给排水09水质工程学过滤部分作业和答案

过滤作业（书本P357~359）

1、为什么粒径小于滤层孔隙尺寸的颗粒会被滤层拦截下来？

答：粒径小于滤层孔隙尺寸的颗粒会被滤层拦截下来，不是滤层的机械筛滤作用，而是水中颗粒的迁移作用和颗粒粘附作用。在过滤时，小颗粒会因重力作用、惯性作用，布朗运动的扩散作用和颗粒表面的水动力作用而使颗粒与滤料层接触，此即为迁移作用；当颗粒与滤料层接触后，则在范德华引力和静电斥力的相互作用下，以及某些化学键和化学吸附力下，被粘附于滤料表面或滤料表面上原先粘附的颗粒上。

2、从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和发展趋势。

答：滤层杂质分布规律：过滤初期，滤料较干净，孔隙率大，空隙流速较小，水流剪力较小，因而粘附作用占优势。随着时间的延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙率逐渐减小，水流剪力逐渐增大，以至最后粘附颗粒先脱落下来，或则不再有粘附现象，于是，悬浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留作用渐次得到发挥。然而，滤料经过反冲洗后，滤层因膨胀而分层，表面滤料粒径最小，粘附比表面积大，截留悬浮颗粒量最多，而孔隙尺寸又小，因而，过滤一段时间后，表面滤料间孔隙将逐渐被堵塞，使过滤阻力剧增，造成下层滤料截留悬浮颗粒作用远未得到充分发挥时，过滤就停止。为了改善滤料层中杂质分布状况，提高滤层含污能力，而采取双层、三层或均质滤料。

5、什么叫等速过滤和变速过滤？两者分别在什么情况下形成？分析两种过滤方式的优缺点。

答：等速过滤：当滤池过滤速度保持恒定不变的过滤方式；

变速过滤：滤速随过滤时间而逐渐减少的过滤方式。

当滤料粒径，形状滤层级配和厚度以及水温已定时，随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减少，在水头损失保持不变的条件下，将引起滤速减少；反之，滤速保持不变时，将引起水头损失的增加，这样就产生了等速过滤和变速过滤。

优缺点：等速过滤各层滤料水头损失的不均匀可能会导致某一深度出现负水头而影响过滤，采用虹吸滤池和无阀滤池的出水口高于滤层的方式可以解决负水头的问题；变速过滤滤后水质较好，过滤初期，滤速较大可使悬浮杂质深入下层滤料，

过滤后期滤速减少，可防止悬浮颗粒穿透滤层，普通快滤池和V形滤池即是。

6、什么叫负水头？它对过滤和冲洗有何影响？如何避免过滤过程中负水头的产生？

答：负水头：在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以至砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时，便出现负水头现象。

危害：负水头溶解于水中的气体释放出来而形成气囊，气囊对过滤有破坏作用，一是减少有效过滤面积使过滤时水头损失及滤层空隙流速增加，严重时会影响滤后水质：二是气囊会穿过滤层上升，有可能把部分细滤料或轻质滤料带出，破坏滤层结构。反冲洗时，气囊更易将滤料出滤池。

措施：增加砂面上水深或令滤池出口位置等于或高于滤层表面。

7、什么叫滤料“有效粒径”和“不均匀系数”？，不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响？“均质滤料”的含义是什么？

答：滤料粒径级配是指滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例，粒径是指正好可通过某一筛孔的孔径，有效粒径是指通过滤料重量某百分比的筛孔孔径，有d10和d80两种，d10反映滤料中细颗粒尺寸，d80反映滤料中粗颗粒尺寸。不均匀系数K80=d80/d10，K80越大，表示滤料的粗细颗粒尺寸相关越大，滤料越不均匀，过滤时，滤料层的含污能力减小，同时反冲时，如满足粗颗粒冲洗需要，则细颗粒会冲走，如满足细颗粒冲洗需要，则粗颗粒得不到充分的冲洗。K80越接近1，滤料越均匀，过滤的反冲好，但价格高。

所谓“均质滤料”，并不是指滤料粒径完全相同，滤料粒径仍旧存在一定差别，只是粒径差别比单层滤料小，均质滤料在整个滤层深度（高度）方向的任一断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致，而要做到这一点，反冲时滤料层不能膨胀。大多采用气水反冲。均质滤料的含污能力大于上细下粗的滤料级配。

10、滤层反冲洗强度和滤层膨胀度之间的关系如何？滤层全部膨胀起来后，反冲洗强度增大，水流通过滤层的水头损失是否同时增大，为什么？

答：当反冲洗流速小于最小流态化流速时，滤层不发生膨胀。当反冲洗流速大于最小流态化流速时，滤层膨胀起来，此时，冲洗强度愈大，膨胀度愈大。当滤层膨胀到一定程度后，不再发生膨胀，此时滤层全部膨胀。

当滤层全部膨胀起来后，反冲洗强度增加，水流通过滤层的水头损失不变。因为

增大冲洗强度只是使滤层膨胀度增大，而水头损失保持不变。

12、什么叫最小流态化速度？当反冲洗流速小于最小流态化速度时，反冲洗的滤层水头损失是否与反冲洗强度有关？

最小流态化速度：反冲洗时滤料刚刚开始流态化的冲洗流速。

当反冲洗流速小于最小流态化速度，滤层未膨胀，水流通过滤料层的水头损失按欧根公式可知：当滤料粒径，形状，密度，厚度，孔隙率以及水温等一定时，反冲洗强度越大，水头损失越大。

13、气、水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？

①先用空气反冲，然后再用水反冲；

②先用气-水同时反冲然后再用水反冲；

③先用空气反冲，然后用气-水同时反冲，最后再用水反冲。

优缺点：单独水冲耗水量大，冲洗结束后滤料上细下粗分层明显；气水反冲保持原来滤层结构，而提高滤层含污能力，又节省冲洗水量。但需增加气冲设备，池子结构及冲洗操作复杂。

14、大阻力配水系统和小阻力配水系统的含义是什么？各有何优缺点？

大阻力配水系统是减小孔口总面积以增加孔口阻力系数而使配水均匀系统；小阻力配水系统是减小干管和支管进口流速使配水均匀的系统。

优缺点：大阻力配水系统配水均匀性较好，但结构复杂，孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大，管道易结垢增加检修困难；小阻力配水系统中的压力变化对布水均匀性的影响不大，在此基础上，可以减少孔口阻力系数以减少孔口水头损失。

15、简述各类滤池优缺点（略）