1、.北京工業大學建筑工程學院水質工程學實驗實驗三 過濾及反沖洗實驗專 業給水排水工程班 號08431學 號080431姓 名分 組實驗日期2011年4月19日實驗三 過濾及反沖洗實驗一、 實驗目的1. 了解濾料級配，掌握篩分實驗的方法及濾料篩選過程。2. 掌握反沖洗時沖洗強度與濾層膨脹度之間的關系。3. 了解清潔砂層過濾時水頭損失變化規律，以及濾層水頭損失的增長對過濾周期的影響。二、 實驗原理1. 過濾原理水的過濾是根據地下水通過地層過濾形成清潔井水的原理而創造的處理渾濁水的方法。在處理過程中，過濾一般是指以石英砂等顆粒狀濾料層截留水中懸浮雜質，從而使水達到澄清的工藝過程。過濾是水中懸浮顆粒與濾

2、料顆粒間粘附作用的結果。粘附作用主要決定于濾料和水中顆粒的表面物理化學性質，當水中顆粒遷移到濾料表面上時，在范得華引力和靜電引力以及某些化學鍵和特殊的化學吸附力作用下，它們被粘附到濾料顆粒的表面上。此外，某些絮凝顆粒的架橋作用也同時存在。經研究表明，過濾主要還是懸浮顆粒與濾料顆粒經過遷移和粘附兩個過程來完成去除水中雜質的過程。2. 影響過濾的因素在過濾過程中，隨著過濾時間的增加，濾層中懸浮顆粒的量也會隨著不斷增加，這就必然會導致過濾過程水力條件的改變。當濾料粒徑、形狀、濾層級配和厚度及水位已定時，如果孔隙率減小，則在水頭損失不變的情況下，將引起濾速減小。反之，在濾速保持不變時，將引起水頭損失的

3、增加。就整個濾料層而言，鑒于上層濾料截污量多，越往下層截污量越小，因而水頭損失增值也由上而下逐漸減小。此外，影響過濾的因素還有很多，諸如水質、水溫、濾速、濾料尺寸、濾料形狀、濾料級配，以及懸浮物的表面性質、尺寸和強度等等。3. 濾料層的反沖洗過濾時，隨著濾層中雜質截留量的增加，當水頭損失增至一定程度時，導致濾池產生水量銳減，或由于濾后水質不符合要求，濾池必須停止過濾，并進行反沖洗。反沖洗的目的是清除濾層中的污物，使濾池恢復過濾能力。濾池沖洗通常采用自上而下的水流進行反沖洗的方法。反沖洗時，濾料層膨脹起來，截留于濾層中的污物，在濾層孔隙中的水流剪力作用下，以及在濾料顆粒碰撞摩擦的作用下，從濾料表

4、面脫落下來，然后被沖洗水流帶出濾池。反沖洗效果主要取決于濾層孔隙水流剪力。該剪力既與沖洗流速有關，又與濾層膨脹有關。沖洗流速小，水流剪力小；沖洗流速大，使濾層膨脹度大，濾層孔隙中水流剪力又會降低，因此，沖洗流速應控制適當。高速水流反沖洗是最常用的一種形式，反沖洗效果通常由濾床膨脹率e來控制，即式中 L砂層膨脹后的厚度（cm）； L0砂層膨脹前的厚度（cm）。通過長期實驗研究，e為25%時反沖洗效果即可以為最佳。三、 實驗裝置及器材天然砂若干克；標準篩一套；托盤天平一架，稱量300克，感量0.1克；鋼絲刷一把；有機玻璃過濾柱一個（附測壓板）；高位水箱及配置好的原水；1000毫升量筒一個；秒表一塊

5、；鋼卷尺一個。四、 實驗內容及實驗步驟1. 濾料篩分(1) 取砂樣約300克洗凈后置于105恒溫箱中烘干冷卻（此項工作由實驗室準備）；(2) 將標準篩按孔徑大小依次排列好篩盤；(3) 用天平稱取烘干冷卻后的砂樣100克，放置于按篩孔大小次序排列好的篩盤上，加蓋，一次過篩；(4) 仔細收取剩在各層篩網上的砂粒并放在天平上分別稱量，結果記入表1。2. 濾層沖洗強度與膨脹度的關系(1) 用鋼卷尺測量實驗用過濾柱的外徑及柱內裝填的砂層靜止厚度L0；(2) 計算出砂層膨脹度依次5%、10%、20%、30%、40%、50%時對應的高度并在濾柱相應位置處做出標記；(3) 用自來水對濾層進行水反沖洗。慢慢開啟

6、反沖進水閥門，將砂層膨脹度調節至510左右，保持沖洗5分鐘；(4) 待膨脹后砂面穩定后，測出膨脹后的砂層厚度L；(5) 使用秒表和1000毫升量筒從濾柱上部溢流管中接取出水量，算出反沖流量記入實驗數據記錄表2；(6) 繼續將膨脹度分別調至1015、1525、2545，按上法共測定4次，將結果依次記入表2。3. 測定過濾時砂層水頭損失增長情況(1) 打開水箱閥門，將高位水箱中預先配置好的原水由上往下流經實驗濾柱過濾，用秒表、量筒從濾柱下部出水管中測出流量，從而求得濾速；(2) 從各測壓管上讀出不同時間內各段砂層水頭損失，即砂面上不同高度的各測壓點水頭，記入表3。五、 注意事項1. 篩分濾料時，為

7、準確起見，篩前、篩后應用鋼絲刷輕輕將篩面刷凈。2. 濾柱用自來水沖洗時，要注意檢查沖洗流量，因給水管網壓力的變化及其它濾柱進行沖洗都會影響沖洗流量，應及時調節沖洗自水來水閥門開啟度，盡量保持沖洗流量不變。3. 反沖洗過濾時，不要使進水閥門開啟度過大，應緩慢打開，以防濾料沖出柱外。4. 反沖洗時，為了準備地量出砂層厚度，一定要在砂面穩定后在測量，并在每一個反沖洗流量下連續測量3次。5. 過濾實驗前，濾層中應保持一定水位，不要把水放空，以免過濾實驗時測壓管中積有空氣。六、 實驗數據及分析過濾柱外直徑 = 米； 濾柱壁厚= 毫米沖洗前砂層厚度L0 = 米； 過濾面積F= 平方米1. 濾料篩分表1 天

8、然砂篩分記錄篩孔孔徑 /mm留在篩上的砂量通過該篩的砂量重量/g重量/g篩后總重量 W誤差(100-W)/100*100=按表1數值繪出篩分曲線，并求出該天然砂的不均勻系數K80。2. 濾層沖洗強度與膨脹度的關系表2 沖洗強度和膨脹度試驗記錄序 號膨脹后砂層厚度L/m膨脹度e =(L-L0)/L0/ 沖洗水量Q/L·s-1沖洗強度 q=Q/F(/L·(s·m2)-11234按表2數值在坐標紙上以沖洗強度為橫坐標，膨脹度為縱坐標繪出沖洗強度和膨脹度的關系曲線。3. 測定過濾時砂層水頭損失增長情況表3 過濾時水頭損失增長記錄過濾歷時/min流量/L·s-1濾

9、速/m·h-1各測壓點水頭/m砂層水頭損失(14水頭差)/m礫石層水頭損失(45水頭差)/m12345123456789100102030405060以過濾時間為橫坐標，砂層水頭損失（表3中第9項即為整個砂層水頭損失）為縱坐標繪出砂層水頭損失隨過濾歷時的變化曲線。七、 實驗結論八、 思考題1. 根據沖洗實驗中觀察到的現象，說明高速水流沖洗的特點。2. 試分析在其它條件相同情況下，K80大小對過濾周期有何影響？3. 如果使用雙層濾料，在濾料選擇時如何控制保證在沖洗時密度小的濾料不發生流失而密度大的濾料又能有足夠的膨脹度？4. 如果過濾已到達壓力周期，但是水質仍達到要求，并未出現明顯的基質泄露，說明什么問題？5. 如何衡量反沖洗的效果？6. 虹吸濾池、重力無閥濾池、翻板閥濾池、V型濾池的工藝簡圖，工藝流程及特