（土木工程专业论文）生活用水制水系统技术优化研究.pdf

中文摘要 针对钢铁公司生活用水系统存在的问题，本文在实验及理论分析的基础上， 通过对双层滤料( df l1 2 1 3 8 m m ，d 目p = o8 1o m m ，d 孵= 2 0 2 3 m m ) 和深 层均质滤料( d 砂_ 1 0 1 8 m m ) 微絮凝直接过滤性能与气水反冲洗效果的研究， 取得了较为满意的成果。 1 过滤方面 a ) 影响直接过滤性能的主要因素是加药量、原水浊度、滤速及滤料级配等； b ) 级配双层滤料中发挥截污作用的主要是轻质滤料，重质滤料则起保证水 质作用，均质滤料较级配双层滤料截污作用的滤料层更厚。 c ) 对于直接过滤，在出水水质方面双层滤料略胜于均质滤料在其他方面均 质滤料则优于双层滤料。 2 反冲洗方面 a ) 不合适的气水反冲洗参数会造成双层滤料滤层的完全混杂及滤料流失； b ) 双层滤料需要采取一定的脉冲反洗方式来解决滤料流失和分层混杂适 度的问题。 c ) 均质滤料需要控制单水漂洗强度以防止反洗膨胀造成的水力分级； d ) 双层滤料反洗中需要保持一定预留水位才能取得较好的反洗效果。 e ) 压力过滤器反洗时，排气管直径过小是造成无烟煤流失的主要原因。 关键词：直接过滤 级配过滤均质过滤气水反冲洗反洗程序 空气反洗数学分析 a bs t r a c t o nt h eb a s eo fe x p e r i m e n ta n dt h e o r ya n a l y s i s ，t h ef i l t r a t i o np r o p e r t yo f d o u b l e d e c kf i l t e r i n gm a t e r i a la n du n i f o r mf i l t e r i n gm a t e r i a lw e r es t u d i e d t h e a i r - w a t e rb a c k w a s h i n gw e r es t u d i e da tt h es a m et i m e t h ed o u b l e d e c kf i l t e r i n g m e d i u m c o n s i s t i n g o fa n t h r a c i t ea n da r e n a c e o u s q u a r t s ，t h e d i a m e t e ra r e 1 1 2 - 1 3 8 m ma n d08 1 0 m m , 2 0 - - 2 3 m m r e s p e c t i v e l y t h eu n i f o r mf i l t e r i n g m e d i u m d i a m e t e ri s1 0 - - 1 8 m m t h es a t i s f a c t o r yr e s u l t sh a v eb e e no b t a i n e da s f o l l o w s i nt h ea s p e c to f f i l t r a t i o n ( 1 ) t h ea m o u n to ff i o c c u l a f i o na g e n t ，t h et u r b i d i t yo fw a t e r , t h ev e l o c i t yo f f i l t r a t i o na n dt h ec o m p o s i t i o no ff i l t e r i n gm e d i u ma n dm a j o rf a c t o r st h a tm a k eag r e a t e f f e c to nf i l t r a t i o np r o p e r t y ( 2 ) i nd o u b l e d e c kf i l t e r i n gm e d i u m ，t h el i g h tf i l t e r i n gm e d i u mi sm a i n l yi n c h a r g eo fi n t e r c e p t i n gs l u d g ea n dt h eh e a v yo n ei sp r i m a r i l yr e s p o n s i b l ef o re n s u r i n g t h eq u a l i t yo f e f f l u e n t ( 3 ) i nd i r e c tf i l t r a t i o nt h eq u a l i t yo fe f f l u e n to ft h ed o u b l e d e c kf i l t e r i n gm e d i u m i sp r i o rt ot h eu n i f o r mo n e s b u ti no t h e ra s p e c t st h el a t e ri sp r i o rt ot h ef o r m e r i nt h ea s p e c to f b a c k w a s h i n g ( 1 ) t h ei m p r o p e rp a r a m e t e ro fa i r - w a t e rb a c k w a s h i n gl e a d st ot h et h o r o u g h m i x t u r eo f f i l t e rb e da n dt h ef i l t e r i n gm e d i u mw a s h e do f f ( 2 ) i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo ft h ef i l t e r i n gm e d i u mw a s h e do f fa n dt h e t h o r o u g hm i x t u r eo ff i l t e rb e d , t h ep u l s eb a c k w a s h i n gi sn e e dt ot h ed o u b l e d e c k f i l t e r i n gm e d i u m ( 3 ) t op r e v e n tt h ew a t e r p o w e rc l a s s i f i c a t i o n , d u r i n gt h eu n i f o r mf i l t e r i n gm e d i u m b a c k w a h i n g ，t h es t r e n g t ho f t h ef i n a lb a c k w a s h i n go n l yw i t hw a t e rn e e d s t oc o n t r 0 1 ( 4 ) i nb a c k w a s h i n g , t og e tt h eg o o dr e s u l t , t h ed o u b l e d e c kf i l t e r i n g m e d i u m n e e d sd e f i n i t ep r e s e tw a t e rl e v e l ( 5 ) i np r e s s u r ef i l t e rb a c k w a s h i n g ，t h ee x h a u s tp i p sd i a m e t e ri st o os m a l l ，w h i c h i st h em a j o rf a c t o rt h a tm a k e st h ea n t h r a c i t ew a s h e do f f k e y w o r d s ： d i r e c tf i l t r a t i o n , d o u b l e - d e c k f i l t e r i n gm e d i u m ，u n i f o r mf i l t e r i n gm e d i u m ， a i r - w a t e r b a c k w a s h i n g ，b a c k w a s h i n gp r o g r a m ，m a t h e m a t i c a la n a l y s e o f a i r b a c k w a s h i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下迸行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得吞凄盘堂或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名身洳漆签字吼 一钿尹 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫壅盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤生盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 签名j 啄嚆 签字日期：7 西6 年易月7 铂 导师签名黍量与 签字日期：即年月巧月 第一章课题背景、由来与意义 1 1 课题背景 第一章课题背景、由来与意义 在各种市政给水处理工艺流程中，过滤处于承前启后的地位，必不可少。 其功效一方面是进一步降低来水浊度，另一方面则使残留下来的病毒及细菌失 去保护，为后序的消毒及各种深度处理创造条件。 过滤自诞生至今，百余年来作为一种重要的水处理工艺，许多专业工作者 一直致力于此项技术的研究，在大量的生产实践中积累了许多有关运行和操作 方面的宝贵经验。但由于过滤中的影响因素众多且相互交织，到目前为止，还 是难以给出一个较为准确的理论模式。在近半个世纪的历程中，过滤理论在困 惑中有一定的发展。过滤技术得以改善和提高，各种过滤机理的研究日趋深入。 在滤池运行过程中，当水头损失及出水浊度之一超过其各自预先设定的数 值时，过滤就必须停止。此时需要借助反冲洗，以恢复滤层的正常截污能力。 因此，反冲洗是保证滤池正常运行的关键。反冲洗效果如何，对滤池下一周期 工作状况的影响举足轻重。目前，国内外采用的反冲洗方式有水反冲洗、气水 反冲洗及表面冲洗几类，这里仅就气水反冲洗加以简介。 在水反冲洗前或水反冲洗同时，由滤料层下部通入空气，通过上升气泡搅动 滤料层，使粘附在滤料层中的污物分离，再用低速水流把污物从滤层中排出。 此冲洗方式需要更优良的配水和集水装置并与专用滤头或滤砖配合使用，在原 有水冲洗系统基础上加设一套供气系统及附属设备，就国内外的情况来看，研 究应用较多的有以下几种： l 、先单独气冲，然后用水进行反冲洗； 2 、先气水联合冲洗，然后再进行单独水漂洗； 3 、脉冲反冲洗，即在反冲洗过程中，间断用一定强度的水( 或气) 冲洗， 历经数个周期后停止水( 或气) 洗，并相应调整水反洗强度，达到要求后停止。 气水反冲洗般较适用于“快滤型”的滤池的设计和改造，以先气后水冲洗法 最为古老最为广泛，而气水联合冲洗正日益受到人们的重视，要求滤料的粒径 较粗，且以单层滤料的效果最佳，从大量的生产实践和研究中，总结出气水冲 洗具有以下特点： 1 滤床基本不发生分级现象，冲洗较干净彻底，可有效防止泥球的产生： 2 不必担心由于滤料过度膨胀而导致滤料流失，出水槽间距可以加大； 3 为提高滤料层的含污能力而采用较粗滤料时，不必增大反洗强度且气水 同时反洗时，水冲洗强度可酌情减小； 4 为使反冲洗的空气和水能在滤层均匀分布，需设置较特殊的集水装置， 1 第一章课题背景、由来与意义 同时承托层厚度可相应的减小甚至为防止反冲时操作不当产生砾石移动而不设 承托层。 气水反冲洗的这些特点，对克服级配滤料滤池和常规水冲洗的弊端，提高效 益，减少滤池基建，运行费用及对滤池的改造具有重要意义。鉴于斯，本课题 将着力于探讨气水联合反洗在双层无烟煤、石英砂滤料及深层均质石英砂滤料 中的运用。 1 2 课题由来及意义 1 2 1 课题由来 本试验的水源来自某自备调蓄水库停留一段时间后的低浊水源。水库的有效 容积约为l ，2 0 0 万r a 3 。该水源供工业和生活用，其生活用水处理系统采用微絮 凝过滤工艺。现在生活水作业区有压力式双层滤料过滤器8 台，每台直径5 m ， 设计处理能力5 ，0 0 0 m 3 d ，最大供水能力为3 0 ，0 0 0 m 3 d 。过滤器原设计进水浊 度为5 0 n t u ，最大允许浊度为1 2 0 n t u 。经过几年的实际运行，发现存在如下 问题： ( 1 ) 过滤器实际运行达不到设计处理能力 当进水浊度超过1 2 n t u 时，过滤周期较短；当迸水浊度达4 0 5 0 n t u 时， 过滤l 2 小时就出现浊度穿透，过滤器无法正常运行。 ( 2 ) 滤料流失严重 过滤器采用双层滤料( 无烟煤、石英砂) ，运行中发现：当冲洗强度小时， 滤料冲洗不净，而当增加冲洗强度时，则出现大量滤料一无烟煤的流失，以至 必须经常添加新滤料，同时还发现有严重的滤料混杂现象。 ( 3 ) 下部滤料板结、积泥情况严重 在下部石英砂滤层中，经抽样镜检发现，存在大量黄黑色粘性泥球，并带有 大量的硅藻残壳。底层还发现铝盐胶体，铝含量高达4 1 l m 鲫。 针对上述问题，对目前工艺设备必须进行系统的研究，以改善现有压力式过 滤器的技术性能而为今后的整个系统的技术改造提出科学依据和方案。 滤池池型和过滤方式的改进对于新建滤池是较易实现的，但对于现有的滤 池，则应着眼于在不作过多变动的情况下，经济有效地提高其过滤性能。此时 滤层结构的调整以及选择合适的反冲洗方式就自然成为一个重要发展方向。 在适合目前过滤器设计及构造的基础上如何选择滤料粒径、滤粒厚度、滤 速及相应的气水联合反冲洗参数组合，就成了我们要研究的课题。 2 第一章课题背景、由来与意义 1 2 2 课题意义 随着科学技术工业生产的发展和人民生活水平的提高，对水量和水质的要 求越来越高，就我国目前的给水设施而言远不能满足这一日益增长的要求，根 据有关专家的测估，以9 0 年造价计，1 9 9 0 年人国城市供水量约为7 0 0 亿o 年， 而2 0 0 0 年需水量约为1 11 7 亿r a 3 年，缺水达4 1 7 亿m 3 匀e ，需建产水量l o 万 m 3 d 的水厂11 4 2 个，投资达3 4 3 4 5 7 亿元。如完全依靠建造新水厂来解决用 水短缺问题，这既是一笔国力难以承受的惊人投资，又不能解决近期缺水问题， 因而在建设一定量新水厂的同时，对原有水厂特别是为数众多的滤池进行挖潜 改造，工艺革新，无疑将是一条适合国情，多、快、好、省的途径。 采用先进的适合自身水质特点的过滤工艺是建造新水厂，对滤池改造的关 键。随着均质滤料诸如：平均滤速高，单位面积滤池产水量大，过滤周期长， 水头损失增长缓慢，运行管理方便，不会出现滤料分层现象，清洗较彻底，工 程造价较低，滤料更换周期长，来源广泛，质量易保证等优点为人们的认知， 国内许多院校和科研机构对均质滤料进行了大量实验研究，并于9 0 年代初在水 厂设计和生产运行中开始推广，并在具体生产中取得了较高的效益，尽管气水 反冲洗技术和滤料的改进在我国有了长足进步，但由于一些设计和生产单位对 其适用范围，运行机理，没能全面透彻地了解，真正吃透这一技术的核心而一 味的模仿套用，造成了设计组合失误，参数选择欠妥，而导致效果不佳。在新 水厂的建设、老厂的挖潜中不能充分发挥其先进高效的优越性。所以对气水联 合反冲洗，均质滤料技术的研究开发、推广，既有眼前迫切需要，又有广泛的 应用前景和深远意义。 第二章研究内容、方法、试验装置、检测项日 第二章研究内容、方法、试验装置、检测项目 2 1 研究内容和方法 本实验采用图2 1 的试验装置，共两套。滤层高度与生产滤池按l ：l 设计， 滤层结构基本上做到与生产滤池相似。实验分前后两阶段进行，前一阶段采用 变水头等速过滤的方式运作，原水与生产用水相同，药剂也与生产用相同，药 剂浓度及加药量自行控制。通过对生产中所采用的滤层结构的模拟，确定适合 于生产的滤速及加药量。通过对气水反冲洗的研究，确定防止跑煤并能稳定分 层的反冲洗方式。另外选用合适的深层均质粗滤料做对比试验，同时对深层均 质粗滤料的气水反冲洗进行一定的研究，以寻求适合该种水源水质的过滤方式。 2 1 1 研究预期目标 ( 1 ) 对原水进行模拟试验，在出水浊度小于3 n t u 的前提下，当进水浊度 在2 0 n t u 以内时，要求运行周期达到2 0 小时以上；当进水浊度在2 0 n t u 3 0 n t u 时，要求运行周期为1 2 1 5 小时。当进水浊度在3 0 n t u 5 0 n t u 时， 要求运行周期为8 小时以上。 ( 2 ) 根据季节变化，通过模型试验提出适合现行生活水厂微絮凝接触过滤 工艺的反冲洗强度及操作程序。 ( 3 ) 通过对现有压力式过滤器运行情况的分析，提出压力式过滤器的技术 改造方案，解决压力式过滤器滤料流失及结泥球等问题。 2 1 2 研究内容和实验控制指标 1 前阶段实验内容 ( 1 ) 根据生产采用的滤料级配初步选定实验所需的无烟煤和石英砂滤料的 粒径范围。 ( 2 1 筛选滤料并进行必要的相关数据的测定。 ( 3 ) 通过搅拌试验确定合适的加药量范围。 ( 4 ) 研究不同滤速及不同加药量下双层滤料的过滤性能。 ( 5 ) 在对生产所采用的气水反冲洗强度及操作方式的模拟基础上，通过试验 确定正确的气水反冲洗强度和操作程序。 2 后阶段实验内容 ( 1 ) 在前阶段试验的基础上选定均质滤料的粒径，并对原有双层滤料进行必 4 第二章研究内容、方法、试验装置、检测项目 要的级配调整。 ( 2 ) 研究均质滤料与双层滤料相同工况下的过滤性能。 ( 3 ) 通过小规模试验确定均质滤料的气水反冲洗参数，并进行必要的验证。 3 试验控制指标 过滤过程中保持滤速不变，采用4 个指标作为过滤试验结束指标。 ( 1 ) 过滤时间超过3 0 h ； ( 2 ) 附加水头损失超过1 8 m ； ( 3 ) 滤后水浊度超过2 5 n t u ； ( 4 ) 煤面上水深达到溢流水位 这4 个指标任一个达到即认为过滤结束，立即进行反冲洗。 2 2 试验装置及仪器设备 2 2 1 试验装置 本试验所采用的装置及工艺流程图见图2 - 1 ，试验设备位于清水池和废水池 问的管廊上方。 l 、进水泵 2 、滤柱 图2 1 试验装置流程图 7 、滤料1 3 、反冲洗排水管 8 、空压机1 4 、反冲洗排水槽 第二章研究内容、方法、试验装置、检测项目 3 、滤柱9 、长柄滤头1 5 、反冲洗进气管 4 、测压板l o 、转子滚量计1 6 、反冲洗水管出水管 5 、测压管1 1 、溢流管1 7 、滤后水 6 、取样口1 2 、进水管 注： a 、滤柱：采用透明有机玻璃制作，两套滤柱直径均为2 8 0 m m ，高为4 5 m ， 装q s 型长柄滤头3 只，相当于4 8 7 5 只m 2 ，开孔率o 8 3 。过滤柱- - 便t j 每隔 1 5 c m 设一测压口，底部测压口距滤柱底板2 0 e m 。 b 、投药点：采用泵前吸水管口直接投加。 c 、药槽：为1 0 l 园桶。 d 、反冲洗水源：为水厂清水池水。 e 、反冲洗气源：由空压机提供。 2 2 2 测试项目和仪器设备 1 、测试项目 ( 1 ) 试验用石英砂无烟煤滤料的密度、孔隙率、级配 ( 2 ) 过滤测试项目 水温、进出水浊度、进水流量、过滤时不同层厚的水头损失、过滤时间 ( 3 ) 加药量及变换时间 ( 4 ) 反冲洗测试项目 气、水反冲洗强度、水温、p h 值、时间、砂流量、反冲洗排水浊度 2 、本实验所采用的仪器和设备见表2 1 表2 1 仪器与设备表 项目仪器与设备 温度温度计( 0 5 0 ) 进水l z b - - 4 0 型 a 柱进水l z b - - 2 5 型 流量 b 柱进水l z b - - 2 5 型 进气l z b 一1 5 型 反冲洗水l z b - - 5 0 型 浊度美国h a c h 2 0 0 0 n 型 恒器 电光分析天平t g 3 2 8 a ( o 0 0 0 1 9 ) 药物天平( 0 0 1 9 ) 6 第二章研究内容、方法，试验装置、检测项目 续表2 - 1 仪器与设备表 砂筛通用标准筛 加压空气机( 气) 水泵( 水) 比重李氏比重瓶 烘干 烘箱( o 1 0 5 ) 计时秒表 加药美国m i l t o n r o y a 9 6 3 - 1 6 8 s 型计量泵 水头损失测压板上设1 1 根小l o 测压管 7 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 影响过滤的因素非常复杂，诸如原水水质、水温、滤料粒径、形状和级配、 滤速、混凝剂和助滤剂的性质及投加量、滤床厚度等，都影响着过滤过程。本 试验限于条件仅就滤速、混剂投量、原水浊度对过滤的影响加以探讨。 3 1 试验条件和方法 3 1 1 试验条件 ( 1 ) 试验装置如图2 1 ( 2 ) 水源 试验用原水取自水厂蓄水池水。水质较好，浑浊度低，常年多为1 0 n t u 左 右，由于原水中藻类较多，因此具有明显的鱼腥味和泥土臭味，这在夏季高温 季节尤甚。 ( 3 ) 混凝剂配制 混凝剂选用工业硫酸铝，其配制过程：工业硫酸铝( 2 0 溶液) - - 9 稀释( 1 0 2 0 倍) - - 9 容器_ 计量泵投加一原水( 水泵水口) ；混合液由水泵送入滤柱上部 进水口，原水中的实际混合微絮凝时问约为4 0 s 。 ( 4 ) 试验用滤料 1 ) 石英砂滤料 本试验前期采用的石英砂分为细砂和粗砂两种，两者均具有球形度较好的 特点。细砂粒径：o 6 1 8 m m ，d l o = 0 6 4 ，d s o = 1 1 2 ，k 8 0 _ 1 7 5 粗砂粒径：1 2 2 4 m m ，d l o = 1 4 1 ，d s o - 2 1 ，k s o = 1 5 后期改为深层均质滤料，石英砂经过筛选粒径为1 2 5 1 8 1 ，d l o = 1 3 2 ， d 8 俨1 8 2 ，k s f l 4 2 ) 无烟煤滤料粒径： 本试验前期所选用的无烟煤滤料具有明显的光泽，表面粗糙，棱角较多， 杂 质及扁平脆弱性物质含量很少等特点是较理想的滤料。d 埔l o = 1 1 2 ，d 煤 = 13 8 ，k 堞= 1 2 3 。 3 ) 密度p 和孔隙率m 无烟煤：p = 1 4 2 9 c m 3 m = 5 3 各种石英砂： 8 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 细砂：p = 2 6 6 9 c m 3 e = 4 1 7 粗砂：p = 2 6 3 9 e r a 3 e = 4 3 8 3 均质砂：p = 2 6 4 9 c m 3 e = 4 3 7 分界面处粒径：d 埔。d 砂。= 1 4 4 0 5 2 = 2 8 ( 5 ) 滤层设计： 由于试验的主要要求和目的是通过模拟生产运行，对已有滤池的运行条件及 运行参数进行校核和优化，因此在滤层结构上除做到滤料级配与生产滤池基本 相一致之外，滤层厚度也做到彼此一致，仅在后期提出优化措施之后作一些变 动，具体如下： 1 ) 前期： a 柱模拟生产滤池1 4 号，无烟煤8 0 e m ，细砂3 0 c m ，粗砂6 0 c m ，滤层 厚1 7 0 c m ，砾石层l o o m b 柱模拟生产滤池5 8 号，无烟煤8 0 c m ，细砂6 0 c m ，粗砂4 0 c m ，滤层 总厚度1 8 0 c m ，不设砾石层，细砂装填时在水力筛分作用下有意刮去少量表面细 砂，以减少反冲洗时的混杂。 2 ) 后期： a 柱 无烟煤8 0 c m粒径同前 细砂3 0 c m 有效粒径0 6 o 8 m m 粗砂6 0 c m有效粒径2 0 2 3 m m 滤层总厚1 7 0 c m 砾石层l o c m粒径4 l o m m b 柱 均质滤料1 7 0 c m有效粒径1 2 5 1 8 1 m m 砾石层l o o m粒径4 1 0 m m 3 1 2 测试项目 ( 1 ) 水头损失 ( 2 ) 进出水浊度 ( 3 ) 水温 ( 4 ) 加药量 9 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 3 2 无烟煤、石英砂双层滤料的直接过滤试验 3 2 1 投药量的确定 投药量的多少对过滤具有很大的影响，投药量过多，则会形成过多过大的 絮凝体，造成表层过滤，促使水头损失迅速上升，不能充分发挥整个滤料层的 截污能力；投药量不足，达不到充分的接触絮凝作用，浊度易于穿透滤层，影 响滤后水质。最佳投药量应由试验确定。用烧杯搅拌法确定最佳投药量，虽有 诸如水力停留时间、边界条件与实际运行条件不符等不足，但由于能简单迅速 确定最佳投药量的范围而被广泛应用。本试验就是采用这种方法。 为便于选择比较，分两组试验，组原水浊度为1 0 n t u ，另一组为2 5 n t u ， 每一组六只烧杯，内装同体积同浊度原水，投药量分别为2 、4 、6 、8 、1 0 、1 3 r a g ! ， 在六联搅拌机上同时搅拌，经3 0 s 快速搅拌后，再慢速搅拌2 3 分钟，然后静 止一段时间观察，试验水温为1 3 ，搅拌速度前2 0 s 采用1 2 0 r m i n ，以后采用 3 0 r m i n ( 试验结果见表3 1 ) 。两次试验结果基本一致。 原水浊度_ 2 5 n t u 时，混凝剂投加量可以一致，试验中采用6 8 p p m ，对 于浊度2 5 n t u 以上的原水，投加混凝剂时可以根据需要适当增加2 4 m g l ，或 通过现场搅拌试验确定。 表3 1 混凝剂最佳投加量范围确定试验表 硫酸铝投量( t o g a ) 原水浊度2 468 1 01 3 ( n t u ) 与原略有淡黄有色，对强有色，对有色，有色，水中矾 水比色，对强 光水中肉强光可见 水中 花呈羽絮状，沉 无明光有极微眼可见矾细小矾有大降面清晰，上 显变细矾花静花增多，但花，水较量矾清液中有少量 化 止一段时颗粒较小， 澄清，透花生 细小矾花，水 间杯底有水比较澄明度好，成，颗很澄清，多数 1 0些许沉淀 清，透明度静止杯底粒明絮体沉积于杯 物 较好，杯底矾花较松 显底，有微量矾 有少量细散花悬浮于水中 密沉淀物 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 续表3 1 混凝剂最佳投加量范围确定试验表 硫酸铝投量( r r i g a ) 原水浊度24681 01 3 ( n t u ) 无矾同上同上同上同上同上 2 5 花， 与水 和原 水一 样浑 浊 3 2 2 工况选择 试验所采用的原水与生产用原水一致，进水浊度变化范围4 2 0 n t u ，试 验中滤速保持恒定，采用8 m h ，1 0 m h ，1 2 m h 三种滤速分别进行等速过滤，投 药量每次试验前根据原水浊度和搅拌试验而定，具体试验安排见表3 - 2 。 表3 - 2试验工况安排 工 滤混凝剂滤速进水浊度水温加药量过滤 况柱 ( m h )( y r t i )( ) ( m g 1 ) 方式 la1 05 3 2 47 1 36 8 b变水头 2aa 1 3 ( s 0 4 h 8 4 3 6 0 1 6 56 8 b等速 3a1 23 4 7 1 7 1 86 8 b1 2 8 过滤 3 2 3 水头损失 等速过滤状态下，水头损失随时问而逐渐增加，滤池中的水位逐渐上升。过 滤总水头损失由起始水头损失和过滤中附加水头损失两部分组成。过滤过程中 1 1 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 附加水头损失将逐渐增加。起始水头损失则与滤速、滤层结构和清洁程度有关。 双层滤料各工况水头损失记录如表3 3 。 从表中可知： ( 1 ) 在工况l 一1 1 4 中，a 柱较b 柱起始水头损失都大2 c m 左右，产生 这种现象的原因是由于a 柱煤砂混杂约有5 s c m ，面b 柱煤砂分层清晰，只有 2 c m 左右的混杂。对于工况1 2 由于冲洗措旋不当，致使b 柱混杂层厚达1 5 1 8 c m ，因而此时b 柱起始水头损失较大。 ( 2 ) 由于进水浊度变化较大，由此引起的起始水头损失的增大不明显。在 相同滤速下，水温的增高引起的起始水头损失的减小，这一点由工况1 一l 1 4 反映出来。 ( 3 ) 在8 m h 和l o m h 的各种工况下a 柱较b 柱起始水头损失虽大，但总水 头损失均较b 柱为小，说明a 柱较b 柱的过滤性能更好。 表3 3 双层滤料试验各工况水头损失记录 滤 工 加药量滤速水温进水浊度起始水头总水头 过滤时 柱况 ( m g 1 )( m h ) ( )( n r t o 损失( c m ) 损失 长( h ) ( c m ) a1 1 a7 85 4 7 53 8 5 1 7 6 13 0 b1 1 b3 6 81 8 7 53 0 a1 2 a7 55 3 1 4 54 1 01 9 1 83 0 b1 2 b4 9 9 2 0 0 13 0 a1 3 a 6 81 0 1 3 25 6 87 3 8o1 5 582 6 b1 ，3 b3 6 _ 31 8 0 4 2 6 a1 4 a1 2 64 5 1 4 23 6 81 0 3 91 8 b1 - 4 b 3 5 11 0 951 8 a2 1 a1 1 56 8 1 1 o3 7 21 7 6 1 2 8 b2 1 b6 8 8 4 261 8 7 52 8 a2 2 a1 6 54 3 6 3 2 11 6 0 73 0 b2 - 2 b3 1 22 0 93 2 8 a3 1 a6 81 21 7 635 73 4 02 1 5 51 8 a3 2 a1 8 87 2 1 33 1 5 1 8 451 1 试验过程中各工况的水头损失随时问的变化见图3 - l 3 1 0 。从图中可见： 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 ( 1 ) 水头损失随滤速的增加在同一时刻所对应值变大，水头损失随时间增 长率最快为工况3 - 2 a ，达1 4 c m h ，最慢为工况2 - 2 a 达5 c m h 。 ( 2 ) 水头损失( h ) 随时间( t ) 的变化呈直线关系，图中直线簇的下凹段 是由于在运行过程中调节出水闸阀所造成的，当出水闸闽开大时，由于出水量 大于迸水量，滤速变大导致滤层所截留的杂质被高速水流冲刷而带进下层滤料， 引起滤层中杂质重新分布，减小了表层阻力，因而出现水头损失减小的现象。 由出水浊度变化图3 1 l 3 1 7 可以看到，对应于该时刻的出水浊度较调整前后 有不同程度增加。 ( 3 ) 各种工况下，轻重两种滤料均发挥了截污作用，但过滤的前期轻质滤 料的截污作用明显优于重质滤料。在煤砂混杂处随着时间的延长，b 柱在该处的 水头损失较a 柱有增大趋势。 ( 4 ) a 、b 两柱底部均有5 0 c m 左右厚度的石英砂层在过滤过程中，始终没 有发挥截污作用，仅起到承托和保证水质作用。 试验各工况进出水浊度随时间变化见图3 1 l 3 1 7 。由图可见： ( 1 ) 原永浊度对滤后水浊度有影响 在直接过滤中，滤后水浊度在合适的加药量范围之内基本不受原水浊度的影响， 当加药量较小时，原水浊度对滤后水浊度有着较大影响，但在开始加药时，如 果采取增大加药量的方法，在一定程度内可以缓解过滤中由于原水浊度的突然 增加而引起的滤后水浊度变大。 ( 2 ) 过滤过程中浊度变化 试验中过滤开始5 分钟的滤后水一般浊度稍高。随着时间的推移，滤料层 中空隙逐渐为杂质所填充，一般出水浊度较低。在本次试验所定的结束指标之 一达到之前，滤后水浊度始终保持在允许值之内，小于出水标准。因此，对生 产而言，可不采用出水浊度作为运行结束标准，只作为一种辅助检测手段。 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 2 0 0 l8 0 1 6 0 14 0 售12 0 - 、9 71 0 0 萋8 0 苌 6 0 4 0 2 0 0 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 一 嚣1 2 0 一 10 0 罨 球8 0 蔷 6 0 4 0 2 0 0 024681 01 21 4161 8202 22 42 62 83 ( 时间( h ) 图3 - l 工况1 1 a 024 68 1 01 21 4 时间 1 6 1 8 2 02 22 42 62 83 0 ( h ) 图3 - 2 工况1 1 b 1 4 第三章双层和均质漉料的直接过滤试验及结果分析 2 5 0 2 0 0 i15 0 i 票 * 5 0 1 01 21 41 61 82 0 2 22 4 2 6 时间( h ) 时间h ) 图3 3 工况1 - 2 a 024681 0121 4 时间 161 82 02 22 42 62 83 0 ( h ) 图3 4 工况1 2 b 嘲 鲫 蚰 加 o 8 一辱水* 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 一 g1 2 0 一 “1 0 0 鬓 水8 0 * 6 0 4 0 2 0 0 一 。 一 嚣 球 * 1 6 0 1 4 0 1 2 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 41 01 21 41 61 82 02 22 42 6 时间 h ) 图3 - 5 工况i - 3 a 024 6 s1 01 21 41 61 82 02 22 42 62 83 0 时间( h ) 图3 - 6 工况! - 3 b 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 g 一 螺 水 饕 024681 01 21 41 61 82 02 22 4 2 6 2 8 时间( h ) 图3 7 工况2 - 2 a 2 4 0 2 2 0 2 0 0 1 8 0 1 6 0 81 4 0 1 2 0 囊姗 饕8 0 6 0 4 0 2 0 0 01 234567891 01 11 21 31 41 5 1 6 1 71 时间( h ) 图3 - 8 工况2 2 b 1 7 鲫帅加如蚰加0 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 一 g 12 0 一 1 0 0 鬃 球 8 0 * 6 0 4 0 2 0 0 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 一 g 1 2 0 一 1 0 0 鬟 球8 0 * 6 0 4 0 2 0 0 123456 时间( h ) 图3 - 9 工况3 - i a 1 1 56 时间( h ) 图3 1 0 工况3 - 2 a 1 1 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 。 一 郓 球 妥 0246 8 加1 21 4】6 馏复拼笛銎3 d卫 e ；b , l m ) 图3 1 1 工况1 - 1 0246 81 01 21 41 61 8202 22 42 62 83 0 时间( h ) 图3 1 2 工况1 2 i o i 2 o 7 6 5 一 三4 a 一 堪3 馁 2 l 0 第三章双层和均质滤科的直接过滤试验及结果分析 图3 1 3 工况1 - 3 图3 1 4 工况1 - 4 一三a一鬣 mm控加捃坫 h 心r 荽 m86j ，o 勰拍控加堪6 n4 ( ：时 l0l86420 ， 6 5 ，、 暑4 一 簧s 2 1 0 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 图3 1 5 工况2 1 图3 1 6 工况2 - 2 2 1 一三c一划镬 拍m丝抛培坫 h n ，墨 m8 4 2 0 船拍“妲加8l，o h4 ( 2 时 10 l 86 420 4 ： o 三3 倒 缨 2 1 4 1 2 1 0 一 主8 一 簧a 4 2 0 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 图3 1 7 工况3 - 1 图3 1 8 工况3 - 2 2 2 擂嗡hn 加。峋 6 n97 0 吣，嗍 43 第三章职层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 3 2 4 过滤周期 试验过程中各工况过滤周期见表3 3 。 由表可知： ( 1 ) 过滤周期随滤速的增大而减小。 ( 2 ) 对1 0 m h 的滤速过滤周期在原水浊度小于2 5 n t u 时，可达到2 4 h 以上。 ( 3 ) 对8 m h 的滤速过滤周期在原水浊度小于2 5 n t u 时，可达到3 0 h 。 ( 4 ) 对1 2 m h 的滤速过滤周期在原水浊度小于2 5 n t u 时在规定的指标之内 无法达到2 0 h 以上。 因此，综合考虑在本试验条件下采用8 l o m h 的滤速较合适。 3 2 5 综合评价 杂质的去除率，水头损失增长率，过滤时间长短，以及滤速等都可以作为 评价滤池过滤性能的指标，但是所有这些参数都是单纯从某一个方面来衡量滤 床的优劣，要从整体上对滤床性能作一个正确评价，就有必要对影响滤池过滤 性能的各参数进行综合考虑。 盖姆勒( o a m i ) 与雷德马哈尔( r a d e m a d v h e r ) 提出了如下过滤性能评价指 数。 i - - - - ( v l t ) ，h t公式( 3 一1 1 式中： v t ：滤速 t ：过滤周期 h ：过滤结束时水头损失 公式( 3 - - 1 ) 虽采用了滤速、水头损失、过滤周期来衡量滤池过滤性能， 但不包含水质参数，因而不能全面反映滤池的过滤性能。 克雷思伯( c l e a b y ) 曾给出下式作为过滤性能评价指数： i = ( 九o ) h公式( 3 2 ) 式中： 九：过滤系数 o ：“比沉淀量” a l l ：附加水头损失 该式基本上反映了由于截留杂质使得水头损失增加的过滤状况，由于九、o 不易直接测得，应用不便。同时，式中也未涉及过滤周期长短对指数的影响， 因而还是不能全面反映滤池的过滤性能。 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 在上两式的基础上有学者提出下式： i = ( c o - c ) v t a h公式( 3 3 ) 式中： c o ：过滤周期内平均进水浊度( n t u ) c ：过滤周期内平均出水浊度( n t u ) v ：滤速( m h ) t ：以水质指标作为控制的过滤周期( h ) a h ：附加水头损失( m ) a h = h - - h o 该式采用a h 替代h 更为合理，h 作为总水头损失由过滤开始时的清洁滤层 水头损失h 0 和过滤中的水头损失增加h 构成。对于一定的滤层结构，l i 0 只与 冲洗效果有关。a h 反映了截留杂质对过滤水产生的阻力造成的水头降。但该式 采用出水水质指标来控制过滤周期t ，若以水头损失作为过滤周期控制指标，以 出水水质作为辅助控制指标，则无论是滤池的设计还是实际运行都较用出水水 质作为控制更方便，更适用，供水安全保障性更高。基于此同时考虑到直接过 滤中的加药絮凝因素，本论文提出下式作为直接过滤性能评价依据： j ：鱼兰上尘 g a h x m 公式( 3 - 4 ) 式中： t ：以水头损失指标来控制的过滤周期( h ) m ：过滤周期内的平均加药量( m g 1 ) i 单位为l m g ，即i 值所反应的是每消耗单位质量的药剂所生产的水，其值 越大表明过滤性能越好，这对与指导生产的节能节耗具有一定的指导意义。用 公式( 3 4 ) 对a 、b 两组滤柱进行过滤指数计算结果见表3 4 表3 - 4 过滤性能指数 滤 工vmt c oc a hi 柱况 ( m h )( m g 1 )( h )( n t u )( n t u )( m )( 1 m g ) a1 1 a6 33 06 81 0 81 3 762 1 8 b1 1 b3 01 11l5 0 71 9 9 a1 2 a7 43 08 0 5o 8l5 0 81 9 9 b1 2 b 1 0 3 0 o 8 3l5 0 21 9 9 2 4 第三章双层和均质滤料的直接过滤试验及结果分析 a1 3 a6 82 66 7 8 1 4 l1 1 7 82 2 l b1 3 b2 61 3 8 1 4 4 1 1 8 0 a1 4 a68 1 86 9 40 8 46 7 1 2 6 8 b1 4 b 1 8o 8 37 4 42 4 2 a 2 1 a7 12 88 4 30 4 51 3 8 91 6 1 b 2 1 b 8 2 8o 4 51 4 4 915 5 a2 2 a6 23 05 0 508 71 2 8 618 7 b2 2 b2 8o8 61 7 8 11 2 6 a3 1 a1 26 21 84 3 61 3 51 8 1 5 l1 9 a3 2 a87 1 l9 0 4o 9 71 5 3 o8 6 注： a 、m ：平均加药量( m g 1 ) b 、v ：滤速( m h ) c 、t ：过滤周期( h ) d 、a h ：附加水头损失( m ) e 、c o ：过滤周期内平均进水浊度( n t u ) ( 每2 h 小时所测值的平均值) f 、c ：过滤周期内平均出水浊度( n t u ) ( 每2 h 小时所测值的平均值) g 、i ：过滤性能指数( 1 m g ) 由表可见，a 、b 两滤柱