第周，第15讲次课程名称：《水质工程学I》摘要$4-6无阀滤池授课题目（章、节）【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】S4-6无阀滤池（重力式：散开式的，利用水的重力为作用水头。1、分类：（压力式：封闭式的，利用系统中水的压力差为作用水头。如：压力滤罐适用于小型分散性给水工程，常供一次净化用（最后介绍)。一、构造及工作原理：1、构造：主要有：进水分配槽、池体、伞形顶盖、滤料、虹吸管等组成。2、工作原理：防直冲滤料。1①、过滤：待滤水→进水管→伞形顶盖→档板→滤料过滤→底部配水区一连通渠→冲洗水箱→出水渠。②、反冲洗：当过滤到一定程度，滤料含污量增大，水流阻力增大，使虹吸上开管内水位上升至虹吸辅助管时，水流由辅助管下流，靠下降水流在（射流泵）管中形成真空和水流换气作用，抽气管抽走虹吸管中空气，造成虹吸，开始反冲洗。作用水头：冲洗水箱顶面至水封井水面
课程名称：《水质工程学 I》 第 周，第 15 讲次 摘 要 授课题目（章、节） §4-6 无阀滤池 【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。 【重 点】 【难 点】 内 容 【本讲课程的引入】 【本讲课程的内容】 §4-6 无阀滤池 重力式：敞开式的，利用水的重力为作用水头。 1、分类: 压力式：封闭式的，利用系统中水的压力差为作用水头。 如：压力滤罐适用于小型分散性给水工程，常供一次净化用（最 后介绍）。 一、构造及工作原理： 1、构造：主要有：进水分配槽、池体、伞形顶盖、滤料、虹吸管等 组成。 2、工作原理： 防直冲滤料。 ↑ ①、过滤：待滤水→进水管→伞形顶盖→档板→滤料过滤→底部配 水区→连通渠→冲洗水箱→出水渠。 ②、反冲洗：当过滤到一定程度，滤料含污量增大，水流阻力增大， 使虹吸上开管内水位上升至虹吸辅助管时，水流由辅助管下流，靠 下降水流在（射流泵）管中形成真空和水流挟气作用，抽气管抽走 虹吸管中空气，造成虹吸，开始反冲洗。 作用水头：冲洗水箱顶面至水封井水面
水箱冲洗水一→连通渠底部配水区→承托层、滤料（悬浮清洗）一虹吸上开→排水B1HHEAY.:O20图17-27无阀滤过滤过程1一进水分配槽；2—进水管；3虹吸上升管；4一伞形顶盖；5一挡板：6一滤料层：7~承托层：8—配水系统；9—底部配水区：10-连通渠：11一冲洗水箱：12-出水渠；13—虹吸辅助管；14—抽气管；15虹吸下降管；16—水封井；17-虹吸破坏斗；18—虹吸破坏管：19一强制冲洗管；20冲洗强度调节器当水箱水位下降到虹吸破坏斗→虹吸破坏管将斗中水抽干，使虹吸管上部进入空气→虹吸停止（即反冲洗停止）→过滤。过滤周期：开始过滤→水位上升至虹吸辅助管口为一过滤周期。水箱最高水位至这个管口的高压差。即为滤料过滤终期。允许水头损失值H。常用H=1.5～2.0m。③、强制冲洗：滤池还未达反冲洗水位，但要冲洗（如果水质不合格，新滤料要冲洗）这时就需强制冲洗。用一压力水管。抽虹吸管中的气（射流泵）造成反冲洗。水厂中都有压力水管。二、设计要点：1、虹吸管计算：①冲洗强度作用水头：是变化的。作用水头在由大→小，反冲水量（强度）出由大→小。iHax一最大作用水头；
水箱冲冼水→连通渠→底部配水区→承托层、滤料（悬浮清洗）→ 虹吸上开管→虹吸下降管→排水 当水箱水位下降到虹吸破坏斗→虹吸破坏管将斗中水抽干，使 虹吸管上部进入空气→虹吸停止（即反冲洗停止）→过滤。 过滤周期：开始过滤→水位上升至虹吸辅助管口为一过滤周期。 水箱最高水位至这个管口的高压差。即为滤料过滤终期。允许水头 损失值 H。常用 H=1.5～2.0m。 ③、强制冲冼：滤池还未达反冲冼水位，但要冲冼（如果水质不合 格，新滤料要冲冼）这时就需强制冲洗。用一压力水管。抽虹吸管 中的气（射流泵）造成反冲冼。水厂中都有压力水管。 二、设计要点： 1、虹吸管计算： ①冲冼强度作用水头：是变化的。作用水头在由大→小，反冲水 量（强度）出由大→小。 ⅰ Hmax—最大作用水头；
iHain一最小作用水头；iH一平均作用水头。②、虹吸管水量：两部分iQ一一反冲洗水量，选定反冲强度，qa一在H.作用能达到的值。由qaXF=Qi为反冲洗量。iQ2一一冲洗时原水继续进入滤池的量。虹吸管流量Q：Q=Q:+Q2③虹吸管径：用试算法：选一管径，求总水头损失。Zh=Ha（平均冲洗水头）Zh=hi+ h2+ h3+ ha+ hs+ hsh，一一连通渠水头损失（m），是沿程水头损失，可由谢才公式求：i=-0?A'C'R进口局部阻力系数=0.5，出口取1。hz一一小阻力配水系统的水头损失，视配水系统而定，格栅水头损失或可忽略。h3一一承托层水头损失，（讲过）ha—一滤层水头损失（讲过）hs一一挡板水头损失，经验取0.05m。he一一虹吸管沿程和局部水头损失（m）Ha可适当取大点，在虹吸管出口加了调节器进行调节。2、冲洗水箱V(m)：就在滤池上部，按一次冲洗需水量定。V=0.06qF.tq—一反冲洗强度L/s·mF一一滤池面积（m）t——冲洗时间min一般取4~6min水箱深：水箱深度不能太大，AH太大时，反冲洗开始与结束的
ⅱ Hmin—最小作用水头； ⅲ Ha—平均作用水头。 ②、虹吸管水量：两部分 ⅰ Q1——反冲冼水量，选定反冲强度,qa—在 Ha 作用能达到的 值。由 qa×F=Q1为反冲冼量。 ⅱ Q2——冲冼时原水继续进入滤池的量。 虹吸管流量 Q： Q=Q1+Q2 ③虹吸管径：用试算法： 选一管径，求总水头损失。 ∑h= Ha（平均冲冼水头） ∑h=h1+ h2+ h3+ h4+ h5+ h6 h1 ——连通渠水头损失（m），是沿程水头损失，可由谢才公式求： A C R Q i 2 2 2 1 = 进口局部阻力系数ξ=0.5，出口取 1。 h2——小阻力配水系统的水头损失，视配水系统而定，格栅水头损 失或可忽略。 h3——承托层水头损失，（讲过） h4——滤层水头损失（讲过） h5——挡板水头损失，经验取 0.05m。 h6——虹吸管沿程和局部水头损失（m） Ha 可适当取大点，在虹吸管出口加了调节器进行调节。 2、冲洗水箱 V(m3 )： 就在滤池上部，按一次冲洗需水量定。 V=0.06qF·t q——反冲洗强度 L/s·m 2 F——滤池面积（m 2） t——冲冼时间 min 一般取 4～6min 水箱深：水箱深度不能太大，ΔH 太大时，反冲冼开始与结束的
反冲洗强度相差太大。开始：强度大，滤料可能被水流带走。结束：强度小，滤料冲洗可能不干净。AH小，可减小冲洗强度的不均匀程度。措施：可多格同用一个水箱。设n格同用一个水箱，其水深△H，AH=0.064F1_0.06-qnFnFn式中：容积V偏安全一一同为设考虑，其中1格冲洗时其余（n-1）格滤池正在过滤。合用格数2～3为宜。问题：一格冲洗时，其它格过滤的滤速要得到控制（进水分配槽）格数太多一一会使水封破坏不切底，造成滤池时断时续的反冲洗。3、进水管U形存水弯：目的：防止滤池冲洗时，空气进入虹吸管破坏虹吸。反冲时进水量增大，空气会进入，存水弯应位于水封井水而以下。集气后对滤池的危害：过滤狭气：空气进入滤池并在伞顶盖下聚集且受压缩。一部分受压空气会时断时续地膨胀并将虹吸管中的水顶出池外，影响正常过滤。反冲洗换气：进水换气量很大时，大部分空气可随冲洗水流排出池外，但有一部分空气会在虹吸管顶端聚集，（1）导致虹吸有可能提前破坏。（2）在虹吸管顶端聚集的空气量有限，因此虹吸破坏往往不彻底。如果顶盖下再有一股受压空气把虹吸管中水柱顶出池外而使真空度增大，就可能再次形成虹吸，于是产生连续冲洗现象。避免措施：就是降低分配槽槽底标高或另设气水分离器。4、进水分配槽：作用：保持各格滤池进水量相等，并使各滤池独立进水。方式：槽内堰顶溢流。（跌水进行配水）
反冲冼强度相差太大。 开始：强度大，滤料可能被水流带走。 结束：强度小，滤料冲洗可能不干净。 ΔH 小，可减小冲洗强度的不均匀程度。 措施：可多格同用一个水箱。 设 n 格同用一个水箱，其水深ΔH， qt nF n qFt nF V H 0.06 0.06 = = = 式中：容积 V 偏安全——同为设考虑，其中 1 格冲洗时其余（n-1） 格滤池正在过滤。 合用格数 2～3 为宜。 问题：一格冲洗时，其它格过滤的滤速要得到控制（进水分配槽） 格数太多——会使水封破坏不切底，造成滤池时断时续的反冲洗。 3、进水管 U 形存水弯： 目的：防止滤池冲洗时，空气进入虹吸管破坏虹吸。反冲时进水 量增大，空气会进入，存水弯应位于水封井水而以下。 集气后对滤池的危害： 过滤挟气：空气进入滤池并在伞顶盖下聚集且受压缩。一部分受 压空气会时断时续地膨胀并将虹吸管中的水顶出池外，影响正常过 滤。 反冲洗挟气：进水挟气量很大时，大部分空气可随冲洗水流排出 池外，但有一部分空气会在虹吸管顶端聚集， （1）导致虹吸有可能提前破坏。 （2）在虹吸管顶端聚集的空气量有限，因此虹吸破坏往往不彻底。 如果顶盖下再有一股受压空气把虹吸管中水柱顶出池外而使真空 度增大，就可能再次形成虹吸，于是产生连续冲洗现象。 避免措施：就是降低分配槽槽底标高或另设气水分离器。 4、进水分配槽： 作用：保持各格滤池进水量相等，并使各滤池独立进水。 方式：槽内堰顶溢流。（跌水进行配水）
堰顶标高Z：应在虹吸辅助管口标高以上，再高出进水管的水头损失，再加10～15cm的富裕高度。（安全裕度）槽底标高应多低一些，以保证气水分离。通常低于滤池出水口0.5m。适用：中小型水厂，（单池面积不大于16m2）优点：节省大型阀门，造价低。冲洗全自动，操作管理方便。缺点：池体结构复杂。滤料装卸困难。滤池标高较高，要求滤池前各构筑物也要高，高程布置困难。S4-7其它形式滤池一、虹吸滤池中图17-29虹吸滤池的构造1一进水槽：2一配水槽；3一进水虹吸管；4一单格滤池进水槽：5一进水埋：6—布水管：7—滤层：8—配水系统：9-集水槽：10-出水管；11一出水并；12出水堰：13—清水管：14—真空系统：15冲洗虹吸管：16冲洗排水管：17—冲洗排水槽全部使用虹吸进出水和反冲，反冲时，反冲洗水是其它滤池的滤后水的余压能。特点：池太深，高程布置难度大。（一）过滤过程：（二）反冲洗过程：（三）滤池分格：据反冲洗强度（其余滤池的产水大于滤池反冲洗水量）ngq≤F(n-1)0注：不是因为当一格反冲洗时其该组滤池进水量不变，F
堰顶标高 Z ：应在虹吸辅助管口标高以上，再高出进水管的水头 损失，再加 10～15cm 的富裕高度。（安全裕度） 槽底标高应多低一些，以保证气水分离。通常低于滤池出水口 0.5m。 适用：中小型水厂，(单池面积不大于 16m2) 优点：节省大型阀门，造价低。冲洗全自动，操作管理方便。 缺点：池体结构复杂。滤料装卸困难。 滤池标高较高，要求滤池前各构筑物也要高，高程布置困难。 §4-7 其它形式滤池 一、虹吸滤池 全部使用虹吸进出水和反冲， 反冲时，反冲洗水是其它滤池的滤后水的余压能。 特点：池太深，高程布置难度大。 （一）过滤过程： （二）反冲洗过程： （三）滤池分格：据反冲洗强度（其余滤池的产水大于滤池反冲洗 水量） F nQ q 注：不是 ( ) F n Q q −1 因为当一格反冲洗时其该组滤池进水量不变
其余滤池的产水相当强制过滤。二、移动罩滤池（一）构造：许多滤池构成的一组滤池。利用一个可移动的虹吸冲洗罩，对各滤格进行轮流冲洗：冲洗水是其它滤格的滤后水。（二）工作过程：1、过滤：作用：消除进水动力防止冲击滤料。待滤水→穿孔配水墙→消力栅→滤池→过滤→反冲配水室→出水虹吸管中心管→出水堰8→过滤工作水头z.与出水堰z2的高差，一般为1.2～1.5m。(21)(12)图17-30移动罩滤池1一进水管：22一穿孔配水墙：3消力栅：4一小力配水系统的配水孔5一配水系统的配水室：6一出水虹吸中心管：7出水虹吸管钟罩：8一出水堰：9出水管，10-冲洗罩111排水虹吸管，12一帮车13-浮筒：14外形阀：15一抽气管：16-排水架2、冲洗：桁车将冲洗罩移到需冲洗的滤格上，降下滤罩封住滤格
其余滤池的产水相当强制过滤。 二、移动罩滤池 （一）构造：许多滤池构成的一组滤池。利用一个可移动的虹吸冲 洗罩，对各滤格进行轮流冲洗：冲洗水是其它滤格的滤后水。 （二）工作过程： 1、过滤： 作用：消除进水动力防止冲击滤料。 待滤水→穿孔配水墙→消力栅→滤池→过滤→反冲配水室→出水虹 吸管中心管→出水堰 8→ 过滤工作水头 z1与出水堰 z2的高差，一般为 1.2～1.5m。 2、冲洗： 桁车将冲洗罩移到需冲洗的滤格上，降下滤罩封住滤格
顶部（就形成了虹吸滤池的形式）抽气（形成真空进水造成虹吸）→滤池的滤过水反向透过该池的滤料（反冲洗）→冲洗水虹吸管一排水渠。冲洗水头一一出水堰顶z2与排水渠水封井水位z3的差值，由计算确定。3、冲洗虹吸罩：移动、定位、密封。由车带动可升、降；移动；定位，可用程序控制。密封可用橡皮翼板（内外压差）利用内外的压差。4、虹吸的形成：可由真空泵造成虹吸真空。也可由泵直接抽吸→返回到絮凝池。（注：排泥在沉淀池）5、滤速控制：利用出水虹吸钟罩洁净滤料（刚投入使用）滤速大→水头损失小→滤池液面水位低→（13）浮简下移→打开（14）针阀，虹吸管顶进气过滤水位差，是滤池液面和钟罩内管顶之差（小了）→滤速小。过滤一段时间→水头损失量大→水位变高→（13）浮筒上移→（14）针阀关阀→水流带走虹吸罩中空气→作用水头为z1与z2的差值（增大了）→滤速变大。这样使过滤的滤速在一定范围内工作。6、出水虹吸管钟罩：由流速确定管径。0.6~1.0m/s7、格数：不少于8格（太少冲洗罩使用效率低）也不可太多，太多时，出水量太大，虹吸罩太大→针阀进气量小，水位调节作用不好。8、优缺点：优点：池体结构简单；无需冲洗水箱或水塔；无大型阀门管件少；若采用泵吸式冲洗罩，池深可浅
顶部（就形成了虹吸滤池的形式）抽气（形成真空进水造成虹吸） →滤池的滤过水反向透过该池的滤料（反冲洗）→冲洗水虹吸管→ 排水渠。 冲洗水头——出水堰顶 z2与排水渠水封井水位 z3的差值，由计算 确定。 3、冲洗虹吸罩：移动、定位、密封。 由桁车带动可升、降；移动；定位，可用程序控制。 密封可用橡皮翼板（内外压差）利用内外的压差。 4、虹吸的形成：可由真空泵造成虹吸真空。也可由泵直接抽吸→ 返回到絮凝池。（注：排泥在沉淀池） 5、滤速控制：利用出水虹吸钟罩 洁净滤料（刚投入使用）滤速大→水头损失小→滤池液面水位低 →（13）浮筒下移→打开（14）针阀，虹吸管顶进气→过滤水位差， 是滤池液面和钟罩内管顶之差（小了）→滤速小。 过滤一段时间→水头损失量大→水位变高→（13）浮筒上移→（14） 针阀关阀→水流带走虹吸罩中空气→作用水头为 z1 与 z2 的差值（增 大了）→滤速变大。 这样使过滤的滤速在一定范围内工作。 6、出水虹吸管钟罩： 由流速确定管径。0.6～1.0m/s 7、格数： 不少于 8 格（太少冲洗罩使用效率低） 也不可太多，太多时，出水量太大，虹吸罩太大→针阀进气量 小，水位调节作用不好。 8、优缺点： 优点：池体结构简单； 无需冲洗水箱或水塔； 无大型阀门管件少； 若采用泵吸式冲洗罩，池深可浅
缺点：加了机电及控制设备：自控和维修较复杂。9、适用：大、中型水厂。三、V型滤池（因两侧的进水配水槽是V型而得名）是由法国德格雷蒙公司设计的。是用气水反冲洗的快滤池。1、构造：寸反冷典主管水七A水冰热管BBBR四17-29V型施他构造高图1一进水气动随膜网，1一方孔，3一级口，（一制孔，6一V型谱，（一小孔，7一排水果，8一气、分配婴，9一配水方孔，10一配气小孔，11-一医邻享间：12-一水对井：13-水埋，14一清水第，25一排水阁，16一清水阁：17一进气：18一冲洗水阀有别于其它滤池的主要是反冲洗配水、气渠。上部：反冲洗排水渠。上部是向滤池底部空间配气的小孔。下部：反冲洗配水渠（下部是向滤池底部空间配水的方孔。用长柄滤头来向滤池反冲布气水。2、工艺过程：①过滤：图17-23气水同时冲洗时长插球头工茂示
缺点：加了机电及控制设备；自控和维修较复杂。 9、适用：大、中型水厂。 三、V 型滤池 （因两侧的进水配水槽是 V 型而得名）是由法国德格雷蒙公司设计 的。 是用气水反冲洗的快滤池。 1、构造： 有别于其它滤池的主要是反冲洗配水、气渠。 上部：反冲洗排水渠。 上部是向滤池底部空间配气的小孔。 下部：反冲洗配水渠 下部是向滤池底部 空间配水的方孔。 用长柄滤头来向滤池反冲布气水。 2、工艺过程： ①过滤：
待滤水→（1）（2）气动隔膜阀（全开）配水方孔→溢流堰口（3）→（4）侧孔→（5）两侧V型槽→槽底孔和槽顶溢流入滤池→过滤→长柄滤头→（11）下部空腔→（8）气水分配渠→（16）清水阀→12水封井→13出水堰→清水渠。②反冲洗：气冲→气、水同时反冲→水冲（三步）形式：（气、水同时反冲→水冲（两步）反冲水→反冲洗水管（反冲阀18）→（8）气水分配渠→（9）下部配水方孔压缩空气（进气阀门）→（8）气水分配→（10）上部配气小孔（11）底部空间→长柄滤头→滤料→排水渠→排水阀→排除待滤水→（2）方孔（气动阀关闭）→（6）V型配出槽小孔流出→表面冲洗3、工艺参数：①滤速：7～20m/h范围（可视出水水质由出水蝶阀调整）②气冲强度：14~171/s·m2③水冲强度：41/s·m2（不要求滤料膨胀）④横扫冲洗水强度：1.4~2.01/s·m③反冲时间：总计10min左右。③滤层：厚度：0.95~1.5mdlo=0.95~1.5m1均匀滤料kso=1.2~1.64、特点：①均匀滤料（反冲时不膨胀，无水力分级）合污能力高，过滤周期长。②水反冲洗加横向表面冲洗，效果好。冲洗水量小，但增加了鼓风量。（风机效率低、电耗大）二、压力滤罐（池）
待滤水→（1）（2）气动隔膜阀（全开）配水方孔→溢流堰口（3） →（4）侧孔→（5）两侧 V 型槽→槽底孔和槽顶溢流入滤池→过滤 →长柄滤头→（11）下部空腔→（8）气水分配渠→（16）清水阀→ 12 水封井→13 出水堰→清水渠。 ②反冲洗： 气冲→气、水同时反冲→水冲（三步） 形式： 气、水同时反冲→水冲（两步） 反冲水→反冲洗水管（反冲阀 18）→（8）气水分配渠→（9）下部配水方孔 压缩空气（进气阀门）→（8）气水分配渠→（10）上部配气小孔 （11）底部空间→长柄滤头→滤料→排水渠→排水阀→排除 待滤水→（2）方孔（气动阀关闭）→（6）V 型配出槽小孔流出→表面冲洗 3、工艺参数： ①滤速：7～20m/h 范围（可视出水水质由出水蝶阀调整） ②气冲强度：14～17 l/s·m 2 ③水冲强度：4 l/s·m 2（不要求滤料膨胀） ④横扫冲冼水强度：1.4～2.0 l/s·m 2 ⑤反冲时间：总计 10min 左右。 ⑥滤层：厚度：0.95～1.5m d10=0.95～1.5m 均匀滤料 k80=1.2～1.6 4、特点： ①均匀滤料（反冲时不膨胀，无水力分级）合污能力高，过滤周 期长。 ②水反冲冼加横向表面冲洗，效果好。 冲洗水量小，但增加了鼓风量。（风机效率低、电耗大） 二、压力滤罐（池）
1、构造：直径不大于3m-排气管挡板人孔、压力表++煤层.::滤头进本砂层A会会会出水O1排水阁冲洗水图17-32压力滤池2、特点：在有压力的情况下运行，省一个泵站，运行管理方便可移位，更适合临时性给水，耗钢材多，滤料装卸不便泵→滤罐一用水点利用滤后余压滤层厚可：1.0~1.2m终期水头损失允许值较高：5～6m（可由滤罐的上下压力表读出）【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P357思考题P358习题
1、构造：直径不大于 3m 2、特点：在有压力的情况下运行，省一个泵站，运行管理方便可移 位，更适合临时性给水，耗钢材多，滤料装卸不便。 泵→滤罐→用水点 利用滤后余压 滤层厚可：1.0～1.2m 终期水头损失允许值较高：5～6m（可由滤罐的上下压力表读出） 【本讲课程的小结】 【本讲课程的作业】P357 思考题 P358 习题