过滤

1第五章过滤(Filtration)第1节概述一、慢滤池滤速慢：V＝0.1-0.3m/h表面生长一层滤膜（1－2个星期后）效果：浊度可降到0，可不消毒。机理：微生物吞食细菌微生物分泌出起凝聚作用的酶藻类产生氧气，起氧化作用。但生产效率低，1－3月后堵塞，需刮掉滤膜，重新补砂。二、快滤池及其机理条件：滤速大于10m/h必须先投加混凝剂作用：去除浊度，浊度5度，同时可去除一部分细菌、病毒机理：表层细砂层粒径为0.5mm，滤料孔隙率为80um，但进入滤池的颗粒尺寸大部分小于30um，但仍能被去除。不光是简单的机械筛滤，还有接触粘附的作用。主要有两个过程：迁移和粘附迁移是颗粒脱离流线接近滤料的过程，主要由以下作用力引起：拦截、沉淀惯性扩散水动力（非球形颗粒在速度梯度作用下发生转动）对于这几种力的大小，目前只能定性描述。粘附：物理－化学作用力（范德华引力、静电力、以及一些特殊化学力）但表层滤料的筛分作用也不能排除，特别是在过滤后期，当滤层中的孔隙尺寸逐渐减少时。应用：•给水处理原水－混凝沉淀/澄清－过滤原水－微絮凝－过滤（微絮凝过滤）原水－加药－过滤（接触过滤）•废水处理原水－生物处理－过滤第2节快滤池一、快滤池分类2普通快滤池虹吸滤池重力滤池压力滤池移动罩冲洗滤池二、普通快滤池的构造组成：集水渠洗砂排水渠滤料层承托层配水系统管廊：浑水进水管清水出水管初滤水冲洗来水冲洗排水四大阀门（至少）过滤过程：最大过滤水头损失1.5－2m工作周期：过滤开始－冲洗结束＝12－24h三、过滤方式1．变水头等速过滤随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失的增加，滤池内水位自动上升，自由进流，以保持过滤速度不变。――――虹吸滤池、无阀滤池水头损失与过滤时间的关系：清洁水头损失H0过滤任意时的水头损失H＝H0＋h＋Hth：配水系统、承托层及灌渠水头损失之和Ht：滤层的水头损失增值Ht与时间的关系反映了滤层截留杂质与过滤时间的关系。可以直线关系来表示。Hmax为最大过滤水头损失，一般为1.5–2.0m32．等水头等速过滤通过设置出水流速调节器，――普通快滤池3．等水头变速过滤如果过滤水头始终保持不变，滤速必然要降低。――移动罩滤池多格滤池进水渠连通，各池的水位和总水头损失相等，但滤速v不等，主要是因为截污量不同。干净滤料滤速大。每座滤池的滤速是阶梯性的下降，但在每一阶梯段还是等速过滤，滤池内的水位有一定程度上升，待某一个滤池反冲洗重新投入运行时后，其它滤池的滤速下降一级，相应地滤池组的水位也突然下降一些。滤池组整体的总平均出水量是保持不变的。四、滤层内杂质分布规律滤料表层孔隙率较小。杂质主要截留在滤料表层。下部滤层的截污能力还未得到充分发挥，由于水头损失的提高，过滤就得停止，导致滤料层截污能力低。五、提高滤池截污能力的途径改进方向：提高滤层含污能力，延长过滤周期。1）上向流当流速太大时，表面应加格网或格栅。缺点：反冲洗时膨胀受到限制冲洗水流与过滤水流方向一致，冲洗效果不好，大量污泥需通过整个滤层才能排出，往往使污泥排除不净。2）双向流苏联发明的。此种过滤方式效果虽好，但滤池构造复杂。43）双层或多层滤料第3节滤料与承托层一、滤料1．种类石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石聚苯乙烯发泡塑料纤维球滤料2．粒状滤料的粒径与级配粒径：假想球面直径级配曲线：各种粒径的颗粒所占重量比例的累积曲线。有效粒径和不均匀系数d10和d80：分别通过滤料重量10％和80％的筛孔孔径不均匀系数K80＝d80/d10d10反映了产生水头损失的主要部分。K80愈大，颗粒愈不均匀，孔隙率下降，含污能力降低，反冲洗强度不好确定。最大与最小粒径：dmax,dmin工程上为方便，一般dmind10,dmaxd80我国规范中，采用dmax,dmin,K80来控制滤料粒径分布。滤料筛选方法无烟煤石英砂无烟煤石英砂重质矿石5可以按要求设计d10和d803．滤料层规格材质、粒径和厚度粒径：小，比表面积大，有利于矾花的吸附但易堵塞厚度：矾花穿透深度＋保护厚度穿透深度与粒径、滤速及水的混凝效果有关（大）（大）（高）（差）类别滤料组成滤速(m/h)强制滤速(m/h)粒径(mm)不均匀系数K80厚度(mm)单层石英砂滤料dmax＝1.2dmin＝0.52.07008-1010-14双层滤料无烟煤dmax＝1.8dmin＝0.8石英砂dmax＝1.2dmin＝0.52.02.0300-40040010-1414-18三层滤料无烟煤dmax＝1.6dmin＝0.8石英砂dmax＝0.8dmin＝0.5重质矿石dmax＝0.5dmin＝0.251.71.51.74502307018-2020-25二、承托层作用：阻挡滤料进入配水系统均匀配水（反冲洗时）主要配合大阻力配水系统而使用。第4节配水系统与反冲洗一、配水系统的不均匀性配水系统的目的：均匀分布反冲洗水均匀收集过滤水配水不均匀会造成：1）部分区域水量小，冲洗不净2）部分区域水量大，冲动垫层配水不均匀原因：a点的冲洗水头Hx：Hx＝S1a(qaa)2+S2(aqa)2+S3(aqa)2+S4(aqa)2＋流速水头S1：配水系统的阻力系数6S2：孔眼出水的阻力系数S3：承托层的阻力系数S4：滤料层的阻力系数q：冲洗强度(L/(sm2))同样对于b点而言Hx＝S1b(bqb)2+S2(bqb)2+S3(bqb)2+S4(bqb)2＋流速水头q最小/q最大0.95-------达到均匀两种途径：1）增大孔眼出水水力阻抗2）降低配水系统水力阻抗二、配水系统类型1．大阻力配水系统使孔眼的水力阻力远远大于其它部分的水力阻力――增加孔眼流速（5－6m/s）配水孔眼面积为滤池面积的1/500开孔比小＝0.2－0.25%特点：工作可靠、采用最广、冲洗干净但冲洗水头要求高，需冲洗水箱或水泵一般为穿孔管大阻力配水系统。2．小阻力配水系统减少配水系统阻抗S1增大配水空间配水系统流速降低使孔眼处的压力接近相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5%。特点：配水系统结构简单，冲洗水头小（2m左右）适应于面积小的滤池，其均匀性取决于开孔比钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。造价低，孔口不易堵，配水均匀性好，强度高，耐腐蚀但尼龙网接缝应接好，有时可铺一层卵石。43214321SSSaSSSSSqqbba7穿孔滤砖：开孔比，上层1.07％，下层0.7%下层连通起配水渠的作用，上层不连通。钢筋混凝土或陶瓷制成。由于滤砖整体性，反冲时不易上浮，所需承托层厚度不大，配水均匀性较好，但价格高。复合气水反冲洗滤砖：可单独用于水反冲，也可用于气水反冲洗。上层开孔比：0.5-0.8%，斜面开孔比：1.2-1.5%。一般可用ABS工程塑料制成。加工精度易控制，安装方便，配水均匀性好，但价格高。滤头：短柄滤头用于单独水冲洗滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。8三、滤池反冲洗恢复过滤能力1．反冲洗方式1)高速水流反冲洗2)气、水反冲洗气冲强度：10－20L/m2s水冲强度：3－4L/m2s3)表面辅冲加高速水流反冲洗2．反冲洗影响因素冲洗强度：L/(sm2)滤层膨胀度：e冲洗强度大e大剪切力增大但摩擦减少因此应有一个要求。滤层冲洗强度(L/sm2)膨胀度（％）冲洗时间（min）石英砂滤料双层滤料三层滤料12－1513－1616－174550557－58－67－53．冲洗水排出与供给1）冲洗排水槽与集水槽排水槽：均匀排水，中心间距：1.5-2.2m,槽总面积占滤池面积的25％以内。2）冲洗水塔与水泵第5节其它过滤设备改进普通快滤池的操作方式一、虹吸滤池1960年初美GreenLeaf圆形六格1964年北京市政院第1座，北京印染厂圆形七格1977年北京市政院标准图1．构造及工作原理最大水头损失：1.5－2.0m冲洗水头＝清水槽水位－冲洗排水槽顶，1.0－1.2m2．特点利用虹吸原理进水和排走洗砂水――节省了两个阀门小阻力配水系统――不用冲洗水泵或水箱，可用滤池本身的出水冲洗变水头等速过滤――不需设置滤速调节器滤过水头高于滤层――正水头过滤易于自动化控制但池深大，冲洗效果不够理想，单池面积不宜大适用于中小水厂，造价比普快滤池低20－30％。93．滤池分格数满足冲洗要求n3.6q/vq：冲洗强度（L/(sm2)）Q：每格滤池过滤流量（L/s）F：单格滤池面积（m2）n：一组滤池分格数v=8–12m/hn5-7二、其它滤池1.重力式无阀滤池自动运行、操作方便结构简单、造价低30－50％小阻力配水系统，冲洗水由上部水箱供给但高度大，冲洗时进水被带走一部分有顶盖，装卸滤料不变，观察不到过滤情况。2.移动罩冲洗滤池反冲洗来自其它格的滤过水―――与虹吸滤池相同移动冲洗罩――与无阀滤池相同分格数不小于83.压力滤池最大允许水头损失：5-6m三、过滤技术的新发展FnQq101．非粒状的新型滤料研究活跃纤维球滤料、纤毛型滤料、纤维束状滤料――提高滤床滤速，增大截污能力，扩大应用范围2．过滤装置朝自动化、管理容易、智能型方向发展