水的过滤处理

水的过滤处理
现在，在电厂锅炉补给水处理中，过滤的作用在于保护后级化学除盐设备的正常运行。

过去，曾经认为：过滤只用于地表水混凝澄清后的处理，地下水一般不需要过滤。

近年来，发现井水中带出的沙粒，同样影响离子交换器的运行，为此，不论是地表水还是地下水，水处理系统都会采用过滤设备。

水中悬浮物对下向流运行离子交换器的危害，主要表现在离子交换树脂层内形成泥饼，被冲成块状泥饼会沉入树脂层的底部，这不仅要增大离子交换器的水流阻力，而且泥沙会被水带走，污堵后级的离子交换器，则会直接污堵树脂层，造成水流阻力急剧增大，以致无法进行。

地表水经过混凝处理后，虽然已经将其中的大部分悬浮物沉淀在澄清池内，从外观上看也比较透明。

但实际上，水中仍含有少量细小的悬浮物，所以，必须进一步处理。

否则，当进行后级离子交换器时，会污堵交换层，妨害正常运行。

进一步除去水中悬浮物的常用方法为过滤。

过滤，是大家熟知的方法，如将水通过滤纸、砂层、几层布，都可将水中的悬浮物分离出来，这就是过滤。

在火力发电厂的水处理系统中，过滤的特点是水中的悬浮物含量不多，但水量较大，所以常用的是粒状滤料过滤法。

因为用这种方法，设备比较简单，且当滤层被污堵后，易用反滤的方法9（即用水自上而下的冲洗滤层）恢复其过滤能力。

最常见的滤料过滤是砂子，将水通过砂层过滤，就可将水中的悬浮物截留下来，流出的是清水。

这里，主要是讲述用粒状滤料过滤，至于其他的过滤方法，不进行介绍。

2.1 过滤的原理
用粒状滤料进行过滤的方法，虽然在生活和工作上应用很久，但对它的机理却有一个较长时期的认识过程。

在19世纪，过滤器中放的沙粒很细，过滤时的滤速很慢，大致为0.1~0.3m/h（按空塔截面积计），这种过滤器称为慢速过滤器。

慢速过滤器是利用砂层表面形成的一层泥饼来进行过滤的。

在泥饼未形成的阶段，慢速过滤器的出水水质很差，所以，这个时期，人们认为过滤作用是一种机械筛分作用，也就是说，水中的悬浮物是被滤层中微小的孔眼所截留。

现在，工业用砂过滤器的过滤，并不依靠滤层表面形成的滤饼，它用的砂粒径比慢速过滤器大，滤速常常达到8~12m/h或更大，这种过滤器称为快速过滤器。

快速过滤器虽不能使天然水中的浊度完全除净，但对于经混凝澄清处理的水，确能起有效的滤清的作用。

此种过滤不能用机械筛分原理来解释，因为那些小于过滤间隙孔径的颗粒也能除去。

所以，现在认为在这种过滤过程中有两种作用，一种是机械筛分，另一种是吸附凝聚。

在快速过滤器中，机械筛分作用主要发生在滤料层的表面，这是因为在用水反洗滤料层除去其中的污物时，滤料颗粒必然要按其颗粒的大小分层，结果是小颗粒在上，大颗粒在下，一次排列。

所以，上层形成的空隙孔眼最小，易于将悬浮物截留下来。

不仅如此，而且由于截留下来的或吸附着的悬浮物之间发生彼此重叠和架桥的过程，以至在表面形成一层泥饼，它可以起机械筛分作用。

为了说明吸附凝聚的意义，可先回顾一下在澄清池中进行的混凝过程。

此时，泥渣层对已脱稳悬浮物的吸附作用，可以提高混凝效果。

因为滤层中的砂粒排列得比澄清池悬浮物泥渣的颗粒更紧密，所以那些在澄清池中被带出的颗粒，在流经滤料层中的弯弯曲曲的孔道时，有更多的机会和原来过滤的泥渣碰撞，因此可以起到更有效的吸附作用。

于是，水中的悬浮微粒会更完全地被吸附在砂粒上面，使出水浊度进一步降低。

2.2 过滤过程中的水头损失
过滤过程中的阻力一般用水头损失表示。

过滤器在运行中的好坏，虽然主要是观察出水的浊度，但是，这个指标不能显示过滤层的变化情况，因为在过滤器的运行中，由于滤层表面的泥饼越来越厚，出水浊度反而会降低，所以不能用出水浊度判断过滤器是否应该进行反洗。

再者，如果运行到出水流量明显降低时在反洗，实际上，滤层已经受到严重污染，以致无法冲洗干净。

过滤器运行时间的延长，截留污泥的增多，过滤器的水流阻力会相应地升高，所以，在过滤器的运行中可以监督水通过滤层的压力降（又叫水头损失）作为指标。

过滤器的水流阻力是以进、出水的压力来表示的。

过滤器开始工作时，及时滤层的孔眼和表面一点也没有被污染堵塞，但由于过滤介质造成水的流通面积减少，也会有一定的水头损失。

这种损失，一般只有几厘米到十几厘米水柱。

随着被虑出的悬浮物在滤料颗粒间的小孔中和滤料表面逐渐堆积，滤层的水流阻力增大，水头损失也就随之加大。

~
在实际运行中，刚刚清洗过的过滤器，其水头损失小，相应的出力较大，而随着时间运行的延长，水流阻力增大，过滤器的出力会有所降低。

达到一定的水头损失后，过滤器则相应进行反洗。

目前，有的电厂认为，按水头损失确定反洗时间，仍然会造成过滤器内积污过多，给反洗造成困难。

可以按周期制水量来确定反洗间隔时间。

也有的电厂采用定期反洗的方法。

虽然，在保持过滤器的清洁和正常运行方面，起到了良好的作用，但是，过滤器的清洗水耗却大幅度地增加，经济性降低。

如果过滤器进出口的压差保持不变，则在过滤器工作过程中滤速会逐渐减少，出力降低。

如果保证出水量恒定，则必须随着滤层污染程度的加深，不断四调节阀门的开度，或用其它增大井水压力的办法以增大其流量。

目前，我国电厂都按前者的方式运行。

当过滤器运行到水头损失达到一定数值时，就应停用，进行清洗。

过滤器不能运行到水头损失过大的原因为：如运行到滤层污染较严重时，虽然一时还不影响出水水质，但会使反洗时不易洗净，造成滤料结块等不良后果。

2.3 滤料
滤料是过滤的基础，因为过滤作用就是利用滤料层来完成的。

用作滤料的物质，应具备以下条件：化学性能稳定，不影响出水水质；机械强度好，使用中不碎裂；粒度适当。

此外，还应当是价格低廉，便于取材。

常用的滤料为石英砂、无烟煤、大理石等。

滤料选择的依据是：在确保滤料的化学稳定性的前提下，应尽量选择机械强度好、介质真密度大、粒度适中、孔隙率大的物质作滤料。

根据原水水质的选择方法为：
1.对中性和酸性水，一般选用石英砂：
2.对碱性水，可选用无烟煤：
3.对石灰处理水，为了提高出水的安全性，可选用大理石或半煅烧白云石。

现将滤料的各种指标分述如下：
1.化学稳定性
滤料必须有足够的化学稳定性，在被过滤的水中不能有溶解现象，否则，一方面会造成滤料的溶解损失，另一方面还会污染水质。

为了试验滤料的稳定性，可在一定条件下，用中性、酸性和碱性水溶液浸泡各种滤料，以观察此水溶液被污染的情况。

若溶解固体物﹙TDS﹚的增加量不大于20mg/L，耗氧量﹙COD﹚增加量不大于10mgO2/L，SiO2增加量不大于10mg/L，则滤料可认为是合格。

2．机械强度
滤料应有足够的机械强度，以减轻颗粒间互相摩擦而破碎的现象。

当滤料在运行中有碎末产生时，这些碎末会被反洗水冲走而造成滤料的损失；如不将碎末冲走，它淤积在滤层的表面，则会增大水流阻力，使两次冲洗的间隔时间（即过滤周期）缩短，周期制水量减少。

通常可用两个指标来衡量滤料的机械强度：一是磨损性（即反洗时颗粒与颗粒相互摩擦所造成的滤料磨损百分数）和磨碎性（由于颗粒破裂所引起的磨碎百分数）。

测定方法为：取100g 粒度在0.5~1.0mm之间的滤料样品，置于装有150mL水的瓶内，在实验室的震荡装置震荡24h,再进行筛分。

通过0.25mm筛孔的滤料重量为磨碎百分比率：0.25~0.5mm之间的滤料重量为磨损百分率。

水处理工艺的滤料要求磨损百分率不大于0.5%，磨损百分比率不大于0.4%。

3粒度
滤料是由在一定范围内，大小不同的颗粒组成。

颗粒的大小，不能用一个简单的指标来表示。

一般用“粒径”表示颗粒的大小；用“不均匀系数”表示大小不同颗粒的分布概况，这两个指标可统称为“粒度”。

（1）粒径
粒径的表示方法可以使用平均粒径d50和有效粒径d10。

平均粒径是指50%滤料能通过孔孔径（以mm表示）；有效粒径d10指10%滤料能通过筛孔孔径。

在现场，为了使用方便，往往只用滤料粒径的范围来表示颗粒大小。

例如，用石英砂为过滤时，其粒径一般可采用0.5~1.0mm，即小于0.5mm和大于1.0mm的颗粒筛去，只取其中间部分。

不同的过滤工艺对滤料的粒径有不同的要求，使用时应根据具体情况选取，不宜过大或过小。

滤料粒径过大时，细小的悬浮物会穿过滤层，使出水浊度增大，而且在反洗时不能使滤层充分松动，反洗不彻底，沉积物和滤料容易结块，严重时，影响水流的均匀性，致使出水水质恶化和过滤器的周期制水量降低；粒径过小，则水流阻力大，过滤是滤层中水头损失增加很快，从而缩短过滤周期，反洗水的消耗量也会增多。

因此，应选择合适的粒径。

（2）不均匀系数
不均匀系数常以k80表示，是指80%（按重量计）滤料能通过的筛孔孔径（d80）与10%滤料能通过的筛孔孔径(d10)之比即
k80=d80/d10
粒径颗粒不均匀，有两种不良后果，一是使反洗工作困难，因为如反洗强度过大会带出小颗粒，反洗强度太小又不能松动下部的滤层；二是过滤情况恶化，因为颗粒大小不均匀意味着有细小的颗粒，反洗后，这些细小的颗粒集中在滤层表面，结果，污物堆积在滤层表面，使水头损失急剧增加，过滤周期缩短。

对于单层滤料机械过滤器，使用石英砂或无烟煤作滤料时，粒径可采用0.5~1.2mm,不均匀系数应不大于2；当使用双层粒径机械过滤器时，石英砂的粒径为0.5~1.2mm，无烟煤的粒径为0.8~1.6mm。

2.4影响过滤的因素
过滤器的运行，一般是指：当运行到水通过过滤层有一定的水头损失时，为了恢复其截污能力，需要用水自下而上进行反洗，以清除滤层中的污染物质。

反洗后，用水自下而上正洗出水水质合格，再投入下一循环的过滤运行。

影响过滤器运行的主要因素是滤料的粒径、滤速、过滤周期和滤层的截污能力。

1.滤料的粒径和滤层的高度
过滤是水中的悬浮颗粒在滤层中北吸附的动态过程，在过滤器的运行中，悬浮颗粒有一个向深层穿透的过程。

穿透的深度，主要取决于滤料的粒径。

在同样的运行工况下，粒径越大，穿透滤层的深度也越大。

在确定的粒径和滤层的高度时，还应考虑滤料的形状，了农村的孔隙和过滤流速的影响。

滤料的吸附表面积越大，滤层的截污能力也越大，过滤的效率也高，为此，采用多棱角的破碎粒滤料能提高滤层的过滤效果。

需指出，滤料的表面积与孔隙率程反比。

孔隙率大，滤层的截污能力大，但是过滤效率却是很低的。

2.l滤层的截污能力
滤层的截污能力与滤料的粒径有关。

适当增加粒径，有利于增大滤层的截污能力。

延长运行周期。

增加滤层的高度，同样有利于增大滤层的截污能力。

但是，与之同时发生的是截污能力越大，反洗的困难也同样增大。

滤层的截污能力﹙又称泥渣容量﹚，就是单位滤层表面或单位滤料体积所能去除悬浮物的重量，可用每m2过滤截面能去除泥渣的kg数，或每m3滤料能去除泥渣的kg数表示。

滤层的截污能力也与被过滤水所经过的处理方式有关，例如，当滤料的粒径为0.5~1.0mm 时，对于未经混凝处理的水，其截污能力为0.5~1.0kg/m2:对于经石灰处理的水为1.5~2.0kg/m2;对于经混凝处理的水为2.5~3.0kg/m2。

3 . 滤速
滤速﹙v﹚可按下式计算：
V=Q/F, m/h
式中：Q—过滤器的出力，m3/h；
F—过滤器的截面积，m2。

由上式可知，通常所谓滤速并非水通过滤料层孔隙的速度，二是没有滤料时，水通过空过滤器的速度，也称为“空塔流速”。

过滤器的速度不宜过慢或过快。

滤速慢意味着单位过滤面积的出力小。

因此为了要达到一定的出力，必须增大过滤面积。

这样不仅要增加投资，而且使设备和占地面积变得庞大。

滤速太快会使出水水质下降，而且运行时会因水头损失过大，而使过滤周期缩短。

在过滤经过混凝澄清处理的水时，滤速一般为8~12m/h。

最大允许滤速，主要取决于滤速的粒径，粒径愈小，允许的滤速愈小。

4 .水流的均匀性
过滤器在过滤或反洗的过程中，都要求沿过滤截面各部分的水流分布均匀，否则，过滤器就很难发挥其最大的效能。

然而，从进水总管进入的水，通过过滤器的各个部分时，由于所流经路程远近不同，所以沿途压力损失总有差别，这样也就不可能做到各部分的水流绝对均匀。

2.5压力式过滤器的设备结构
所谓压力式过滤器，指的是过滤器在一定的压力下进行过滤。

通常是用泵经送入过滤器，过滤后，借助于水的压力将水送入过滤水箱或后级的水处理的设备。

从五十年代至今，压力式过滤器一直在电厂广泛地应用。

目前，电厂常用的压力式过滤器有单层滤料、双层滤料和三层滤料之分。

压力式过滤器的结构式一个密封的立式圆柱形钢制容器，器内装有进水装置和配水系统，有的还装设了反洗用的压缩空气系统。

器外装有各种管道，阀门和测量仪器。

1.进水装置
在压力式过滤器中，其顶部中间设有进水装置。

最简单的进水装置为一个向上的漏斗，水进入过滤器后，水流通过漏斗向上，碰撞到过滤器的弧形圆顶，在水垫层中折返向下，同时，流速降低，消除了在管道输送中的动能，使水流均匀地分布到滤料层的表面。

因为水垫层的下面还有水流阻力较大的滤料层和配水系统，可以起到均流作用，所以，进水比较容易沿过滤截面均匀分布。

不需要复杂的进水设备。

2.配水系统
配水系统的类型较多，现在常用的有母支管式、孔板式和支持层式三种：
﹙1﹚母支管式的配水系统由母管和支管组成。

按其开孔的形状又可分为小孔式和缝隙式两种。

这种配水支管要用不锈钢或优质塑料制成。

缝隙的宽度一般不大于0.4mm。

如果开孔的尺寸大于滤料的最小粒径，需在支管的外面包扎50~60目的涤纶网或尼龙网。

﹙2﹚可以在支管上固定缝隙式或叠片式水帽。

﹙3﹚在过滤器内的滤料层底部装设大孔板，并在孔板上固定缝隙式或叠片式水帽。

对于采用气水合洗的过滤器，可以选择柄式水帽。

﹙4﹚支持层式是在过滤器内滤料层的底部装填不同粒径的填料。

一般情况下，填料分为五层，其级配如表2.5.1。

﹙5﹚水帽是在孔板或支管上安装的一种带有缝隙的部件，可由塑料或陶瓷等材料制成。

塑料水帽的布水均匀性好，但耐磨性能较差。

在过滤器的运行中，水通过水帽的缝隙流入配水支管或孔板的下部，使经过滤层的水与滤料分离。

在过滤器的反洗时，水流从水帽下部进入，使过滤层膨胀，同时，靠水流与滤料的摩擦，达到清洗过滤层的目的。

水帽的形式很多，有缝隙式、叠片式、长柄式等。

长柄水帽是专门为了水汽混合反洗用的。

当采用此种水帽时，经净化的压缩空气由过滤器底部，通过此水帽送入过滤器内，用长柄水帽可以使空气和反洗水良好混合，提高反洗的效果。

3. 外部系统
压力式过滤器的外部系统，如图所示。

它包括下列阀门，作为运行及反洗之用：
1﹚原水进水阀门；
2﹚过滤出水阀门；
3﹚反洗水进水阀门；
4﹚反洗排水阀门；
5﹚正洗排水阀门；
6﹚空气阀；
7﹚进、出水取样门。

2.6 压力式过滤器的运行
过滤器的运行是周期性的，每个周期可分为过滤、反洗和正洗三个步骤。

反洗的目的是清楚滤料层中积聚的污物，以恢复滤层的截污能力。

它是过滤器运行的一个重要步骤。

为了提高反洗效果，反洗时可采用气水合洗。

压力式过滤器的运行流速约为8~10m/h，当它运行到水流通过过滤层的压差达到容许极限时，停止过滤运行，开始反洗。

反洗的方式可分为：水洗和气水合洗两种。

1.过滤器的运行
开启过滤器的进水阀门，观察过滤器的进出水压力表，应指示进出水的压力。

开启过滤器的空气门，排除过滤器内的空气，当空气门连续有水流出时，关闭空气门。

逐渐开启过滤器的出水阀门，观察出水流量表，调节至需要的流量。

时常观察过滤器的进、出水压力表的差压，计算水头损失。

根据水头损失的大小、周期制水量或运行时间，确定两次反洗的间隔时间。

过滤器失效后，关闭进出、水阀门。

2.过滤器的反洗
当过滤器运行到一定的水头损失时，就需要用水自下而上通过滤层进行反洗，以除去过滤器内积存的泥渣，恢复滤料的过滤能力。

在反洗时，由于滤料颗粒间相互碰撞、摩擦和水流的冲刷作用，使污泥从滤料表面上脱落下来，并被反洗水流带出过滤器。

反洗时，由于水是向上流的，滤料层会被水流冲起，即滤层膨胀。

滤层膨胀后所增加的高度和膨胀前高度之比称为滤层膨胀率，这是用来度量反洗强度的指标。

为了达到清除污物的目的，反洗用的上升水流的速度和反洗的时间要足够。

上升水速的大小，可用“反洗强度”来表示，即在每秒时间每平方米过滤截面积流过多少升的反洗水流量。

选用反洗强度的大小，和许多因素有关：如果达到同样的膨胀率，滤料的颗粒越大，水温越高﹙此时水的密度和粘度都较小﹚，滤料比重越大，则需要反洗强度也越大。

例如，石英砂的反洗强度一般为15~18 L/s. .m2，而密度较小的无烟煤为10~12 L/s. .m2。

膨胀率约为20~50％，反洗时间一般为５～６ｍｉｎ。

反洗时间，实际上反映了反洗用水量，如反洗水量不足，则反洗时间可略为缩短，但不要减低反洗强度，否则，反洗效果更差。

每次反洗应将滤层中的污泥尽量清除干净，否则，积在滤层中的污泥会把滤料颗粒相互粘结起了，即发生滤料结块现象，从而破坏过滤器的正常运行。

水气合洗是通入压缩空气，使滤料颗粒间发生剧烈的摩擦作用，以提高清洗效果。

对地下水一般不需要使用压缩空气擦洗，只用足够的水反洗即可。

﹙１﹚水反洗
过滤器在运行中如果反洗效果不好，则会发生运行周期缩短，出水浊度增大等现象。

造成这种后果的主要原因是反洗的强度不够，滤料层的膨胀率太小。

为此，应通过实验，确定要求的流速，是滤层达到必要的膨胀率。

在一定的温度下，滤层的膨胀率和反洗强度的各项，可以通过小型试验来确定。

这可用直径为25～30mm的有机玻璃管，内装一定量的滤料，玻璃管的下端和自来水管道连接。

先用水慢慢地自下而上灌满玻璃管，排除滤料层内的气泡，并冲洗掉滤料中的细小颗粒。

然后，停止冲洗，待滤料层平稳后，量出其高度并通入反洗水进行试验。

先使反洗强度达到滤料层有５～１０％的膨胀率，经5min的冲洗，待管中已膨胀的滤面层稳定后，测量它的高度和水的流量，计算反洗强度。

反洗强度的单位以L/s·m2表示。

然后，增大反洗强度，使滤料层膨胀15~20％，再进行试验。

这样，制度膨胀率达到80％或100％。

绘制反洗强度和膨胀率的关系曲线。

还应指出，水的温度对膨胀率有明显的影响。

当水温升高时，由于水的粘度和密度下降，必须用更大的反洗水速，才能使滤料层达到同样的膨胀率。

所以，在进行试验时必须测定温度。

温度的影响可按下式进行估算：
V2=V1+0.47(t2-t1), L/s. .m2。

式中：V2和V1分别为在稳定为t2和t1时的反洗强度L/s. .m2。

工业机械过滤器的反洗强度试验是将多个漏斗（用棉花堵塞漏斗下部的出口）绑在一根
ø25~32的钢管上。

将钢管垂直固定在过滤器内的滤料层之上。

按正常操作进行过滤器的反洗，反洗后，打开过滤器，根据漏斗中积存的滤料，量取滤料层表面至积存滤料漏斗的高度，计算膨胀率。

为简化过滤器的反洗操作，防止反洗过程中滤料被冲出，可以在反洗排水阀门后的法兰中插入孔板，起限流作用。

（2）气水合洗
在反洗前，先将过滤器内的水排放到滤层的上缘（可有过滤器上的监督管中流水情况来判断），然后，送入压缩空气，吹洗3~5min后，在继续供给空气的情况下，向过滤器内送入反洗水，其强度10~15%。

反洗水进入2~3mins后，停止送空气继续用水在反洗1~1.5min,此时滤层膨胀率约达40~50%。

待反洗排水边清时，整个反洗过程结束。

这种过滤器，除了可以按照水通过滤层的压力降来确定是否需要反洗外，也可以按一定的运行时间，来进行反洗。

其容许的运行周期，应通过调试试验求得。

过滤器不能运行到浊度漏过，来进行反洗，否则滤层不易洗干净，长此下去，会使滤料结块。

一般，容许的过滤器进、出口的压力降约为5m水柱。

2.7过滤器的检修和维护
过滤器常见的问题是出水浊度增高或出水流量降低，其原因可能是：
1）滤料在反洗过程中流失或水帽损坏，滤料随水流漏出，滤料层高度不足；
2）滤料结块，造成过滤器的流通截面积减少；
3）滤料层表面不水平，水流不均匀，产生偏流现象。

如果在一段时间内，某台过滤器经常村子啊出水浊度增高或出水流量降低问题，则需要进行过滤器内部检查，并消除缺陷。

当滤料层遭受污染，又无法更换滤料时，可以采用化学清洗的方法，改善滤料性能。