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©BIPT环保设备原理与设计多媒体教案陈家庆教授©BIPT第1章不溶态污染物的分离技术与设备§1.1预处理设备(拦污)§1.2预处理设备(沉砂)§1.3重力沉降规律与设备§1.4浮力浮上法分离原理与设备§1.5过滤分离机理与设备§1.6离心分离规律与设备©BIPTNO.9b讲授提纲2014/1/3§1.5过滤分离机理与设备©BIPT一、过滤的分类及相关理论基础二、表面过滤1.微滤机转鼓式微滤机；转盘式微滤机2.微孔过滤器袋式过滤器；预涂层过滤器；滤芯过滤器三、深层过滤用快滤池的结构与设计四、其他深层过滤装置过滤是分离液态和气态非均相混合物常用的方法，其基本过程是混合物在推动力作用下通过过滤介质时，其中的固体颗粒被截留而流体通过过滤介质，从而实现流体与颗粒物的分离(简称固-液分离和气-固分离)。©BIPT一、过滤的分类及相关理论基础1.1过滤的分类(1)按照过滤机理分类：表面过滤和深层过滤表面过滤所用过滤介质(如织物、滤布、滤网等)的孔径一般要比待过滤流体中固体颗粒物的粒径小，过滤时固体颗粒物被过滤介质截留在滤层表面。由于被截留在滤层表面的固体颗粒物往往会逐渐形成能够起到进一步过滤截留作用的滤饼层，因此表面过滤又称为滤饼过滤或载体过滤。污泥脱水中使用的转鼓真空过滤机和板框式压滤机、给水处理中的慢滤池、大气污染控制除尘中的袋式过滤器、天然气工业除尘用的圆筒形玻璃纤维膜压滤芯过滤器等均属于表面过滤设备。©BIPT在工程实际中，往往按待分离颗粒物粒径的大小而将表面过滤分为格筛过滤(粗滤)、微孔过滤、膜滤等几种。格筛过滤的过滤介质为栅条或滤网(旋转滤网、水力筛网等)，用以去除粗大的悬浮物，所被截留物体的尺寸在100μm以上，前面已作讲述；微孔过滤是以更小的筛网(如微滤机)、多孔材料(如陶瓷滤芯)或在支撑结构上形成的滤饼，以截留0.1～100μm尺寸的杂质颗粒。膜滤是用人工合成的不同孔径的滤膜来过滤水，以截留水中的细小杂质，被截留的杂质尺寸因膜滤孔径不同而异。©BIPT©BIPT深层过滤(deepfiltration)通常发生在以固体颗粒为过滤介质的过滤操作中，也被称为滤床过滤或体积过滤。由固体颗粒堆积而成的过滤介质层通常都比较厚，过滤通道长而曲折，过滤介质层的空隙大于待过滤流体中颗粒物的粒径。过滤过程中颗粒物可以进入过滤介质层，在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下附着在介质表面上而与流体分开。下向流双向流上向流©BIPT作为过滤介质的固体颗粒也被称为滤料：①滤料必须具有足够的机械强度，以免在反冲洗过程中很快地磨损和破碎；②滤料化学稳定性要好，不少国家对滤料盐酸可溶率上限值有所规定；③滤料应不含有对人体健康有害及有毒物质；④应尽量采用吸附能力强、截污能力大、产水量高、过滤出水水质好的滤料。此外，价廉、货源充足和就地取材。经常使用的滤料除了长期使用的天然石英砂(quartzsand)以外，还有无烟煤、大理石、白云石、花岗石、石榴石、磁铁矿和钛铁矿等；一些无机材料经烧结、破碎后也可以做滤料，如陶粒滤料和陶瓷滤料；同样，也可以用人工合成的粒状材料，如纤维球、塑料珠、聚苯乙烯泡沫滤珠等。©BIPT①石英砂滤料(quartzsand)天然石英矿经破碎、筛选、水洗而成，多棱形，色纯白，无杂质，密度2.66、硅含量为99.3％，机械强度7.5度。目前部分地区使用天然河砂、海砂作滤料，虽然造价低廉，但使用期短，机械强度差，易破碎。石英砂比天然砂使用周期延长3-4倍，且滤后水质稳定。a.破碎率和磨损率之和不应大干1.5%(按质量计，下同)。b.密度不应小于2.55g/cm3，使用中对密度有特殊要求者除外。c.应不含可见泥土、云母和有机杂质，滤料的水浸出液应不含有毒物质，含泥量不应大于1%。密度2g/cm3的轻物质的含量不应大于0.2％。d.灼烧减量不应大于0.7%。e.盐酸可溶率不应大于3.5%。f.粒径：单层或双层滤料滤池的石英砂滤料粒径范围一般为0.5～1.2mm，三层滤料滤池的石英砂滤料粒径范围一般为0.5～0.8mm；在各种粒径范围的石英砂滤料中，小于指定下限粒径的不应大于3%，大于指定上限粒径的不应大于2%；石英砂滤料的有效粒径和不均匀系数，由使用单位确定。©BIPT②陶粒滤料陶粒是用超细度300目的优质陶土加工成球粒后在1300℃以上高温下烧制而得。优点：高温烧制圆整光滑，强度高，在水压冲击下不易破碎，无微量有害元素。污染水质过滤渗透性强，吸咐性好，粒径均匀，特别是陶粒有较高的含铝量，在水的作用下反应成三氯化铝、碱式氯化铝，起到净化水质的作用。曝气生物滤池©BIPT③页岩陶粒生物滤料是一种人工轻质滤料，主要以天然红页岩和黑页岩为原料，加入适量添加剂，经选型、破碎、精筛、水洗、烘干、等工序加工成型后，在回转窑中经高温烧胀成球型页岩陶粒。粒径可大可小，表层坚硬，外表呈红色，内部多微孔。也是一种无机滤料，不含对人体有害的重金属离子及其它有害物质。其主要化学成份为SiO2、Al2O3、Fe2O3，次要成份有CaO、MgO，含量远小于滤料要求3%的数值。©BIPT④泡沫滤珠由聚苯乙烯树脂颗粒料经高温两次发泡制成的白色球状滤料，发泡程度为原料颗粒的40倍以上。具有质轻、比表面积大、吸附能力强、不破碎、孔隙率高、滤速高、脱污能力强、滤料均匀、使用寿命长等优点。准密度：80～100g/cm3；孔隙率：50%。©BIPT⑤高效纤维球滤料柔性，可压缩，孔隙率大，截污能力强；工作时滤层孔隙上疏下密(上大下小)，符合理想滤层的孔隙分布；比重略大于水，易反冲洗，材质优良有较强的而磨性和抗化学侵蚀性能。©BIPT除了固体颗粒滤料之外，毛毡是常见的深层三维过滤材料，其特点是纤维组织疏松，高空隙率增加了杂质的容截量。属复式截留模式：较大的颗粒杂质被截留在纤维表面，而细微颗粒则被捕捉于滤材深层中，因此具有较高过滤效率，过滤精度1～200μm。深层过滤一般适用于待过滤流体中颗粒物含量较少的场合，如水处理中快滤池对水的净化、毛毡材料烟气除尘等。电厂燃煤锅炉袋式除尘器滤袋材质大多选用PPS针刺毡滤料；也有选用PPS+P84复合滤料，P84纤维含量20%左右，主要针对燃用低硫煤的锅炉。为了降低滤料阻力，对采用单一细度PPS纤维制作的滤料进一步改进为采用不同细度的PPS纤维制作的具有纤维梯度结构的滤料(简称梯度滤料)，把单一细度纤维制作的针刺毡“表层+深层”过滤方式转变为梯度纤维针刺毡“表层过滤”。©BIPT(2)按照促使流体流动的推动力分类可分为重力过滤、压差过滤和离心过滤重力过滤是指待过滤的悬浮液在水位差作用下通过过滤介质，如水处理中的快滤池等。离心过滤是使待分离的流体旋转，在所产生惯性离心力的作用下，使流体通过周边的滤饼或过滤介质，从而实现流体与颗粒物的分离，如过滤式离心机等。本书下一节讲述压差过滤包括真空过滤和加压过滤，前者利用外界常压环境与设备内部真空环境之间的差异作为过滤推动力，如污泥脱水用转鼓真空过滤机、大气除尘用的袋式过滤器等；加压过滤是指过滤设备内部的压力大于外界常压环境，如加压砂滤池不仅可以用于水处理，也可以用于气体除尘。©BIPT1.2深层过滤的理论基础深层过滤的特点是固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部，过滤介质表面上无颗粒层形成。(1)深层过滤的机理过滤除去悬浮粒子的过程既有物理过程，也有化学过程。作用机理一般分为：迁移、附着和脱落。©BIPT悬浮颗粒脱离流线而与滤料接触的过程就是迁移过程。引起颗粒迁移的原因主要有：筛滤、拦截、惯性、沉淀、布朗运动、水力作用等。常用筛滤机理，是指悬浮物粒径大于滤料孔隙而被拦截，这是一种机械作用。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：接触凝聚、静电引力、吸附、分子引力。附着过程在过滤中是主要的。脱落机理：通过外加气体或液体的作用，使滤层膨胀一定高度，滤料处于流化状态(Fluidization)，截留和附着于滤料上的悬浮物受流体的冲刷而脱落；滤料颗粒在流体中旋转、碰撞和摩擦，也使悬浮物脱落。©BIPT(2)过滤效率的影响因素过滤是悬浮颗粒与滤料的相互作用，悬浮物的分离效率受这两方面因素的影响。滤料的影响：粒度、形状、孔隙率、厚度、表面性质等。滤料粒度的均匀性对过滤的影响很大，滤池中负压现象的产生。悬浮物的影响：粒度、形状、密度、浓度、温度、表面性质等。滤速的影响：单位时间、单位过滤面积上的过滤水量称为滤速。其他条件相同时，滤速越低，效率越高。©BIPT从工程应用来看，过滤一直是给水处理中为获得优质水而经常采用的关键净化工序。水入口格栅污泥浓缩污泥脱水紫外消毒介质过滤反应澄清池快速混合混凝沉淀贮水塔©BIPTFerazur®/Mangazur®biologicalfiltrationprocesses©BIPTDegrémontTechnologies’Ferazur®/Mangazur®arebiologicalfiltrationprocessesfortheremovalofiron,manganeseandarsenic(砷)fromgroundwatersources.TheprecipateisremovedbyusingBiolite™‘‘S’’,ourspeciallydevelopedmediathatrequiresnoreplacement.Thebacteriaremaininthemediaevenafterbackwashing,allowingcontinualoperationforindefinitetimeperiods.Bothmanganeseandironarefoundinsurfaceandgroundwatersatvaryingconcentrationlevels.Evenatlowconcentrations,thesemetalscancauseahostofproblemsinwater,includingmetallictaste,discoloration,laundryspotting,pipescaling,andfixturestaining.Conventionalironandmanganeseremovalplantsrelyonphysicalchemicalreactionsusingspecialmedia,intenseaeration,orchemicaloxidation.Disadvantagesofphysical-chemicalprocessesincludetheexpenseofchemicalconsumption,thefrequentneedforbackwash,limitedfiltrationrates,time-consumingoperationandmaintenance,andinconsistenteffluentquality.©BIPT从工程应用来看，过滤在排水工程领域却迟迟未能得到应用。20世纪60年代开始了污水过滤技术的研究开发，目前已经得到了较为广泛的应用，主要用途包括：①用于化学混凝和生物处理后的最终处理，如去除二沉池未曾去除的细小生物絮体或混凝沉淀池未曾去除的细小化学絮体、固体悬浮物(SS)等。水污染控制工程领域②市政污水、工业废水的深度处理和升级改造。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，目前我国县级以上的城市污水处理厂一般都按一级B标准作为设计要求，为解决重点地区污水综合治理、污水回用或城市景观用水的需求，新建污水处理厂必须在二级处理(脱氮除磷)的基础上增加深度处理，一次建成达到一级A标准；已建二级处理的城镇市政污水处理厂要求升级改造，在解决脱氮除磷的基础上增加深度处理，由一级B标准升级改造达到一级A标准。©BIPT序号基本控制项目一级标准A标准