； 冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下粗的分层现冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下粗的分层现象；象； 气气-水联合冲洗操作较为麻烦，池子和设备较复杂，需增水联合冲洗操作较为麻烦，池子和设备较复杂，需增加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。 气气-水联合冲洗有水联合冲洗有3种操作方式：种操作方式： 先气洗，后水洗；先气洗，后水洗； 先气水混合洗，再用水洗；先气水混
38、合洗，再用水洗； 先气洗，再气水混合洗，最后用水洗（或漂洗）。先气洗，再气水混合洗，最后用水洗（或漂洗）。 气气-水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在10min左右。左右。 气气-水联合冲洗时常用长柄滤头或复合气水反冲洗配水滤砖水联合冲洗时常用长柄滤头或复合气水反冲洗配水滤砖进行布气与布水，其结构如图进行布气与布水，其结构如图9-22和图和图9-23所示。所示。水水水水气气/水气/水单独水冲气/水反冲水气/水图 9-22 复合气水反冲洗配水滤砖 套筒滤帽滤板直管气水图 9-23 气-水同时冲洗时长柄滤头工况示意 9.5 普通快滤池普通快滤池 9.5.1 基本参数基本
39、参数 1.滤速滤速 设计滤速一般为设计滤速一般为810m/h。 2.滤池总面积滤池总面积（9-52） （9-53） 3.个数和单池面积个数和单池面积 一般单池面积不大于一般单池面积不大于100m2。 滤池的个数在设计时应根据技术经济比较确定，但不得小于滤池的个数在设计时应根据技术经济比较确定，但不得小于两个，可参考表两个，可参考表9-8选用。选用。 单个滤池面积（单个滤池面积（m2）可根据滤池总面积）可根据滤池总面积F（m2）与滤池个数）与滤池个数N进行计算，如下式所示：进行计算，如下式所示： （9-54） vTQF 100ttTTNFf 表表9-8 滤池个数滤池个数滤池总面积（滤池总面积（m
40、2）滤池个数滤池个数302305031003或或4150462005630068 4.滤池深度滤池深度 滤池深度包括，滤池深度包括， 保护高：保护高：0.250.3m； 滤层表面以上水深：滤层表面以上水深：1.52.0m； 滤层厚度：见表滤层厚度：见表9-2； 承托层厚度：见表承托层厚度：见表9-5和表和表9-6。 因此，滤池的总深度一般为因此，滤池的总深度一般为3.03.5m。单层石英砂。单层石英砂滤池深度一般稍小；双层和三层滤料滤池深度稍大。滤池深度一般稍小；双层和三层滤料滤池深度稍大。 5管廊布置管廊布置管廊：是指集中布置滤池的管渠、配件及阀门的场所，管廊：是指集中布置滤池的管渠、配件及
41、阀门的场所，要求如下：要求如下：（1）力求紧凑，简捷；）力求紧凑，简捷；（2）留有设备与管配件安装、维修时必须的空间；）留有设备与管配件安装、维修时必须的空间；（3）具有良好的防水、排水、通风、照明设备；）具有良好的防水、排水、通风、照明设备；（4）便于与滤池操作室联系；）便于与滤池操作室联系；（5）管廊中的管道一般用金属材料，也可用钢筋混）管廊中的管道一般用金属材料，也可用钢筋混凝土渠道；凝土渠道；（6）管廊门及通道应允许最大配件通过，并考虑检）管廊门及通道应允许最大配件通过，并考虑检修方便。修方便。 几种管廊布置方法见图几种管廊布置方法见图9-24，滤池数小于，滤池数小于5个时，滤池宜采个
42、时，滤池宜采用单行排列，管廊位于滤池的一侧。当滤池数超过用单行排列，管廊位于滤池的一侧。当滤池数超过5个时，个时，滤池宜采用双行排列，管廊位于两排滤池的中间。后者布置滤池宜采用双行排列，管廊位于两排滤池的中间。后者布置紧凑，但管廊通风、采光不如前者，检修也不太方便。紧凑，但管廊通风、采光不如前者，检修也不太方便。(a)清水渠冲洗水渠排水渠进水渠(b)进水渠进水渠清 水 渠冲 洗 水 渠 进水管清水管冲洗水管排水管排水渠排水槽(c)图 9-24 快滤池管廊布置冲洗水管清水渠清水管排水渠排水虹吸管真空管泄气管排水槽进水虹吸管真空管进水渠冲洗水渠冲洗水箱H0(d) 管廊布置主要有如下四种形式：管廊布
43、置主要有如下四种形式：（1）进水、清水、冲洗水和排水渠，全部布置于管廊内，如）进水、清水、冲洗水和排水渠，全部布置于管廊内，如图图9-24（a）所示。特点：渠道结构简单，施工方便，管渠）所示。特点：渠道结构简单，施工方便，管渠集中紧凑，但管廊中管件较多，通行和检修不太方便。集中紧凑，但管廊中管件较多，通行和检修不太方便。（2）冲洗水和清水渠布置于管廊中，进水和排水渠布置于滤）冲洗水和清水渠布置于管廊中，进水和排水渠布置于滤池另一侧，如图池另一侧，如图9-24（b）所示。特点：可节省金属管件及）所示。特点：可节省金属管件及阀门，管廊内管件简单，施工和检修方便。但造价稍高。阀门，管廊内管件简单，施
44、工和检修方便。但造价稍高。（3）进水、冲洗水及清水管均采用金属管道，排水渠单独设）进水、冲洗水及清水管均采用金属管道，排水渠单独设置，如图置，如图9-24（c）所示，特点：通常用于小型水厂或滤池）所示，特点：通常用于小型水厂或滤池单行布置。单行布置。（4）对于较大滤池，为节约阀门，可以将进水和排水阀门分）对于较大滤池，为节约阀门，可以将进水和排水阀门分别用进水虹吸和排水虹吸代替，冲洗水管和清水管仍用阀门，别用进水虹吸和排水虹吸代替，冲洗水管和清水管仍用阀门，如图如图9-24（d）所示。特点：虹吸管通水或断水以真空系统）所示。特点：虹吸管通水或断水以真空系统控制。控制。 快滤池管渠流速可根据表快
45、滤池管渠流速可根据表9-10确定。确定。表表9-10 管渠流速管渠流速名称名称流速（流速（m/s）名称名称流速（流速（m/s）进水管（渠）进水管（渠）0.81.2清水管清水管(渠渠)2.02.5清水管清水管(渠渠)1.01.5排水管排水管(渠渠)1.01.5 6设计注意事项设计注意事项 （1）滤池清水管应设短管或留有堵板）滤池清水管应设短管或留有堵板,管径一般采用管径一般采用75200mm，以便滤池翻修后排放初滤水。，以便滤池翻修后排放初滤水。 （2）滤池底部宜设有排空管，其入口处设栅罩，池底坡度约）滤池底部宜设有排空管，其入口处设栅罩，池底坡度约为为0.005，坡向排空管。，坡向排空管。 （
46、3）配水系统干管末端一般装有排有排气管。）配水系统干管末端一般装有排有排气管。 （4）每个滤池宜设置水头损失计及取样管。）每个滤池宜设置水头损失计及取样管。 （5）各种密封渠道上应设有人孔，以便检修。）各种密封渠道上应设有人孔，以便检修。 （6）滤池池壁与砂层接触处抹面应拉毛，以免过滤时水流在）滤池池壁与砂层接触处抹面应拉毛，以免过滤时水流在该处形成该处形成“短路短路”而影响水质。而影响水质。 9.6 无阀滤池无阀滤池9.6.1 重力式无阀滤池的构造重力式无阀滤池的构造 重力式无阀滤池的结构如图重力式无阀滤池的结构如图9-25所示。所示。1212114517689201610151314191
47、83HH0图 9-25 无阀滤池过滤过程1-进水分配槽； 2-进水管； 3-虹吸上升管； 4-伞形顶盖； 5-挡板；6-滤料层； 7-承托层； 8-配水系统； 9-底部配水区； 10-连通渠；11-冲洗水箱； 12-出水渠； 13-虹吸辅助管； 14-抽气管； 15-虹吸下降管； 16-水封井； 17-虹吸破坏斗； 18-虹吸破坏管； 19-强制冲洗管； 20-冲洗强度调节器7 二重力式无阀滤池的设计要点二重力式无阀滤池的设计要点 1 进水系统进水系统 （1） 进水分配槽进水分配槽 （2）进水管）进水管U形存水弯形存水弯 2 滤池面积与高度滤池面积与高度 3 冲洗水箱冲洗水箱 4 虹吸管的计算
48、虹吸管的计算 三三.优缺点优缺点 无阀滤池一般用于中、小型水厂。单池面积一般不大于无阀滤池一般用于中、小型水厂。单池面积一般不大于16 m2。 优点：优点： 它不需大型阀门，冲洗完全自动，造价较低，操作管理它不需大型阀门，冲洗完全自动，造价较低，操作管理较为方便，过滤过程中不会出现负水头现象。较为方便，过滤过程中不会出现负水头现象。 缺点：缺点： 池体结构较复杂，滤料装御困难，冲洗水箱位于滤池上池体结构较复杂，滤料装御困难，冲洗水箱位于滤池上部，出水标高较高，相应抬高了滤前处理构筑物如沉定池或部，出水标高较高，相应抬高了滤前处理构筑物如沉定池或澄清池的标高，从而给水厂处理构筑物的总体高程布置带
49、来澄清池的标高，从而给水厂处理构筑物的总体高程布置带来困难。困难。 9.7 虹吸滤池虹吸滤池9.7.1 构造构造见图见图9-26。 12171545316109786111213冲洗过滤图 9-26 虹吸滤池的构造1-进水槽； 2-配水槽； 3-进水虹吸管； 4-单格滤池进水槽； 5-进水堰； 6-布水管；7-滤层； 8-配水系统； 9-集水槽； 10-出水管； 11-出水井； 12-出水堰； 13-清水管；14-真空系统； 15-冲洗虹吸管； 16-冲洗排水管； 17-冲洗排水槽 9.7.2 设计要点设计要点1 滤池分格数滤池分格数2 滤池的总深度滤池的总深度三三.优缺点优缺点优点：优点：
50、不需要大型阀门及相应的启闭控制设备，也无管廊；可以不需要大型阀门及相应的启闭控制设备，也无管廊；可以利用滤池本身的出水量、水头进行冲洗，不需要设置冲洗高利用滤池本身的出水量、水头进行冲洗，不需要设置冲洗高位水箱或水泵；可以在一定的范围内，根据来水量的变化自位水箱或水泵；可以在一定的范围内，根据来水量的变化自动均衡地调节各格滤池的滤速，不需要滤速控制设施；滤出动均衡地调节各格滤池的滤速，不需要滤速控制设施；滤出水水位永远高于滤层，不会发生负水头现象。水水位永远高于滤层，不会发生负水头现象。缺点：缺点： 池深较大；不能排放初滤水；冲洗强度受其它几格滤池出池深较大；不能排放初滤水；冲洗强度受其它几格