地下集水廊道滤层失效原因探析

针对西北地区河流地下集水工程发生滤料失效这一情况,对地下集水廊道滤层结构型式进行了实地勘察,对当前的滤层设计准则及方法进行了梳理和分析,并结合工程中滤层失效的3种表现形式,从理论上对各失效形式产生的原因进行了探析,提出解决地下集水工程滤层失效的根本途径是建立与集水滤层工作状况相适宜的滤层设计准则。

砂土管涌-滤层防治的离散元数值模拟

结合小比尺细观模型试验,利用并开发基于离散元理论的颗粒流程序(PFC3D),充分考虑流固耦合作用,建立渗流理论模型,对不同层间系数下砂土管涌的基料-滤层系统进行离散元数值模拟,跟踪记录渗流过程中砂样运动、流失量、孔隙率、渗透系数、颗粒间接触力、水力梯度等参数的动态变化过程,从细观角度揭示管涌发展过程中颗粒的运动特性和滤层防治机理。数值模拟结果表明,层间系数D15/d85s大小是滤层是否有效的关键因素;在有效的层间系数下,随着水力梯度的加大,基料的细颗粒运动并进入滤层,在滤层-基料交界处存在的自滤现象。模拟结果与有关的模型试验结果吻合较好,一定程度上验证了该数值方法的可行性和合理性。本文所揭示的结果有益于对砂土管涌和滤层防治机理的更深入研究。

管涌型土滤层防治的细观试验研究

利用数码可视化跟踪技术、计算机信息实时处理技术和土体变形无标点量测技术,从细观层面上对不同层间系数的宽级配基料-滤层系统进行了渗透模型试验。从细观角度分析了不同层间系数的砂样在渗流过程中的水力特性、颗粒运动特点和系统破坏特征,研究了滤层的特性和管涌型土自滤自稳定的细观机理。结果表明:层间系数D15/d85s是决定滤层是否合格的最关键因素,随着比率D15/d85s的增大,系统朝不稳定的方向发展;越靠近上游的颗粒移动的越早,越小粒径的颗粒潜在的移动距离越大;除了层间系数,加压速率和扰动力等因素也会影响管涌的发生发展。

砂石反滤层设计方法的探讨

砂石反滤层是一种非常重要的工程结构,土石坝工程、竖式排水体、渗渠以及其它取水构筑物等水平与竖向水工结构都离不开反滤层,其质量甚为重要。本文根据反滤层“滤土”和“排水”功能,对反滤层的构造、设计方法等方面做了较系统的探讨。

一种扰动滤层的过滤装置研究

常规的固液两相过滤装置,由于滤渣在滤网上不断沉积,使用一段时间就会形成滤饼,一旦滤饼形成以后,过滤阻力会越来越大,需及时从过滤介质上清除滤饼,清除滤饼会造成过滤过程中断,配套设备复杂,操作麻烦等问题。本文针对常规过滤装置的存在的问题,提出一种滤层扰动过滤的思路,通入的两相流直接冲击滤饼层,过滤过程在滤饼层受到扰动的情况下持续进行,滤饼层的紧实度将小于通常过滤过程形成的滤饼层,从而提高了过滤效率和过滤的质量;同时在过滤器侧面增加滤网,可使滤清液能够在底部流通不畅的情况下通过侧面排出,延长过滤网清理、更换的时间,提高过滤效率。

砂石滤层准则的研究与进展

叙述滤层准则研究的历史和现状 ,将滤层准则研究的历史划分为 4个发展阶段 :反滤层的启蒙阶段、太沙基滤层准则及均匀滤层的应用阶段、滤层准则在宽级配料中的应用阶段、滤层准则研究与应用的新发展阶段 ,详细介绍了每个发展阶段的特点和一些代表性滤层准则 ,以及鉴别宽级配、自滤、内部稳定料和土料调整的方法 .

除铁除锰生物滤层内铁的氧化去除机制探讨

通过实验室的模拟滤拄实验说明了弱曝气条件下,空气接触氧化除铁的极限浓度为22~23mg/L.成熟生物滤层内铁、锰氧化细菌的营养需求研究表明:滤层内生存的铁、锰氧化细菌属贫营养细菌,对铁的营养需求极低,但对锰的需求量很大.因此,可以推断,成熟生物滤层内,极少部分铁发生的是生物氧化而大部分铁仍是通过化学氧化而去除的.

生物滤层中Fe^(2+)的作用及对除锰的影响

通过无菌滤层与生物滤层的除铁、除锰对照试验 ,得出了生物滤层不但可以同时去除原水中的铁与锰离子 ,而且Fe2 + 参与了除锰菌的代谢 ,对维系生物滤层中生物群系的平衡起到了至关重要的作用。同时 ,生物滤层对Fe3+

生物滤层同时去除地下水中铁、锰离子研究

迄今为止的除铁、除锰工艺大多是采用传统的处理方法 ,即 :一级除铁、二级除锰。在生物固锰、除锰技术确立以后 ,通过长期的试验研究 ,发现了铁、锰离子可以在同一生物滤层中去除的规律 ,从而可以采用一级曝气、过滤的简缩流程以更新传统的二级曝气、过滤的长流程设计。

微灌石英砂滤层流态特性与分形阻力模型参数确定

石英砂是微灌过滤中常用滤料,具有多孔介质属性。该文将多孔介质模型和分形理论相结合,对3种粒径的微灌石英砂滤层的过滤过程展开研究。将Ergun型方程无量纲化,并结合试验确定了石英砂滤层的流态分区。构建了石英砂滤层清洁压降的分形阻力模型,在模型中,过滤通道曲线分形维数、滤层横截面分形维数为待定参数。为了确定二者的值,将Ergun型方程与分形阻力模型相对比,得出了Ergun型方程经验系数的分形表达式,从而确定待定参数的值。首先,结合试验数据,拟合出湍流区经验系数的值,根据经验系数的分形表达式,确定了过滤通道曲线分形维数、滤层横截面分形维数等参数,得出了湍流区分形模型的表达式。然后,以湍流流区分形参数的值为边界值,确定了Forchheimer流区过滤通道曲线分形维数表达式和滤层横截面分形维数的值,并得出了Forchheimer流区分形模型的表达式。在此基础上,分析了滤层过滤特性:1)根据Forchheimer流区过滤通道曲线分形维数的变化规律,得出了在Forchheimer流区滤层存在成熟期的结论;2)探讨了滤层最佳过滤速度和最佳清洁压降的计算方法,构建了石英砂滤层过滤性能函数,并利用过滤性能函数计算出了滤层的最佳过滤速度和最佳清洁压降。3种滤层最佳过滤速度分别为0.02、0.024和0.027 m/s,最佳清洁压降分别为6 045、9 660、14 500 Pa。研究为微灌砂过滤器运行和设计优化提供了技术依据。

除铁除锰生物滤层最优化厚度的研究

除铁除锰生物滤层的厚度对滤池除铁除锰效果有至关重要的影响，而地下水水质是确定除铁除锰生物滤层厚度的重要因素。实验室滤柱试验的结果表明：不同铁、锰含量的地下水，其适宜的生物滤层厚度不同。生产运行试验也证明了上述结论并进一步得出：对于铁、锰含量较低的地下水，滤层的适宜厚度为900～1000mm，而对于铁、锰含量较高的地下水，生物滤层相应地要增厚至1000～1300mm。

生物除铁除锰滤层营养条件的研究

采用模拟生物除铁除锰滤柱，通过测定整个生物滤层对铁、锰的去除效果考察了营养物质对生物滤层综合生化能力的影响，从而探求了生物滤层对铁、碳、氯等营养元素的需求。结果表明，成熟滤层内的铁、锰氧化细菌对进水铁的营养需求极低（0．04mg／L）。成熟滤层对有机物具有一定的去除能力。而无机碳减少量相对较大，大约有3～4mg／L，溶解在水中的二氧化碳即可保证滤层对碳的砖求。成熟滤层将氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐，但这种转化实际上并没有使水中氨的总量减少，只是氮的形态发生了转化；而滤柱内氮的减少是被生物体利用的结果。极低的氮素含量即可保证成熟生物滤层对氮素的需求。这表明极低的营养条件即可满足铁、锰氧化细菌的正常生理代谢，铁、锰氧化细菌可以在贫营养环境下生存。结合全国大部分地区的地下水水质状况，进而得出地下水生物除铁除锰技术在全国大部分地区可以推广使用。

曝气生物滤池工作性能与滤层高度的相关性

研究了中试规模的上向流曝气生物滤池(UBAF)处理生活污水时,滤层高度与工作性能的相关性。结果表明:当水力负荷超过3.0m^3/(m^2·h)时,COD_(Cr)、NH_4^+-N的去除率均与滤层高度呈正相关;当水力负荷低于3.0m^3/(m^2·h)时,COD_(Cr)的去除率只与滤池下部滤层高度呈正相关,在滤池上部滤层处几乎保持不变,而NH_4^+-N的去除率则与滤池上部滤层高度呈正相关。在所有水力负荷工况下,SS的去除率均与滤层高度无相关性,且80％以上的SS被反应器最下部0.9m高的滤层所截获。

生物滤层中锰去除反应动力学研究

以莫诺方程式为基础,通过对滤层内锰去除反应动力学进行分析,认为生物滤层内锰去除反应速率模型在不同运行阶段和不同滤层深度分别存在高、中、低底物浓度的反应模型,对于高、低底物浓度反应模型可用莫诺方程式的推论形式表示.对上述模型进行的验证结果表明在运行时间较短的情况下,滤层内锰去除反应动力学模型表现为高底物浓度反应模型,随着运行时间的增加演变为:沿滤层深度的增加依次存在典型的高、中、低底物浓度反应模型.试验条件下回归方程相关系数均在0.99以上.

除铁除锰生物滤层内铁锰去除的相关关系

成熟生物滤层中铁、锰去除的相关性研究表明:生物滤层内铁与锰的去除在一定条件下是存在相关关系的。在一定的进水铁、锰浓度范围内,生物滤层的除铁除锰能力不受进水铁、锰浓度的影响。当铁、锰浓度超过一定范围时,生物滤层的除铁除锰效果将受到影响。实际工程也表明:对于大多数地区的含铁含锰地下水水质而言(铁<6 mg／L,锰<1～2 mg／L),原水铁、锰浓度的变化不影响生物滤层的除铁除锰效果。因此可以认为,生物除铁除锰技术广泛适用于各地含铁含锰水的净化。

微米级气溶胶粒子在滤层中的收集效率研究

采用颗粒床过滤系统对含气溶胶气体进行过滤实验,研究微米级气溶胶粒子在滤层中过滤效率的变化规律,并建立滤层模型计算过滤效率理论值.结果表明,在低风速(u0≤0.2m/s)范围内,过滤风速的提高有利于大粒径气溶胶粒子(如dp=2.5μm)的收集,而对中小粒径气溶胶粒子(dp≤1.0μm)的过滤效率没有明显帮助;滤料材质相同时,滤料粒径越小、比表面积越大,过滤效率越高;材质不同时,Hamaker常数越大,越有利于捕集气溶胶粒子.由颗粒床层模型分析得出,当dp<0.1μm时,扩散效应起主导作用,颗粒粒径越小,扩散效率越高;当dp>1.0μm时,惯性碰撞效应起主导作用,粒径越大,惯性碰撞和拦截效应越显著.

滤层厚度对慢滤池深度处理污水的性能影响

将慢滤池用于污水二级出水的深度处理,并利用小试装置研究了滤层厚度对慢滤池性能的影响。选取浊度、COD和色度三个指标,在滤层不同深度处多次取样,分析各指标沿滤层厚度的变化。结果表明,采用粒径为0.4～0.6mm,滤层厚度为800mm的石英砂做滤床时,慢滤池对二级出水具有较好的净化效果:当进水浊度、COD和色度分别为1.3～6.9NTU、30.4～70.0mg·L-1和20.6°～57.6°时,平均去除率分别达到86.5%、45.0%和46.3%。从试验结果可以看出,慢滤池类似一个微缩的污水二级处理系统,滤层表面的粘性滤膜起到类似初沉池的作用,可以对各指标实现较好的去除,58.6%的浊度、52.7%的COD和45.7%的色度是在滤层上部去除的;慢滤池中部起到类似曝气池的作用,下部起到类似二沉池的作用,对水质指标也能实现一定的去除。

管涌与滤层的研究(Ⅱ):滤层

对管涌和滤层两个相关联问题的研究和发展过程进行了综述和评论;同时也给出了过去的研究成果,并与之进行比较。在滤层研究方面,指出了由平均粒径一点控制到两点和级配曲线多点控制的发展趋势;研究表明:太沙基的滤层规格比较保守,应结合内外水动力学研究砂砾滤层和织物滤层的适用规格。而粘土的滤层设计,关键是看能否发生贯穿性裂缝,其设计思想悬殊;井管滤层的淤堵失效应研究抽洗复苏的良策。

滤层高度对升流式曝气生物滤池硝化性能的影响

曝气生物滤池水质沿滤料层高度不断变化,滤层高度影响滤池的工作性能。曝气生物滤池有机物、浊度的去除,主要发生在滤层的前半部分;而中段是NH3-N的主要去除区域。从异养菌、亚硝化菌和硝化细菌三者的sOUR的值来看,异养菌活性在滤池的下层比较强,而亚硝化菌、硝化菌等自养菌则在系统的中、上层比较活跃。滤池水力负荷在一定范围内的变化,对有机物、NH3-N、浊度总去除效率影响不大。

两种典型级配基土-滤层渗滤系统的颗粒流模拟

基于颗粒流理论和流固耦合效应,利用PFC3D程序内置的FISH语言编程,建立基土-滤层渗流模型,针对具有不同级配特征的管涌型土(连续级配、间断级配),分别进行不同层间系数情况下的系列数值模拟试验,分析渗滤系统中基土、滤层及两者界面处的孔隙率、渗透率、基土流失百分量等参数随渗流作用时间的演化过程,并分析和评估渗滤系统的保土性和透水性。结果显示:对应于不同级配特征的管涌土,其基土-滤层渗滤系统的层间系数值(D15/d85*)都存在一个最优范围,当层间系数值在该范围内时,由基土-滤层构成的渗滤系统沿渗流方向的透水性逐渐增大,表现出良好的保土性与透水性;连续级配特征的基土自反滤能力较强,其最优层间系数值的范围较宽,而间断级配特征的基土最优层间系数值的范围较窄。