水质工程学_章北平_过滤

作者:365竞猜 | 2020-10-31 09:37

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  第 5 章 过滤 一.填空题 1.快滤池使用的滤料都是颗粒状材料。滤料应满足的基本条件是 、 、 。 、 、 、 2.悬浮颗粒在滤层孔隙水流中的迁移是由于 、 五种基本作用。 3.过滤的目的是用来去除水中的 4.快滤池的冲洗方法有 、 ,以获得浊度更低的水。 和 三种。 、 5.滤池的水质周期和压力周期除了与滤层的厚度有关还与 、 等因素有关。 (至少三种) 、慢滤池的工作机理是 。 6.快滤池的工作机理是 二.选择题 1.虹吸滤池一般采用( )配水系统,反冲洗水来自( )滤池。 ),因此( ) 不能生产。与其类似的还有( A. 小阻力;其余各格滤后水;单格;移动罩滤池 B. 大阻力;单设冲洗设备;单格;移动罩滤池 C. 穿孔管大阻力;其余各格滤后水;多格;无阀滤池 D. 小阻力;单设冲洗设备;2 格以下;无阀滤池 2.滤池型式的选择,应根据( 定。 A. 生产能力、施工成本和工艺流程;试验 B. 设计生产能力、进水水质和工艺流程的高程布置;技术经济比较 C. 最大供水量、出水水质和地形;综合比较 D. 设计生产能力;占地面积和平面布置;技术经济比较 3.给水过滤中, ( )会影响杂质在滤层中的分布规律。 )等因素,结合当地的条件,通过( )确 A. 滤速、水流方向和滤料材质 B. 冲洗次数、水流方向和滤层的组成 C. 水流方向、滤速和滤层厚度 D. 滤速、过滤水流方向和滤层组成 4.快滤池应有下列管: ( ) ,其断面宜( )通过计算确定。 A. 进水管、出水管、放空管、排水管;根据试验数据 B. 清水管、放空管、排泥管、排水管;根据流速 C. 进水管、出水管、冲洗水管、排水管;根据流速 D. 清水管、出水管、冲洗水管、排泥管;根据试验数据 5. ( A. 直接过滤 C. 外部过滤 )过滤过程中有可能出现“负水头”现象。 B.变速过滤 D.等速过滤 )自动控制;澄清池和沉淀池 )来控制滤 6.水厂生产过程中投药自动控制主要包括( 的自动控制内容是( 池( 洗 ) ;滤池自动控制目前则主要是根据( ) A. 混凝剂投加和加氯;排泥;滤层水头损失或规定冲洗周期;冲 。 B. 氧化剂投加和加氯;水位;滤层水头损失或规定冲洗周期;出水量 C. 混凝剂和助凝剂投加;水位;滤层厚度或规定滤速;出水量 D. 混凝剂投加和加氯;加药;滤层水头损失或规定滤速;冲洗 7.滤池应按正常情况下的滤速设计,并以检修情况下的( A.反冲洗强度 B.滤层膨胀率 C.强制滤速 )h D.12-24 )校核。 D.单池面积 8.滤池的工作周期,宜采用( A.8-12 B.10-16 C.10-18 9.滤池的滤料粒径范围根据滤池类别及所选滤料种类不同分为: ①d=0.5-1.2mm; ②d=0.8-1.8mm;③d=0.8-1.6mm;④d=0.5-0.8mm.如果采用双层滤料过滤无烟煤 滤料粒径应选( A. ④ B. ③ ) 。 C. ② D. ① 10.快滤池宜采用大阻力或中阻力配水系统。大阻力配水系统孔眼总面积与滤池 面积之比为( A. 1.0%-1.5% ) 。 B. 1.5%-2.0% C. 0.20%-0.28% D.0.6%-0.8% ) 。 D.0.6%-0.8% 11.中阻力配水系统孔眼总面积与滤池面积之比为( A. 1.0%-1.5% B. 1.5%-2.0% C. 0.20%-0.28% 12.虹吸滤池、无阀滤池和移动罩滤池宜采用小阻力配水系统,其孔眼总面积与 滤池面积之比为( A. 1.0%-1.5% ) 。 C. 0.20%-0.28% D.0.6%-0.8% )层。 B. 1.5%-2.0% 13.当快滤池采用大阻力配水系统时,其承托层粒径级配分( A. 二 B. 四 C. 三 D. 一 14.大阻力配水系统应按冲洗流量设计,配水干管(渠) ( 1.0-1.5m/s。 A. 孔眼 B. 末端 C. 进口 )配水系统。 C. 中阻力 D. 出口 )处的流速为 15.三层滤料滤池宜采用( A. 小阻力 B. 中阻力或大阻力 D. 大阻力 ) 16.三层滤料滤池承托层除满足粒径要求外,其材料选择上小粒径宜选择( 及大粒径为砾石。 A. 重质矿石 B. 石英砂 C. 无烟煤 )或高位水箱。 D. 水塔 D. 砾石 17.滤池冲洗水的供给方式可采用冲洗( A. 水池 B. 水表 C. 水泵 18. 滤池冲洗水的供给方式当采用冲洗水泵时,水泵的能力应按冲洗( 池考虑,并应有备用机组。 A. 一组 B. 双格 C. 全部 D. 单格 )滤 19. 滤池冲洗水的供给方式当采用冲洗水箱时, 水箱有效容积应按单格滤池冲洗 水量的( A. 1.5 )倍计算。 B. 2 C.2.5 D. 3 20. 快滤池( A. 排空管 )断面流速宜为 2.0-2.5m/s C. 溢流管 D. 取样管 B. 冲洗水管 21.当压力滤池的直径大于( A. 2 B. 5 C.3 D. 4 )m 时,宜采用卧式。 22. 虹吸滤池的分格数,应按滤池( 水量的要求确定。 A. 正常 B. 交替 C. 高负荷 )在运行时,仍能满足一格滤池冲洗 D. 低负荷 )m ,堰顶宜做成可调节高低的 23.移动罩滤池的设计过滤水头,可采用( 形式。移动罩滤池应设恒定过滤水位的装置。 A. 1.2-1.5 B. 1.0-1.2 C.0.8-1.0 D. 1.5-1.8 三.名词解释 1.颗粒材料过滤 2.反冲洗强度 3.反粒度过滤 4.均质滤料 5.反冲洗强度 6.当量粒径 7.滤层的膨胀率 e 8.表面过滤 9. 不均匀系数 K 10.水质周期,压力周期 11.负水头 12.微絮凝过滤 四.简答题 1.如何理解快滤池的定义,为什么快滤池的堵塞要比慢滤池快得多,怎样解决滤 层的堵塞问题? 2.试述快滤池的运行过程。 3.变速过滤与恒速过滤相比是否存在优势,为什么? 4.气水反冲洗比单独水冲有哪些优势? 5.滤池反冲洗配水系统的种类有哪些?各自有什么特点? 6.何谓 V 型滤池?其主要特点是什么? 7. 为什么无阀滤池通常采用 2 格或 3 格滤池合用 1 个冲洗水箱?合用冲洗水箱 的滤池格数过多对反冲洗有何影响? 8.影响过滤的因素有哪些?滤料混杂对过滤有何影响 9.滤料承托层有何作用?粒径级配和厚度如何考虑? 10.滤池反冲洗强度和滤层膨胀之间关系如何(用图示说明)?当滤层全部膨胀起 来以后,反冲洗强度增大,水流通过滤层的水头损失是否同时增大?为什么? 而水头损失保持不变。 11.什么叫“最小流态化冲洗流速”?当反冲洗流速小于最小流态化冲洗流速时, 反冲洗时的滤层水头损失与反冲洗强度是否有关? 12.无阀滤池虹吸上升管中的水位变化是如何引起的?虹吸辅助管管口和出水堰 口标高差表示什么? 四.计算题 1、设滤池平面尺寸为 5.4m(长)×4m(宽) 。滤层厚 70cm。冲洗强度q=14L/(s ?m2) ,滤层膨胀度e =40%。采用 3 条排水槽,槽长 4m,中心距为 1.8m。求 (1)标准排水槽断面尺寸; (2)排水槽顶距砂面高度; (3)较核排水槽在水平面上总面积是否符合设计要求。 2.已知滤池平面尺寸为 7.5m×7.0m=52.5 m2.试设计大阻力配水系统?(冲洗强 度采用q=14L/(s?m2) ) 3.设有移动罩滤池一组规模为 2500m3/d, 反冲洗水率取 5%, 平均滤速采用 10m/h, 反冲洗强度采用 15 L/(s?m2)计算移动罩滤池的主要尺寸。 4、净产水量 24000 m3/d,设计滤速 10m/s,冲洗强度采用 15 L/(s?m2)计算虹 吸滤池主要尺寸及虹吸管断面尺寸(设计参数自己选用) 。 第 5 章 过滤 一.填空题 答案 1.足够的机械强度 具有良好的化学稳定性 具有用户要求的颗粒尺寸和粒度组 成 2.沉淀 惯性 截阻 扩散 水动力效应 3.悬浮物 4.高速水流反冲洗 气水反冲洗 表面助冲加高速水流反冲洗 5.滤料粒径 滤料性质 滤速 滤前水的悬浮物浓度 对滤后水浊度的要求 水中悬 浮物的性质 6.浊质颗粒在滤料表面上粘附的结果 依靠在滤层表面生成的滤膜来截留水中的 浊质 二.选择题 1.A 2.B 3.D 4.C 5.B 6.A7.C8.D 9.C.10.C 11.D 12.A.13.B 14.C.15.C.16.A. 17. C. 18.D 19.A. 20.B. 21.C 22.D 23.A. 三. 1.颗粒材料过滤是使水通过由颗粒材料构成的滤层,以截留水中悬浮物的方法。 2.当用水对滤层进行反冲洗时,经滤层单位面积上流过的反冲洗水流量,称为反 冲洗强度。 3.理想的滤层构造应是沿过滤水流方向滤料的粒径由粗变细, 从我国习惯上又被 称为反粒度过滤。 4.均质滤料并非指滤料粒径完全相同,滤料粒径仍存在一定程度上的差别,而是 指沿整个滤层深度方向的任一横断面上,滤料组成和平均粒径均匀一致。 5.当用水对滤层进行反冲洗时,经滤层单位面积上流过的反冲洗水流量,称为反 冲洗强度。 6.滤料的当量粒径是指一假想的均匀滤料的粒径, 这个均匀滤料的比表面积与实 际的不均匀滤料的比表面积相等。 7.反冲洗时,滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比。 8.表面过滤就是利用过滤介质上小孔的筛滤作用, 将颗粒物截留在过滤介质的表 面,从而使之由水中除去。 9.滤料有效粒径d80 与有效粒径d10的比值。 10.滤池由开始进入有效过滤期到出水浊度达到泄漏值,称为水质周期。 当悬浮物的水通过滤层作等速过滤时,随着澄清过滤过程的进行,滤层的水头损 失逐渐增加,当增至最大值时,便需对滤层进行反冲洗。这时滤池的过滤周期, 称为压力周期。 11.在过滤过程中,当滤层截留了大量杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失 超过该处水深时,便出现负水头。 12.滤池前设简易微絮凝池,原水加药混合后先经微絮凝池,形成粒径相近的微 絮粒后即刻进入滤池过滤,这种过滤方式称为微絮凝过滤。 四.简答题 1. (1) 快滤池是相对于慢滤池而言的,水在慢滤池中的过滤速度一般为 0.1-0.3m/h,在快滤池的滤速可达 5-10m/h。 (2) 由于快滤池的滤速要比慢滤池要高数十倍,这就意味着滤层截留浊质的 速率要高数十倍,所以快滤池的堵塞要比慢滤池快得多。 (3) 滤层堵塞后,需要将滤层中积存的浊质迅速排除,采用用水自下而上对 滤层进行冲洗的方法。 将水均匀地分布于滤池底部, 使其自下而上穿过滤层, 当上升流速足够大时,就能使滤层中的滤料悬浮于上升水流之中,积存于滤 料表面的浊质污泥在滤料相互碰撞摩擦及水流剪切力作用下迅速脱落下来, 并被水流向上带走,进而排出池外。 2.快滤池的运行过程主要包括过滤和反冲洗两个过程, 过滤时,由进水管向池内滤层上部引入滤前水,水由上向下经过滤层过滤, 滤后水由下部配水系统汇集后, 经出水管流出池外。 过滤持续进行到滤层被堵塞, 停止进水和出水,由反冲洗管向池内送入反冲洗水,经配水系统均匀分配后,由 下向上对滤层进行冲洗,冲洗后的废水溢流入上部排水槽,再经排水管引出池外 排入废水渠道。反冲洗结束后,停止供应反冲洗水并关闭排水阀,恢复进水和出 水,重新开始过滤过程。快滤池的运行就是通过过滤-反冲洗-过滤-反冲洗…… 反复进行的。 3.据研究,变速过滤与恒速过滤比较,产水量较大,过滤水质较好; (1) 这可能是由于在过滤周期后期,变速过滤的滤速较低,因而在管道 和部件中的水头损失较小,在作用水头相同的条件下,提供给滤层的可资利用的 水头较大; (2) 同样的,在过滤后期,恒速过滤出水浊度有所升高,而变速过滤由 于滤速较低,因而出水水质较好。 4. 采用气、水反冲洗方法既提高冲洗效果,又节省冲洗水量。 同时,冲洗时滤层不一定需要膨胀或仅有轻微膨胀,冲洗结束后,滤层不产生或 不明显产生上细下粗分层现象,即保持原来滤层结构,从而提高滤层含污能力。 5. (1) (2) 大阻力配水系统和小阻力配水系统; 大阻力配水系统能定量地控制反冲洗水分布的均匀程度, 工作比较可靠, 但是水头损失较大,是一个缺点; (3) 相反地,小阻力配水系统虽然分布水的均匀程度较差,但反冲洗是消耗 的水头损失很小,为滤池实现反冲洗提供了便利条件,常用于中小型设备。 6. (1)v 型滤池因两侧(或一侧也可)进水槽设计成 v 字形而得名。通常一组滤池 由数只滤池组成。 (2) v 型滤池的主要特点是: ①可采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期。 白于反冲时滤层不膨胀. 故 整个滤层在深度方向的粒径分布基本均匀,不发生水力分级现象,即所谓“均质 滤料” ,使滤层含污能力提高。一般采用砂滤料,有效粒径d10=0.95-1.50mm,不 均匀系数K60=2-1.5,滤层厚约 0.95-1.5m. ②气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗,冲洗效果好,冲洗水量大 大减少。 7. (1) 当冲洗水头大干平均冲洗水头时,整个滤层将全部膨胀起来。若冲 洗水箱水深 H 较大时、在冲洗初期的最大冲洗水头下,有可能将上层部分细滤料 冲出滤池。 当冲洗水头小于平均冲洗水头时、 下层部分粗滤料将下沉而不再悬浮。 因此,采用 2 格或 3 格滤池合用 1 个冲洗水箱减小冲洗水箱水深,可减小冲洗强 度的不均匀程度,从而避免上述现象的发生。不仅降低造价,也有利于与滤前处 理构筑物在高程上的衔接。冲洗强度的不均匀程度也可减小。 (2) 一般, 合用冲洗水箱的滤池数 n=2—3, 合用冲洗水箱滤池数过多时, 将会造成不正常冲洗现象。例如,某一格滤池的冲洗行将结束时,虹吸破坏管刚 露出水面,由于其余数格滤池不断向冲洗水箱大量供水,管口很快又被水封,致 使虹吸破坏不彻底,造成该格滤池时断时续地不停冲洗。 8. (1) 影响过滤的因素复杂、诸如水质,水温,滤速,滤料粒径、形状和 级配,悬浮物的表面性质、尺寸和强度等,都对过滤产生影响。 (2) 滤料经反冲洗后.滤层因膨胀而分层,表层滤料粒径最小,粘附比 表面积最大,截留悬浮颗粒量最多,而孔隙尺寸又最小,因而,过滤到一定时间 后,表层滤料间孔隙将逐渐被堵塞,甚至产生筛滤作用而形成泥膜,使过滤阻力 剧增。其结果,在一定过滤水头下滤速减小(或在一定滤速下水头损失达到极限 值),或者因滤层表面受力不均匀而使泥膜产生裂缝时,大量水流将自裂缝中流 出,以致悬浮杂质穿过滤层而使出水水质恶化。当上述两种情况之一出现时,过 滤将被迫停止。 9. (1) 承托层的作用,主要是防止滤料从配水系统中流失,同时对均布冲 洗水也有一定作用。 (2) 为了防止反冲洗时承托层移动,美国对单层和双层滤料滤池也有采 用“粗-细-粗”的砾石分层方式。上层粗砾石用以防止中层细砾石在反冲洗过程 中向上移动;中层细砾石用以防止砂滤料流失;下层粗砾石则用以支撑中层细砾 石。这种分层方式,亦可应用于三层滤料滤池。具体粒径级配和厚度,应根据配 水系统类型和滤料级配确定。 10.(1) (2)当滤层全部膨胀起来以后,反冲洗强度增大,水流通过滤层的水头损失是 不会增大,增大冲洗流速只是使滤层膨胀度增大,而水头损失保持不变。 11. (1) 速” 。 (2) 当反冲洗流速小于最小流态化冲洗流速时,反冲洗时的滤层水头损 反冲洗时滤料刚刚开始流态化的冲洗流速,称“最小流态化冲洗流 失与反冲洗强度有关,由欧根公式计算可知滤层水头损失随冲洗强度增大而增 大。 12. (1) 开始过滤时,虹吸上升管与冲洗水箱中的水位差H0为过滤起始水头损失。 随着过滤时间的延续,滤料层水头损失逐渐增加,虹吸上升管中水位相应逐渐升 高。管内原存空气受到压缩,一部分空气将从虹吸下降管出口端穿过水封进入大 气。当水位上升到虹吸辅助管的管口时,水从辅助管流下,依靠下降水流在管中 形成的真空和水流的挟气作用,抽气管不断将虹吸管中空气抽出.使虹吸管中真 空度逐渐增大。其结果,一方面虹吸上升管中水位升高。同时,虹吸下降管 15 将排水水封井中的水吸上至一定高度。 (2) 当上升管中的水越过虹吸管顶端而下落时,管中真空度急剧增加,达到 一定程度时、下落水沉与下降管中上升水柱汇成一股冲出管口,把管中残留空气 全部带走,形成连续虹吸水流。这时,由于滤层上部压力骤降,促使冲洗水箱内 的水循着过滤内的相反方向进入虹吸管,滤料层因而受到反冲洗。 (3) 在冲洗过程中,水箱内水位逐渐下降。当水位下降到虹吸破坏斗以下时, 虹吸破坏管把小斗中的水吸完。管口与大气相通,虹吸破坏,冲洗结束,过滤重 新开始。 (4) 虹吸辅助管管口和出水堰口标高差表示滤层水头损失最大允许值。 五. 1. (1)排水槽断面模数 X=0.180m (2)H=0.85 (3)符合要求 2. (1)干管 采用钢筋混凝土渠道。 断面尺寸 850mm×850mm, 7500 mm.起端流速V0=1m/s 长 (2)支管 支管中心距采用 0.25m。支管数 60 根(每侧 30 根)支管长为 2.9m,支 管直径 80mm,支管截面积 5.03×10-3 m2,查水力计算表,得支管始端流速 Va=2.47m/s (3)孔口 孔口流速采用 5.6 m/s,配水系统开孔比 α =0.25%;孔口直径采用 9mm,孔 口数 2060 个。考虑干管顶开 2 排孔,每排 40 个孔,孔口中心距e1=0.187m;每根支管 孔口数 34 个,分两排布置,孔口中心距e2=0.17m。 (4)配水系统校核 符合配水均匀性 3. (1)滤池总面积 10.94 m2 滤池分 10 滤格,每格面积 1.094 m2 滤池反冲洗采用虹吸系统。冲洗强度采用 15L/(s?m2) (2)局部损失H1=1.056m 沿程损失H2=(估算)0.50m 水头损失总计 1.56 m 故移动罩滤池的冲洗水头取 1.6m(即堰板标高与排水井水位差为 1.6m) 4. (1)滤池面积F=109.6 m2 实际滤速V实=10.1m/s 冲洗时滤速V冲=12.2m/s (2)进水虹吸管 虹吸管进水量Q进=0.058m3/s,水头损失 0.041m (3)进水槽及配水槽 H进=0.8m (4)清水渠出水堰堰上水头 选堰宽 6m,堰上水头 0.09m (5)滤板总水头损失 0.3m (6)排水虹吸管 冲洗排水量 0.27 m3/s,水头损失 0.35m (7)滤池高度 H=5.31m


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