过滤及反冲洗实验

北京工业大学建筑工程学院

水质工程学实验

实验三 过滤及反冲洗实验

专 业 班 号 学 号 姓 名 分 组 实验日期

给水排水工程

08431 080431

2011年4月19日

实验三过滤及反冲洗实验

实验三过滤及反冲洗实验

一、 实验目的 1. 了解滤料级配，掌握筛分实验的方法及滤料筛选过程。 2. 掌握反冲洗时冲洗强度与滤层膨胀度之间的关系。 3. 了解清洁砂层过滤时水头损失变化规律，以及滤层水头损失的增长对过滤周期的影响。 二、 实验原理 1. 过滤原理 水的过滤是根据地下水通过地层过滤形成清洁井水的原理而创造的处理浑浊水的方法。在处理过程中，过滤一般是指以石英砂等颗粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水达到澄清的工艺过程。过滤是水中悬浮颗粒与滤料颗粒间粘附作用的结果。粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质，当水中颗粒迁移到滤料表面上时，在范得华引力和静电引力以及某些化学键和特殊的化学吸附力作用下，它们被粘附到滤料颗粒的表面上。此外，某些絮凝颗粒的架桥作用也同时存在。经研究表明，过滤主要还是悬浮颗粒与滤料颗粒经过迁移和粘附两个过程来完成去除水中杂质的过程。 2. 影响过滤的因素 在过滤过程中，随着过滤时间的增加，滤层中悬浮颗粒的量也会随着不断增加，这就必然会导致过滤过程水力条件的改变。当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水位已定时，如果孔隙率减小，则在水头损失不变的情况下，将引起滤速减小。反之，在滤速保持不变时，将引起水头损失的增加。就整个滤料层而言，鉴于上层滤料截污量多，越往下层截污量越小，因而水头损失增值也由上而下逐渐减小。此外，影响过滤的因素还有很多，诸如水质、水温、滤速、滤料尺寸、滤料形状、滤料级配，以及悬浮物的表面性质、尺寸和强度等等。 3. 滤料层的反冲洗 过滤时，随着滤层中杂质截留量的增加，当水头损失增至一定程度时，导致滤池产生水量锐减，或由于滤后水质不符合要求，滤池必须停止过滤，并进行反冲洗。反冲洗的目的是清除滤层中的污物，使滤池恢复过滤能力。滤池冲洗通常采用自上而下的水流进行反冲洗的方法。反冲洗时，滤料层膨胀起来，截留于滤层中的污物，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的作用下，从滤料表面脱落下来，然后被冲洗水流带出滤池。反冲洗效果主要取决于滤层孔隙水流剪力。该剪力既与冲洗流速有关，又与滤层膨胀有关。冲洗流速小，水流剪力小；冲洗流速大，使滤层膨胀度大，滤层孔隙中水流剪力又会降低，因此，冲洗流速应控制适当。高速水流反冲洗是最常用的一种形式，反冲洗效果通常由滤床膨胀率e来控制，即 eLL0100% L式中 L——砂层膨胀后的厚度（cm）； L0——砂层膨胀前的厚度（cm）。 通过长期实验研究，e为25%时反冲洗效果即可以为最佳。 第1页（共9页）

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三、 实验装置及器材 天然砂若干克；标准筛一套；托盘天平一架，称量300克，感量0.1克；钢丝刷一把；有机玻璃过滤柱一个（附测压板）；高位水箱及配置好的原水；1000毫升量筒一个；秒表一块；钢卷尺一个。 四、 实验内容及实验步骤 1. 滤料筛分 (1) (2) (3) (4) 取砂样约300克洗净后置于105℃恒温箱中烘干冷却（此项工作由实验室准备）； 将标准筛按孔径大小依次排列好筛盘； 用天平称取烘干冷却后的砂样100克，放置于按筛孔大小次序排列好的筛盘上，加盖，一次过筛； 仔细收取剩在各层筛网上的砂粒并放在天平上分别称量，结果记入表1。 2. 滤层冲洗强度与膨胀度的关系 (1) 用钢卷尺测量实验用过滤柱的外径及柱内装填的砂层静止厚度L0； (2) 计算出砂层膨胀度依次5%、10%、20%、30%、40%、50%时对应的高度并在滤柱相应位置处做出标记； (3) 用自来水对滤层进行水反冲洗。慢慢开启反冲进水阀门，将砂层膨胀度调节至5～10％左右，保持冲洗5分钟； (4) 待膨胀后砂面稳定后，测出膨胀后的砂层厚度L； (5) 使用秒表和1000毫升量筒从滤柱上部溢流管中接取出水量，算出反冲流量记入实验数据记录表2； (6) 继续将膨胀度分别调至10～15％、15～25％、25～45％，按上法共测定4次，将结果依次记入表2。 3. 测定过滤时砂层水头损失增长情况 (1) 打开水箱阀门，将高位水箱中预先配置好的原水由上往下流经实验滤柱过滤，用秒表、量筒从滤柱下部出水管中测出流量，从而求得滤速； (2) 从各测压管上读出不同时间内各段砂层水头损失，即砂面上不同高度的各测压点水头，记入表3。 五、 注意事项 1. 筛分滤料时，为准确起见，筛前、筛后应用钢丝刷轻轻将筛面刷净。 2. 滤柱用自来水冲洗时，要注意检查冲洗流量，因给水管网压力的变化及其它滤柱进行冲洗都会影响冲洗流量，应及时调节冲洗自水来水阀门开启度，尽量保持冲洗流量不变。 3. 反冲洗过滤时，不要使进水阀门开启度过大，应缓慢打开，以防滤料冲出柱外。 4. 反冲洗时，为了准备地量出砂层厚度，一定要在砂面稳定后在测量，并在每一个反冲洗流量下连续测量3次。 5. 过滤实验前，滤层中应保持一定水位，不要把水放空，以免过滤实验时测压管中积有空气。 第2页（共9页）

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六、 实验数据及分析 过滤柱外直径 =米；滤柱壁厚=毫米 冲洗前砂层厚度L0 =米；过滤面积F=平方米 1. 滤料筛分 表1天然砂筛分记录 筛孔孔径 /mm 留在筛上的砂量 重量/g 筛后总重量 W 误差 ℅ 通过该筛的砂量 重量/g [(100-W)/100]*100℅= ℅ 按表1数值绘出筛分曲线，并求出该天然砂的不均匀系数K80。 第3页（共9页）

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2. 滤层冲洗强度与膨胀度的关系 表2冲洗强度和膨胀度试验记录 序号 1 2 3 4 膨胀后砂层厚度L /m 膨胀度e =(L-L0)/L0 /％ 冲洗水量Q /L·s-1 冲洗强度 q=Q/F (/L·(s·m2)-1 按表2数值在坐标纸上以冲洗强度为横坐标，膨胀度为纵坐标绘出冲洗强度和膨胀度的关系曲线。 3. 测定过滤时砂层水头损失增长情况 表3过滤时水头损失增长记录 各测压点水头 /m 1 1 0 10 20 30 40 50 60 2 3 4 2 5 3 6 4 7 5 8 砂层水头损失 (1—4水头差) /m 9 砾石层水头损失 (4—5水头差) /m 10 过滤历时 /min 流量 /L·s-1 滤速 /m·h-1 第4页（共9页）

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以过滤时间为横坐标，砂层水头损失（表3中第9项即为整个砂层水头损失）为纵坐标绘出砂层水头损失随过滤历时的变化曲线。 七、 实验结论 第5页（共9页）

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八、 思考题 1. 根据冲洗实验中观察到的现象，说明高速水流冲洗的特点。 2. 试分析在其它条件相同情况下，K80大小对过滤周期有何影响？ 3. 如果使用双层滤料，在滤料选择时如何控制保证在冲洗时密度小的滤料不发生流失而密度大的滤料又能有足够的膨胀度？ 4. 如果过滤已到达压力周期，但是水质仍达到要求，并未出现明显的基质泄露，说明什么问题？ 第6页（共9页）

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5. 如何衡量反冲洗的效果？ 6. 虹吸滤池、重力无阀滤池、翻板阀滤池、V型滤池的工艺简图，工艺流程及特点分析。（代替论文，1000字） 第7页（共9页）

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注： 1字体一律宋体，五号字，单倍行距

2 请勿随意更改实验报告模板，内容可以依照具体情况酌情增减，不超过模板界限 3 首页单独打印，其余正反面打印，左侧装订

4未粘贴原始数据记录单（指导教师签章）的实验报告无效，需要补做实验，否则实验课无成绩 原始数据表粘贴处 第9页（共9页）