水质工程学第5章过滤4详解

清洗方式 刮除表层滤料
特点 出水水质好，生产效率低，仅在表 层几厘米滤层中纳污。
滤池的类型及主要特点
快(砂)滤池(rapid (sand) filter) 滤料尺度 0.5~2.0 mm 滤 速 1.5~3.0 mm/s 工作周期 十几小时至几天
清洗方式 反冲洗 净化机理 机械隔滤、沉淀作用、接触凝 聚（主要）
地下水除铁、锰(曝气氧化，产生铁、 锰的沉淀物之后)
——污水二级处理之后: 去除悬浮、胶体 物质
滤池的类型及主要特点
慢砂滤池(slow sand filter) 滤料尺寸 0.15~0.35mm 滤 速 0.03~0.1 mm/s 工作周期 几周至数月
净化机理 ① 机械隔滤(滤膜、孔隙小) ② 滤膜中的生化作用
e L L0 100 % L0
3）冲洗历时
（4-45）
配水系统
1、作用 ——反冲洗时均匀布水 ——过滤时均匀集水 2、配水与反冲洗的关系 若配水不均匀会降低反冲洗效果：1）形成泥 球；2）承托层松动，造成漏砂现象
配水系统
3、反冲洗时滤池的阻抗分析 由滤池结构可知，反冲洗水头应克服下述阻 力：
①筛滤和机械截留 ②布朗运动 ③重力沉 降 ④惯性碰撞 ⑤流动接触
——悬浮固体在滤料表面的附着 ①机械附着 ②凝聚作用 ③化学作用
主要机理: 接触凝聚
滤层截留杂质的规律
1、杂质截留过程 2、杂质在滤层中的分布 3、影响滤层中杂质分布的主要因素
杂质截留过程
接触凝聚附着──与絮凝体的表面特性、吸附 强度有关。过滤开始时，由于孔隙大、流速 小，杂质主要集中在表层
定义
水处理中的过滤是用具有孔洞的粒状滤料 层截留水中杂质，使水澄清的工艺过程
作用
降低水的浊度，去除悬浮和脱稳的胶体颗 粒物(包括菌、病毒，有机物等)
设置位置
——给水处理中，设在沉淀(澄清)之后，进 一步降低浊度(20° ≤5°，达到饮用水对浊 度的要求)
——直接过滤: 低浊度水(投药混合之后， 对颗粒尺度要求不高)
过滤
4.3.1 过滤的净化原理 4.3.2 滤料与承托层 4.3.3 滤池的反冲洗 4.3.4 快滤池的设计 4.3.5 其它形式的滤池
过滤的净化原理
一、概述 二、快滤池的构造与工作过程 三、过滤的净化机理 四、滤层截留杂质的规律 五、过滤过程中滤层阻力的变化 六、提高过滤效率的途径
概述
1、定义 2、作用 3、设置位置 4、滤池的类型及主要特点
配水系统阻力 S1 孔眼局部损失 S2 承托层阻力 S3 滤料层阻力 S4 流速水头 S5
级配与粒径
1）粒径：假想的包围滤料颗粒的球体直径。
2）级配：不同粒径滤料所占的比例，常通过 筛分实验来确定滤料的级配。
3）级配表示方法
——有效直径d10：通过滤料重量10%的筛孔 孔径
——不均匀系数K80：
K80
d80 d10
（4-43）
级配与粒径
4）孔隙率m：
m 1 G
V
（4-44）
式中：G——滤料干重（g）
水力冲刷脱落──由于流速作用。随着杂质 积累、阻塞孔隙，流速增大，使部分颗粒被 冲刷、脱落，杂质向下推移，下层滤层的作 用逐渐发挥。
由于表层颗粒细(水力筛分的结果)，比表 面积大，截留杂质多，所以整个滤层的截留 作用尚未完全发挥，过滤过程就将结束。
杂质在滤层中的分布
① 滤料粒径下大上小，孔隙也下大上小，造 成表层滤料截留杂质多。由于表层滤料筛滤 的结果，堵塞严重，有时形成滤膜，使过滤 阻力剧增(图4-3-2)。
V——滤料层体积（cm3）源自文库
γ——滤料比重（g/cm3）
滤料层规格
滤料层厚度：一般60~70cm 滤料级配：通常K80≤2
孔隙率：一般石英砂滤料的孔隙率在0.42 左右
承托层
1、作用 ——支撑滤料 ——防止滤料流失 ——均匀布水 2、组成 通常采用天然卵石，厚度约40cm
滤池的反冲洗
一、反冲洗 二、配水系统 三、冲洗废水的排除 四、冲洗水的供给
快滤池的构造及工作过程
1、构造：常为钢筋混凝土池子，包括进、出 水渠、洗砂排水槽、滤料层、承托层、配水 系统等几个部分；管廊内主要是浑水进水、 清水出水、初滤水、冲洗来水、冲洗排水等 几种管道及相应的控制阀门
2、工作过程：包括过滤与反冲洗两个过程 （见图）
过滤的净化原理
两个过程: ——悬浮颗粒向滤料表面迁移
反冲洗
1、冲洗目的： 恢复滤池的工作能力 2、冲洗方法
1）反冲洗：水流自下而上冲洗，与过滤方 向相反
2）反冲洗+表面冲洗 3）反冲洗+空气助冲
3、影响滤池冲洗效果的因素
反冲洗
1）冲洗强度q：单位面积滤层上通过的反冲 洗水量（l/s.m2）
2）滤层膨胀率e：滤层经反冲洗膨胀后所增 加的厚度与膨胀前厚度之比，可用下式表示：
2）滤速变化：见图
提高过滤效率的途径
1、反粒度过滤 2、上向流过滤
3、采用双层或多层滤料
滤料与承托层
一、滤料 二、承托层
滤料
1、滤料的选择 2、级配与粒径 3、滤料层规格
滤料的选择
——具有足够的机械强度 ——具有化学稳定性 ——具有一定的吸附面积 ——具有一定的级配和孔隙率
——能就地取材、价格便宜
1、等速过滤中阻力的变化 2、变速过滤中滤速的变化
等速过滤中阻力的变化
1）等速过滤：过滤过程中，过滤的流量或 滤速始终保持不变。
无阀滤池与虹吸滤池属于等速过滤。
2）清洁滤层的水头损失：过滤开始阶段的 水头损失，可用柏耐克-柯士南公式计算：
h0
5 g
(1 m)2 m3
l
v 6d
2
（4-42）
等速过滤中阻力的变化
② 当受力不均时，造成裂缝，局部阻力突然 减小，杂质穿透(图4-3-2)，水质恶化。
③ 杂质在滤层中的分布（见图4-3-3）
影响滤层杂质分布的主要因素
① 滤速 ② 滤料粒径与级配 ③ 滤料层的组成
“水力筛分现象”：滤料层经过高速水流 反冲洗后，出现滤料上细下粗的分层现象称 为水力筛分。
过滤过程中滤层阻力的变化
3）过滤过程中水头损失的增加 试验证明：a. 水头损失与过滤时间成正比 （见图）
b. 滤速v1>v2时，ho1>ho2，tgα1> tgα2， T1<T2。说明水头损失h与滤速直接相关。 4）滤层中水头损失的分布（见图）
变速过滤中滤速的变化
1）变速过滤：随过滤时间的增加，滤速逐渐 减小的过滤称为变速过滤。变速过滤中过滤 水头基本保持不变，普通快滤池属于此类型。