第1章 物理法污水處理設(shè)備2

第四節(jié)過(guò)濾裝置快濾池(掌握)其他類型濾池的設(shè)計(jì)與計(jì)算(了解)濾池的反沖洗

(掌握)1粒狀介質(zhì)過(guò)濾過(guò)濾是使含懸浮物的廢水流過(guò)具有一定孔隙率的過(guò)濾介質(zhì)，水中的懸浮物被截留在介質(zhì)表面或內(nèi)部而除去。根據(jù)所采用的過(guò)濾介質(zhì)不同，可將過(guò)濾分為下列四類：格篩過(guò)濾(screen)微孔過(guò)濾(microfiltration)膜過(guò)濾(membranefiltration)深層過(guò)濾(depthfiltration)2過(guò)濾過(guò)程的分類：(1)格篩過(guò)濾：過(guò)濾介質(zhì)為柵條或?yàn)V網(wǎng)，用以去除粗大的懸浮物，如雜草、破布、纖維、紙漿等。其典型設(shè)備有格柵、篩網(wǎng)和微濾機(jī)。(2)微孔過(guò)濾：采用成型濾材，如濾布、濾片、燒結(jié)濾管、蜂房濾芯等，也可在過(guò)濾介質(zhì)上預(yù)先涂上一層助濾劑(如硅藻土)形成孔隙細(xì)小的濾餅，用以去除粒徑細(xì)微的顆粒。定型的商品設(shè)備很多。3過(guò)濾過(guò)程的分類：(3)膜過(guò)濾：采用特別的半透膜作過(guò)濾介質(zhì)，在一定的推動(dòng)力(如壓力、電場(chǎng)力等)下進(jìn)行過(guò)濾，由于濾膜孔隙極小且具有選擇性，可以除去水中細(xì)菌、病毒、有機(jī)物和溶解性溶質(zhì)。主要設(shè)備有反滲透、超過(guò)濾和電滲析等。4過(guò)濾過(guò)程的分類：(4)深層過(guò)濾：采用顆粒狀濾料(granularmedia)，如石英砂、無(wú)煙煤等。由于濾料顆粒之間存在孔隙，廢水穿過(guò)一定深度的濾層，水中的懸浮物即被截留。為區(qū)別于上述三類表面或淺層過(guò)濾(precoatfiltration)過(guò)程，這類過(guò)濾稱之為深層過(guò)濾，簡(jiǎn)稱過(guò)濾。5過(guò)濾在水處理中的作用：在給水處理中，常用過(guò)濾處理沉淀或澄清池出水，使濾后出水渾濁度滿足用水要求；在廢水處理中，過(guò)濾常作為吸附、離子交換、膜分離法等預(yù)處理手段；作為生化處理后的深度處理，使濾后水達(dá)到回用的要求。64.1深層過(guò)濾的基本過(guò)程

過(guò)濾過(guò)程分為過(guò)濾(filtration)和反洗(backwash)兩個(gè)過(guò)程。過(guò)濾過(guò)程是廢水由上到下通過(guò)一定厚度的由一定粒度的粒狀介質(zhì)組成的床層，由于粒狀介質(zhì)之間存在大小不同的孔隙，廢水中的懸浮物被這些孔隙截留而除去。濾料廢水過(guò)濾水7到一定程度時(shí)過(guò)濾不能進(jìn)行，需要進(jìn)行反洗。反洗是通過(guò)上升水流的作用使濾料呈懸浮狀態(tài)，濾料間的孔隙變大，污染物隨水流帶走，反洗完成后再進(jìn)行過(guò)濾。所以深層過(guò)濾過(guò)程是間斷進(jìn)行的。

濾料反洗廢水反洗水入口84.2過(guò)濾機(jī)理過(guò)濾的機(jī)理可分為阻力截留、重力沉降和接觸絮凝三種(1)阻力截留(staining)當(dāng)廢水流過(guò)濾料層時(shí)，粒徑較大的懸浮物顆粒首先被截留在表層濾料的空隙中，從而使此層濾料間的空隙越來(lái)越小，截污能力隨之變得越來(lái)越高。結(jié)果逐漸形成一層主要由被截留的固體顆粒構(gòu)成的濾膜，并由它起主要的過(guò)濾作用。這種作用屬于阻力截留或篩濾作用。9(2)重力沉降(gravitysettlement)廢水通過(guò)濾料層時(shí)，眾多的濾料介質(zhì)表面提供了巨大的沉降面積。據(jù)估計(jì)，1m3粒徑為0.5mm的濾料中就擁有400m2不受水力沖刷而可供懸浮物沉降的有效面積，形成無(wú)數(shù)的小“沉淀池”，懸浮物極易在此沉降下來(lái)。重力沉降強(qiáng)度主要取決于濾料直徑和過(guò)濾速度。濾料越小，沉降面積越大；濾速越小則水流越平穩(wěn)，這些都有利于懸浮物的沉降。10(3)接觸絮凝(contactflocculation)由于濾料有較大的表面積，它與懸浮物之間有明顯的物理吸附作用。砂粒在水中表面常帶有負(fù)電荷，能吸附帶有正電的鐵、鋁等膠體，從而在濾料表面形成帶正電的薄膜，進(jìn)而又吸附帶負(fù)電荷的粘土及多種有機(jī)膠體，在砂粒上發(fā)生接觸絮凝。在大多數(shù)情況下，濾料表面對(duì)尚未凝聚的膠體還能起到接觸碰撞的媒介作用，促進(jìn)其凝聚過(guò)程。114.3過(guò)濾的工藝過(guò)程過(guò)濾工藝包括過(guò)濾和反洗兩個(gè)階段：過(guò)濾(filtration)：過(guò)濾即截留污染物；反洗(backwashing)：反洗即把污染物從濾料層中沖走，使之恢復(fù)過(guò)濾能力。過(guò)濾周期(filterrun)：從過(guò)濾開(kāi)始到結(jié)束延續(xù)的時(shí)間稱為過(guò)濾周期（或工作周期）。過(guò)濾循環(huán)(filtercycle)：從過(guò)濾開(kāi)始到反洗結(jié)束稱為一個(gè)過(guò)濾循環(huán)。12普通快速濾池構(gòu)造進(jìn)水管，待過(guò)濾的水由此進(jìn)入集水渠，進(jìn)水及收集反洗水過(guò)濾介質(zhì)，水通過(guò)介質(zhì)得到過(guò)濾底部配水系統(tǒng)，收集過(guò)濾后的水或均勻分配反洗水墊層，支撐濾料和均勻分配反洗水清水管，過(guò)濾后的水由此排出反洗水收集槽，反洗水由此排出濾池反洗水管，反洗水由此進(jìn)入反洗水收集槽，收集所有濾池的反洗水13141516快速濾池過(guò)濾過(guò)程示意圖反洗：F1、F2關(guān)，F(xiàn)3、F4開(kāi)過(guò)濾：F1、F2開(kāi)，F(xiàn)4、F3關(guān)進(jìn)水出水17濾池反洗過(guò)程示意圖反洗：F1、F2關(guān)，F(xiàn)3、F4開(kāi)反洗水返回目錄184.4濾池類型按不同的方式濾池可分為不同的類型：按過(guò)濾速度高速濾池(highfiltrationrate)，速度為10－16m3/（m2·h）低速濾池(lowfiltrationrate)，速度小于4m3/（m2·h）中速濾池(mediumfiltrationrate)，速度為4－10m3/（m2·h）19按推動(dòng)力分重力式濾池（gravityfilter)，其過(guò)濾壓力水頭為4－5m壓力濾池(pressurefilter)，其過(guò)濾壓力水頭為15－20m按過(guò)濾時(shí)的水流方向分上向流(up-flow)下向流(down-flow)雙向流(bi-flow)L按濾層結(jié)構(gòu)分單層濾料濾池（singlemediafilter)雙層濾料濾池(dualmediafilter三層濾料濾池(triplemediafilter)20下向流濾池能保證較高的濾速和反洗效果；水頭損失增加較快，工作周期較短；下層濾料難以發(fā)揮作用。原因是反洗后濾料會(huì)分層，細(xì)顆粒在上，粗顆粒在下，上層很快堵塞，而下層不起作用。進(jìn)水出水下向流濾池示意圖21整個(gè)濾料的納污能力得到充分利用，過(guò)濾周期也相應(yīng)延長(zhǎng)。濾速不能太高否則會(huì)造成濾料流失。上向流的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以用未經(jīng)過(guò)濾的水做為反洗水。出水進(jìn)水上向流濾池示意圖22保持了下向流和上向流濾池的優(yōu)點(diǎn)，又克服了濾料流失的弊端。但雙向流濾池的下層濾料反洗困難。出水進(jìn)水雙向流濾池示意圖234.5濾層結(jié)構(gòu)單層濾池通常以石英砂(sand)做為濾料。雙層濾池是在石英砂濾料的上面再放一層粒度比較粗的白煤(anthracite)。三層濾池是在雙層濾池的基礎(chǔ)上再在石英砂濾料的下面放一層粒度更細(xì)、比重更大的濾料，一般用磁鐵礦(magnetite)。24單層濾池的濾料層結(jié)構(gòu)單層濾料層的剖面25雙層濾料的結(jié)構(gòu)粗粒白煤細(xì)粒石英雙層濾料層的剖面26三層濾料的結(jié)構(gòu)粗粒白煤更細(xì)的磁鐵礦細(xì)粒石英三層濾料層的剖面274.6對(duì)濾料和墊層的要求4.6.1對(duì)濾料的要求(a)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；(b)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性；(c)有適宜的級(jí)配(grade)和足夠的孔隙率(voidage)。所謂級(jí)配就是濾料的粒徑范圍及在此范圍內(nèi)各種粒徑的濾料數(shù)量比例;(d)濾料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角。28濾料的性能指標(biāo)有以下三項(xiàng)：(a)有效直徑(effectivesize)和不均勻系數(shù)(uniformitycoefficient)：濾料的規(guī)格常用有效直徑和不均勻系數(shù)表示。有效直徑是指能使10％的濾料通過(guò)的篩孔直徑，以D10表示，單位是mm。同樣D80表示能使80％的濾料通過(guò)的篩孔直徑。D80與D10的比值就稱為濾料的不均勻系數(shù)，以K80表示29例如，D10＝0.6mm，D80＝1.0mm，則：K80＝D80/D10=1.0/0.6＝1.67。顯然，不均勻系數(shù)越大，濾料越不均勻，小顆粒會(huì)填充于大顆粒的間隙內(nèi)，從而使濾料的空隙率和納污能力降低，水頭損失增大。因此不均勻系數(shù)以小為佳。但是不均勻系數(shù)越小，加工費(fèi)用也越高。綜合考慮，一般K80控制在1.65～1.80之間為宜。30濾料的性能指標(biāo)有以下三項(xiàng)：(b)濾料的納污能力：濾料層承納污染物的容量常用納污能力(capacityofretainingpollutants)來(lái)表示。其含義是在保證出水水質(zhì)的條件下，在過(guò)濾周期內(nèi)單位體積濾料中能截留的污物量，以kg/m3或g/cm3表示。其大小與濾料的粒徑、形狀等因素有關(guān)；31濾料的性能指標(biāo)有以下三項(xiàng)：(c)濾料的空隙率和比表面積：空隙率是指一定體積的濾層中，空隙所占體積與總體積的比值。常用的石英砂和白煤濾料的空隙率分別為0.4和0.5。濾料的比表面積(specificsurface)是指單位重量或單位體積的濾料所具有的表面積，用m2/g或m2/cm3表示。32濾池類型濾料規(guī)格運(yùn)行設(shè)計(jì)參數(shù)直徑/mm濾層厚度/cm濾速/m/h反洗強(qiáng)度/L/s反洗時(shí)間/min大濾料濾池2～32001012～155～7粗濾料濾池1～2150～2007～10中濾料濾池0.8～1.6100～1205～7細(xì)濾料濾池0.4～1.21005大濾料濾池（用于生物處理后）1～2100～1505～712～155～7單層砂濾池的濾料規(guī)格及運(yùn)行設(shè)計(jì)參數(shù)334.6.2墊料層作用：墊料層(supportinggravelayer)主要起承托濾料的作用，故亦稱承托層，一般配合大阻力配水系統(tǒng)使用。由于濾料粒徑較小，而配水系統(tǒng)(underdrain)的孔眼較大，為了防止濾料隨過(guò)濾水流失，同時(shí)也幫助均勻配水，在濾料與配水系統(tǒng)之間增設(shè)一墊料層。如果配水系統(tǒng)的孔眼直徑很小，布水也很均勻，墊料層可以減薄或省去。

344.6.2墊料層對(duì)墊層的要求：要求墊料層不被反洗水沖動(dòng)；形成的孔隙均勻，使布水均勻；化學(xué)穩(wěn)定性好；機(jī)械強(qiáng)度高。通常，墊料層采用天然卵石或碎石。354.7配水系統(tǒng)配水系統(tǒng)的作用：均勻收集濾后水，所以，它又稱為排水系統(tǒng)；更重要的是均勻分配反沖洗水。配水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是濾池正常工作，保持濾料層穩(wěn)定的重要保證。36配水系統(tǒng)的類別大阻力配水系統(tǒng)和小阻力配水系統(tǒng)大阻力配水系統(tǒng)：增大整個(gè)配水系統(tǒng)布水孔眼的阻力，使反洗水在流向全池各部的水頭損失盡可能相等，保證配水均勻。小阻力配水系統(tǒng)：減小整個(gè)配水系統(tǒng)的總水頭損失，使距離不同引起的水頭損失的差異減小。37管式大阻力配水系統(tǒng)38小阻力配水系統(tǒng)的濾頭394.8快濾池的運(yùn)行管理4.8.1濾速變化及控制按照在過(guò)濾周期內(nèi)濾速的分布形態(tài)，濾池有兩種基本運(yùn)行方式，即：恒速過(guò)濾(constantrate):在整個(gè)過(guò)濾周期中過(guò)濾的速度不變。降速過(guò)濾(decliningrate)：在過(guò)濾周期中過(guò)濾速度是隨時(shí)間變化的，開(kāi)始時(shí)大，過(guò)濾結(jié)束時(shí)小。40優(yōu)良濾池的指標(biāo)：優(yōu)良的濾池應(yīng)具備以下性能：(a)濾料納污能力大，過(guò)濾水頭損失小，工作周期長(zhǎng)；(b)出水水質(zhì)符合回用或外排的要求；(c)反洗耗水量少，效果好，反洗后濾料分層穩(wěn)定而不發(fā)生很大程度的濾料混雜。414.8.2濾池反沖洗濾池反沖洗的目的是清除截留在濾料孔隙中的懸浮物，恢復(fù)其過(guò)濾能力。一般濾池采用濾后水反沖洗，并輔以表面沖洗（surfacewash)或空氣沖洗(airscour)。反沖洗的指標(biāo)：反沖洗的指標(biāo)有濾料的膨脹率、反沖洗強(qiáng)度、反沖洗時(shí)間、反沖洗水頭、反沖洗水的供應(yīng)和排除、空氣沖洗和表面沖洗等。42(1)膨脹率（expandingrate):濾料層膨脹后與膨脹前的厚度差與過(guò)濾時(shí)濾料的厚度之比，用百分?jǐn)?shù)表示。一般用符號(hào)e表示。反洗時(shí)的膨脹率要適當(dāng):膨脹率太低，水流剪切力?。慌蛎浡蔬^(guò)高，顆碰撞次數(shù)會(huì)減少，還會(huì)沖動(dòng)墊料層及流失濾料。(2)反沖洗強(qiáng)度(backwashflowrate)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位濾池面積所通過(guò)的反沖洗水量稱為反沖洗強(qiáng)度，通常用q表示，它的單位是L/(m2·s)。反沖洗強(qiáng)度的大小與濾料的粒度、水的溫度、孔隙率和要求的膨脹率有關(guān)。可用試驗(yàn)的方法確定。43(3)反沖洗時(shí)間(backwashtime)：反沖洗時(shí)間依濾層污染程度而異，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行情況來(lái)確定。(4)反沖洗水頭(head)：反沖洗所需水頭等于濾層、墊層、配水系統(tǒng)及管路的水頭損失之和，并留有1.5-2.0m的富余水頭。具體可根據(jù)有關(guān)流體力學(xué)的方法計(jì)算。(5)反沖洗水的供應(yīng)和排除：一般是用濾后水作為反沖洗用水。反沖洗水可用水塔或水泵供給。反沖洗排出的污水(spentbackwashwater)應(yīng)及時(shí)排除，通常返回處理系統(tǒng)的首端。44(6)空氣沖洗(airscour)：空氣沖洗是在濾料層和墊層之間加空氣管，在反沖洗的同時(shí)鼓入壓力空氣，增加對(duì)顆粒的攪動(dòng)，增加顆粒之間互相碰撞和摩擦的機(jī)會(huì)，加強(qiáng)反沖洗效果。強(qiáng)度據(jù)具體情況確定。(7)表面沖洗(surfacewash)：在過(guò)濾含有機(jī)物質(zhì)較多的原水時(shí)，濾層表面往往生成由濾料顆粒、懸浮物和粘性物形成的泥球。為了破壞泥球，提高沖洗質(zhì)量，常用壓力水進(jìn)行表面沖洗。45返回目錄464.9濾池常見(jiàn)故障及對(duì)策(1)氣阻(airblocking)：在過(guò)濾末期，局部濾層的水頭損失可能大于該處實(shí)際的水壓力，即出現(xiàn)負(fù)水頭。此時(shí)部分濾層水中溶解的氣體將釋放出來(lái)，積聚在孔隙中，阻礙水流通過(guò)，以致濾水量顯著減少。反沖洗時(shí)氣泡會(huì)沖出濾層表面。這種現(xiàn)象稱為氣阻，也稱氣閉。47(2)結(jié)泥球(mudball)：濾層表面的顆粒較細(xì)，截留的懸浮物較多。如果沖洗不干凈，則互相粘結(jié)成球。造成布水不勻和再結(jié)泥球的惡性循環(huán)。這種污泥的主要成分是有機(jī)物，結(jié)球嚴(yán)重時(shí)會(huì)腐化發(fā)臭。解決方法：(a)翻池人工清洗，或徹底換濾料，同時(shí)檢查墊層是否有移動(dòng)和配水系統(tǒng)是否有堵塞；(b)濾池反沖洗后暫停使用，保持濾料上面水深20-30cm，然后加氯浸泡l2h。48(3)跑砂和漏砂(sandlost)：如果沖洗強(qiáng)度過(guò)大或?yàn)V料級(jí)配不當(dāng)，反沖洗會(huì)沖走大量細(xì)濾料。如果沖洗水分布不勻，墊料層可能發(fā)生平移，進(jìn)一步促使布水不勻，最后局部墊料層被沖走淘空，過(guò)濾時(shí)，濾料通過(guò)這些部位的配水系統(tǒng)漏失到清水池中。(4)水生生物繁殖：在水溫較高時(shí)，沉淀池出水中常含多種微生物，極易在濾池中繁殖。在快濾池中，生物繁殖是不利的，往往會(huì)使濾層堵塞。可在濾前加氯解決。返回目錄494.10其它濾池簡(jiǎn)介無(wú)閥濾池虹吸濾池移動(dòng)罩濾池壓力濾池50濾料無(wú)閥濾池工作過(guò)程示意圖進(jìn)水過(guò)濾水51反洗廢水無(wú)閥濾池反洗過(guò)程示意圖反洗時(shí)進(jìn)水仍在繼續(xù)，但此時(shí)原水與反洗水一起排出52由進(jìn)水管送的水經(jīng)濾層過(guò)濾后，匯集到下部的集水室，再由設(shè)于濾池四個(gè)角的連通管向上流至沖洗水箱，當(dāng)沖洗水箱裝滿水后，凈水從出水管送入清水池。

隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，雜質(zhì)逐漸在濾層表面聚積，濾層中阻力增大，于是虹吸上升管內(nèi)的水面也逐漸上升，當(dāng)水面上升到虹吸輔助管管口時(shí)，水即從虹吸輔助管中急流而下，主虹吸管因空氣被抽氣管不斷抽走而形成負(fù)壓，虹吸上升管和虹吸下降管中的水面很快上升。當(dāng)這兩股上升的水面匯合后，便形成了虹吸，此時(shí)，濾池的反洗便開(kāi)始了。

反洗時(shí)，過(guò)濾室內(nèi)的水被虹吸管吸走，沖洗水箱中的水通過(guò)連通管迅速倒流回濾層中，對(duì)濾層進(jìn)行反沖洗。沖洗下來(lái)的污泥雜質(zhì)通過(guò)虹吸管排至排水井中。

當(dāng)沖洗水箱的水位下降到虹吸破壞管的管口時(shí)，由于空氣進(jìn)入虹吸管內(nèi)，虹吸作用被破壞，沖洗過(guò)程結(jié)束，濾池又進(jìn)入下一個(gè)運(yùn)行周期。

53重力式無(wú)閥過(guò)濾器54重力式無(wú)閥過(guò)濾器55過(guò)濾反洗虹吸濾池56移動(dòng)罩濾池57壓力濾池5859第五節(jié)離心分離設(shè)備離心分離設(shè)備的基本類型(了解)離心分離設(shè)備的工作原理(了解)離心分離設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)

(了解)60離心分離是在液相非均勻體系中，利用離心力來(lái)達(dá)到液液分離，液固分離的方法，通稱為離心分離。分為離心沉降和離心過(guò)濾。離心機(jī)是在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓中，藉慣性離心力的作用，過(guò)濾、澄清懸浮液，或?qū)煞N輕重不同、互不溶解的液體分離的設(shè)備。61一.分類按作用原理分類過(guò)濾式:(分離機(jī))：轉(zhuǎn)鼓壁上有孔并裝濾布(三足式)

沉降式:(澄清機(jī))：轉(zhuǎn)鼓壁上無(wú)孔無(wú)濾布，碟片式、管式

按離心分離因素分類常速離心機(jī)，分離因素f小于3000

中速離心機(jī)，分離因素f3000-50000

高速離心機(jī)，分離因素f大于50000

超高速離心機(jī)，分離因素f大于20萬(wàn)；

62二.離心力與轉(zhuǎn)鼓直徑和轉(zhuǎn)速的關(guān)系重量為M(kg)的物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)其圓周速度為μ

(m/s)，旋轉(zhuǎn)半徑為R(m)，則產(chǎn)生的離心力為

式中g(shù)——重力加速度，m/s；n——轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；D——旋轉(zhuǎn)直徑，m。如果以旋轉(zhuǎn)角速度ω（弧度/秒）表示，并取旋轉(zhuǎn)加速度與重力加速度之比稱為“離心分離因數(shù)”，以f表示。則

M增加，F(xiàn)增加；R增加，F(xiàn)增加；n增加，F(xiàn)增加顯著63

三.離心澄清機(jī)和離心分離機(jī)1.定義離心澄清機(jī)定義：藉離心沉降速度的不同將懸浮液中的液、固相分開(kāi)的離心機(jī)稱作離心澄清機(jī)。離心分離機(jī)定義：藉離心沉降速度的不同將輕重不同或互不溶解的兩種液體分開(kāi)的離心機(jī)稱作離心分離機(jī)。64碟片式離心機(jī)651.結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)鼓：懸在轉(zhuǎn)鼓軸的頂端。轉(zhuǎn)鼓芯：在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部，由50-80只形狀與尺寸相同的碟片按一定間距疊裝而成。離心澄清機(jī)的結(jié)構(gòu)

662.原理離心分離機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有數(shù)十只(50-80)形狀和尺寸相同的碟片,碟片按一定間距(0.5-1.2mm)疊置起來(lái)組成碟片組，每只碟片在離開(kāi)軸線一定