水質(zhì)工程學(xué)第五章過濾4

1、過濾4.3.1 過濾的凈化原理 4.3.2 濾料與承托層 4.3.3 濾池的反沖洗 4.3.4 快濾池的設(shè)計(jì) 4.3.5 其它形式的濾池 過濾的凈化原理一、概述 二、快濾池的構(gòu)造與工作過程 三、過濾的凈化機(jī)理 四、濾層截留雜質(zhì)的規(guī)律 五、過濾過程中濾層阻力的變化 六、提高過濾效率的途徑 概述1、定義 2、作用 3、設(shè)置位置 4、濾池的類型及主要特點(diǎn) 定義 水處理中的過濾是用具有孔洞的粒狀濾料層截留水中雜質(zhì)，使水澄清的工藝過程 作用 降低水的濁度，去除懸浮和脫穩(wěn)的膠體顆粒物(包括菌、病毒，有機(jī)物等) 設(shè)置位置給水處理中，設(shè)在沉淀(澄清)之后，進(jìn)一步降低濁度(20 5，達(dá)到飲用水對(duì)濁度的要求)直接

2、過濾:低濁度水(投藥混合之后，對(duì)顆粒尺度要求不高)地下水除鐵、錳(曝氣氧化，產(chǎn)生鐵、錳的沉淀物之后)污水二級(jí)處理之后:去除懸浮、膠體物質(zhì) 濾池的類型及主要特點(diǎn)慢砂濾池(slow sand filter) 濾 料 尺 寸 0 . 1 5 0 . 3 5 m m 濾 速0.030.1 mm/s工作周期幾周至數(shù)月凈化機(jī)理機(jī)械隔濾(濾膜、孔隙小) 濾膜中的生化作用清洗方式刮除表層濾料特點(diǎn)出水水質(zhì)好，生產(chǎn)效率低，僅在表層幾厘米濾層中納污。 濾池的類型及主要特點(diǎn)快(砂)濾池(rapid (sand) filter)濾料尺度0.52.0mm濾速1.53.0mm/s工作周期十幾小時(shí)至幾天 清洗方式 反沖洗 凈

3、化機(jī)理 機(jī)械隔濾、沉淀作用、接觸凝聚（主要）快濾池的構(gòu)造及工作過程1、構(gòu)造：常為鋼筋混凝土池子，包括進(jìn)、出水渠、洗砂排水槽、濾料層、承托層、配水系統(tǒng)等幾個(gè)部分；管廊內(nèi)主要是渾水進(jìn)水、清水出水、初濾水、沖洗來水、沖洗排水等幾種管道及相應(yīng)的控制閥門2、工作過程：包括過濾與反沖洗兩個(gè)過程 （見圖） 過濾的凈化原理兩個(gè)過程:懸浮顆粒向?yàn)V料表面遷移篩濾和機(jī)械截留布朗運(yùn)動(dòng)重力沉降慣性碰撞流動(dòng)接觸懸浮固體在濾料表面的附著機(jī)械附著凝聚作用化學(xué)作用主要機(jī)理:接觸凝聚濾層截留雜質(zhì)的規(guī)律1、雜質(zhì)截留過程 2、雜質(zhì)在濾層中的分布 3、影響濾層中雜質(zhì)分布的主要因素雜質(zhì)截留過程接觸凝聚附著與絮凝體的表面特性、吸附強(qiáng)度有關(guān)

4、。過濾開始時(shí)，由于孔隙大、流速小，雜質(zhì)主要集中在表層 水力沖刷脫落由于流速作用。隨著雜質(zhì)積累、阻塞孔隙，流速增大，使部分顆粒被沖刷、脫落，雜質(zhì)向下推移，下層濾層的作用逐漸發(fā)揮。由于表層顆粒細(xì)(水力篩分的結(jié)果)，比表面積大，截留雜質(zhì)多，所以整個(gè)濾層的截留作用尚未完全發(fā)揮，過濾過程就將結(jié)束。 雜質(zhì)在濾層中的分布 濾料粒徑下大上小，孔隙也下大上小，造成表層濾料截留雜質(zhì)多。由于表層濾料篩濾的結(jié)果，堵塞嚴(yán)重，有時(shí)形成濾膜，使過濾阻力劇增(圖4-3-2)。 當(dāng)受力不均時(shí)，造成裂縫，局部阻力突然減小，雜質(zhì)穿透(圖4-3-2)，水質(zhì)惡化。 雜質(zhì)在濾層中的分布（見圖4-3-3） 影響濾層雜質(zhì)分布的主要因素 濾速

5、 濾料粒徑與級(jí)配 濾料層的組成 “水力篩分現(xiàn)象”：濾料層經(jīng)過高速水流反沖洗后，出現(xiàn)濾料上細(xì)下粗的分層現(xiàn)象稱為水力篩分。 過濾過程中濾層阻力的變化1、等速過濾中阻力的變化 2、變速過濾中濾速的變化 等速過濾中阻力的變化1）等速過濾：過濾過程中，過濾的流量或?yàn)V速始終保持不變。 無閥濾池與虹吸濾池屬于等速過濾。 2）清潔濾層的水頭損失：過濾開始階段的水頭損失，可用柏耐克-柯士南公式計(jì)算： 23206)1 (5dvlmmgh（4-42）等速過濾中阻力的變化3）過濾過程中水頭損失的增加試驗(yàn)證明：a. 水頭損失與過濾時(shí)間成正比（見圖） b. 濾速v1v2時(shí)，ho1ho2，tg1 tg2，T1T2。說明水頭

6、損失h與濾速直接相關(guān)。4）濾層中水頭損失的分布（見圖） 變速過濾中濾速的變化1）變速過濾：隨過濾時(shí)間的增加，濾速逐漸減小的過濾稱為變速過濾。變速過濾中過濾水頭基本保持不變，普通快濾池屬于此類型。2）濾速變化：見圖 提高過濾效率的途徑1、反粒度過濾2、上向流過濾 3、采用雙層或多層濾料濾料與承托層一、濾料 二、承托層 濾料1、濾料的選擇 2、級(jí)配與粒徑 3、濾料層規(guī)格 濾料的選擇具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度具有化學(xué)穩(wěn)定性具有一定的吸附面積具有一定的級(jí)配和孔隙率 能就地取材、價(jià)格便宜 級(jí)配與粒徑1）粒徑：假想的包圍濾料顆粒的球體直徑。2）級(jí)配：不同粒徑濾料所占的比例，常通過篩分實(shí)驗(yàn)來確定濾料的級(jí)配。3）級(jí)配

7、表示方法有效直徑d10：通過濾料重量10%的篩孔孔徑 不均勻系數(shù)K80： 108080ddK（4-43）級(jí)配與粒徑4）孔隙率m： VGm1（4-44）式中：G濾料干重（g） V濾料層體積（cm3） 濾料比重（g/cm3） 濾料層規(guī)格濾料層厚度：一般6070cm濾料級(jí)配：通常K802 孔隙率：一般石英砂濾料的孔隙率在0.42左右 承托層1、作用支撐濾料防止濾料流失均勻布水2、組成通常采用天然卵石，厚度約40cm濾池的反沖洗一、反沖洗 二、配水系統(tǒng) 三、沖洗廢水的排除 四、沖洗水的供給 反沖洗1、沖洗目的： 恢復(fù)濾池的工作能力2、沖洗方法 1）反沖洗：水流自下而上沖洗，與過濾方向相反 2）反沖洗+

8、表面沖洗 3）反沖洗+空氣助沖 3、影響濾池沖洗效果的因素 反沖洗1）沖洗強(qiáng)度q：?jiǎn)挝幻娣e濾層上通過的反沖洗水量（l/s.m2） 2）濾層膨脹率e：濾層經(jīng)反沖洗膨脹后所增加的厚度與膨脹前厚度之比，可用下式表示： %10000LLLe（4-45）3）沖洗歷時(shí) 配水系統(tǒng)1、作用反沖洗時(shí)均勻布水過濾時(shí)均勻集水2、配水與反沖洗的關(guān)系 若配水不均勻會(huì)降低反沖洗效果：1）形成泥球；2）承托層松動(dòng)，造成漏砂現(xiàn)象 3、反沖洗時(shí)濾池的阻抗分析由濾池結(jié)構(gòu)可知，反沖洗水頭應(yīng)克服下述阻力： 配水系統(tǒng)阻力 S1 孔眼局部損失 S2 承托層阻力 S3 濾料層阻力 S4 流速水頭 S5配水系統(tǒng)配水系統(tǒng) 對(duì)如圖4-3-7所示的配水系統(tǒng)進(jìn)行分析后可知，壓差最大的a、b兩點(diǎn)的出流量之比為： 43214321SSSSSSSSqqbaba（4-46） 因S1a與S1b不等，故qa與qb也不可能相等，沖洗水配水不能做到絕對(duì)均勻，一般qa/qb0.95即認(rèn)為均勻。 配水系統(tǒng)4、配水均勻的措施 1）增大S2 2）減小S1 沖洗廢水的排除常用的沖洗廢水排除設(shè)備由洗砂排水槽和集水渠組成，如圖所示 沖洗水的供給1）沖洗水塔：容積大，約1.5倍沖洗水量；造價(jià)高2）沖洗水泵：節(jié)省投資，但操作較麻煩； 3）利用濾池自身的水頭沖