第五章過濾(Filtration)

1、第五章 過濾(Filtration)第1節(jié) 概述一、慢濾池· 濾速慢：V0.1-0.3 m/h· 表面生長一層濾膜（12個星期后）效果：濁度可降到0，可不消毒。機理：微生物吞食細菌 微生物分泌出起凝聚作用的酶 藻類產(chǎn)生氧氣，起氧化作用。但生產(chǎn)效率低，13月后堵塞，需刮掉濾膜，重新補砂。二、快濾池及其機理條件：濾速大于10 m/h 必須先投加混凝劑作用：去除濁度，濁度<5度，同時可去除一部分細菌、病毒機理：表層細砂層粒徑為0.5mm，濾料孔隙率為80um，但進入濾池的顆粒尺寸大部分小于30um，但仍能被去除。不光是簡單的機械篩濾，還有接觸粘附的作用。主要有兩個過程：遷移

2、和粘附遷移是顆粒脫離流線接近濾料的過程，主要由以下作用力引起： 攔截、 沉淀 慣性 擴散 水動力（非球形顆粒在速度梯度作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動） 對于這幾種力的大小，目前只能定性描述。 粘附：物理化學作用力（范德華引力、靜電力、以及一些特殊化學力）但表層濾料的篩分作用也不能排除，特別是在過濾后期，當濾層中的孔隙尺寸逐漸減少時。應用：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 第2節(jié) 快濾池一、快濾池分類普通快濾池虹吸濾池重力濾池壓力濾池移動罩沖洗濾池二、普通快濾池的構(gòu)造 組成：集水渠洗砂排水渠濾料層承托層配水系統(tǒng)管廊：渾水進水管 清水出水管

3、 初濾水 沖洗來水 沖洗排水 四大閥門（至少）過濾過程：最大過濾水頭損失1.52m工作周期：過濾開始沖洗結(jié)束1224h三、過濾方式1變水頭等速過濾 隨著過濾進行，濾層孔隙率減少，水頭損失的增加，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、無閥濾池水頭損失與過濾時間的關系：清潔水頭損失H0 過濾任意時的水頭損失HH0h DHt h：配水系統(tǒng)、承托層及灌渠水頭損失之和 DHt：濾層的水頭損失增值 DHt與時間的關系反映了濾層截留雜質(zhì)與過濾時間的關系?？梢灾本€關系來表示。 Hmax 為最大過濾水頭損失，一般為1.5 2.0 m2等水頭等速過濾通過設置出水流速調(diào)節(jié)器，普通快濾池3等水頭

4、變速過濾如果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，各池的水位和總水頭損失相等，但濾速v不等，主要是因為截污量不同。干凈濾料濾速大。 每座濾池的濾速是階梯性的下降，但在每一階梯段還是等速過濾，濾池內(nèi)的水位有一定程度上升，待某一個濾池反沖洗重新投入運行時后，其它濾池的濾速下降一級，相應地濾池組的水位也突然下降一些。 濾池組整體的總平均出水量是保持不變的。四、濾層內(nèi)雜質(zhì)分布規(guī)律濾料表層孔隙率較小。雜質(zhì)主要截留在濾料表層。下部濾層的截污能力還未得到充分發(fā)揮，由于水頭損失的提高，過濾就得停止，導致濾料層截污能力低。五、提高濾池截污能力的途徑 改進方向：提高濾層含污能力，延

5、長過濾周期。1） 上向流 當流速太大時，表面應加格網(wǎng)或格柵。缺點：反沖洗時膨脹受到限制 沖洗水流與過濾水流方向一致，沖洗效果不好，大量污泥需通過整個濾層才能排出，往往使污泥排除不凈。2） 雙向流蘇聯(lián)發(fā)明的。此種過濾方式效果雖好，但濾池構(gòu)造復雜。3）雙層或多層濾料無煙煤石英砂無煙煤石英砂重質(zhì)礦石第3節(jié) 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2粒狀濾料的粒徑與級配 粒徑：假想球面直徑 級配曲線：各種粒徑的顆粒所占重量比例的累積曲線。 ·有效粒徑和不均勻系數(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)K80d8

6、0/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。 · 最大與最小粒徑：dmax, dmin 工程上為方便，一般dmin»d10, dmax»d80 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 可以按要求設計d10和d803濾料層規(guī)格 材質(zhì)、粒徑和厚度 粒徑：小，比表面積大，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關（大） （大）（高） （差）類 別濾料組成濾速(m/h)強制濾速(m/h)粒徑(

7、mm)不均勻系數(shù)K80厚度(mm)單層石英砂濾料dmax1.2dmin0.5<2.07008-1010-14雙層濾料無煙煤dmax1.8dmin0.8石英砂dmax1.2dmin0.5<2.0<21414-18三層濾料無煙煤dmax1.6dmin0.8石英砂dmax0.8dmin0.5重質(zhì)礦石dmax0.5dmin0.25<1. 7<1. 5<1.74502307018-2020-25二、承托層作用：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。 第4節(jié) 配水系統(tǒng)與反沖洗一、配水系統(tǒng)的不均勻性配水系統(tǒng)

8、的目的：均勻分布反沖洗水 均勻收集過濾水配水不均勻會造成：1）部分區(qū)域水量小，沖洗不凈2）部分區(qū)域水量大，沖動墊層配水不均勻原因：a點的沖洗水頭Hx： HxS1a(qaDa)2+S2(Daqa)2 +S3(Daqa)2 + S4(Daqa)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) S4：濾料層的阻力系數(shù) q：沖洗強度 (L/(s m2) 同樣對于b點而言 HxS1b(Dbqb)2+S2(Dbqb)2 +S3(Dbqb)2 + S4(Dbqb)2流速水頭 q最小/q最大³0.95-達到均勻兩種途徑：1）增大孔眼出水水力阻抗 2）降低配水系統(tǒng)

9、水力阻抗二、配水系統(tǒng)類型1大阻力配水系統(tǒng) 使孔眼的水力阻力遠遠大于其它部分的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%特點：工作可靠、采用最廣、沖洗干凈 但沖洗水頭要求高，需沖洗水箱或水泵一般為穿孔管大阻力配水系統(tǒng)。2小阻力配水系統(tǒng)減少配水系統(tǒng)阻抗S1®增大配水空間®配水系統(tǒng)流速降低®使孔眼處的壓力接近®相應降低S2，增加開孔比1.0-1.5%。特點：配水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，沖洗水頭小（2m左右） 適應于面積小的濾池，其均勻性取決于開孔比鋼筋混凝土穿孔板： 板上鋪設一層或兩層尼龍網(wǎng)。造價低，孔口不易堵，配水均

10、勻性好，強度高，耐腐蝕但尼龍網(wǎng)接縫應接好，有時可鋪一層卵石。穿孔濾磚：開孔比，上層1.07，下層0.7%下層連通起配水渠的作用，上層不連通。鋼筋混凝土或陶瓷制成。由于濾磚整體性，反沖時不易上浮，所需承托層厚度不大，配水均勻性較好，但價格高。復合氣水反沖洗濾磚：可單獨用于水反沖，也可用于氣水反沖洗。上層開孔比：0.5-0.8%，斜面開孔比：1.2-1.5%。一般可用ABS工程塑料制成。加工精度易控制，安裝方便，配水均勻性好，但價格高。濾頭：短柄濾頭用于單獨水沖洗濾池，長柄濾頭用于氣水反沖洗濾池。三、濾池反沖洗 恢復過濾能力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

11、/m2 s水沖強度：34L/m2 s3) 表面輔沖加高速水流反沖洗2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® 但摩擦減少因此應有一個要求。濾層沖洗強度(L/s m2)膨脹度（）沖洗時間（min）石英砂濾料雙層濾料三層濾料1215131616174550557586753沖洗水排出與供給1）沖洗排水槽與集水槽排水槽：均勻排水，中心間距：1.5-2.2m, 槽總面積占濾池面積的25以內(nèi)。2）沖洗水塔與水泵第5節(jié) 其它過濾設備 改進普通快濾池的操作方式一、虹吸濾池1960年初美 Green Leaf 圓形六格1964年

12、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1構(gòu)造及工作原理 最大水頭損失：1.52.0m 沖洗水頭清水槽水位沖洗排水槽頂，1.01.2m2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 但池深大，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2030。3濾池分格數(shù) 滿足沖洗要求 n³3.6 q/v q：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)v = 8 12 m/h n> 5- 7二、其它濾池1. 重力式無閥濾池自動運行、操作方便結(jié)構(gòu)簡單、造價低3050小阻力配水系統(tǒng)，沖洗水由上