第四章水的過濾處理綜述

1、水過漏凝、沉淀（侵惰）處理后，沌屋遏常層 1020mg/L。速種水込満足不3-些用水的需爰 以及后樓除逖水處理至俊的需爰。SIS水的過濾處理逬一步隔傾水中沌虐的方注之一，就昱過涯處理。 4-1 過濾設備的工作過程、湄料的分不場水力卵分仔用濾層由-種濾料組成時，其濾料的粒徑是不均勻的，比如 石英砂組成的濾層，共標準Jmax=1.2mm d/nlin=0.5mm,濾 層厚度700mm o其在濾床中的分布：并不是均勻分布，而是上小下人。 原因：水力篩分造成的。討么昱水力篩分？反沖洗時上升水流的作用，濾料顆粒大小不一，它們順著 水流方向，由人到小排列，降落后組成的濾床自上而下：涯料粒各由J到尢； 漓糾

2、孔隠卑儺次憎尢此禺水力篩分觀參。二、過澹過濾：含懸浮雜質的水一濾床一濁質降低。過濾初衲：雜質截留在上面一層濾料屮，而下層處于等待 狀態(tài)；過濾中朗：上層濾料污泥增多，孔隙減少，水流通道變窄, 水流阻力增人，局部水流線速度增加；在水流剪切力的作 川下，對已截留污泥的沖刷、剝落作川增強，迫使一部分 雜質輸送到下一層濾料中濾除。過濾截留帶進一步向下推進，當截留帶前沿接近最 底部濾層后，再繼續(xù)過濾，則出水濁度增加。過落過襁：水頭損失和出水濁質的變化，如圖41所示。圖4-1水頭損失和出水水質經時變化過濾時間為了保證出水水質，控制制水能耗，過濾器通常運行到一 定程度（出水濁度超過規(guī)定值限制；爪力超過規(guī)定值）

3、， 停運、實施反沖洗、清除濾層中的污泥，恢復濾料的過濾 能力。如機械過濾器：濁度達到允許值rR=3mg/Lo進出口壓差達 到規(guī)定允許值 Aft=29.4Kpa ； 一般：過濾器出水濁度的允許值與過濾器進、出水壓差的 允許值是對應的，它們都與一定的工作狀況下，所經歷 的時間有關。為了保證出水水質達到在控制的失效點以內, 只要出水沌慮、水叢擴失、過漓時向三個指標之一達到允 許值、過濾過程即告結束。三、辰澆反洗又稱反沖洗或沖洗：就是以較人的水流速度，從濾層底部進水，使濾料顆粒實 現(xiàn)流態(tài)化，污泥隨反洗水從頂部排出。濾料在懸浮狀態(tài)下得以清洗，沖洗至濾料基本干凈為止。反沖洗是過濾器的重要運行操作；反沖洗流

4、速控制不當： 可能產牛濾料流出，承托層錯動和沖洗效果差（未沖洗干 凈）等問題。e、潺池工仔圍詢過擔圖期試池工作冏期:過濾開始- 沖洗結朿階段，稱濾池工作 周期；過法周期：過濾開始過濾結束階段，稱過濾周期。 過濾周期由濾床特性、原水水質，濾速等因素決定。浹速：相當于濾池負荷（單位時間、單位過濾截而積的過 濾水量，m”m2 h或m/h）。當進水濁度在15mg/L以下時的濾速：單層砂濾池的濾速8 1 Om/h,雙層砂濾池的濾速10 14m/h,三層砂濾池的濾 速 18 20m/ho過潺謚各魚輕的盛術詢鬲標：出水水質：以周期出水平均水質表示（例：出水平均濁度）; 截污容量：過濾周期，單位休積濾料截留的

5、污泥量，g/L 計；水頭損失：水通過濾層前后的壓降。思考題濾池的過濾周期及濾池的工作周期大小與哪些因素冇關?表層過濾、深層過濾？42 濾層的截污原理濾層如何能夠截留懸浮顆粒？（即濾層的截污原理是什 么？）最初人們認為，濾層如濾網（篩網）是靠機械卿分作用，截 留下水屮的懸浮雜質的。隨著人們對過濾機理的研究，以 及生產運行經驗的積累，人們發(fā)現(xiàn)了有許多因素在截污過 程中發(fā)揮著重要的作用。、過漓機理一般分為三類，口卩遷移機理、附著機理和脫落機理。1 遷移機理（顆粒遷移到濾料表面，之后乂被濾料吸附，吸附一我們 在下面附著機理講。）懸浮顆粒脫離水流流線而與濾料接觸的過程，就是遷移過 程。引起懸浮顆粒遷移（

6、轉移）的原因主要有如下兒種：1）機械篩濾當含懸浮雜質的水進入濾池上部的濾層時， 粒徑大的懸浮雜質被濾層中的細孔道機械阻留（同時又被 濾料吸附），此時被截留的懸浮顆粒之間會發(fā)生彼此重疊 和架橋作用，當過濾進行了一段時間后，濾層表面好像形 成了一層附加的濾膜，在以后的過濾過程中，這層膜起到 了主要的過濾作用。此稱表面過濾，亦稱薄膜過濾。2）憤性沉降 粒徑0.5mm的In?砂濾層，町提供有效沉降 面積達400m2,水中懸浮顆粒由于自身重力，或因水流的 慣性作用，脫離水流流線，到達濾料表而，在濾料表而沉 降，濾層中的每個小孔隙，都起著一個淺層沉淀池的作用。3）布朗運動 微小懸浮顆粒（如dvlum）,由

7、于布朗運動， 而擴散到濾料表面（被吸附）。4）水力作用山于濾層中的孔隙和懸浮顆粒的形狀是極不 規(guī)則的，在不規(guī)則的剪切流場中，顆粒受到不平衡力的作 用，會產生轉動而脫離流線，與濾料顆粒表面接觸（被濾 料吸附）。過濾過程中，懸浮顆粒遷移到濾料表面上，將受上述各種 機理的作用，它們的相對重要性，取決于水流狀況，濾層 孔隙形狀及顆粒本身的性質（如粒度、形狀、密度）等。 2.2.附著機理ill遷移過程而與濾料接觸的懸浮顆粒，附著4濾料農面上 不再脫離，就是附著過程，弓I擔顆粒附的因素主要有以 下兒種。1）接角蟲凝聚濾料層作為接觸介質，水屮脫穩(wěn)的膠體碰撞 到濾料顆粒表面（上述遷移過程），即發(fā)生接觸凝聚作用

8、O2）靜電引力如果懸浮顆粒和濾料表面所帶電荷相反，即 發(fā)生相吸。3）范得華力 原子、分子間的引力，在顆粒附著時也起重 要作用。3.脫落機理濾料空隙中水流產生的剝落作川涉及兩個方面的問題。1）剝落導致懸浮雜質與濾料碰撞無效；2）剝落冇利于雜質輸送到濾層深處，進行濾層的深層過濾, 使整個濾層濾料的截污能力得以發(fā)揮。（在濾層的深層屮，濾層孔隙率非常高；在濾層表層剝落 的懸浮雜質被輸送到濾層深處，與深層濾料發(fā)生接觸凝聚, 對過濾冇著重要的意義，它意謂著過濾器的效率得到大大 地提高。）在濾層深層的過濾作用，稱作深層過濾、體積過濾或濾層 過濾。二、進尾粗昭公矗的規(guī)律雜質在濾層中分布規(guī)彳拿受許多因素影響，如

9、水質、水溫、 濾速、濾料形狀、級配、凝聚微粒強度等等，現(xiàn)對濾層截 留雜質的規(guī)律作大體的描述。1.過濾初期濾層干凈、孔隙率較人，孔隙水流流速較小，懸浮雜質主 要被表層510cm左右厚度的濾料截留，少量下移，因此 過濾初期是以表駁過法為主。2.過濾中期隨著過濾的持續(xù)，表面濾料的孔隙率逐漸減少，孔隙水流 速增加，在水流剪切力的作用下，部分粘附在濾料上的懸 浮朵質脫落，向下駁滲透，而又被下層濾料所截留，此階 段以沁辱過壯為主O5000008080606040402020010200102030403040 3.過濾末期末期，下層濾料仍存在截留懸浮朵質的能力，但上部濾料 截留的雜質量大于雜質向下層的推移

10、量。因而，過濾到一定時間后，有可能出現(xiàn)兩種情況。表而濾料孔隙逐漸被雜質堵塞（沈層祓堵宴）,表面 濾膜使水頭損失劇增，濾速也將急劇減小。濾層表面受力不均勻，而使濾膜產生裂縫（表屜波牘產 生裂縫），大量水流自裂縫流出，產成局部穿透濾層，使 出水水質突然惡化。此兩種情況出現(xiàn)時，即應停止過濾水。圖42為濾層中雜質的分布示意圖。截污量主要集中在上 部10-20c m范圍。單位厚度濾料層截污量（）圖42減層中雜質的分布示意圖43影響過濾的因素影響過濾的因素很多，但對于粒狀濾料的濾池，主耍的影 響因素是：濾速、濾料及濾層。、湄速的參崎濾速：單位時間單位而積上的過濾水量，以m3/（m2h）或 m/h 計。即：

11、V=qV=qv v/ / A A濾速越高，濾池的產水量越大（濾池占地而積越小）。濾速 與濾層中的濾料結構有關。濾速快，雜質穿透深度也隨之增加，下層濾料發(fā)揮的作用 也將增大。但濾速的提高是有限度的，因為“/、T T、 Ah/Ah/ . .出水濁度r/。二、涯料的豹響濾料的種類確定之后，影響過濾的因素是濾料的粒徑和級配（不均勻系數）。粒徑 -表示濾料粗細的指標；級配稱作不均勻系數，表示粒律大小分布程度的指標。100806040200/J1I-1）有效粒徑di。表示10%質量的濾料能通過的篩孔孔徑。（對丁單層濾料濾 池，這10%濾料起有效的過濾作用。）2）平均粒徑dso表示50%質量的濾料能通過的篩

12、孔孔徑。（即表示所采川的 整批濾料的平均水平注：有的書上用當量粒徑 d d尸PLpJd,PLpJd,表示平均水平。）3）最大粒徑d皿x和最小粒徑給inowe和共同給出濾料大小的界限。（表示所用濾料粒徑 均處于這一范圍內）4）濾料篩分曲線為獲得一堆濾料其粒徑大小及其分布情況，以一組不同孔 徑的標準篩過濾濾料，而獲得的粒度信息。圖4一3某濾料的篩分曲線50=0.64ld50?解：由公式dl/Lp/d；=1/ (0.2/0.05+0.3/0.07+0.37/0.09+0.13/0.11 ) 0.074cmd50 = 0.07cm (即Pj+Pa = 50%的d?)。.當選用濾床濾料為dmin = 0

13、.4mm, dnlax= 1.0mm時，分5段。查圖得：P j=25%, d| =0.575； P 2 = 25%, d2 = 0.65； P3=25%, d3=0.72 : P4 = 25%, d4=1.0o1/Lp/dj 2 = 1/(0.25/0.575) +(0.25/0.65) +(0.25/0.72) +(0.25/1,0)2= l/(0.4348+0.3846+0.3472+0.25)F = (l/1.417)2 = 0.7062 = 0.5(mm2)二、堵塞漓卮的水奐擴失過濾到一定階段，由于懸浮物沉積在濾料表而，引起濾層 孔隙率下降，引起濾料顆粒的形狀系數的變化和水流仕濾 料中

14、的流態(tài)(Re)的變化。這些變化難以定量計算，且這種 變化在濾層中又無規(guī)律可循，難以數學描述。對此艾夫斯(Ives)從實驗角度觀察了堵塞濾層水頭損失變化規(guī)律， 將堵塞濾層水頭損失分解成清潔濾層水頭損失和上述原因 引起的附加水頭損失之和，得到以下(Ives9 law)經驗公式: hio+KVCdhio+KVCd /(l- e)式中C()-為原水濁質；K K-系數；公式表明：堵塞濾層水頭損失隨過濾時間線性增長。某石英沙濾層不同深度處水頭損失的經時變化，如圖4一7 所示。圖4-7水頭損失的經時變化測定條件：濾料Js()=0.995mm： K8O=2.04；濾層總厚度=800mm；進水濁度 C0=I48

15、.2mg/L： H=15.51m/h；水溫二20-2TC：原水混凝劑PAC投加量為 10mg/Lo4 4 2 2 0 0 8 8 6 6 4 4I I n n n n三、走卮水必擴失比刈于傳統(tǒng)的單層濾料過濾，由丁-表層濾料截污容量人， 雜質在濾層中極不均勻的分布，所以水頭損失人部分消 耗于上層濾料屮。對于表層濾料水頭損失情況，由試驗 得試驗曲線如圖48所示。用I表層濾料水頭損失比：式屮r-表層水頭損失比；/?v-濾料表層水頭損失；h h整個濾層水頭損失。即濾層表層厚度為x厘米的水頭損失 g 占濾層整個 水頭損失(A)的百分數。圖48表層水頭損失比/與過濾時間/的關系圖4一8為r啲試驗曲線。由圖

16、可見：過濾剛開始，I較小(r=12%) 隨著t的增長，增長很快，=50%, t=6h； t繼續(xù)，增加緩慢(雜質往濾層下部推移)可見，表層水頭損失增長規(guī)律與濾層截留冬質的規(guī)律相一致。45反沖洗及其扌空制反沖洗的口的是除去濾層截留的污物，恢復濾床的過濾能 力；反沖洗的方法：A、水洗；B、氣水聯(lián)合清洗。r高速反沖洗，沖洗流速較高，一般大于8 L、I/(m2-s),濾層流態(tài)化；水洗| 空氣中速反沖洗，沖洗流速較小，一般58L/(m2-s), I細濾料流態(tài)化，粗濾料不動；空氣 低速反沖洗，沖洗流速低于5L/(m2-s),整個濾 層基本不流態(tài)化。低速和中速沖洗時，一般輔以空氣助洗和表面水洗。我國 普遍采用

17、高速反沖洗。水氣聯(lián)合清洗時，水和氣交替或同時從濾層底部進入，空 氣泡在濾層間隙穿過上升，使孔姒發(fā)生脹縮，濾料顆粒升 落，旋轉和碰撞，污泥脫落。木節(jié)主耍介紹高速反沖洗、反沖洗炭理經過大量研究及實際運行驗證，認為：反沖洗造成濾料潔凈的主要原因是：水流剪切作用； 濾料間碰撞磨擦作用。1 剪切力沖洗流速 與濾層膨脹率有關：沖洗流速過小，水流剪切力亦小；沖洗流速過大，濾層膨脹率過大，剪切力也會降低。 計算表明：膨脹率為80%100%,剪切力最大。 2.顆粒問碰撞磨擦頻率和二中量與濾層膨脹率有關膨脹率過大，濾料顆粒間距離太大，碰撞機會和沖量總和 減少；膨脹率過小，水流紊動強度或擾動強度過小，同樣也會導 致碰撞頻率和沖量下降。巴拉愛斯和芋島認為：2030%的膨脹率所對應的沖量和 碰#童頻傘最夭。按剪切力最大要求，應采用高的膨脹率。按沖量最大要求，應采用低的膨脹率。兼顧剪切力和磨擦力，推薦使用的膨脹率約為50%。反沖洗對過濾運行至關重要如果反沖洗強度或者沖洗時間不夠，濾層中的污泥得不到 及時清除，當污泥積累較多時，濾料和污泥粘結在一起， 過濾過程嚴重惡化。如果反沖洗強度過人或歷時太氏，不僅耗水量人不經濟， 還會使細小濾料流失，感至使得底部承托層的卵和錯動， 而引起漏濾料的現(xiàn)象。反沖詵的關鍵是：控制合適的反沖洗強度(或膨脹率)和適