建筑工程給排水

水處理-過濾

建筑工程學院給排水教研室

5.1慢濾池和快濾池一、慢濾池

濾速低：0.1~0.3m/h

慢濾池是最早出現的用于水處理的過濾設備，能有效地去除水的色度、嗅和味。由于慢濾池占地面積大、操作麻煩、寒冷季節時其表層容易冰凍，在城鎮水廠中使用的慢濾池逐漸被快濾池所代替。

二、快濾池濾速：5~10m/h構造

（P133）工作過程由過濾與反沖洗兩部分組成。

過濾周期:

工作周期：從過濾開始到沖洗結束的一段時間稱為快濾池的工作周期。濾池的工作周期為12~24h。

三、現代慢濾池

表5-1現代慢濾池的適用的進水條件與出水水質適用的進水條件出水水質細菌的去除效率顆粒物去除效率濁度10ntu以下；總大腸菌類10~1000個/100mL；藻類不太多；10000人以下的給水處理小于1.0ntu總大腸菌類<1個/100mL細菌總數99%能去除逗號弧菌(Vibriocomma)2.7~7m99%7~12m99.9%較大顆粒99%~99.9%

5.2顆粒濾料一、基本要求

足夠的機械強度；足夠的化學穩定性；能就地取材、價廉；具有一定的顆粒級配和孔隙率。二、濾料粒徑級配濾料粒徑級配：濾料中各種粒徑顆粒所占的重量比例。

1.表示方法：

（1）有效粒徑和不均勻系數；（2）最大粒徑、最小粒徑和不均勻系數。

常用的數據見表5-2。表5-2濾料級配與濾速類別濾料組成濾速（m/h）強制濾速（m/h）粒徑（mm）不均勻系數K80厚度（mm）單層石英砂濾料dmax=1.2dmin=0.5<2.07008~1010~14雙層濾料無煙煤dmax=1.8dmin=0.8<2.0300~40010~1414~18石英砂dmax=1.2dmin=0.5<2.0400三層濾料無煙煤dmax=1.6dmin=0.8<1.745018~2020~25石英砂dmax=0.8dmin=0.5<1.5230重質礦石dmax=0.5dmin=0.25<1.770

2.濾料篩選方法例：篩分試驗記錄見表5-3.表5-3篩分試驗記錄篩孔（mm）留在篩上的砂量通過該號篩的砂量質量（g）%質量（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篩底盤2.61.3––合計200100

篩分方法：見下圖，大粒徑（d>1.54）顆粒約篩除13.0%，小粒徑（d<0.44）顆粒約篩除19.0%。

三、濾料的孔隙率和表面積

1.孔隙率（孔隙度）：單位體積濾層中孔隙的體積。測定方法：取一定量的濾料，在105℃下烘干稱重，并用比重瓶測出其密度。然后放入過濾筒中，用清水過濾一段時間后，量出濾層體積，則孔隙率為式中，G——烘干后的濾料,g；

——濾料的密度，g/cm3；

V——濾料層的堆積體積，cm3。2.濾料的表面積

5.3快濾池的運行一、出水水質的一般狀況濾后水水質在過濾周期開始時一般較差，如果周期延長足夠的時間，在過濾末期水質也會下降。重視初濾水：

二、濾層內雜質分布規律

1.雜質分布規律：

2.濾層的含污能力：在一個過濾周期內，如果按整個濾層計，單位體積濾料中的平均含污量，單位g/cm3、kg/m3。

3.提高濾層含污能力的途徑：

（1）采用多層濾料濾池：接近理想濾料濾池，最常見為雙層和三層濾見圖5-2。雙層濾池其含污量隨深度的變化見圖5-3曲線2。

（2）均質濾料過濾：均質濾料：沿整個濾層深度方向的任一斷面上，濾料組成和平均粒徑均勻一致。要實現均質濾料過濾，反沖洗時濾料層不能膨脹。

(3)直接過濾

原水不經過沉淀而直接進入濾池的過濾稱為“直接過濾”。直接過濾有兩種方式：

接觸過濾：原水加藥后只經過混合就直接進入濾池過濾，稱為“接觸過濾”，見圖5-5中（a）與（b）所示；

微絮凝過濾：原水加藥混合后先經過微絮凝池，再進入濾池過濾，稱為“微絮凝過濾”，如圖5-5中（c）與（d）所示。圖5-5直接過濾流程

5.4過濾理論一、過濾水力學1.清潔濾料層的水頭損失卡曼-康采尼公式（Carman-Kozony）公式：(層流狀態）（5-1）

非均勻濾層按下式計算：（5-2）

濾層中的負水頭在過濾過程中，當濾層截留了大量雜質以致砂面以下某一深度處的水頭損失超過該處的水深，便出現負水頭現象。見圖5-7。

危害：

負水頭會導致水中氣體釋放出來形成氣囊，對過濾有破壞作用。

一是減少有效過濾面積，增加濾層水頭損失及濾層中孔隙流速；二是氣囊穿過濾料層上升，有可能把部分細濾料或輕質濾料帶走，破壞濾層結構。在沖洗時，氣囊更容易把濾料帶出濾池。措施：避免濾池中出現負水頭的兩個方法：

一是增加砂面上的水深；二是令濾池出口位置等于或高于濾層表面。

二、過濾機理

1.顆粒遷移：物理—力學作用：攔截、沉淀、擴散、慣性和水動力作用，見圖5-10。

圖5-10顆粒遷移機理示意

（2）顆粒粘附：物理化學作用：范德華引力、靜電力、以及某些化學鍵和某些特殊的化學吸附力作用、絮凝顆粒間的架橋作用。

5.5濾層反沖洗一、高速水流反沖洗

1.反沖洗強度：指單位面積濾層所通過的反沖洗水流量，單位為L/sm2。

2.濾層膨脹度（5-3）由于濾層膨脹前、后單位面積上濾料體積不變，于是：

（5-4）故：

（5-5）

3.沖洗時全間實際操茄作中可哨根據沖杯洗廢水次的允許局濁度決非定。生產陸上，內反沖鞏洗強營、濾括層膨速脹度薄和沖址洗時侄間可朗按表5-6確定。表5-仍6沖洗泉強度種、膨部脹度拉和沖逗洗時臣間注：1．設卻計水撈溫按20℃計，君水溫滋每增穗減1℃，沖洗含強度相訴應增減1%；２．由膊于全年營水溫、沃水質有終所變化釣，應考拴慮有適怎當調整闖沖洗強侵度的可澤能；３．竄選擇越沖洗樂強度持應考拔慮所悠用混吉凝劑兄品種拼的因聯素；４．汪無閥挑濾池套沖洗撲時間麥可采害用低畜限；５．飄膨脹擊度數餅值僅墊作設薦計計薄算用核。序號濾層類型沖洗強度(L/sm2)膨脹度（%）沖洗時間（min）1石英砂濾料12~15457~52雙層濾料13~16508~63三層濾料16~17557~54.反沖洗菜時濾層攻中水頭異損失的嚇變化假設濾愧料粒徑軟均勻，踢沖洗時寬，如果右濾層未匆膨脹，編水流通介過濾層的婆水頭損咽失可用聚歐根（Erg殲un）公糊式計遺算：（5-業6）濾層氧膨脹填后水政頭損僻失：（5-闖7）最小流伴態化流常速vmf：5.反沖洗順強度的用確定設計或老操作中瀉，可以葡最粗濾逃料剛開悅始膨脹樸作為確察定沖洗奮強度的喚依據。步考慮到器其他因謀素，可星按下式鍵確定：（5-8）k—安全系考數，一冤般為1.畢1~排1.回3，決定啟于濾料盈粒徑均遇勻程度言。二、腎氣、水子反沖洗操作方烘式：先氣沖蘆，再水另沖；先氣-水同時胞反沖，斷再水沖盲；先氣沖傻，然后父氣-水同蹈時沖全，再拉水沖陷（或徹漂洗扯）；總的傅沖洗鴿時間突控制盜在6~柱10宴mi杜n。例如：役某水廠耀的V型濾祝池，淡采用沖均質廢濾料告，采方用第3中操作方就式，疊其參這數如塊下：氣沖霞強度喜：15般L/班s.凳m2，沖磨洗時桐間4mi刊n；氣水倆同時戒反沖爬：氣孟沖強聞度15L塊/s.巨m2，水灣沖強假度4L甩/s.聲m2，沖洗時籮間4m惕in；水沖庸：水漲沖強申度4字L/舞s.坡m2，沖軌洗時顛間2mi唯n。三、濾相池的配質水系統1.配水訊系統傻的設籃計原請理大阻肥力配睜水系插統：由于客承托仍層與躬濾料疤層的脫阻力敢系數撓不能痰改變米，只扇有通禽過減幣小孔剪口總可面積委來增默大孔蓬口阻役力系添數S2，增大屈孔口阻雖力系數S2就削弱痛了承托剃層、濾膜料層阻千力系數遇及配水賣系統壓喘力水頭插不均勻絡對孔口涉出流量曬的影響知，這就龜是大阻妖力配水掏系統的鬧原理。小阻現力配恐水系百統：2.大阻渠力配糧水系偶統——穿孔管鑼配水系市統（1）構造大阻力助配水系傳統的構僚造如泛圖5-1跑1和圖5-1非2所示專。（2）沿途吃泄流管虜道壓力握變化（3）配可水系統侍的能量川的變化（4）穿孔管女大阻力御配水系惡統的設落計大阻力貼配水系報統的設濱計要點倒：干管起窄端流速會為1.槍0~卡1.儲5m販/s，支管英起端流熟速為1.5拉~2.爺0m歇/s，孔擺眼流改速為5~6縫m/訓s，開橫孔比0.2缸%~0幻玉.25呈%。支管中司心距為0.妖25文~0凳.3帳m，支管張長度與捧其直徑西之比一奮般不應黑大于60。孔口直樹徑約為9~1社2m芹m，設慈于支升管兩雕側，密與垂役線呈45°角向下趁交錯排役列。干管隨橫截匙面與技支管還總橫狼截面鑼之比孕應大帥于1.修75怎~2祖.0。四、魂反沖洗兩廢水的低排除（1）沖噴洗排工水槽斷（見動圖5-謙18、5-慰19）（5-披28）（5-揀29）沖洗赤排水鏡槽的生設計扮要求廉：沖洗排季水槽平榮面總面部積一般列不大于按單個濾槐池面積曬的25%。否則討，會影趙響上升液水流的乘均勻性激。相鄰倡兩槽粥的中路心間掃距一廳般為1.5牙~2.上0m。間距鄰過大，愉難以排宋水均勻捏。每單位趕槽長的揭溢入流霸量應相扣等。故帝施工時欺沖洗排震水槽口項應力求掃水平，仰誤差限敲制在2m逼m內。沖洗環排水糟槽的慶始端挺尺寸蜂：一土般采攪用始室端深厚度為濟末端灘深度票的一逼半；尚或槽系底采奇用平電坡，豪使始全、兩鉛端尺頂寸相映等。槽內姜水面孫以上愧一般故要有7c默m左右命的保娃護高辦，以員保證通沖洗悅廢水誓自由摔跌水籠進入馳排水躲槽。擋排水蹦槽的羽廢水防應自術由跌徹水進冶入排娃水渠涼，以敢免引器起壅緞水現杰象。（2）排面水渠布置如：面積小嘗時，沿登池壁一言邊布置杏；當濾池爆面積很最大時，虎排水渠娃布置在始濾池中償間。五、駐沖洗偽水的盞供給沖洗代水供兇給方確式：水泵沖字洗；沖洗徑水塔耕或水慣箱沖喜洗。1.水泵沖畜洗：特點桂：投資憂省；操作較赤為麻煩撲；在沖毒洗的崗短時摩間內酷耗電嚇量大昨，往校往會臣使廠洲區內踐供電榆網負蟲荷驟鉗增。水泵真流量島：（5-3大1）水泵楊跳程：（5-絲式32）H0——排水槽諷頂與清枯水池最邊低水位答之差，m；h1——從清水箏池至濾傍池的沖旋洗管道誦中總水港頭損失敞，m；h2——濾池最配水句系統估水頭蓄損失蚊，m。大阻外力配水鈔系統按已孔口剝平均柱水頭損蛙失計算約。h3——承托炊層的蛛水頭旱損失臭，m。h4—濾料協層的襪水頭舅損失蓬，m，h5—備用水搖頭，一秩般取1.5之~2.名0m。2.沖洗水左塔（或化水箱）特點：造價挪高；操作簡鏡單；專用水膚泵小，崖耗電量為較均勻淡。沖洗水芹箱一般亮與濾池菠合建，經通常建竹造于濾賀池操作季室層頂影上，水塔（偉箱）中只水深不峽宜超過3m。水塔（演箱）容去積：可按魔單個顯濾池稠沖洗允水量蓋的1.5倍計堤算：（5-踐36）水塔側（箱植）底園高出殃濾池雀沖洗仁排水騎槽頂絲式的高歡度：（5-3饅7）四、躲承托額層承托押層的驅作用細：①防止襪濾料層落從配水霧系統流魔失；②均肌布反梅沖洗嗽水。林組成冤見表5-姥4與5-5。表5-4快濾磨池大偶阻力衰配水閃系統腿承托肺層粒醫徑和頭厚度層次（自上而下）粒徑（mm）厚度12~410024~810038~16100416~32本層頂面高度至少應高于配系統孔眼100表5-晶5三層濾額料濾池蔥承托層扶材料、在粒徑與買厚度注:配水系考統如用桿濾磚且走孔徑為4m括m時，央第6層可被不設迅。為了防竿止反沖殖洗時承跳托層移衣動，美雀國對單社層和雙越層濾料棕濾池也下有采用睬“粗-細-粗”的前礫石分光層方式貼。如果經采用做小阻凈力配考水系淹統，橫承托波層可腎以不郊設，疊或者哀適當橋鋪設葵一些蚊粗砂握或細臭礫石繞，視蛛配水造系統裙的具渡體情灘況而米定。層次（自上而下）材料粒徑（mm）厚度（mm）1重質礦石（如石榴石、磁鐵礦等）0.5~1.0502重質礦石（如石榴石、磁鐵礦等）1~2503重質礦石（如石榴石、磁鐵礦等）2~4504重質礦石（如石榴石、磁鐵礦等）4~8505礫石8~161006礫石16~32本層頂面高度至少應高于配系統孔眼1005.險6幾種科常見恒的濾以池一、普干通快濾料池1.設計溫參數意：設計爭濾速勿：一般耽為8~1油0m/程h。濾池距總面則積：（5-3痛8）（5-挺39）個數和吹單池面憑積：濾池的眨個數在條設計時墳應根據箏技術經泛濟比較原確定，技但不得怪小于兩崗個，可渾參考表5-7選用。單個濾爺池面積恥可根據識濾池總役面積F與濾池佛個數N進行計寬算，如長下式所講示：一般單池石面積不痛大于100句m2。最翁佳單慘池面許積可淹參考稠表5-8。（5-瘦40）表5-縣7濾池個理數表5-8最佳榜單池考面積濾池總面積（m2）濾池個數濾池總面積（m2）濾池個數<3021504~630~5032005~61003或43006~8總面積（m2）單池面積（m2）總面積（m2）單池面積（m2）6015~2025040~5012020~3040050~7018030~4060060~80濾池深旨度：濾池深迷度包括憤：保護高穩：0.庭25緞~0蔽.3腐m；濾層表邁面以上海水深：1.墓5~巴2.衛0m；濾層厚油度：2.0扔~2.霜5m承托壯層厚葡度：巨每層10萍0m勇m濾池的尼總深度翠一般為3.檢0~怒3.愛5m。單層重石英砂郊濾池深騾度一般擇稍小；鐮雙層千和三膜層濾膊料濾灑池深櫻度稍蓬大。2.管廊布痰置布置焦方法抄：濾池數血小于5個時，丑濾池宜探采用單進行排列帶，管廊確位于濾舟池的一側本。當濾動池數超駱過5個時取，濾淺池宜游采用刑雙行另排列格，管垃廊位于兩排姑濾池的堡中間。燦后者布握置緊湊品，但管柴廊通風省、采光忘不如前者，檢氏修也不貸太方便揀。（1）進水糊、清水織、沖洗饑水和排先水渠，橫全部布酸置于管處廊內，朗如圖5-2渣0（a）所羨示。番特點觸：渠帝道結植構簡攻單，己施工嫩方便祝，管燒渠集中緊湊忘，但管打廊中管替件較多齡，通行班和檢修圈不太方吹便。（2）沖洗利水和清斧水渠布丘置于管祖廊中，辦進水和賢排水渠濤布置于以濾池另一芝側，如獄圖5-慘20（b）所示肯。特點鏡：可節很省金屬柴管件及緣瑞閥門，庭管廊身內管莖件簡叉單，襯施工涂和檢小修方健便。告但造陽價稍規高。（3）進角水、廚沖洗母水及屢清水咱管均稍采用浴金屬科管道黎，排哭水渠庫單獨女設置襯，如夜圖5-2確0（c）所示捆，特點態：通常叮用于小妨型水廠脊或濾池就單行布牲置。（4）對于顧較大濾形池，為刪節約閥抄門，可撤以將進將水和排戚水閥門浴分別用托進水虹油吸和排貍水虹吸仆代替，姜沖洗水椒管和清蘭水管仍摩用閥門損，如圖5-罵20（d）所期示。噴特點嘩：虹刃吸管橋通水核或斷計水以液真空季系統財控制婚。3.快濾池矛管渠設靠計流速管渠流荷速可按念下表確須定，考怪慮到今北后水量岸有增大犁的可能腔時，流菊速取低永限。表5-免9管渠流隆速4.設計注植意事項（1）濾池勻清水管限應設短噸管或留骨有堵板,管徑逝一般抄采用75朱~2將00冷mm，以膠便濾笛池翻牛修后夸排放初初濾種水。（2）濾池跳底部宜傳設有排賭空管，距其入口蒜處設柵亦罩，池遞底坡度根約為0.損00鞏5，坡向霜排空管釋。（3）配水駝系統干杜管末端阿一般裝少有排氣摸管。（4）每乒個濾厭池宜伍設置抓水頭濱損失綱計及幕取樣招管。（5）各種核密封渠擔道上應徐設有人慶孔，以著便檢修睬。名稱流速（m/s）名稱流速（m/s）進水管（渠）0.8~1.2沖洗水管(渠)2.0~2.5清水管(渠)1.0~1.5排水管(渠)1.0~1.5二、無嚇閥濾池1.重力式覺無閥濾襪池過濾證過程2.重力式孤無閥濾洗池的反熱沖洗過芝程3.設計要揉點進水系艙統：（1）首進水碌分配巷槽（2）進水借管U形存水伏彎濾池面障積與高成度：沖洗井水箱銹：虹吸管筑的計算省：4.優缺點無閥濾農池一般齒用于中廈、小型泥水廠。公單池面浮積一般悼不大于16m2。優點日：不需大夢型閥門凳，沖洗必完全自塞動，造雞價較低襲，操作肢管理較宇為方便機，過濾承過程中不會旋出現負云水頭現駱象。缺點樂：池體昏結構鬧較復仔雜，冒濾料唉裝御科困難加，沖再洗水匪箱位絲式于濾袋池上象部，礎出水劑標高閱較高商，相應抬寨高了濾堤前處理煌構筑物領如沉定娘池或澄肯清池的幼標高，相從而給固水廠處錘理構筑物的姨總體砍高程催布置紙帶來蒜困難盼。三、V型濾池1.