V型滤池气水反冲洗过程滤料流失影响因素分析

试验滤砂的等体积球径为 1. 31 mm , 当砂面距 排水槽高度由 50 cm 增加到 60 cm、70 cm 时, 流失 滤砂的平均等体积球径分别为 1. 25 mm 、1. 22 mm 及 1. 19 mm , 即流失滤砂的粒径呈减小的趋势。
在图 4 中, 对应于某一个固定排水槽高度时, 都
表 2 各因素方差计算结 果
给水排水 Vol1 35 No1 10 2009 25
图 1 滤料筛分曲线
1. 2 试验设计 根据5室外给水设计规范6( GB 50013 ) 2006) 和
典型水厂滤池的运行工况[ 6] , 确定试验条件为: 气冲 强度 10~ 20 L/ ( s # m2) , 水冲强度 2~ 6 L/ ( s # m2) , 试验各因素水平见表 1。
Abstract: According t o t he operat io n paramet er s and r elevant regulation f rom desig n specif icatio n for V- filt er, t he backw ashing int ensity of air and w ater, and t he r ange of drain tank heig ht w ere determ ined. By a series of model filt rat ion co mpar at ive ex periment s, the inf luences of t he int ensity of air- w at er backw ashing , and drain t ank heig ht on quant it y and part icle diam et ers of t he lost filt er m edia w er e analy zed. T he result s sho wed t hat t he w at er backw ashing int ensit y w as t he main reason f or filt er m edia loss; w it h t he incr easing of drain t ank height , the quantit y and diamet ers of lost f ilter media decreased r apidly.
试验选用西安 曲江水厂生产用 均质石英 砂滤 料, 滤料筛分曲线见图 1。有效粒径 d10= 0. 83 mm, 均匀系数 k60 = 1. 3, 等体积球径 dV = 1. 31 mm。
模型滤柱中滤层 厚 1 200 m m, 分别于 砂面上 50 cm、60 cm 及 70 cm 处设置排水槽。
V 型滤池气水反冲洗过程滤料流失影响因素分析
张建锋1 张 娟1 王峰慧2 邸尚志2
( 1 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西安 710055; 2 西安市水业运营有限公司, 西安 710082)
摘要 根据 V 型滤池生产运行参数和设计规范的相关规定, 确定了气水同时反冲洗阶段气冲强 度、水冲强度及排水槽高度的取值范围。通过模型滤柱系列对比试验, 分析气冲强度、水冲强度及排 水槽高度对流失滤砂质量、粒径的影响。结果显示, 水冲强度是影响滤料流失的主要因素, 随排水槽 高度增加, 跑砂量显著减少、流失滤料粒径减小。
( 1 . School of E nv ir onmental & M unicip al E ngi neeri ng , X i. an Uni ver sit y of A r chit ecture & T echnology , X i. an 710055 , Chi na; 2 . X i. an Water Op er ati on Co . , L td. , X i. an 710082 , Chi na)
大致呈现出统一的规律, 即流失滤砂的粒径存在/ 两 侧小、中 间大0 的特征。 气冲强 度、水冲 强度对 流失 滤 砂粒径的影响见图 5, 可以看出, 气冲强度、水冲强度 与流失滤砂粒径大小之间不存在正相关关系。气水 反冲洗过程中, 在滤料砂面以上、排水槽以下区域是 一种气、水、砂的多相流, 滤砂运动同时受到水流运动、 气泡成长及挟裹、滤砂 ) 气泡碰撞等多种因素影响, 过 程极其复杂, 目前这一方面的基础性研究尚属空白。
( 3) 与滤层初始滤料颗粒相比, 流失滤料的平 均粒径偏小, 而且随着砂面距排水槽高度的增加, 流 失滤料的平均粒径呈减小趋势。
滤池反冲洗的目的在于清洁滤层, 恢复滤层的 截留能力, 其过程涉及气水能耗[ 6] 、滤层结构变化和 滤料流失等内容, 因此在冲洗强度、冲洗时间及冲洗 顺序等工艺参数之间存在着优化的可能, 这也是强 化过滤处理效果、实现/ 节能减排0 生产目标的实际 要求, 相关的研究工作有待于进一步深化。
能存在一个界限值。 2. 3 各因素影响显著性分析
采用多元方差分析处理试验结果, 计算的 F 值 表明各因素影响均显著( 见表 2) 。F 值与 FA 值的 比较表明, 在气水反冲阶段滤料流失量影响因素的 显著性顺序 从大 到小 依次为: 水 冲强 度> 气冲 强 度> 排水槽高度。 2. 4 流失滤料的粒径特征
目前有关 V 型滤池反冲洗的试验研究, 主要集 中于冲洗机理、冲洗效果和反冲洗水处置等方面, 关 于滤料流失问题的研究大多是一些具体情况下的工 程应对措施[ 2~ 5] , 缺乏系统的试验研究和实践分析。 本文基于现有设计规范和部分水厂的生产实践, 选 取气冲强度、水冲强度和滤料表面以上排水槽高度 ( 以下简称/ 排水槽高度0) 等 3 个指标进行试验, 通
表 1 试验因素及水平汇 总
因素
气冲强度 / L/ ( s# m2 )
水冲强度 / L/ ( s # m2)
排水槽高度 / cm
水平 10、11、12、13、14、 15、16、17、18、19、20
2、3、4、5、6
50、60、70
V 型滤池气、水反冲洗过程一般包括单独气冲、 气水同时冲洗及单独水冲等不同阶段, 试验观察/ 跑 砂0现象主要出现在气水同时冲洗阶段, 因此这里主 要研究气水同时冲洗阶段的滤料流失情况, 气水同 时冲洗时间统一设定为 4 m in。
55. 53 2 27. 76 6. 28 F0.01 ( 2, 80) = 4. 88 * * * 353. 71 80 4. 42
注: ¹ A 为气冲强度, L/ ( s # m2) ; B 为水冲 强度, L/ ( s # m2 ) ; C 为 砂面上排水槽高度, mm。 º 显著程度, * * * 为非常显著, * * 为比 较显著, * 质工程学. 北京: 中国建筑工业出版社, 2005 2 Cl easby J L, Logsdon G S . G ranular b ed and p recoat f ilt rat ion.
In: A WW A . Wat er Q ualit y an d T reat ment-A H andbook of Comm unit y W at er Su pplies. 5t h ed. N ew York : M cG raw H ill, 2000 3 王利平, 金同轨, 金伟如, 等. 石英砂 均质滤料 气水反冲 洗强度数 学模型的建立. 给水排水, 2002, 22( 8): 26~ 28 4 王伟, 宋铁南, 于在升, 等. 滤池反冲洗滤料流失的防治. 中国给水 排水, 1997, 13( 4) : 43~ 44 5 陈卫, 张劲松. 城市水系统运营与 管理. 北京: 中国建筑 工业出版 社, 2005 6 张建锋, 王磊波. 滤池气水反冲洗控制指标的建立与分析. 给水排 水, 2008, 23( 2) : 15~ 18
( 1) 多元方差分析显示, 水冲强度、气冲强度、排 水槽高度对滤料流失量影响显著, 其显著性顺序从大
图 5 气冲强度、水冲强度对流失滤砂粒径的影响
到小依次为: 水冲强度> 气冲强度> 排水槽高度; ( 2) 在常规气水反冲洗强度条件下, 水冲强度
大于 4 L/ ( s # m2 ) 后, 砂流失量增加比较明显, 加大 排水槽高度可以显著减少滤砂的流失量;
过/ 跑砂量0测定分析, 探寻滤料流失的主要影响因 素, 以期为今后 V 型滤池设计、运 行的优化调节提 供依据。 1 试验装置及方法 1. 1 试验装置
试验装置采用有机 玻璃模型 滤柱, 内径 Á 234 m m( 截面积 S = 0. 043 m2) , 对称布置 3 个小阻力滤 头均匀配水, 空压机供气进行气水反冲洗。
Keywords: F ilt er media loss; A ir- w at er backw ashing; Backw ashing intensit y; Drain t ank height
近年来, V 型滤池由于自动化程度高、处理效果 稳定, 在净水工艺中得到广泛应用。V 型滤池运行 的一个显著特征是在反冲洗阶段中采用气、水反冲 洗, 从而具有耗水量少、冲洗效果稳定、滤层纳污能 力强等优点[ 1] , 但在生产实践中也发现, V 型滤池或 多或少存在滤料流失( 即/ 跑砂0现象) 问题。
方差 来源
A¹ B C
误差
离差平 自由 均方 方和 度 离差
F值
FA 值 ( A= 0. 01)
显著 程度
393. 73 10 39. 37 8. 91 F0.01 ( 10, 80) = 2. 55 * * * º
447. 04 4 111. 76 25. 28 F0.01 ( 4, 80) = 3. 56 * * *
图 4 不同排水槽高度流失滤砂的粒径特征
3 结论 在 V 型滤池气水同时反冲阶段, 砂滤料表面不
断溢出的气泡在水中呈上升运动时, 在气泡后部形 成尾涡进而挟裹滤料颗粒离开砂层, 在上向流动的 水流和气泡裹挟及碰撞作用下导致滤砂颗粒不断上 升。当滤砂运动升高至排水槽高度处后, 随排水流 动可能流失[ 2] 。基于以上试验, 得到以下结论: