城市供水过滤系统水头损失的一种计算方法

摘要

本发明是一种城市供水过滤系统水头损失的计算方法，包括下述步骤：1、计算不同时刻不同厚度的滤层的水头损失；2、计算不同厚度的滤层的比沉积量；3、建立不同厚度的滤层的比沉积量与滤池过滤时间、待滤水浊度、滤层厚度以及滤速v之间的关系函数；根据对应时刻的实际运行的待滤水浊度、滤池过滤速度的变化数据共同建立数据样本空间；4、对第3步建立的关系函数中的过滤系数进行辨识求解；5、确定由水头损失确定的最大过滤时间；6、由最大过滤时间得到允许的最大水头损失。将本发明的方法确定的最大水头损失作为停止过滤的触发条件，可以避免过早地停止过滤，发挥滤池最佳状态，优化水厂过滤工艺，提高水厂自动化水平。

主权项

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： H t = h 0 + v 1 2 - v 2 2 2 g - Δp ρg - - - ( 5 ) ; 式中，Ht是指：水从某一滤层到另一滤层的水头损失，单位：米；h0是指：两滤层的相对高度，单位：米；v1和v2分别指：两滤层的过滤速度，单位：米/秒，该参数为设计参数，预先设定；g：重力加速度，单位：m/s2；ΔP：水从某一滤层到另一滤层的压力差，单位：Pa；ρ：水的密度，单位：kg/m3；第二步：用不同时刻不同厚度的滤层的水头损失，来计算各对应厚度的滤层的比沉积量： H t H 0 = ( ϵ 0 ϵ 0 - σ ) 2 - - - ( 4 ) ; 式中，Ht：某一时刻某一厚度滤层的水头损失，单位：米；H0：某一厚度清洁滤层的水头损失，单位：米；ε0：清洁滤层孔隙度；此参数为工艺设计参数，根据该设计参数选择相应的滤层材料；σ：滤层比沉积量；第三步：建立不同厚度的滤层的比沉积量与滤池过滤时间、待滤水浊度、滤层厚度以及滤速v之间的关系函数： t = λ 2 v ϵ 0 ( λ 1 c 0 + λ 2 v ) 2 ln λ 1 c 0 ϵ 0 λ 1 c 0 ϵ 0 - ( λ 1 c 0 + λ 2 v ) σe ( λ 1 v - λ 2 ) x + σe ( λ 1 v - λ 2 ) x ( λ 1 c 0 + λ 2 v ) - - - ( 8 ) ; 式中，t：滤池过滤时间，单位：小时；v：滤池过滤速度，单位：m/h；c0：待滤水浊度，单位：NTU；ε0：该滤层清洁滤层的孔隙度；σ：该厚度的滤层的比沉积量；x：某一滤层的厚度，单位：m；λ1和λ2：过滤系数；根据对应时刻的水厂实际生产运行的待滤水浊度、滤池过滤速度的变化数据共同建立数据样本空间；第四步：对所述式(8)的函数中的过滤系数λ1和λ2进行辨识求解；第五步：将第四步的求解结果代入式(8)，同时令σ＝95％σmax，可知由水头损失确定的最大过滤时间为 T max = 0.95 λ 1 c 0 + 3.0 λ 2 v φ 2 ϵ 0 - - - ( 9 ) 式中，Tmax：最大过滤时间，单位：小时c0：待滤水浊度，单位：NTUv：滤池过滤速度，单位：m/hε0：清洁滤层孔隙度φ：φ＝λ1c0+λ2vλ1和λ2：过滤系数第六步：将所述最大过滤时间代入式(8)和(4)，得到允许的最大水头损失；其中，所述第一步中测量过滤系统中不同时刻不同厚度的滤层的水压力，是指利用堵塞度计测量过滤系统中不同时刻不同厚度的滤层的水压力；所述第二步中的某一厚度清洁滤层的水头损失H0由式(1)结合式(2)计算： ΔH i = 0.0187 μα 2 v ( 1 - ϵ 0 ) 2 d e 0 2 ϵ 0 3 ΔL i - - - ( 1 ) H 0 = Σ i = 1 n ΔH i - - - ( 2 ) 式中，H0：某一厚度清洁滤层的水头损失，单位：米；ΔHi：把滤层分成n等分，每等分相应的水头损失，单位：米；v：滤池的过滤速度，单位：m/s；μ：水的动力粘度，N·s/m2，水温在20℃时，约等于1.006×10‑3Pa·s；de0：滤料的粒径，单位：mm；α：形状系数，表示非球形的颗粒的表面积与等体积球形颗粒表面积的比值；ε0：清洁滤层孔隙度；ΔLi：把整个滤层分成ΔL1、ΔL2……ΔLi等滤层，单位：米；所述第四步中对所述式(8)的函数中的系数λ1和λ2进行辨识求解，是指用辨识参数的方法对所述式(8)的函数中的系数λ1和λ2进行辨识求解；所述辨识参数的方法是指差分进化算法或非线性回归函数算法。