实验二过滤与反冲洗实验

实验二 过滤与反冲洗实验

一、实验目的

1、了解模型及设备的组成与构造。

2、观察过滤及反冲洗现象，进一步了解过滤及反冲洗原理。 3、掌握实验的操作方法。

4、掌握滤池工作中主要技术参数的测定方法。

二、实验原理

1、过滤与反冲洗模型

过滤与反冲洗实验装置是由进水箱、流量计、过滤柱及水位计组成。 2、水过滤原理

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。 3、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。 4、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?L0L?100%

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。

三、实验设备及物品

1、过滤实验装置（一套）

2、GDS-3型光电式浑浊度仪（一台） 3、200ml烧杯（两个）（取水样测浊度用） 4、100ml量筒1个，秒表1块（测投药量用） 5、2000mm钢卷尺1把，温度计1支

四、实验用试剂

1、硫酸铝（质量分数1%）；

2、聚丙烯酰胺（质量分数0.1%）； 3、三氯化铁（质量分数1%）。

五、实验步骤

1、对照工艺图，了解实验装置及构造。

2、在实验中要注意控制滤料层上的工作水深h，应基本保持不变。仔细观察绒粒进入滤

料层深度情况及绒料在滤料层中的分布。

3、将滤料进行一次冲洗，冲洗强度逐渐加大到12~15L/s·m2，时间几分钟，以便去除

滤料层中的气泡。

4、冲洗完毕，开启初滤水排水阀门，降低柱内水位，将滤柱有关数据记入表

3——1。

5、配到原水其浊度约在40~20度范围内，以最佳投药量将混凝剂Al2(SO4)3或FeCl3投

入水箱中，（混凝剂为Al2（SO4）30 度投药量为14mg/L；100度投药量为18mg/L；3：

300度投药量为30mg/L）经过搅拌，开泵进行过滤实验。

6、调整滤速在8~16m/h，每隔10、20、30分钟记录一次，填入表3——2中。 7、观察杂质绒粒进入滤层深度情况。

8、结束过滤。用设计规范规定的冲洗强度、冲洗时间进行冲洗，观察事整个滤层是否

均已膨胀。冲洗将结束时，取冲洗排水测浊度、测冲洗水温。将有关数据记入表3——3中。

9、做冲洗强度与滤层膨胀率关系实验。测不同冲洗强度（3、6、9、12、14、16 L/s·m2）

时的滤层后的厚度，停止冲洗，测滤层厚度。将有关数据记入表 3——4中。

10、 做滤速与清洁滤层水头损失的关系实验。通入清水，测不同滤速（4、6、8、10、

12、14、16 m/h）时滤层顶部的测压管水位和滤层底部附近的测压管水位，测水温。将有关数据记入表3——5中。停止冲洗，结束实验。 原始条件记录 表3——1 滤管直径 滤管面积 滤管高度 滤料高度 滤管编号 滤料名称 2（mm） （m） （m） （m） 1 2 过滤记录 表3——2

滤速 流量 清洁滤层顶部的测清洁滤层底部的测清洁滤层水头损(m/h) (L/h) 压管水位(cm) 压管水位(cm) 失(cm)

水温 冲洗记录

表3——3

工作时间 备注 原水浊度(mg/L) 原水投药量(mg/L) 流量(mg/min) 流速(m/h) 水头损失(cm) 工作水深(m) 绒粒穿入深度(cm) 滤后出水浊度(mg/L)

冲洗强度与滤层膨胀系数 表3——4

冲洗强度 冲洗流量 冲洗时间 冲洗水温 滤层膨胀情况 (L/s·m2) (L/h) (min) (℃) （L-L0）

滤速与清洁滤层水头损失的关系 表3——5

冲洗强度冲洗流速(L/h) 滤层厚度(cm) 滤层膨胀厚度滤层膨胀率(L/s·m2) (cm) (%) 冲洗水温(℃) 六、实验数据及结果整理

1、过滤试验结果，归纳出2支滤管的水头损失、水质、绒粒分布随工作延续时间变化的情况，绘制出滤池工作水质曲线图（图1）。

2、总结2支滤管不同流速与水头损失的变化规律，加深对滤速v与水头损失h之间关系的理解，并绘出（h—v）变化曲线（图2）。

3、根据反冲洗实验记录结果，绘制一定温度下的冲洗强度与膨胀率的关系曲线，并综

冲

合两组不同曲线进行分析比较（图3）。 出

水

剩

余 浊 度 （?）

图1 工作时间/min

水 头 损 失 膨 胀 度

图2 运行流速/（cm·s-1） 图3 冲洗强度/（l·s-1·m-2）

七、注意事项

1、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。

2、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。 3、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。

4、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。

5、加药直接过滤时，不可先开来水阀门后投药，以免影响过滤水质。

八、思考题

1、滤层内有空气泡时对过滤、冲洗有何影响？

2、当原水浊度一定时，采取哪些措施，能降低初滤水出水浊度？ 3、冲洗强度为何不宜过大？