由表3-7可见,随着水中颗粒直径的减小,沉降速度明显降 低,沉降时间则明显增大。 澄清过程既是给水处理或废水处理中的预处理过程,也通常 是继3.1节讨论的混凝过程之后,在3.3节将介绍的过滤技术之 前的一个中间过程,澄清在过滤前,可以为过滤过程创造一个快速 过滤的有利条件 对潑清技术,我们可作如下的分析和讨论,-个典型的澄清槽 或澄清池示意图3-7所示。 L ∷:;污泥带小 图3-7澄清槽示意图 如图37,澄清所需时间和沉降速度之间的关系可如式3-1 所示 T=h/v=A·h/Q 或 V=h/T=h/(A./Q)=Q/A (3-1) 式中T—澄清所需时间; h—澄清池高度 V—沉降速度; A—澄清池表面积; Q—进水流量。 由式3-1可知,沉降速度快,则澄清时间短;反之,沉降速度 慢,则澄清时间长。而水中颗粒或絮体的沉降速度与前述所选用 的混凝剂的种类也有关,如选择铝盐作混凝剂时,因生成的矾花较 轻,故沉降速度低;而如选择其他类型混凝剂如铁盐或石灰等,则 28
颗粒的沉降速度就相对高。此外,在设计澄清池时,为保证澄清效 果,在澄清池中除去最小颗粒的沉降速度和水平流速两者之比, 般不大于20:1~40:1,如果两者之比大于这一比例,则颗粒往往来 不及及时沉降而影响澄清效果。 根据物理学中斯托克斯定律 V=64.4(6-p)D2 (3-2) 式中V沉降速度; 6—颗粒比重; 流体比重 流体粘度 D—颗粒直径 由此可见,颗粒直径D越大,则沉降速度越高,而且两者呈平 方关系。颗粒比重6越大或颗粒与流体两者的比重差越大,则沉 降速度也越大。此外流体的粘度P越小则沉降速度越大,因两者 呈反比关系。由此可联想到在澄清前投加混凝剂后,一方面可使 水中颗粒凝聚成较大的颗粒,使颗粒直径D增大,另一方面加入 高分子絮凝剂后,常可使水的粘度变小,因而使沉降速度增大。 由此可见,澄清的效果与许多因素有关。在此我们再强调两 个方面。 第一,停留时间:停留时间是指单位体积水流经澄清池所需的 时间。停留时间取决于澄清池的目的和处理的对象。如主要是去 除水中的粗砂、粘土等大颗粒的杂质,则停留时间可短一些。但如 果主要是去除水中浊度等小颗粒的杂质,则停留时间宜长一些 例如,对于前者去除粗砂、粘土,如停留时间为几个小时,则对于后 者即去除小颗粒时的停留时间可以是几天,对于后续工序将进行 过滤的水,则停留时间一般为2~4小时。 第二,污泥的排放和利用:无论是在给水处理或废水处理中, 通过混凝沉降处理都会产生一定量的污泥。因此污泥的合理排放
和利用也是水处理工厂必须考虑和解决的一个突出问题。例如, 对澄清槽或澄清池的设计中为了便于污泥的排出,一般均设计成 锥形底或尖底。又如,通常需考虑污泥的脱水问题,经过板框压滤 或离心分离等措施进一步降低污泥中的含水量。此外,污泥的综 合利用也是必须考虑的问题。 3.3过滤技术 3.3.1概述 过滤技术是利用一些多孔介质,即滤料从水中分离不溶解固 体的过程。这些过滤介质可以允许水通过而对固体颗粒起到筛 分、截留的作用。 使水通过过滤介质常需要有一定的压力,这种压力可以分别 由重度、真空或流体压力来提供,使用压力的大小则取决于过滤的 面积、过滤的时间和反冲洗的流量等因素。 根据上述原理,作为完成过滤技术的设备一过滤器可分为 恒压过滤和恒速过滤两种。恒压过滤是指在过滤过程中压力保持 恒定,随着过滤过程的进行,滤出水的流量将逐渐减小,当达到特 定的最小流量时,就需要进行反冲洗。而恒速过滤则指在过滤过 程中滤出水的流量维持恒定,随着过滤过程的进行就需要不断增 加压力,当达到特定压力时,滤器需进行反冲洗。 3.32过滤技术的分析 我们以恒压过滤为例,通过过滤器的流量方程式如式3-3所 t/V=(P·are·V)/(2·△P·A2)+(g·rs·Ls)/(△P·A)(3-3) 式中t——过滤时间;
V过滤液体积; p—过滤液粘度 a——每单位滤液体积的滤饼体积; re—滤饼的阻力; rs—滤膜的阻力; A—过滤面积 △P——总压力降; L—滤膜的厚度。 式3-3适用于当滤饼已建立后的稳态过滤。 由于r<r 而re=K·(△P) 这里的c是压缩系数,K是常数。即r随着过滤压力△P的 改变而改变。 学者霍德逊提出了应用于常用砂滤的方程式。即在砂滤器 中,压头损失在正常流量时为: h=K·Q·D (3-4) 式中Q—一单位时间单位面积过滤水的体积 —过滤器的深度 333过滤介质 过滤介质又称滤料,可以有很多种类型,如砂粒、布、无烟煤 金属丝网、多孔板微孔塑料微孔陶瓷,但作为好的滤料应符合 些基本要求:①有足够的机械强度;②有良好的化学稳定性;③ 外形接近球形,表面粗糙,吸附表面大;④可就地取材,价格低廉; ⑤元毒性,对人体和环境不会造成不良影响等 现以水处理中常用的砂滤为例,典型砂粒性能如表3-8所 示
表3-8砂粒大小{mm 细砂 中砂 粗砂 最小 最大 最小 最大 最小 最大 0.26 0.3 0.45 0.35 0.45 0.45 0.55 0.55 0.65 0.53 0.75 0.91 0.83 0.93 .50 当要求去除水中不同的杂质颗粒时,则可参照表3-9选用不 同的过滤材料。 表3-9各类过滤材料去除杂质颗粒的大小对比 过滤材料 去除最小粒度 天然及纤维编织布 100+1Opum 金属丝编织网 100~5pm 纤维纸 30~3rm 泡沫塑料 10~1gm 玻璃纤维纸 8-0.03m 素烧陶瓷 100pm 硅藻土覆盖膜 10~0.3m 超滤徽滤膜 5gm 2rm 混凝后砂滤 1Oum -lnm 以上我们介绍和讨论的过滤材料偏重于机械过滤即物理作用 的滤料,事实上近年来还发展了一些新的过滤材料,如活性碳、 KDF合金及各种类型的膜过滤材料。从广义而言,这些也都是过 滤材料,但因这些过滤材料的作用机理往往并不局限于机械过滤 和物理作用,还包括其他的化学或物理化学作用,因此对这些水处 理材料,我们将在以后有关章节再作介绍和讨论,在这里就不再一 32