水质工程给水处理)弟十七章过滤 水位3一截留悬浮物数量最多的一座滤池即将冲洗前的滤池组最高水位。图中 ,表示滤池组（注意，并非指某一座滤池）在相邻两次冲洗之间的水头损失增值 (即滤池工作时，水位由水位2到水位3之间变化)。假定单座滤池过滤周期为12 小时，则滤池在每隔3小时要冲洗一座滤池。，即表示3小时内滤池水位的上升 值。 水位4一其中一座滤池因正在进行冲洗而停止运行时的其余三座滤池的短期 运行水位，图中4表示由于三座滤池共同承担原来四座滤池的负荷而增加的水头 损失。4的大小和滤池数、滤前处理构筑物（如沉淀池或澄清池）可否允许水位 上升等条件有关。滤池数多或容许沉淀池水位适当上升时，则4值很小。后者相 当于滤前有一定储水容量。如果冲洗历时为5~7分钟，则该水位持续时间不超过 10分钟，其中包括阀门操作时间等。 根据上述水位分析，在滤池组实际运行时，最有意义的是水位2和水位3。如 果4可忽略不计（或在设计滤池超高时加以考虑），则滤池最高设计水位应为水 位3。最大允许水头损失为H,见图5-8。 滤速变化： 为便于分析：1)假定四座滤池的编号为A、B、C、D,H四座滤池的性能完 全相同：2)清洁滤层水头损失和承托层、配水系统、管道、阀门等水头损失之和 与滤速关系，如图5-8所示曲线：3)平均滤速为10m/h:4)最大允许水头损失为 180cm:5)设计中控制的最高滤速为平均滤速的1.3倍，且各座滤池的滤速按等 间隔逐渐减小（这是一种理想状况），于是各座滤池的滤速将按下述次序逐渐降低。 开始工作时：1)设D滤池刚冲洗完毕投入运行时，滤池水位应在水位2处(120cm), 此时D滤池滤速最高(VD=13m/h),C、B、A滤池的滤速分别为Vc=I1m/h,VB =9m/h,VA=7mh。此时，各滤池水头损失情况见图5-8，曲线以上为悬浮颗粒所 引起的水头损失增值。2)随着过滤持续进行，滤池水位自水位2开始逐渐上升， 但各滤池的滤速仍保持不变，这与前文介绍的等速过滤完全相同。（可见，变速过 滤并非是在每一时刻滤速都在降低，而是在每一工作时间段内滤速不变，在不同 的时间段滤速逐级降低，每一工作时间段=过滤周期/滤池数)。3)当滤池水位 上升至最高允许水位一一水位3时，A滤池内悬浮颗粒引起的水头损失增值最大， 为hA,其余分别为hB,hc,和hD。于是A滤池进行冲洗。4)一旦A滤池冲洗完 毕投入运行时滤池水位很快由水位3跌落至水位2，此时A滤池为干净滤池，于 第11负共40贞
水质工程给水处理）弟十七章过滤 是Va=13m/h,而其余三座滤池的滤速分别下降至VD=11m/h,Vc=9m/h,VB= 7mh。如此因而复始。由此可知，在滤池组相邻两次冲洗之间，各滤池实际上是 等速过滤，而每冲洗一座滤池后，其余各滤池的滤速才降低一级。如果不考虑其 它影响因素（如冲洗期间水位暂时上升等），各滤池的滤速随着时间的变化可用图 5-9表示。 总结：由以上分析可知，如果一组滤池 13A 内的滤池数很多，则相邻两座滤池的冲洗 311 时间间隔将很短，图17-8中的h,将很小， 9 亦即图中的水位2和水位3相差很小，这 样就接近等水头变速过滤。移动冲洗罩滤 过滤时间() 池每组分格数多达十几格乃至几十格，几 一座滤池滤速变化 乎连续地逐格依次进行冲洗，因而，对任 意一格滤池而言，就接近于等水头变速过滤，反映在图5-9中，对任一格滤池而言， 相当于滤速随时间而变化的阶梯式折线变为近似连续下降曲线。 应当指出，在变速过滤中，当某一格滤池刚冲洗完毕投入运行时，因该格滤层 干净，滤速往往过高，为防止滤后水质恶化，往往在出水管上装设流量控制设备 保证过滤周期内的滤速比较均匀，从而也就可以控制清洁滤池的起始滤速。因此 在实际操作中，滤速变化较上述理论复杂些 (四)变速过滤与等速过滤的比较： 克里斯比等人在对减速过滤进行了较深入的研究后认为，与等速过滤相比较， 1)在平均滤速相同的情况下，减速过滤的滤后水质较好。 2)在相同过滤周期内，过滤水头损失也较小。其原因为： 、过滤初期，滤层比较清洁，滤层孔隙率较大，虽然滤速较高，但孔隙中流 速并非按滤速增高倍数而增大，滤层截污能力较强，滤速适当提高是允许的。 b、过滤后期，滤层内截留杂质较多，截污能力减小、为防止杂质穿透滤层而 恶化滤后水质，降低滤速是适宜的，并因滤层孔隙率减小，孔隙流速未必过多 减小。 因此，过滤初期，滤速较大可使悬浮杂质深入下层滤料：过滤后期滤速减小 可防止悬浮颗粒穿透滤层。等速过滤则不具备这种自然调节功能 (五)滤层中的负水头 第12共40贞
水质工程给水处理)弟十七章过滤 在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失 超过该处水压时，便出现负水现象。由于上层滤料截留杂质最多，故负水头往往 出现在上层滤料 中，图5-10表示过 滤时滤层内压力变 化。 直线1为静水 压力线：曲线2为 清洁滤料过滤时压 8868R8-缘89 力线。 曲线4为过滤 过淀时滤层内压力变化 到某一时间(1)后的水压线。 各水压线与静水压力线之间的水平距离表示过滤时滤层中的水头损失。（则静 水压力与过滤时水头损失之差即为水流通过滤层该点时尚剩的压力，反映在侧压 管上，即为高处此点的数值)。 图中测压管水头表示曲线4状态下b点和c点处的水头。由曲线4可知，在 砂面以下c点(a点与之相同)，水流通过c点以上砂面的水头损失恰好等于c点 以上的水深(a点亦相同)，而在a点和c点之间，水头损失则大于各相应位置的 水深。于是在a一e范围内出现负水头现象。在砂面以下25cm的b点处，水头损 失大于b点以上水深15cm,则测压管水头低于b点15cm,该点出现最大负水头， 其值即为-15cm水柱。 负水头会导致溶解于水中的气体释放出来而形成气囊。气囊对过滤破坏作用 1)减少有效过滤面积，使过滤时的水头损失及滤速增加，严重时会破坏滤后水质： 2)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，气囊更易将滤料带出滤池 避免负水头的措施：1)增加砂面以上水深：2)或令滤池出水位置等于或高于 滤层表血。虹吸滤池和无阀滤池，所以不会出现负水头现象即是这个原因。 5.5滤层的反冲洗 冲洗目的：清除滤料层中所截留的污物，使滤池恢复工作能力。 第13负共40贞
水质工程给水处理)弟十七章过滤 高速冲洗：冲洗流速较大，整个滤层均达到流态化程度 滤层膨胀度较大，为我国普遍采用。 冲洗方法 气水反冲洗：表面助冲+高速水流反冲洗 ,中速冲洗：冲洗流速较小，部分粗滤料未达到流态化 辅以空气助冲或表面助冲〈 程度。 、低速冲洗：整个滤层基本上未达到流态程度。 一、高速水流反冲洗 高速水流自下向上冲洗时，滤料层便膨胀起来。截留与滤层中的污物，在滤层 孔隙中的水流剪力作用下，以及在滤料颗粒碰撞摩擦作用下，从滤料表面脱落下 来，然后被冲洗水流带出滤池。 1)水流剪力的作用：冲洗时（冲洗流速均匀分布），悬浮于上升水流中的滤料 颗粒表面均包有一层水膜，阻止滤料颗粒相互接触，只允许滤料再无表面摩擦作用 下自由转动，因此，滤料颗粒相互碰撞可以忽略不计。据此冲洗效果主要决定于滤层 孔隙水流剪力。该剪力即与冲洗流速有关，又与滤层膨胀度有关。冲洗滤速过小。 水流剪力小；冲洗流速过大，使滤层膨胀度过大，水流剪力又会降低。因此，冲 洗流速应控制适当。 2)滤料颗粒碰撞摩擦作用：实际冲洗过程中，由于水流紊动性较大，滤层中 孔隙流速不可能完全均匀，处于悬浮状态下的滤料颗粒不可能只是转动，部分滤 料的不规则运动总会存在，因而，部分滤料颗粒的相互碰撞是无可避免的。从碰 撞几率考虑，冲洗流速过小，水流紊动性过小或冲洗流速过大，滤料颗粒过于离 散时，同样冲洗效果不好。 因此，在当前实际采用的反冲洗流速和滤层膨胀度下，清除滤料表面污泥，除 了水流剪力作用外，碰撞摩擦作用实际上也不应忽视。 二、冲洗强度、滤层碰撞度和冲洗历时 (一)滤层膨胀度：反冲洗时，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比 谓之。 e=6-Lx10% (5-5) L 式中：e一滤层膨胀度，% 第14共40贞