[发明专利]城市供水过滤系统水头损失的一种新的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动化技术和给排水处理工艺，特别涉及一种城市供水过滤系统水头损失的计算方法。

背景技术

过滤是水处理过程中非常重要的一个环节。随着过滤的进行，杂质不断地被滤层中的滤砂截留，宏观的角度来看，则会引起滤层的阻力不断增大，即水头损失不断地变大；而从微观的角度来说，则是引起滤层中比沉积量的增大或者说是滤层空隙率的不断减小。计算水通过滤层时所产生的水头损失是过滤水力学中的一项最基本的内容，也是过滤实践和理论中的最重要内容。一般而言，滤池最大过滤时间的确定主要由出水浊度和水头损失两者的允许指标来确定，以先达到控制指标的时间为最大过滤时间。但在实际过滤过程中，会出现两种情况，一是当出现泄漏浊度时水头损失并未达到允许值，因而余下的水头损失没有得到利用，另外一方面是当水头损失达到最大值，但未出现泄漏浊度，从而使滤层未能充分发挥其过滤能力。因此，滤池最优工作条件是由浊度确定的最大过滤时间和由水头损失确定的最大过滤时间相等。为此，要对滤池进行优化研究必须要确定滤出水浊度和水头损失随时间增大的规律。

但长期以来由于缺乏滤层孔隙度在过滤过程中随时间以及厚度变化的可靠理论，滤层中浊质颗粒的比沉积量随时间变化规律的确定一直是一个难题，目前只能够计算过滤刚开始时，滤层处于清洁状态的水头损失，这在很大程度上影响了水头损失计算的进一步研究，从而影响了对过滤过程建模、仿真与优化的研究。

为了解决比沉积量随时间变化的规律，从而建立起水头损失随时间、深度变化的模型。目前国内外有一些学者提出了一些方程式，其中大部分基于经验建模，或仅限于理论研究，实践中并没有真正得到运用。方程式当中的一些参数，也未提出行之有效的设定或求解方法。

国内外的一些学者提出了截污滤层过滤阻力的计算公式，但基本只能用于实验室的模拟设备中，甚少用于真正的生产实践过程。常见的计算水头损失的方程式如表1所示。

表1过滤阻力计算公式

目前，在实际生产运行中，结束过滤周期的条件可以有三种情况：一是根据经验设定时间周期；二是滤后水质达不到要求；三是水头损失达到极限值。

对于前两种情况来说，利用表1所示的前两种模式进行控制，可以确保滤后水的水质合格，保持滤池出水的质量，但第一种情况往往会浪费了滤层的截污能力，没有将滤层发挥到最佳的状态，而第二种情况不利于滤砂的保养，有可能造成过滤周期过长导致滤层内积泥腐化或结块。而第三种情况可以避免滤层产生负压，在保证出水水质的前提下，以充分发挥滤层的截污能力。若能将三者结合，可使滤池工况的检测和反冲洗控制起到更合理的作用。但目前国内外均没有研发出一种计算水头损失的可行、比较准确，实用的方法，使得采用水头损失来确定过滤周期遇到一些困难。

发明目的

本发明的目的在于提供城市供水过滤系统水头损失的一种计算方法，通过计算最大过滤时间，得到允许的最大水头损失，以实现过滤过程的建模与优化，提高水厂的运行水平并达到节能的目的。本发明公开的水头损失计算方法，是一种结合目前国内学者关于水头损失和比沉积量的理论推导公式，利用水厂实际生产测得的水头损失数据，对水头损失方程式进行参数辨识的方法。这样，操作人员就可以根据计算出来的允许的最大水头损失(可换算成安装在滤池下面的堵塞度计数值)作为过滤周期终止的一个条件。而这个条件也可以编程作为过滤结束的触发条件之一，从而使过滤周期的确定得到合理优化。

为实现本发明的目的采用如下的技术方案：一种城市供水过滤系统水头损失的计算方法，其特征是，包括如下步骤：

第一步：测量过滤系统中不同时刻不同厚度的滤层的水压力，得到水从任意一滤层到另一滤层的压力差，并依次计算出不同时刻各对应厚度的滤层的水头损失：