水处理技术幻灯片.ppt
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1、水处理技术第1页,共72页,编辑于2022年,星期日3.1过滤机理3.2过滤水力学3.3过滤的操作过程3.4滤池的冲洗3.5滤池的配水系统3.6过滤构筑物与设备3.7和过滤相关的一些处理工艺第2页,共72页,编辑于2022年,星期日实验现象:以粒径0.5 mm的细砂作为滤料,它们形成的滤料颗粒之间的孔隙尺寸约为80um。进水中的悬浮物尺寸大多小于30um,但仍为过滤所去除。这表明,过滤绝不是仅仅的机械筛滤。3.1过滤机理第3页,共72页,编辑于2022年,星期日水中的颗粒为滤料所拦截,涉及到两个问题:1)水流中的颗粒如何与滤料颗粒相互碰撞颗粒的迁移机理2)颗粒与滤料表面接触时如何粘附粘附机理
2、3)悬浮颗粒在滤料中的分布情况第4页,共72页,编辑于2022年,星期日 1)迁移:迁移:沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力。沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力。对于这几种力的大小,目前只能定性描述。对于这几种力的大小,目前只能定性描述。第5页,共72页,编辑于2022年,星期日2)吸附:吸附:范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。第6页,共72页,编辑于2022年,星期日二、滤层内杂质的分布 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:单位体积滤层中的平均含
3、污量称为“滤层含污能力滤层含污能力”,单位,单位g/cm3或或kg/m3。第7页,共72页,编辑于2022年,星期日1)过滤初期,滤料干净,孔隙率)过滤初期,滤料干净,孔隙率较大,水流剪力较小,因而粘较大,水流剪力较小,因而粘附作用占优势。颗粒被截留在附作用占优势。颗粒被截留在表面滤层表面滤层.2)过滤中期)过滤中期,表面滤层空隙率减表面滤层空隙率减少少,水流剪力增大水流剪力增大,部分颗粒部分颗粒被冲刷到滤层深处被冲刷到滤层深处.3)但是但是,下层滤料尚未充分发挥时下层滤料尚未充分发挥时,过滤就得停止过滤就得停止.压力过大压力过大,或漏或漏滤滤.第8页,共72页,编辑于2022年,星期日 采用
4、单水冲洗的石采用单水冲洗的石英砂滤料滤池是典型的英砂滤料滤池是典型的水力分级滤料滤池,其水力分级滤料滤池,其含污量随深度的变化见含污量随深度的变化见右图右图。双层滤池其含污量随。双层滤池其含污量随深度的变化见图右曲线深度的变化见图右曲线2。第9页,共72页,编辑于2022年,星期日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下图下图,总体布置原则总体布置原则:颗粒大的在上面颗粒大的在上面,小的在下面小的在下面,密度小的密度小的在上面在上面,密度大的在下面密度大的在下面.第10页,共72页,编辑于2022年,星期日在过滤过程中,滤层中悬
5、浮颗粒量不断增加,必然导致过滤过程中水力条件的改变.过滤水力学研究的就是过滤时,水流通过滤层的水头损失变化、滤速的变化。3.过滤水力学第11页,共72页,编辑于2022年,星期日1.清洁滤层的水头损失过滤开始时,滤层是干净的,水流的水头损失为“清洁滤层的水头损失”对于砂滤池:滤速8-10m/h,水头损失约为30-40cm。第12页,共72页,编辑于2022年,星期日一、清洁滤料层的水头损失一、清洁滤料层的水头损失 卡曼卡曼-康采尼公式(康采尼公式(Carman-Kozony)公式:)公式:h0水头损失水头损失v滤速滤速m0滤料孔隙率滤料孔隙率d0滤料球体直径滤料球体直径L0滤料孔隙率滤料孔隙率
6、 球度系数球度系数第13页,共72页,编辑于2022年,星期日过滤水头损失与滤速与孔隙率均有关,随着过滤的进过滤水头损失与滤速与孔隙率均有关,随着过滤的进行,孔隙率变小,此时如果滤速不变,则水损增加,行,孔隙率变小,此时如果滤速不变,则水损增加,如果水损不变,则滤速增大。引出两种过滤方式:如果水损不变,则滤速增大。引出两种过滤方式:等速变水头过滤等速变水头过滤等水头变速过滤等水头变速过滤第14页,共72页,编辑于2022年,星期日二、等速过滤中的水头变化 最常见的恒速过滤如最常见的恒速过滤如图所示。在恒速过滤状图所示。在恒速过滤状态,由于滤层逐渐被堵态,由于滤层逐渐被堵塞,水头损失随过滤时塞,
7、水头损失随过滤时间逐渐增加,滤池中水间逐渐增加,滤池中水位逐渐上升,当水位上位逐渐上升,当水位上升到最高水位时,过滤升到最高水位时,过滤停止以待冲洗。停止以待冲洗。Hmax=1.5-2.0m第15页,共72页,编辑于2022年,星期日二、等速过滤中的水头变化 Ht=H0+h+Ht第16页,共72页,编辑于2022年,星期日三、等水位变速过滤中的速度变化如果将所有的滤池的进水渠相连接,这样,所有的滤池的水位差将保持不变,即水头损失不变,随着过滤的进行,滤速将逐渐降低。第17页,共72页,编辑于2022年,星期日四、过滤过程中的负水头第18页,共72页,编辑于2022年,星期日 负水头会导致空气释
8、放出来,危害:负水头会导致空气释放出来,危害:是增加滤层局部阻力,增加了水头损失;是增加滤层局部阻力,增加了水头损失;空气泡会穿过滤料层,上升到滤池表面,甚至把空气泡会穿过滤料层,上升到滤池表面,甚至把 煤粒这种轻质滤料带走。在冲洗时,空气更容易把煤粒这种轻质滤料带走。在冲洗时,空气更容易把 大量的滤料随水带走。大量的滤料随水带走。避免滤池中出现负水头的两个方法:避免滤池中出现负水头的两个方法:一是增加砂面上的水深;一是增加砂面上的水深;二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。第19页,共72页,编辑于2022年,星期日3.3过滤的工作过程第20页,共72页
9、,编辑于2022年,星期日1.进水总管;2.进水支管;3.清水支管;4.冲洗水支管;5.排水阀;6.浑水渠;7.滤料层;8承托层;9配水支管;10配水干管;11.冲洗水总管;12.清水总管;13.冲洗排水槽;14.废水渠第21页,共72页,编辑于2022年,星期日一、过滤:过滤时,开启进水支管2、清水支管3的阀门。关闭冲洗水支管4阀门与排水阀5。浑水就经进水总管1、支管2从浑水渠6进入滤池。经过滤料层7、承托层8后,由配水系统的配水支管理工作9汇集起来,再经配水系统干管渠10、清水支管、清水总管12流向清水池。第22页,共72页,编辑于2022年,星期日二、冲洗冲洗时,关闭进水支管2与清水支管
10、3阀门,开启排水阀5与冲洗水支管4阀门。冲洗水即由冲洗水总管11、支管4,经配水系统的干管、支管、及支管上的孔眼流出,由下而上穿过承托层及滤料层,均匀地分布于滤池平面上。滤料层在由下而上均匀分布的水流中,处于悬浮状态,从而得到清洗。冲洗废水流入冲洗排水槽13,再经浑水渠6、排水管和废水渠14,排放。第23页,共72页,编辑于2022年,星期日两个基本参数 1.滤速滤速 滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过滤水量,滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过滤水量,单位为单位为m3/(m2 h)或)或m/h。2.工作周期工作周期 从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工从过滤开始到冲洗结束的一段时间
11、称为快滤池的工作周期。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。滤池的作周期。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。滤池的工作周期为工作周期为1224h。第24页,共72页,编辑于2022年,星期日3.4滤料与承托层一、滤料给水处理所用的滤料,必须符合以下要求:1.机械强度,冲洗损失2.化学稳定性,影响水质3.具有颗粒级配,适当的空隙率4.便于取材石英砂是最广泛的滤料。在双层与多层滤料中,常用的还有无烟煤、石榴石、金钢砂等。一些轻质滤料:聚苯乙烯、陶粒第25页,共72页,编辑于2022年,星期日二、滤料的参数二、滤料的参数1.比表面积比表面积 粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积粒状滤料的比表面积可
12、以表示为单位重量或体积的滤料所具有的表面积,单位为的滤料所具有的表面积,单位为cm2/g或或cm2/cm3。2.不均匀系数不均匀系数 粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数表粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数表示,关系如下:示,关系如下:d10,d80通过滤料重量通过滤料重量10%、80%的筛孔孔径的筛孔孔径K80越接近于越接近于1,滤料越均匀,过滤和反冲洗效果愈,滤料越均匀,过滤和反冲洗效果愈好。好。第26页,共72页,编辑于2022年,星期日类别滤料组成滤速(m/h)强制滤速(m/h)粒径(mm)不均匀系数K80厚度(mm)单层石英砂滤料dmax=1.2dmin=0.52.0700
13、101014双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.030040010141418石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400三层滤料无烟煤dmax=1.6dmin=0.81.745018202025石英砂dmax=0.8dmin=0.51.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.251.770第27页,共72页,编辑于2022年,星期日3.球度系数与形状系数球度系数与形状系数 球度系数球度系数 滤料颗粒的形状系数为:滤料颗粒的形状系数为:第28页,共72页,编辑于2022年,星期日 下表列出了常见的滤料形状与其球度系数和形状表列出了常见的滤料形状与其球度系数和形状系数,
14、滤料颗粒的形状示意见下图系数,滤料颗粒的形状示意见下图序号形状描述球度系数形状系数孔隙率1圆球形1.01.000.382圆 形0.981.020.383已磨蚀的0.941.060.394带锐角的0.811.230.405有角的0.781.280.43表表 滤料颗粒的形状及其球度系数、形状系数、孔隙率滤料颗粒的形状及其球度系数、形状系数、孔隙率第29页,共72页,编辑于2022年,星期日4滤料层的孔隙率滤料层的孔隙率 滤料层的孔隙率指整个滤层中孔隙总体积与整个滤层滤料层的孔隙率指整个滤层中孔隙总体积与整个滤层的堆积体积之比。的堆积体积之比。测定方法:取一定量的滤料,在测定方法:取一定量的滤料,在
15、105oC下烘干称重,并用比下烘干称重,并用比重瓶测出其密度。然后放入过滤筒中,用清水过滤一段时间后,重瓶测出其密度。然后放入过滤筒中,用清水过滤一段时间后,量出滤层体积,则孔隙率为量出滤层体积,则孔隙率为 式中,式中,G 烘干后的滤料烘干后的滤料,g;滤料的密度,滤料的密度,g/cm3;V 滤料层的堆积体积,滤料层的堆积体积,cm3。第30页,共72页,编辑于2022年,星期日三、承托层承托层一般采用天然卵石或者砾石承托层一般采用天然卵石或者砾石,其作用:其作用:防止滤料层从配水系统流失;防止滤料层从配水系统流失;均匀布置反冲洗水。均匀布置反冲洗水。表表 快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度
16、快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度层次(自上而下)粒径(mm)厚度124100248100381610041632本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100第31页,共72页,编辑于2022年,星期日表表 三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度层次(自上而下)材料粒径(mm)厚度(mm)1重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)0.51.0502重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)12503重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)24504重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)48505砾石8161006砾石1632本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100第32页,共72页,编辑于2022年,星期日常
17、用的反冲洗方法有以下几种:常用的反冲洗方法有以下几种:单水高速反冲洗:单水高速反冲洗:气气-水联合反冲洗;水联合反冲洗;表面助冲加高速水流反冲洗。表面助冲加高速水流反冲洗。3.5滤池的冲洗第33页,共72页,编辑于2022年,星期日一、单水高速反冲洗一、单水高速反冲洗 1.反冲洗强度反冲洗强度 指单位面积滤层所通过的反冲洗流量,单位为指单位面积滤层所通过的反冲洗流量,单位为L/s m2。2.滤层膨胀度滤层膨胀度 由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变,于是:由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变,于是:故:故:3.冲洗时间冲洗时间第34页,共72页,编辑于2022年,星期日4.常用数据常用
18、数据 表表 冲洗强度、膨胀度和冲洗时间冲洗强度、膨胀度和冲洗时间 注:注:设计水温按设计水温按20计,水温每增减计,水温每增减1,冲洗强度相应增减速,冲洗强度相应增减速1%;由于全年水温、水质有所变化,应考虑有适当调整冲洗强度的可能;由于全年水温、水质有所变化,应考虑有适当调整冲洗强度的可能;选择冲洗强度应考虑所用混凝剂品种的因素;选择冲洗强度应考虑所用混凝剂品种的因素;无阀滤池冲洗时间可采用低限;无阀滤池冲洗时间可采用低限;序号序号滤层类滤层类型型冲洗冲洗强强度度(L/s m2)膨膨胀胀度度(%)冲洗冲洗时间时间(min)1石英砂石英砂滤滤料料121545752双双层滤层滤料料1316508
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