第五章过滤

多格滤池进水渠连通，各池的水位和总 水头损失相等，但滤速v不等，主要是因为截污 量不同。干净滤料滤速大。 ������ 每格滤池的滤速是阶梯性的下降，但在每 一阶梯段还是等速过滤，滤池内的水位有一定程 度上升，待某一格滤池反冲洗重新投入运行时后 ，其它滤池的滤速下降一级，相应地滤池组的水 位也突然下降一些。 ������ 滤池组整体的总平均出水量是保持不变的 。 分格数很多，有可能达到近似的“等水位变 速过滤”。
Βιβλιοθήκη Baidu
应用： •给水处理 原水→混凝沉淀/澄清→过滤 原水→微絮凝→过滤（微絮凝过滤） 直接 原水→加药→过滤（接触过滤） 过滤 •污、废水处理 原水→生物处理→过滤 原水→生物处理→混凝沉淀→过滤
一、慢滤池 •滤速慢：V＝0.1-0.3 m/h，重力运行 •滤料一般为砂，表面生长一层滤膜（1－2个星期后） ������ 效果：浊度可降到0，可不消毒。 ������ 机理：微生物吞食细菌 ������ 微生物分泌出起凝聚作用的酶 ������ 藻类产生氧气，起氧化作用。 ������ 但生产效率低，1－3月后堵塞，需刮掉滤 膜，重新补砂。 ������ 一般用于小型水处理厂。
一）快滤池分类： 普通快滤池 ������ 虹吸滤池 ������ 重力滤池 ������ 压力滤池 ������ 移动罩冲洗滤池 V型滤池 翻板滤池
一）快滤池分类
按滤料层：单层砂滤料、双层滤料、多层滤料 按水流方向：上向流、下向流、双向流滤池等。 按阀门配置：普通快滤池、双阀滤池、虹吸滤 池、无阀滤池、单阀滤池等。 按冲洗方式：水反冲洗、表面冲洗+水反冲洗、 气—水反冲洗滤池等。 按工作压力：重力式、压力式滤池。
5.3 颗粒滤料
（2）最大与最小粒径：dmax, dmin 工程上为方便，一般dmin≈d10, dmax≈d80 ������ 我国规范中，采用d10, k80来控制滤料粒径分布。 (3) 滤料筛选方法： 按要求设计d10和K80 筛选。
二） 普通快滤池的构造
������
1 6 2 11 10 5 4 12 14 7 8 9 13
3
图 14-1 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
二） 普通快滤池的构造
������ ������
•组成：
管渠：集水渠、洗砂排水渠、配水系统 滤料、承托：滤料层、承托层、 ������ 管廊：浑水进水管、清水出水管、初滤水、冲洗来水、 冲洗排水、四大阀门（至少）
•过滤过程：最大过滤水头损失1.5－ 2.5m ������ •工作周期：过滤开始－冲洗结束＝12 －24h
������
三） 过滤方式 ������ 1．变水头等速过滤 ������ 2．等水头等速过滤 ������ 3．等水头变速过滤
1．变水头等速过滤 • 随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失 的增加，滤池内水位自动上升，自由进流， 以保持过滤速度不变。
• 实例：
虹吸滤池、无阀滤池
进 水 最高水位
• 3．等水头变速过滤 ������ 如果过滤水头始终保持不变，滤速必然要降低。 实例：移动罩滤池 滤池的滤速变化如图17-9所示。 ������
最高水位 进水渠 最低水位
排水阀 排水渠 清 水 池
滤速v（m/h）
0
进水阀
过滤时间t（h）
图 17-8 减速过滤（一组4格滤池）
图 17-9 一格滤池滤速变化 （一组共4格滤池）
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
慢滤池和快滤** 过滤理论*** 颗粒滤料** 滤层的反冲洗*** 几种常见的滤池**
一、过滤及分类 过滤：以滤料截留水中杂质的过程。 分类：颗粒材料过滤、粗滤、微滤、膜滤。 本章讨论以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从 而使水获得澄清的过滤。 滤池：相应的处理构筑物称为滤池。 二、过滤的目的： 1.去除水中悬浮物，获得浊度更低的水； 2.去掉污泥中的水，获得含水量较低的污泥。 三、过滤的应用：给水处理、污水深度处理、工业废水处理。
������ 优良的滤料必须满足以下要求： 1）有足够的机械强度 2、有较好的化学稳定性 3、有适宜的级配和足够的孔隙率。
级配：滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。 孔隙率：太大，影响出水水质；太小，影响滤 速及过滤周期。
������ ������ ������ ������
2．粒状滤料的性能指标������ 1)滤料粒径级配 2)滤料的纳污能力 3)滤料的孔隙率和比表面积
滤池的总水头H可分解为五部分： ������ 1、流经滤料层的水头损失Ht：(从开始时的H0，随时 间呈直线增加)； ������ 2、流经垫层和集水系统的水头损失h1(不随时间而变) ； ������ 3、流经流量控制阀的水头损失ht(开始时为h0，可通 过开启阀门改变)； ������ 4、出水管内流速水头v2／2g ������ 5、剩余水头h2。 ������ 总水头应为：
慢滤池优缺点： 优点： # 可靠 # 运行和维护费用低 # 一般不需要化学预处理 缺点： # 占地面积大，生产效率低 # 需要人工清理
二、 ������ ������ ������ ������ ������
快滤池(滤速5~10m/h) 一）快滤池分类 二 ） 普通快滤池的构造 三 ） 过滤方式 四 ） 滤层内杂质分布规律 五 ） 提高滤池截污能力的途径
2
a2
1
F1
随着过滤时间延长，滤层中杂质逐 滤料 渐增大，以至最后粘附上的颗粒（图中 颗粒3）将首先脱落下来，或者被水流夹 图 17-3 带的后续颗粒不在有粘附现象，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。
Fa1
颗粒粘附和脱附力示意
直接过滤注意点： ①原水浊度和色度较低且水质变化较小，常年浊度 <50度，如湖泊、水库水； ②滤料通常采用双层、三层或均质滤料，粒径、厚 度适当增大，否则滤层表面孔隙易堵； ③原水进入滤池前，不应形成大的絮凝体，以免很快 堵塞滤层表面孔隙，为提高微絮粒强度和粘附力，有时需 投加高分子助凝剂（如硅酸及聚丙烯酰胺），发挥吸附架 桥作用； ④滤速: 浊度偏高，低速;浊度偏低，高速。 直接过滤的优点及适用范围： 直接过滤工艺简单，混凝剂用量较少，在处理湖泊、 水库等低浊度原水方面已有较多应用，也适宜处理低温低 浊水，但同时需加助凝剂——活化硅酸以强化絮凝效果。
最低水位
出 水
图
9-7
恒速过滤
h Ho
△Hmax
•
• 过滤任意时的水头损失H＝H0＋h ＋ΔHt ������ H0:清洁水 头损失������ h：配水系统、承托层及管渠水头损失之和 ������ ΔHt：滤层的水头损失增值 ������ ΔHt与时间的关系反映了滤层截留杂质与过 滤时间的关系。可以直线关系来表示。 ������ Hmax为最大过滤水头损失，虹吸滤池、无阀滤池一般 为1.5m
������ ������
粒径：指正好可通过某一筛孔的孔径。
1)滤料粒径级配 （1）有效粒径和不均匀系数 ������ d10和d80：分别通过滤料重量10％和80％ 的筛孔孔径 不均匀系数K80＝d80/d10 d10反映了产生水头损失的主要部分。 K80愈大，颗粒愈不均匀，孔隙率下降，含 污能力降低，且反冲洗强度不好确定。 均匀滤料：K80<1.4
图中：Fa1表示颗粒1与滤料表面的粘附力； Fa2表示颗粒2与颗粒之间的粘附力； 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。
Fa3
Fs3 脱附力 F3 Fs2 F2 Fs1
3
过滤开始阶段，滤层比较干净，孔隙 率较大，孔隙流速小，水流剪力Fs1较小， F 因而粘附力作用占优势（大量杂质被滤 层表面所截留）。
滤层含污量（g/cm3） 1
无煤烟
单层滤料
双层滤料
图 17-4 滤料层含污量变化
石英砂
石英砂
2
������ 改进方向：提高滤层含污能 力，延长过滤周期。 ������ 1、改变水流方向 1）上向流 ������ 当流速太大时，表面应加格网 或格栅。 ������ 缺点：反冲洗时膨胀受到限制 ������ 冲洗水流与过滤水流方向一 致，冲洗效果不好，大量污泥 需通过整个滤层才能排出，往 往使污泥排除不净。
v H H t h1 ht h2 2g
2
2．等水头等速过滤 •过滤时，Ht逐渐增加，为使剩余水头h2不变， 可开大出水阀，使ht减小。 ������ 当过滤周期快结束时，出水阀已全开，ht已 达最小，此时继续过滤，h2就要逐渐减小，直 至被消耗完，滤池不再出水。 ������ 实际操作时，一般在出水阀全开时(过滤时间为T)就停 止过滤而进行反冲洗。时间T即为过 滤周期。
粒状介质过滤机理： 表层细砂层粒径为0.5mm， 孔隙尺寸为80μm，但进入 滤池的颗粒大部分小于30μm， 仍能被去除。 不光是机械筛滤，还有接触粘附的作用。
涉及两个过程：迁移和粘附 ������
（一）颗粒迁移
（二）颗粒粘附 当水中颗粒迁移到滤料表面时则在范德华引力、静电 力以及某些特殊的化学吸附力作用下，粘附于滤料颗粒 表面上，或者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。 因此，粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面 物 理化学性质。未经脱稳的悬浮物颗粒，过滤效果很差， 这就是证明。基于这一概念，过滤效果主要取决于颗粒 表面的性质而无须增大颗粒尺寸。 但表层滤料的筛分作用也不能排除，特别是在过滤后 期，当滤层中的孔隙尺寸逐渐减少时。
������ ������ ������ ������
1．种类 2．粒状滤料性能指标 3．滤料层规格 4、垫层
������ ������ 矿 ������ ������
1．种类 石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、磁铁 陶粒、 聚苯乙烯 纤维球滤料
������ ������ ������ ������
2）双向流 ������ 苏联发明的。此种过 滤方式效果虽好，但 滤池构造复杂
2、 改变滤料：双层或多层、均质滤料、改性滤料
无烟煤
无烟煤
石英沙
石英沙
（a）
（b）
石榴石
（c）
图 17-5 几种滤料组成示意
均质滤料
粒状介质过滤： ������ 定义： ������ 水和废水通过粒状滤料（如石英砂）床层时，其中的 悬浮颗粒和胶体就被截留在滤料的表面和内部空隙中，这 种通过粒状介质分离不溶性污染物的方法称为粒状介质过 滤 ������ 工艺位置： ������ 可用于活性炭吸附和离子交换等深度处理过程之前作 为预处理 ������ 也可以用于化学混凝和生化处理之后作为后处理
等速与变速过滤的差别？ 在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较 好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。 清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速 度并不太大，可将一些悬浮杂质带入下层滤料。而当 截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止悬浮 物穿透滤层。
•反洗后由于水力筛分，粒 径顺过滤方向由小变大。 •滤料表层孔隙率较小。 •杂质主要截留在滤料表 层。 滤 •下部滤层截污能力未得到 层 深 充分发挥。 度 (cm) 由于水头损失的提高， 过滤就得停止，导致 滤料层截污 能力低。
快滤池的工作原理 ： 当水中悬浮颗粒随水流经滤料层时发生迁 移，被粘附于滤料颗粒表面或粘附在原先已吸 附的颗粒上。 随着过滤时间延长，滤层中杂质逐渐增多， 滤料之间的孔隙逐渐减小，通过滤层的水流速 度不断增大，截留的沉积物因水流剪切作用部 分分离，被带入滤层深部，使下层滤料截留作 用逐渐得到发挥。 当滤层堵塞到一定程度后就需进行冲洗，以 恢复滤料的过滤能力。
• 2．等水头等速过滤 ������ 通过设置出水流速调节器， ������ 实例：普通快滤池
过滤时的水头损失: ������ 假设在整个过滤周期内，滤池的水位和滤速 都保持不变， ������ 那么如果测得滤池进水、出水以及出水阀后 的水头，就能得出滤池各部位水头损失的变化 情况(如下图)。
滤速调节器