第三章污水的物理处理第14节

第十四节过滤过滤是指以石英砂等粒状材料滤料层截留水中悬浮杂质，使水获得澄清的工艺过程。（一）概述一、功能主要去除水中悬浮物质1．给水净化城镇给水处理中，滤池置于沉淀池或澄清池后，进水浊度10度，出水浊度3度。当原水浊度较低，且水质较好时，也可直接过滤。其功效：（1）降低水的浊度，同时水中有机物、细菌以及病毒等也将随浊度的降低而被部分去除。（2）为滤后消毒创造良好的条件，细菌等失去杂质保护易被杀灭。2．废水处理在废水深度处理中，二级处理出水可经混凝沉淀后再进行过滤处理。过滤一般是作为活性炭吸附以及离子交换、电渗析、反渗透、超滤等工艺的前处理或回用的前处理。二、分类1．按滤速：慢滤池和快滤池2．按滤料层结构：单层、双层和多层滤料3．按水流流经滤层的方向：上向流、下向流等4．按阀门配置：四阀滤池（普通快滤池）、双阀滤池、无阀滤池、虹吸滤池、单阀滤池5．按滤池运行方式：间歇式和连续式6．按过滤驱动力：重力式和压力式三、快滤池的构造和工作过程1．构造（1）进水系统（2）过滤系统（3）集水系统（4）反洗系统2．工作过程（1）过滤（2）反冲洗快滤池的工作周期：从过滤开始到冲洗结束的一段时间，称为快滤池的工作周期。一般12～24小时。过滤周期（过滤循环）：从过滤开始到过滤结束。（二）过滤理论一、过滤机理1、颗粒迁移在孔隙中流动时，颗粒脱离水流流线而靠近滤料表面的过程叫颗粒迁移。产生原因：梯度而产生转动水动力作用：由于速度布朗运动：颗粒较小大惯性作用：颗粒惯性较大沉淀作用：颗粒沉速较大拦截作用：颗粒尺寸较2、颗粒粘附颗粒迁移到滤料表面后，被粘附在滤料颗粒表面或粘附在滤料表面上原先粘附的颗粒上的过程叫颗粒粘附。粘附的作用力：范德华力、静电力、化学亲和力及混凝颗粒的吸附架桥作用。粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。过滤效果主要取决于颗粒表面性质而无需增大颗粒尺寸。根据这一理论，发展出低浊度水不经沉淀的直接过滤方式。滤池微絮凝池后微絮凝过滤：原水加药进入滤池接触过滤：加药后直接二、滤料层截留杂质的规律过滤时，颗粒同时受到粘附力和水流剪力的作用，二者值的相对大小，决定颗粒粘附和脱落程度。杂质在滤层中分布是不均匀的，表层最多，上层其次，下层最少。截污量：单位体积滤层所截留的杂质量。滤层含污能力：在一个过滤周期内，整个滤层单位体积滤料中所截留的杂质量。三、提高过滤效率的途径上细下粗的滤层杂质分布严重不均匀，对过滤不利。为提高滤层含污能力，可采用双层、三层或均质滤料滤池。四、过滤水力学研究水头损失及滤速的变化。水头损失变化是杂质在滤层中积聚的结果，所以，水头损失的增加与杂质在滤层中的分布有关。1、清洁滤层水头损失（起始水头损失）h0220003000000000(1)1180()12hmhlgmdmddltmhvvmh层流－孔隙率；－滤速；－与滤料体积相同的球体直径；－颗粒球度系数，同体积球的表面积与滤料颗粒实际表面积的比值－水的运动粘度在、形状、级配、、（水温）已知时（），不变－－－变速过滤（等水头）（）不变，－－－等速过滤（变水头）2、等速过滤中水头损失变化V不变（进水流量Q不变）－等速过滤〖虹吸、无阀滤池〗。在等速状态下，h随时间t增长，滤池水位逐渐上升。当水位上升至最高水位时，过滤停止，等待反冲洗。过滤时总水头损失：时滤层水头损失值－在时间管渠水头损失－配水系统、承托层及－清洁滤层水头损失tHhHHhHHttt00等速过滤3、变速过滤中的滤速变化（近似）V随时间t减小－变速过滤〖移动罩冲洗滤池〗h不变，m减小－v减小在平均滤速相同情况下，减速过滤的滤后水质较好；在相同过滤周期内，过滤水头损失也较小。过滤初期，滤速较大，可使杂质深入下层滤料过滤后期，滤速较小，可防止杂质穿透滤层。－具有自然调节功能。变速过滤4、滤层中的负水头滤层截留大量杂质，使水头损失h增大，某一时间，出现某处hb（水头损失）Hb（水深）出现负水头。负水头使溶解于水中的气体释放出来，形成气囊，对过滤有破坏作用：（1）减少有效过滤面积，使过滤时h及v增加严重时会破坏滤后水质。（2）气囊会穿过滤层上升，可能把部分细滤料或轻质滤料带出，破坏滤层结构。避免负水头方法：（1）增加砂面以上水深（2）令出水位置高于滤层表面（三）滤料和承托层一、滤料1、选择滤料的要求（1）具有足够强度，以防冲洗时磨损破碎（2）化学稳定性好，不含有损健康杂质（3）具有一定的颗粒级配、孔隙率（4）货源充足，价格低廉常用：石英砂、无烟煤、石榴石、轻质滤料（聚苯乙烯塑料珠、陶粒等）。2、滤料粒径级配（1）级配：各种粒径的颗粒所占重量比例（2）表示方法：1）有效粒径d10和不均匀系数k80d10－通过滤料重量10％的筛孔孔径，反映小颗粒所占比例。是产生水头损失的主要部分。108080ddk意义：反映滤料颗粒的均匀程度，k80大（粗细相差大），对过滤和反冲洗不利。细颗粒冲出滤池满足粗颗粒膨胀要求，粗颗粒洗不净满足细颗粒膨胀要求，反洗时，，滤层含污能力减小过滤时，杂质积在表层2）用dmax、dmin、k80控制滤料粒径分布（规范）3、滤料筛分和级配曲线：可以确定筛除量（1）滤料的筛分取天然河砂砂样300g，洗净置于105度恒温箱中烘干，待冷却后称取100g，用一组筛子过筛，取得数据，绘制筛分曲线。筛孔（mm）留在筛上的沙量通过该筛号的砂量质量(g)%质量(g)%2.3620.10.199.999.91.6519.39.390.690.60.99121.721.768.968.90.58946.646.622.322.30.24620.620.61.71.70.2081.51.50.20.2筛底盘0.20.2－－合计100.0100.0筛分试验记录（2）筛分曲线筛孔孔径（mm）通过筛孔砂量（％）由筛分曲线上求得d10=0.4mm,d80=1.34,则K80=3.37,不均匀系数较大。设计要求d10=0.55,K80=2,则d80=1.1mm。按此要求对原砂进行筛分。在80和10之间等分7份，然后以此向外外延，即得0和100两点。0100d10=0.55d80=1.1dmax8010%0100dmin二、承托层1、一般由一定级配的卵石组成，敷设于滤料和反冲洗配水系统之间。2、作用：（1）支承滤料，防止滤料从配水系统中流失（2）均匀分布冲洗水3、选用：材料一般采用天然卵石或碎石。垫层材料亦应有足够的机械强度和化学稳定性，其最小粒径不应小于滤料的最大粒径，从上至下按粒度由小到大分层铺设，反铣时不能被水冲动而发生位移。（四）滤池冲洗一、概述1、目的去除截留在滤层中的杂质，使滤池恢复过滤能力。当出水水质不合格或水头损失达到设计最大值时开始冲洗。2、方法（1）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，水量大。（2）气、水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。（3）表面辅助冲洗加高速水流反冲洗表面冲洗管上有喷嘴或孔眼，利用射流使滤料颗粒表面的污泥击碎，更容易脱落，然后开动反冲洗水，与表面冲洗同时进行3～4min，停止表面冲洗，单独冲洗2～3min。二、反冲洗机理1、借助于上升水流的剪切作用，将污物去掉2、固体颗粒间的碰撞摩擦三、反冲洗指标1．反冲洗膨胀度e：取决于反冲洗强度、滤料直径、比重、水温等。%10000LLLe2、反冲洗强度q：单位面积滤层所通过的冲洗流量L/sm2，也可折算成反冲洗上升流速mm/s3、反冲洗历时t：指水流冲洗滤料的时间。t不足：难以充分剥离杂质，摩擦时间短，反冲洗水也来不及排除，水流冲下的污物将重返滤层，或覆盖于滤层表面形成泥毡，或深入滤层形成泥球。单层滤料5～7min双层滤料6～8min反冲洗强度越大，冲洗历时越短，也可视冲洗排水浊度在70～100mg/l以下，即可停止冲洗。（五）配水系统一、概述1、作用（1）使反冲洗水在整个滤池面积上均匀分布（2）过滤时，也能均匀收集滤后水2、重要性配水不均匀，水量小处，滤层膨胀不足，洗不净；水量大处，膨胀过度，使滤料流失，甚至使局部承托层移动，造成漏砂。二、配水系统的工作原理滤池反冲洗时的水流123412341123412CCACAAACSSSSSqqSSSSSSSSSS式中：、－分别为流线和流线的配水阻力系数；、、－分别为孔眼出流、垫层、滤层的阻力系数。1、大阻力配水系统2、小阻力配水系统（六）普通快滤池的设计(1)确定滤池总面积AA=Q/V式中Q-设计流量，m3/h；V-过滤速度，m/h，单层砂滤池采用8～12m/h，双层滤池采用12～16m/h。(2)确定滤池个数mA＜30m2时，m取2；A＝30～50m2时，m取3；A为100m2左右时，m取3～4；A为150或200m2左右时，m依次取5～6或6～8。单池以1：1的正方形或与之接近的池型为好。(3)确定池高总池高由配水系统、垫层、滤层、工作水深、保护高度组成。工作水深为1.2～1.8m、保护高为0.3m。池子总高为2.5～3m。(4)其它大阻力配水系统、垫层及滤层的计算见规范。（七）日常维护1、定期放空滤池进行全面检查；2、对表层滤料定期进行大强度表面冲洗或更换；3、各种闸、阀应经常维护，保证开启正常，喷头应经常检查是否堵塞；4、应时刻保持滤池池壁及排水槽清洁，并及时清除生长的藻类；