发布时间 : 星期六 文章水质工程学()例题、思考题、习题答案更新完毕开始阅读
发展趋势：由不均匀滤料构成的单层滤层，由于反冲洗时的水力分级作用，导致不均匀滤料单层滤层的含污能力是不高的。为增加不均匀滤料单层滤层的含污能力，可以采用反粒度过滤或双向流过滤。为减少水力分级给滤层带来的不利影响，在工程中可以采用均匀滤料或者多种滤料混杂滤层。
概念补充：
水质周期：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。 压力周期：从开始过滤到滤层水头损失增至最大值时，滤池的过滤周期称为压力周期 滤池的过滤作用水头：滤前水的最高水位与滤后水水位（常为清水池水位）之差。 含污能力：过滤周期结束时，整个滤料层单位体积滤料中所截留的杂质量，以kg/m3或g/cm3计。含污能力大，表明整个滤料层所发挥的作用大，所以滤池性能的好坏很重要的一个指标就是截污能力。滤池性能用含污能力来衡量。
水力分级：在上升水流中使滤料分层的现象，称为水力分级现象。由比重不同的滤料组成的滤层，能够在反冲洗时互不混杂而保持各自的分层状态，是由于水力分级作用的结果。 泄漏浊度：达到泄漏点时相应的出水浊度。
有效过滤期：快滤池反冲洗结束后恢复过滤时，出水浊度较高，这部分出水称为初滤水，初滤水的延续时间称为成熟期。初滤水浊度降低至要求值后的延续时间，为有效过滤期。
3. 什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？分析两种过滤方式的优缺点。
变速过滤：水头损失保持不变，则滤速减小，这叫变速（减速）过滤。 变速过滤,滤速随时间而逐渐减小的过滤过程称“变速过滤”或“减速过滤”。普通快滤池及移动冲洗罩滤池即属于变速过滤的滤池。
“减速”过滤，过滤初期滤速较大可使悬浮质深入下层滤料；过滤后期滤速减小（但砂层缝隙中的滤速减小要缓慢得多），可防止颗粒穿透滤层，所以产水量较大，水质较好，过滤周期较长。
等速过滤：保持滤池进水流量不变，即滤速保持不变，则水头损失增大，这叫等速（恒速）过滤。
变水头等速过滤 ,“等速（恒速）过滤”实际上就是保持滤池流量Q不变，而水头H随滤层孔隙率减小而增加，虹吸滤池和无阀滤池就是按“等速过滤”工作的。
“等速”过滤，砂滤层缝隙的流速实际上是增大的，水流剪力也不断增大，从而引起杂质颗粒的脱落和不粘附，所以水质较差，但缩短了过滤周期。
4. 什么叫“负水头”？它对过滤和冲洗有何影响？如何避免滤层中“负水头”产生？ 负水头：当过滤进行到一定时刻时，从滤料表面到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深，该深度处就出现负水头。
危害：负水头会导致水中的溶解气体大量析出并在滤层中形成气泡，致使： 1、增加滤层局部阻力，减少有效过滤面积，增加了水头损失；
2、空气泡会穿过滤料层，上升到滤池表面，甚至把煤粒等轻质滤料带走。在冲洗时，空气更容易把大量的滤料随水带走。
避免滤池中出现负水头的两个方法：
1、增加砂面上的水深；2、令滤池出口位置等于或高于滤层表面。
5. 什么叫滤料“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？“均质滤料”的涵义是什么？
有效粒径：d10，表示通过滤料重量10%的筛孔孔径（mm），它反映滤料中细颗粒的尺寸。 d80，指通过滤料重量80%的筛孔孔径（mm）。它反映滤料中粗颗粒的尺寸。 不均匀系数：d80与d10的比值称为滤料的不均匀系数。
K80愈大滤料粒径愈不均匀,这对过滤和冲洗都很不利。因为K较大时，滤料中的粗细颗粒尺寸相差明显，反冲洗时滤料的水力分级现象明显，导致过滤时滤层的水头损失增加的很快，甚至可能产生负水头，滤池压力周期缩短，滤层的含污能力降低。此外，反冲洗时无法满足最优工况，反冲洗效果差，无法达到节水、节能等目的。 为保证过滤与反冲洗效果，一般K不大于2.0。
均质滤料：均质滤料是指从滤料的截面处看粒径的平均值相同。
6. 双层和多层滤料混杂与否与哪些因素有关？滤料混杂对过滤有何影响？
因素：1、两种滤料悬浮滤层的相对密度差，其差值愈大，水力分级作用愈强，混杂程度也愈小。2、悬浮滤层中的扰动，特别是下层细滤料的扰动，能使上层粗滤料被卷入下层，造成混杂；并且反冲洗强度愈大，扰动愈强，混杂程度也愈大。
所以，选择适当的反冲洗强度和两种滤料的粒径比，使之在该反冲洗强度条件下两种滤料形成的悬浮滤层的相对密度有一定的差值，就能够控制层间混杂不致过大。
影响：
一种观点认为：煤-砂交界面上适度的混层，可避免交界面上积聚过多杂质而使水头损失增长较快，故适度混杂是有益的。
另一种认为：煤-砂交界面上不应有混杂现象。因为煤层起截留大量杂质作用，砂层则起精过滤作用，而界面分层清晰，起始水头损失将较小。
7. 气-水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？ 气水联合冲洗有3种操作方式：
1、先气洗，后水洗；2、先气水混合洗，再用水洗；3、先气洗，再气水混合洗，最后用水洗或漂洗。
气-水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在10min左右。
单独气洗时气泡通过滤头上方的滤层时会带动滤料产生循环移动的现象，能提高反冲洗的效果，而且单独用气反冲洗，不会导致滤料流失。但气泡对滤层各部位的扰动程度不均匀，且滤料循环移动时移动速度很慢，在一次气反冲洗的时间里移动距离也有限，需要多次气冲后才能使之循环一次。
气、水同时反冲洗时，滤料的移动速度比单独气洗时要快的多，冲洗效果也好于单独气洗。但滤料能被上升气泡带动抛离滤层，易于产生滤料流失。
无论何种操作方式，最后都需要再单独用水冲洗一次，这是为了将冲洗下来的污物带走，并去除残留在滤层中的气泡。
气-水联合冲洗原理：利用压缩空气进入滤池后，上升空气气泡产生的振动和擦洗作用，将附着在滤料表面的杂志清除下来并使之悬浮于水中，然后再用水反冲把杂质排出池外。 气-水联合冲洗具有下述特点：
冲洗效果好；节约反冲洗水量；冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下粗的分层现象；但是气水联合冲洗操作较为麻烦，池子和设备较复杂，需增加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。
8. 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的推导过程。详见P160-161
S1为配水系统内的水力阻抗；S2为配水孔眼的水力阻抗；S3为承托层的水里阻抗；qⅠ为第一条线路的流量；qⅡ为第二条线路的流量。 反冲洗水在池中分布的均匀程度，常以池中反冲洗强度的最小值和最大值的比值来表示，并要求此比值不小于0.9～0.95。即：qmin/qmax≥0.9～0.95 为达到上述均匀分布反冲洗水的要求，可采用两种途径：
1、加大配水孔眼的水力阻抗S2，使S1和S2相比甚小，则式中阻抗比便能趋近于1，从而使两条线路的流量比也接近于1。所以，只要选择适当的S2的值，就能满足qmin/qmax≥0.9～0.95的要求。按这种原理设计出来的配水系统，称为大阻力配水系统。
大阻力配水系统特点：能定量地控制反冲洗水分布的均匀程度，工作比较可靠，但是水头损失大。
2、尽量减小配水系统内的水力阻抗S1，使S1与（S2+S3）相比甚小，也能使阻抗比趋近于1，从而使两条线路的流量比也接近于1。按这种原理设计出来的配水系统，称为小阻力配水系统。
小阻力配水系统特点：虽然分布水的均匀程度较差，但是反冲洗时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。
9. 小阻力配水系统有哪些形式？选用时主要考虑哪些因素？ 形式：有格栅、孔板、穿孔渠、滤头等形式。 因素：开孔比p、反冲洗强度q、孔眼流速v0。
10. 滤池的冲洗排水槽设计应符合哪些要求，并说明理由。
大、中型滤池在滤层上设排水槽，排水槽设计必须符合以下要求：
1、冲洗废水应自由跌落排水槽，槽内水面以上宜有7cm的超高，以免槽内水面与滤池水面连成一片，影响冲洗均匀性。
2、排水槽内的废水应自由跌落废水渠，以免废水渠干扰排水槽出流，引起壅水，所以废水渠水面应比排水槽底低0.2m左右。
3、为使单位槽长的溢流量相等，排水口应力求水平，误差限制在±2mm。
4、排水槽在平面上的总面积一般不大于滤池面积的25%。否则，冲洗时槽内之间水流上升速度过大，影响上升水流的均匀性。 5、槽与槽的间距一般为1.5～2.0m。间距过大，长短流线相差过远，也会影响排水的均匀性。 6、排水槽在滤池中的安裝高度要适当。槽口太高，废水排除不净，太低则滤料流失，故槽底应在滤层膨胀面之上。
11. 冲洗水塔或冲洗水箱高度和容积如何确定？
冲洗水箱(塔)一般与滤池合建，通常建造于滤池操作室层顶上，水塔（箱）中水深不宜超过3m。水塔（箱）容积可按单个滤池冲洗水量的1.5倍计算： （m3）
q——反冲洗强度，L/(s?m2)。
A——滤池面积，m2。 t——为冲洗历时，min。
水塔（箱）底高出滤池冲洗排水槽顶的高度可按下式计算： （m）
H0——排水槽顶与清水池最低水位之差，m；
h1——从清水池至滤池的冲洗管道中总水头损失，m；
h2——滤池配水系统水头损失，m。大阻力配水系统按孔口平均水头损失计算。
h3——承托层的水头损失，m。可根据承托层的厚度Z（m）及冲洗强度q（L/s?m2）计算： h4——滤料层的水头损失，m， h5——备用水头，一般取1.5～2.0m。
水泵冲洗时，需考虑有备用措施。水泵流量和扬程分别为： （L/s）； (m)
12. 所谓V型滤池，其主要特点是什么？
V型滤池：是粗滤料滤池的一种形式。对滤池进行反冲洗时，由于滤料粒径较粗，水的反冲洗强度不足以使之悬浮，所以不致产生水力分级现象，从而使滤层过滤时不宜被堵塞，过滤周期较长，含污能力较高。V型滤池的过滤和反冲洗过程的操作已经全部实现了自动控制。常用于大、中型水厂。
13. 某天然海砂筛分结果见下表，根据设计要求，d10＝0.54mm，K80＝2.0。试问筛选滤料时，共需筛除百分之几天然砂粒(分析砂样200g)。 筛分试验记录 筛孔
（mm） 留在筛上砂量 通过该筛号的砂量 质量（g） ％ 质量（g） ％ 2.36 0.8 1.65 18.4 1.00 40.6 0.59 85.0 0.25 43.4
0.21 9.2 筛底盘 2.6 合计
200
14. 根据上题所选砂滤料，求滤速为10m/h的过虑起始水头损失为多少cm？已知：砂粒球度系数ф＝0.94；砂层孔隙率m0＝0.4；砂层总厚度l0＝70cm；水温按15℃计。