第1章 物理法污水處理設(shè)備2

第四節(jié)過濾裝置快濾池(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)過濾過濾是使含懸浮物的廢水流過具有一定孔隙率的過濾介質(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)所采用的過濾介質(zhì)不同，可將過濾分為下列四類：格篩過濾(screen)微孔過濾(microfiltration)膜過濾(membranefiltration)深層過濾(depthfiltration)2過濾過程的分類：(1)格篩過濾：過濾介質(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過濾過程的分類：(3)膜過濾：采用特別的半透膜作過濾介質(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、超過濾和電滲析等。4過濾過程的分類：(4)深層過濾：采用顆粒狀濾料(granularmedia)，如石英砂、無煙煤等。由于濾料顆粒之間存在孔隙，廢水穿過一定深度的濾層，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濾(precoatfiltration)過程，這類過濾稱之為深層過濾，簡(jiǎn)稱過濾。5過濾在水處理中的作用：在給水處理中，常用過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深層過濾的基本過程

過濾過程分為過濾(filtration)和反洗(backwash)兩個(gè)過程。過濾過程是廢水由上到下通過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。濾料廢水過濾水7到一定程度時(shí)過濾不能進(jìn)行，需要進(jìn)行反洗。反洗是通過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)行過濾。所以深層過濾過程是間斷進(jìn)行的。

濾料反洗廢水反洗水入口84.2過濾機(jī)理過濾的機(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越小，截污能力隨之變得越來越高。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，形成無數(shù)的小“沉淀池”，懸浮物極易在此沉降下來。重力沉降強(qiáng)度主要取決于濾料直徑和過濾速度。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)其凝聚過程。114.3過濾的工藝過程過濾工藝包括過濾和反洗兩個(gè)階段：過濾(filtration)：過濾即截留污染物；反洗(backwashing)：反洗即把污染物從濾料層中沖走，使之恢復(fù)過濾能力。過濾周期(filterrun)：從過濾開始到結(jié)束延續(xù)的時(shí)間稱為過濾周期（或工作周期）。過濾循環(huán)(filtercycle)：從過濾開始到反洗結(jié)束稱為一個(gè)過濾循環(huán)。12普通快速濾池構(gòu)造進(jìn)水管，待過濾的水由此進(jìn)入集水渠，進(jìn)水及收集反洗水過濾介質(zhì)，水通過介質(zhì)得到過濾底部配水系統(tǒng)，收集過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快速濾池過濾過程示意圖反洗：F1、F2關(guān)，F(xiàn)3、F4開過濾：F1、F2開，F(xiàn)4、F3關(guān)進(jìn)水出水17濾池反洗過程示意圖反洗：F1、F2關(guān)，F(xiàn)3、F4開反洗水返回目錄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)，其過濾壓力水頭為4－5m壓力濾池(pressurefilter)，其過濾壓力水頭為15－20m按過濾時(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，過濾周期也相應(yīng)延長。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)來表示。其含義是在保證出水水質(zhì)的條件下，在過濾周期內(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：恒速過濾(constantrate):在整個(gè)過濾周期中過濾的速度不變。降速過濾(decliningrate)：在過濾周期中過濾速度是隨時(shí)間變化的，開始時(shí)大，過濾結(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，過濾水頭損失小，工作周期長；(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??；膨脹率過高，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)?？捎迷囼?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濾池常見故障及對(duì)策(1)氣阻(airblocking)：在過濾末期，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，積聚在孔隙中，阻礙水流通過，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，過濾時(shí)，濾料通過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?？稍跒V前加氯解決。返回目錄494.10其它濾池簡(jiǎn)介無閥濾池虹吸濾池移動(dòng)罩濾池壓力濾池50濾料無閥濾池工作過程示意圖進(jìn)水過濾水51反洗廢水無閥濾池反洗過程示意圖反洗時(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，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)，濾池的反洗便開始了。

反洗時(shí)，過濾室內(nèi)的水被虹吸管吸走，沖洗水箱中的水通過連通管迅速倒流回濾層中，對(duì)濾層進(jìn)行反沖洗。沖洗下來的污泥雜質(zhì)通過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，沖洗過程結(jié)束，濾池又進(jìn)入下一個(gè)運(yùn)行周期。

53重力式無閥過濾器54重力式無閥過濾器55過濾反洗虹吸濾池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)鼓壁上無孔無濾布，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；

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)疊置起來組成碟片組，每只碟片在離開軸線一定