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水利工程论文-无烟煤均质滤层过滤技术试验研究及工程应用.doc

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水利工程论文-无烟煤均质滤层过滤技术试验研究及工程应用.doc

水利工程论文无烟煤均质滤层过滤技术试验研究及工程应用摘要本文介绍了无烟煤均质滤层过滤技术试验研究内容和结果;简略阐述了滤速与产水量的关系、滤料粒度对过滤效能的影响、L/D值的重要性以及为保证滤层均质状态的气水反冲洗过程;文章还介绍了北京市第九水厂二期无烟煤均质滤层滤池的主要设计参数和生产运行测定结果。关键词无烟煤均质滤层过滤效能自从快滤池取代慢滤池以来的几十年间,普通砂滤料过滤技术已经十分成熟,得到极广泛的应用。但是普通砂滤池滤层经膨胀状态下反冲洗后形成上细下粗颗粒的逆向级配,在一般正向过滤的情况下纳污能力距理想滤层相距甚远。煤砂双层滤料滤池和煤砂磁铁矿三层滤料滤池在滤层结构上取得了重大进展,但由于铺设、分层、反冲洗等问题,使建立在快滤机理上的过滤潜力难以充分发挥。以不膨胀或低膨胀、气水反冲洗为基础条件的均质滤层过滤由于滤料颗粒在滤层垂直方向分布的均匀性,在滤厚度与滤料粒径比合理的情况下,滤料粒径适当加大,提高了纳污能力;滤层厚度适当加深,保证了滤后水质。这样使滤池单位面积周期产水量增加,即或可提高滤速或可延长过滤周期,同时降低反冲洗耗水率,降低建设投资,带来更多的经济和社会效益。虽然近几年法国V型滤池引入我国,但我国尚缺乏一套完整、系统的科学理性认识和参数群,为此建设部立项、北京市市政工程设计研究院开展了均质滤层过滤技术研究。该项目是建设部“八五”重点科技项目,其成果获九八年建设部科技成果二等奖、九九年建设部重点科技推广项目。本文仅就无烟煤均质滤层过滤试验研究及在北京市第九水厂二期工程中应用情况作简要介绍。1试验流程与试验内容11试验流程及装置试验工艺流程见图1。混合采用快速轴流式机械搅拌。絮凝采用波形板竖流式三段絮凝。沉淀为侧向流波形斜板沉淀。试验滤池为钢管筒式结构,构造示意见图1。滤池筒体直径12M,总高52M,过滤面积113M2。垫层为级配河卵石。滤头为窄缝式长柄滤头。应当指出,本试验滤池规模已达到生产性规模,试验水量大是本试验与一般过滤试验显著不同的特点之外,由于滤池直径大而大大降低了湿周对过滤的影响,使试验滤池反冲时的状况特别是形成的滤层与实际生产更为接近。12试验方案与内容试验原水分自然浊水与配浊水。无烟煤滤料粒度分三种DMINDMAX100200MM、D10110MM;DMINDMAX125250MM、D10133MM;DMINDMAX143280MM、D10148MM。滤料厚度分二种11M和15M。滤速分二种10M/H和20M/H。反冲洗方式为气、气加水、水三段式气水反冲洗,膨胀率为7%。气冲阶段气冲强度1517L/M2S、历时3MIN;气水同时冲洗阶段气冲强度不变、水冲强度45L/M2S、历时35MIN;水冲阶段强度620L/M2S、历时58MIN。过滤方式为等滤速定水头过滤。2试验结果与讨论21试验结果将试验变量恰当组合安排,组合排列过滤试验8组,每组试验分别进行36个过滤周期,试验结果见表1。无烟煤滤料过滤结果统计表1序进水条件前处理条件有效粒径厚度M滤速M/H膨胀率进水浊度NTU沉淀出水浊度NTU过滤出水浊度NTU周期H产水量M3/M2试验次数1自然浊常规110151070730630174646032自然浊常规133151070760630195555033自然浊常规11015207108O730232346054自然浊常规133152070860640192856065配浊常规1101510724341200133838046配浊常规1101520726303430202040047配浊直接1101110710200212222038配浊直接148111071020025282803试验结果表明,对于本试验用原水,选取本试验用参数,可获得高质量的过滤出水,周期过滤出水平均浊度低于03NTU。22讨论与分析221滤速与周期产水量将表1中滤料粒径相同、前处理条件相同、滤速不同的过滤试验滤出水浊度和单位面积滤池周期产水量整理,得表2。滤速与周期产水量对应统计表2粒径MM前处理条件单位面积周期产水量M3/M2差值试验序号滤速10M/H滤速20M/H110自然浊常规46046001;3133自然浊常规550560102;4110配浊常规380400205;6从表2可以看出,10M/H滤速时单位面积滤池周期产水量和20M/H滤速时相差无几,有的滤程没有差别。这说明滤速的大小(至少在10M/H20M/H范围内)对过滤周期产水量影响不大。美国洛杉矶水厂粗滤料厚滤层滤池建设前的研究报告WETERTREATMENTPILOTSTUDIESFORTHELOSANGELESAQUEDUET称“试验原水经预臭氧,通过厚6英尺的无烟煤滤层过滤,滤速135加仑/英尺2分,其滤程为28小时;滤速18加仑/英尺2分,其滤程为22小时。两者滤程产水量分别为22700加仑/英尺2和23800加仑/英尺2。”说明滤速变化对滤池产水量无大影响。如是,在评价滤池特性时,单位面积滤池周期产水量可以作为一项评价因素,而滤速对其影响可以略去。这为设计中适当提高滤速提供了实践上的支持。222滤料粒度对过滤的影响按唯象观点即不涉及机理,认为过滤是水中悬浮物被截留的过程,被截留的悬浮物充塞于滤料间的孔隙中。在同种滤料、相同反冲洗条件下,滤层孔隙尺度以及有效孔隙率随滤料粒度的加大而增加。即滤料粒度越粗,可容纳悬浮物的有效空间越大。其表现为过滤能力增强,截污量增大。同时,滤层孔隙度越大,水中悬浮物能被更深地输送至下一层滤层,在有足够保护厚度的条件下,悬浮物可以被更多地截留,使中下层滤层更好地发挥截留作用,滤池截污量增加。从力学特性讲,过滤水流在滤料层中的流动与滤料颗粒间的水流剪力则具有使被截留吸附在滤料颗粒表面的悬浮物剥落的可能,并同时产生附加水头,即产生水头损失。滤料粒度增大,孔隙尺度加大,有效孔隙空间增加,过水通道尺度大,过滤水流阻力减弱,水头损失增量将得以延缓,其结果达到规定水头损失的过滤周期得以延长,产水量得以增加。下列表3是无烟煤滤料不同粒径过滤能力比较的试验数据。无烟煤滤料不同粒径过滤能力比较表3组别试验序号有效粒径MM滤速M/H进水浊度NTU出水浊度NTU截留浊度NTU周期产水量M3/M2过滤能力指数比值A1110100630170464602111115213310063019044550242B3110200730230504602301110413320064019045560252C71101010200219992202197112681481010200259952802786表中“过滤能力指数”为过滤进出水浊度差即截留浊度与周期产水量的乘积(截污能力)。

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