建筑工程給排水水處理-過濾

建筑筑工工程程給給排水水水處處理理-過濾濾建筑筑工工程程學學院院給給排排水水教教研研室室5.1慢濾濾池池和和快快濾濾池池一、、慢慢濾濾池池濾速速低：：0.1~0.3m/h慢濾濾池池是是最最早早出出現(xiàn)現(xiàn)的的用用于于水水處處理理的的過過濾濾設設備備，，能能有有效效地地去去除除水水的的色色度度、、嗅嗅和和味味。。由于于慢慢濾濾池池占占地地面面積積大大、、操操作作麻麻煩煩、、寒寒冷冷季季節(jié)節(jié)時時其其表表層層容容易易冰冰凍凍，，在在城城鎮(zhèn)鎮(zhèn)水水廠廠中中使使用用的的慢慢濾濾池池逐逐漸漸被被快快濾濾池池所所代代替替。。二、、快快濾濾池池濾速速：：5~10m/h構造造（P133）工作作過過程程由過濾濾與反沖沖洗洗兩部部分分組組成成。。過濾濾周周期期:工作周期期：從過濾開開始到?jīng)_沖洗結束束的一段段時間稱稱為快濾濾池的工工作周期期。濾池的工工作周期期為12~24h。三、現(xiàn)代代慢濾池池表5-1現(xiàn)代慢濾濾池的適適用的進進水條件件與出水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(shù)99%能去除逗號弧菌(Vibriocomma)2.7~7m99%7~12m99.9%較大顆粒99%~99.9%5.2顆粒濾料料一、基本本要求足夠的機機械強度度；足夠的化化學穩(wěn)定定性；能就地取取材、價價廉；具有一定定的顆粒粒級配和和孔隙率率。二、濾料料粒徑級級配濾料粒徑徑級配：：濾料中中各種粒粒徑顆粒粒所占的的重量比比例。1.表示方法法：（1）有效粒粒徑和不不均勻系系數(shù)；（2）最大粒粒徑、最最小粒徑徑和不均均勻系數(shù)數(shù)。常用的數(shù)數(shù)據(jù)見表表5-2。表5-2濾料級配配與濾速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(shù)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<1.7702.濾料篩選選方法例：篩分分試驗記記錄見表表5-3.表5-3篩分試驗驗記錄篩孔（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篩分方法法：見下圖，，大粒徑徑（d>1.54）顆粒約約篩除13.0%，小粒徑徑（d<0.44）顆粒約約篩除19.0%。三、濾料料的孔隙隙率和表表面積1.孔隙率（（孔隙度度）：單位體積積濾層中中孔隙的的體積。。測定方法法：取一一定量的的濾料，，在105℃下烘干稱稱重，并并用比重重瓶測出出其密度度。然后后放入過過濾筒中中，用清清水過濾濾一段時時間后，，量出濾濾層體積積，則孔孔隙率為為式中，G——烘干后的的濾料,g；——濾料的密密度，g/cm3；V——濾料層的的堆積體體積，cm3。2.濾料的表表面積5.3快濾池的的運行一、出水水水質的的一般狀狀況濾后水水水質在過過濾周期期開始時時一般較較差，如如果周期期延長足足夠的時時間，在在過濾末末期水質質也會下下降。重視初濾水：二、濾層層內雜質質分布規(guī)規(guī)律1.雜質分布布規(guī)律：：2.濾層的含含污能力力：在一個過過濾周期期內，如如果按整整個濾層層計，單單位體積積濾料中中的平均均含污量量，單位位g/cm3、kg/m3。3.提高濾層層含污能能力的途途徑：（1）采用多層濾料料濾池：接近理理想濾料料濾池，，最常見見為雙層層和三層層濾見圖圖5-2。雙層濾濾池其含含污量隨隨深度的的變化見見圖5-3曲線2。（2）均質濾濾料過濾濾：均質濾料料：沿整個濾濾層深度度方向的的任一斷斷面上，，濾料組組成和平平均粒徑徑均勻一一致。要要實現(xiàn)均均質濾料料過濾，，反沖洗洗時濾料料層不能能膨脹。。(3)直接過濾濾原水不經(jīng)經(jīng)過沉淀淀而直接接進入濾濾池的過過濾稱為為“直接接過濾””。直直接過過濾有兩兩種方式式：接觸過濾濾：原水加加藥后只只經(jīng)過混混合就直直接進入入濾池過過濾，稱稱為“接接觸過濾濾”，見見圖5-5中（a）與（b）所示；；微絮凝過過濾：原水加加藥混合合后先經(jīng)經(jīng)過微絮凝池池，再進入入濾池過過濾，稱稱為“微微絮凝過過濾”，，如圖圖5-5中（c）與（d）所示。。圖5-5直接過濾濾流程5.4過濾理論論一、過濾濾水力學學1.清潔濾料料層的水水頭損失失卡曼-康采尼公公式（Carman-Kozony）公式：：(層流狀態(tài)態(tài)）（5-1）非均勻濾濾層按下下式計算算：（5-2）濾層中的的負水頭頭在過濾過過程中，，當濾層層截留了了大量雜雜質以致致砂面以以下某一一深度處處的水頭頭損失超過該該處的水水深，便便出現(xiàn)負負水頭現(xiàn)現(xiàn)象。見見圖5-7。危害：負水頭會會導致水水中氣體體釋放出出來形成成氣囊，對過濾濾有破壞壞作用。。一是減少少有效過過濾面積積，增加加濾層水水頭損失失及濾層層中孔隙隙流速；；二是氣囊囊穿過濾濾料層上上升，有有可能把把部分分細濾料料或輕質質濾料帶帶走，破破壞濾層層結構。。在沖洗時時，氣囊囊更容易易把濾濾料帶出出濾池。。措施：避免濾池池中出現(xiàn)現(xiàn)負水頭頭的兩個個方法：：一是增加加砂面上上的水深深；二是令濾濾池出口口位置等等于或高高于濾層層表面。。二、過濾濾機理1.顆粒遷移：物理—力學作用：攔攔截、沉淀、、擴散、慣性性和水動力作作用，見圖5-10。圖5-10顆粒遷移機理理示意（2）顆粒粘附：：物理化學作用用：范德華引引力、靜電力力、以及某些些化學鍵和某某些特殊的化化學吸附力作作用、絮凝顆顆粒間的架橋橋作用。5.5濾層反沖洗一、高速水水流反沖洗1.反沖洗強度：：指單位面積濾濾層所通過的的反沖洗水流流量，單位為為L/sm2。2.濾層膨脹度（5-3）由于濾層膨脹脹前、后單位位面積上濾料料體積不變，，于是：（5-4）故：（5-5）3.沖洗時間實際操作中可可根據(jù)沖洗廢廢水的允許濁濁度決定。生產(chǎn)上，反沖沖洗強、濾層層膨脹度和沖沖洗時間可按按表5-6確定。表5-6沖洗強度、膨膨脹度和沖洗洗時間注：1．設計水溫按按20℃計，水溫每增增減1℃，沖洗強度相相應增減1%；２．由于全年年水溫、水質質有所變化，，應考慮有適適當調整沖洗洗強度的可能能；３．選擇沖洗洗強度應考慮慮所用混凝劑劑品種的因素素；４．無閥濾池池沖洗時間可可采用低限；；５．膨脹度數(shù)數(shù)值僅作設計計計算用。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.反沖洗時濾層層中水頭損失失的變化假設濾料粒徑徑均勻，沖洗洗時，如果濾濾層未膨脹，，水流通過濾層的水頭損損失可用歐根根（Ergun）公式計算：：（5-6）濾層膨脹后水水頭損失：（5-7）最小流態(tài)化流流速vmf：5.反沖洗強度的的確定設計或操作中中，可以最粗粗濾料剛開始始膨脹作為確確定沖洗強度度的依據(jù)。考考慮到其他因因素，可按下下式確定：（5-8）k—安全系數(shù)，一一般為1.1~1.3，決定于濾料料粒徑均勻程程度。二、氣、水水反沖洗操作方式：先氣沖，再水水沖；先氣-水同時反沖，，再水沖；先氣沖，然后后氣-水同時沖，再再水沖（或漂漂洗）；總的沖洗時間間控制在6~10min。例如：某水廠廠的V型濾池，采用用均質濾料，，采用第3中操作方式，其參參數(shù)如下：氣沖強度：15L/s.m2，沖洗時間4min；氣水同時反沖沖：氣沖強度度15L/s.m2，水沖強度4L/s.m2，沖洗時間4min；水沖：水沖強強度4L/s.m2，沖洗時間2min。三、濾池的配配水系統(tǒng)1.配水系統(tǒng)的設設計原理大阻力配水系系統(tǒng)：由于承托層與與濾料層的阻阻力系數(shù)不能能改變，只有有通過減小孔孔口總面積來來增大孔口阻阻力系數(shù)S2，增大孔口阻阻力系數(shù)S2就削弱了承托托層、濾料層層阻力系數(shù)及及配水系統(tǒng)壓壓力水頭不均均勻對孔口出出流量的影響響，這就是大大阻力配水系系統(tǒng)的原理。。小阻力配水系系統(tǒng)：2.大阻力配水系系統(tǒng)——穿孔管配水系系統(tǒng)（1）構造大阻力配水系系統(tǒng)的構造如圖5-11和圖5-12所示。（2）沿途泄流管管道壓力變化化（3）配水系統(tǒng)統(tǒng)的能量的變變化（4）穿孔管大阻力力配水系統(tǒng)的的設計大阻力配水系系統(tǒng)的設計要要點：干管起端流速速為1.0~1.5m/s，支管起端流流速為1.5~2.0m/s，孔眼流速為為5~6m/s，開孔比0.2%~0.25%。支管中心距為為0.25~0.3m，支管長度與與其直徑之比比一般不應大大于60。孔口直徑約為為9~12mm，設于支管兩兩側，與垂線線呈45°角向下交錯排排列。干管橫截面與與支管總橫截截面之比應大大于1.75~2.0。四、反沖洗洗廢水的排除除（1）沖洗排水槽槽（見圖5-18、5-19）（5-28）（5-29）沖洗排水槽的的設計要求：：沖洗排水槽平平面總面積一一般不大于單單個濾池面積積的25%。否則，會影影響上升水流流的均勻性。。相鄰兩槽的中中心間距一般般為1.5~2.0m。間距過大，，難以排水均均勻。每單單位位槽槽長長的的溢溢入入流流量量應應相相等等。。故故施施工工時時沖沖洗洗排排水水槽槽口口應應力力求求水水平平，，誤誤差差限限制制在在2mm內。。沖洗洗排排水水槽槽的的始始端端尺尺寸寸：：一一般般采采用用始始端端深深度度為為末末端端深深度度的的一一半半；；或或槽槽底底采采用用平平坡坡，，使使始始、、兩兩端端尺尺寸寸相相等等。。槽內內水水面面以以上上一一般般要要有有7cm左右右的的保保護護高高，，以以保保證證沖沖洗洗廢廢水水自自由由跌跌水水進進入入排排水水槽槽。。排排水水槽槽的的廢廢水水應應自自由由跌跌水水進進入入排排水水渠渠，，以以免免引引起起壅壅水水現(xiàn)現(xiàn)象象。。（2）排排水水渠渠布置置：：面積積小小時時，，沿沿池池壁壁一一邊邊布布置置；；當濾濾池池面面積積很很大大時時，，排排水水渠渠布布置置在在濾濾池池中中間間。。五、、沖沖洗洗水水的的供供給給沖洗洗水水供供給給方方式式：：水泵泵沖沖洗洗；；沖洗洗水水塔塔或或水水箱箱沖沖洗洗。。1.水泵泵沖沖洗洗：：特點點：：投資資省??；；操作作較較為為麻麻煩煩；；在沖沖洗洗的的短短時時間間內內耗耗電電量量大大，，往往往往會會使使廠廠區(qū)區(qū)內內供供電電網(wǎng)網(wǎng)負負荷荷驟驟增增。。水泵泵流流量量：：（5-31）水泵泵楊楊程程：：（5-32）H0———排水水槽槽頂頂與與清清水水池池最最低低水水位位之之差差，，m；h1———從清清水水池池至至濾濾池池的的沖沖洗洗管管道道中中總總水水頭頭損損失失，，m；h2———濾池池配配水水系系統(tǒng)統(tǒng)水水頭頭損損失失，，m。大大阻阻力力配配水水系系統(tǒng)統(tǒng)按按孔孔口口平平均均水水頭頭損損失失計計算算。。h3———承托托層層的的水水頭頭損損失失，，m。h4—濾料料層層的的水水頭頭損損失失，，m，h5—備用用水水頭頭，，一一般般取取1.5~2.0m。2.沖洗洗水水塔塔（（或或水水箱箱））特點點：：造價價高高；；操作作簡簡單單；；專用用水水泵泵小小，，耗耗電電量量較較均均勻勻。。沖洗洗水水箱箱一一般般與與濾濾池池合合建建，，通通常常建建造造于于濾濾池池操操作作室室層層頂頂上上，，水塔塔（（箱箱））中中水水深深不不宜宜超超過過3m。水塔塔（（箱箱））容容積積：：可按按單單個個濾濾池池沖沖洗洗水水量量的的1.5倍計計算算：：（5-36）水塔塔（（箱箱））底底高高出出濾濾池池沖沖洗洗排排水水槽槽頂頂?shù)牡母吒叨榷龋海海?-37）四、、承承托托層層承托托層層的的作作用用：：①防防止止濾濾料料層層從從配配水水系系統(tǒng)統(tǒng)流流失失；；②均均布布反反沖沖洗洗水水。。組組成成見見表表5-4與5-5。表5-4快濾濾池池大大阻阻力力配配水水系系統(tǒng)統(tǒng)承承托托層層粒粒徑徑和和厚厚度度層次（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(tǒng)孔眼100表5-5三層層濾濾料料濾濾池池承承托托層層材材料料、、粒粒徑徑與與厚厚度度注:配水水系系統(tǒng)統(tǒng)如如用用濾濾磚磚且且孔孔徑徑為為4mm時，，第第6層可可不不設設。。為了了防防止止反反沖沖洗洗時時承承托托層層移移動動，，美美國國對對單單層層和和雙雙層層濾濾料料濾濾池池也也有有采采用用““粗粗-細-粗””的的礫礫石石分分層層方方式式。。如果果采采用用小小阻阻力力配配水水系系統(tǒng)統(tǒng)，，承承托托層層可可以以不不設設，，或或者者適適當當鋪鋪設設一一些些粗粗砂砂或或細細礫礫石石，，視視配配水水系系統(tǒng)統(tǒng)的的具具體體情情況況而而定定。。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(tǒng)孔眼1005.6幾種種常常見見的的濾濾池池一、、普普通通快快濾濾池池1.設計計參參數(shù)數(shù)：：設計計濾濾速速：：一般般為為8~10m/h。濾池池總總面面積積：：（5-38）（5-39）個數(shù)數(shù)和和單單池池面面積積：：濾池池的的個個數(shù)數(shù)在在設設計計時時應應根根據(jù)據(jù)技技術術經(jīng)經(jīng)濟濟比比較較確確定定，，但但不不得得小小于于兩兩個個，，可可參參考考表表5-7選用用。。單個個濾濾池池面面積積可可根根據(jù)據(jù)濾濾池池總總面面積積F與濾濾池池個個數(shù)數(shù)N進行行計計算算，，如如下下式式所所示示：：一一般單單池池面面積積不不大大于于100m2。最最佳佳單單池池面面積積可可參參考考表表5-8。（5-40）表5-7濾池池個個數(shù)數(shù)表5-8最佳佳單單池池面面積積濾池總面積（m2）濾池個數(shù)濾池總面積（m2）濾池個數(shù)<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濾池池深深度度：：濾池池深深度度包包括括：：保護護高高：：0.25~0.3m；濾層層表表面面以以上上水水深深：：1.5~2.0m；濾層層厚厚度度：：2.0~2.5m承托托層層厚厚度度：：每每層層100mm濾池池的的總總深深度度一一般般為為3.0~3.5m。單單層層石石英英砂砂濾濾池池深深度度一一般般稍稍??；雙層層和三層層濾料濾濾池深度度稍大。。2.管廊布置置布置方法法：濾池數(shù)小小于5個時，濾濾池宜采采用單行行排列，，管廊位位于濾池池的一側。。當濾池池數(shù)超過過5個時，濾濾池宜采采用雙行行排列，，管廊位位于兩排濾濾池的中中間。后后者布置置緊湊，，但管廊廊通風、、采光不不如前者，檢修修也不太太方便。。（1）進水、、清水、、沖洗水水和排水水渠，全全部布置置于管廊廊內，如如圖5-20（a）所示。。特點：：渠道結結構簡單單，施工工方便，，管渠集集中緊湊，，但管廊廊中管件件較多，，通行和和檢修不不太方便便。（2）沖洗水水和清水水渠布置置于管廊廊中，進進水和排排水渠布布置于濾濾池另一側側，如圖圖5-20（b）所示。。特點：：可節(jié)省省金屬管管件及閥閥門，管廊廊內管件件簡單，，施工和和檢修方方便。但但造價稍稍高。（3）進水、、沖洗水水及清水水管均采采用金屬屬管道，，排水渠渠單獨設設置，如如圖5-20（c）所示，，特點：：通常用用于小型型水廠或或濾池單單行布置置。（4）對于較較大濾池池，為節(jié)節(jié)約閥門門，可以以將進水水和排水水閥門分分別用進進水虹吸吸和排水水虹吸代代替，沖沖洗水管管和清水水管仍用用閥門，，如圖5-20（d）所示。。特點：：虹吸管管通水或或斷水以以真空系系統(tǒng)控制制。3.快濾池管管渠設計計流速管渠流速速可按下下表確定定，考慮慮到今后后水量有有增大的的可能時時，流速速取低限限。表5-9管渠流速速4.設計注意意事項（1）濾池清清水管應應設短管管或留有有堵板,管徑一般般采用75~200mm，以便濾濾池翻修修后排放放初濾水水。（2）濾池底底部宜設設有排空空管，其其入口處處設柵罩罩，池底底坡度約約為0.005，坡向排排空管。。（3）配水系系統(tǒng)干管管末端一一般裝有有排氣管管。（4）每個濾濾池宜設設置水頭頭損失計計及取樣樣管。（5）各種密密封渠道道上應設設有人孔孔，以便便檢修。。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、無閥閥濾池1.重力式無無閥濾池池過濾過過程2.重力式無無閥濾池池的反沖沖洗過程程3.設計要點點進水系統(tǒng)統(tǒng)：（1）進水水分配槽槽（2）進水管管U形存水彎彎濾池面積積與高度度：沖洗水箱箱：虹吸管的的計算：：4.優(yōu)缺點無閥濾池池一般用用于中、、小型水水廠。單單池面積積一般不不大于16m2。優(yōu)點：不需大型型閥門，，沖洗完完全自動動，造價價較低，，操作管管理較為為方便，，過濾過過程中不會出出現(xiàn)負水水頭現(xiàn)象象。缺點：池體結構構較復雜雜，濾料料裝御困困難，沖沖洗水箱箱位于濾濾池上部部，出水水標高較較高，相應抬抬高了了濾前