第五章过滤 (Filtration)

第五章过滤 (Filtration)

第1节概述 • 什么是过滤？ • 过滤介质 • 固液分离手段 • 日常生活中常用砂来净水。

滤膜一、慢滤池 • 滤速慢v＝0.1-0.3 m/h • 表面生长一层滤膜（1－2个星期后） • 效果：浊度可降到0，可不消毒。什么过滤现象？

机理： • 微生物吞食细菌 • 微生物分泌出起凝聚作用的酶 • 藻类产生氧气，起氧化作用。 • 但生产效率低，1－3月后堵塞，需刮掉滤膜，重新补砂。

二、快滤池及其机理 • 条件：滤速大于10 m/h • 必须先投加混凝剂 • 作用：去除浊度，浊度<5度，同时可去除一部分细菌、病毒 • 机理：表层细砂层粒径为0.5mm，孔隙尺寸为80um，但进入滤池的颗粒大部分小于30um，但仍能被去除。 • 不光是机械筛滤，还有接触粘附的作用。 • ——深层过滤

涉及两个过程：迁移和粘附 范德华引力、静电力、特殊化学吸附力

应用： • 给水处理 • 原水混凝沉淀/澄清过滤 • 原水微絮凝过滤（微絮凝过滤） • 原水加药过滤（接触过滤） • 废水处理 • 原水生物处理过滤 • 原水生物处理混凝沉淀过滤

第2节快滤池 • 一、快滤池的分类 • 普通快滤池 • 虹吸滤池 • 重力滤池 • 压力滤池 • 移动罩冲洗滤池

二、普通快滤池的构造 • 集水渠 • 洗砂排水渠 • 滤料层 • 承托层 • 配水系统 • 管廊：

过滤反冲洗

三、过滤方式 1．变水头等速过滤随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失增加，滤池内水位自动上升，自由进流，以保持过滤速度不变。 -------虹吸滤池无阀滤池

过滤周期 与滤速有关滤池总过滤水头损失Ht＝H0＋h＋△Ht H0：清洁滤层水头损失 h：配水系统、承托层及管路水头损失 △Ht：在时间t时的水头损失增殖

最大过滤水头损失：1.5－2m • 反冲洗：冲洗约5分钟 • 工作周期： • 过滤开始－冲洗结束＝12－24h

2．等水头等速过滤 • 通过设置出水流速调节器 普通快滤池恒定水位滤速调节器

3．等水头变速过滤 • 如果过滤水头始终保持不变，滤速必然要降低。 • －－移动罩滤池 • 多格滤池进水渠连通，各池水位相等，但由于各池截污量不同，滤速v不等。干净滤料滤速大。 • 整个系统平均滤速不变。 • 每个滤池滤速逐渐降低。 • 分隔数很多时，可以近似达到“等水头变速过滤”

一座滤池冲洗完毕 4座滤池进水渠相通，在任何时间水位基本上相等。如果一组滤池的滤池数很多，阶梯式下降折线将变为近似连续下降曲线。

等速与变速过滤的差别？ 在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速度并不太大，可将一些悬浮杂质带入下层滤料。而当截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止悬浮物穿透滤层。

四、滤料内杂质分布规律 • 反洗后由于水力筛分，粒径顺过滤方向由小变大。 • 滤料表层孔隙率较小。 • 杂质主要截留在滤料表层。 • 下部滤层截污能力未得到充分发挥。

五、提高滤池截污能力的途径 改进方向：提高滤层含污能力，延长过滤周期。 1) 上向流

2）双向流

石榴石 三层 3）双层或多层滤池密度较小、粒径较大(无烟煤) 密度较大、粒径较小(石英砂) 双层

4）均质滤料

第3节滤料与承托层 • 一、滤料 • 1．种类 • 石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石 • 聚苯乙烯发泡塑料 • 纤维球滤料

2．粒状滤料的粒径与级配 各种粒径的颗粒所占重量比例的累积曲线。

有效粒径和不均匀系数 • d10和d80：分别通过滤料重量10％和80％的筛孔孔径 • 不均匀系数K80＝d80/d10 • d10反映了产生水头损失的主要部分。 • K80愈大，颗粒愈不均匀，孔隙率下降，含污能力降低，反冲洗强度不好确定。

最大与最小粒径：dmax, dmin 工程上为方便，一般dmind10, dmaxd80 我国规范中，采用dmax, dmin, K80来控制滤料粒径分布。 • 滤料筛选方法：按要求设计d10和d80筛选。

3．滤料层规格 材质、粒径和厚度粒径：小，比表面积大，有利于矾花的吸附但易堵塞厚度：矾花穿透深度＋保护厚度穿透深度与粒径、滤速及水的混凝效果有关滤速：单层：1-10m/h 双层：10-14m/h 三层：18-20m/h

二、承托层 作用：阻挡滤料进入配水系统均匀配水（反冲洗时）主要配合大阻力配水系统而使用。

第4节配水系统与反冲洗 • 配水系统的目的： • 均匀分布反冲洗水 • 均匀收集过滤水 • 配水不均匀导致： • 1）部分区域水量小，冲洗不净 • 2）部分区域水量大，冲动垫层

Hx 冲洗水头一、配水系统的不均匀性 b a

a点的冲洗水头Hx： Hx＝S1a(qaa)2+S2(aqa)2 +S3(aqa)2 + S4(aqa)2＋流速水头 S1：配水系统的阻力系数 S2：孔眼出水的阻力系数 S3：承托层的阻力系数 S4：滤料层的阻力系数 qa：冲洗强度 (L/(s m2))

同样对于b点而言： Hx＝S1b(bqb)2+S2(bqb)2 +S3(bqb)2 + S4(bqb)2＋流速水头 • q最小/q最大0.95-------达到均匀 • 两种途径：1）增大孔眼出水水力阻抗 • 2）降低配水系统水力阻抗

二、配水系统类型 1．大阻力配水系统使孔眼水力阻力S2>>其它水力阻力 增加孔眼流速（5－6m/s） 配水孔眼面积为滤池面积的1/500 开孔比小＝0.2－0.25%

一般为穿孔管大阻力配水系统。 特点：工作可靠、采用最广、冲洗干净但冲洗水头要求高，需冲洗水箱或水泵

中阻力配水（开孔比：0.6-0.8%） 2．小阻力配水系统减少配水系统阻抗S1 降低配水系统流速 增大配水空间 使孔眼处的压力接近 相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5% 指孔口阻力较小特点：配水系统结构简单，冲洗水头小（2m左右）适应于面积小的滤池

钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。

穿孔滤砖：开孔比，上层1.07％，下层0.7%

滤池穿孔滤砖

复合气水反冲洗配水滤砖

滤头

三、反冲洗 • 恢复过滤能力 • 1．反冲洗方式 • 高速水流反冲洗 • 气、水反冲洗 • 气冲强度：10－20 L/m2 s • 水冲强度：3－4L/m2 s • 表面辅冲加高速水流反冲洗

2．反冲洗影响因素 • 冲洗强度：L/(s m2) • 滤层膨胀度：e • 冲洗强度大e大  剪切力增大 但摩擦减少 • 因此应有一个要求。

冲洗强度膨胀度冲洗时间 L/(s m2) (%) (min) 石英砂滤料 12-15 45 7-5 双层滤料 13-16 50 8-6 三层滤料 16-17 55 7-5

3．冲洗水排出与供给 1) 冲洗排水槽与集水槽

槽总面积占滤池面积25％以内

2）冲洗水塔与水泵

第5节其它过滤设备 • 一、虹吸滤池 • 1960年初美国Green Leaf 圆形六格 • 1964年北京市政院第1座 • 北京印染厂圆形七格 • 1977年北京市政院标准图

第五章过滤 (Filtration)