【毕业设计】单层滤料反冲洗优化工艺的试验研究

从此过滤便成为水处理特别是活饮用水处理中不可缺少的环。

年，英国伦敦的供水公司建成用于实际生产的第座慢滤池。

从那时起至今的年间，众多水处理研究者和工作者努力探究过滤的奥秘，孜孜不倦地追求与研究着高效优质的水处技术，所取得的研究成果是丰富而惊人的，不论过滤技术还是过滤理论都日完善。

目前国内外的应用实例和文献资料表明，滤池的形式多种多样，滤料品种新颖繁多，针对不同水质的过滤设备更是层出不穷。

但是针对作为过滤的重要组成程序反冲洗部分的研究却相对较少。

随着过滤技术和理论的发展，我们认识到反冲洗的过程对过滤的效果，历时，产水量等参数都有重大影响。

而方冲洗水量和能耗费用也占用整个过滤过程运行费用的很大部分。

这些因素使得我们有必要在不断推进过滤设备过滤部分研究的同时，也要加强对过滤反冲洗的研究。

本人自年开始师从李孟教授研究反冲洗优化技术。

在年研究实践中，李孟教授带领我们获得了大量的研究和生产试验数据，为进研究过滤反冲洗理论打下了基础。

但是在复杂的过滤反冲洗领域中仍有许多理论与生产实践问题值得研究与探索。

本研究是在导师李孟教授近年来对高速精细过滤设备过滤效果的研究基础上进行的。

在使用多级高速精细过滤设备的过程中，我们发现反冲洗效果有待改进。

实际运行中，过滤间隙较短能耗大水量大的问题直困扰着我们。

我们发现，在以陶瓷滤料为基础的过滤过程中，大部分水中的污物截留在滤料的上半部分浅层。

而运用的单纯水反冲洗的冲洗水头和能量很大部分分散在整个滤层上，这样不但造成了水量和能耗的浪费，更是影响到反冲洗效果以及过滤设备的继续运行。

在他的悉心指导下，通过对单层石英砂滤料的对比实验研究，总结数据，探讨理论，目的是使反冲洗过程在理论和实践上有所创新，在应用上有突破。

本人重点对其中的分层反冲洗优化对比实验和理论进行阐述和初步总结，并撰写成本论文。

研究背景过滤技术简介在常规水处理过程中，过滤般是指以粒状滤料层截流水中悬浮杂质，从而使水得到净化的工艺过程。

它主要是去除水中的浊度物质，同时水中的有机物细菌以及病毒也将随浊度降低而被部分去除，残留于滤后水中的细菌病毒在失去浊度物质的依附保护后，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就减轻了滤后消毒的负担。

在饮用水的净化工艺中，过滤是不可或缺的道工艺，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。

过滤过程受到滤料级配滤层厚度滤速过滤方式滤前水水质及其预处理程度等因素的影响。

滤料层是滤池的核心组成部分，它本身的结构特性对滤后水水质过滤性能有着重要的影响。

人类文明的起源与发展，与水的利用和治理密不可分。

年前印度人就利用木炭对水进行过滤，年在英国派斯利建成世界上第座城市慢砂滤池供给全城用水。

世纪初，混凝技术出现后，慢滤池逐渐被淘汰，快滤池取而代之。

快滤池因其滤速比慢滤池快而得名，滤速约为米小时，现代快滤池甚至可达到米小时，是慢滤池的十几倍甚至几十倍。

快滤池有多种形式。

以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久。

在此基础上，人们从不同的工艺角度发展了其他形式快滤池。

为充分发挥滤料层截污能力，出现了滤料粒径寻水流方向减小的过滤层及均质滤料层，如双层多层及均质滤料滤池，上向流和双向流滤池等为减少阀门数量出现了虹吸滤池无阀滤池移动罩滤池以及其他水力自动冲洗滤池等从冲洗方式上还出现了有别于单纯水冲洗的气水反冲洗滤池。

反冲洗技术简介在滤池运转过程中，从进水中去除的杂质积聚在滤料表面和颗粒间的孔隙内，随着滤池的继续运转，贮集在滤床中的杂质会导致滤床的孔隙率降低，滤床所能截留的杂质量不断减少，当水头损失增加至水流按预定流量通过时所需的水头即最大允许水头损失，或是由悬浮物质的穿透最后导致滤后水水质下降时，最终将使滤池停运，此时，需对滤池进行反冲洗，以去除截留的杂质，恢复滤池的运行能力。

对于老式慢滤池，从水中去除的绝大多数杂质会聚积在滤床的表面上，因水的水质时，再用清洁的砂子把滤层补充至原厚度。

而对于快滤池而言，滤速比慢滤池提高了几十倍甚至达到近百倍，使得单位面积载留杂质量骤增，过滤周期缩短，且杂质颗粒穿入滤床较深，慢滤池的刮砂办法显然不再适用，于是开始采用上向流反冲洗来清除滤层中的截留杂质。

滤床的反冲洗是恢复和继续发挥滤池功能的关键，反冲洗的质量对滤后水水质工作周期和滤层截污量等均有较大影响，滤池的效率全要靠有效冲洗来实现。

滤池反冲洗系统设各费用占滤池总造价的，反冲洗费用又是滤池经常运行费用中最主要的部分。

因此，合理的滤池反冲洗方式的选择及反冲洗系统的设计，在经济技术安全等方面有着重要意义。

早期的砂滤料快滤池是对砂颗粒进行轻轻的清洗，以便在滤床表面留下层不受破坏的有机膜，基于从砂慢滤池过滤工艺沿袭下来的认识，这薄膜被认为是进行有效过滤所需要的。

美国最早出现的砂滤池中还装有环形搅动耙子，用以在清洗过程中搅动砂子，以帮助砂与杂质分离开来。

但该类滤冲洗强制冲洗上层冲洗强制冲洗上层冲洗强制冲洗常规强制冲洗出水过小强制冲洗出水过小表浊度进水第三阶段对比实验滤速记录表表中黑体字表示参照实验冲洗时刻不同反冲洗方式出水浊度对比过滤历时出水浊度分层冲洗常规冲洗分层冲洗常规冲洗图浊度进水第三阶段对比实验出水浊度曲线图不同冲洗方式滤速对比过滤历时滤速分层冲洗常规冲洗分层冲洗常规冲洗图浊度进水第三阶段对比实验滤速曲线图我们看到，由于分层过滤时间过短，过滤的滤速随着过滤历时的下降很少，产水量很大，但是同时，反冲洗水量也增大了很多。

因为滤层的频繁扰动，过滤成熟期的时段被压缩，实际生产水平反而有所下降。

而且出水浊度从全程过滤的条件来看也是不稳定的，所以我们不推荐小时作为分层冲洗间隔。

本章小结最后我们得出的分析结论如下分层反冲洗优化系统的优点根据上面的讨论，分层反冲洗优化系统相对于传统冲洗方式过滤的特点在于在相同原水浊度的条件下，分层反冲洗的出水条件和传统冲洗系统相差无几，在进水浊度为以下时，两种冲洗方式的过滤在出水浊度方面都可以达标。

优化过的冲洗系统在适当的分层冲洗周期的条件下不会因为上层冲洗而压缩过滤成熟期的时间，不会影响到连续出水的效果。

分层优化的反冲洗系统在反冲洗的单位过滤时间所需水量方面和传统反冲洗过滤方式基本持平，都为左右。

但是分层优化的反冲洗系统在对滤层的清洁程度上来看，效果比传统的单纯水洗效果要好。

这不管是对于过滤累计效应的影响方面还是在滤层滤砂更换方面，都是有长足意义的。

分层优化的反冲洗系统在单位产水量所需反冲洗水量方面优势最大。

随着过滤历时的推进，在保持等水头过滤的条件下，传统的单纯水洗过滤方式滤速会持续下降，特别是过滤经历小时以后，滤速会下降到，小时以后更是会下降到必须反冲洗的。

即试验中的传统对比实验实际产水时间在小时左右。

而分层优化反冲洗的过滤系统则并不存在这个问题，在采用个小时为分层冲洗周期的实验条件下，过滤的适宜产水时间高达个小时。

经过计算，在我们的实验装置上，传统的反冲洗过滤系统每单位产水量消耗的反冲洗水量为，而分层优化的反冲洗系统每单位产水量消耗的反冲洗水量为，分层优化的反冲洗系统在该因素水平下可以节约的冲洗水量。

分层优化的反冲洗系统的运行条件经过实验探索，我们发现，在保持其他过滤条件不变的情况下，保持小时的分层冲洗间隔时间，对于优化的反冲洗过程都是有效的。

试验中反冲洗强度保持在。

因为为中间层反冲洗，反冲洗终点冲洗水浊度不用作过高要求，实验证明达到左右就可以达到就好效果。

而最终的全程冲洗水量和强度与传统的单纯水反冲洗方式相近。

第五章结论与展望实验结论通过滤料的分层截污特征验证试验，我们得到了相对精确的滤层截污量数据。

在过滤滤层中，从滤层表面往下厚度的滤料截污量占到了整个滤层截污量的，所以我们把分层冲洗头设置在滤层表面以下处，以达实现到针对性冲洗，减少冲洗能耗和冲洗水量的作用。

而以后的实验证明，这确实是有效的。

反冲洗优化过滤系统和常规冲洗过滤系统的对比试验实质上为探索实验，在实验过程中我们得出的结论是分层反冲洗优化的思路在实验条件下，相对于常规反冲洗方式的过滤是有定效果的。

在相同的过滤条件下，采用反冲洗优化过滤系统和采用常规冲洗过滤系统，都可以达到良好的过滤效果，出水浊度都是实际生产可以接受的。

分层反冲洗不会影响到出水效果。

反冲洗优化过滤系统在滤层清洁上相对于传统的单纯水反冲洗效果要好，从反冲洗水终点浊度上来来看，效果好。

反冲洗优化过滤系统单位产水量所消耗的反冲洗水量确实要少于传统的单纯水反冲洗过滤，反冲洗优化过滤系统每单位产水可以节约的冲洗水。

展望本实验在冲洗层设置上采取的是设置单层中间冲洗头。

而我们从滤层截污量试验中可以看到滤层最下层的滤料只截留了的污物，以此我们可以在滤层中分不同层面设置两层或两层以上的中间冲洗头，通过合理的反冲洗间隔和强度组合来进步降低反冲洗耗水量。

本实验基于石英砂滤料实验，但该实验优化思路可以适用于其他优质或改性滤料，可采用其他滤料进行试验。

本实验对象为单层滤料，实验作用过程可以起到减缓滤料自然分层的作用。

其作用同样适用于双层或多层滤料。

本文结论均基于等水头过滤实验，在有条件的情况下，可以加高滤柱，并加装测压管，实现变水头过滤，并在其实验条件下研究优化效果。

实际生产中，气水反冲洗在反冲洗系统中占有很大比重。

也可以在试验中加装气洗装置进步优化反冲洗效果。

参考文献许保玖，给水处理理论，北京，建筑工业出版社，严煦世范瑾初，给水工程第四版，中国建筑工业出版社，熊国锋，常规滤料滤池气水反冲洗若千问题的实验研究，硕士学位论文，重庆，重庆建筑大学，汪光熹主编，城市供水行业年技术进步发展规划，中国建筑工业出版社，英许宗仁译，砂快滤池反冲洗的试验研究物，法德格雷蒙公司编著，王业俊等译，水处理手册，中国建筑工业出版社，汪光熹主编，城市供水行业年技术进步发展规划，中国建筑工业出版社吴国权钱庆玲，滤池气水反冲洗技术，化工给排水设计都燕秋，型滤池工艺设计初探，公用