水污染控制工程：過濾

1、 水處理工程水處理工程過濾過濾 (Filtration) On removing little particles with big particles2什么是過濾？什么是過濾？過濾介質(zhì)固液分離手段日常生活中常用砂來凈水。 34Categorizing FiltersStraining(篩濾）nParticles to be removed are larger than the pore sizenClog rapidlyDepth Filtration (或Deep bed filtration，深床過濾）nParticles to be removed may be much small

2、er than the pore sizenRequire attachmentnCan handle more solids before developing excessive head lossAll filters remove more particles near the filter inlet5Depth filtration and surface filtration6The “if it is dirty, filter it” MythThe common misconception is that if the water is dirty then you sho

3、uld filter it to clean itBut filters cant handle very dirty water without clogging quickly【堵塞】通常要求進水濁度小于50 NTU 7慢濾池慢濾池(污水處理）污水處理） 濾速慢v0.1-0.3 m/h表面生長一層濾膜（12個星期后） Physical straining and biodegradation效果：濁度可降到0，可不消毒。 8快濾池快濾池條件：濾速大于10 m/h必須先投加混凝劑，脫穩(wěn)機理：砂層粒徑為0.5mm，孔隙尺寸為80um，去除顆粒大部分小于30um 不光是機械篩濾，還有接觸粘附作用

4、【重要作用！】。 深床過濾9二沉池濾池20微米以下的顆粒通過濾池（包裹微生物）10顆粒去除機理顆粒去除機理 Two separate and distinct steps:Transport of suspended particles to the vicinity of the solid-liquid interface of the interface presented by the filter【顆粒遷移到表面】Attachment of particles to this surface【顆粒與表面粘附】：顆粒脫穩(wěn)混凝過程？脫穩(wěn)與碰撞粘附11遷移途徑遷移途徑Transport12

5、Single collector攔截攔截擴散擴散沉淀沉淀13顆粒大小影響遷移過程顆粒大小影響遷移過程大顆粒（1um以上）：沉淀（sedimentation）與攔截（interception）小顆粒（1um以下）：布朗擴散作用（diffusion）混凝：大顆粒與小顆粒 大顆粒（速度梯度同向絮凝） 小顆粒（擴散作用異向絮凝）141um難擴散攔截重力1516給水處理原水混凝沉淀/澄清過濾原水微絮凝過濾（微絮凝過濾）原水加藥過濾（接觸過濾）廢水處理原水生物處理過濾 原水生物處理混凝沉淀過濾應(yīng)用應(yīng)用直接過濾17過濾前處理過濾前處理Traditional filtration：pretreatment b

6、y coagulant addition, flocculation, and sedimentation可處理原水濁度高達1000 NTU。Direct filtration直接過濾: pretreatment by coagulation and flocculation but no sedimentation進水濁度小于15 NTU。Contact filtration接觸過濾: coagulant addition but only incidental flocculation。進水濁度小于10 NTU。18快濾池的分類快濾池的分類 普通快濾池 虹吸濾池 重力濾池 壓力濾池 移動罩

7、沖洗濾池 單層介質(zhì)雙層介質(zhì)多層介質(zhì)均勻介質(zhì)19集水渠 洗砂排水渠 濾料層 承托層 配水系統(tǒng)管廊普通快濾池的構(gòu)造普通快濾池的構(gòu)造2021222324濾池總過濾水頭損失HtH0hHtH0：清潔濾層水頭損失h：配水系統(tǒng)、承托層及管路水頭損失Ht：在時間t時的水頭損失增殖過濾周期過濾周期與濾速有關(guān)與濾速有關(guān)25清潔濾層水頭損失黏度 孔隙率 比表面 表觀速度26最大過濾水頭損失：1.52m 反沖洗：沖洗約20分鐘 工作周期：過濾開始沖洗結(jié)束1224h 27負水壓負水壓過濾進行到一定時刻時，從濾料表面到某一深度處的濾層的水頭損失超過該深度處的水深28負水頭危害負水頭危害n 增加濾層局部阻力，增加了水頭損失

8、n 導(dǎo)致空氣釋放出來，空氣泡會穿過濾料層，上升到濾池表面，甚至把 煤粒這種輕質(zhì)濾料帶走。在沖洗時，空氣更容易把大量的濾料隨水帶走。避免濾池中出現(xiàn)負水頭的兩個方法n增加砂面上的水深n令濾池出口位置等于或高于濾層表面。291變水頭等速過濾隨著過濾進行，濾層孔隙率減少，水頭損失增加，濾池內(nèi)水位自動上升，自由進流，以保持過濾速度不變。-虹吸濾池 無閥濾池 過濾方式過濾方式30等水頭等速過濾等水頭等速過濾恒定水位恒定水位濾速調(diào)節(jié)器濾速調(diào)節(jié)器出水流速調(diào)節(jié)器 普通快濾池 31過濾水頭始終保持不變，濾速必然要降低。移動罩濾池多格濾池進水渠連通，各池水位相等，但各池截污量不同，濾速v不等。干凈濾料濾速大。整個系

9、統(tǒng)平均濾速不變。每個濾池濾速逐漸降低。分隔數(shù)很多時，可近似“等水頭變速過濾”等水頭變速過濾等水頭變速過濾32一座濾池沖洗完畢一座濾池沖洗完畢4座濾池進水渠相通，在任座濾池進水渠相通，在任何時間水位基本上相等。何時間水位基本上相等。如果一組濾池的濾池數(shù)很多，階梯式下降折線將變?yōu)榻七B續(xù)下降曲線。33在平均濾速相同的條件下，減速過濾的濾后水質(zhì)較好。而且在相同過濾周期內(nèi)，過濾水頭損失要小。 清潔時，過濾速度雖大，但孔隙也大，孔隙內(nèi)的速度并不太大，可將一些懸浮雜質(zhì)帶入下層濾料。而當截留有雜質(zhì)時，孔隙減少，濾速也減少，可防止懸浮物穿透濾層。 等速與變速過濾的差別？等速與變速過濾的差別？34濾料內(nèi)雜質(zhì)分布

10、規(guī)律濾料內(nèi)雜質(zhì)分布規(guī)律反洗后由于水力篩分，粒徑順過濾方向由小變大。濾料表層孔隙率較小。雜質(zhì)主要截留在濾料表層。下部濾層截污能力未得到充分發(fā)揮 。35濾層納污能力：單位體積濾料中的平均含污量改進方向： 提高濾層含污能力，延長過濾周期。 1) 上向流提高濾池截污能力的途徑提高濾池截污能力的途徑36雙向流雙向流373）雙層或多層濾池）雙層或多層濾池密度較小、粒徑較大(無煙煤)密度較大、粒徑較小(石英砂)雙層三層石榴石3839均質(zhì)濾料均質(zhì)濾料40濾料與承托層濾料與承托層 一、濾料 1種類 石英砂、無煙煤、大理石、石榴石、白云石聚苯乙烯發(fā)泡塑料 纖維球濾料 41粒狀濾料的粒徑與級配粒狀濾料的粒徑與級配

11、各種粒徑的顆粒所占重量比例的累積曲線 42有效粒徑d10和不均勻系數(shù) d10和d80：分別通過濾料重量10和80的篩孔孔徑 不均勻系數(shù)K80d80/d10 d10反映了產(chǎn)生水頭損失的主要部分。 K80愈大，顆粒愈不均勻，孔隙率下降，含污能力降低，反沖洗強度不好確定。 43最大與最小粒徑：dmax, dmin 工程上為方便，一般dmind10, dmaxd80 我國規(guī)范中，采用dmax, dmin, K80來控制濾料粒徑分布。 濾料篩選方法： 按要求設(shè)計d10和d80 篩選。44材質(zhì)、粒徑和厚度 粒徑：小，有利于礬花的吸附但易堵塞 厚度：礬花穿透深度保護厚度 穿透深度與粒徑、濾速及水的混凝效果有

12、關(guān)濾速：單層：1-10m/h 雙層：10-14m/h 三層：18-20m/h濾料層規(guī)格濾料層規(guī)格45作用：阻擋濾料進入配水系統(tǒng) 均勻配水（反沖洗時）主要配合大阻力配水系統(tǒng)而使用。 承托層承托層46 配水系統(tǒng)與反沖洗配水系統(tǒng)與反沖洗 配水系統(tǒng)的目的：均勻分布反沖洗水均勻收集過濾水配水不均勻?qū)е拢?）部分區(qū)域水量小，沖洗不凈 2）部分區(qū)域水量大，沖動墊層 47配水系統(tǒng)的不均勻性配水系統(tǒng)的不均勻性 Hx沖洗水頭ab48a點的沖洗水頭Hx：HxS1a(aqa)2+S2(aqa)2 +S3(aqa)2 + S4(aqa)2流速水頭 S1：配水系統(tǒng)的阻力系數(shù)S2：孔眼出水的阻力系數(shù)S3：承托層的阻力系數(shù)S

13、4：濾料層的阻力系數(shù)qa：沖洗強度 (L/(s m2) 49同樣對于b點而言： HxS1b(bqb)2+S2(bqb)2 +S3(bqb)2 + S4(bqb)2流速水頭 43214321SSSaSSSSSqqbbaq最小/q最大0.95-達到均勻兩種途徑： 1）降低配水系統(tǒng)水力阻抗 ，S1 2）增大孔眼水力阻抗，S2 501大阻力配水系統(tǒng) 使孔眼水力阻力S2其它水力阻力增加孔眼流速（56m/s）配水孔眼面積為濾池面積的1/500開孔比小0.20.25% 配水系統(tǒng)類型配水系統(tǒng)類型51一般為穿孔管大阻力配水系統(tǒng)。 特點：工作可靠、采用最廣、沖洗干凈 但沖洗水頭要求高，需沖洗水箱或水泵 522小阻

14、力配水系統(tǒng)減少配水系統(tǒng)阻抗S1 降低配水系統(tǒng)流速增大配水空間使孔眼處的壓力接近 相應(yīng)降低S2，增加開孔比1.0-1.5%指孔口阻力較小指孔口阻力較小特點：配水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，沖洗水頭?。?m左右） 適應(yīng)于面積小的濾池 中阻力配水（開孔比：0.6-0.8%）53鋼筋混凝土穿孔板：板上鋪設(shè)一層或兩層尼龍網(wǎng)。 5455穿孔濾磚：開孔比，上層1.07，下層0.7%56濾池穿孔濾磚57復(fù)合氣水反沖洗配水濾磚58濾頭濾頭59過濾水質(zhì)水損變化分析過濾水質(zhì)水損變化分析水損水損水質(zhì)水質(zhì)ripning60顆粒粒度分布顆粒粒度分布激光粒度儀激光粒度儀61顆粒計數(shù)儀顆粒計數(shù)儀濾速濾速濁度濁度顆粒數(shù)顆粒數(shù)兩蟲在濾池成熟兩

15、蟲在濾池成熟期泄漏期泄漏Filter-to-wasteFilter-to-recycle62恢復(fù)過濾能力 1反沖洗方式 1) 高速水流反沖洗2) 氣、水反沖洗氣沖強度：1020 L/m2 s水沖強度：34L/m2 s 3) 表面輔沖加高速水流反沖洗 反沖洗反沖洗 632反沖洗影響因素沖洗強度：L/(s m2)濾層膨脹度：e沖洗強度大 e大 剪切力增大 但摩擦減少因此應(yīng)有一個要求。 64 沖洗強度 膨脹度 沖洗時間 L/(s m2) (%) (min)石英砂濾料 12-15 45 7-5雙層濾料 13-16 50 8-6三層濾料 16-17 55 7-5653沖洗水排出與供給沖洗水排出與供給 1

16、) 沖洗排水槽與集水槽66槽總面積占濾池面積槽總面積占濾池面積25以內(nèi)以內(nèi) 672 2）沖洗水塔與水泵）沖洗水塔與水泵 68濾池設(shè)計濾池設(shè)計濾速 正常速度設(shè)計 強制速度校核:指濾池在1-2個濾池處于反沖洗狀態(tài)時，其余濾池的過濾速度。面積：單池25-100m2，平均50m2 長：寬2:14:1污水深度處理反硝化濾池要求高總氮去除負荷0.60 kg NO3-N/m.d濾料粒徑1.7-3.35 mm平均濾速4.8m/h濾池深度1.83m反沖洗周期24h碳源（甲醇）溶解氧對脫氮的影響?69工業(yè)用水與廢水，2016,3（47）62-6570其它過濾設(shè)備其它過濾設(shè)備 一、虹吸濾池 1960年初 美國Gre

17、en Leaf 圓形六格 1964年 北京市政院第1座北京印染廠圓形七格 1977年 北京市政院標準圖 71虹吸濾池虹吸濾池7273最大過濾水頭：最大過濾水頭：1.5-2.0 m沖洗水頭沖洗水頭1.0-1.2m74752.特點利用虹吸原理進水和排走洗砂水節(jié)省了兩個閥門 小阻力配水系統(tǒng)不用沖洗水泵或水箱，可用濾池本身的出水沖洗 變水頭等速過濾不需設(shè)置濾速調(diào)節(jié)器 濾過水頭高于濾層正水頭過濾 易于自動化控制池深大，沖洗效果不夠理想，單池面積不宜大 。適用于中小水廠，造價比普快濾池低20-30 763濾池分格數(shù) 當1格沖洗時，其余數(shù)格濾池過濾總量必需滿足該格濾池沖洗強度要求。FnQq vqn6 . 3q：沖洗強度（L/(s m2)）Q：每格濾池過濾流量（L/s）F：單格濾池面積（m2）n：一組濾池分格數(shù)，5777二、其它濾池 重力式無閥濾池移動罩沖洗濾池壓力濾池V型濾池78最大過濾水頭最大過濾水頭:1.5-2.0m重力式無閥濾池重力式無閥濾池最大沖洗水最大沖洗水頭頭Hmax最小沖洗水最小沖洗水頭頭Hmin平均值平均值Ha=(Hmax+Hmin)/2初始過濾水初始過濾水頭頭H07980移動罩濾池過濾水頭過濾水頭沖洗水頭沖洗水頭