快滤池气水反冲洗最佳运行参数研究
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关键词 快滤池 反冲洗 冲洗去污率 初滤水头损失
Research on Optimization of Operating Parameters for Rapid Sand Filter with Air- water Backwashing
Wang Yiqiang ( Shen z hen M unicip al Water w orks G roup Co. L td 528000)
作者简介: 匡桂云, 1968 年毕业于清华大学工程 化学系。 上海市 苏州河 环境综 合整治 领导小 组办公 室项 目处处 长, 高级 工程师。 收稿日 期 2000 年 12 月
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快滤池气水以冲洗最佳运行参数研究
不均匀系数 K80为 1. 3 左右、滤料层厚度为 1. 2m 左 右的均质滤料滤池, 而对普通滤料滤池( d= 0. 5~ 1. 2mm, 不 均 匀 系 数 K80 < 2. 0, 滤 层 厚 度 L = 700mm) 的气水反冲洗 研究较少, 同时国内现 行普 遍采用的仍是普通滤料滤池, 并以单层石英砂质滤 料为主, 将气水反冲洗引进到普通滤料滤池将具有 巨大的经济意义和广泛的社会意义, 应用前景十分 广阔。通过资料阅读、文献检索和参观调研发现, 目 前国内出现的少数气水冲洗滤池尤其是改造的气水 冲洗普通快滤池大多凭借经验运行, 往往存在着运 行参数不够合理, 不能充分节约水量、能耗, 为此, 我 们对普通滤料快滤池的气水反冲洗最佳运行参数进 行了试验研究。 2 气水反冲洗试验
净水技术 Vol. 20 NO. 1 2001
9
研究与探索
快滤池气水反冲洗最佳运行参数研究
汪义强 ( 深圳市自来水( 集团) 有限公司, 广东 528000)
摘要 本文就国内目前应用较为普遍的快滤池实施气水冲洗进行了试验, 以冲 洗去污率、排水 浊度、初滤水头损 失、冲 洗 耗水率等多项评价指标进行评价, 得 出普快滤池气水同时冲洗的最佳运行参数: 气冲强度 13. 0~ 15. 0L/ s# m2 、水冲强度 4. 2~ 4. 7L/ s# m2 、气水同时冲 洗历时 4~ 5min。
表2
气水同时反冲洗时滤层运动状态
qw ( L/ s#m2)
qa( L/ s#m2) 蠕动
10. 7 微弱
11. 3 明显
11. 9 较大
12. 5 )
13. 1 )
13. 7 )
14. 3 )
14. 9 )
15. 5 )
3. 73
搅动
无
无
无
轻微
轻微
有
有
有
有
膨胀
无
无
无
无
无
轻微
轻微
明显
明显
蠕动
微弱
)
)
)
微絮凝直接过滤方式, 滤速为 10m / h 左右; 反冲洗 采用三段联合式, 即先单独气预冲、继而气水同时反 冲、最后单水漂洗。在进行气水反冲洗试验之前, 首 先进行单水冲洗滤层膨胀率和气水同时冲洗滤层运
动状态两个预备性试验, 用以确定气水冲洗试验采 用的气、水冲洗强度的合理范围。
图 1 气水反冲洗试验装置流程图
由于时间关系, 我们没有对单气、单水阶段进行专门 大增强, 在此过程中, 气、水作用非单气冲洗和单水
研究, 而只对气水同时冲洗阶段的运行参数进行了 冲洗中气、水的简单加和关系, 而是一种优化了的组
研究, 以确定本阶段最佳气、水冲洗强度及冲洗历时 合关系。
为目的。之所以选择气水同时反冲洗阶段, 这是因
由试验情况( 表 2) 可见, 当 qa= 11. 3L/ s#m2、qw = 5. 07L / s#m2( 气水比 n= 2. 2B1) 时, 滤层开始有搅 动, 当 qa= 14. 9L / s#m2、qw = 3. 73L / s#m2( 气水比 n = 4B1) 时, 滤 层开始有明显膨 胀( 大于 10% ) 。因 此, 气冲洗强度宜定在 11~ 15L/ s#m2。
其余符号意义同前。 由试验发现, 当水冲洗强度降至 3. 73L / s#m2( 即
值 0. 001568kg/ m#s2代入则得 q= 4. 36L/ s#m 2) , 对 v = 3. 73cm/ s) 时, 输泥能力明显不够, 因为即使连续
照表 1 试验结果, 可见计算结果与试验结果基本一 致。
计算水冲洗强 度 q( L/ s#m2)
洗强度试验范围的确定 气水同时冲洗时, 气泡聚合、绕流能力比单气冲
5. 97
77
11. 0
5. 94
5. 51
70
10. 0
5. 52
5. 07
35
5. 0
4. 99
4. 47
11
1. 5
4. 44
4. 03
2
0. 3
4. 07
3. 73
0
0
4. 21
注: 水温 21 e
冲洗很长时间也很难保证出水浊度低于 10NTU。因 此, 最小水反冲洗强度不宜小于 3. 8L/ s#m2。
表 1 水冲洗强度 ) 滤层膨胀率计算、试验结果对照 2. 1. 2 气水同时冲洗滤层运动状态试验 ) ) ) 气冲
试验水冲洗强 度 q( L/ s#m- 2)
膨胀度 H( mm)
膨胀率 e( % )
2. 1 三段式气水联合反冲洗试验
时的最大水冲洗强度根据单独水冲洗最大允许滤层
2. 1. 1 单水反冲洗滤层膨胀率试验 ) ) ) 水冲洗强 膨胀率 10% 来确定, 最小水冲洗强度则应保证水冲
度试验范围的确定
洗流速能够将杂质排出池外。滤层的膨胀大小与滤
气水冲洗对单独水冲洗不仅具有前述优点, 而 且由于气水冲洗过程中气体的掺入, 冲洗 G 值大大 增加, 滤料循环迁移速度加快, 在单独气冲和气水同 时冲洗阶段滤层形成了较好的/ 均质0状态, 因此若 保持该种滤层状态进行过滤能够充分发挥滤层的截 污功能, 为此, 气水反冲洗过程中一般都尽量保证滤 层不发生膨胀或仅发生微膨胀( 膨胀率< 10% ) [ 3] 。
料密度、粒径、水冲洗强度及水温等因素有关, 石英
砂滤层单水反 冲洗强度与滤层膨胀率 之间的关系
为[ 4] :
q=
1226 0
d1. 31( A1. 31B0. 54( 1-
e+ E0) 2. 31 E0) 0. 54( 1+
e) 1. 77
式中: q ) 水冲洗强度, L / s#m2;
d ) 砂粒粒径, m;
试验在实验室 中进行, 试 验装置如图 1 所示。
试验滤柱采用有机玻璃管, 内径 154mm, 高 3m; 滤 料为石英砂, 滤层厚度 700mm, 砂粒粒径 0. 5~ 1. 2 mm, 不均匀系数 K80= 1. 59, 砂粒形状系数为 1. 1; 承托层总厚度 250mm, 按/ 正粒度0、/ 反粒度0三层 交合方式布置, 由上到下卵石粒度及厚度分别为: 4 ~ 8mm 、100mm; 2 ~ 4mm、50mm ; 4 ~ 8mm、 100mm[ 2] : 以法国 Degremont 公司 PV C 柱式滤帽长 柄滤头作为反冲洗布气配水装置, 分别用高位恒水 箱和空压机提供反冲洗供水和供气。过滤采用恒速
Abstract Ex periement w as carried out for common rapid sand filter w ith air - w ater backwashing , evaluation made by par ameters as: r ate of dirty removal, tusbidity o f discharged washing water, initial head loss of filtration, rate of w ashing w ater consumption g ave the optimized operating parameters as Follo wing: air w ashing str ength 13. 0~ 15. 0L / s# m2. Water w ashing strength 4. 2~ 4. 7 L / s#m2 , duration for simultaneous air- w ater backwashing 4~ 5min.
目前, 我国已有许多城市直接从法国引进了气水冲 洗 Aquazur- V 型滤池, 它们遍及沈阳、西安、重庆、 南京、深圳等大江南北, 最大的如西安黑河水厂设计 供水能力达 80 万 m3/ d[ 1] 。此外, 我国还出现了少 数由普通快滤池改进的气水冲洗滤池。
国内外目前有关气水反冲洗的应用和研究大多 集中在滤料粒径 d= 0. 9~ 1. 3 或 0. 95~ 1. 35mm、
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快滤池气水以冲洗最佳运行参数研究
2. 1. 3 气水联合反冲洗试验
以圆柱形通道上升0, 而是以/ 球形0 形式上升, 而且
三段式气水联合反冲洗涉及单气、单水和气水 上升过程中小气泡聚合成大气泡的机会较大, 由此
同时反冲洗三个阶段的气、水冲洗强度和冲洗历时, 造成滤层脉动更为剧烈, 滤料颗粒碰撞、摩擦作用大
)
)
)
)
)
4. 03
搅动
无
轻微
轻微
有
有
有
有
有
有
膨胀
无
无
轻微
轻微
轻微
轻微
轻微
明显
明显
搅动
轻微
轻微
轻微
有
有
有
有
有
有
4. 47
膨胀
无
无
无
轻微
轻微
轻微
明显
明显
较大
搅动
轻微
有
轻微
有
有
有
有
Fra Baidu bibliotek
有
有
5. 07
膨胀
无
无
轻微
轻微
轻微
轻微
明显
明显
较大
搅动
有
有
有
有
有
有
有
有
有
5. 51
膨胀
轻微
轻微
微小
微小
明显
明显
较大
较大
较大
注: qa- 气冲洗强度; qw- 水冲洗强度。
除黑臭, 水色呈青灰色或青黄色。 2000 年 11 月 17 日, 在苏州河举行了上海开埠
以来的首次赛艇比赛, 引起社会和市民的广泛注意, 充分表明苏州河严重污染的历史就此结束, 苏州河 将以崭新的面貌跨入新世纪。
苏州河整治已被市委市政府列为重大的环境工
程项目, 这是一项跨世纪的民心工程, 实事工程, 经 过/ 九五0的努力, 已实现基本消除干流黑臭的阶段 性目标, 要进一步改善水质还任重道远, 尚需在实施 苏州河一期工程的同时, 加强管理, 并规划好苏州河 二期工程, 相信经过几代人坚持不懈的努力, 一条水 清岸绿的苏州河定会成为上海的又一道风景线。
以 d= dmin= 0. 50 @ 10- 3m, A= 1. 1, E0 = 0. 427, e= 10% , L= 0. 00101kg/ m#s2 ( 20 e ) 代入上式得: q
Q) 水的密度, kg#m- 3; Cs 、C) 石英砂、水的重度, kg#m- 2#s- 2;
= 5. 52L / s#m2, 此强度是使最小砂粒处于最大允许 膨胀率( 10% ) 情况下的反冲洗强度( 若以 4 e 时的 L
气水反冲洗过程中为了控制方便一般都保持各阶段 中气、水冲洗强度不变, 因此通过单水冲洗试验能够
A) 砂粒形状系数; L) 水的动力粘度, kg/ m#s2;
先确定气水冲洗时的洗水强度试验范围。气水冲洗
e ) 滤层膨胀率;
净水技术 Vol. 20 NO. 1 2001
11
E0 ) 静止滤层孔隙率。
式中: d ) 最大杂质颗粒直径, m;
Keywords: r apid sand filer backwashing rate of dirty remov al by backwashing initial head loss of filtration.
1 概况 气水冲洗技术自诞生以来经历了不少演变和发
展, 气水冲洗相对单水冲洗具有许多明显的优点: 冲 洗彻底、节约冲洗水量、节省能耗等。目前, 国内已 有不少水厂采用了该技术。据报导, 在至今不到二 十年的时间里, 采用这一先进技术的新建水厂在我 国已达 50 多座, 日供水能力超过 650 万 m3/ d, 截止
气水同时反冲洗最小水冲洗强度必须保证水冲 洗流速能够将杂质排除池外, 因此, 最小水冲洗强度 的水上升流速 v 应略大于杂质颗粒在静水 中的沉 速 u, 即: v > u。气水同时反冲洗水流流态属 紊流 态, u 可采用牛顿公式[ 5] :
u= 1. 83 ( Cs- C) d/ Q
洗时强, 受此影响, 滤层出现蠕动、搅动、翻卷滚动, 产生碰撞摩擦并拌有轻微膨胀, 气泡尾迹内亦有较 多颗粒, 气冲洗强度必须保证冲洗时既要使滤层产 生搅动又不致使滤层产生较大膨胀( e> 10% ) 。在 前述试验确定的水冲洗强度范围内, 首先固定一水 冲洗强度, 以不同的气冲洗强度进行试验, 观察滤层 运动情况及冲洗效果, 继而改变水冲洗强度重复进 行。
Research on Optimization of Operating Parameters for Rapid Sand Filter with Air- water Backwashing
Wang Yiqiang ( Shen z hen M unicip al Water w orks G roup Co. L td 528000)
作者简介: 匡桂云, 1968 年毕业于清华大学工程 化学系。 上海市 苏州河 环境综 合整治 领导小 组办公 室项 目处处 长, 高级 工程师。 收稿日 期 2000 年 12 月
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快滤池气水以冲洗最佳运行参数研究
不均匀系数 K80为 1. 3 左右、滤料层厚度为 1. 2m 左 右的均质滤料滤池, 而对普通滤料滤池( d= 0. 5~ 1. 2mm, 不 均 匀 系 数 K80 < 2. 0, 滤 层 厚 度 L = 700mm) 的气水反冲洗 研究较少, 同时国内现 行普 遍采用的仍是普通滤料滤池, 并以单层石英砂质滤 料为主, 将气水反冲洗引进到普通滤料滤池将具有 巨大的经济意义和广泛的社会意义, 应用前景十分 广阔。通过资料阅读、文献检索和参观调研发现, 目 前国内出现的少数气水冲洗滤池尤其是改造的气水 冲洗普通快滤池大多凭借经验运行, 往往存在着运 行参数不够合理, 不能充分节约水量、能耗, 为此, 我 们对普通滤料快滤池的气水反冲洗最佳运行参数进 行了试验研究。 2 气水反冲洗试验
净水技术 Vol. 20 NO. 1 2001
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研究与探索
快滤池气水反冲洗最佳运行参数研究
汪义强 ( 深圳市自来水( 集团) 有限公司, 广东 528000)
摘要 本文就国内目前应用较为普遍的快滤池实施气水冲洗进行了试验, 以冲 洗去污率、排水 浊度、初滤水头损 失、冲 洗 耗水率等多项评价指标进行评价, 得 出普快滤池气水同时冲洗的最佳运行参数: 气冲强度 13. 0~ 15. 0L/ s# m2 、水冲强度 4. 2~ 4. 7L/ s# m2 、气水同时冲 洗历时 4~ 5min。
表2
气水同时反冲洗时滤层运动状态
qw ( L/ s#m2)
qa( L/ s#m2) 蠕动
10. 7 微弱
11. 3 明显
11. 9 较大
12. 5 )
13. 1 )
13. 7 )
14. 3 )
14. 9 )
15. 5 )
3. 73
搅动
无
无
无
轻微
轻微
有
有
有
有
膨胀
无
无
无
无
无
轻微
轻微
明显
明显
蠕动
微弱
)
)
)
微絮凝直接过滤方式, 滤速为 10m / h 左右; 反冲洗 采用三段联合式, 即先单独气预冲、继而气水同时反 冲、最后单水漂洗。在进行气水反冲洗试验之前, 首 先进行单水冲洗滤层膨胀率和气水同时冲洗滤层运
动状态两个预备性试验, 用以确定气水冲洗试验采 用的气、水冲洗强度的合理范围。
图 1 气水反冲洗试验装置流程图
由于时间关系, 我们没有对单气、单水阶段进行专门 大增强, 在此过程中, 气、水作用非单气冲洗和单水
研究, 而只对气水同时冲洗阶段的运行参数进行了 冲洗中气、水的简单加和关系, 而是一种优化了的组
研究, 以确定本阶段最佳气、水冲洗强度及冲洗历时 合关系。
为目的。之所以选择气水同时反冲洗阶段, 这是因
由试验情况( 表 2) 可见, 当 qa= 11. 3L/ s#m2、qw = 5. 07L / s#m2( 气水比 n= 2. 2B1) 时, 滤层开始有搅 动, 当 qa= 14. 9L / s#m2、qw = 3. 73L / s#m2( 气水比 n = 4B1) 时, 滤 层开始有明显膨 胀( 大于 10% ) 。因 此, 气冲洗强度宜定在 11~ 15L/ s#m2。
其余符号意义同前。 由试验发现, 当水冲洗强度降至 3. 73L / s#m2( 即
值 0. 001568kg/ m#s2代入则得 q= 4. 36L/ s#m 2) , 对 v = 3. 73cm/ s) 时, 输泥能力明显不够, 因为即使连续
照表 1 试验结果, 可见计算结果与试验结果基本一 致。
计算水冲洗强 度 q( L/ s#m2)
洗强度试验范围的确定 气水同时冲洗时, 气泡聚合、绕流能力比单气冲
5. 97
77
11. 0
5. 94
5. 51
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10. 0
5. 52
5. 07
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5. 0
4. 99
4. 47
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4. 44
4. 03
2
0. 3
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注: 水温 21 e
冲洗很长时间也很难保证出水浊度低于 10NTU。因 此, 最小水反冲洗强度不宜小于 3. 8L/ s#m2。
表 1 水冲洗强度 ) 滤层膨胀率计算、试验结果对照 2. 1. 2 气水同时冲洗滤层运动状态试验 ) ) ) 气冲
试验水冲洗强 度 q( L/ s#m- 2)
膨胀度 H( mm)
膨胀率 e( % )
2. 1 三段式气水联合反冲洗试验
时的最大水冲洗强度根据单独水冲洗最大允许滤层
2. 1. 1 单水反冲洗滤层膨胀率试验 ) ) ) 水冲洗强 膨胀率 10% 来确定, 最小水冲洗强度则应保证水冲
度试验范围的确定
洗流速能够将杂质排出池外。滤层的膨胀大小与滤
气水冲洗对单独水冲洗不仅具有前述优点, 而 且由于气水冲洗过程中气体的掺入, 冲洗 G 值大大 增加, 滤料循环迁移速度加快, 在单独气冲和气水同 时冲洗阶段滤层形成了较好的/ 均质0状态, 因此若 保持该种滤层状态进行过滤能够充分发挥滤层的截 污功能, 为此, 气水反冲洗过程中一般都尽量保证滤 层不发生膨胀或仅发生微膨胀( 膨胀率< 10% ) [ 3] 。
料密度、粒径、水冲洗强度及水温等因素有关, 石英
砂滤层单水反 冲洗强度与滤层膨胀率 之间的关系
为[ 4] :
q=
1226 0
d1. 31( A1. 31B0. 54( 1-
e+ E0) 2. 31 E0) 0. 54( 1+
e) 1. 77
式中: q ) 水冲洗强度, L / s#m2;
d ) 砂粒粒径, m;
试验在实验室 中进行, 试 验装置如图 1 所示。
试验滤柱采用有机玻璃管, 内径 154mm, 高 3m; 滤 料为石英砂, 滤层厚度 700mm, 砂粒粒径 0. 5~ 1. 2 mm, 不均匀系数 K80= 1. 59, 砂粒形状系数为 1. 1; 承托层总厚度 250mm, 按/ 正粒度0、/ 反粒度0三层 交合方式布置, 由上到下卵石粒度及厚度分别为: 4 ~ 8mm 、100mm; 2 ~ 4mm、50mm ; 4 ~ 8mm、 100mm[ 2] : 以法国 Degremont 公司 PV C 柱式滤帽长 柄滤头作为反冲洗布气配水装置, 分别用高位恒水 箱和空压机提供反冲洗供水和供气。过滤采用恒速
Abstract Ex periement w as carried out for common rapid sand filter w ith air - w ater backwashing , evaluation made by par ameters as: r ate of dirty removal, tusbidity o f discharged washing water, initial head loss of filtration, rate of w ashing w ater consumption g ave the optimized operating parameters as Follo wing: air w ashing str ength 13. 0~ 15. 0L / s# m2. Water w ashing strength 4. 2~ 4. 7 L / s#m2 , duration for simultaneous air- w ater backwashing 4~ 5min.
目前, 我国已有许多城市直接从法国引进了气水冲 洗 Aquazur- V 型滤池, 它们遍及沈阳、西安、重庆、 南京、深圳等大江南北, 最大的如西安黑河水厂设计 供水能力达 80 万 m3/ d[ 1] 。此外, 我国还出现了少 数由普通快滤池改进的气水冲洗滤池。
国内外目前有关气水反冲洗的应用和研究大多 集中在滤料粒径 d= 0. 9~ 1. 3 或 0. 95~ 1. 35mm、
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快滤池气水以冲洗最佳运行参数研究
2. 1. 3 气水联合反冲洗试验
以圆柱形通道上升0, 而是以/ 球形0 形式上升, 而且
三段式气水联合反冲洗涉及单气、单水和气水 上升过程中小气泡聚合成大气泡的机会较大, 由此
同时反冲洗三个阶段的气、水冲洗强度和冲洗历时, 造成滤层脉动更为剧烈, 滤料颗粒碰撞、摩擦作用大
)
)
)
)
)
4. 03
搅动
无
轻微
轻微
有
有
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膨胀
无
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轻微
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搅动
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膨胀
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搅动
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Fra Baidu bibliotek
有
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膨胀
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搅动
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5. 51
膨胀
轻微
轻微
微小
微小
明显
明显
较大
较大
较大
注: qa- 气冲洗强度; qw- 水冲洗强度。
除黑臭, 水色呈青灰色或青黄色。 2000 年 11 月 17 日, 在苏州河举行了上海开埠
以来的首次赛艇比赛, 引起社会和市民的广泛注意, 充分表明苏州河严重污染的历史就此结束, 苏州河 将以崭新的面貌跨入新世纪。
苏州河整治已被市委市政府列为重大的环境工
程项目, 这是一项跨世纪的民心工程, 实事工程, 经 过/ 九五0的努力, 已实现基本消除干流黑臭的阶段 性目标, 要进一步改善水质还任重道远, 尚需在实施 苏州河一期工程的同时, 加强管理, 并规划好苏州河 二期工程, 相信经过几代人坚持不懈的努力, 一条水 清岸绿的苏州河定会成为上海的又一道风景线。
以 d= dmin= 0. 50 @ 10- 3m, A= 1. 1, E0 = 0. 427, e= 10% , L= 0. 00101kg/ m#s2 ( 20 e ) 代入上式得: q
Q) 水的密度, kg#m- 3; Cs 、C) 石英砂、水的重度, kg#m- 2#s- 2;
= 5. 52L / s#m2, 此强度是使最小砂粒处于最大允许 膨胀率( 10% ) 情况下的反冲洗强度( 若以 4 e 时的 L
气水反冲洗过程中为了控制方便一般都保持各阶段 中气、水冲洗强度不变, 因此通过单水冲洗试验能够
A) 砂粒形状系数; L) 水的动力粘度, kg/ m#s2;
先确定气水冲洗时的洗水强度试验范围。气水冲洗
e ) 滤层膨胀率;
净水技术 Vol. 20 NO. 1 2001
11
E0 ) 静止滤层孔隙率。
式中: d ) 最大杂质颗粒直径, m;
Keywords: r apid sand filer backwashing rate of dirty remov al by backwashing initial head loss of filtration.
1 概况 气水冲洗技术自诞生以来经历了不少演变和发
展, 气水冲洗相对单水冲洗具有许多明显的优点: 冲 洗彻底、节约冲洗水量、节省能耗等。目前, 国内已 有不少水厂采用了该技术。据报导, 在至今不到二 十年的时间里, 采用这一先进技术的新建水厂在我 国已达 50 多座, 日供水能力超过 650 万 m3/ d, 截止
气水同时反冲洗最小水冲洗强度必须保证水冲 洗流速能够将杂质排除池外, 因此, 最小水冲洗强度 的水上升流速 v 应略大于杂质颗粒在静水 中的沉 速 u, 即: v > u。气水同时反冲洗水流流态属 紊流 态, u 可采用牛顿公式[ 5] :
u= 1. 83 ( Cs- C) d/ Q
洗时强, 受此影响, 滤层出现蠕动、搅动、翻卷滚动, 产生碰撞摩擦并拌有轻微膨胀, 气泡尾迹内亦有较 多颗粒, 气冲洗强度必须保证冲洗时既要使滤层产 生搅动又不致使滤层产生较大膨胀( e> 10% ) 。在 前述试验确定的水冲洗强度范围内, 首先固定一水 冲洗强度, 以不同的气冲洗强度进行试验, 观察滤层 运动情况及冲洗效果, 继而改变水冲洗强度重复进 行。