给水工程(过滤消毒)[深度荟萃]
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– 具有足够的化学稳定性，以免影响水质； – 具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率； – 应尽量就近取材，且货源充足，价格便宜；
行业特制
15
滤池滤料(2)
• 滤料级配：是指滤料中各种粒径颗粒所
占的重量比例。
(2)采用最大粒径、最小粒径和 不均匀系数来表示滤料级配
• 滤料级配的表示方法：
(1)以有效粒径d10和 不均匀系数K80 表示滤料级配
• 快速滤池冲洗方法：
– 高速水流反冲洗； – 气、水反冲洗； – 表面助冲加高速水流反冲洗；
行业特制
24
高速水流反冲洗(1)
• 原理：利用流速较大的反向水流使滤层 达到流态化，且具有一定的膨胀度。截 留于滤层中的杂质在水流剪力和滤料颗 粒摩擦碰撞的双重作用下，从滤料表面 脱落，随水流被带出滤池 。
– 为后续的消毒工艺创造有利条件：滤后水中 残余的细菌和病毒等由于失去悬浮物的保护 将容易被杀灭。
行业特制
3
过滤概述(2)
• 普通快滤池的工作过程包括过滤和冲洗两部分
行业特制
4
过滤理论(1)
• 过滤机理
– 颗粒迁移机理：物理-力学作用； – 颗粒粘附机理：物理化学作用；
范德华力、 静电引力、
化学鍵、 吸附架桥作用
行业特制
5
过滤理论(2)
• 滤层内杂质分布规律
– 过滤初期：滤料较干净，孔隙率大，孔隙流 速较小 ，因而粘附作用占优势；
– 随着过滤时间延长，截留杂质量逐渐增加， 孔隙率变小，孔隙流速变大，水流剪力逐渐 增大，导致最后粘附的颗粒会脱落或杂质颗 粒被水流挟带进入下层滤料，从而使下层滤 料的截留作用渐次得以发挥；
• 均质滤料：指沿整个滤层深度方向的任一横断 面上，滤料组成和平均粒径均匀一致，即在反 冲洗时不出现水力分层现象，通常采用气水反 冲洗；
行业特制
7
过滤理论(3)
• 原水直接过滤：即原水不经沉淀直接过 滤；
– 接触过滤：原水加药后直接进入滤池；
– 微絮凝过滤：滤前设微絮凝池，原水加药后 经微絮凝形成微絮体后再进入滤池；
冲洗流速 是否越大越好
行业特制
25
高速水流反冲洗(2)
• 冲洗控制参数：
– 冲洗强度：单位面积滤层通过的冲洗流量； – 滤层膨胀度：反冲洗时滤层膨胀后所增加的
厚度与膨胀前厚度之比； – 冲洗时间；
南京大学环境学院
给水工程(五)
给水处理—过滤消毒
吴军
2009年5月22日
行业特制
1
第17章 过滤
• 过滤概述 • 过滤理论 • 滤料和承托层 • 滤池冲洗 • 普通快滤池 • 无阀滤池 • 其它形式滤池
行业特制
2
过滤概述(1)
• 过滤的作用
– 进一步降低水的浊度，从而去除依附于悬浮 物的细菌、病毒和有机物等；
颗粒实际表面积
行业特制
21
承托层
• 作用：防止滤料从配水系统中流失，同 时对均布冲洗水有一定的作用。
• 常用大阻力配水系统承托层的粒径和厚 度：
行业特制
22
• 为防止反冲洗时承托层移动，美国对单 层和双层滤料滤池有采用“粗-细-粗”的
砾石分层方式。
行业特制
23
滤池冲洗
• 冲洗目的：清除滤层中所截留的污物， 使滤池恢复过滤能力。
• 过滤水力学
次方成正比
– 清洁滤层水头损失(卡曼-康采尼公式)：
h0
180
g
(1 m0 )2 m03
(
1 d 0
)2 l0v
行业特制
9
• 实际滤层为非均匀滤料，可按筛分曲线 分成若干层，整个滤层总水头损失即为 各层水头损失之和：
H0
h0
180
g
(1 m0 )2 m03
(1
)2
l0v
n i1
K80
d80 d10
d10—通过滤料重量10%的筛孔孔径
d80—通过滤料重量80%的筛孔孔径
行业特制
16
行业特制
17
滤池滤料(3)
筛分实验
• 可滤以料筛满选足方法：筛分实验 生–产取要某天求然河砂300 g，洗净后于105烘干，冷却后称取100g，用
一组筛子过筛，分别称出留在各个筛子上的砂量，填入下表。
变速过滤
• 滤速随时间不断减小的过滤称为变速过 滤或减速过滤。也叫等水头过滤。如移 动罩滤池或多池成组运行的快滤池可以 实现近似的等水头变速过滤。
行业特制
12
滤层中的负水头现象
• 在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质 导致滤料某一深度的水头损失超过该处 水深时，便会出现负水头现象。
行业特制
13
负水头现象的危害
(
pi di2
)
随着过滤时间延长，孔隙率减小， 则在水头损失不变的条件下，
将引起滤速减小；若滤速保持不变， 则水头损失将增大。
Байду номын сангаас
行业特制
10
等速过滤
• 维持滤池滤速不变，相应过滤水头不断增加称 为等速过滤，也叫变水头过滤。虹吸滤池和重 力无阀滤池即属于等速过滤。
Ht H0 h Ht
行业特制
11
• 导致溶解于水中的气体释放并形成气囊； • 气囊会减小有效的过滤面积，增加孔隙
流速和过滤水头损失，严重时影响滤后 水质； • 气囊上升可能带走轻质滤料，破坏滤层 结构；
解决办法： 使滤池出口位置等行于业特或制 高于滤层表面。 14
滤池滤料(1)
• 滤料质量要求：
– 具有足够的机械强度，防止冲洗时产生磨损 和破碎现象；
行业特制
18
滤池滤料(4)
• 滤料等体积球体直径：
6G
d0 3 n
行业特制
19
滤池滤料(5)
• 滤料孔隙率的测定
m 1 G
V
行业特制
20
滤池滤料(6)
• 滤料形状因素对水头损失及滤层孔隙率 均有影响，但至今还没有一种满意的方 法可确定不规则颗粒的形状系数。
• 球度系数Φ：
同体积球体表面积
原水直接过滤的适用条件：
原水浊度和色度较低且变化较小。要求常年原水浊度低于50度；
通常采用二层或三层滤料，滤料粒径和厚度适当增大，否则易堵塞；
原水进入滤池前均不应形成大的絮凝体；
浊度偏高时应采用较低滤速，反之亦然；
行业特制
8
过滤理论(4) 水头损失与孔隙
率及粒径成反比
水头损失与滤层 厚度 及滤速的一
问题：往往下层滤料 的截留作用远未得到 充分发挥时过滤就被
原因：反冲洗的水力分层
使表层滤料的粒径最小
截留杂质量最大，
而孔隙尺寸最小，导致
行业特制 孔隙堵塞，阻力剧增
6
解决办法
• 双层滤料：上层采用密度较小、粒径较大的轻 质滤料如无烟煤，下层采用密度较大、粒径较 小的重质滤料如石英砂；
• 三层滤料：上层 为大粒径、小密度的轻质滤料 如无烟煤，中层为中等密度的滤料如石英砂， 下层为小粒径、大密度的重质滤料如石榴石；
行业特制
15
滤池滤料(2)
• 滤料级配：是指滤料中各种粒径颗粒所
占的重量比例。
(2)采用最大粒径、最小粒径和 不均匀系数来表示滤料级配
• 滤料级配的表示方法：
(1)以有效粒径d10和 不均匀系数K80 表示滤料级配
• 快速滤池冲洗方法：
– 高速水流反冲洗； – 气、水反冲洗； – 表面助冲加高速水流反冲洗；
行业特制
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高速水流反冲洗(1)
• 原理：利用流速较大的反向水流使滤层 达到流态化，且具有一定的膨胀度。截 留于滤层中的杂质在水流剪力和滤料颗 粒摩擦碰撞的双重作用下，从滤料表面 脱落，随水流被带出滤池 。
– 为后续的消毒工艺创造有利条件：滤后水中 残余的细菌和病毒等由于失去悬浮物的保护 将容易被杀灭。
行业特制
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过滤概述(2)
• 普通快滤池的工作过程包括过滤和冲洗两部分
行业特制
4
过滤理论(1)
• 过滤机理
– 颗粒迁移机理：物理-力学作用； – 颗粒粘附机理：物理化学作用；
范德华力、 静电引力、
化学鍵、 吸附架桥作用
行业特制
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过滤理论(2)
• 滤层内杂质分布规律
– 过滤初期：滤料较干净，孔隙率大，孔隙流 速较小 ，因而粘附作用占优势；
– 随着过滤时间延长，截留杂质量逐渐增加， 孔隙率变小，孔隙流速变大，水流剪力逐渐 增大，导致最后粘附的颗粒会脱落或杂质颗 粒被水流挟带进入下层滤料，从而使下层滤 料的截留作用渐次得以发挥；
• 均质滤料：指沿整个滤层深度方向的任一横断 面上，滤料组成和平均粒径均匀一致，即在反 冲洗时不出现水力分层现象，通常采用气水反 冲洗；
行业特制
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过滤理论(3)
• 原水直接过滤：即原水不经沉淀直接过 滤；
– 接触过滤：原水加药后直接进入滤池；
– 微絮凝过滤：滤前设微絮凝池，原水加药后 经微絮凝形成微絮体后再进入滤池；
冲洗流速 是否越大越好
行业特制
25
高速水流反冲洗(2)
• 冲洗控制参数：
– 冲洗强度：单位面积滤层通过的冲洗流量； – 滤层膨胀度：反冲洗时滤层膨胀后所增加的
厚度与膨胀前厚度之比； – 冲洗时间；
南京大学环境学院
给水工程(五)
给水处理—过滤消毒
吴军
2009年5月22日
行业特制
1
第17章 过滤
• 过滤概述 • 过滤理论 • 滤料和承托层 • 滤池冲洗 • 普通快滤池 • 无阀滤池 • 其它形式滤池
行业特制
2
过滤概述(1)
• 过滤的作用
– 进一步降低水的浊度，从而去除依附于悬浮 物的细菌、病毒和有机物等；
颗粒实际表面积
行业特制
21
承托层
• 作用：防止滤料从配水系统中流失，同 时对均布冲洗水有一定的作用。
• 常用大阻力配水系统承托层的粒径和厚 度：
行业特制
22
• 为防止反冲洗时承托层移动，美国对单 层和双层滤料滤池有采用“粗-细-粗”的
砾石分层方式。
行业特制
23
滤池冲洗
• 冲洗目的：清除滤层中所截留的污物， 使滤池恢复过滤能力。
• 过滤水力学
次方成正比
– 清洁滤层水头损失(卡曼-康采尼公式)：
h0
180
g
(1 m0 )2 m03
(
1 d 0
)2 l0v
行业特制
9
• 实际滤层为非均匀滤料，可按筛分曲线 分成若干层，整个滤层总水头损失即为 各层水头损失之和：
H0
h0
180
g
(1 m0 )2 m03
(1
)2
l0v
n i1
K80
d80 d10
d10—通过滤料重量10%的筛孔孔径
d80—通过滤料重量80%的筛孔孔径
行业特制
16
行业特制
17
滤池滤料(3)
筛分实验
• 可滤以料筛满选足方法：筛分实验 生–产取要某天求然河砂300 g，洗净后于105烘干，冷却后称取100g，用
一组筛子过筛，分别称出留在各个筛子上的砂量，填入下表。
变速过滤
• 滤速随时间不断减小的过滤称为变速过 滤或减速过滤。也叫等水头过滤。如移 动罩滤池或多池成组运行的快滤池可以 实现近似的等水头变速过滤。
行业特制
12
滤层中的负水头现象
• 在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质 导致滤料某一深度的水头损失超过该处 水深时，便会出现负水头现象。
行业特制
13
负水头现象的危害
(
pi di2
)
随着过滤时间延长，孔隙率减小， 则在水头损失不变的条件下，
将引起滤速减小；若滤速保持不变， 则水头损失将增大。
Байду номын сангаас
行业特制
10
等速过滤
• 维持滤池滤速不变，相应过滤水头不断增加称 为等速过滤，也叫变水头过滤。虹吸滤池和重 力无阀滤池即属于等速过滤。
Ht H0 h Ht
行业特制
11
• 导致溶解于水中的气体释放并形成气囊； • 气囊会减小有效的过滤面积，增加孔隙
流速和过滤水头损失，严重时影响滤后 水质； • 气囊上升可能带走轻质滤料，破坏滤层 结构；
解决办法： 使滤池出口位置等行于业特或制 高于滤层表面。 14
滤池滤料(1)
• 滤料质量要求：
– 具有足够的机械强度，防止冲洗时产生磨损 和破碎现象；
行业特制
18
滤池滤料(4)
• 滤料等体积球体直径：
6G
d0 3 n
行业特制
19
滤池滤料(5)
• 滤料孔隙率的测定
m 1 G
V
行业特制
20
滤池滤料(6)
• 滤料形状因素对水头损失及滤层孔隙率 均有影响，但至今还没有一种满意的方 法可确定不规则颗粒的形状系数。
• 球度系数Φ：
同体积球体表面积
原水直接过滤的适用条件：
原水浊度和色度较低且变化较小。要求常年原水浊度低于50度；
通常采用二层或三层滤料，滤料粒径和厚度适当增大，否则易堵塞；
原水进入滤池前均不应形成大的絮凝体；
浊度偏高时应采用较低滤速，反之亦然；
行业特制
8
过滤理论(4) 水头损失与孔隙
率及粒径成反比
水头损失与滤层 厚度 及滤速的一
问题：往往下层滤料 的截留作用远未得到 充分发挥时过滤就被
原因：反冲洗的水力分层
使表层滤料的粒径最小
截留杂质量最大，
而孔隙尺寸最小，导致
行业特制 孔隙堵塞，阻力剧增
6
解决办法
• 双层滤料：上层采用密度较小、粒径较大的轻 质滤料如无烟煤，下层采用密度较大、粒径较 小的重质滤料如石英砂；
• 三层滤料：上层 为大粒径、小密度的轻质滤料 如无烟煤，中层为中等密度的滤料如石英砂， 下层为小粒径、大密度的重质滤料如石榴石；