《物理化学处理》PPT课件.ppt

五、过滤 在常规水处理中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程 过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度的降低而被部分去除残留的细菌、病毒在失去附着物的保护和依附后，在滤后消毒中也容易被杀死1. 工作过程 由过滤与反冲洗两部分组成 浑水流经滤料时，水中杂质被截留，随着滤料层中杂质截留量的逐渐增多，滤料层中的水头损失也相应增加，当水头损失增加到一定程度时，会使滤池产水量减少，或滤过水质不符合要求时，应停止过滤进行冲洗冲洗水自下而上穿过承托层及滤料层，均匀分布于整个滤池平面上，滤料层处于悬浮状态，滤料得到清洗 2、 过滤理论（1）两阶段理论：由迁移与粘附组成 迁移：沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力，见下图 粘附：范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用2）附着力与水流剪力3-3在过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，水流剪力较小，粘附作用占优势随着过滤时间延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙率减小，水流剪力逐渐增大，以至最后粘附的颗粒将首先脱落，或后续颗粒不再有粘附现象，于是，下层滤料的截留作用渐次发挥。

实际上，在下层滤料作用远未得到充分发挥时，过滤就得停止表层滤料粒径最小，孔隙将逐渐被堵塞，或悬浮物穿过过滤层而使水质恶化，过滤将被迫停止3-4 滤层含污能力：单位体积滤层中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单位g/cm3或kg/m3 采用单水冲洗的石英砂滤料滤池，其含污量随深度的变化见图3-4曲线1 为了改变上细下粗滤层中杂质分布严重不均匀的现象，提高滤层含污能力，出现了多层滤料、混合滤料及均质滤料等 多层滤料滤池接近理想滤料滤池，最常见为双层和三层滤见图3-5双层滤池其含污量随深度的变化见图3-4曲线2 均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现，如V型滤池要实现均质滤料过滤，反冲洗时滤料层不能膨胀3-53、 过滤方式 （1）恒速过滤 在恒速过滤状态，由于滤层逐渐被堵塞，水头损失随过滤时间逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，当水位上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池2）减速过滤 在过滤过程中，如果过滤水头损失始终保持不变，孔隙率逐渐减小，必然使滤速逐渐减小在普通快滤池中一般不可能出现移动罩滤池属于变速过滤滤池 （3） 直接过滤 原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为“直接过滤”。

直接过滤有两种方式：原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤，称为“接触过滤”也可称为“直流过滤”，图中（a）与（b）所示；原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤，称为“微絮凝过滤” ，如图中（c）与（d）所示 直接过滤的两个特点： 采用双层或三层滤料滤池； 采用聚合物为混凝剂或助凝剂 直接过滤要求： 原水浊度和色度较低且水质变化小，常年原水浊度低于50度； 直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊度偏高时应采用较低滤速，当原水浊度在50度以上时，滤速一般在5m/h左右 4、 滤料与承托层（1） 滤料的要求 a.具有足够的机械强度 b.具有足够的化学稳定性 c.具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率 d. 能就地取材、价廉 石英砂是使用最广泛的滤料，双层和多层滤料中，常用的还有无烟煤、石榴石、钛铁矿、磁铁矿、金刚砂等轻质滤料有聚苯乙烯及陶粒等 无烟煤石榴石磁铁矿金刚砂陶粒(2) 滤料性能参数 a. 比表面积 单位重量或体积的滤料所具有的表面积，单位为cm2/g或cm2/ cm3 b. 有效粒径与不均匀系数 粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数表示，关系如下： d10通过滤料重量10的筛孔孔径(mm) d10称为有效粒径，它反映细颗粒尺寸，小于d10的颗粒是产生水头损失的主要部分。

d80通过滤料重量80的筛孔孔径(mm) 反映粗颗粒尺寸不均匀系数K80表示粗细颗粒差别的大小或不均匀程度通常要求K80 2.0） 砂粒级配对滤池的运行的影响 ： 砂样颗粒大小K80越大，则大小颗粒差别越大，颗粒越不均匀这对过滤和反冲洗都会产生不利影响，因为K80较大时，大小颗粒掺杂的结果，过滤时会降低滤料层的孔隙率，影响滤层的含污能力以及增加过滤时的阻力，反冲洗满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒将得不到很好清洗；若为满足粗颗粒膨胀要求，则细颗粒可能被冲出池外 ( 3)最大粒径、最小粒径表3-1 滤料级配与滤速类别类别滤滤料组组成滤滤速（m/h）强制滤滤速（m/h）粒径（mm）不均匀系数K80厚度（mm）单层单层 石英砂滤滤料dmax=1.2dmin=0.52.07008101014双层滤层滤 料无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.030040010141418石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400三层滤层滤 料无烟煤dmax=1.6dmin=0.81.745018202025石英砂dmax=0.8dmin=0.51.5230重质矿质矿 石dmax=0.5dmin=0.251.770 （4）承托层 承托层的作用： 防止滤料层从配水系统流失； 均匀布置反冲洗水。

表3-2 快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度层层次（自上而下）粒径（mm）厚度（mm）124100248100381610041632本层顶层顶 面高度至少应应高于配系统统孔眼100mm表3-3 三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度层层次（自上而下）材料粒径（mm）厚度（mm）1重质矿质矿 石（如石榴石、磁铁矿铁矿 等）0.51.0502重质矿质矿 石（如石榴石、磁铁矿铁矿 等）12503重质矿质矿 石（如石榴石、磁铁矿铁矿 等）24504重质矿质矿 石（如石榴石、磁铁矿铁矿 等）48505砾砾石8161006砾砾石1632本层顶层顶 面高度至少应应高于配水系统统孔眼100mm 5、 滤池冲洗 常用的反冲洗方法有以下2种： 高速水流反冲洗：具有一定的膨胀度，形成上细下粗的水力分层，需水量大 气-水联合反冲洗； 利用 上升气泡的振动，将滤料表面污物破碎、脱落，再由水冲带出池外水冲强度可降低，可减少水冲水量，提高滤池冲洗质量冲洗时滤层不一定膨胀或仅轻微膨胀，冲洗结束后滤层不产生或不明显产生上细下粗分层，即保持原来滤层结构 气-水联合冲洗具有下述特点： 冲洗效果好； 节约反冲洗水量； 冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下粗的分层现象； 气-水联合冲洗操作较为麻烦，池子和设备较复杂，需增加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。

气-水联合冲洗有3种操作方式： 先气洗，后水洗； 先气水混合洗，再用水洗； 先气洗，再气水混合洗，最后用水洗（或漂洗） 气-水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在10min左右6、配水系统 常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水系统、中阻力配水系统等三种 其作用： 反冲洗时，均匀分布反冲洗水； 过滤时，均匀集水 反冲洗时配水不均匀的危害： 滤池中砂层厚度分布不同； 过滤时，产生短流现象，使出水水质下降； 可能导致局部承托层发生移动，造成漏砂现象 （1）大阻力配水系统的原理 a、构造 大阻力配水系统的构造如图3-6和图3-7所示 3-63-7 大阻力配水系统的设计要点：干管起端流速为0.21.2m/s，支管起端流速为1.41.8 m/s，孔眼流速为3.55 m/s支管中心距为0.250.3 m，支管长度与其直径之比一般不应大于60孔口直径约为912 mm，设于支管两侧，与垂线呈45O角向下交错排列干管横截面与支管总横截面之比应大于1.752.0当干管直径于300mm时，干管顶部也应开孔布水，并在孔口上方设置挡板孔口总面积与滤池面积之比称为开孔比，其值可按下式计算：大阻力配水系统构造尺寸计算的依据 上式说明：大阻力配水系统配水的均匀性只与干管截面积、支管截面积、支管个数、孔口总面积等有关，而与其它因素无关。

当滤池面积过大时，滤池中砂层和承托层的铺设、冲洗废水的排除等的不均匀度都将对冲洗效果产生影响 式中：0 干管截面积积，m2 a 支管截面积积，m2 f配水系统统孔口总总面积积，m2大阻力配水系统的特点： 配水均匀性好； 结构复杂； 管道容易结垢； 孔口水头损失大，因而要求反冲洗水压高 无阀滤池、移动冲洗罩滤池、虹吸滤池等的冲洗水头非常有限，不宜采用大阻力配水系统例：设滤池的平面尺寸为7.5m7.0m=52.5m2，设计大阻力配水系统解：冲洗强度采用q=14L/sm2, 冲洗流量Q=1452.5=735L/s=0.735m3/s1 干管采用钢筋混凝土渠道断面尺寸：850mm850mm，长7500mm起端流速2 支管支管中心距采用0.25m支管数n=7.5/0.252=60根（每侧30根）支管长（7.00-0.85-0.30）/22.93m，取2.9m式中0.3m为考虑渠道管壁厚及支管末端与池壁间距每根支管进口流量=735/60=12.25L/s，支管直径采用80mm， 支管起端流速va=2.43m/s3 孔口孔口流速采用5.6m/s，孔口总面积配水系统开孔比孔口直径采用9mm，每个孔口面积=6.3610-5m2。

孔口数m=0.131/(6.3610-5）=2060个干管顶端开2排孔，每排40个，孔口中心距e1=7.5/40=0.187m每根支管孔口数=（2060-80）/60=33个，取34个，分两排布置，孔口向下与中垂线夹角45交错排列，每排17个孔，孔口中心距e2=2.9/17=0.17m4 配水系统校核实际孔口数 m=3460+80=2120个实际孔口总面积 f=21206.3610-5=0.1348m2实际孔口流速 v=0.735/0.1348=5.45m/s符合配水均匀性达到95%以上的要求小阻力配水系统的构造特点：铺设穿孔滤板或滤砖，开孔比一般为1.01.5%小阻力配水系统的特点： 反冲洗水头小； 配水均匀性较大阻力配水系统为差，当配水系统室内压力稍有不均匀，滤层阻力稍不均匀，滤板上孔口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来； 滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统 (2) 小阻力配水系统3-93-103-11一般规定：=0.20%0.25%为大阻力配水系统；=0.60%0.80%为中阻力配水系统； =1.0%1.5%为小阻力配水系统这样的规定并不十分严格，此间并无严格界限。

为了保证配水均匀，应注意：a.冲洗水到达各个孔口处的流道中流速，应尽量低些，以消除流道中水头损失和水头变化对配水均匀性影响；b .各孔口（或滤头）阻力应力求相等，加工精度要求高2）冲洗排水槽的设计要求 a冲洗排水槽平面总面积一般不大于单个滤池面积的25%否则，会影响上升水流的均匀性 b相邻两槽的中心间距一般为1.52.0m间距过大，难以排水均匀 c槽内水面以上一般要有7cm左右的保护高，以保证冲洗废水自由跌水进入排水槽 d排水槽的废水应自由跌水进入排水渠，以免引起壅水现象 e每单位槽长的溢入流量应相等故施工时冲洗排水槽口应力求水平，误差限制在2mm内 7 冲洗废水排除方法（1）冲洗排水槽、排水渠 见图3-12、3-133-123-13f单个冲洗排水槽的排水量可按下式计算： 式中：a0两槽间的中心距，1.52.1m l0 槽长，不大于6mg冲洗排水槽的始端尺寸：一般采用始端深度为末端深度的一半；或槽底采用平坡，使始、末两端尺寸相等 槽底为三角形断面末端尺寸可按下式计算： 槽底为半圆形末端尺寸可按下式计算： V流速，一般采用0.6m/sh槽顶距未膨胀时滤料表面的高度为： e 冲洗时滤层膨胀度； H2滤料层厚度，m； 冲洗排水槽底厚度。

（3）排水渠 布置： 面积小时，沿池壁一边布置； 当滤池面积很大时，排水渠布置在滤池中间 排水渠的断面一般采用矩形渠底距排水槽底高度Hc为：Q滤池冲洗流量，m3/sB渠宽，m8冲洗水的供给 两种： 水泵冲洗； 冲洗水塔或水箱冲洗 水泵冲洗的特。