水处理工程过滤5

水处理工程
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第二节 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) 沉淀作用
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) 接触吸附
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。
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。
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第五章
过滤(Filtration)
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第1节 概述
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。
一、过滤的分类
– 表层过滤：机械滤除，产水率低
• 格筛过滤：介质为栅条或筛网，除去粗大的悬浮物，杂草、 纤维等，格栅、筛网等
• 微孔过滤：滤布、滤片、烧结滤管等，用以除去粒径细微的 颗粒
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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。
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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。
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（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；
（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。
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五、滤池的种类 （图）
(一) 按滤速 1、慢滤池 0.01～0.4m/h 2、快滤池 4～10m/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
(三) 按水流方向 1、下向流滤池 2、上向流滤池 3、双向流滤池
(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
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。
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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。
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d1/d2≈6.5
如果滤池最小砂粒粒径为0.3mm，
则得到d2 ≈ 0.3/6.5=0.045mm
d2
小于此粒径的颗粒都能通过滤层， 但经过混凝沉淀进入滤池的最大
d1
颗粒尺寸一般为2-10μm，还有很
多更小的颗粒，滤池都能滤除，
说明不可能仅是筛除作用。
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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。
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1、颗粒迁移机理
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。
（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。）
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。
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•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） 原水－加药－过滤（接触过滤） •废水处理 原水－生物处理－过滤
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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
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。
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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。
当上述两种情况之一出现时，过滤将被迫停止。
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（二）滤池的含污能力
当过滤周期结束后，滤层中所截留的Biblioteka Baidu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。
• 膜过滤：采用特别的半透膜作过滤介质在一定的推动力下进 行过滤，滤膜孔隙极小，可以去除水中细菌、病毒、有机物 和溶解性物质，反渗透、超过滤、电渗析等
– 深层过滤：过滤介质为颗粒状滤料，如石英砂、无烟 煤等。简称过滤。
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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。
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。
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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。