常规滤料滤池气水反冲洗运行参数的实验研究精Word格式.docx
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显然,通过实验来探讨气水反冲洗的方式和最佳运行参数对于提高滤池冲洗效果,节约水耗和能耗是有重要意义的。
当前国内外滤池气水反冲洗普遍采用的冲洗方式主要有三种:
第一种为先气洗,后水反冲洗;
第二种为先气水同时冲洗,后水反冲洗;
第三种为先气洗,后气水同时冲洗,最后水漂洗,即所谓的三段式联合冲洗方式。
本文的目的即是通过实验优选出常规滤料滤池上述三种气水反冲洗方式的效果和最佳运行参数。
1实验装置
实验装置的工艺流程图,如图1所
示,它由原水制备系统、过滤系统和反
冲洗系统三部分组成。
1.1原水制备系统
以自来水为水源,通过投加细腻均
匀的黄泥,在低位原水制备箱中进行机
械搅拌配置原水（浊度控制在20~
30NTU间,然后由水泵直接抽升到高
位原水制备箱（内设机械搅拌装置搅
拌,以防止沉淀,原水在流经混合槽时
定量均匀投加聚铁混凝剂溶液（投药量为10mg/L左右,再经管道进入滤柱内进行过滤。
1.2过滤系统1.自来水2.低位原水制备箱3.搅拉装置4.放空管5.水泵6.溢流管
7.滤料层8.高位原水制备箱9.长柄滤头10.混合槽11.滤柱12.承托层
13.测压管14.高位反冲洗水箱15.投药装置16.测压板17.气体流量计18.过滤出水管19.取料口20.反冲洗出水管21.反冲洗水管22.空压机23.转子流量计24.反冲洗气管图1气水反冲洗试验装置工艺流程图
第6期袁斌等:
常规滤料滤池气水反冲洗运行参数的实验研究7本实验用的模拟滤柱为有机玻璃制成,滤柱内径154mm,高3m,底部以塑料垫盘焊接并用螺栓固定于角钢支架上。
滤柱上设有过滤进、出水管,溢流管,反冲洗进气、进水、出水等管,滤柱两侧设有测压管。
滤层滤料采用常规滤料,即粒径为0.5~1.2mm的石英砂,滤层厚700mm,不均匀系数K80=1.59,孔隙率m=42.7%。
承托层粒径为4~6mm（小与6~8mm（大,总厚250mm,采用大-小-大的三层交错配置。
1.3反冲洗系统
反冲洗滤头采用法国Degremont公司PVC柱式滤帽长柄滤头。
滤柱内装有一个长柄滤头（相当于每m2滤池装有55个长柄滤头。
反冲洗水由高位恒水位水箱供给恒压低浊度（1~2NTU水,箱体容积为0.25m3,箱体设进、出水管和溢流管,反冲洗时持续向水箱内供水维持溢流水位。
供气设备采用ACO-009D型电磁式空气压缩机;
气体流量采用浮子流量计,量程为100~2000L/h;
反冲洗水水流流量计采用LZD型玻璃转子流量计,量程为160~1600L/h。
2实验条件与方法
实验期间,水温为15~22e,控制滤速为10m/h左右,用容积法测定,每20min校核一次。
砂面上水深,过滤时为1.2m,反冲洗时为0.5m,保持滤柱恒水位运行。
实验分两阶段进行,第一阶段进行单因素参数的优选实验,目的是通过实验优选出各单一参数的适宜范围;
第二阶段进行多因素的优选实验,目的是通过正交实验优选出滤池在三种气水反冲洗方式下运行的最佳参数和最佳气水反冲洗方式。
3结果及分析
3.1单因素参数的优选
气水反冲洗的运行参数主要有:
气冲洗强度（qa、水冲洗强度（qw、气水同时冲洗时间（t2,另外还有单气预冲强度（qa和时间（t1以及单水漂洗强度（qw和时间（t3等。
首先要确定水冲洗强度、气冲洗强度及冲洗时间在不同冲洗方式下的控制范围,以便于后面进行多因素的优选实验。
表1国内部分水厂常规滤料砂滤池气水反冲洗应用情况一览表
水厂名称
滤层构造
冲洗方式
冲洗强度冲洗时间粒径
（mm
厚度
qa
（L/s#m2
qw
（L/s#m2
t1
（min
t2
t3（min
南京扬子乙烯水厂抚顺东公园水厂衢州石头坪水厂长春南岭水厂丹东大东港水厂吉林石化中部水厂欧洲资料青岛白沙河水厂上海月浦水厂0.5~1.0K80=1.85
0.6~1.2
0.5~1.2
0.5~1.2K80=1.85
0.5~1.0
700
900
800
先气后水
气水同时加水洗
三段联合式
15
20
16
12~13
10~20
15.24
15.3
3~8
8
6~8
5~8
4~8
5.44
3.0（漂洗8.0
4.4（漂洗8.8
4~5
2
3
1~1.5
1
5
4~56~868~105~62~4564
3.1.1水冲洗强度的适宜范围
气水反冲洗时水冲洗强度的上限是根据单独水冲洗时滤层膨胀率的大小来确定的。
由实践和分析得知,膨胀过滤的过滤性能优于密实过滤。
水冲洗强度必须足以使滤床达到微膨胀（即最大膨
8重庆建筑大学学报第21卷
胀率小于10%,方可能实现微膨胀过滤,又能在停止冲洗后,滤层不出现水力分级现象。
因此,气水反冲洗滤层的膨胀率最大控制在10%以内为宜。
以dmin=0.5@10-3m,水温为20e,滤层膨胀率为10%等数据代入敏茨和舒别尔特公式,即可求得其冲洗强度值为5.52L/s#m2。
气水反冲洗时水冲洗强度的下限,要求水冲洗流速必须确保足以将杂质排出池外。
常规滤料滤池的彻底冲洗要求必须有一定的膨胀。
可令敏茨和舒别尔特公式中的膨胀率e为0,即是使最小颗粒处于临界流化状态,其它颗粒处于静止。
代入相关参数值,可求出最小颗粒发生膨胀所需的冲洗强度为4.02L/s#m2。
根据确定气水反冲洗时水冲洗强度上下限的原则,我们做了水冲洗强度适宜范围的验证性实验,结果见表2。
表2水冲洗强度适宜范围测定结果
滤层膨胀高度H（mm滤层膨胀率e（%
实验滤柱冲洗水量Q（L/h实验水冲强度q
w
（L/s#m2计算水冲强度qw（L/s#m2
77
11.0
400.0
5.97
5.68
70
10.0
370.0
5.52
35
5.0
340.0
5.07
4.76
11
1.5
300.0
4.47
4.24
0.4
280.0
4.18
4.08
00
260.0
3.88
4.02
实验结果表明,气水同时反冲洗时水冲洗强度的上限宜为6L/s#m2,先气后水冲洗方式的上限宜为10L/s#m2。
实验还发现,当滤柱冲洗水量降至260L/h（即qw=3.88L/s#m2时,反冲洗水的输泥能力明显不够,即便连续冲洗很长时间也很难保证出水浊度低于10NTU,因此,水冲洗强度的下限值应取4L/s#m2。
3.1.2气冲洗强度的适宜范围
在前述实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实验,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。
实验观测结果见表3。
表3气水同时反冲洗滤层运动状态实验观测记录
qw（L/s#m2滤层运动情况
qa（L/s#m2
10.711.311.912.513.113.714.314.915.5
3.88膨胀
搅动
无
轻微
明显
微小
明显明显
4.03膨胀
4.47膨胀
较大明显
5.07膨胀
5.52膨胀
较大
由表3可知,当qa=11.9L/s#m2、qw=5.52L/s#m2（气水比约为2.15时,滤层开始有明显搅动;
当qa=13.7L/s#m2、qw=3.88L/s#m2（气水比约为3.5时,滤层才开始有明显搅动。
这表明随着qw逐渐减小,气水比应当加大,才能获得较好的冲洗效果。
由表3还可看出,当qa=12~16L/s#m2、qw=4~6L/s#m2时,滤层都会有明显的搅动,从而强化了滤料颗粒间的碰撞、摩擦作用,提高冲洗效果。
因此,我们认为:
气水同时反冲洗时,气冲洗强度的范围宜控制在12~16L/s#m2之间。
先气后水冲洗方式的气冲洗强度的下限值取为8L/s#m2。
3.1.3冲洗时间的确定
常
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