第5章 深层过滤(2学时)

粒、纤维球等，石英砂使用最广。 3、粒径与级配
♫ 粒径—表示颗粒的大小，指把滤料颗粒包围在内的一个假
想的球体的直径。
水处理工程（一）
水处理工程（一）
水处理工程（一）
♫级配—不同粒径的颗粒在滤料中的比例。由实
验求得。（筛分试验）
♫实验求得级配曲线，可确定滤料的有效粒径和 不均匀系数。
➢有效粒径—通过10%滤料质量的筛孔直径，
水处理工程（一）
二、过滤方程
虽然进行了大量研究，但是尚未得到可直接用于 实际设计的理论公式：原因
1、澄清方程—研究单位滤层厚度截留悬浮物量 与该处液相的悬浮物浓度的关系。
2、连续过滤方程式—评价滤池的工作状态 3、阻力方程—干净滤层的水头损失和沉淀物产
生的水头损失两部分。
水处理工程（一）
H 0
qA s1A s2 s3 s4
qB
s1B s2 s3 s4
s1A总是≠ s1B，所以qA≠ qB ，设计时 尽可能qA≈qB，采取两种方法：
水处理工程（一）
qA qB
s1A s2 s3 s4 s1B s2 s3 s4
①尽可能增大配水系统中布水孔眼的阻力，
即减小孔眼尺寸，使s2>> s1+ s3+ s4，使分
♂形状—角形滤料的表面积比同体积的球形滤料表面积 大。当孔隙率相同时，角形滤料过滤效率高。
♂孔隙率—较小的孔隙率会产生较高的水头损失，而较 V VC 大的孔隙率提供较大的纳污空间和较长的过滤时间，
V SS易穿透。球形滤料0.43左右，角形滤料0.48~0.55。 ♂厚度—滤床越厚，滤液越清，操作周期越长 ♂表面性质—滤料表面的电性影响对悬浮颗粒的吸附和 接触絮凝。中性和异电有利。
滤层
垫层
B
A
流道Ⅰ：H1= s1AqA2+ s2AqA2+ s3AqA2+ s4AqA2+流速水头 流道Ⅱ：H2= s1BqB2+ s2BqB2+ s3BqB2+ s4BqB2+流速水头
同在排水槽排水，故H1=H2上两式中 s2A＝ s2B＝ s2 ， s3A＝ s3B＝ s3 ， s4A＝ s4B＝ s4
比小于60。支管上开有向下成45度角的配水孔，相邻两孔的方向 相错开，孔间距75～200mm，配水孔总面积与滤池面积之比为0.2 ％～0.25%。支管底与池底距离不小于子管半径。为了排除反洗水 的空气，干管应在末端顶部设排气管，干管自进口端至末端倾斜
向上。排气管直径40～50mm，末端应设阀门。
水处理工程（一）
水处理工程（一）
过滤的分类
– 表层过滤：机械滤除，产水率低
➢ 格筛过滤：介质为栅条或筛网，除去粗大的悬浮物，杂草、纤维 等，格栅、筛网等
➢ 微孔过滤：滤布、滤片、烧结滤管等，用以除去粒径细微的颗粒 ➢ 膜过滤：采用特别的半透膜作过滤介质在一定的推动力下进行过
滤，滤膜孔隙极小，可以去除水中细菌、病毒、有机物和溶解性 物质，反渗透、超过滤、电渗析等
强制滤速，m/h 10-14
14-18
一般为 12 4.8-24
一般为 12
水处理工程（一）
4、过滤与滤料排列
➢单层滤料滤池反冲洗后水力筛分，使沿过滤水流 方向的滤料粒径逐渐变大—形成上小下大的分布 形式，过滤时，上部截留颗粒小，损失迅速上升
➢理想情况—滤料沿水流方向由粗到细
解决途径：
①改变水流方向，由下向上，缺点：反冲洗不净，滤速慢； ②改用双层或多层滤料—选用不同密度 的滤料。层数越多，越
石英砂 0.5-1.0 石榴石 0.2—0.4
相对密度 2.65 l.5 2.65 1.5 2.65 4.75 1.7 2.65 4.13
滤料厚度，m 0.7
0.4-0.5 0.4—0.5
0.42 0.23 0.07 0.45 0.20 0.10
滤速，m/h 8-12
4.8-24 一般为 12
4.8-24
d10—表示小颗粒的直径，起主要过滤作用。 （0.5~0.6mm） ➢d80—表示通过80%滤料质量的筛孔直径，即滤 料中粗颗粒的代表粒径。
➢不均匀系数K80＝d80/d10-反应滤料颗粒大小的
差别程度。（2.0~2.2）
水处理工程（一）
♫当量粒径de—由于滤料颗粒大小形状不一，进
行水力计算时，采用当量粒径来反应粒径大小。
当滤池面积较大，干管直径较大时，为了保证干管顶部配
水，可在干管顶上开孔安装滤头（图5-7a），或将干管埋设 在滤池底板以下，干管须连接短管，穿过底板与支管相连 （图5-7b）。
水处理工程（一）
小阻力配水系统的形式很多，最常用的是穿孔板上安装滤 头。常见的滤头为圆柱型和塔型两种（图5-8和5-9），废水
筛分曲线分为若干段，在粒径di1和di2之间取平 均值di，相应于其间的颗粒重量比pi，其数值接 近平均pn p1 p2 pn
d1 d2
dn
pi 1
pi
pi
di
di
♫考虑到筛孔和颗粒的不规则性，需作筛孔校 准，以校准后筛孔级配曲线计算de。
♫滤层的含污能力和过滤效果取决于滤层厚度 和粒径两因素—L/de，值越大，去除率越高。
水处理工程（一）
第一节 普通快滤池的构造
快滤池的剖面图 一、滤料—滤池的核心部分
1、基本要求：
①有足够的机械强度，在冲洗过程中不因碰撞、摩擦而破碎 ②有足够的化学稳定性，不溶于水，不产生有害物质 ③具有一定的大小和级配，满足截留SS的要求 ④外形近圆形，表面粗糙，带有棱角 ⑤廉价、易得
2、常用类型：石英砂、无烟煤、石榴石粒、磁铁矿
聚剂改变其表面性质。
水处理工程（一）
第三节 快滤池的运行
一、滤速变化及其控制
1.出水阀门调节实现恒速过滤
滤层阻力小时，关小出水阀门，滤层阻力大时，开大阀门， 出水阀门全开时，停止过滤进行反冲洗
2.变水头恒速过滤-无阀滤池\虹吸滤池
✓ 设置进水堰室和出水堰室来控制 ✓ 滤池中水位高低反映滤层水头损失大小 ✓ 当水位达到设定的最高水位时，进水堰停止进水，进行反
复合气水反冲洗滤砖
水处理工程（一）
四、排水槽及集水渠
– 排水槽作用：均匀收集和输送反冲洗水
– 形状：
槽顶尽量平，槽底有坡度，面积不超过滤池面积的25%， 高出滤层膨胀最大高度
– 集水渠：收集排水槽的排水，水面不干扰排水槽的 出流。充当进水渠的作用。
B
A
C
砂面
A
C
剖面B-B
冲洗水
剖面A-A B
剖面C-C
子分母值接近（比值大于0.95）——大阻
两种
力配水系统—形式：“丰”字型大阻力配
方法
水系统
②尽可能减小s1的数值，使水从进口流到 末端的水头损失可以忽略不计， s1<< s2+
s3+ s4，，也可使qA≈qB——小阻力配水系 统。形式：进水空间＋滤砖滤头
水处理工程（一）
管式大阻力排水系统(图5-6）由一条干管（或渠）和若干支管所 组成，干管截面积为支管总截面积的1.5～2.0倍，支管长与直径之
②水头损失与滤料粒径的平方成反比，粒径减小30%，水头 损失将增大一倍。
③孔隙率对水头损失影响较大，成(1-ε0)2/ ε03关系。孔隙率减 小，损失将增大。
④水头损失与过滤时间和进水浓度成正比。
水处理工程（一）
三、过滤效率的影响因素
1.滤料的影响
♂粒度—粒度越小，过滤效率越高，水头损失增加越快。 小滤料时，筛分与拦截机理起重要作用。
水处理工程（一）
2.悬浮物的影响
۩ 粒度—粒度越大越易除去 ۩ 形状—角形颗粒去除效率比球形颗粒高 ۩ 密度—沉淀、惯性和布朗运动。影响程度不大 ۩ 浓度—过滤效率随原水浓度升高而降低，浓度越
高，穿透易，水头损失增加越快。 ۩ 温度—温度影响密度及粘度，进而通过沉淀和附
着机理影响过滤效率。温度降低，对过滤不利。 ۩ 表面性质—是影响过滤效率的重要因素，投加凝
因为L/de值与单位过滤面积上滤料总表面积和 颗粒数目成正比。
水处理工程（一）
表5-1普通快滤池的滤料组成及滤速
滤池类型 单层滤池 双层滤料
三层滤料
三层滤料
滤料及粒径，mm 石英砂 0.5-1.2 无烟煤 0.8-l.2 石英砂 0.5-1.2 无烟煤 0.8—2.0 石英砂 0.5-0.8
磁铁矿 0.25—0.5 无烟煤 1-2
L
5v g
(1 0 )2
3 0
6
2
n i 1
i
d
2 i
———干净过滤层阻力损失 Carmen-Kozeny管道公式导出
H kvc0t
10
—沉淀物产生的水头损失增值（在 干净滤层水头损失的基础上叠加 Gregory）
上两式得出结论：
①水头损失与滤速成正比，提高滤速将增大水头损失，但SS 进入滤层的深度也加大。
– 深层过滤：砂滤，d＝0.5-1.2mm，H=700mm，滤速8-10m/h，
去除5μM以上的颗粒，液体中颗粒的体积<0.1%；机理：接触凝聚、 吸附、机械筛除等；产水率高。
➢按滤速分：慢滤池（＜0.4m/h）、快滤池（4-10m/h）、高速滤 池（10-60m/h）； ➢按作用力：重力滤池、压力滤池； ➢按水流方向：下向流、上向流、双向流、径向流； ➢按滤料：单层滤料、双层滤料、多层滤料； 普通快滤池是研究滤池的基础。
水处理工程（一）
第五章
深层过滤
1、普通快滤池的构造 2、过滤理论 3、快滤池的运行 4、快滤池的设计 5、其他滤池
水处理工程（一）
兴趣是最好的老师！
深层过滤的最主要特点是什么？ 滤池最核心的部分是哪里？ 滤料不均匀系数是不是越小越好？ 最理想的滤料层按粒径应如何排列？ 反冲洗不均匀会造成什么危害？如何消除之？ 研究过滤方程对滤池的设计运行有无指导意义？ 滤池运行及反冲洗主要的控制参数有哪些？ 快滤池设计的首要控制参数是什么？