建筑工程给排水水处理过滤

建筑工程给排水

水处理-过滤

建筑工程学院给排水教研室

5.1慢滤池和快滤池一、慢滤池

滤速低：0.1~0.3m/h

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。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，在城镇水厂中使用的慢滤池逐渐被快滤池所代替。

二、快滤池滤速：5~10m/h构造

（P133）工作过程由过滤与反冲洗两部分组成。

过滤周期:

工作周期：从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工作周期。滤池的工作周期为12~24h。

三、现代慢滤池

表5-1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出水水质细菌的去除效率颗粒物去除效率浊度10ntu以下；总大肠菌类10~1000个/100mL；藻类不太多；10000人以下的给水处理小于1.0ntu总大肠菌类<1个/100mL细菌总数99%能去除逗号弧菌(Vibriocomma)2.7~7m99%7~12m99.9%较大颗粒99%~99.9%

5.2颗粒滤料一、基本要求

足够的机械强度；足够的化学稳定性；能就地取材、价廉；具有一定的颗粒级配和孔隙率。二、滤料粒径级配滤料粒径级配：滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。

1.表示方法：

（1）有效粒径和不均匀系数；（2）最大粒径、最小粒径和不均匀系数。

常用的数据见表5-2。表5-2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=0.5<2.07008~1010~14双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.8<2.0300~40010~1414~18石英砂dmax=1.2dmin=0.5<2.0400三层滤料无烟煤dmax=1.6dmin=0.8<1.745018~2020~25石英砂dmax=0.8dmin=0.5<1.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.25<1.770

2.滤料筛选方法例：筛分试验记录见表5-3.表5-3筛分试验记录筛孔（mm）留在筛上的砂量通过该号筛的砂量质量（g）%质量（g）%2.3620.80.4199.299.61.65118.49.2180.890.40.99140.620.3140.270.10.58985.042.555.227.60.24643.421.711.85.90.2089.24.62.61.3筛底盘2.61.3––合计200100

筛分方法：见下图，大粒径（d>1.54）颗粒约筛除13.0%，小粒径（d<0.44）颗粒约筛除19.0%。

三、滤料的孔隙率和表面积

1.孔隙率（孔隙度）：单位体积滤层中孔隙的体积。测定方法：取一定量的滤料，在105℃下烘干称重，并用比重瓶测出其密度。然后放入过滤筒中，用清水过滤一段时间后，量出滤层体积，则孔隙率为式中，G——烘干后的滤料,g；

——滤料的密度，g/cm3；

V——滤料层的堆积体积，cm3。2.滤料的表面积

5.3快滤池的运行一、出水水质的一般状况滤后水水质在过滤周期开始时一般较差，如果周期延长足够的时间，在过滤末期水质也会下降。重视初滤水：

二、滤层内杂质分布规律

1.杂质分布规律：

2.滤层的含污能力：在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含污量，单位g/cm3、kg/m3。

3.提高滤层含污能力的途径：

（1）采用多层滤料滤池：接近理想滤料滤池，最常见为双层和三层滤见图5-2。双层滤池其含污量随深度的变化见图5-3曲线2。

（2）均质滤料过滤：均质滤料：沿整个滤层深度方向的任一断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致。要实现均质滤料过滤，反冲洗时滤料层不能膨胀。

(3)直接过滤

原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为“直接过滤”。直接过滤有两种方式：

接触过滤：原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤，称为“接触过滤”，见图5-5中（a）与（b）所示；

微絮凝过滤：原水加药混合后先经过微絮凝池，再进入滤池过滤，称为“微絮凝过滤”，如图5-5中（c）与（d）所示。图5-5直接过滤流程

5.4过滤理论一、过滤水力学1.清洁滤料层的水头损失卡曼-康采尼公式（Carman-Kozony）公式：(层流状态）（5-1）

非均匀滤层按下式计算：（5-2）

滤层中的负水头在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失超过该处的水深，便出现负水头现象。见图5-7。

危害：

负水头会导致水中气体释放出来形成气囊，对过滤有破坏作用。

一是减少有效过滤面积，增加滤层水头损失及滤层中孔隙流速；二是气囊穿过滤料层上升，有可能把部分细滤料或轻质滤料带走，破坏滤层结构。在冲洗时，气囊更容易把滤料带出滤池。措施：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；二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。

二、过滤机理

1.颗粒迁移：物理—力学作用：拦截、沉淀、扩散、惯性和水动力作用，见图5-10。

图5-10颗粒迁移机理示意

（2）颗粒粘附：物理化学作用：范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。

5.5滤层反冲洗一、高速水流反冲洗

1.反冲洗强度：指单位面积滤层所通过的反冲洗水流量，单位为L/sm2。

2.滤层膨胀度（5-3）由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变，于是：

（5-4）故：

（5-5）

3.冲洗三时间实际三操作三中可三根据三冲洗三废水三的允三许浊三度决三定。生产三上，三反冲三洗强三、滤三层膨三胀度三和冲三洗时三间可三按表5-三6确定三。表5-三6冲洗三强度三、膨三胀度三和冲三洗时三间注：1．设三计水三温按20℃计，三水温三每增三减1℃，冲三洗强三度相三应增三减1%；２．三由于三全年三水温三、水三质有三所变三化，三应考三虑有三适当三调整三冲洗三强度三的可三能三；３．三选择三冲洗三强度三应考三虑所三用混三凝剂三品种三的因三素；４．三无阀三滤池三冲洗三时间三可采三用低三限；５．三膨胀三度数三值仅三作设三计计三算用三。序号滤层类型冲洗强度(L/sm2)膨胀度（%）冲洗时间（min）1石英砂滤料12~15457~52双层滤料13~16508~63三层滤料16~17557~54.反冲三洗时三滤层三中水三头损三失的三变化假设三滤料三粒径三均匀三，冲三洗时三，如三果滤三层未三膨胀三，水三流通三过滤层三的水三头损三失可三用欧三根（Er三gu三n）公三式计三算：（5-三6）滤层三膨胀三后水三头损三失：（5-三7）最小三流态三化流三速vmf：5.反冲三洗强三度的三确定设计三或操三作中三，可三以最三粗滤三料刚三开始三膨胀三作为三确定三冲洗三强度三的依三据。三考虑三到其三他因三素，三可按三下式三确定三：（5-三8）k—安全三系数三，一三般为1.三1~三1.三3，决三定于三滤料三粒径三均匀三程度三。二、三气三、水三反冲三洗操作三方式三：先气三冲，三再水三冲；先气-水同三时反三冲，三再水三冲；先气三冲，三然后三气-水同三时冲三，再三水冲三（或三漂洗三）；总的三冲洗三时间三控制三在6~三10三mi三n。例如三：某三水厂三的V型滤三池，三采用三均质三滤料三，采三用第3中操作方三式，三其参三数如三下：气冲三强度三：15三L/三s.三m2，冲三洗时三间4m三in；气水三同时三反冲三：气三冲强三度15三L/三s.三m2，水三冲强三度4三L/三s.三m2，冲洗三时间4m三in；水冲三：水三冲强三度4三L/三s.三m2，冲三洗时三间2m三in。三、三滤池三的配三水系三统1.配水三系统三的设三计原三理大阻三力配三水系三统：由于三承托三层与三滤料三层的三阻力三系数三不能三改变三，只三有通三过减三小孔三口总三面积三来增三大孔三口阻三力系三数S2，增三大孔三口阻三力系三数S2就削三弱了三承托三层、三滤料三层阻三力系三数及三配水三系统三压力三水头三不均三匀对三孔口三出流三量的三影响三，这三就是三大阻三力配三水系三统的三原理三。小阻三力配三水系三统：2.大阻三力配三水系三统——穿孔三管配三水系三统（1）构三造大阻三力配三水系三统的构三造如三图5-三11和图5-三12所示三。（2）沿三途泄三流管三道压三力变三化（3）三配水三系统三的能三量的三变化（4）穿孔三管大三阻力三配水三系统三的设三计大阻三力配三水系三统的三设计三要点三：干管三起端三流速三为1.三0~三1.三5m三/s，支三管起三端流三速为1.三5~三2.三0三m/三s，孔三眼流三速为5~三6三m/三s，开三孔比0.三2%三~0三.2三5%。支管三中心三距为0.三25三~0三.3三m，支三管长三度与三其直三径之三比一三般不三应大三于60。孔口三直径三约为9~三12三m三m，设三于支三管两三侧，三与垂三线呈45°角向三下交三错排三列。干管三横截三面与三支管三总横三截面三之比三应大三于1.三75三~2三.0。四、三反三冲洗三废水三的排三除（1）冲三洗排三水槽三（见三图5-三18、5-三19）（5-三28）（5-三29）冲洗三排水三槽的三设计三要求三：冲洗三排水三槽平三面总三面积三一般三不大三于单三个滤三池面三积的25三%。否三则，三会影三响上三升水三流的三均匀三性。相邻三两槽三的中三心间三距一三般为1.三5~三2.三0m。间三距过三大，三难以三排水三均匀三。每单三位槽三长的三溢入三流量三应相三等。三故施三工时三冲洗三排水三槽口三应力三求水三平，三误差三限制三在2m三m内。冲洗三排水三槽的三始端三尺寸三：一三般采三用始三端深三度为三末端三深度三的一三半；三或槽三底采三用平三坡，三使始三、两三端尺三寸相三等。槽内三水面三以上三一般三要有7c三m左右三的保三护高三，以三保证三冲洗三废水三自由三跌水三进入三排水三槽。三排水三槽的三废水三应自三由跌三水进三入排三水渠三，以三免引三起壅三水现三象。（2）排三水渠布置三：面积三小时三，沿三池壁三一边三布置三；当滤三池面三积很三大时三，排三水渠三布置三在滤三池中三间。五、三冲洗三水的三供给冲洗三水供三给方三式：水泵三冲洗三；冲洗三水塔三或水三箱冲三洗。1.水泵三冲洗三：特点三：投资三省；操作三较为三麻烦三；在冲三洗的三短时三间内三耗电三量大三，往三往会三使厂三区内三供电三网负三荷骤三增。水泵三流量三：（5-三31）水泵三杨程三：（5-三32）H0——排水三槽顶三与清三水池三最低三水位三之差三，m；h1——从清三水池三至滤三池的三冲洗三管道三中总三水头三损失三，m；h2——滤池三配水三系统三水头三损失三，m。大三阻力三配水三系统三按孔三口三平三均水三头损三失计三算。h3——承托三层的三水头三损失三，m。h4—滤料三层的三水头三损失三，m，h5—备用三水头三，一三般取1.三5~三2.三0m。2.冲洗三水塔三（或三水箱三）特点三：造价三高；操作三简单三；专用三水泵三小，三耗电三量较三均匀三。冲洗三水箱三一般三与滤三池合三建，三通常三建造三于滤三池操三作室三层顶三上，水塔三（箱三）中三水深三不宜三超过3m。水塔三（箱三）容三积：可按三单个三滤池三冲洗三水量三的1.三5倍计三算：（5-三36）水塔三（箱三）底三高出三滤池三冲洗三排水三槽顶三的高三度：（5-三37）四、三承托三层承托三层的三作用三：①防三止滤三料层三从配三水系三统流三失；②均三布反三冲洗三水。三组成三见表5-三4与5-三5。表5-三4快滤三池大三阻力三配水三系统三承托三层粒三径和三厚度层次（自上而下）粒径（mm）厚度12~410024~810038~16100416~32本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100表5-三5三层三滤料三滤池三承托三层材三料、三粒径三与厚三度注:配水三系统三如用三滤砖三且孔三径为4m三m时，三第6层可三不设三。为了三防止三反冲三洗时三承托三层移三动，三美国三对单三层和三双层三滤料三滤池三也有三采用三“粗-细-粗”三的砾三石分三层方三式。如果三采用三小阻三力配三水系三统，三承托三层可三以不三设，三或者三适当三铺设三一些三粗砂三或细三砾石三，视三配水三系统三的具三体情三况而三定。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）0.5~1.0502重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）1~2503重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）2~4504重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）4~8505砾石8~161006砾石16~32本层顶面高度至少应高于配系统孔眼1005.三6几种三常见三的滤三池一、三普通三快滤三池1.设计三参数三：设计三滤速三：一般三为8~三10三m/三h。滤池三总面三积：（5-三38）（5-三39）个数三和单三池面三积：滤池三的个三数在三设计三时应三根据三技术三经济三比较三确定三，但三不得三小于三两个三，可三参考三表5-三7选用三。单个三滤池三面积三可根三据滤三池总三面积F与滤三池个三数N进行三计算三，如三下式三所示三：一般单三池面三积不三大于10三0m2。最三佳单三池面三积可三参考三表5-三8。（5-三40）表5-三7滤池三个数表5-三8最佳三单池三面积滤池总面积（m2）滤池个数滤池总面积（m2）滤池个数<3021504~630~5032005~61003或43006~8总面积（m2）单池面积（m2）总面积（m2）单池面积（m2）6015~2025040~5012020~3040050~7018030~4060060~80滤池三深度三：滤池三深度三包括三：保护三高：0.三25三~0三.3三m；滤层三表面三以上三水深三：1.三5~三2.三0m；滤层三厚度三：2.三0~三2.三5m承托三层厚三度：三每层10三0m三m滤池三的总三深度三一般三为3.三0~三3.三5m。单三层石三英砂三滤池三深度三一般三稍小；三双层三和三三层滤三料滤三池深三度稍三大。2.管廊三布置布置三方法三：滤池三数小三于5个时三，滤三池宜三采用三单行三排列三，管三廊位三于滤三池的一三侧。三当滤三池数三超过5个时三，滤三池宜三采用三双行三排列三，管三廊位于两三排滤三池的三中间三。后三者布三置紧三凑，三但管三廊通三风、三采光三不如三前者，三检修三也不三太方三便。（1）进三水、三清水三、冲三洗水三和排三水渠三，全三部布三置于三管廊三内，三如图5-三20（a）所三示。三特点三：渠三道结三构简三单，三施工三方便三，管三渠集中紧三凑，三但管三廊中三管件三较多三，通三行和三检修三不太三方便三。（2）冲三洗水三和清三水渠三布置三于管三廊中三，进三水和三排水三渠布三置于三滤池另三一侧三，如三图5-三20（b）所三示。三特点三：可三节省三金属三管件三及阀门，三管廊三内管三件简三单，三施工三和检三修方三便。三但造三价稍三高。（3）进三水、三冲洗三水及三清水三管均三采用三金属三管道三，排三水渠三单独三设置三，如三图5-三20（c）所三示，三特点三：通三常用三于小三型水三厂或三滤池三单行三布置三。（4）对三于较三大滤三池，三为节三约阀三门，三可以三将进三水和三排水三阀门三分别三用进三水虹三吸和三排水三虹吸三代替三，冲三洗水三管和三清水三管仍三用阀三门，三如图5-三20（d）所三示。三特点三：虹三吸管三通水三或断三水以三真空三系统三控制三。3.快滤三池管三渠设三计流三速管渠三流速三可按三下表三确定三，考三虑到三今后三水量三有增三大的三可能三时，三流速三取低三限。表5-三9管渠三流速4.设计三注意三事项（1）滤三池清三水管三应设三短管三或留三有堵三板,管径三一般三采用75三~2三00三mm，以三便滤三池翻三修后三排放三初滤三水。（2）滤三池底三部宜三设有三排空三管，三其入三口处三设栅三罩，三池底三坡度三约为0.三00三5，坡三向排三空管三。（3）配三水系三统干三管末三端一三般装三有排三气管三。（4）每三个滤三池宜三设置三水头三损失三计及三取样三管。（5）各三种密三封渠三道上三应设三有人三孔，三以便三检修三。名称流速（m/s）名称流速（m/s）进水管（渠）0.8~1.2冲洗水管(渠)2.0~2.5清水管(渠)1.0~1.5排水管(渠)1.0~1.5二、三无阀三滤池1.重力三式无三阀滤三池过三滤过三程2.重力三式无三阀滤三池的三反冲三洗过三程3.设计三要点进水三系统三：（1）三进水三分配三槽（2）进三水管U形存三水弯滤池三面积三与高三度：冲洗三水箱三：虹吸三管的三计算三：4.优缺三点无阀三滤池三一般三用于三中、三小型三水厂三。单三池面三积一三般不三大于16三m2。优点三：不需三大型三阀门三，冲三洗完三全自三动，三造价三较低三，操三作管三理较三为方三便，三过滤三过程中不三会出三现负三水头三现象三。缺点三：池体三结构三较复三杂，三滤料三装御三困难三，冲三洗水三箱位三于滤三池上三部，三出水三标高三较高三，相应三抬高三了滤三前处三理构三筑物三如沉三定池三或澄三清池三的标三高，三从而三给水三厂处三理构三筑物的三总体三高程三布置三带来三困难三。三、V型滤三池1.构造结构三如图5-三