第五章過(guò)濾(Filtration)

1、第五章 過(guò)濾(Filtration)第1節(jié) 概述一、慢濾池· 濾速慢：V0.1-0.3 m/h· 表面生長(zhǎng)一層濾膜（12個(gè)星期后）效果：濁度可降到0，可不消毒。機(jī)理：微生物吞食細(xì)菌 微生物分泌出起凝聚作用的酶 藻類產(chǎn)生氧氣，起氧化作用。但生產(chǎn)效率低，13月后堵塞，需刮掉濾膜，重新補(bǔ)砂。二、快濾池及其機(jī)理?xiàng)l件：濾速大于10 m/h 必須先投加混凝劑作用：去除濁度，濁度<5度，同時(shí)可去除一部分細(xì)菌、病毒機(jī)理：表層細(xì)砂層粒徑為0.5mm，濾料孔隙率為80um，但進(jìn)入濾池的顆粒尺寸大部分小于30um，但仍能被去除。不光是簡(jiǎn)單的機(jī)械篩濾，還有接觸粘附的作用。主要有兩個(gè)過(guò)程：遷移

2、和粘附遷移是顆粒脫離流線接近濾料的過(guò)程，主要由以下作用力引起： 攔截、 沉淀 慣性 擴(kuò)散 水動(dòng)力（非球形顆粒在速度梯度作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)） 對(duì)于這幾種力的大小，目前只能定性描述。 粘附：物理化學(xué)作用力（范德華引力、靜電力、以及一些特殊化學(xué)力）但表層濾料的篩分作用也不能排除，特別是在過(guò)濾后期，當(dāng)濾層中的孔隙尺寸逐漸減少時(shí)。應(yīng)用：給水處理原水混凝沉淀/澄清過(guò)濾原水微絮凝過(guò)濾（微絮凝過(guò)濾）原水加藥過(guò)濾（接觸過(guò)濾）廢水處理原水生物處理過(guò)濾 第2節(jié) 快濾池一、快濾池分類普通快濾池虹吸濾池重力濾池壓力濾池移動(dòng)罩沖洗濾池二、普通快濾池的構(gòu)造 組成：集水渠洗砂排水渠濾料層承托層配水系統(tǒng)管廊：渾水進(jìn)水管 清水出水管

3、 初濾水 沖洗來(lái)水 沖洗排水 四大閥門（至少）過(guò)濾過(guò)程：最大過(guò)濾水頭損失1.52m工作周期：過(guò)濾開(kāi)始沖洗結(jié)束1224h三、過(guò)濾方式1變水頭等速過(guò)濾 隨著過(guò)濾進(jìn)行，濾層孔隙率減少，水頭損失的增加，濾池內(nèi)水位自動(dòng)上升，自由進(jìn)流，以保持過(guò)濾速度不變。虹吸濾池、無(wú)閥濾池水頭損失與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系：清潔水頭損失H0 過(guò)濾任意時(shí)的水頭損失HH0h DHt h：配水系統(tǒng)、承托層及灌渠水頭損失之和 DHt：濾層的水頭損失增值 DHt與時(shí)間的關(guān)系反映了濾層截留雜質(zhì)與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系。可以直線關(guān)系來(lái)表示。 Hmax 為最大過(guò)濾水頭損失，一般為1.5 2.0 m2等水頭等速過(guò)濾通過(guò)設(shè)置出水流速調(diào)節(jié)器，普通快濾池3等水頭

4、變速過(guò)濾如果過(guò)濾水頭始終保持不變，濾速必然要降低。移動(dòng)罩濾池 多格濾池進(jìn)水渠連通，各池的水位和總水頭損失相等，但濾速v不等，主要是因?yàn)榻匚哿坎煌?。干凈濾料濾速大。 每座濾池的濾速是階梯性的下降，但在每一階梯段還是等速過(guò)濾，濾池內(nèi)的水位有一定程度上升，待某一個(gè)濾池反沖洗重新投入運(yùn)行時(shí)后，其它濾池的濾速下降一級(jí)，相應(yīng)地濾池組的水位也突然下降一些。 濾池組整體的總平均出水量是保持不變的。四、濾層內(nèi)雜質(zhì)分布規(guī)律濾料表層孔隙率較小。雜質(zhì)主要截留在濾料表層。下部濾層的截污能力還未得到充分發(fā)揮，由于水頭損失的提高，過(guò)濾就得停止，導(dǎo)致濾料層截污能力低。五、提高濾池截污能力的途徑 改進(jìn)方向：提高濾層含污能力，延

5、長(zhǎng)過(guò)濾周期。1） 上向流 當(dāng)流速太大時(shí)，表面應(yīng)加格網(wǎng)或格柵。缺點(diǎn)：反沖洗時(shí)膨脹受到限制 沖洗水流與過(guò)濾水流方向一致，沖洗效果不好，大量污泥需通過(guò)整個(gè)濾層才能排出，往往使污泥排除不凈。2） 雙向流蘇聯(lián)發(fā)明的。此種過(guò)濾方式效果雖好，但濾池構(gòu)造復(fù)雜。3）雙層或多層濾料無(wú)煙煤石英砂無(wú)煙煤石英砂重質(zhì)礦石第3節(jié) 濾料與承托層一、濾料1種類 石英砂、無(wú)煙煤、大理石、石榴石、白云石 聚苯乙烯發(fā)泡塑料 纖維球?yàn)V料2粒狀濾料的粒徑與級(jí)配 粒徑：假想球面直徑 級(jí)配曲線：各種粒徑的顆粒所占重量比例的累積曲線。 ·有效粒徑和不均勻系數(shù) d10和d80：分別通過(guò)濾料重量10和80的篩孔孔徑 不均勻系數(shù)K80d8

6、0/d10 d10反映了產(chǎn)生水頭損失的主要部分。 K80愈大，顆粒愈不均勻，孔隙率下降，含污能力降低，反沖洗強(qiáng)度不好確定。 · 最大與最小粒徑：dmax, dmin 工程上為方便，一般dmin»d10, dmax»d80 我國(guó)規(guī)范中，采用dmax, dmin, K80來(lái)控制濾料粒徑分布。 · 濾料篩選方法 可以按要求設(shè)計(jì)d10和d803濾料層規(guī)格 材質(zhì)、粒徑和厚度 粒徑：小，比表面積大，有利于礬花的吸附但易堵塞 厚度：礬花穿透深度保護(hù)厚度穿透深度與粒徑、濾速及水的混凝效果有關(guān)（大） （大）（高） （差）類 別濾料組成濾速(m/h)強(qiáng)制濾速(m/h)粒徑(

7、mm)不均勻系數(shù)K80厚度(mm)單層石英砂濾料dmax1.2dmin0.5<2.07008-1010-14雙層濾料無(wú)煙煤dmax1.8dmin0.8石英砂dmax1.2dmin0.5<2.0<21414-18三層濾料無(wú)煙煤dmax1.6dmin0.8石英砂dmax0.8dmin0.5重質(zhì)礦石dmax0.5dmin0.25<1. 7<1. 5<1.74502307018-2020-25二、承托層作用：阻擋濾料進(jìn)入配水系統(tǒng) 均勻配水（反沖洗時(shí)） 主要配合大阻力配水系統(tǒng)而使用。 第4節(jié) 配水系統(tǒng)與反沖洗一、配水系統(tǒng)的不均勻性配水系統(tǒng)

8、的目的：均勻分布反沖洗水 均勻收集過(guò)濾水配水不均勻會(huì)造成：1）部分區(qū)域水量小，沖洗不凈2）部分區(qū)域水量大，沖動(dòng)墊層配水不均勻原因：a點(diǎn)的沖洗水頭Hx： HxS1a(qaDa)2+S2(Daqa)2 +S3(Daqa)2 + S4(Daqa)2流速水頭 S1：配水系統(tǒng)的阻力系數(shù) S2：孔眼出水的阻力系數(shù) S3：承托層的阻力系數(shù) S4：濾料層的阻力系數(shù) q：沖洗強(qiáng)度 (L/(s m2) 同樣對(duì)于b點(diǎn)而言 HxS1b(Dbqb)2+S2(Dbqb)2 +S3(Dbqb)2 + S4(Dbqb)2流速水頭 q最小/q最大³0.95-達(dá)到均勻兩種途徑：1）增大孔眼出水水力阻抗 2）降低配水系統(tǒng)

9、水力阻抗二、配水系統(tǒng)類型1大阻力配水系統(tǒng) 使孔眼的水力阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它部分的水力阻力增加孔眼流速（56m/s）配水孔眼面積為濾池面積的1/500 開(kāi)孔比小0.20.25%特點(diǎn)：工作可靠、采用最廣、沖洗干凈 但沖洗水頭要求高，需沖洗水箱或水泵一般為穿孔管大阻力配水系統(tǒng)。2小阻力配水系統(tǒng)減少配水系統(tǒng)阻抗S1®增大配水空間®配水系統(tǒng)流速降低®使孔眼處的壓力接近®相應(yīng)降低S2，增加開(kāi)孔比1.0-1.5%。特點(diǎn)：配水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沖洗水頭?。?m左右） 適應(yīng)于面積小的濾池，其均勻性取決于開(kāi)孔比鋼筋混凝土穿孔板： 板上鋪設(shè)一層或兩層尼龍網(wǎng)。造價(jià)低，孔口不易堵，配水均

10、勻性好，強(qiáng)度高，耐腐蝕但尼龍網(wǎng)接縫應(yīng)接好，有時(shí)可鋪一層卵石。穿孔濾磚：開(kāi)孔比，上層1.07，下層0.7%下層連通起配水渠的作用，上層不連通。鋼筋混凝土或陶瓷制成。由于濾磚整體性，反沖時(shí)不易上浮，所需承托層厚度不大，配水均勻性較好，但價(jià)格高。復(fù)合氣水反沖洗濾磚：可單獨(dú)用于水反沖，也可用于氣水反沖洗。上層開(kāi)孔比：0.5-0.8%，斜面開(kāi)孔比：1.2-1.5%。一般可用ABS工程塑料制成。加工精度易控制，安裝方便，配水均勻性好，但價(jià)格高。濾頭：短柄濾頭用于單獨(dú)水沖洗濾池，長(zhǎng)柄濾頭用于氣水反沖洗濾池。三、濾池反沖洗 恢復(fù)過(guò)濾能力1反沖洗方式1) 高速水流反沖洗 2) 氣、水反沖洗氣沖強(qiáng)度：1020 L

11、/m2 s水沖強(qiáng)度：34L/m2 s3) 表面輔沖加高速水流反沖洗2反沖洗影響因素沖洗強(qiáng)度：L/(s m2)濾層膨脹度：e沖洗強(qiáng)度大® e大 ® 剪切力增大® 但摩擦減少因此應(yīng)有一個(gè)要求。濾層沖洗強(qiáng)度(L/s m2)膨脹度（）沖洗時(shí)間（min）石英砂濾料雙層濾料三層濾料1215131616174550557586753沖洗水排出與供給1）沖洗排水槽與集水槽排水槽：均勻排水，中心間距：1.5-2.2m, 槽總面積占濾池面積的25以內(nèi)。2）沖洗水塔與水泵第5節(jié) 其它過(guò)濾設(shè)備 改進(jìn)普通快濾池的操作方式一、虹吸濾池1960年初美 Green Leaf 圓形六格1964年

12、北京市政院第1座，北京印染廠 圓形七格1977年 北京市政院標(biāo)準(zhǔn)圖1構(gòu)造及工作原理 最大水頭損失：1.52.0m 沖洗水頭清水槽水位沖洗排水槽頂，1.01.2m2特點(diǎn) 利用虹吸原理進(jìn)水和排走洗砂水節(jié)省了兩個(gè)閥門 小阻力配水系統(tǒng)不用沖洗水泵或水箱，可用濾池本身的出水沖洗 變水頭等速過(guò)濾不需設(shè)置濾速調(diào)節(jié)器 濾過(guò)水頭高于濾層正水頭過(guò)濾 易于自動(dòng)化控制 但池深大，沖洗效果不夠理想，單池面積不宜大 適用于中小水廠，造價(jià)比普快濾池低2030。3濾池分格數(shù) 滿足沖洗要求 n³3.6 q/v q：沖洗強(qiáng)度（L/(s m2)）Q：每格濾池過(guò)濾流量（L/s）F：?jiǎn)胃駷V池面積（m2）n：一組濾池分格數(shù)v = 8 12 m/h n> 5- 7二、其它濾池1. 重力式無(wú)閥濾池自動(dòng)運(yùn)行、操作方便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低3050小阻力配水系統(tǒng)，沖洗水由上