虹吸滤池的工作原理

虹吸滤池的工作原理
虹吸滤池的工作原理

虹吸滤池的工作原理
虹吸滤池是快滤池的一种形式,它的特点是利用虹吸原理进水和排走洗砂水,因此节省了两个闸门.此外,它利用小阻力配水系统和池子本身的水位来进行反冲洗,不需另设冲洗水箱或水泵,加之较易利用水力,自动控制池子的运行,所以已较多地得到应用.
(1)虹吸滤池是由6～8个单元滤池组成一个整体.滤池的形状主要是矩形,水量少时也可建成圆形.滤池的中心部分相当于普通快滤池的管廊,滤池的进水和冲诜水的排除由虹吸管完成.管廊上部设有真空控制系统14.
经过澄清的水由进水槽1梳入滤池上部的配水槽2.经虹吸管3流入单元滤池的进水槽4,再经过进水堰5(调节单元滤池的进水量)和布水管6流入滤池.水经过滤层7和配水系统8而流入清水槽9,再经出水管10流入出水井11,通过控制堰流出滤池.
滤池在过滤过程中滤层的含污量不断增加,水头损失不断增长,要保持出水堰12上的水位,即维持一定的滤速,则滤池内的水位应该不断地上升,才能克服滤层增长的水头损失.当滤池内水位上升到预定的高度时,水头损失达到了最大允许值,(一般采用1.5～2.0米)滤层就需要进行冲洗.
虹吸滤池在过滤时,由于滤后水位永远高于滤层,保持正水头过滤,所以不会发生负水头现象.每个单元滤池内的水位,由于通过滤层的水头损失不同而不同.
滤池的配水系统必须采用小阻力配水系统.因此可以利用滤池本身的滤过水的水位(清水槽内水位)即可冲洗.
滤池冲洗时的情况：首先破坏进水虹吸管3的真空,则配水槽2的水不再进入滤池,滤池继续过滤.起初滤池内水位下降较快,但很快就无显著下降,此时就可以开始冲洗.利用真空系统14抽出冲洗虹吸管15中的空气,使它形成虹吸,并把滤池内的存水通过冲洗虹吸管15抽到池中心的下部,再由冲洗排水管16排走.此时滤池内水位降低,当清水槽的水位与池内水位形成一定的水位差时,冲洗工作就正式开始了.冲洗水的流程与普通快滤池相似.当滤料冲洗干净后,破坏冲洗虹吸管15的真空,冲洗立即停止,然后,再启动虹吸管3,滤池又可以进行过滤.
冲洗水头一般采用1.1～1.3米.是由清水槽9的水位与冲洗排水槽顶的高差来控制的.滤池平均冲洗强度一般采用10～15升/秒·米2,冲洗历时5～6分钟.一个单元滤池在冲洗时,其他滤池会自动调整增加滤速使总处理水量不变.由于滤池的冲洗水是直接由清水槽9供给,因此一个单元滤池冲洗时,其它单元滤池的总出水量必须满足冲洗水量的要求.
供给单元滤池冲洗强度的大小与采用的单元个数有关,它们的关系可表示如下：
(3.38)
式中 q——冲洗强度(升/秒·米2)；
n——单元滤池个数；
Q——单元滤池的过滤水量(升／秒)；
F——单元滤池的面积(米2).
上式也可以用滤速表示：
(3.39)
式中 v——过滤速度(米／时).
当冲洗强度为10～15升/秒·米2,滤速为8米/时.利用上式可以算出滤池至少需要5～7个单元.如采用的滤速再高一些,则需要的单元滤池数目可以少一些.
圆形或多边形平面的虹吸滤池施工复杂.其单元池的平面为扇面形或梯形.冲洗时沿 池壁处因离排水槽较远,所以冲洗不干净,会有积泥.现标准图都采用矩形平面.处理水量为160米3/时～2400米3/时的虹吸滤池都有国家标准图可以选用.
2. 虹吸滤池的设计
虹吸滤池在设计中有些问题考虑的原则与普通快滤池相同,不再重述,这里把设计中特殊的问题进行讨论.
(1)滤池深度 虹吸滤池的深度因包括了冲洗水头,故比普通快滤池要深,目前我国设 计的虹吸滤池深4.5～5米.其组成尺寸如下：
滤池的总深度＝H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7+H8 (3.40)
式中 H1——滤池底部集水空间的高度,一般采用0.3米；
H2——小阻力配水系统的高度；
H3——滤料层的厚度,按设计需要决定；
H4——冲洗时滤料层的膨胀高度,H4＝H3´e％；
H5——冲洗排水槽总高度,H5＝冲洗排水槽净高+槽底结构厚度(约0.1米)；
H6——出水控制堰与冲洗排水槽槽顶的高度差,即冲洗水头(1.0～1.3米)；
H7——最大过滤水头采用1.5～2.0米；
H8——滤池保护高度,采用0.1～0.3米.
(2) 配水系统 虹吸滤池的冲洗水头,仅1.1～1.3米左右,它的配水系统只能采用小阻力配水系统.小阻力配水系统采用较多的有双层孔板,孔板网、三角槽孔板、穿孔滤砖和缝隙式滤头等.小面积滤池宜采用滤头,大面积滤池宜采用双层孔板.
缝隙式滤头小阻力配水系统在虹吸滤池、无阀滤池、压力滤池及离子交换器中普遍使用,通过生产实践,证明它能保证运转,并可省去砾石垫层,降低滤池深度；缺点是安装较复杂、造价较高,每平方米约装40～60个.每个滤头的缝隙面积在100～350毫米2,总缝隙面积约占滤池面积的0.5～2％.
滤头与滤板的连接方式有两种：当滤板用钢板或铸铁板时,滤头可以不用底座而直接拧在钢板上孔的丝扣中,当滤水板采用钢筋混凝土板时,可采用底座上予埋短管而后接滤头的方式.
(3) 真空虹吸系统 真空虹吸系统是虹吸滤池的重要组成部分,系由真空泵、真空罐、管路(包括控制阀门)和进水、冲洗虹吸管等组成.
真空系统中可以不用真空泵而用水射器来代替.可以设制真空罐集中控制,也可不设真空罐,直接用水射器或真空泵抽气来形成虹吸.
进水虹吸管与冲洗虹吸管的尺寸按所通过的流量选定,其断面可为圆形或矩形.材料可采用钢板焊制,也可采用铸铁管材.真空泵按预定时间内完成虹吸管需要的真空抽气量,并考虑适当的余量来选定,形成冲洗虹吸的时间以2～5分钟左右为宜.
在标准设计中虹吸系统也可采用水力自动控制(也可手动操作)代替真空系统,不必另设真空泵.
3． 虹吸滤池的优缺点和适用条件
虹吸滤池在工艺构造方面有许多优点,同时也存在一定问题,它与普通快滤池相比有以下的优缺点.
(1) 优点 不需要大型的闸阀及相应的电动或水力等控制设备,可以利用滤池本身的出水量、水头进行冲洗,不需要设置洗水塔或水泵；可以在一定范围内,根据来水量的变化自动均衡地调节各单元滤池的滤速,不需要滤速控制装置；滤过水位永远高于滤层,可保持正水头过滤,不至于发生负水头现象；设备简单,管廊面积小,控制闸阀和管路可集中在滤池中央的真空罐周围,操作管理方便,易于自动化控制,减少生产管理人员,降低运转费用；在投资上与同样生产能力的普通快滤池相比能降低造价20～30％,且节约金属材料30～40％.
(2) 缺点 与普通快滤池相比,池深较大(5～6米)；采用小阻力配水系统单元滤池的面积不宜过大,因冲洗水头受池深的限制,最大在1.3米左右,没有富余的水头调节,有时冲洗效果不理想.
(3) 适用条件 虹吸滤池适用于中小型给水处理(一般在4000吨/日～5000吨/日),有较突出的优点.如水量小于4000吨/日,则采用重力式无阀滤池.虹吸滤池进水浑浊度的要求与普通滤池一样,一般希望在10毫克/升以下,这种滤池可以采用砂滤料,也可以采用双层滤料.虹吸滤池冲洗水投不高,所以滤料颗粒不可选的太粗,否则将引起冲洗水头不足,膨胀率很小,冲洗不净的后患.参考资料：http://sky.jnu.edu.cn/hxx/net_lesson/1_fscl/contents/chapter03/03-06/mainframe03-06.htm