水的过滤处理

学习情境1.4水的过滤处理过滤过滤是固液分离的一种有效手段。含悬浮固体的水流经过滤介质，粒径大于过滤介质孔径的固体颗粒就被截留下来。学习情境1.4水的过滤处理过滤的作用过滤一般用在混凝、沉淀或澄清等处理之后，用于进一步去除水中的细小悬浮颗粒，降低浊度。水中有机物、细菌乃至病毒等更小的粒子由于吸附作用也随着水的浊度降低而被部分去除。残存在滤后水中的剩余细菌、病毒等，由于失去悬浮物的保护或依附而呈裸露状态，也容易被消毒剂杀死。超滤、纳滤等新技术，还可以直接将细菌、病毒、大分子物质等过滤掉。学习情境1.4水的过滤处理应用：给水处理中保证净化水质不可缺少的重要环节污水处理活性炭吸附和离子交换等深度处理之前作用预处理化学混凝和生化处理之后作为后处理1.4.1水的过滤处理慢滤池：截留作用、微生物分解作用优点：出水水质好缺点：流速低；滤膜形成期过滤出水水质不能保证；生产效率低；占地面积大。1.4.1.1过滤过程石英砂滤料粒径通常0.5~1.2mm，滤层厚度一般70cm左右。按自上而下的方向，粒径大致由细到粗依次排列。水流自上而下通过滤料层。1.4.1.1过滤过程过程三阶段：颗粒迁移，颗粒脱离水流流线向滤料颗粒表面靠近；颗粒黏附，物理-化学作用，悬浮颗粒黏附在滤料表面；颗粒剥落1.4.1.1过滤过程过滤机理1.阻力截留悬浮物粒径越大，表层滤料和滤速越小，就越容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也越高。2.重力沉降众多的滤料表面提供了巨大的沉降面积。滤料越小，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。1.4.1.1过滤过程过滤机理3.接触絮凝滤料巨大的比表面积：吸附砂粒带有电荷：吸附胶体粒径较大悬浮颗粒以阻力截留为主；细微悬浮物，以发生在滤料深层的重力沉降和接触絮凝为主。1.4.1.2滤料层含污能力表层滤料间的孔隙逐渐被堵塞，形成“泥膜”，致使过滤阻力剧增。①在一定过滤水头下，滤速急剧减小，产水效率下降；②在一定滤速下水头损失达到极限值，无法满足过滤水头要求；③由于滤层表面受力不均匀而使“泥膜”产水裂缝，大量水流自裂缝流出，水中杂质颗粒穿透滤层使出水水质恶化。1.4.1.2滤料层含污能力滤料层能容纳杂质的多少及分布规律受进水水质、水温、滤速、滤料粒径级配、滤料形状，以及水中颗粒的凝聚程度等许多因素影响。单位体积滤层中所截留的杂质量，称为滤层截污量。一个过滤周期内，整个滤层单位体积滤料中的平均含污量，称为“滤层含污能力”，以g/cm3或kg/cm3计。图中曲线与坐标轴包围的面积除以滤层总厚度即为滤层含污能力。滤层厚度一定时，面积越大，滤层含污能力越大。1.4.1.2滤料层含污能力为提高整个滤层的含污能力，最好采用“反粒度”过滤方法。即顺水流方向，粒径由大到小。实现途径1.改变水流方向，上向流、双向流。2.改变滤料层组成，双层滤料滤池、三层滤料滤池及均匀级配滤料滤池。1.4.2水的过滤处理技术1.4.2.1普通快滤池组成与工作过程组成：池体、滤料、配水系统与承托层、反冲洗装置工作过程：过滤、冲洗交替进行1.4.2水的过滤处理技术（视频）1.4.2.2滤料滤料的主要作用是作为载体提供黏附水中细小悬浮物所需的面积。（1）足够的机械强度（2）足够的化学稳定性（3）具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率（4）外形接近球形，表面比较粗糙而有棱角。（5）就地取材，货源充足，价格低廉。石榴石无烟煤磁铁矿金刚砂聚苯乙烯和陶粒1.滤料粒径级配有效粒径（d10）：滤料经筛分后，小于总质量10%的滤料颗粒粒径。不均匀系数（k80）：滤料经筛分后，小于总质量80%的滤料颗粒粒径与有效粒径之比。K80越大，说明粗细滤料颗粒尺寸相差越大，颗粒越不均匀；K80越接近1，滤料越均匀。1.滤料粒径级配通常过滤工况下，要求滤料粒径适中、不均匀系数尽量小。粒径大——空隙大——细小杂质穿透滤料层（反洗难充分松动滤料）粒径过小——空隙效——增加水流阻力（反洗时容易冲出滤池）2.滤料筛分以石英砂滤料为例，取某砂样300g，洗净后于105摄氏度恒温箱中烘干，待冷却后秤取100g，放于一组筛子过筛，筛后称出留在各个筛子上的砂量，填入表1.11，并计算出通过相应筛子的砂量，然后以筛孔孔径为横坐标，通过筛孔砂量为纵坐标，绘出筛分曲线。3.滤料孔隙率的测定滤料层孔隙率是指滤料层中的孔隙所占的体积与滤料层总体积之比，用m表示。测定方法为：取一定量的滤料，在105摄氏度下烘干、称重，并用比重瓶测出其密度，然后放入过滤筒中，用清水过滤一段时间后，量出滤层体积，按G：滤料质量V：滤料层体积VGm1孔隙率越大，滤层的含污能力越高，工作周期就越长。孔隙率与颗粒形状、粒径、均匀程度以及滤料层的压实程度等有关。滤料使用一段时间以后，由于碰撞、摩擦和磨蚀等造成孔隙率减小，需及时更换。1.4.2.3配水系统与承托层作用：1.反冲洗时，使反冲洗水在整个滤池平面上均匀分布；2.过滤时，均匀收集过滤水。1.4.2.3配水系统与承托层根据反冲洗时配水系统对冲洗水的阻力大小，配水系统可分为大阻力、中阻力和小阻力三种配水系统。1.大阻力配水系统(穿孔管大阻力配水系统)1.4.2.3配水系统与承托层2.中、小阻力配水系统安装长柄滤头的钢筋混凝土穿孔滤板钢筋混凝土穿孔滤板长柄滤头小阻力配水系统的开孔比通常都大于1%，水头损失一般小于0.5m。开孔比越大，则孔口阻力越小，配水均匀性越差。一般多用于单格面积不大于20平方米的无阀滤池、虹吸滤池等。中阻力配水系统穿孔滤砖的构造分上下两层连成整体。铺设时，各砖的下层相互连通，起到配水渠的作用；上层各砖之间用导板隔开，互不相同，单独配水。其实际效果就是将滤池分成滤砖大小的许多小格，保证配水均匀。3.承托层配合管式大阻力配水系统使用，承托层设于滤料层和底部配水系统之间。作用：一是支承滤料，防止过滤时滤料通过配水系统的孔眼流失；二是反冲洗水时均匀地向滤料层分配反冲洗水。3.承托层单层或双层滤料的快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度见表1.12.三层见表1.13铺装承托层时应严格控制好高程，分层清楚，厚薄均匀，且在铺装前应将黏土及其他杂质清除干净。中小阻力配水系统，且配水孔眼数量多、尺寸小，配水本身已很均匀，滤料也不会从孔眼漏掉的话，承托层可以完全省去，或者适当减小，或者适当铺设一些粗砂或细砾石。1.4.3水的反冲洗目的是清除截留在滤料层中的杂质，使滤池在短时间内恢复过滤能力。1.滤池冲洗方法高速水流反冲洗、气冲-水冲反冲洗、表面辅助冲洗加高速水流反冲洗1.4.3水的反冲洗（1）高速水流反冲洗利用高速水流反向通过滤料层，使滤层膨胀呈流态化，在水流剪切力和滤料颗粒间碰撞摩擦的双重作用下，把截留在滤料层中的杂质从滤料表面剥落下来，然后被冲洗水带走。1.4.3水的反冲洗1）反冲洗强度反冲洗强度指单位面积滤层上通过的冲洗流量，单位L/(sm2)强度过小，滤层膨胀强度不够，水流剪力小，滤层冲洗不净；强度过大，膨胀强度过大，滤料颗粒过于离散，水流剪力降低，颗粒碰撞摩擦的几率减小，滤层冲洗效果差，严重时还会造成滤料流失。反冲洗强度受温度影响，水温高时，水的黏度小，反冲洗强度较大；温度低时，水的黏度大，所需的反冲洗强度较小。1.4.3水的反冲洗2）滤层膨胀度：反冲洗时滤层所增加的厚度与滤层膨胀前厚度之比。用e表示。理想的膨胀度应该是截留杂质较多，上层滤料恰好完全碰撞，下层最大颗粒滤料刚开始碰撞。3）冲洗时间冲洗时间根据表1.151.4.3水的反冲洗（2）气冲-水冲反冲洗将压缩空气压入滤池，利用上升空气气泡产生的振动和擦洗清洗杂质，悬浮于水中，然后用水反冲排出池外。优点①气泡擦洗冲洗效果好，省水量。②可降低冲洗强度，冲洗时滤层不碰撞或微膨胀。1.4.3水的反冲洗（3）表面冲洗在滤料砂面以上50-70mm处放置穿孔管。反冲洗前先用穿孔管孔眼喷出高速水流，冲洗污泥，再用水反冲洗。1.4.3水的反冲洗2.冲洗水的供给冲洗水泵:建设费用低，冲洗过程水头变化小，但水泵是间隙工作且设备功率大，容易使电网负荷极不均匀。冲洗水塔：操作简单，补充冲洗水的水泵较小，耗电较均匀，但水塔造价高。1.4.3水的反冲洗3.冲洗废水的排除1.4.3水的反冲洗3.冲洗废水的排除（1）反冲洗排水槽1）排水槽内水面以上保持7cm左右的超高，废水渠起端水面低于排水槽底20cm。2）排水槽的槽口高度保持水平一致3）排水槽总平面及一般小于25%的滤池面积，避免影响反冲洗上升水流。4）相邻两槽中心距一般为1.5m~2.0m，间距过大影响排水的均匀性。1.4.3水的反冲洗3.冲洗废水的排除反冲洗排水槽顶距未膨胀滤料表面的高度H为：e：滤层膨胀度；H2：未膨胀滤料层厚度；x：反冲洗排水槽断面模数，m；δ：反冲洗排水槽底厚度，m；0.07为反冲洗排水槽超高。X=0.45Q10.4Q1为每条反冲洗排水槽出口流量，m3/s07.05.22xeHH练习题设滤池尺寸为5.4m（长）*4m（宽），滤层厚70cm，滤层膨胀度e=40%。每条反冲洗排水槽出口流量为0.1008m3/s，采用3条排水槽，槽长4m，槽底厚δ为0.05m。求（1）排水槽断面尺寸（2）排水槽顶距砂面高度（3）排水槽水平面总面积是否符合设计要求。（1）(2)废水渠费水渠至排水槽底高度2.073.1322BgQHc1.4.4水的过滤工艺设计1.滤池的个数及单池面积滤速相当于滤池负荷（单位时间、单位表面积滤池的过滤水量）。因此可根据流量和滤速计算出滤池总面积FF=Q/v单池面积等于总面积与滤池个数n的比值滤池过多，单池面积小，冲洗效果好，运转灵活，但总造价高，管理麻烦。个数过少，单池面积大，布水均匀性差，冲洗效果欠佳。最少不能少于2个。1.4.4水的过滤工艺设计2.滤池尺寸的确定1.4.4水的过滤工艺设计2.滤池尺寸的确定（1）滤池保护高度：0.20-0.30m（2）滤层表面以上水深：1.5-2.0m（3）滤层厚度：单层砂滤料一般为0.70m，双层及多层滤料一般为0.7-0.8m（4）承托层厚度滤池总深度一般为3.0-3.5m1.4.4水的过滤工艺设计3.管渠设计流速1.4.4水的过滤工艺设计4.管廊布置集中布置滤池的管（渠）、配件及闸阀的长多称为管廊。要求（1）力求紧凑、简洁（2）良好的防水、排水、通风照明设备（3）留有设备及管配件安装、维修的必要空间1.4.4水的过滤工艺设计4.管廊布置（1）进水、清水、反冲洗水及排水四个总渠，全部布置于管廊内，如图a所示。（2）反冲洗水和清水两个总渠布置于管廊内，进水渠和排水渠则布置于滤池的一侧，如图b。（3）进水、反冲洗水及清水管均采用金属管道，排水总渠单独设置，如图c。1.4.4水的过滤工艺设计4.管廊布置（4）用排水虹吸管和进水虹吸管分别代替排水和进水支管，反冲洗水和清水两个总渠布置于管内，反冲洗水支管和清水支管仍用阀门控制，称为虹吸式双阀滤池，简称双阀滤池，如图d。1.4.4水的过滤工艺设计5.设计中注意的问题（1）滤池底部应设排空管，其入口处设栅罩，池底应有一定的坡度，坡向排空管。（2）每个滤池宜装设水头损失计及取样管。（3）滤池壁与砂层接触处应拉毛成锯齿状，以免过滤水在该处形成短路。（4）滤池清水管上应设置短管，管径一般采用75-200mm，以便排放初滤水。（5）各种密封渠道上应设人孔，以便检修。