过滤概述

（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 滤池的分格数很多时，这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间 隔时间很近，滤池水位变化不大，有可能达到近似的“等水 位变速过滤”。
n i1
hi
180
g
•
(1 m0 )2 m03
(1
)
2
l0
v
n i1
( pi
/
d
2 i
)
（2）过滤过程中的水头损失变化
过滤时滤池的总水头损失为：
H H1 H2 H3 H4
（9-2） （9-3）
（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 水头，见图9-6。
最高水位
进水渠
最低水位
滤速v（m/h）
进水阀 排水阀
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”，见 图9-10中（a）与（b）所示；②原水加药后经过混合和微絮 凝池后进入滤池过滤，称为“微絮凝过滤” ，如图9-10中 （c）与（d）所示。
细菌的去除效率 颗粒物去除效率
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%
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。
表9—1 现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质
适用的进水条件
出水水质
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，当水位上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗。 无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。
进 水 最高水位
最低水位
出 水
图 9-7 恒速过滤
△Hmax
h Ho
硫酸铝
聚合物
原水
混合
双层或三层滤料滤池
（a）
阳离子型聚合物
9.1.2 快滤池
1. 构造见图9-1
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
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 殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。
滤料 流线
悬浮颗粒
1—沉淀
2—扩散
3—惯性
4—阻截
5—水动力
图9-2 悬浮颗粒的迁移过程
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剥离是悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水的原因。 争论至目前的结果是Mints理论已取得了优势。
（2）附着力与水流剪力
见图9-3。
石英砂
脱附力
3 Fa3
2 Fa2
1
Fs3
F3 Fs2
F2 Fs1
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
无煤烟
滤 层 深 度 (cm)
2 双层滤料
石英砂
图 9-4 滤料层含污量变化
9.2.2 过滤水力学
1．快滤池滤层的发展与利用
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 V型滤池。要实现均质滤料过滤，反冲洗时滤料层 不能膨胀。
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。 滤池的工作周期为12~24h。
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。
（a）
石英沙ຫໍສະໝຸດ Baidu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（Carman-Kozony）公式：
h0
180
g
•
(1 m0 )2 m03
(
1 • d0
)2 l0
非均匀滤层按下式计算：
（9-1）
h0
水深
175 150
45°
100
负水头区
4
3
21
-50 -15 50 100 150 175
hb
hc
15 a
25
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； 二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。