第三章 物理化学处理(2)

f Q/v 1 q 100% 100% 100% F Q / q 1000 1000v
大阻力配水系统构造尺寸计算的依据
f f 0.29 o na
式中：ω0 —干管截面积，m2 ωa —支管截面积，m2 f—配水系统孔口总面积，m2
6、配水系统 常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水 系统、中阻力配水系统等三种。 其作用：
①反冲洗时，均匀分布反冲洗水；
②过滤时，均匀集水。
反冲洗时配水不均匀的危害：
①滤池中砂层厚度分布不同； ②过滤时，产生短流现象，使出水水质下降； ③可能导致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。
（1）大阻力配水系统的原理 a、构造 大阻力配水系统的构造如图3-6和图3-7所示。
无烟煤 无烟煤 石英沙 石英沙 石榴石
均质滤料
3、 过滤方式 （1）恒速过滤 在恒速过滤状态，由于滤层逐渐被堵塞，水头损失 随过滤时间逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，当水位 上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗。无阀滤池与 虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。 （2）减速过滤 在过滤过程中，如果过滤水头损失始终保持不变， 孔隙率逐渐减小，必然使滤速逐渐减小。在普通快滤 池中一般不可能出现。移动罩滤池属于变速过滤滤池。
f f 0.1348 2 0.1348 ( ) ( ) 2 0.25 0.29 o na 0.85 0.85 60 5.03 103
' '
2
2
q 14 0.268% 符合配水均匀性达到95%以 ' 1000v 1000 5.45 上的要求。
例：设滤池的平面尺寸为7.5m×7.0m=52.5m2，设计
大阻力配水系统。
解：冲洗强度采用q=14L/s· 2, m
冲洗流量Q=14×52.5=735L/s=0.735m3/s
1 干管 采用钢筋混凝土渠道。断面尺寸：850mm×850mm， 长7500mm。起端流速
0.735 v0 1m / s 0.85 0.85
3 孔口
孔口流速采用5.6m/s，孔口总面积 f 配水系统开孔比
0.13152.5 0.25%
0.735 0.131m 2 5.6
孔口直径采用9mm，每个孔口面积=6.36×10-5m2。 孔口数m=0.131/(6.36×10-5）=2060个。
干管顶端开2排孔，每排40个，孔口中心距e1=7.5/40=0.187m
五、过滤
在常规水处理中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤 料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺 过程。
过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且 水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度的降低 而被部分去除。残留的细菌、病毒在失去附着物的 保护和依附后，在滤后消毒中也容易被杀死。
1. 工作过程
每根支管孔口数=（2060-80）/60=33个，取34个，分两排布 置，孔口向下与中垂线夹角45°交错排列，每排17个孔，孔 口中心距e2=2.9/17=0.17m
4 配水系统校核
实际孔口数 m’=34×60+80=2120个 实际孔口总面积 f’=2120×6.36×10-5=0.1348m2 实际孔口流速 v’=0.735/0.1348=5.45m/s
c b
支管 a
45° 45°
进水
干管
图 3-6 穿孔支管孔口位置 9-13
图 3-7 9-14 穿孔大阻力配水系统
大阻力配水系统的设计要点： ①干管起端流速为0.2~1.2m/s，支管起端流速为 1.4~1.8 m/s，孔眼流速为3.5~5 m/s。 ②支管中心距为0.25~0.3 m，支管长度与其直径之比一 般不应大于60。 ③孔口直径约为9~12 mm，设于支管两侧，与垂线呈 45O角向下交错排列。 ④干管横截面与支管总横截面之比应大于1.75~2.0。当 干管直径于300mm时，干管顶部也应开孔布水，并 在孔口上方设置挡板。 ⑤孔口总面积与滤池面积之比称为开孔比，其值可按下 式计算：
Fs3
滤层含污量（g/cm2） 1
无煤烟
单层滤料
Fs2
双层滤料
力示意
图 3-4 滤料层含污量变化 9-4
石英砂
滤 层 深 度 (cm)
石英砂
Fs1
2
滤层含污能力：单位体积滤层中的平均含污量称 为“滤层含污能力”，单位g/cm3或kg/m3。 采用单水冲洗的石英砂滤料滤池，其含污量随 深度的变化见图3-4曲线1。 为了改变上细下粗滤层中杂质分布严重不均匀 的现象，提高滤层含污能力，出现了多层滤料、混 合滤料及均质滤料等。 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3-5。双层滤池其含污量随深度的变 化见图3-4曲线2。 （b） （c） （a）均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现，如V 型滤池。要实现均质滤料过滤，反冲洗时滤料层不 图 3-5 几种滤料组成示意 9-5 能膨胀。
双滤料
<1.7
<1.5 <1.7
450
230 70 18~20 20~25
三层滤料
（4）承托层
承托层的作用： ①防止滤料层从配水系统流失； ②均匀布置反冲洗水。 表3-2
1 2 3 4
快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度
粒径（mm） 2~4 4~8 8~16 16~32 厚度（mm） 100 100 100
4 5
6
重质矿石（如石榴石、磁铁矿等） 砾石
砾石
4~8 8~16
16~32
50 100 本层顶面高度至少应 高于配水系统孔眼 100mm
5、 滤池冲洗
常用的反冲洗方法有以下2种： ①高速水流反冲洗： 具有一定的膨胀度，形成上细下粗的水力分层， 需水量大。 ②气-水联合反冲洗； 利用 上升气泡的振动，将滤料表面污物破 碎、脱落，再由水冲带出池外。水冲强度可 降低，可减少水冲水量，提高滤池冲洗质量。 冲洗时滤层不一定膨胀或仅轻微膨胀，冲洗 结束后滤层不产生或不明显产生上细下粗分 层，即保持原来滤层结构。
砂粒级配对滤池的运行的影响 ：
砂样颗粒大小K80越大，则大小颗粒差别越大，
颗粒越不均匀。这对过滤和反冲洗都会产生不利
影响，因为K80较大时，大小颗粒掺杂的结果，过 滤时会降低滤料层的孔隙率，影响滤层的含污能 力以及增加过滤时的阻力，反冲洗满足细颗粒膨 胀要求，粗颗粒将得不到很好清洗；若为满足粗
颗粒膨胀要求，则细颗粒可能被冲出池外。
层次（自上而下）
本层顶面高度至少应 高于配系统孔眼 100mm
表3-3
层次（自上 而下） 1 2 3
三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度
材料 粒径 （mm） 0.5~1.0 1~2 2~4 厚度 （mm） 50 50 50
重质矿石（如石榴石、磁铁矿等） 重质矿石（如石榴石、磁铁矿等） 重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）
2 支管
支管中心距采用0.25m。支管数n=7.5/0.25×2=60根（每侧30根）。 支管长（7.00-0.85-0.30）/2≈2.93m，取2.9m。式中0.3m为考虑渠 道管壁厚及支管末端与池壁间距。 每根支管进口流量=735/60=12.25L/s，支管直径采用80mm， 支管起端流速va=2.43m/s
（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： ①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”。也可称为“直流过 滤”，图中（a）与（b）所示；②原水加药 后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤，称 为“微絮凝过滤” ，如图中（c）与（d）所 示。
( 3)最大粒径、最小粒径 表3-1 滤料级配与滤速
类别 单层石英砂 滤料 粒径 （mm） dmax=1.2 dmin=0.5 无烟煤 dmax=1.8 dmin=0.8 石英砂 dmax=1.2 dmin=0.5 无烟煤 dmax=1.6 dmin=0.8 石英砂 dmax=0.8 dmin=0.5 重质矿石 dmax=0.5 dmin=0.25 滤料组成 不均匀系数 K80 <2.0 <2.0 <2.0 厚度 （mm） 700 300~400 10~14 400 14~18 滤速 （m/h） 8~10 强制滤速 （m/h） 10~14
气-水联合冲洗具有下述特点： ①冲洗效果好； ②节约反冲洗水量； ③冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下粗的分层现 象； ④气-水联合冲洗操作较为麻烦，池子和设备较复杂，需增 加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。 气-水联合冲洗有3种操作方式： ①先气洗，后水洗； ②先气水混合洗，再用水洗； ③先气洗，再气水混合洗，最后用水洗（或漂洗）。 气-水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在10min左右。
②采用聚合物为混凝剂或助凝剂。 直接过滤要求： ①原水浊度和色度较低且水质变化小，常年原水浊 度低于50度；
②直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊度偏 高时应采用较低滤速，当原水浊度在50度以上时， 滤速一般在5m/h左右。
4、 滤料与承托层 （1） 滤料的要求 a.具有足够的机械强度 b.具有足够的化学稳定性 c.具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率 d. 能就地取材、价廉。 石英砂是使用最广泛的滤料，双层和多层滤 料中，常用的还有无烟煤、石榴石、钛铁矿、 磁铁矿、金刚砂等。轻质滤料有聚苯乙烯及 陶粒等。
由过滤与反冲洗两部分组成。
浑水流经滤料时，水中杂质被截留，随着滤料层 中杂质截留量的逐渐增多，滤料层中的水头损失 也相应增加，当水头损失增加到一定程度时，会 使滤池产水量减少，或滤过水质不符合要求时， 应停止过滤进行冲洗。 冲洗水自下而上穿过承托层及滤料层，均匀分布 于整个滤池平面上，滤料层处于悬浮状态，滤料 得到清洗。
2 2
上式说明：①大阻力配水系统配水的均匀性只与干管 截面积、支管截面积、支管个数、孔口总面积等有关， 而与其它因素无关。②当滤池面积过大时，滤池中砂 层和承托层的铺设、冲洗废水的排除等的不均匀度都 将对冲洗效果产生影响。