水的过滤处理

磨损率＝[d0.25/（d1.0～d0.5）]×100% 式中 d0.25—通过0.25mm筛孔的滤料重量；d1.0～d0.5— 0.5～1.0mm的样品重量。 破损率＝ [（d0.5～d0.25）/（d1.0～d0.5）]×100% 式中 d0.5～d0.25—留在0.25mm筛上的滤料重量（即0.25～ 0.5mm的滤料重量)； d1.0～d0.5—同上－样品重量。 过滤工艺要求： 磨损率小于0.5%； 破碎率小于4%；
滤层由一种滤料组成时，其滤料的粒径是不均匀的，比如 石英砂组成的滤层，其标准dmax=1.2mm、dmin=0.5mm，滤 层厚度700mm。 其在滤床中的分布：并不是均匀分布，而是上小下大。 原因：水力筛分造成的。 什么是水力筛分？ 反冲洗时上升水流的作用，滤料颗粒大小不一，它们顺着 水流方向，由大到小排列，降落后组成的滤床自上而下：
四、滤池工作周期 过滤周期


滤池工作周期：过滤开始 → 冲洗结束阶段，称 滤池工作 周期； 过滤周期：过滤开始 → 过滤结束阶段，称过滤周期。 过滤周期由滤床特性、原水水质，滤速等因素决定。 滤速：相当于滤池负荷(单位时间、单位过滤截面积的过 滤水量，m3/m2· h或m/h)。 当进水浊度在15mg/L以下时的滤速：单层砂滤池的滤速8 －10m/h，双层砂滤池的滤速10－14m/h，三层砂滤池的滤 速18－20m/h。
过滤设备运行的技术经济指标： 出水水质： 以周期出水平均水质表示(例：出水平均浊度)； 截污容量：过滤周期，单位体积滤料截留的污泥量，g/L 计； 水头损失：水通过滤层前后的压降。
§4－2 滤层的截污原理

滤层如何能够截留悬浮颗粒？（即滤层的截污原理是什 么？） 最初人们认为，滤层如滤网(筛网)是靠机械筛分作用，截 留下水中的悬浮杂质的。随着人们对过滤机理的研究，以 及生产运行经验的积累，人们发现了有许多因素在截污过 程中发挥着重要的作用。


1. 粒径 1) 有效粒径d10
表示10%质量的滤料能通过的筛孔孔径。(对于单层滤料滤 池，这10%滤料起有效的过滤作用。)
2) 平均粒径d50
表示50%质量的滤料能通过的筛孔孔径。(即表示所采用的 整批滤料的平均水平——注：有的书上用当量粒径
de=1/Σpi/di ，表示平均水平。 )
3) 最大粒径dmax和最小粒径dmin



2) 惯性沉降 粒径0.5mm的1m3砂滤层，可提供有效沉降 面积达400m2，水中悬浮颗粒由于自身重力，或因水流的 惯性作用，脱离水流流线，到达滤料表面，在滤料表面沉 降，滤层中的每个小孔隙，都起着一个浅层沉淀池的作用。 3) 布朗运动 微小悬浮颗粒(如d<1um)，由于布朗运动， 而扩散到滤料表面（被吸附 ）。 4) 水力作用 由于滤层中的孔隙和悬浮颗粒的形状是极不 规则的，在不规则的剪切流场中，颗粒受到不平衡力的作 用，会产生转动而脱离流线，与滤料颗粒表面接触（被滤 料吸附）。 过滤过程中，悬浮颗粒迁移到滤料表面上，将受上述各种 机理的作用，它们的相对重要性，取决于水流状况，滤层 孔隙形状及颗粒本身的性质 (如粒度、形状、密度)等。
三、反洗


反洗又称反冲洗或冲洗： 就是以较大的水流速度，从滤层底部进水，使滤料颗粒实 现流态化，污泥随反洗水从顶部排出。 滤料在悬浮状态下得以清洗，冲洗至滤料基本干净为止。 反冲洗是过滤器的重要运行操作；反冲洗流速控制不当： 可能产生滤料流出，承托层错动和冲洗效果差(未冲洗干 净)等问题。



滤料粒径由小到大； 滤料孔隙率依次增大
此称水力筛分现象。
4


二、过滤
过滤： 含悬浮杂质的水 → 滤床 → 浊质降低。 过滤初期：杂质截留在上面一层滤料中，而下层处于等待 状态； 过滤中期：上层滤料污泥增多，孔隙减少，水流通道变窄， 水流阻力增大，局部水流线速度增加；在水流剪切力的作 用下，对已截留污泥的冲刷、剥落作用增强，迫使一部分 杂质输送到下一层滤料中滤除。 过滤末期：截留带进一步向下推进，当截留带前沿接近最 底部滤层后，再继续过滤，则出水浊度增加。 过滤过程：水头损失和出水浊质的变化，如图4－1所示。






3. 过滤末期 末期，下层滤料仍存在截留悬浮杂质的能力，但上部滤料 截留的杂质量大于杂质向下层的推移量。 因而，过滤到一定时间后，有可能出现两种情况。 ① 表面滤料孔隙逐渐被杂质堵塞（滤层被堵塞） ，表面 滤膜使水头损失剧增，滤速也将急剧减小。 ② 滤层表面受力不均匀，而使滤膜产生裂缝(表层滤膜产 生裂缝) ，大量水流自裂缝流出，造成局部穿透滤层，使 出水水质突然恶化。 此两种情况出现时，即应停止过滤水。 图4－2 为滤层中杂质的分布示意图。截污量主要集中在上 部10－20cm范围。



图 4－1 水头损失和出水水质经时变化


为了保证出水水质，控制制水能耗，过滤器通常运行到一 定程度(①出水浊度超过规定值限制；②压力超过规定值)， 停运、实施反冲洗、清除滤层中的污泥，恢复滤料的过滤 能力。 如机械过滤器：浊度达到允许值 rR=3mg/L。进出口压差达 到规定允许值△hft=29.4Kpa； 一般：过滤器出水浊度的允许值与过滤器进、出水压差的 允许值是对应的，它们都与一定的工作状况下，所经历 的时间有关。为了保证出水水质达到在控制的失效点以内， 只要出水浊度、水头损失、过滤时间三个指标之一达到允 许值、过滤过程即告结束。
图4－2 滤层中杂质的分布示意图 单位厚度滤料层截污量(%) 20 0
滤层深度(cm)
40
60
80
100
10
20 30 40 50
§ 4－3 影响过滤的因素

影响过滤的因素很多，但对于粒状滤料的滤池，主要的影 响因素是：滤速、滤料及滤层。

一、滤速的影响
滤速：单位时间单位面积上的过滤水量，以m3/(m2· h)或 m/h计。 即：V=qv /

3. 滤料的选择
选择合适的滤料应从以下几方面考虑： 1) 选择合适的滤料种类 根据水质情况(也就是过滤的目的，去除何种杂质)，选择 合适的滤料种类。
①如去除水中的悬浮颗粒，可采用石英砂和无烟煤作滤料；

②去除地下水中铁和锰，采用锰砂作滤料； ③去除水中有机物、颜色、异味、余氯，采用活性炭作滤料。


还有其它种类的滤料，如大孔树脂，合成纤维等都具有不 同的去除杂质的功能。 2) 选择合适的滤料粒径和级配 确定粒径范围和不均匀系数K80；
如：石英砂 0.5～1.2mm； 无烟煤 0.Baidu Nhomakorabea～1.8mm；

3) 物理、化学性能的试验和筛选 ① 机械强度




滤料 在反洗时承受碰撞和磨擦；过滤时承受压力和重力。 因此，滤料要有足够的机械强度。 通常用磨损率和破碎率两项指标来衡量滤料的强度。 机械强度的试验方法 一批滤料样品，用筛孔孔径为0.5mm和1mm的标准筛，筛 分已干燥的滤料样品，然后将通过1mm筛孔孔径，而截留 在0.5mm筛孔上的滤料称重并放入装有150mL水的容器内。 振荡器上摇荡24小时；取出滤料干燥后，用0.5mm和 0.25mm孔径的标准筛筛分，分别称量0.25mm筛上和筛下 的滤料重量，然后按磨损率和破碎率的公式计算。
＝1/（0.2/0.05+0.3/0.07+0.37/0.09+0.13/0.11）≈0.074cm d50 ＝ 0.07cm（即P1+P2 ＝ 50%的d2 ）。
粒径的影响
通常工况条件下： ①粒径过大 滤料间孔隙大。 过滤时，杂质穿透深度大，容易穿透滤层，影响出水水质； 反洗时，只有较大的反洗强度才能松动滤层，否则会影响 反洗效果。反洗不彻底，会留下许多隐患，如泥渣残留在 滤层，残留泥渣结块，影响过滤时水流的均匀性。 ②粒径过小 滤料间孔隙小。过滤时影响杂质穿透深度， 增加水流阻力，造成水头损失增加过快，出力下降等。


二、滤层截留杂质的规律
杂质在滤层中分布规律受许多因素影响，如水质、水温、 滤速、滤料形状、级配、凝聚微粒强度等等，现对滤层截 留杂质的规律作大体的描述。 1.过滤初期 滤层干净、孔隙率较大，孔隙水流流速较小，悬浮杂质主 要被表层5－10cm左右厚度的滤料截留，少量下移，因此 过滤初期是以表层过滤为主。 2.过滤中期 随着过滤的持续，表面滤料的孔隙率逐渐减少，孔隙水流 速增加，在水流剪切力的作用下，部分粘附在滤料上的悬 浮杂质脱落，向下层渗透，而又被下层滤料所截留，此阶 段以滤层过滤为主。
A

滤速越高，滤池的产水量越大(滤池占地面积越小)。滤速 与滤层中的滤料结构有关。 滤速快，杂质穿透深度也随之增加，下层滤料发挥的作用 也将增大。但滤速的提高是有限度的，因为u↗、T↘、 Δh↗、出水浊度r↗。

二、滤料的影响
滤料的种类确定之后，影响过滤的因素是滤料的粒径和级 配(不均匀系数)。 粒径——表示滤料粗细的指标； 级配——称作不均匀系数，表示粒径大小分布程度的指标。
dmax和dmin共同给出滤料大小的界限。(表示所用滤料粒径 均处于这一范围内)
4) 滤料筛分曲线
为获得一堆滤料其粒径大小及其分布情况，以一组不同孔 径的标准筛过滤滤料，而获得的粒度信息。
图4－3 某滤料的筛分曲线


例：某滤料筛分曲线分为四段 则P1=20%，d1=0.05cm； P2=30%，d2=0.07cm；P3=37%，d3=0.09cm；P4=13%， d4=0.11cm，求此滤料的de和d50？ 解：由公式de=1/Σpi/di



2. 不均匀系数 K80 K80的定义：80%滤料质量能通过的筛孔孔径与10%滤料 能通过的筛孔孔径的比值，用K80表示，K80=d80/d10 。 K80愈大，滤料中颗粒尺寸大小相差愈大 (大小粒径相差大)。 K80的影响 （对过滤和反洗的影响） K80大：①反洗不易控制。反洗强度大，会带走细小滤料； 反洗强度小，不易松动滤层底部大颗粒滤料，致使反洗不 彻底。 ②恶化过滤过程。K80愈大，水力筛分作用愈明显，在滤 层的表面集中了大量的小颗粒滤料，致使过滤过程主要在 表层进行，水头损失增加快，过滤周期缩短。 K80小：大小粒径相差很小。…… 试验表明：K80=2较合适。





3. 脱落机理
滤料空隙中水流产生的剥落作用涉及两个方面的问题。


1) 剥落导致悬浮杂质与滤料碰撞无效； 2) 剥落有利于杂质输送到滤层深处，进行滤层的深层过滤， 使整个滤层滤料的截污能力得以发挥。 (在滤层的深层中，滤层孔隙率非常高；在滤层表层剥落 的悬浮杂质被输送到滤层深处，与深层滤料发生接触凝聚， 对过滤有着重要的意义，它意谓着过滤器的效率得到大大 地提高。) 在滤层深层的过滤作用，称作深层过滤、体积过滤或滤层 过滤。




2. 附着机理
由迁移过程而与滤料接触的悬浮颗粒，附着在滤料表面上 不再脱离，就是附着过程，引起颗粒附着的因素主要有以 下几种。 1) 接触凝聚 滤料层作为接触介质，水中脱稳的胶体碰撞 到滤料颗粒表面(上述迁移过程)，即发生接触凝聚作用。 2) 静电引力 如果悬浮颗粒和滤料表面所带电荷相反，即 发生相吸。 3) 范得华力 原子、分子间的引力，在颗粒附着时也起重 要作用。


一、过滤机理
一般分为三类，即迁移机理、附着机理和脱落机理。 1. 迁移机理 (颗粒迁移到滤料表面，之后又被滤料吸附) 悬浮颗粒脱离水流流线而与滤料接触的过程，就是迁移过 程。引起悬浮颗粒迁移(转移)的原因主要有如下几种： 1) 机械筛滤 当含悬浮杂质的水进入滤池上部的滤层时， 粒径大的悬浮杂质被滤层中的细孔道机械阻留（同时又被 滤料吸附），此时被截留的悬浮颗粒之间会发生彼此重叠 和架桥作用，当过滤进行了一段时间后，滤层表面好像形 成了一层附加的滤膜，在以后的过滤过程中，这层膜起到 了主要的过滤作用。此称表面过滤，亦称薄膜过滤。
第四章 水的过滤处理
第四章 水的过滤处理


水经过混凝、沉淀(澄清)处理后，浊质通常在通 常小于10NTU。这种水还满足不了一些用水的需 要以及后续除盐水处理系统的需要。 迚一步降低水中浊度的方法之一（浊度降至25NTU），就是过滤处理。
§4-1


过滤设备的工作过程
一、滤料的分布与水力筛分作用