虹吸濾池

虹吸濾池

虹吸濾池 siphon filter,以虹吸管代替進水和排水閥門的快濾池形式之一。濾池各格出水互相連通,反衝洗水由其他濾水補給。每個濾格均在等濾速變水位條件下運行。虹吸濾池是快濾池的一種形式,它的特點是利用虹吸原理進水和排走洗砂水,因此節省了兩個閘門。此外,它利用小阻力配水系統和池子本身的水位來進行反衝洗,不需另設沖洗水箱或水泵,加之較易利用水力,自動控制池子的運行,所以已較多地得到套用。

構造及工作原理

虹吸濾池是快濾池的一種形式,它的特點是利用虹吸原理進水和排走洗砂水,因此節省了兩個閘門。此外,它利用小阻力配水系統和池子本身的水位來進行反衝洗,不需另設沖洗水箱或水泵,加之較易利用水力,自動控制池子的運行,所以已較多地得到套用。

虹吸濾池是由6~8個單元濾池組成一個整體。濾池的形狀主要是矩形,水量少時也可建成圓形。濾池的中心部分相當於普通快濾池的管廊,濾池的進水和沖洗水的排除由虹吸管完成。管廊上部設有真空控制系統14。

虹吸濾池 虹吸濾池

經過澄清的水由進水槽1流入濾池上部的配水槽2。經虹吸管3流入單元濾池的進水槽4,再經過進水堰5(調節單元濾池的進水量)和布水管6流入濾池。水經過濾層7和配水系統8而流入清水槽9,再經出水管10流入出水井11,通過控制堰流出濾池。濾池在過濾過程中濾層的含污量不斷增加,水頭損失不斷增長,要保持出水堰12上的水位,即維持一定的濾速,則濾池內的水位應該不斷地上升,才能克服濾層增長的水頭損失。當濾池內水位上升到預定的高度時,水頭損失達到了最大允許值,(一般採用1.5~2.0米)濾層就需要進行沖洗。

虹吸濾池在過濾時,由於濾後水位永遠高於濾層,保持正水頭過濾,所以不會發生負水頭現象。每個單元濾池內的水位,由於通過濾層的水頭損失不同而不同。

濾池的配水系統必須採用小阻力配水系統。因此可以利用濾池本身的濾過水的水位(清水槽內水位)即可沖洗。

濾池沖洗時的情況:首先破壞進水虹吸管3的真空,則配水槽2的水不再進入濾池,濾池繼續過濾。起初濾池內水位下降較快,但很快就無顯著下降,此時就可以開始沖洗。利用真空系統14抽出沖洗虹吸管15中的空氣,使它形成虹吸,並把濾池內的存水通過沖洗虹吸管15抽到池中心的下部,再由沖洗排水管16排走。此時濾池內水位降低,當清水槽的水位與池內水位形成一定的水位差時,沖洗工作就正式開始了。沖洗水的流程與普通快濾池相似。當濾料沖洗乾淨後,破壞沖洗虹吸管15的真空,沖洗立即停止,然後,再啟動虹吸管3,濾池又可以進行過濾。

虹吸濾池 虹吸濾池

沖洗水頭一般採用1.1~1.3米。是由清水槽9的水位與沖洗排水槽頂的高差來控制的。濾池平均沖洗強度一般採用10~15升/秒·米2,沖洗歷時5~6分鐘。一個單元濾池在沖洗時,其他濾池會自動調整增加濾速使總處理水量不變。由於濾池的沖洗水是直接由清水槽9供給,因此一個單元濾池沖洗時,其它單元濾池的總出水量必須滿足沖洗水量的要求。供給單元濾池沖洗強度的大小與採用的單元個數有關,它們的關係可表示如下:

q=nQ/F(3.38)

式中 q——沖洗強度(L/S·m2);

n——單元濾池個數;

Q——單元濾池的過濾水量(h/s);

F——單元濾池的面積(平方米)。

上式也可以用濾速表示:

n≥3.6q/v(3.39)

式中 v——過濾速度(m/h)。

當沖洗強度為10~15升/秒·米2;,濾速為8米/時。利用上式可以算出濾池至少需要5~7個單元。如採用的濾速再高一些,則需要的單元濾池數目可以少一些。

圓形或多邊形平面的虹吸濾池施工複雜。其單元池的平面為扇面形或梯形。沖洗時沿 池壁處因離排水槽較遠,所以沖洗不乾淨,會有積泥。現標準圖都採用矩形平面。處理水量為160米3/時~2400米3;/時的虹吸濾池都有國家標準圖可以選用。

設計

虹吸濾池在設計中有些問題考慮的原則與普通快濾池相同,不再重述,這裡把設計中特殊的問題進行討論。

濾池深度

虹吸濾池的深度因包括了沖洗水頭,故比普通快濾池要深,目前中國設 計的虹吸濾池深4.5~5米。其組成尺寸如下:

濾池的總深度=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7+H8 (3.40)

式中 H1——濾池底部集水空間的高度,一般採用0.3米;

H2——小阻力配水系統的高度;

H3——濾料層的厚度,按設計需要決定;

H4——沖洗時濾料層的膨脹高度,H4=H3*e%;

H5——沖洗排水槽總高度,H5=沖洗排水槽淨高+槽底結構厚度(約0.1米);

H6——出水控制堰與沖洗排水槽槽頂的高度差,即沖洗水頭(1.0~1.3米);

H7——最大過濾水頭採用1.5~2.0米;

H8——濾池保護高度,採用0.1~0.3米。

配水系統

虹吸濾池的沖洗水頭,僅1.1~1.3米左右,它的配水系統只能採用小阻力配水系統。小阻力配水系統採用較多的有雙層孔板,孔板網、三角槽孔板、穿孔濾磚和縫隙式濾頭等。小面積濾池宜採用濾頭,大面積濾池宜採用雙層孔板。

縫隙式濾頭小阻力配水系統在虹吸濾池、無閥濾池、壓力濾池及離子交換器中普遍使用,通過生產實踐,證明它能保證運轉,並可省去礫石墊層,降低濾池深度;缺點是安裝較複雜、造價較高,每平方米約裝40~60個。每個濾頭的縫隙面積在100~350毫米2,總縫隙面積約占濾池面積的0.5~2%。

濾頭與濾板的連線方式有兩種:當濾板用鋼板或鑄鐵板時,濾頭可以不用底座而直接擰在鋼板上孔的絲扣中,當濾水板採用鋼筋混凝土板時,可採用底座上予埋短管而後接濾頭的方式。

真空虹吸系統

真空虹吸系統是虹吸濾池的重要組成部分,系由真空泵、真空罐、管路(包括控制閥門)和進水、沖洗虹吸管等組成。

真空系統中可以不用真空泵而用水射器來代替。可以設制真空罐集中控制,也可不設真空罐,直接用水射器或真空泵抽氣來形成虹吸。

進水虹吸管與沖洗虹吸管的尺寸按所通過的流量選定,其斷面可為圓形或矩形。材料可採用鋼板焊制,也可採用鑄鐵管材。真空泵按預定時間內完成虹吸管需要的真空抽氣量,並考慮適當的餘量來選定,形成沖洗虹吸的時間以2~5分鐘左右為宜。

在標準設計中虹吸系統也可採用水力自動控制(也可手動操作)代替真空系統,不必另設真空泵。

優缺點和適用條件

虹吸濾池在工藝構造方面有許多優點,同時也存在一定問題,它與普通快濾池相比有以下的優缺點。

優點

不需要大型的閘閥及相應的電動或水力等控制設備,可以利用濾池本身的出水量、水頭進行沖洗,不需要設定洗水塔或水泵;可以在一定範圍內,根據來水量的變化自動均衡地調節各單元濾池的濾速,不需要濾速控制裝置;濾過水位永遠高於濾層,可保持正水頭過濾,不至於發生負水頭現象;設備簡單,管廊面積小,控制閘閥和管路可集中在濾池中央的真空罐周圍,操作管理方便,易於自動化控制,減少生產管理人員,降低運轉費用;在投資上與同樣生產能力的普通快濾池相比能降低造價20~30%,且節約金屬材料30~40%。

缺點

與普通快濾池相比,池深較大(5~6米);採用小阻力配水系統單元濾池的面積不宜過大,因沖洗水頭受池深的限制,最大在1.3米左右,沒有富餘的水頭調節,有時沖洗效果不理想。

適用條件

虹吸濾池適用於中小型給水處理(一般在4000噸/日~5000噸/日),有較突出的優點。如水量小於4000噸/日,則採用重力式無閥濾池。虹吸濾池進水渾濁度的要求與普通濾池一樣,一般希望在10毫克/升以下,這種濾池可以採用砂濾料,也可以採用雙層濾料。虹吸濾池沖洗水頭不高,所以濾料顆粒不可選的太粗,否則將引起沖洗水頭不足,膨脹率很小,沖洗不淨的後患。

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