水污染控制工程过滤理论资料

8.2 过滤理论
水中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面，涉 及两个问题：
1、被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接 近或接触，这涉及颗粒脱离流线而向滤料颗粒表 面靠近的迁移机理。
2、当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠哪 些力的作用使它们粘附于滤料颗粒表面上，这涉 及粘附机理。
8.2 过滤理论
1、颗粒迁移机理
滤层含污量（g/cm2） 单层滤料 1
无煤烟
滤 层 深 度 (cm)
2 双层滤料
石英砂
石英砂
图17-4 滤料层含污量变化
8.2 过滤理论
★★ 提高滤池含污能力的途径：
A、提高滤料颗粒的均匀性，即减小K80 ，增大d10 。 B、由单层滤料改为多层滤料；（反粒度过滤。提高滤 层含污能力，延长过滤周期。 ） C、改变水流方向（上下双向过滤）（反粒度过滤） 。
粒迁移到滤料表面上时，则在范德华力和静电力 相互作用下，以及某些特殊的化学吸附力下，被 粘附与滤料颗粒表面上，或粘附在滤料表面上原 先粘附的颗粒上。
此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。
8.2 过滤理论
二、滤层内杂质的分布规律
（一）滤层内杂质的分布规律 在颗粒粘附的同时，还存在由于孔隙中水流剪 力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。 粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附 和脱落的程度。
应用： 处理湖泊、水库等低浊度原水，应用较多。 处理低温低浊水。
滤前是否需设置微絮凝池，目前还有不同看法， 应根据具体水质条件决定。
在过滤过程中，滤料孔隙中的水流一般属层流状态。 被水流挟带的颗粒随水流的流线运动。它之所以会脱离 流线与滤料颗粒表面接近，完全是一种物理-力学作用， 主要有拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用。
8.2 过滤理论
（1）拦截作用：颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒 会直接碰到滤料表面产生拦截作用；
（2）沉淀作用：颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离 流线，产生沉淀作用；
图 颗粒粘附力和平均水流剪力示意图。
8.2 过滤理论
二、滤层内杂质的分布规律
Fa1表示颗粒1与滤料表面的粘附力； Fa2表示颗料2与颗粒1之间的粘附力； FS1表示颗粒1所受到的平均水流剪 力； FS2表示颗粒2所受到的平均水流剪 力； F1、F2和F3均表示合力。
8.2 过滤理论
过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙 流速较小，水流剪力Fa1较小，因而粘附作用占 优势。
随着过滤时间的延长，滤层中杂质逐渐增多， 孔隙率逐渐减小，水流剪力逐渐增大，以至最后 粘附上的颗粒（如图中颗粒3）将首先脱落下来， 或者被水流挟带的后续颗粒不再有粘附现象，于 是悬浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留作用渐 次得到发挥。
第二节 过滤理论
实际工作时，往往是下层滤料截留悬浮颗粒 作用远未得到充分发挥时，过滤就得停止。
（3）惯性作用：颗粒具有较大惯性时，也可脱离流线 与滤料表面接触；
（4）扩散作用：颗粒较小，布朗运动较剧烈时会扩散 至滤料表面；
（5）水动力作用：在滤料表面附近存在速度梯度，非 球形颗粒由于在速度梯度作用下，会产生转动而脱离流 线与颗粒表面接触。
8.2 过滤理论
2、颗粒粘附机理 粘附作用是一种物理化学作用。当水中杂质颗
8.2 过滤理论 三、直接过滤
硫酸铝
聚合物
原水
混合
双层或三层滤料滤池
（a）
阳离子型聚合物
过滤出水
原水
混合
双层或三层滤料滤池
（b）
过滤出水
硫酸铝
聚合物
原水
混合
絮凝池
（C）
双层或三层滤料滤池
阳离子型聚合物
原水
混合
絮凝池
（d）
双层或三层滤料滤池
过滤出水 过滤出水
8.2 过滤理论
（三）直接过滤的应用
特点： 直接过滤工艺简单，混凝剂用量较少。
原因：滤料经反冲洗后，滤层因膨胀而分层，表层滤料粒径最 小，粘附比表面积最大，截留悬浮颗粒量最多，而孔隙尺寸又最小， 因而，过滤到一定时间后，表层滤料间孔隙将逐渐被堵塞，甚至产 生筛滤作用而形成泥膜，使过滤阻力剧增。导致结果:
(1)在一定过滤水头下滤速减小（或在一定滤速下水头损失达到 极限值）;
(2)或者因滤层表面受力不均匀而使泥膜产生裂缝时，大量水流 将自裂缝中流出，以致悬浮杂质穿过滤层而使出水水质恶化。
8.2 过滤理论
一、过滤机理 (一) 机械筛滤
把滤料间的空隙看作“筛子”，大于孔隙尺寸的杂质 被截留下来。
(二) 重力沉降
靠重力作用沉淀在滤料的表面。滤料层类似于层层叠 起的多层沉淀池，巨大的沉淀面积，将微小的杂质沉淀 截留下来。
(三) 接触絮凝
在范德华力作用下被滤料吸附；在布朗运动作用下迁 移扩散到滤料表面被吸附。
4、在饮用水净化工艺中，过滤是不可缺少的， 它是保证饮用水卫生安全的重要措施。
8.2 概 述
五、滤池的种类
(一) 按滤速 1、慢滤池 0.01～0.4m/h 2、快滤池 4～8m/h 3、高速滤池 10～16m/h
(二) 按作用水头 1、重力滤池 4～5m 2、压力滤池 15～25m
(四) 按滤料组成 1、单层滤池 滤速 8-10m/h 2、双层滤池 滤速10-14m/h 3、多层滤池 滤速18-20m/h
出水
石英砂 承托层 a.上向流过滤
石英砂
承托层 进水
b.双向流过滤
出水
无烟煤
石英砂
承托层 进水
c.双层滤料
无烟煤
石英砂
磁铁矿
承ห้องสมุดไป่ตู้层
出水
出水
d.三层滤料
8.2 过滤理论
为了改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现 象，提高滤层含污能力，出现了双层滤料、三层滤料或 均质滤料等，见图。
8.2 过滤理论
第二章 水的物理处理
第八节 过 滤
8.1 概 述
一、过滤：借助于具有一定空隙率的固体介 质（如石英砂）阻挡截留水中杂质而使水得 到澄清的工艺过程。 二、截留的对象：
细小颗粒、细小矾花、藻类、细菌及病毒。
三、位置：沉淀池或澄清池之后。 直接过滤。
8.1 概 述
在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄 清池出水，使滤后出水浊度满足用水要求。
在废水处理中，过滤常作为吸附、离子 交换、膜分离法等的预处理手段，也作为 生化处理后的深度处理，使滤后出水达到 回用要求。
8.1 概 述
四、作用 (给水) 1、进一步降低水的浊度； 2、同时水中有机物、细菌及病毒将随水的浊
度降低而部分被去除。 3、为滤后消毒创造了良好条件。
（残留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护和依附时， 在滤后消毒过程中也将容易被杀灭。）
当上述两种情况之一出现时，过滤将被迫停止。
8.2 过滤理论
（二）滤池的含污能力
当过滤周期结束后，滤层中所截留的悬浮颗粒量 在滤层深度方向变化很大.
滤层含污量指单位体积滤层中所截留的杂质量。 在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体 积滤料中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单 位以g/cm3或kg/cm3计。
三、直接过滤
（一）定义 原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。。 （二）直接过滤方式 (1)原水加药后面接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝 设备。———“接触过滤”。 (2)滤池前设微絮凝池，原水加药混合后在微絮凝池， 形成粒径相近的微絮粒后（粒径大致在 40-60μm）即刻 进入滤池过滤。———“微絮凝过滤”。