滤池气水反冲洗强度控制指标的建立与分析

算公式如下[ 3] :
Q p =
H
1 000Ql P 0 Q A g
0 P 0 + 1 000Qlg ( H -
z) dz
( 3)
式中 p ) ) ) 气搅拌槽内浆料所耗功率, W;
H ) ) ) 槽内浆料的厚度, m ; z ) ) ) 排气水平面到槽底距离, m;
Ql ) ) ) 浆料的密度, kg/ m3 ; P0 ) ) ) 槽内的压力, P a; QA ) ) ) 气体的体积流量, m 3 / s。
1. 25
15. 0
5. 0
4
15
胜利油田纯化水厂
V 型滤池
0. 9~ 1. 0
1. 15
15. 3
4. 0
6
16
保定地表水厂
17
石家庄第八水厂
V 型滤池
d 10 = 0. 95
1. 2
V 型滤池
0. 9~ 1. 3
1. 4
12. 5~ 15. 2 15. 6
3. 6~ 4. 2 4. 2
4~ 6 4~ 6
( 9)
式中 G ) ) ) 系统的等效 G 值, s- 1 ;
p T ) ) ) 系统所耗功率, W;
V ) ) ) 系统有效容积, m3。
将式( 6) 代入式( 9) , 得到气水反冲洗过程中滤
池内等效 G 值计算公式:
G=
15
0
(
1- m0 m30
)
2
@
1
d
2 m
q2w
+
11 75
1 dm
M@
qw ) ) ) 水反冲洗强度, 数值上等于反冲水流速 v,
L/ ( s# m2);
a、b、c ) ) ) 决定于水温、大气压、滤料规 格及滤层
构造的参数。
2 滤池气水反冲洗控制指标的确定 2. 1 滤料表面絮体剥离条件
在截污滤层中, 絮体的结合强度可以分为三类, 即絮体与清洁滤料表面的结合强度 Ssf 、絮体与滤料
划分, 但其过程都伴随能量的消耗。基于研究分析
的需要, 这里提出等效 G 值 的概念, 即引起等效絮 体剥离效果所对应的系统搅拌强度, 以速度梯度 G
值表示。
根据牛顿内摩擦定律, 在滤层内颗粒滤料表面 有:
S= LG
( 7)
变形为:
G=
S L
( 8)
式中 G ) ) ) 速度梯度, s- 1 ;
L) ) ) 水的粘度, Pa # s; S ) ) ) 剪切应力, kg/ ( m # s2) 。 由表 1 和式( 8) 可计算出: 为满足滤层截留的絮
16 给水排水 Vo1l 34 No1 2 2008
表面沉积物之间的结合强度 Spf 以及絮体粒子间的 结合强度 Sff , 其中 Ssf 和 Spf 的大小直接影响反冲洗过 程中的污物剥离。不同材质滤料过滤时, 试验推求 的絮体与滤料表面、滤料沉积物之间的结合强度见 表 1[ 4] 。
表 1 絮体与滤料表面、滤料沉积物 之间的结合强度
宁波市东钱湖水厂
V 型滤池
0. 9~ 1. 2
1. 4
13. 9~ 16. 7
4. 7~ 6. 1
4
8
开封市三水厂
V 型滤池
0. 90~ 1. 35
1. 2
14. 0
6. 0
4
9
哈尔滨绍和水厂
V 型滤池
0. 8
1
13. 0~ 17. 0
3. 0~ 4. 5
3~ 4
10
汕头市月浦水厂
V 型滤池
0. 9~ 1. 35
体剥离, 反冲洗所提供的等效 G 值必须大于 310 s- 1。
2. 2 气水反冲洗过程中滤池内等效 G 值的计算
借鉴混凝动力学的研究基础, 假设滤层的滤料 粒径是均匀的, 滤层处于非膨胀状态, 那么气水反冲
洗过程滤 池内 的等 效 G 值可 以 采用 甘布 公 式计 算[ 2] , 即:
G=
pT LV
采用气体搅拌槽来模拟滤层的气冲过程, 搅拌
给水排水 Vol1 34 No1 2 2008 15
槽内浆料的有效容积为滤层体积, 反应器内的压力 等于滤层上部水的静压力, 浆料的密度为滤层的混 合密度( 滤层中滤料与水的综合密度) , 槽内浆料的 厚度为滤层的厚度。
气反冲洗时所耗功率方程为:
Q p 2 =
0v2+
11
7
5
1 dm
@
1- m m30
0
L
0
v
3
( 2)
式中 p 1 ) ) ) 反冲水流所耗功率, W; Qw ) ) ) 反冲水流量, m 3 / s; Qw ) ) ) 水密度, kg / m3 ; S ) ) ) 过滤面积, m2 。
11 2 气冲过程所耗功率方程 在反应过程中, 气体搅拌槽内浆料所耗功率计
组合的实际要求。
目前在给水厂的实际运行中, 一般以反冲洗排 水浊度和冲洗后滤料含泥量来评价反冲洗的效果,
反冲洗参数的确定主要依靠生产运行经验[ 1] 。本文
通过分析滤池气水反冲洗的能耗变化, 建立了气水 同时反冲洗过程的控制指标, 并采用一些给水厂的
运行数据对该指标进行验证分析, 以期为今后滤池
反冲洗过程的调试和运行提供依据。
1. 1
15. 3
3. 89
6
25
吉林市第二水厂
V 型滤池
wenku.baidu.com
0. 95~ 1. 35
1. 2
15. 3
4. 0
注: 以上资料均取自公开发表的论文和著作, 受篇幅所限不详细列举。
给水排水 Vol1 34 No1 2 2008 17
图 1 各水厂滤池反冲洗等效 G 值计算结果
均值 520 s- 1 。 在研究中经常采用/ 厚径比 L / D0 来评价滤池
关键词 气水反冲洗 等效 G 值 强度指标
在常规水处理工艺中, 快滤池反冲洗的方法主
要有高速水流反冲洗和气水反冲洗, 近年来的生产
实践表明气水反冲洗无论在反冲洗效果, 还是在节 能、节水等方面均占优势。滤池气水反冲洗过程的
控制参数包括: 气和水的冲洗 强度、冲洗 顺序及时
间、滤层膨胀度等, 因此在保证反冲洗效果、实现/ 节 能减排0生产目标的前提下, 存在着各控制参数优化
序号
厂名
滤池 池型
滤料粒径 / mm
滤层厚度 /m
反冲洗强度 气冲/ L/ ( h # m 2) 水冲/ L/ ( h # m2 )
冲洗时间 / min
1
海宁市第二水厂
V 型滤池
0. 93~ 1. 35
1. 2
16. 0
4. 0
3
2
滁州市二水厂
双阀滤池
1~ 1. 25
1. 1
15. 0
8. 0
2
3
福安市城区第二水厂
滤料 石英砂 无烟煤
Ssf/ g/ ( cm # s2) 0. 16~ 0. 71 0. 52~ 1. 41
Spf/ g/ ( cm # s2) 0. 32~ 3. 10 0. 81~ 2. 15
在气水反冲洗过程中, 能够引起滤料颗粒碰撞 摩擦的作用因素包括水流剪切力和上升空气泡的振
动, 这两种作用对絮体剥离的贡献很难进行精确的
Qm = m0 ( Qw - Qs) + Qs
( 5)
式中 m0 ) ) ) 滤料的空隙率; Qs ) ) ) 滤料颗粒密度, kg/ m3 。
11 3 气水同时冲洗的能耗方程 滤池气水同时反冲洗的能耗等于水冲能耗与气
冲能耗之和, 即气水同时反冲洗所耗功率方程为:
pT = p 1+ p 2
= S Qw
的过滤性能, 即认为滤层厚度与滤料粒径之比相等 的两个滤池的过滤性能相同, 滤层的 L / D 越大, 过 滤性能越好[ 1] 。在实际生产中一般要求普通砂滤池 的 L / D 大于 800, 图 2 显示所选水厂滤池均满足这 一要求, 即可以判断这些滤池运行良好, 因此这些滤 池气水反冲洗过程等效 G 值 的范围具有普遍适用 性, 可以作为气水反冲洗强度的控制指标。
L0 0
Qm gQw ( H 0 + h1 ) S q a Qw ( H 0 + h1 ) + Qm ( L 0 -
l) dl
Qw ( H 0 + h1 ) + Qm L0
= Qw gS qa( H 0 + h1 ) ln
Qw ( H 0 + h1 )
( 4)
式中 p 2 ) ) ) 气流所耗功率, W; H 0 ) ) ) 大气压的水柱高度, m; l ) ) ) 滤层截面距滤层底部的距离, m; h1 ) ) ) 排水液面距滤层表面距离, m; Qm ) ) ) 滤层的混合密度, kg/ m3 ; qa ) ) ) 气反冲洗强度, L/ ( s # m2 ) 。 滤层混合密度计算见式( 5) :
V 型滤池
d 10 = 9. 0
1. 2
15. 0~ 16. 0
2. 0~ 2. 5
6
4
金华市湾坞水厂
V 型滤池
0. 95
1. 2
15. 0
2. 0
5
克拉玛依四水厂
V 型滤池
0. 9~ 1. 3
1. 2
15. 2
3. 3
12
6
临沂市第二水厂
V 型滤池
d 10 = 0. 9
1. 2
15. 2
3. 3
7
v ) ) ) 反冲洗流速, m/ s; M) ) ) 水的运动粘度, m 2/ s; g ) ) ) 重力加速度, 取 9. 81 m/ s2。 滤池水冲洗时, 流体所耗功率方程为:
p 1 = Qw g h @ Qw = Qw gh @ Sv
= SQw
150
M(
1- m0
m
3 0
)
2
@
1
d
2 m
L
洗强度是否满足 絮体剥 离的要 求, 即等效 G 值 可
值( 见图 1) 。
以作为反映滤池气水反冲洗强度是否合理的 综 合
图 1 显示各水厂滤池气水反冲洗过程中, 滤池
性指标。
内 最大 的等效 G 值集中在 490~ 570 s- 1的范围内,
表 2 给 水 厂 滤 池 构 造 及 反冲 洗 参 数 汇 总
18
南京上元门水厂
V 型滤池
0. 94~ 1. 35
1. 2
15. 3
4. 2
5
19
长春南岭水厂
20
重庆九龙坡水厂
21
重庆和尚山水厂
22
武汉白鹤嘴水厂
23
衡州石头坪水厂
普快滤池
0. 5~ 1. 2
0. 7
12. 0~ 13. 0
6. 0~ 8. 0
V 型滤池
d 10 = 0. 95
1. 15
15. 3
滤池气水反冲洗强度控制指标的建立与分析
张建锋 王磊波
( 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西安 710055)
摘要 通过分析滤池反冲洗过程中水冲和气冲的能耗方程, 建立气水反冲洗等效 G 值的概念和 计算公式, 以给水厂实际运行数据为基础, 确定了滤池气水反冲洗强度的控制指标, 为滤池反冲洗过 程的运行控制提供依据。
将冲洗强度、滤料粒径以及滤层组成等参数代
测定手段。国 内几 十家 采用气 水反 冲洗、运 行良
入式( 10) , 计算 出气 水反 冲洗 过程 中滤池 内的 等
好的水厂滤池生产数据见表 2, 将相关数据代入式
效 G 值, 配合絮体结合强度的测定, 可 以判断反冲
( 10) , 计算出各 厂滤池 气水 反冲 洗过 程的等 效 G
150M(
1- m0 ) 2 m30
@
1
d
2 m
L0
q2w
+
11
75
1 dm
@
1- m m30
0
L
0
q3w
+
gqa ( H 0 +
h1)
@
Qw ( H 0 + h1 ) + Qm L 0 ln Qw ( H 0 + h1 )
= S Qw ( aq2w + bq3w + cqa)
( 6)
式中 p T ) ) ) 气水反冲洗所耗总功率, W;
水流通过滤料层的水头损失采用欧根( Ergun) 公式
计算[ 2] :
h=
15g0M@
(
1- m0 m30
)
2
@
1
d
2 m
L
0
v
+
11
75
1 gdm
@
1- m m30
0
L
0
v
2
( 1)
式中 h ) ) ) 水头损失, m;
m0 ) ) ) 滤层空隙率;
L 0 ) ) ) 滤层厚度, m; dm ) ) ) 滤料当量粒径, m;
1. 2
16. 0
3. 0
3
11
温州市新阳岙水厂
均质滤池
0. 9 ? 0. 03
1. 4
15. 0
4. 2
4
12
西安市曲江水厂
13
重庆涪陵第二水厂
V 型滤池 均质滤池
d 10 = 0. 95 0. 9
0. 93 1. 1
15. 3 14. 0
4. 0
4
4. 0
4
14
佛山市沙口水厂
V 型滤池
0. 95~ 1. 35
4. 03
5
V 型滤池
d 10 = 0. 9~ 1. 3
1. 2
14. 0~ 17. 0
3. 0~ 4. 0
7
V 型滤池
d 10 = 0. 9~ 1. 3
1. 2
15. 0
6. 0~ 7. 0
2
普快滤池
0. 6~ 1. 2
0. 7
16
3. 8~ 8. 0
2
24
厦门市高殿水厂
V 型滤池
0. 95~ 1. 0
1
m
m0
3 0
q3w
+
gqa ( H 0 + ML 0
h1)
@
Qw ( H 0 + h1 ) + Qm L0 1/ 2 ln Qm( H 0 + h1 )
( 10)
3 滤池气水反冲洗强度指标数值确定 在实际生 产中, 滤池 反冲 洗等效 G 值指 标应
用的前提, 在于能够测定滤层中 絮体与滤料表 面、 表面沉积物 之间的 结合 强度, 但目 前缺 乏直 接的
1 滤池气水反冲洗过程能耗的理论基础
气水反冲洗的主要目的在于剥离滤料表面截留
的絮体, 并通过水流的挟带作用将其排出, 从而使滤
料恢复过滤能力。截污滤料表面的絮体剥离, 主要
依靠水流的剪切作用和滤料颗粒之间的摩擦碰撞。
滤池气水反冲洗过程能耗分析如下。
11 1 水冲过程所耗功率方程
假设滤层各个水流断面上滤料粒径均匀一致,