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第5章过滤Filtration第一节概述一、常见过滤方式（1）表面或浅层过滤①格栅过滤过滤介质为栅条和滤网②微孔过滤成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等。③膜过滤过滤介质为半透膜、超滤膜、微滤膜等。（2）深层过滤过滤介质为颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。为区别前3种为表面或浅层过滤过程，第4种为深层过滤，简称过滤。过滤的定义：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。二、过滤截留的对象：细小颗粒（SS）细小矾花藻类细菌及病毒三、过滤位置：（1）沉淀池或澄清池之后（2）直接过滤。第一节概述四、过滤作用1、给水处理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。①进一步降低水的浊度；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。②为滤后消毒创造了良好条件。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。）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。2、废水处理①过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等的预处理手段；②作为生化处理后的深度处理，使滤后出水达到回用要求。第一节概述五、滤池的种类(一)按滤速分1、慢滤池0.01～0.4m/h2、快滤池4～8m/h3、高速滤池10～16m/h(二)按作用水头分1、重力滤池4～5m2、压力滤池15～25m(三)按水流方向分1、下向流滤池2、上向流滤池3、双向流滤池(四)按滤料组成分1、单层滤池滤速8-10m/h2、双层滤池滤速10-14m/h3、多层滤池滤速18-20m/h第一节概述一、过滤机理(一)机械筛滤把滤料间的空隙看作“筛子”，尺寸大于孔隙尺寸的悬浮颗粒被截留下来。(二)沉淀作用悬浮颗粒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)接触吸附悬浮颗粒在布朗运动等作用下迁移扩散到滤料表面，在范德华力等作用下被滤料吸附。第二节过滤理论第三节快滤池一、滤池的构造1、进水系统2、承托垫层3、滤料层4、出水系统5、反洗系统6、排污系统第三节快滤池第三节快滤池二、滤料层1、滤料层的作用滤料层是滤池的核心部分。提供滤料接触吸附的表面积及颗粒物储存的空间和容积。2、滤料应具备一些什么特点？3、污染物在滤层中的分布规律4、滤层的含污能力5、不同滤池中滤料层的结构第三节快滤池二、滤料层2、滤料(1)滤料的要求①有足够的机械强度。(在冲洗过程中不因碰撞、摩擦而破碎)②有足够的化学稳定性。(不溶于水，对废水中的化学成分足够稳定，不产生有害物质)③具有一定的大小和级配。（粒度适中，外形近乎球形，表面粗糙，带有棱角，能提供较大的比表面和孔隙率，满足截留颗粒物的要求）④价廉，易得。第三节快滤池(2)滤料的种类石英砂无烟煤粒石榴石粒磁铁矿粒白云石粒花岗岩粒聚苯乙烯发泡塑料球纤维滤料硅藻土第三节快滤池3、滤池的含污能力根据污染物在滤层中的分布规律可知，当过滤周期结束后，滤层中所截留的悬浮颗粒量在滤层深度方向变化很大。①滤层含污量：指单位体积滤层中所截留的杂质量。②滤层含污能力：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。如何提高滤层含污能力？第三节快滤池③提高滤池含污能力的途径：A、提高滤料颗粒的均匀性，即减小K80，增大d10。B、由单层滤料改为多层滤料；为了改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提高滤层含污能力，出现了双层滤料、三层滤料或均质滤料等。第三节快滤池③提高滤池含污能力的途径：A、提高滤料颗粒的均匀性，即减小K80，增大d10。B、由单层滤料改为多层滤料；C、改变水流方向（上下双向过滤）。进水出水承托层石英砂a.上向流过滤b.双向流过滤承托层石英砂进水出水c.双层滤料承托层石英砂出水d.三层滤料无烟煤承托层石英砂出水无烟煤磁铁矿第三节快滤池三、承托层作用：防止滤料从配水系统中流失；反冲时均匀配水。（1）单层滤料或双层滤料池，采用大阻力配水系统由天然卵石或碎石组成。表第三节快滤池（2）三层滤料滤池由于下层滤料粒径小而重量大，承托层必须与之相适应。即上层采用重质矿石，以免反冲洗时承托层移动。第三节快滤池四、配水系统1、配水系统的作用（配水均匀性对冲洗效果影响很大）配水系统的作用:(1)均匀收集过滤后水；(2)使冲洗水在整个滤池面积上均匀分布。配水不均匀的影响:(1)冲洗水量过大的地方，部分滤层膨胀过甚，甚至会招致局部承托层发生移动，滤料层和承托层混合，造成漏砂现象。(2)冲洗水量过小的地方，部分滤层膨胀不足，滤料层中的杂质冲洗不干净，逐渐胶结变大，形成“泥球”或“泥饼”。第三节快滤池2、配水系统的类型（1）配水系统分类根据配水系统原理分为：①大阻力配水系统②中阻力配水系统③小阻力配水系统第三节快滤池（1）大阻力配水系统快滤池中常用的是“穿孔管大阻力配水系统”，见图。结构：中间是一根干管（干渠），干管两侧接出若干根相互平行的支管。支管下方开两排小孔，与中心线成45º角交错排列。特点：孔口小、孔口阻力大。冲洗时，水流自干管起端进入后，流入各支管，由支管孔口流出，再经承托层和滤料层流入排水槽。第三节快滤池图第三节快滤池大阻力配水系统①结构②大阻力配水系统优缺点:优点：配水均匀性较好。缺点：结构较复杂；孔口水头损太大，冲洗时动力消耗大；管道易结垢，增加检修困难。对冲洗水头有限的虹吸滤池和无阀滤池，大阻力配水系统不能采用。第三节快滤池（2）小阻力配水系统穿孔（或缝隙）滤板基本原理：减小干管和支管进口流速同样可使布水趋于均匀。可以减小孔口阻力系数以减小孔口水头损失。“小阻力”一词的涵义，即指配水系统中孔口阻力较小，这是相对于“大阻力”而言的。第三节快滤池（2）小阻力配水系统钢筋混凝土穿孔（或缝隙）滤板在钢筋混凝土板上开圆孔或条式缝隙。板上铺设一层或两层尼龙网。特点：造价较低，孔口不易堵塞，配水均匀性较好，强度高，耐腐蚀。第三节快滤池（3）中阻力配水系统二次配水的穿孔滤砖用钢筋混凝土或陶瓷制成。每平方米滤池面积上铺设6块。开孔比为：上层1.07％，下层0.7%，属中阻力配水系统。特点：滤砖构造分上下2层连成整体。铺设时，各砖的下层相互连通，起到配水渠的作用；上层各砖单独配水，用板分隔互不相通。实际上是将滤池分成象一块滤砖大小的许多小格。上层配水孔均匀布置，水流阻力基本接近，保证了滤池的均匀冲洗。二次配水穿孔滤砖配水均匀性较好，但价格较高。第三节快滤池（4）滤头滤头由具有缝隙的滤帽和滤柄（具有外螺纹的直管）组成。短柄滤头用于单独水冲滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。对于穿孔滤板，可在滤板上安装滤头。第三节快滤池五、滤池的冲洗（一）冲洗目的：清除滤层中所截留的污物，使滤池恢复过滤能力。（二）冲洗原理：水流自下而上通过滤层，并使滤层膨胀达到一定程度，靠水流的剪切力和滤料颗粒间的碰撞、摩擦使积累在滤料层中的杂质剥落下来，随反冲水流出滤池。（三）快滤池冲洗方法：1、高速水流反冲洗；2、气、水反冲洗；3、表面助冲加高速水流反冲洗。第三节快滤池六、冲洗废水的排出冲洗时，废水由冲洗排水槽两侧溢入槽内，各水槽内的废水汇集到废水渠排出。第三节快滤池七、冲洗水的供给1、冲洗水的供给方式：A、冲洗水塔或冲洗水箱B、冲洗水泵2、冲洗水的水源：滤池出水、自来水第三节快滤池八、滤池的运行方式当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水温一定时，随着过滤的进行，滤料层的孔隙率将逐渐减小。若过滤时使水头损失保持不变，将引起滤速的减小。反之，若滤速保持不变时，将引起水头损失的增加。由此产生两种基本过滤方式：（1）等速过滤（2）变速过滤第三节快滤池(一)等速过滤在过滤过程中滤速保持不变，也即滤池流量保持不变。如：虹吸滤池和无阀滤池。在等速过滤的情况下，水头损失随时间而逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，见图示。当水位上升至最高允许水位时，过滤停止以待冲洗。第三节快滤池(二)变速过滤滤速随时间逐渐减小的过滤。又称减速过滤。如：移动罩滤池在过滤时，如过滤水头始终保持不变，而滤层孔隙率逐渐减小，必然使滤速减小。“等水头变速过滤”第三节快滤池九、影响过滤效率的因素：过滤是滤料和悬浮物的相互作用，悬浮物的分离效率受这两方面因素影响。（1）滤料的影响粒度、形状、表面性质、空隙率（2）滤池结构的影响滤料层结构、配水系统（2）悬浮物的影响粒度、形状、密度、浓度、表面性质、水温第三节快滤池1、重力式无阀滤池第三节快滤池2、虹吸滤池第三节快滤池3、移动罩滤池第三节快滤池4、V型滤池第三节快滤池5、压力滤池第三节快滤池