给水处理 过滤

序号
表9-3 滤形状料描述颗粒的形状及其球度球系数度系数、形状形系状系数数、孔隙率
孔隙率
1
圆球形
1.0
1.00
0.38
2
圆形
0.98
1.02
0.38
3
已磨蚀的
0.94
1.06
0.39
4
带锐角的
0.81
1.23
0.40
5
有角的
0.78
1.28
0.43
5．滤料层的孔隙率
滤料层的孔隙率指整个滤层中孔隙总体积与整个滤层 的堆积体积之比。
4 过滤方式
（1）恒速过滤 最常见的恒速过滤如图9-7所示。在恒速过滤状态，由于
滤层逐渐被堵塞，水头损失随过滤时间逐渐增加，滤池中水 位逐渐上升，当水位上升到最进高水位时，过滤停止以待冲洗
水
。无阀滤池与虹吸滤最高 池水位 是典型的恒速过滤滤池。
最低水位
出 水
图 9-7 恒速过滤
h Ho △Hmax
25
水头，见图9-1167550。
45° 100
4
3
21
-50 -15
50 100 150 175
hb
hc
15 a
b
滤料
c
卵石
出水
图 9-6 过滤时滤层内压力变化
1-静水压力线；2-清洁滤料过滤时水压线；3-过滤时间为t1时的水压线； 4-过滤时间为t2(t2>t1)时的水压线
负水头会导致空气释放出来，危害： ①是增加滤层局部阻力，增加了水头损失； ②空气泡会穿过滤料层，上升到滤池表面，甚至把 煤粒这种轻质滤料带走。在冲洗时，空气更容易把 大量的滤料随水带走。 避免滤池中出现负水头的两个方法： 一是增加砂面上的水深；
2. 工作过程 由过滤与反冲洗两部分组成。
3.滤速 滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过 滤水
量，单位为m3/（m2 • h）或m/h。 4.工作周期
从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的 工作周期。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。
9.2 过滤理论
9.2.1 截留机理
1．悬浮颗粒被截留的机理 两阶段理论：由迁移与吸附组成。
滤层含污能力：单位体积滤层中的平均含污量 称为“滤层含污能力”，单位g/cm3或kg/m3。
采用单水冲洗的石英砂滤料滤池是典型的水力 分级滤料滤池，其含污量随深度的变化见图9-4
多层滤料滤池接近理想滤料滤池，最常见为双 层和三层滤见图9-5。双层滤池其含污量随深度的 变化见图9-4曲线2。
均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现，如
（a）
石英沙 无烟煤
石英沙
（b）
图 9-5 几种滤料组成示意
（c）
石榴石
无烟煤
均质滤料
3．过滤过程中水头损失变化
（1）清洁滤料层的水头损失 卡曼-康采尼公式h0（ 1C8a0rgm•a(1n-mKm03o0 z)2o(ny•1）d0公)2 l式0：
非均匀滤层按下式计算： h0
n
hi
i 1
180
排水阀
滤速v（m/h）
排水渠
清
水
池
图 9-8 减速过滤（一组4座滤池）
0
过滤时间t（h）
图 9-9 一座滤池滤速变化（一组共4座滤池）
5. 直接过滤
原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为“直接过滤”
。直接过滤有两种方式：①原水加药后只经过混合就直接进
入滤池过滤，称为“接触过滤”。也可称为“直流过滤”，
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
直接过滤的两个特点： ①采用双层或三层滤料滤池； ②采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。 直接过滤要求： ①原水浊度和色度较低且水质变化小，常年 原水浊 度低于50度； ②直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊度偏 高时应采用较低滤速，当原水浊度在50度以上时，
留在筛表上9的-砂4量筛分试验记录 通过该号筛的砂量
质量
质量
（g）
%
（g）
%
2.362
0.8
1.651
18.4
0.991
40.6
0.589
85.0
0.246
43.4
0.208
9.2
筛底盘
2.6
合计
200
0.4
199.2
99.6
9.32
180.8
90.4
20.3
140.2
70.1
42.5
55.2
27.6
反冲洗时配水不均匀的危害： ①滤池中砂层厚度分布不同； ②过滤时，产生短流现象，使出水水质下降； ③可能招致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。
迁移：沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力，见图9-2。 吸附：范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特 殊的化学滤吸料 附力悬浮颗作粒 用、絮凝颗粒间的架桥作用。
流线
1—沉淀
2—扩散
3—惯性
4—阻截
5—水动力
2．吸附与剥离
（1）Ives-Mints争论 Ives： ①附着于滤料之上的悬浮颗粒在过滤过程中绝对不 剥离； ②在过滤后期悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水是吸 附效率降低的缘故。 Mints： ①吸附和剥离是过滤过程中同时存在的两个相反的 现象，且剥离量与含污量成正比；
（2）递降速过滤
设四个滤池组成一个滤池组，假设：①进入滤池组的
总流量不变；②每个池子的性能完全相同；③每个滤池恰好 按它的编号顺序进行冲洗。则滤池的水位与滤速变化如图99所示。
移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池，当移动冲洗罩
滤池的分格数最高很水位 多时，这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间
隔时进水间渠 很近，最低滤水位 池水位变化不大，有可能达到近似的“等水 位变进水 速阀 过滤”。
1
2
3
4 5 6
表9-6
三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度
材料
粒径 （mm）
厚度 （mm）
重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）
0.5~1.0
50
重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）
1~2
50
重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）
2~4
50
重质矿石（如石榴石、磁铁矿等） 砾石 砾石
4~8 8~16 16~32
50
100 本层顶面高度至少应高于配系
2.滤层膨胀度
L(1 m) L0 (1 m0 )
e m m0
（9-10）
由于滤层膨胀前、后单位1面积m上滤料体积不变，于是：
3.常用数据
表9-7列出了常用数据。
序号
表9-滤7层类冲型洗强度、冲(膨L洗/s•胀强m度2度) 和冲洗时膨（胀%间）度
1
石英砂滤料
12~15
45
2
双层滤料
13~16
g
•
(1 m0 m03
)2
(1
)
2
l0
v
n
(
pi
/
d
2 i
)
i 1
（9-1）
（2）过滤过程中H的水 头H1损失H变2化 H3 H 4 过滤时滤池的总水头损失为：
（9-2）
（3）负水头现象
当过滤进行到一定时刻时，从滤料表面到某一深度处
的滤层的水头损失超过该深度处的水深，该深度处就出现负
水深 负水头区
9.3 滤料与承托层
9.3.1 要求 1.具有足够的机械强度 2.具有足够的稳定性 3.能就地取材、价廉
4.外形接近于球状，表面比较粗糙而有棱角。
9.3.2 滤料性能参数
1.比表面积 粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积的滤料所具 2有.有的效表粒面径积与，不单均位匀为k系8c0数m2/gdd或1800cm2/ cm3。
（9-9）
式中， G —— n个颗粒的总重量, g；
3
7.双层滤料和多层滤料滤池中出现的混层现象
一种观点认为：煤-砂交界面上适度的混层，可避免交 界面上积聚过多杂质而使水头损失增长较快，故适度混杂是 有益的
另一种认为：煤-砂交界面上不应有混杂现象。因为煤层 起截留大量杂质作用，砂层则起精过滤作用，而界面分层清 晰，起始水头损失将较小。
50
3
三层滤料
16~17
55
冲洗时间 （min）
7~5
8~6
7~5
注：1．设计水温按20OC计，水温每增减1OC，冲洗强度相 应增减速1%；
２．由于全年水温、水质有所变化，应考虑有适当调整冲 洗强度的可能；
9.4.2 配水系统
常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水系统、 中阻力配水系统等三种，其作用： ①反冲洗时，均匀分布反冲洗水； ②过滤时，均匀集水。
浊度10ntu以下； 总大肠菌类10~1000个
/100mL； 藻类不太多；
10000人以下的给水处理
小于1.0ntu 总大肠菌类<1个/100mL
细菌总数99% 能去除逗号弧菌
(Vibrio comma)
2.7~7m 99%
7~12m99.9% 较大颗粒99%~99.9%
9.1.2 快滤池
1. 构造见图9-1
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
筛孔孔径（mm）
图 9-12 滤料筛分曲线
(3)同一粒径砂
精确取用同一粒径滤料的方法：将滤料样品倾入某一筛 子过筛后，将筛子上的砂全部倒掉，再将卡在筛孔中的那部 分砂振动掉下来，如此重复进行，可得到同一粒径的滤料。 从体这积些球振体动直下径来：的砂d粒0 中 3取出•6几nG•粒，按以下公式可求出其等
1
6
13
2
10
7
11
5
8
4
9
12 14
3
图 9-1 普通快滤池构造剖视图（箭头表示冲洗水流方向）
1-进水总管；2-进水支管；3-清水支管；4-冲洗水支管；5-排水阀； 6-浑水阀；7-滤料层；8-承托层；9-配水支管；10-配水干管； 11-冲洗水总管；12-清水总管；13-冲洗排水槽；14-废水渠
见图9-10中（a）与（b）所示；②原水加药后经过混合和微
絮凝池后硫进酸铝入滤聚池合物 过滤，称为“微絮凝过滤” ，如图9-10中
（c）与（d）所示。 原水
混合
双层或三层滤料滤池
（a）
过滤出水
阳离子型聚合物
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
过滤出水
测定方法：取一定量的滤料，在105oC下烘干称重，并 用比重瓶测出其密度。然后放入过滤筒中，用清水过滤一段 时间后，量出滤层体积m，则1 孔隙G率为
V
式中，G ——烘干后的滤料, g； ——滤料的密度，g/cm3；
（9-8）
6．滤料的筛分方法
(1) 筛分试验记录
筛分试验记录见表9-4.
筛孔 （mm）
21.7
11.8
5.9
4.6
2.6
1.3
1.3
–
–
100
(2) 筛分方法
见图9-12，大粒径（d.>1.54）颗粒约筛除13.0 %，小粒径 （d<0.44）颗粒约筛除19.0 %。
通过筛孔砂量 (％)
100 80 60 40 20
0
0.44
1.54
(％) 100 80
60
40 20 10
0.2
0.4 0.55 0.6 0.8 1.0 1.1 1.2 1.34 1.4
第九章 过 滤
9.1 过滤概述
9.1.1 慢滤池
慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备，能有效地 去除水的色度、嗅和味，见9—1。由于慢滤池占地面积大 、操作麻烦、寒冷季节时其表层容易冰冻，在城镇水厂中使 用的慢滤池逐渐被快滤池所代替。
适用的进水条件
出水水质
细菌的去除效率
颗粒物去除效率
表9—1 现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质
（2）附着力与水流剪力
见图9-3。
脱附力
3 Fa3
2 Fa2
1
Fs3
F3 Fs2
F2 Fs1
滤 层 深 度 (cm)
F1
Fa1 滤料
图 9-3 颗粒粘附和脱附力示意
滤层含污量（g/cm2） 单层滤料 1
2 双层滤料
图 9-4 滤料层含污量变化
石英砂
无煤烟
石英砂
9.2.2 过滤水力学
1．快滤池滤层的发展与利用
3．滤料的当量直径
d e
n i 1
pi d i1 d i2
（9-5）
式中，de ——滤料层的当量粒径，mm
pi ——截留在筛孔为和的筛子之间的滤料重量占滤料总 重量的百分数；
4．球度系数与形状系数
同体积球体表面积 颗粒实际表面积
球度系数
1
（9-6）
表9-3列出了常见的滤料形状与其球度系数和形状系数，滤料 颗粒的形状示意见图9-11。
3.最大粒径、最小粒径 常用的数据见表9-2。
类别 单层石英砂
滤料 双层滤料
三层滤料
粒径 （mm）
dmax=1.2 dmin=0.5
无烟煤 dmax=1.8 dmin=0.8
石英砂 dmax=1.2 dmin=0.5
无烟煤 dmax=1.6 dmin=0.8
石英砂 dmax=0.8 dmin=0.5
8.承托层
承托层的作用： ①防止滤料层从配水系统流失； ②均匀布置反冲洗水。组成见表9-5与9-6。
层次（自上而下表）9-5 1 2 3
4
快滤池大粒阻径力（配mm水）系统承托层粒径和厚度厚度
2~4
100
4~8
100
8~16
100
16~32
本层顶面高度至少应高于配系 统孔眼100
层次 （自上而下）
重质矿石 dmax=0.5 dmin=0.25
表9-2 滤料级配与滤速 滤料组成
不均匀系数 K80
厚度 （mm）
<2.0
700
<2.0
300~400
<2.0
400
<1.7
450
<1.5
230
<1.7
70
滤速 （m/h）
~10 10~14
18~20
Βιβλιοθήκη Baidu强制滤速 （m/h） 10~14 14~18
20~25
统孔眼100
注:配水系统如用滤砖且孔径为4mm时，第6层可不设。
9.4 滤池冲洗
常用的反冲洗方法有以下几种：
①单水高速反冲洗：
②气- 水联合反冲洗； ③表面助冲加高速水流反冲洗。
9.4.1 单水高速反冲洗
1.反冲洗强度
e L L0 100(%)
指单位面积滤层所通过L的0 反冲洗流量，单位为L/s•m2。