给水工程课后思考题答案修订版

室 ，分离室 ，混合后被送入两絮凝室，从絮凝室出来喷嘴 的水进入分离室进行泥水分离。泥渣一 部分进入浓缩室，一部分进行回流。 且因絮凝室容积较小，絮凝时间较短，处理效果较机械澄清池差 十七章 过滤

1、为什么粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒会被滤层拦截下来？

答：颗粒较小时，布朗运动较剧烈，然后会扩散至滤粒表面而被拦截下来。

2、从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和滤池发展趋势。

答：使用双层滤料、三层滤料或混合滤料及均质滤料等滤层组成以改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提高滤层含污能力。发展趋势略

3、直接过滤有哪两种方式？采用原水直接过滤应注意哪些问题？

答：两种方式：1、原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备，这种过滤方式一般称“接触过滤”2、滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相近的微絮凝池后（粒径大致在40～60μm左右）即刻进入滤池过滤，这种过滤方式称“微絮凝过滤”。

注意问题：1、原水浊度和色度较低且水质变化较小。2、通常采用双层、三层或均质材料，滤料粒径和厚度适当增大，否则滤层表面孔隙易被堵塞。3、原水进入滤池前，无论是接触过滤或微絮凝过滤，均不应形成大的絮凝体以免很快堵塞滤层表面孔隙。4、滤速应根据原水水质决定。

4、清洁滤层水头损失与哪些因素有关？过滤过程中水头损失与过滤时间存在什么关系？可否用数学式表达？

答：因素：滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水温。 随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，当滤速保持不变的情况下，将引起水头损

n?(1?m0)212p失的增加。数学表达式：H0??h0?180()l0v??(i2)

dig2?i?15、什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？两者分别在什么情况下形成？分析两种过滤方式的优缺点并指出哪几种滤池属“等速过滤”。

答：当滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤称“变速过滤”

随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，由公式可知道，当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度以及水温已定时，如果孔隙率减小，则在水头损失保持不变的条件下，将引起滤速的减小；反之，当滤速保持不变的情况下，将引起水头损失的增加。这样就产生了等速过滤和变速过滤两种基本过滤方式。 虹吸滤池和无阀滤池即属等速过滤的滤池。

移动罩滤池属变速过滤的滤池，普通快滤池可以设计成变速过滤也可设计成等速过滤

6.什么叫“负水头”?它对过滤和冲洗有何影响?如何避免虑层中“负水头”的产生?

在过虑过程中,当虑层截留了大量的杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水

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深时,便出现负水头现象.

负水头会导致溶解于水中的气体释放出来而形成气囊.气囊对过滤有破坏作用,一是减少有效过滤面积,使过滤时的水头损失及虑层中孔隙流速增加,严重时会影响虑后水质;二是气囊会穿过虑层上升,有可能把部分细虑料或轻质虑料带出,破坏虑层结构.反冲洗时,气囊更易将虑料带出虑池.

避免出现负水头的方法是增加砂面上水深,或令虑池出口位置等于或高于虑层表面,虹吸虑池和无阀虑池所以不会出现负水头现象即是这个原因.

7.什么叫虑料“有效粒径”和“不均匀系数”?不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响?“均质虑料”的涵义是什么?

虑料的有效径粒是指通过虑料重量的筛孔孔径,不均匀系数表示虑料粒径级配.不均匀系数愈大,表示粗细尺寸相差愈大,颗粒愈不均匀,这对过滤和冲洗都很不利.因为不均匀系数较大时,过滤时虑层含污能力减小;反冲洗时,为满足粗颗粒膨胀要求,细颗粒可能被冲出虑池,若为满足细颗粒膨胀要求,粗颗粒将得不到很好清洗,如果径粒系数愈接近1,虑料愈均匀,过滤和反冲洗效果愈好,但虑料价格提高.

8.双层和多层虑料混杂与否与那些因素有关?虑料混杂对过滤有何影响?

主要决定于虑料的密度差,粒径差及虑料的粒径级配,虑料形状,水温及反冲洗强度等因素.

虑料混杂对过滤影响如何,有两种不同的观点.一种意见认为,虑料交界面上适度混杂,可避免交界面上积聚过多杂质而是水头损失增加较快,故适度混杂是有益的;另一种意见认为虑料交界面不应有混杂现象.因为上层虑料起截留大量杂质作用,下层则起精虑作用,而界面分层清晰,起始水头损失将较小.实际上,虑料交界面不同程度的混杂是很难避免的.生产经验表明,虑料交界混杂厚度在一定时,对虑料有益无害.

9.虑料承托层有何作用?粒径级配和厚度如何考虑?

承托层作用,主要是防止虑料从配水系统中流失,同时对均布冲洗水也有一定作用.

为防止反冲洗时承托层移动,对虑料虑池常采用”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虑料流失.下层粗砾石则用以支撑中层细砾石.具体粒径级配和厚度,应根据配水系统类型和虑料级配确定.对于一般的级配分层方式,承托层总厚度不一定增加,而是将每层厚度适当减小.

10.虑池反冲洗强度和虑层膨胀度之间关系如何?当虑层全部膨胀起来以后,反冲洗强度增大,水流通过虑层的水头损失是否同时增大?为什么?

当冲洗流速超过错误！未找到引用源。mf以后,虑层中水头损失不变,但虑层膨胀起来.冲洗强度愈大,膨胀度愈大.

不会,因为当冲洗流速超过最小流态化冲洗流速错误！未找到引用源。mf时,增大冲洗流速只是使虑层膨胀度增大,而水头损失保持不变.

11 公式（17-2）与公式（17-11）有何异同？后者是否可用于过滤，前者是否可用于反冲洗？为什么？

答：公式（17-11）与（17-2）的差别在于：公式右边多了紊流项（第二项），而层流项（第一项）的常数值稍小。故前式适用于层流、过渡区和紊流区。后者可用于过滤，前者不用于反冲洗。

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12什么叫“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？

答：当滤料粒径、形状、密度、滤层厚度和空隙率以及水温等已知时，将式（17-11）和（17-13）绘成水头损失和冲洗流速关系图，得图17-13。图中的Vmf是反冲时滤料刚刚开始流态化的冲洗流速，称“最小流态化冲洗流速”。有欧根公式和图17-13易知，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有关。

13气-水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？ 答：操作方式有以下3种：

1）先用空气反冲，然后再用水反冲。

2）先用气-水同时反冲，然后再用水反冲。

3）先用空气反冲，然后用气-水同时反冲，最后再用水反冲。

高速水流反冲虽然洗操作方便，池子和设备较简单，但是冲洗耗水量大，冲洗结束后，滤料上细下粗分层明显。采用气、水反冲洗方法既提高冲洗效果，有节省冲洗水量。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吸下粗分层现象，即保持原来滤层结构，从而提高滤层含污能力。

14大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义是什么？各有何优缺点？掌握大阻力配水系统的基本原理和公式（17-32）的推导过程。

答：一般规定：配水系统开孔比为?=0.20%~0.25%为大阻力配水系统；?=0.60%~0.80%为中阻力配水系统；?=1.0%~1.5%为小阻力配水系统。大阻力配水系统的优点是配水均匀性好，但结构复杂，孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大；管道易结垢，增加检修困难，此外，对冲洗水头有限的虹吸滤池和无阀滤池，大阻力配水系统不能采用。小阻力配水系统可以克服上述缺点。原理和推导过长，见书P337-339。

15、小阻力配水系有哪些形式？各有何优缺点？

答：小阻力配水系的形式有：钢筋混凝土穿孔（或缝隙）滤板；穿孔滤砖；滤头。 用时主要考虑的因素有：造价、配水均匀性、孔口易堵塞性、强度、耐腐蚀性

16、滤池的冲洗排水槽设计应符合哪些要求，并说明理由。

答：为达到及时均匀地排出废水，冲洗排水槽设计必须符合以下要求：

（1）冲洗废水应自由跌落入冲洗排水槽。槽内水面以上一般要有7cm左右的保护高度以免槽内水面和滤池水面连成一片，使冲洗均匀性受到影响。

（2）冲洗排水槽内的废水，应自由跌落进入废水渠，以免废水渠干扰冲洗排水槽出流，引起壅水现象。

（3）每单位长的溢入流量应相等。

（4）冲洗排水槽在水平面上的总面积一般不大于滤池面积的25%，以免冲洗时，槽与槽之间水流上升速度会过分增大，以致上升水流均匀性受到影响。

（5）槽与槽中心间距一般为1.5-2.0m。间距过大，从离开槽口最远一点和最近一点流入排水槽的流线相差过远，也会影响排水均匀性。

（6）冲洗排水槽高度要适当。槽口太高，废水排除不净；槽口太低，会使滤料流失。 17、公式（17-38）是经验公式还是根据水力学导出？

答：根据水力学导出

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18、冲洗水塔或冲洗水箱高度和容积如何确定？

答：容积V=0.09qFt

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V-水塔或水箱容积m F-单格滤池面积m t-冲洗历时min 水塔或水箱底高出滤池冲洗排水槽顶距离：H=h1+h2+h3+h4+h5 h1 -从水塔或水箱至滤池的管道中总水头损失,m h2-滤池配水系统水头损失,m

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h2 =（q/10αμ） (1/2g) h3 –承托层水头损失，m

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h3 =0.022qZ q-反冲洗强度L/（s·m ） Z-承托层厚度，m h4 –滤料层水头损失.m

h5 –备用水头，一般取1.5-2.0m

19、快滤池管廊布置有哪几种形式？各有何优缺点？

答：管廊布置有多种形式：

（1）进水、清水、冲洗水和排水渠，全部布置于管廊内。优点是：渠道结构简单，施工

方便，管渠集中紧凑。缺点是：管廊内管件较多，通行和检修不太方便。 （2）冲洗水和清水渠布置于管廊内，进水和排水以渠道形式布置于滤池另一侧。优点是：

节省金属管件及阀门；管廊内管件简单；施工和检修方便。缺点是：造价稍高。 （3）进水、冲洗水及清水管均采用金属管道，排水渠单独设置。

（4）对于较大型滤池，为节约阀门，可以虹吸管代替排水和进水支管；冲洗水管和清水

管仍用阀门。 20、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？

答：虹吸辅助管中落水使上升管中水位上升，一直到达最高位；到达最高位后，下落水流伴随下降管的水流一起下落，导致真空度陡增，产生连续虹吸水流；水箱水位降至虹吸破坏口时，水位开始下降。

虹吸辅助管管口和出水堰口标高差表示终期允许水头损失值H。 21、无阀滤池反冲洗时，冲洗水箱内水位和排水水封井上堰口水位之差表示什么？若有地形可以利用，降低水封井堰口标高有何作用？

答：表示冲洗水头

可增加可利用的冲洗水头，减小虹吸管径，节省建设费用

22、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？

答：合用一个冲洗水箱的滤池愈多，冲洗水箱深度愈小，滤池总高度得以降低。这样，不仅降低造价，也有利于与滤前处理的够筑物在高程上的衔接。

合用水箱滤池数过多时，将会造成不正常冲洗现象。冲洗行将结束时，虹吸破坏管刚露 出水面，由于期于数格滤池不断向冲洗水箱大量工供水，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。 23、进水管U形存水弯有何作用？

答：进水管设置U形存水弯的作用，是防止滤池冲洗时，空气通过进水管进入虹吸管从而破坏虹吸。当滤池反冲洗时，如果进水管停止进水，U形存水弯即相当于一根测压管，存水弯中的水位将在虹吸管与进水管连接三通的标高以下。这说明此处有强烈的抽吸作用。如果不设U形存水弯，无论进水管停止进水或继续进水，都会将空气吸入虹吸管。 24、虹吸管管径如何确定？设计中，为什么虹吸上升管管径一般要大于下降管管径？

答：按平均冲洗水头和计算流量即可求得虹吸管管径。管径一般采用试算法确定：即初

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