第五章过滤( Filtration) 第1节概述 慢滤池 ·滤速 慢: V=0.1-0.3m/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。 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。 、快滤池及其机理 条件:滤速大于10m/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,滤料孔隙率为80um,但进入滤池的颗粒尺寸大部分小于 30um,但仍能被去除 不光是简单的机械筛滤,还有接触粘附的作用。主要有两个过程:迁移和粘附 迁移是颗粒脱离流线接近滤料的过程,主要由以下作用力引起: 拦截 沉淀 惯性 扩散 水动力(非球形 水动力 颗粒在速度梯度作用 下发生转动) 图17-2颗粒迁移机理示意 对于这几种力 的大小,目前只能定性描述。 粘附:物理一化学作用力(范德华引力、静电力、以及一些特殊化学力) 但表层滤料的筛分作用也不能排除,特别是在过滤后期,当滤层中的孔隙尺寸逐渐减 少时。 应用 给水处理 原水一混凝沉淀/澄清一过滤原水一微絮凝一过滤(微絮凝过滤) 原水一加药一过滤(接触过滤) 废水处理 原水一生物处理一过滤 第2节快滤池 快滤池分类
36 第五章 过滤(Filtration) 第 1 节 概述 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。 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，滤料孔隙率为 80um，但进入滤池的颗粒尺寸大部分小于 30um，但仍能被去除。 不光是简单的机械筛滤，还有接触粘附的作用。主要有两个过程：迁移和粘附 迁移是颗粒脱离流线接近滤料的过程，主要由以下作用力引起： 拦截、 沉淀 惯性 扩散 水动力（非球形 颗粒在速度梯度作用 下发生转动） 对于这几种力 的大小，目前只能定性描述。 粘附：物理－化学作用力（范德华引力、静电力、以及一些特殊化学力） 但表层滤料的筛分作用也不能排除，特别是在过滤后期，当滤层中的孔隙尺寸逐渐减 少时。 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 第 2 节 快滤池 一、快滤池分类
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 组成:集水渠 洗砂排水渠 滤料层 承托层 配水系统 管廊:浑水进水管 清水出水管 初滤水 冲洗来水 冲洗排水 四大阀门(至少) 图171普通快滤池构造剖视图(箭头表示冲洗水流方向) 过滤过程:最大过滤水头损失1.5-2m 工作周期:过滤开始一冲洗结束=12-24h 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,水头损失的增加,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 水头损失与过滤时间的关系: 过滤时间t(h) 清洁水头损失H 过滤任意时的水头损失H=H0+h+△Ht h:配水系统、承托层及灌渠水头损失之和 ΔHt:滤层的水头损失增值 △Ht与时间的关系反映了滤层截留杂质与过滤时间的关系。可以直线关系来表示。 Hmax为最大过滤水头损失,一般为15-20m
37 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 组成：集水渠 洗砂排水渠 滤料层 承托层 配水系统 管廊：浑水进水管 清水出水管 初滤水 冲洗来水 冲洗排水 四大阀门（至少） 过滤过程：最大过滤水头损失 1.5－2m 工作周期：过滤开始－冲洗结束＝12－24h 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，水头损失的增加，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 水头损失与过滤时间的关系： 清洁水头损失 H0 过滤任意时的水头损失 H＝H0＋h ＋ΔHt h：配水系统、承托层及灌渠水头损失之和 ΔHt：滤层的水头损失增值 ΔHt 与时间的关系反映了滤层截留杂质与过滤时间的关系。可以直线关系来表示。 Hmax 为最大过滤水头损失，一般为 1.5 – 2.0 m
2.等水头等速过滤 通过设置出水流速调节器 普通快滤池 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,各池的水位和总水头损失相等,但滤速ⅴ不等,主要是因为截污 量不同。干净滤料滤速大。 每座滤池的滤速是阶梯性的下降,但在每一阶梯段还是等速过滤,滤池内的水位有一定 程度上升,待某一个滤池反冲洗重新投入运行时后,其它滤池的滤速下降一级,相应地滤池 组的水位也突然下降一些 滤池组整体的总平均出水量是保持不变的。 四、滤层内杂质分布规律 滤料表层孔隙率较小。杂质主要截留在滤料表层。下部滤层的截污能力还未得到充分发 挥,由于水头损失的提高,过滤就得停止,导致滤料层截污能力低。 滤层含污最(g/cm3) 单层滤料 双层滤料 五、提高滤池截污能力的途径 改进方 提高滤层含污能力,延长过滤周期。 1)上向流 当流速太大时,表面应加格网或格栅 缺点:反冲洗时膨胀受到限制 冲洗水流与过滤水流方向一致,冲洗效果不好,大量污 泥需通过整个滤层才能排出,往往使污泥排除不净。 2)双向流 苏联发明的。此种过滤方式效果虽好,但滤池构造复杂 38
38 2．等水头等速过滤 通过设置出水流速调节器， ――普通快滤池 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，各池的水位和总水头损失相等，但滤速 v 不等，主要是因为截污 量不同。干净滤料滤速大。 每座滤池的滤速是阶梯性的下降，但在每一阶梯段还是等速过滤，滤池内的水位有一定 程度上升，待某一个滤池反冲洗重新投入运行时后，其它滤池的滤速下降一级，相应地滤池 组的水位也突然下降一些。 滤池组整体的总平均出水量是保持不变的。 四、滤层内杂质分布规律 滤料表层孔隙率较小。杂质主要截留在滤料表层。下部滤层的截污能力还未得到充分发 挥，由于水头损失的提高，过滤就得停止，导致滤料层截污能力低。 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 当流速太大时，表面应加格网或格栅。 缺点：反冲洗时膨胀受到限制 冲洗水流与过滤水流方向一致，冲洗效果不好，大量污 泥需通过整个滤层才能排出，往往使污泥排除不净。 2）双向流 苏联发明的。此种过滤方式效果虽好，但滤池构造复杂
3)双层或多层滤料 无烟煤 无烟煤 石英砂 石英砂 重质矿石 第3节滤料与承托层 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 粒径:假想球面直径 级配曲线:各种粒径的颗粒所占重量比例的累积曲线。 2 0.550.60.81.01.11.21,y41.41.61.82.02.22 筛孔孔径(mm 图1711滤料筛分曲线 ·有效粒径和不均匀系数 d0和do:分别通过滤料重量10%和80%的筛孔孔径 不均匀系数Ks0=dsd1o d0反映了产生水头损失的主要部分。 Ks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 dmined1o, dmaxedso 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
39 3）双层或多层滤料 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 粒径：假想球面直径 级配曲线：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 无烟煤 石英砂 无烟煤 石英砂 重质矿石
可以按要求设计d10和dgo 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 (大) (大)(高) (差) 类别 滤料组成 滤速(mh)强制滤速 粒径(mm)不均匀系数厚度(mm) (m/h) 单层石英砂dmax=1.2<20 700 8-10 滤料 dmin=0.5 双层滤料 无烟煤 2.0 300-400 10-14 418 dmax=l 8 dmin=o8 石英砂 dmax=1.2 三层滤料 无烟煤 1.7 450 dmax=1.6 dmin=0. 8 石英砂 1.5 230 dmin=0.5 重质矿石 <1.7 dmin=0.25 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 配水系统的不均匀性 配水系统的目的:均匀分布反冲洗水 均匀收集过滤水 配水不均匀会造成:1)部分区域水量小,冲洗不净 2)部分区域水量大,冲动垫层 配水不均匀原因
40 可以按要求设计 d10 和 d80 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 （大） （大）（高） （差） 类 别 滤料组成 粒径(mm) 不均匀系数 K80 厚度(mm) 滤速(m/h) 强制滤速 (m/h) 单层石英砂 滤料 dmax＝1.2 dmin＝0.5 <2.0 700 8-10 10-14 双层滤料 无烟煤 dmax＝1.8 dmin＝0.8 石英砂 dmax＝1.2 dmin＝0.5 <2.0 <2.0 300-400 400 10-14 14-18 三层滤料 无烟煤 dmax＝1.6 dmin＝0.8 石英砂 dmax＝0.8 dmin＝0.5 重质矿石 dmax＝0.5 dmin＝0.25 <1. 7 <1. 5 <1.7 450 230 70 18-20 20-25 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 一、配水系统的不均匀性 配水系统的目的：均匀分布反冲洗水 均匀收集过滤水 配水不均匀会造成：1）部分区域水量小，冲洗不净 2）部分区域水量大，冲动垫层 配水不均匀原因：