水质工程(给水处) 弟十七章过滤 第5章过滤 一,教学目的及要求 掌握过滤机理、过滤水力学、滤料和承托层、滤池冲洗、熟悉几种常见的滤池形式及工作过程和 特点。 二.教学内容及学时分配(8学时) 5.1慢滤池和快滤池 在水处理过程中,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。滤池通常置于沉淀池或澄清池之后,进水浊度一般 小于15度,滤出水浊度必须达到生活饮用水水质标准。当原水浊度较低(小于100 度),日水质较好时,也可采用原水直接过滤。 过滤的功效: 1)不仅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浊度的 降低而被除去。 2)残留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护或依附时,在滤后消毒 过程中也将容易被杀灭,为滤后消毒创造了良好条件。作为生活饮用水,过滤是 不可缺少的,它是保证饮用水卫生安全的重要指施。 慢滤池:很少使用 滤池形式 「双层 为适应滤层中杂质截留规律以发 普通快滤池了多层广滤料滤池:挥滤料层截留杂质能力发挥而得 U均质滤料 一V型滤池 (减少滤池阀门 虹吸滤池,无阀滤池、移动冲洗罩滤池:过滤原理一样,基本工作过程 也相同,即过滤和冲洗交错进行。 从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池工作周期,从过滤开始至过滤结 束称为过滤周期。 快滤池的产水量决定于滤速(以mh计)。滤速相当于滤池负荷,滤池负荷以 单位时间、单位过滤血积上的过滤水量计,单位为m/h·m。 第1贞共40贞
水质工程1给水处理)弟十七章过滤 5.2颗粒滤料 一、滤料 对滤料的要求为 1、具有足够的机械强度,以防冲洗时滤料产生严重磨损和破碎现象: 2、具有足够的化学稳定性,以免滤料与水产生化学反应而恶化水质: 3、具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率: 4、滤料应就地取材,货源充足、价廉。 (一)滤料级配 滤料级配是指滤料中各种粒径的颗粒所占的重量比例。具有适当的滤料级配, 才能取得良好的过滤效果。通常用一套不同孔径的筛子对滤料进行筛分以选取滤 料,生产上采用的简单方法是用孔径分别为1.2mm和0.5mm两种规格的筛子过筛 所得滤料粒径便在0.5~1.2mm范围内,但不能反映滤料颗粒的均匀程度。因此, 通常以有效粒径d和不均匀系数ks作为滤料级配指标。d表示通过滤料重量10% 的筛孔孔径,它反映滤料中细颗粒的尺寸;kso=dso/d1o,其中dso指通过滤料重量 80%的筛孔孔径,它反映粗颗粒的尺寸。ks愈大,滤料的粒径愈不均匀。这对过 滤和冲洗都很不到。因为过滤时滤层含污能力减少:反冲洗时为满足粗颗粒膨胀 要求,细颗粒可能被冲出滤池:若反为满足细颗粒膨胀要求,粗颗粒将得不到很 好的清洗。 (二)滤料孔隙率的测定 取一定量的滤料,在105℃下烘干称量,并用比重瓶测出密度,然后放入过滤 简中,用清水过滤一段时间后,按下式求出滤料空隙率m: m=1-G 式中:G一滤料重量,g P一滤料层体积,cm: p一滤料重度,g/cm3 滤料层孔隙率与滤料颗粒形状、均匀程度以及压实程度有关。均匀粒径和不规 则形状的滤料,孔隙率大。石英砂一般在0.42左右。 (三)滤料形状 滤料形状影响滤层水头损失和滤层孔隙率。滤料形状用球形度系数中来反映 中=同体积求体表面积/颗粒实际表面积 第2贞共40
水质工程〔给水处理)弟十七章过滤 天然砂滤料的球度系数一般宜采用0.75~0.80 (四)双层及多层滤料级配 在选择双层滤料级配时,应讨论两个问题:1)如何预示不同种类滤料的相互 混杂程度:2)滤料混杂对过滤有何影响 1、不同种类滤料的混杂程度 以双层(煤、砂)滤料为例。上层为粒径大、重度小的煤,下层为粒径小、重 度大的石英砂,煤、砂经反洗后分层是否正常主要决定于煤、砂的密度差、粒径 差及煤和砂的粒径级配、滤料形状、水温及反冲洗强度等因素。 目前根据相邻两滤层之间粒径之比和密度之比的经验数据来确定双层滤料级 配。在煤、砂交界面上粒径之比为1.8/0.5=3.6,而在水中的密度之比为(2.65-1) 1(1.6-1)=2.8。这样的粒径级配,在反冲洗强度为13~16L/s·m时,不会产生严 重混杂现象。需要的强度是,根据经验公式确定的粒径和重度之比,并不能在任 何水温或反冲洗强度下都能保持分层正常。反洗操作中必须十分小心。 三层滤料是否混杂,可参照上述原则。 2、滤料混杂对过滤的影响 有两种观点:1)煤一砂交界面上适度混杂,可避免交界面上积聚过多杂质而 使水头损失增加比较快,故适度混杂是有益的:2)煤一砂交界面上不应有混杂现 象,因为煤层起大量截留杂质作用,砂层起精滤作用,而界面分层清晰,起始水 头损失将减小。生产经验表明,煤一砂交界面混杂厚度在5cm以内,对过滤有益 无害。 对多层滤料的混杂也同样存在着不同看法。 二、承托层 1、作用:1)防止滤料从配水系统中流失,2)对均布冲洗水也有一定作用。 2、单层或双层滤料滤池采用大阻力配水系统时,承托层采用天然卵石或砾石。 3、三层滤料滤池,由于下层滤料粒径小而比重大,承托层必须与之适应,即 上层应采用重质砂石,以免反冲洗时承托层移动。 4、如果采用小阻力配水系统,承托层可以不设,或者适当铺设一些砾石,视 配水系统具体情况而定。 5.3快滤池的运行 单层砂滤池的严重缺点是截留在滤层中的杂质分布不均匀,表层最多,越向 第3贞共40贞
水质工程(给水处理)弟十七章过滤 下越少,以致表面水头损失增加很快,过滤周期明显缩短。其原因为滤料粒径分 布按水流方向逐渐增大所致。由此出现“反粒度”过滤,即过滤水流先经过粗粒 滤料,再依次流过粒度更小的滤料,则1)滤层杂质分布将趋于均匀:2)滤层含 污能力提高。滤层含污能力是指过滤周期结束后时,整个滤层单位体积滤料中所 截留的杂质量,以kg/m3计或g/cm3计:3)滤层中水头损失的增加将会减缓;4) 过滤周期将可延长。含污能力大,表明整个滤层所发挥的作用大。基于“反粒度 过滤概念,出现以下几种过滤方式: 1、双层及多层滤料滤池 双层及多层滤料,其滤池构造和过滤方式与普通单层滤池无多大差别,只是滤 料组成改变 (1)双层滤料组成:上层采用比重小,粒径大的轻质滤料,如无烟煤:下层 采用比重大,粒径小的重质滤料,如石英砂:由于两种滤料的比重差,在一定的 反冲洗强度下,轻质滤料仍在上层,重质滤料仍在下层,构成双层滤料滤池。虽 然每层滤料粒径仍由上而下递增,但就整个滤层而言上层滤料平均粒径大于下层 平均粒径。 实我证明,双层滤料含污能力较单层滤料约高一倍以上,在相同滤速下,过滤 周期延长:在相同过滤周期下,滤速可提高,单层与双层滤料含污能力对比示意 图见P318图17-4所示,由图可知,双层滤料截污曲线与坐标轴所包围的面积大于 单层滤料相应的面积,表明在滤层厚度相同的条件下,前者含污能力大于后者。 (2)多层滤料组成:多层滤料一般指三层滤料。上层为大粒径、小比重的轻 质滤料,如无烟煤:中层为中等粒径,中等比重的滤料,如石英砂:下层为小粒 径、大比重的重质滤料,如石榴石或磁铁砂。各层滤料平均粒径由上而下递减。 三层滤料不仅含污能力大,且下层重质滤料对保证滤后出水有很大作用,故滤速 比双层滤料还可靠些。 (3)均质滤料:指沿整个滤层深度方向的任意横断面上,滤料组成和平均粒 径均匀一致。要做到这一点,必要条件是反冲洗时滤料层不能膨胀。可采用气、 水反冲洗工艺。其含污能力也大于上细下粗的级配滤层。 (五)直接过滤 原水不经沉淀而直接进入滤池称为“直接过滤”,它充分体现了滤层特别是深 层滤料中的接触凝聚或絮凝的作用。 第4贞共40页
水质工程给水处拥)弟十七章过滤 加药 接触过滤: 立→过滤 直接过滤有两种方式 ,加药 做絮凝过滤:→微絮凝→过滤 两种过滤方式,其机理基本相同,即通过脱落颗粒或微絮粒与滤料的充分碰撞 接触和粘附,被滤层截留下来。滤料也是接触凝聚介质,不过前者不宜控制微絮 粒尺寸,后者可以加以控制。 微絮凝池与絮凝池的区别: 微絮凝池:要求形成的絮凝体尺寸较小,便于深入滤层深处以提高滤层含污能 力:絮凝时间较短,一般在几分钟之内 絮凝池:要求絮凝体尺寸愈大愈好,以便在沉淀池内下沉。 采用直接过滤工艺需注意以下几点: (1)、原水深度和色度较低且水质变化较小: (2)、通常采用双层、三层或均质资料: (3)、原水进入滤池前,应为微絮凝体。有时需投加高分子助凝剂。 (4)、滤速应根据原水水质决定。滤速应低,一般在5m/h左右。 直接过滤可用于处理湖泊、水库水等低浊度水,也适用于处理低温低浊水 5.4过滤理论 一、过滤机理 以单层砂滤池为例。其滤料粒径为0.5~1.2mm,厚度为70cm,经反冲洗水力 筛分后滤料粒径自上而下由细到粗依次排列。滤池孔隙尺寸也因此由上而下逐渐 增大。表层0.5mm细滤料,其空隙尺寸为80um,而进入滤池的杂质颗粒尺寸大部 分小于30um,仍被滤层截留下来,而且在滤层深处(空隙大于80um)也会被截 留,说明过滤显然不是机械筛滤作用的结果,过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之 间粘附作用的结果。 水流中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表血上,涉及两个问题: 第一、被水流携带的颗粒如何与滤料表面接近或接触,这就涉及颗粒脱离水 流流线而向滤料表面靠近的迂移机理, 第二、当颗粒与滤料表面接触或接近时,依靠哪些力的作用使它们粘附于滤 粒表面上,这就涉及粘附机理。 第5贞共40贞