水的過濾處理

1、第四章 水的過濾處理第四章 水的過濾處理 n水經(jīng)過混凝、沉淀(澄清)處理后，濁質(zhì)通常在通常小于10NTU。這種水還滿足不了一些用水的需要以及后續(xù)除鹽水處理系統(tǒng)的需要。n進一步降低水中濁度的方法之一（濁度降至2-5NTU），就是過濾處理。 4-1 過濾設(shè)備的工作過程 n一、濾料的分布與水力篩分作用一、濾料的分布與水力篩分作用n濾層由一種濾料組成時，其濾料的粒徑是不均勻的，比如石英砂組成的濾層，其標準dmax=1.2mm、dmin=0.5mm，濾層厚度700mm。n其在濾床中的分布：并不是均勻分布，而是上小下大。 原因：水力篩分造成的。n什么是水力篩分？n反沖洗時上升水流的作用，濾料顆粒大小不一，

2、它們順著水流方向，由大到小排列，降落后組成的濾床自上而下：n 濾料粒徑由小到大； 濾料孔隙率依次增大n 此稱水力篩分現(xiàn)象。4n二、過濾二、過濾n過濾： 含懸浮雜質(zhì)的水 濾床 濁質(zhì)降低。n過濾初期：雜質(zhì)截留在上面一層濾料中，而下層處于等待狀態(tài)；n過濾中期：上層濾料污泥增多，孔隙減少，水流通道變窄，水流阻力增大，局部水流線速度增加；在水流剪切力的作用下，對已截留污泥的沖刷、剝落作用增強，迫使一部分雜質(zhì)輸送到下一層濾料中濾除。n過濾末期：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。n過濾過程：水頭損失和出水濁質(zhì)的變化，如圖41所示。圖圖 4 41 1 水頭損失和出

3、水水質(zhì)經(jīng)時變化水頭損失和出水水質(zhì)經(jīng)時變化n為了保證出水水質(zhì)，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；壓力超過規(guī)定值)，停運、實施反沖洗、清除濾層中的污泥，恢復(fù)濾料的過濾能力。如機械過濾器：濁度達到允許值 rR=3mg/L。進出口壓差達到規(guī)定允許值hft=29.4Kpa；n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(yīng)的，它們都與一定的工作狀況下，所經(jīng)歷的時間有關(guān)。為了保證出水水質(zhì)達到在控制的失效點以內(nèi)，只要出水濁度、水頭損失、過濾時間三個指標之一達到允許值、過濾過程即告結(jié)束。n三、反洗三、反洗n反洗又稱反沖洗或沖洗：就是以較大的水流速度，從濾層底部進水，

4、使濾料顆粒實現(xiàn)流態(tài)化，污泥隨反洗水從頂部排出。n濾料在懸浮狀態(tài)下得以清洗，沖洗至濾料基本干凈為止。n反沖洗是過濾器的重要運行操作；反沖洗流速控制不當：可能產(chǎn)生濾料流出，承托層錯動和沖洗效果差(未沖洗干凈)等問題。四、濾池工作周期四、濾池工作周期 過濾周期過濾周期n濾池工作周期濾池工作周期：過濾開始 沖洗結(jié)束階段，稱 濾池工作周期；n過濾周期過濾周期：過濾開始 過濾結(jié)束階段，稱過濾周期。過濾周期由濾床特性、原水水質(zhì)，濾速等因素決定。n濾速濾速：相當于濾池負荷(單位時間、單位過濾截面積的過濾水量，m3/m2h或m/h)。n當進水濁度在15mg/L以下時的濾速：單層砂濾池的濾速810m/h，雙層砂濾

5、池的濾速1014m/h，三層砂濾池的濾速1820m/h。n過濾設(shè)備運行的技術(shù)經(jīng)濟指標過濾設(shè)備運行的技術(shù)經(jīng)濟指標：出水水質(zhì)： 以周期出水平均水質(zhì)表示(例：出水平均濁度)；截污容量：過濾周期，單位體積濾料截留的污泥量，g/L計；水頭損失：水通過濾層前后的壓降。42 濾層的截污原理 n濾層如何能夠截留懸浮顆粒？（即濾層的截污原理是什么？）n最初人們認為，濾層如濾網(wǎng)(篩網(wǎng))是靠機械篩分作用機械篩分作用，截留下水中的懸浮雜質(zhì)的。隨著人們對過濾機理的研究，以及生產(chǎn)運行經(jīng)驗的積累，人們發(fā)現(xiàn)了有許多因素有許多因素在截污過程中發(fā)揮著重要的作用。n一、過濾機理 一般分為三類，即遷移機理、附著機理和脫落機理。n 1

6、. 遷移機理遷移機理(顆粒遷移到濾料表面，之后又被濾料吸附)n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(轉(zhuǎn)移)的原因主要有如下幾種：n1) 機械篩濾 當含懸浮雜質(zhì)的水進入濾池上部的濾層時，粒徑大的懸浮雜質(zhì)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。n2) 慣性沉降 粒徑0.5mm的1m3砂濾層，可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

7、線，到達濾料表面，在濾料表面沉沉降降，濾層中的每個小孔隙，都起著一個淺層沉淀池的作用。n3) 布朗運動 微小懸浮顆粒(如d95%；) n 孔隙總面積的計算n圓形過濾設(shè)備采用母管和支管型的大阻力配水系統(tǒng)，其水頭損失有經(jīng)驗公式：h=0.25+3.0Va2/2g+18 Vc2/2g9.0 Vd2/2g (米水柱)n式中h 在排水孔眼上的總水頭損失，m；Va配水系統(tǒng)母管進口處流速，m/s；Vc配水系統(tǒng)最長支管起點處流速，m/s；Vd配水系統(tǒng)最短支管起點處流速，m/s；g重力加速度，m/s2。n由經(jīng)驗公式，算出h后，可按下式計算出水縫隙的總面積s(m2)s=qv/0.72ghn 集水問題n配水均勻，集水

8、也應(yīng)該是均勻的，因反洗流速遠大于過濾流速。n 大阻力配水系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計手冊上都已作為規(guī)范列出，可參考給排水設(shè)計手冊。 n(2) 小阻力配水系統(tǒng)n水頭損失一般小于2m，適用于反洗水頭損失有限的設(shè)備 (即反洗時無動力泵，只依靠濾池本身的水位差) ，如無閥濾池、虹吸濾池等重力式濾池，過濾面積較小的過濾器也采用。n小阻力配水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常采用格柵、尼龍網(wǎng)、濾帽等。n小阻力配水系統(tǒng)的缺點：配水的均勻性較大阻力配水系統(tǒng)的差，如配水系統(tǒng)壓力稍有波動，或濾層阻力稍不均勻，配水就不易均勻，在處理水量很大的系統(tǒng)中仍少采用。n經(jīng)驗證明小阻力配水系統(tǒng)的配水均勻性取決于流速比： V0 / VRV0配水室進水流速；VR配水

9、系統(tǒng)孔眼的平均流速。n當進水流速小或孔眼流速大時，配水均勻性好；反之差。n其相互關(guān)系可由水力學(xué)方程再導(dǎo)出開孔比。 開孔比：配水孔眼總面積/濾池總面積n開孔比小，孔眼阻力大，配水均勻性好。n生產(chǎn)實際中開孔比變化范圍較大，在0.7247之間，因此配水均勻性相差很大。 46 過濾設(shè)備n一、過濾設(shè)備的分類分為：普遍過濾設(shè)備和精密過濾設(shè)備n1. 普通過濾設(shè)備 （又分為） 濾料 濾速 出水懸浮物含量 單層粒狀濾料 10m/h左右 5mg/L； 雙層粒狀濾料 三層粒狀濾料 新型 人造纖維等 30m/h 小于2mg/L傳統(tǒng)1530m/h 1-2mg/L過濾工藝上分澄清過濾 原水混凝、沉淀處理過濾器接觸過濾接觸

10、過濾 原水混凝后直接進入過濾器（通常，原水最大濁度不超過150mg/L時可采用。）n2. 精密過濾n置于普通過濾器之后進水濁度要求小于2mg/L，出水濁度可達0.10.3mg/L。n選用的過濾材料為成型的濾材，如PVC微孔管、陶瓷微孔濾元等。n對于后續(xù)水處理設(shè)備(如反滲透、電滲析等)起安全保護作用。n下面介紹一些過濾設(shè)備。n二、壓力式過濾器n特點：鋼結(jié)構(gòu)，屬低壓容器(6kg/cm以下壓力)； 有單流、雙流、雙層濾料，雙室、纖維、移動床等 類型。n1. 單流式過濾器圖圖 4 411 11 單流式過濾器單流式過濾器n如圖411為單層濾料單流式過濾器，常稱機械過濾器。n濾料為：石英砂、無煙煤、活性炭

11、等；n上部設(shè)有：進水及排氣的管閥；n下部設(shè)有：配水系統(tǒng)，承托層等。n設(shè)備外還設(shè)有管道、閥門等。n過濾時：上部進水均勻流過過濾層，由下部配水系統(tǒng)集水、流出。當壓力達到某一規(guī)定值或出水濁度達到一定值，停止過濾。n反洗時，下部配水系統(tǒng)均勻布水，用一定的反洗強度清洗濾層，通過水力篩分，使濾料上小下大均勻分布。n優(yōu)點：易操作控制，運行穩(wěn)定，運行經(jīng)驗豐富。n缺點：表面過濾，水頭損失增加快、工作周期短，濾料截污容量低，濾速也不高(812m/h)。 n2. 雙流式過濾器n利用“反粒度過濾”原理，圖412為雙流式過濾器。該設(shè)備設(shè)有中間排水裝置，上下設(shè)進水和配水裝置，濾料上小、下大均勻分布。圖圖4 412 12

12、雙流式過濾器雙流式過濾器n過濾時：上、下進水，中間排水；n上部濾層：上部進水至中排，屬普通下向流過濾方式。n下部濾層：下部配水至中排，屬上向流 “反粒度過濾”方式。n兩部層高：上部約0.60.7m，(上部濾層還起壓實層的作用，防止濾料膨脹起)，下部層高約1.51.6m,總高度為2.12.4m.n1進水裝置；2中間排水裝置；3配水裝置n上、下部過濾水量的變化：在過濾過程中，總的過濾水量不變，但由于上部濾層水頭損失增加快，水流量逐漸減小，而下部水流量逐漸增大，在過濾末期，下部水流量約占出水量的80左右。n濾料為石英砂時運行參數(shù)：d50為0.80.9mm，K80為2.53；運行工作壓力為0.40.6

13、MPa，進出口壓差為0.1MPa，正常濾速為12m/h，最大濾速為16m/h。 n反沖洗：當過濾失效后，先用壓縮空氣吹洗510min(過濾器內(nèi)有存水)，接著從中排進水，沖洗上部濾層，然后停止輸送壓縮空氣，從下部和中排同時進水沖洗濾層，反沖洗強度控制在1618L/(sm2)，反洗時間1015min。 n3. 雙層濾料過濾器和雙室過濾器n1) 雙層濾料過濾器結(jié)構(gòu)及運行方式同單層濾料過濾器(如圖413所示)，不同處在于里面裝的為兩種濾料：上層為輕質(zhì)大顆粒濾料，下層為重質(zhì)小顆粒濾料。因此，過濾方式基本上屬于“反粒度過濾”方式。n特點：雜質(zhì)穿透深度大，截污能力強，濾速可達20m/h。n2) 雙室過濾器n

14、結(jié)構(gòu)如圖414所示，上、下兩室所裝濾料一樣，進、出水也一樣，是兩臺單流式過濾器重疊在一起。n特點：可提高單臺過濾器制水量，減少占地面積，但是高度增加。 圖圖4 413 13 雙層濾料過濾器雙層濾料過濾器 圖圖4 414 14 雙室過濾器雙室過濾器 輕質(zhì)大顆粒濾料重質(zhì)小顆粒濾料n4 .纖維濾料過濾器有兩種na) 膠囊擠壓式纖維過濾器(如圖415a 所示)；b)浮動纖維水力調(diào)節(jié)密度過濾器(如圖415b 所示) 。n它們的本體結(jié)構(gòu)與單流式過濾器基本相同，內(nèi)部濾料是懸掛的一定密度的合成纖維，運行采用上向流方式采用上向流方式。n特點：濾速可高達30m/h以上，出水濁度可達12FTU，截污容量比砂濾池的高

15、510倍。n(工藝內(nèi)容略)圖圖4 415 15 纖維束過濾器纖維束過濾器 (a)膠囊擠壓式；(b)浮動式1上孔板；2纖維束；3膠囊；4活動孔板(線墜)；5配氣管；6控制器；7排空氣門；8出水門；9清洗水入口門；10上向洗排水門；11下向洗排水門；12進水門；13壓縮空氣進口門；14膠囊充水進口門；15膠囊排水門n三、重力式濾池n1.普通快濾池普通快濾池應(yīng)用較為廣泛，其構(gòu)造如圖416所示。n普通快濾池有四個主要閥門：控制進水的進水閥（又稱渾水閥）、控制出水的出水閥（又稱清水閥）、控制反洗進水的進反洗水閥（又稱沖洗水閥）、控制反洗出水的排反洗水閥（又稱排水閥），所以快濾池又稱四閥濾池。 4 416

16、 16 普通快普通快 濾池構(gòu)造視圖濾池構(gòu)造視圖 1進水總管；2進水支管；3進水閥；4渾(進)水渠；5濾料層；6承托層；7配水系統(tǒng)支管；8配水干渠；9清(出)水支管；10出水閥；11清(出)水總管；12沖洗水總管；13沖洗水支管；14沖洗水閥；15排水槽；16廢水(排沖洗水)渠；17排水閥17排水管72過濾過濾反沖洗反沖洗快濾池的工作過程：n過濾時，關(guān)閉沖洗水閥14和排水閥17，開啟進水閥3和出水閥10。渾水經(jīng)進水總管1、支管2和渾水渠4進入濾池。再通過濾料層5、承托層6后，濾后清水由配水系統(tǒng)支管7匯集起來，從干渠8、清水支管9、清水總管11流往清水池。隨著濾層中截留雜質(zhì)的增加，濾層產(chǎn)生的水頭損

17、失隨之增加，濾池水位也相應(yīng)上升。當池內(nèi)水位上升到一定高度或水頭損失增加到規(guī)定值（一般為19.824.5kPa）時，停止過濾，進行反洗。n反洗時，關(guān)閉出水閥10和進水閥3，開啟沖洗水閥14和排水閥17。沖洗水依次經(jīng)過沖洗水總管12、支管13、干渠8和支管7，經(jīng)支管上的孔眼流出，再經(jīng)承托層6均勻布水后，自下而上通過濾料層5，濾料流態(tài)化，得到清洗。沖洗廢水流入排水槽15，經(jīng)渾水渠4、排水管和廢水渠16排入下水道。沖洗結(jié)束后，過濾重新開始。n2. 無閥濾池 （因沒有閥門而得名）無閥濾池有重力式和壓力式兩種，以重力式應(yīng)用較普遍，如圖417所示。n無閥濾池的工作過程：n經(jīng)混凝處理或混凝石灰沉淀處理后的水，

18、由進水分配槽1、進水管2進入虹吸上升管3，再經(jīng)擋板5后，均勻地分布在濾料層6上。通過承托層7、小阻力配水系統(tǒng)8，進入底部空間9，濾后水從底部空間經(jīng)連通渠（管）10上升到?jīng)_洗水箱11；當水箱水位上升達到出水管12上緣時，便開始向外送水，水流方向如圖中箭頭所示。圖圖4 417 17 重力式無閥濾池重力式無閥濾池 1進水分配槽；2進水管；3虹吸上升管；4頂蓋；5擋板；6濾料層；7承托層；8配水系統(tǒng)；9底部空間；10連通渠；11沖洗水箱；12出水管；13虹吸輔助管；14抽氣管；15虹吸下降管；16水封井；17虹吸破壞斗；18虹吸破壞管沖洗強度調(diào)節(jié)器 （圓錐體）19強制反洗進水管n過濾開始時，虹吸上升管

19、3與沖洗水箱中的水位差H0為過濾起始水頭損失。隨著過濾時間的延續(xù)，濾層截留雜質(zhì) 量的增加，水頭損失也逐漸增加。虹吸上升管中水位逐漸升高，即水頭損失升高。當水位上升到虹吸輔助管13的管口時，水從輔助管流下，依靠下降水流在管中形成的負壓和水流的夾氣作用，抽氣管14不斷將虹吸管中空氣抽走，使虹吸上升管和虹吸下降管15中水位很快上升，當兩上升水流匯合后，便形成虹吸。這時濾池的水被虹吸管迅速抽走，濾層上部的壓力急劇下降，促使沖洗水箱的水循著過濾時相反方向，通過濾層進入虹吸管，使濾層得到反沖洗，沖洗廢水由排水水封井16流入下水道。進水量遠小于虹吸量這時 n在反沖洗過程中，沖洗水箱的水位逐漸下降。當水位下降

20、到虹吸破壞斗17以下時，虹吸破壞管18把小斗中的水吸完；管口與大氣相通，虹吸破壞，沖洗結(jié)束，過濾又重新開始。從過濾開始至虹吸上升管中水位升至輔助管口13的時間，稱為無閥濾池的工作周期。虹吸輔助管口至沖洗水箱最高水位差即為期終允許水頭損失值H0。78最大過濾水頭最大過濾水頭:1.5-2.0m重力式無閥濾池重力式無閥濾池最大沖洗水最大沖洗水頭頭Hmax最小沖洗水最小沖洗水頭頭Hmin平均值平均值Ha=(Hmax+Hmin)/2初始過濾水初始過濾水頭頭H0n關(guān)于強制反沖洗：高壓水管19中的水，注入虹吸輔助管13(14與13連接處的上沿)，通過抽氣管14、抽走虹吸管中的空氣，形成虹吸。n無閥濾池失效水

21、頭損失(即期終允許水頭損失)，14.719.6KPa，無閥濾池單池面積不大于16m2，(少數(shù)也有高達25m2)n無閥濾池的特點n1)過濾與反洗自動進行反沖洗時，濾層污臟雜質(zhì)逐漸減少，同時沖洗水箱水位逐漸下降。因此，反沖洗強度也逐漸減小，此由強至弱對反沖洗效果是有利的。n由于沖洗水箱容積有限，沖洗過程中，反沖洗強度變化的梯度較大。問題：初期強度大，容易沖走濾料；末期反沖洗強度低，濾料下沉不再懸浮，降低了沖洗效率。n為解決這一問題，設(shè)計有：雙格無閥濾池（特點：進水管在反沖洗時也在進水）雙格無閥濾池的水反洗，加大反洗水量；單閥濾池(設(shè)進水閥) 。n2) 無閥濾池變水頭等速過濾。n3) 小阻力配水系統(tǒng)。(低水頭反沖洗)n3、虹吸濾池如圖418所示n工作過程：。n特點：有兩個虹吸管，即進水虹吸管和反沖洗虹吸管，虹吸管的運行由真空系統(tǒng)控制。 圖圖4 418 18 虹吸濾池虹吸濾池 1進水管；2配水槽；3