本发明专利技术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。将本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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。专利技术目的本专利技术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。本专利技术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。为实现本专利技术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 2 2 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 ；ΔΡ 水从某一滤层到另一滤层的压力差，单位m ；P 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 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；ε ^ 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ν之间的关系函数 式中，t 滤池过滤时间，单位小时；ν 滤池过滤速度，单位m/h ；C0 待滤水浊度，单位NTU ；ε ^ 该滤层清洁滤层的孔隙度；σ :该厚度的滤层的比沉积量；χ 某一滤层的厚度，单位m ；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⑶的函数中的过滤系数λ工和λ 2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ο =95% Qmax，可知由水头损失确定的最大过滤时间为 式中，Tfflax 最大过滤时间，单位小时；C0 待滤水浊度，单位NTU ；ν 滤池过滤速度，单位m/h ；ε Q 清洁滤层孔隙度；φ φ = λ jc0+ λ 2ν ；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。更具体的技术方案是，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Htl由式(1)结合式(2)计算 式中，Htl 某一厚度清洁滤层的水头损失，单位米；AHi 把滤层分成η等分，每等分相应的水头损失，单位米；ν 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°C时，约等于1. 006 X ICT3Pa · s ；de 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；ε ^ 清洁滤层孔隙度；Δ Li 把整个滤层分成Δ Lp Δ L2……Δ Li等滤层，单位米。所述第四步中对所述式⑶的函数中的系数入工和λ 2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X1和λ 2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。本专利技术的设计原理是这样的1、模型确定(1)确定水头损失与比沉积的关系在过滤过程中，水中的固体悬浮物不断地被截留在滤层的表面，一方面引起滤层 空隙率的减少，另一方面引起滤料颗粒粒径增大，因此滤层的空隙率和比表面积在过滤过 程中不断变化。国内学者提出了某一厚度清洁滤层的水头损失Htl为 式中，Htl 某一厚度清洁滤层的水头损失，单位米；AHi 把滤层分成η等分，每等分相应的水头损失，单位米；ν 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°C时，约等于1. 006 X ICT3Pa · s ；de 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；ε ^ 清洁滤层孔隙度；Δ Li 把整个滤层分成AL1, Δ L2……Δ Li等滤层，单位米。随本文档来自技高网...
【技术保护点】
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］）／２ｇ－Δｐ／ρｇ（５）；式中，Ｈ↓［ｔ］是指：水从某一滤层到另一滤层的水头损失，单位：米；ｈ↓［０］是指：两滤层的相对高度，单位：米；ｖ↓［１］和ｖ↓［２］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／ｓ↑［２］；ΔＰ：水从某一滤层到另一滤层的压力差，单位：ｍ；ρ：水的密度，单位：ｋｇ／ｍ↑［３］；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，Ｈ↓［ｔ］：某一时刻某一厚度滤层的水头损失，单位：米；Ｈ↓［０］：某一厚度清洁滤层的水头损失，单位：米；ε↓［０］：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］ｖε↓［０］／（λ↓［１］ｃ↓［０］＋λ↓［２］ｖ）↑［２］ｌｎλ↓［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；ｃ↓［０］：待滤水浊度，单位：ＮＴＵ；ε↓［０］：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；λ↓［１］和λ↓［２］：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λ↓［１］和λ↓［２］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％σ↓［ｍａｘ］，可知由水头损失确定的最大过滤时间为Ｔ↓［ｍａｘ］＝（０．９５λ↓［１］ｃ↓［０］＋３．０λ↓［２］ｖ）／φ↑［２］ε↓［０］（９）式中，Ｔ↓［ｍａｘ］：最大过滤时间，单位：小时ｃ↓［...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐廷国，朱学峰，邓晓燕，唐德翠，罗永恒，邹振裕，林显增，李展峰，
申请(专利权)人：佛山水业集团有限公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]
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