水质工程学第5章过滤4

过滤4.3.1过滤的净化原理4.3.2滤料与承托层4.3.3滤池的反冲洗4.3.4快滤池的设计4.3.5其它形式的滤池过滤的净化原理一、概述二、快滤池的构造与工作过程三、过滤的净化机理四、滤层截留杂质的规律五、过滤过程中滤层阻力的变化六、提高过滤效率的途径概述1、定义2、作用3、设置位置4、滤池的类型及主要特点定义水处理中的过滤是用具有孔洞的粒状滤料层截留水中杂质，使水澄清的工艺过程作用降低水的浊度，去除悬浮和脱稳的胶体颗粒物(包括菌、病毒，有机物等)设置位置——给水处理中，设在沉淀(澄清)之后，进一步降低浊度(20°≤5°，达到饮用水对浊度的要求)——直接过滤:低浊度水(投药混合之后，对颗粒尺度要求不高)地下水除铁、锰(曝气氧化，产生铁、锰的沉淀物之后)——污水二级处理之后:去除悬浮、胶体物质滤池的类型及主要特点慢砂滤池(slowsandfilter)滤料尺寸0.15~0.35mm滤速0.03~0.1mm/s工作周期几周至数月净化机理①机械隔滤(滤膜、孔隙小)②滤膜中的生化作用清洗方式刮除表层滤料特点出水水质好，生产效率低，仅在表层几厘米滤层中纳污。滤池的类型及主要特点快(砂)滤池(rapid(sand)filter)滤料尺度0.5~2.0mm滤速1.5~3.0mm/s工作周期十几小时至几天清洗方式反冲洗净化机理机械隔滤、沉淀作用、接触凝聚（主要）快滤池的构造及工作过程1、构造：常为钢筋混凝土池子，包括进、出水渠、洗砂排水槽、滤料层、承托层、配水系统等几个部分；管廊内主要是浑水进水、清水出水、初滤水、冲洗来水、冲洗排水等几种管道及相应的控制阀门2、工作过程：包括过滤与反冲洗两个过程（见图）过滤的净化原理两个过程:——悬浮颗粒向滤料表面迁移①筛滤和机械截留②布朗运动③重力沉降④惯性碰撞⑤流动接触——悬浮固体在滤料表面的附着①机械附着②凝聚作用③化学作用主要机理:接触凝聚滤层截留杂质的规律1、杂质截留过程2、杂质在滤层中的分布3、影响滤层中杂质分布的主要因素杂质截留过程接触凝聚附着──与絮凝体的表面特性、吸附强度有关。过滤开始时，由于孔隙大、流速小，杂质主要集中在表层水力冲刷脱落──由于流速作用。随着杂质积累、阻塞孔隙，流速增大，使部分颗粒被冲刷、脱落，杂质向下推移，下层滤层的作用逐渐发挥。由于表层颗粒细(水力筛分的结果)，比表面积大，截留杂质多，所以整个滤层的截留作用尚未完全发挥，过滤过程就将结束。杂质在滤层中的分布①滤料粒径下大上小，孔隙也下大上小，造成表层滤料截留杂质多。由于表层滤料筛滤的结果，堵塞严重，有时形成滤膜，使过滤阻力剧增(图4-3-2)。②当受力不均时，造成裂缝，局部阻力突然减小，杂质穿透(图4-3-2)，水质恶化。③杂质在滤层中的分布（见图4-3-3）影响滤层杂质分布的主要因素①滤速②滤料粒径与级配③滤料层的组成“水力筛分现象”：滤料层经过高速水流反冲洗后，出现滤料上细下粗的分层现象称为水力筛分。过滤过程中滤层阻力的变化1、等速过滤中阻力的变化2、变速过滤中滤速的变化等速过滤中阻力的变化1）等速过滤：过滤过程中，过滤的流量或滤速始终保持不变。无阀滤池与虹吸滤池属于等速过滤。2）清洁滤层的水头损失：过滤开始阶段的水头损失，可用柏耐克-柯士南公式计算：23206)1(5dvlmmgh（4-42）等速过滤中阻力的变化3）过滤过程中水头损失的增加试验证明：a.水头损失与过滤时间成正比（见图）b.滤速v1v2时，ho1ho2，tgα1tgα2，T1T2。说明水头损失h与滤速直接相关。4）滤层中水头损失的分布（见图）变速过滤中滤速的变化1）变速过滤：随过滤时间的增加，滤速逐渐减小的过滤称为变速过滤。变速过滤中过滤水头基本保持不变，普通快滤池属于此类型。2）滤速变化：见图提高过滤效率的途径1、反粒度过滤2、上向流过滤3、采用双层或多层滤料滤料与承托层一、滤料二、承托层滤料1、滤料的选择2、级配与粒径3、滤料层规格滤料的选择——具有足够的机械强度——具有化学稳定性——具有一定的吸附面积——具有一定的级配和孔隙率——能就地取材、价格便宜级配与粒径1）粒径：假想的包围滤料颗粒的球体直径。2）级配：不同粒径滤料所占的比例，常通过筛分实验来确定滤料的级配。3）级配表示方法——有效直径d10：通过滤料重量10%的筛孔孔径——不均匀系数K80：108080ddK（4-43）级配与粒径4）孔隙率m：VGm1（4-44）式中：G——滤料干重（g）V——滤料层体积（cm3）γ——滤料比重（g/cm3）滤料层规格滤料层厚度：一般60~70cm滤料级配：通常K80≤2孔隙率：一般石英砂滤料的孔隙率在0.42左右承托层1、作用——支撑滤料——防止滤料流失——均匀布水2、组成通常采用天然卵石，厚度约40cm滤池的反冲洗一、反冲洗二、配水系统三、冲洗废水的排除四、冲洗水的供给反冲洗1、冲洗目的：恢复滤池的工作能力2、冲洗方法1）反冲洗：水流自下而上冲洗，与过滤方向相反2）反冲洗+表面冲洗3）反冲洗+空气助冲3、影响滤池冲洗效果的因素反冲洗1）冲洗强度q：单位面积滤层上通过的反冲洗水量（l/s.m2）2）滤层膨胀率e：滤层经反冲洗膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比，可用下式表示：%10000LLLe（4-45）3）冲洗历时配水系统1、作用——反冲洗时均匀布水——过滤时均匀集水2、配水与反冲洗的关系若配水不均匀会降低反冲洗效果：1）形成泥球；2）承托层松动，造成漏砂现象3、反冲洗时滤池的阻抗分析由滤池结构可知，反冲洗水头应克服下述阻力：配水系统阻力S1孔眼局部损失S2承托层阻力S3滤料层阻力S4流速水头S5配水系统配水系统对如图4-3-7所示的配水系统进行分析后可知，压差最大的a、b两点的出流量之比为：43214321SSSSSSSSqqbaba（4-46）因S1a与S1b不等，故qa与qb也不可能相等，冲洗水配水不能做到绝对均匀，一般qa/qb≥0.95即认为均匀。配水系统4、配水均匀的措施1）增大S22）减小S1冲洗废水的排除常用的冲洗废水排除设备由洗砂排水槽和集水渠组成，如图所示冲洗水的供给1）冲洗水塔：容积大，约1.5倍冲洗水量；造价高2）冲洗水泵：节省投资，但操作较麻烦；3）利用滤池自身的水头冲洗快滤池的设计一、设计滤速与滤池总面积1、设计滤速：按正常工作滤速设计，以强制滤速校核2、滤池面积：F=Q/v（4-47）二、滤池的个数与尺寸1、个数：应大于22、单池面积30m2，L/B=1：1单池面积30m2，L/B=1.25：1~1.5：1其它形式的滤池一、虹吸滤池二、重力式无阀滤池三、压力滤池