过滤专题

1第2章污水的物理处理6.过滤2第二章污水的物理处理•滤池的结构是怎样的？它是如何工作的？•过滤过程的滤料是如何确定的？有何标准？•过滤过程常常出现的问题是什么？如何解决？•你知道那些新型滤池？36．1概述L6．2过滤机理L6．3过滤的工艺过程L6．4滤池类型L6．5快滤池的运行管理L6．6滤池常见故障及对策L6．7其它滤池L6.过滤46.1概述1）定义：过滤是使含悬浮物的废水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。2）分类：根据所采用的过滤介质不同，可将过滤分为下列四类：格筛过滤、微孔过滤、膜过滤、深层过滤5(1)格筛过滤过滤介质：栅条或滤网，去除物：粗大的悬浮物，如杂草、破布、纤维、纸浆等。设备：格栅、筛网和微滤机。(2)微孔过滤采用成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤剂(如硅藻土)形成孔隙细小的滤饼，去除物：粒径细微的颗粒。定型的商品设备很多。6(3)膜过滤过滤介质：特别的半透膜，在一定的推动力(如压力、电场力等)下进行过滤，去除物：水中细菌、病毒、有机物和溶解性溶质。主要设备：反渗透、超过滤和电渗析等。（4）深层过滤过滤介质：颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。去除物：水中的悬浮物。为区别于上述三类表面或浅层过滤过程，这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。73）过滤在水处理中的作用：•在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用水要求；•在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等预处理手段；•作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回用的要求。•常用过滤设备：快滤池。84）过滤过程分为过滤和反洗两个过程。•过滤过程是废水由上到下通过一定厚度的由一定粒度的粒状介质组成的床层，由于粒状介质之间存在大小不同的孔隙，废水中的悬浮物被这些孔隙截留而除去。滤料废水过滤水（1）过滤9•到一定程度时过滤不能进行，需要进行反洗。反洗是通过上升水流的作用使滤料呈悬浮状态，滤料间的孔隙变大，污染物随水流带走，反洗完成后再进行过滤。所以过滤过程是间断进行的。滤料反洗废水反洗水入口返回目录（2）反冲洗106．2过滤机理•过滤的机理可分为阻力截留、重力沉降和接触絮凝三种1）阻力截留•当废水流过滤料层时，粒径较大的悬浮物颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高。•结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。这种作用属于阻力截留或筛滤作用。112）重力沉降•废水通过滤料层时，众多的滤料介质表面提供了巨大的沉降面积。•据估计，1m3粒径为0.5mm的滤料中就拥有400m2不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积，形成无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。•重力沉降强度主要取决于滤料直径和过滤速度。滤料直径越小，沉降面积越大；滤速越小则水流越平稳，这些都有利于悬浮物的沉降。123）接触絮凝•由于滤料有较大的表面积，它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。•此外，砂粒在水中表面常带有负电荷，能吸附带有正电的铁、铝等胶体，从而在滤料表面形成带正电的薄膜，进而又吸附带负电荷的粘土及多种有机胶体，在砂粒上发生接触絮凝。•在大多数情况下，滤料表面对尚未凝聚的胶体还能起到接触碰撞的媒介作用，促进其凝聚过程。返回目录136．3过滤的工艺过程1）过滤工艺包括过滤和反洗两个阶段：•过滤：即截留污染物；•反洗：即把污染物从滤料层中冲走，使之恢复过滤能力。•过滤周期：从过滤开始到结束延续的时间（又称工作周期）。•过滤循环：从过滤开始到反洗结束称为一个过滤循环。142）普通快速滤池构造普通快滤池本身包括滤料层，承托层，配水系统，集水渠和洗砂排水槽五部分，其运行过程主要包括过滤和反冲洗。（1）滤料层滤料的种类，性质，形状和级配等是决定滤层截留杂质能力的重要因素15a一般滤料选择应满足以下要求：（i）有足够的机械强度；（ii）有较好的化学稳定性；（iii）有适宜的级配和足够的空隙率。所谓级配就是滤料的粒径范围及在此范围内各种粒径的滤料数量比例;（iv）滤料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角；（v）滤料应价廉，货源充足。16b几种常见的滤料（i）天然滤料：石英砂和无烟煤（ii）人工滤料：纤维球和聚苯乙烯泡沫珠17滤料18c）滤料的性能指标（i）有效直径和不均匀系数：滤料的规格常用有效直径和不均匀系数表示。定义：有效直径是指能使10％的滤料通过的筛孔直径，以D10表示，单位是mm。不均匀系数：D80与D10的比值就称为滤料的不均匀系数，以K80表示。D80表示能使80％的滤料通过的筛孔直径。19例如，D10＝0.6mm，D80＝1.0mm，则：67.16.00.1DDK108080•显然，K80越小，滤料截留效率越高。•因此不均匀系数以小为佳。但是不均匀系数越小，加工费用也越高。综合考虑，一般K80控制在1.65～1.80之间为宜。20（ii）滤料的纳污能力：滤料层承纳污染物的容量常用纳污能力来表示。定义：在保证出水水质的条件下，在过滤周期内单位体积滤料中能截留的污物量，以kg/m3或g/cm3表示。其大小与滤料的粒径、形状等因素有关；21（iii）滤料的空隙率和比表面积：•空隙率是指一定体积的滤层中，空隙所占体积与总体积的比值。常用的石英砂和白煤滤料的空隙率分别为0.4和0.5。•滤料的比表面积是指单位重量或单位体积的滤料所具有的表面积，用m2/g或m2/cm3表示。22滤池类型滤料规格运行设计参数直径/mm滤层厚度/cm滤速/m/h反洗强度/L/s反洗时间/min大滤料滤池2～32001012～155～7粗滤料滤池1～2150～2007～10中滤料滤池0.8～1.6100～1205～7细滤料滤池0.4～1.21005大滤料滤池（用于生物处理后）1～2100～1505～712～155～7单层砂滤池的滤料规格及运行设计参数23（a）作用：i主要起承托滤料的作用，亦称垫料层。ii防止滤料随过滤水流失，滤料粒径较小，而配水系统的孔眼较大，因此可防止滤料流失；iii使配水均匀。如果配水系统的孔眼直径很小，布水也很均匀，承托层可以减薄或省去。(2）承托层24（b）对垫层的要求：i要求垫料层不能被反洗水冲动；ii形成的孔隙均匀，使布水均匀；iii化学稳定性好；iv机械强度高。通常，垫料层采用天然卵石或碎石。25(3)配水系统（a）配水系统的作用：（i）均匀收集滤后水，又称为排水系统；（ii）均匀分配反冲洗水。（b）分类（i）大阻力配水系统；（ii）小阻力配水系统。26管式大阻力配水系统大阻力配水系统指尽可能增大配水系统中布水孔眼的阻力，使反冲洗水在流向全池各部位的水头损失尽可能相等，保证配水均匀。27小阻力配水系统的滤头28普通快速滤池构造进水管，待过滤的水由此进入集水渠，进水及收集反洗水过滤介质，水通过介质得到过滤底部配水系统，收集过滤后的水或均匀分配反洗水垫层，支撑滤料和均匀分配反洗水清水管，过滤后的水由此排出反洗水收集槽，反洗水由此排出滤池反洗水管，反洗水由此进入反洗水收集槽，收集所有滤池的反洗水29气水反冲洗出水槽30出水槽31出水槽运行过程323）快滤池过滤过程示意图（1）过滤F1、F2开F4、F3关进水出水33滤池反洗过程示意图（2）反洗F1、F2关F3、F4开反洗水返回目录344）过滤效率的影响因素过滤是悬浮颗粒与滤料的互相作用，悬浮物的分离效率受这两方面因素的影响，（1）滤料的影响（i）粒度：粒度越小，过滤效率越高（ii）形状：孔隙率相同时，角形滤料的过滤效率高；（iii）孔隙率：孔隙率越小，过滤效率越高，但水头损失也越大，（iv）厚度：滤床越厚，滤液越清，操作周期越长，（v）表面性质：滤料表面不带电或带有与悬浮颗粒表面相反的电荷，利于悬浮颗粒在其表面吸附和接触絮凝35（2）悬浮物性质（i）粒度：粒径越大，越易去除；（ii）形状：角形颗粒大于球形颗粒；（iii）密度：影响不大；（iv）浓度：原水浓度越高，过滤效率越低（v）温度：温度影响密度和粘度；（vi）表面性质：添加絮凝剂影响表面性质36（3）滤速和反冲洗滤速越小，处理量越少；滤速越大，处理量越大，缩短过滤周期，出水水质下降；必须有一定的反冲洗速度和时间376．4滤池类型1）按不同的方式滤池可分为不同的类型：（1）按过滤速度高速滤池，速度为10－60m3/（m2·h）低速滤池，速度小于4m3/（m2·h）快滤池，速度为4－10m3/（m2·h）（2）按推动力分重力式滤池，其过滤压力水头为4－5m压力滤池，其过滤压力水头为15－20m38（3）按过滤时的水流方向分上向流图下向流图双向流图（4）按滤层结构分单层滤料滤池，单层滤池通常以石英砂做为滤料。图双层滤料滤池，双层滤池是在石英砂滤料上面再放一层粒度比较粗的白煤。图三层滤料滤池，三层滤池是在双层滤池基础上再在石英砂滤料下面放一层粒度更细、比重更大的滤料，一般用磁铁矿。图返回目录39特点：（1）下向流滤池能保证较高的滤速和反洗效果；（2）水头损失增加较快，工作周期较短；（3）下层滤料难以发挥作用，原因是反洗后滤料会分层，细颗粒在上，粗颗粒在下，上层很快堵塞，而下层不起作用。进水出水下向流滤池示意图40特点：（1）整个滤料的纳污能力得到充分利用，过滤周期也相应延长。（2）滤速不能太高否则会造成滤料流失。（3）可以用未经过滤的水做为反洗水。出水进水上向流滤池示意图41特点：（1）保持了下向流和上向流滤池的优点，又克服了滤料流失的弊端。（2）但双向流滤池的下层滤料反洗困难。出水进水双向流滤池示意图42单层滤池的滤料层结构单层滤料层的剖面43双层滤料的结构粗粒白煤细粒石英双层滤料层的剖面44三层滤料的结构粗粒白煤更细的磁铁矿细粒石英三层滤料层的剖面456．5快滤池的运行管理1）分类按照在过滤周期内滤速的分布形态，滤池有两种基本运行方式，恒速过滤:在整个过滤周期中过滤的速度不变。降速过滤：在过滤周期中过滤速度是随时间变化的，开始时大，结束时小。46（1）恒速过滤的不同形式：•恒速过滤又分为恒水位恒速过滤和变水位恒速过滤两种：a恒水位恒速过滤中，作用在滤池上的水头恒定，随滤层中的阻力增加，由逐渐开大的出水阀门（手控或自控)来补偿，使总阻力和出水量维持不变。b变水位恒速过滤在每个滤池的进水端和出水阀后分别设进水堰室和出水堰室，实现变水位恒速过滤47变水位恒速过滤示意图过滤开始时水位，出水堰高于滤料的高度过滤结束时水位，水位高于进水堰的水位，过滤不能进行，开始反洗48（2）优良滤池的指标：（a）滤料纳污能力大，过滤水头损失小，工作周期长；（b）出水水质符合回用或外排的要求；（c）反洗耗水量少，效果好，反洗后滤料分层稳定而不发生很大程度的滤料混杂。492）滤池反冲洗（1）目的：是清除截留在滤料孔隙中的悬浮物，恢复其过滤能力。（2）方式：一般滤池采用滤后水反冲洗，并辅以表面冲洗或空气冲洗。（3）反冲洗的指标有滤料的膨胀率、反冲洗强度、反冲洗时间、反冲洗水头、反冲洗水的供应和排除、空气冲洗和表面冲洗等。50（a）膨胀率：滤料层膨胀后与膨胀前的厚度差与过滤时滤料的厚度之比，用百分数表示。一般用符号e表示。反洗时的膨胀率要适当。膨胀率太低，水流剪切力小；膨胀率过高，颗碰撞次数会减少，还会冲动垫料层及流失滤料。（b）反冲洗强度：单位时间内单位滤池面积所通过的反冲洗水量称为反冲洗强度，通常用q表示，它的单位是L/(m2·s)。反冲洗强度的大小与滤料的粒度、水的温度、孔隙率和要求的膨胀率有关。可用试验的方法确定。51（c）反冲洗时间：反冲洗时间依滤层污染程度而异，应根据运行情况来确定。（d）反冲洗水头：反冲洗所需水头等于滤层、垫层、配水系统及管路的水头损失之和，并留有1.5－2.0m的富余水头。具体可根据有关流体力学的方法计算。（e）反冲洗水的供应和排除：一般是用滤后水作为反冲洗用水。反冲洗水可用水塔或水泵供给。反冲洗排出的污水应及时排除，通常返回处理系统的首端。52（f）空气冲洗：空气冲洗是在滤料层和垫层之间加