型濾池教學課件

第6章過濾

Filtration第6章過濾

Filtration第一節(jié)概述一、常見過濾方式

（1）表面或淺層過濾

①格柵過濾過濾介質(zhì)為柵條和濾網(wǎng)

②微孔過濾成型濾材，如濾布、濾片、燒結(jié)濾管、蜂房濾芯等。

③膜過濾過濾介質(zhì)為半透膜、超濾膜、微濾膜等。

（2）深層過濾過濾介質(zhì)為顆粒狀濾料，如石英砂、無煙煤等。

為區(qū)別前3種為表面或淺層過濾過程，第4種為深層過濾，簡稱過濾。

過濾的定義：借助于具有一定空隙率的固體介質(zhì)（如石英砂）阻擋截留水中雜質(zhì)而使水得到澄清的工藝過程。第一節(jié)概述一、常見過濾方式二、過濾截留的對象：細小顆粒（SS）細小礬花藻類細菌及病毒三、過濾位置：

（1）沉淀池或澄清池之后（2）直接過濾。

第一節(jié)概述二、過濾截留的對象：第一節(jié)概述四、過濾作用

1、給水處理

常用過濾處理沉淀或澄清池出水，使濾后出水濁度滿足用水要求。

①進一步降低水的濁度；同時水中有機物、細菌及病毒將隨水的濁度降低而部分被去除。②為濾后消毒創(chuàng)造了良好條件。殘留于濾后水中的細菌、病毒等失去渾濁物的保護和依附時，在濾后消毒過程中也將容易被殺滅。）

在飲用水凈化工藝中，過濾是不可缺少的，它是保證飲用水衛(wèi)生安全的重要措施。

2、廢水處理①過濾常作為吸附、離子交換、膜分離法等的預處理手段；

②

作為生化處理后的深度處理，使濾后出水達到回用要求。第一節(jié)概述四、過濾作用第一節(jié)概述五、濾池的種類

(一)按濾速分

1、慢濾池0.01～0.4m/h2、快濾池4～8m/h3、高速濾池10～16m/h(二)按作用水頭分1、重力濾池4～5m2、壓力濾池15～25m

(三)按水流方向分1、下向流濾池2、上向流濾池3、雙向流濾池

(四)按濾料組成分1、單層濾池濾速8-10m/h2、雙層濾池濾速10-14m/h3、多層濾池濾速18-20m/h第一節(jié)概述五、濾池的種類第一節(jié)概述一、過濾機理

(一)機械篩濾把濾料間的空隙看作“篩子”，尺寸大于孔隙尺寸的懸浮顆粒被截留下來。

(二)沉淀作用懸浮顆粒靠重力作用沉淀在濾料的表面。濾料層類似于層層疊起的多層沉淀池，巨大的沉淀面積，將微小的雜質(zhì)沉淀截留下來。

(三)接觸吸附<重要>懸浮顆粒在布朗運動等作用下遷移擴散到濾料表面，在范德華力等作用下被濾料吸附。第二節(jié)過濾理論

一、過濾機理第二節(jié)過濾理論第二節(jié)過濾理論

二、過濾的接觸吸附機理

水中的懸浮顆粒能否粘附于濾料顆粒表面，涉及兩個問題：

1、被水流挾帶的顆粒如何脫離流線與濾料顆粒表面接近或接觸？——顆粒的遷移機理

2、當顆粒與濾料表面接觸或接近時，依靠哪些力的作用使它們粘附于濾料顆粒表面上？——顆粒的粘附機理第二節(jié)過濾理論二、過濾的接觸吸附機理1、顆粒的遷移機理在過濾過程中，濾料孔隙中的水流一般屬層流狀態(tài)。被水流挾帶的顆粒隨水流的流線運動。

顆粒之所以會脫離流線與濾料顆粒表面接近，完全是一種物理-力學作用，主要有攔截、沉淀、慣性、擴散和水動力作用。第二節(jié)過濾理論

（1）攔截作用：顆粒尺寸較大時，處于流線中的顆粒會直接碰到濾料表面產(chǎn)生攔截作用；（2）沉淀作用：顆粒沉速較大時會在重力作用下脫離流線，產(chǎn)生沉淀作用；（3）慣性作用：顆粒具有較大慣性時，也可脫離流線與濾料表面接觸；（4）擴散作用：顆粒較小，布朗運動較劇烈時會擴散至濾料表面；（5）水動力作用：在濾料表面附近存在速度梯度，非球形顆粒由于在速度梯度作用下，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動而脫離流線與顆粒表面接觸。1、顆粒的遷移機理第二節(jié)過濾理論（1）攔截作用：顆2、顆粒的粘附機理

粘附作用是一種物理化學作用。當水中雜質(zhì)顆粒遷移到濾料表面上時，則在范德華力和靜電力相互作用下，以及某些特殊的化學吸附力下，被粘附于濾料顆粒表面上，或粘附在濾料表面上原先粘附的顆粒上。此外絮凝顆粒的架橋作用也會存在。第二節(jié)過濾理論

Fa1表示顆粒1與濾料表面的粘附力Fa2表示顆料2與顆粒1之間的粘附力FS1表示顆粒1所受到的平均水流剪力FS2表示顆粒2所受到的平均水流剪力F1、F2和F3均表示合力在顆粒粘附的同時，還存在由于孔隙中水流剪力作用而導致顆粒從濾料表面上脫落趨勢。粘附力和水流剪力相對大小，決定了顆粒粘附和脫落的程度。2、顆粒的粘附機理第二節(jié)過濾理論Fa1表示顆粒1與濾料第三節(jié)快濾池一、濾池的構(gòu)造

1、進水系統(tǒng)

2、承托墊層

3、濾料層

4、出水系統(tǒng)

5、反洗系統(tǒng)

6、排污系統(tǒng)第三節(jié)快濾池一、濾池的構(gòu)造第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池二、濾料層

1、濾料層的作用濾料層是濾池的核心部分。

提供濾料接觸吸附的表面積及顆粒物儲存的空間和容積。

2、濾料<應具備一些什么特點？>

3、污染物在濾層中的分布規(guī)律4、濾層的含污能力5、不同濾池中濾料層的結(jié)構(gòu)

第三節(jié)快濾池二、濾料層第三節(jié)快濾池二、濾料層2、濾料

(1)濾料的要求

①有足夠的機械強度。

(在沖洗過程中不因碰撞、摩擦而破碎)

②有足夠的化學穩(wěn)定性。

(不溶于水，對廢水中的化學成分足夠穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì))

③具有一定的大小和級配。

（粒度適中，外形近乎球形，表面粗糙，帶有棱角，能提供較大的比表面和孔隙率，滿足截留顆粒物的要求）

④價廉，易得。

第三節(jié)快濾池二、濾料層第三節(jié)快濾池

(2)濾料的種類

石英砂

無煙煤粒石榴石粒磁鐵礦粒白云石?；◢弾r粒聚苯乙烯發(fā)泡塑料球

纖維濾料

硅藻土第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池(3)濾料的粒徑和級配

濾料的粒徑和級配應適應顆粒物的大小和去除效率的要求。

①粒徑：

表示顆粒的大小。通常指能把濾料顆粒包圍在內(nèi)的一個假想的球體的直徑。

②級配：

是濾料各種粒徑顆粒所占的重量比例。

第三節(jié)快濾池(3)濾料的粒徑和級配第三節(jié)快濾池

①濾料粒徑的表示方法：

A、d10、d80和K80；

d10

：通過10%濾料質(zhì)量的篩孔直徑。表示小顆粒的代表粒徑。

d80

：通過80%濾料質(zhì)量的篩孔直徑。表示粗顆粒的代表粒徑。

K80

：濾料不均勻系數(shù)，K80=d80/d10。反映顆粒大小的差別程度。

K80越大說明粗細顆粒尺寸相差越大，濾料直徑越不均勻，對過濾和反沖洗都不利。（體現(xiàn)：降低濾料層的孔隙率；降低其含污能力；增加過濾時的阻力。）

B、dmax、dmin和K80

C、平均粒徑d50

D、當量直徑de第三節(jié)快濾池式中：pi—兩篩目間濾料重量百分率；di—兩篩目粒徑的幾何平均值。①濾料粒徑的表示方法：第三節(jié)快濾池式中：pi—兩

②級配的表示方法：是濾料各種粒徑顆粒所占的重量比例?？赏ㄟ^篩分試驗求得。篩分試驗——級配曲線。

級配曲線的應用:可以確定濾料的有效粒徑和不均勻系數(shù)。國內(nèi)：快濾池一般采用d10=0.5～0.6mm，K80=2.0～2.2的濾料；

國外：傾向于選用稍大的d10和較小的d80。第三節(jié)快濾池②級配的表示方法：是濾料各種粒徑顆粒所占的重量比例。第

3、污染物在濾層中的分布規(guī)律

過濾初期，濾料較干凈，孔隙率較大，孔隙流速較小，水流剪力Fa1較小，因而粘附作用占優(yōu)勢。

隨著過濾時間的延長，濾層中雜質(zhì)逐漸增多，孔隙率逐漸減小，水流剪力逐漸增大，以至最后粘附上的顆粒（如圖中顆粒3）將首先脫落下來，或者被水流挾帶的后續(xù)顆粒不再有粘附現(xiàn)象，于是懸浮顆粒便向下層推移，下層濾料截留作用漸次得到發(fā)揮。第三節(jié)快濾池3、污染物在濾層中的分布規(guī)律第三節(jié)快濾池

實際工作時，往往是下層濾料截留懸浮顆粒作用遠未得到充分發(fā)揮時，過濾就得停止。

原因：濾料經(jīng)反沖洗后，濾層因膨脹而分層，表層濾料粒徑最小，粘附比表面積最大，截留懸浮顆粒量最多，而孔隙尺寸又最小，因而，過濾到一定時間后，表層濾料間孔隙將逐漸被堵塞，甚至產(chǎn)生篩濾作用而形成泥膜，使過濾阻力劇增。

導致結(jié)果:(1)在一定過濾水頭下濾速減?。ɑ蛟谝欢V速下水頭損失達到極限值）;(2)或者因濾層表面受力不均勻而使泥膜產(chǎn)生裂縫時，大量水流將自裂縫中流出，以致懸浮雜質(zhì)穿過濾層而使出水水質(zhì)惡化。當上述兩種情況之一出現(xiàn)時，過濾將被迫停止。第三節(jié)快濾池實際工作時，往往是下層濾料截留懸浮顆粒作用遠未得到4、濾池的含污能力根據(jù)污染物在濾層中的分布規(guī)律可知，當過濾周期結(jié)束后，濾層中所截留的懸浮顆粒量在濾層深度方向變化很大。

①濾層含污量：指單位體積濾層中所截留的雜質(zhì)量。

②濾層含污能力：在一個過濾周期內(nèi)，如果按整個濾層計，單位體積濾料中的平均含污量稱為“濾層含污能力”，單位以g/cm3或kg/cm3計。

如何提高濾層含污能力？第三節(jié)快濾池4、濾池的含污能力第三節(jié)快濾池

③提高濾池含污能力的途徑：

A、提高濾料顆粒的均勻性，即減小K80

，增大d10

。

B、由單層濾料改為多層濾料；為了改變上細下粗的濾層中雜質(zhì)分布嚴重的不均勻現(xiàn)象，提高濾層含污能力，出現(xiàn)了雙層濾料、三層濾料或均質(zhì)濾料等。第三節(jié)快濾池③提高濾池含污能力的途徑：第三節(jié)快濾池

③提高濾池含污能力的途徑：

A、提高濾料顆粒的均勻性，即減小K80

，增大d10

。

B、由單層濾料改為多層濾料；

C、改變水流方向（上下雙向過濾）。第三節(jié)快濾池③提高濾池含污能力的途徑：第三節(jié)快濾池5、不同濾池中濾料層的結(jié)構(gòu)

第三節(jié)快濾池5、不同濾池中濾料層的結(jié)構(gòu)第三節(jié)快濾池三、承托層

作用：防止濾料從配水系統(tǒng)中流失；反沖時均勻配水。

（1）單層濾料或雙層濾料池，采用大阻力配水系統(tǒng)由天然卵石或碎石組成。表

第三節(jié)快濾池三、承托層第三節(jié)快濾池

（2）三層濾料濾池

由于下層濾料粒徑小而重量大，承托層必須與之相適應。即上層采用重質(zhì)礦石，以免反沖洗時承托層移動。

第三節(jié)快濾池（2）三層濾料濾池第三節(jié)快濾池

四、配水系統(tǒng)

1、配水系統(tǒng)的作用

（配水均勻性對沖洗效果影響很大）

配水系統(tǒng)的作用:(1)均勻收集過濾后水；

(2)使沖洗水在整個濾池面積上均勻分布。

配水不均勻的影響:(1)沖洗水量過大的地方，部分濾層膨脹過甚，甚至會招致局部承托層發(fā)生移動，濾料層和承托層混合，造成漏砂現(xiàn)象。

(2)沖洗水量過小的地方，部分濾層膨脹不足，濾料層中的雜質(zhì)沖洗不干凈，逐漸膠結(jié)變大，形成“泥球”或“泥餅”。第三節(jié)快濾池四、配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池2、配水系統(tǒng)的類型

（1）配水系統(tǒng)原理

由上式可見，要使配水均勻，可采取以下方式：

①人為增大孔口阻力系數(shù)S1，即減小孔口面積；（大阻力配水）

②減小干管和支管流速v1、v2，減小右式根號中的第二項的影響。（小阻力配水）第三節(jié)快濾池2、配水系統(tǒng)的類型第三節(jié)快濾池2、配水系統(tǒng)的類型（2）配水系統(tǒng)分類

根據(jù)配水系統(tǒng)原理分為：

①大阻力配水系統(tǒng)

②中阻力配水系統(tǒng)

③小阻力配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池2、配水系統(tǒng)的類型第三節(jié)快濾池

實際上，配水系統(tǒng)孔口阻力由大到小應是遞減的，由于孔口阻力與孔口總面積或開孔比成反比，故開孔比a越大（開孔面積越大），孔口阻力越小。

阻力大小只是相對的含義，并無嚴格劃分的科學依據(jù)。一般把水頭HW只需要1-1.5m以下的配水系統(tǒng)成為小阻力配水系統(tǒng)，這種系統(tǒng)靠濾池本身的水位，就足以提供所需要的水頭。大阻力配水系統(tǒng)的沖洗水頭HW

則高得多，需要專設反沖洗設備。

一般規(guī)定：（開孔比a）

a=0.20％～0.25％為大阻力配水，采用穿孔管系

a=0.60％～0.80％為中阻力配水

a=1.0％～1.5％為小阻力配水，采用穿孔濾板、濾磚和濾頭等第三節(jié)快濾池實際上，配水系統(tǒng)孔口阻力由大到小應是遞減的，由于孔口（1）大阻力配水系統(tǒng)

快濾池中常用的是“穿孔管大阻力配水系統(tǒng)”，見圖。

結(jié)構(gòu)：中間是一根干管（干渠），干管兩側(cè)接出若干根相互平行的支管。支管下方開兩排小孔，與中心線成45o角交錯排列。

特點：孔口小、孔口阻力大。沖洗時，水流自干管起端進入后，流入各支管，由支管孔口流出，再經(jīng)承托層和濾料層流入排水槽。第三節(jié)快濾池（1）大阻力配水系統(tǒng)沖洗時，水流自干管起端進入后，流入各支

圖第三節(jié)快濾池大阻力配水系統(tǒng)①結(jié)構(gòu)第三節(jié)快濾池大阻力配水系統(tǒng)②大阻力配水系統(tǒng)設計要求：

A、單池面積一般不宜大于100m2

。

B、干管起端流速取1.0-1.5m/s，支管起端流速取1.5-2.0m/s，孔口流速取5-6m/s。

C、支管中心間距約0.2-0.3m，支管長度與直徑之比一般不大于60；

D、開孔比為0.2%～0.25%。（開孔比：孔口總面積與濾池面積之比）

E、孔口直徑取9～12mm。當干管直徑大于300mm時，干管頂部也應開孔布水，并在孔口上方設置擋板。第三節(jié)快濾池②大阻力配水系統(tǒng)設計要求：第三節(jié)快濾池③大阻力配水系統(tǒng)優(yōu)缺點:優(yōu)點：配水均勻性較好。缺點：結(jié)構(gòu)較復雜；孔口水頭損太人，沖洗時動力消耗大；管道易結(jié)垢，增加檢修困難。

對沖洗水頭有限的虹吸濾池和無閥濾池，大阻力配水系統(tǒng)不能采用。第三節(jié)快濾池③大阻力配水系統(tǒng)優(yōu)缺點:第三節(jié)快濾池（2）小阻力配水系統(tǒng)穿孔（或縫隙）濾板基本原理：

減小干管和支管進口流速同樣可使布水趨于均勻?？梢詼p小孔口阻力系數(shù)以減小孔口水頭損失?！靶∽枇Α币辉~的涵義，即指配水系統(tǒng)中孔口阻力較小，這是相對于“大阻力”而言的。第三節(jié)快濾池（2）小阻力配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池

（2）小阻力配水系統(tǒng)鋼筋混凝土穿孔（或縫隙）濾板

在鋼筋混凝土板上開圓孔或條式縫隙。板上鋪設一層或兩層尼龍網(wǎng)。

特點：造價較低，孔口不易堵塞，配水均勻性較好，強度高，耐腐蝕。第三節(jié)快濾池（2）小阻力配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池（3）中阻力配水系統(tǒng)

二次配水的穿孔濾磚用鋼筋混凝土或陶瓷制成。每平方米濾池面積上鋪設6塊。開孔比為：上層1.07％，下層0.7%，屬中阻力配水系統(tǒng)。

特點：濾磚構(gòu)造分上下2層連成整體。鋪設時，各磚的下層相互連通，起到配水渠的作用；上層各磚單獨配水，用板分隔互不相通。實際上是將濾池分成象一塊濾磚大小的許多小格。上層配水孔均勻布置，水流阻力基本接近，保證了濾池的均勻沖洗。二次配水穿孔濾磚配水均勻性較好，但價格較高。第三節(jié)快濾池（3）中阻力配水系統(tǒng)特點：濾磚構(gòu)造分上下2層連成整體

圖

第三節(jié)快濾池（3）中阻力配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池（3）中阻力配水系統(tǒng)（4）濾頭

濾頭由具有縫隙的濾帽和濾柄（具有外螺紋的直管）組成。短柄濾頭用于單獨水沖濾池，長柄濾頭用于氣水反沖洗濾池。

對于穿孔濾板，可在濾板上安裝濾頭。第三節(jié)快濾池（4）濾頭第三節(jié)快濾池五、濾池的沖洗

（一）沖洗目的：

清除濾層中所截留的污物，使濾池恢復過濾能力。（二）沖洗原理：

水流自下而上通過濾層，并使濾層膨脹達到一定程度，靠水流的剪切力和濾料顆粒間的碰撞、摩擦使積累在濾料層中的雜質(zhì)剝落下來，隨反沖水流出濾池。（三）快濾池沖洗方法：

1、高速水流反沖洗；

2、氣、水反沖洗；

3、表面助沖加高速水流反沖洗。第三節(jié)快濾池五、濾池的沖洗第三節(jié)快濾池（四）幾個術(shù)語：

1、沖洗強度：以cm/s計的反沖洗流速，換算成單位面積濾層所通過的沖洗流量，稱“沖洗強度”，以L/(s·m2)計。1cm/s=10L/(s·m2)。

2、濾層膨脹度：反沖洗時，濾層膨脹后所增加的厚度與膨脹前厚度之比，稱濾層膨脹度。

3、沖洗時間：當沖洗強度或濾層膨脹度符合要求，但若沖洗時間不足時，也不能充分地清洗掉包裹在濾料表面上的污泥。

第三節(jié)快濾池在實際應用中，沖洗強度、濾層膨脹度和沖洗時間根據(jù)濾料層不同按下表確定。（四）幾個術(shù)語：第三節(jié)快濾池在實際應用中，沖洗強度、濾六、沖洗廢水的排出沖洗時，廢水由沖洗排水槽兩側(cè)溢入槽內(nèi)，各水槽內(nèi)的廢水匯集到廢水渠排出。第三節(jié)快濾池六、沖洗廢水的排出第三節(jié)快濾池七、沖洗水的供給

1、沖洗水的供給方式：

A、沖洗水塔或沖洗水箱

B、沖洗水泵

2、沖洗水的水源：濾池出水、自來水第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池八、濾池的運行方式當濾料粒徑、形狀、濾層級配和厚度及水溫一定時，隨著過濾的進行，濾料層的孔隙率將逐漸減小。若過濾時使水頭損失保持不變，將引起濾速的減小。反之，若濾速保持不變時，將引起水頭損失的增加。由此產(chǎn)生兩種基本過濾方式：

（1）等速過濾

（2）變速過濾第三節(jié)快濾池八、濾池的運行方式第三節(jié)快濾池

(一)等速過濾在過濾過程中濾速保持不變，也即濾池流量保持不變。如：虹吸濾池和無閥濾池。在等速過濾的情況下，水頭損失隨時間而逐漸增加，濾池中水位逐漸上升，見圖示。當水位上升至最高允許水位時，過濾停止以待沖洗。第三節(jié)快濾池(一)等速過濾第三節(jié)快濾池

(二)變速過濾

濾速隨時間逐漸減小的過濾。又稱減速過濾。如：移動罩濾池在過濾時，如過濾水頭始終保持不變，而濾層孔隙率逐漸減小，必然使濾速減小?！暗人^變速過濾”第三節(jié)快濾池(二)變速過濾“等水頭變速過濾”第三節(jié)快濾池

結(jié)論：

過濾過程中濾層阻力系數(shù)的變化情況：在等速過濾中是水頭損失逐漸增加；在變速過濾中是濾速逐漸減小。

濾層孔隙流速變化情況：等速過濾實際上孔隙中水流速度逐漸增加；變速過濾孔隙中水流速度相對較為穩(wěn)定。第三節(jié)快濾池結(jié)論：第三節(jié)快濾池

九、影響過濾效率的因素：

過濾是濾料和懸浮物的相互作用，懸浮物的分離效率受這兩方面因素影響。（1）濾料的影響粒度、形狀、表面性質(zhì)、空隙率

（2）濾池結(jié)構(gòu)的影響

濾料層結(jié)構(gòu)、配水系統(tǒng)（2）懸浮物的影響粒度、形狀、密度、濃度、表面性質(zhì)、水溫第三節(jié)快濾池九、影響過濾效率的因素：第三節(jié)快濾池

十、常見濾池

1、重力式無閥濾池

2、虹吸濾池

3、移動罩濾池

4、V型濾池

5、壓力濾池第三節(jié)快濾池十、常見濾池第三節(jié)快濾池1、重力式無閥濾池

第三節(jié)快濾池1、重力式無閥濾池第三節(jié)快濾池2、虹吸濾池

第三節(jié)快濾池2、虹吸濾池第三節(jié)快濾池3、移動罩濾池

第三節(jié)快濾池3、移動罩濾池第三節(jié)快濾池4、V型濾池

第三節(jié)快濾池4、V型濾池第三節(jié)快濾池5、壓力濾池第三節(jié)快濾池5、壓力濾池第三節(jié)快濾池

十一、濾池的設計

(一)濾速及過濾面積的確定

1、濾速v的確定濾速分正常工作濾速和強制濾速。一般濾速是指正常工作條件下的濾速，確定濾速應綜合考慮水質(zhì)、濾料、過濾面積、投資、運行管理等因素。按設計規(guī)定：單層濾料濾速為v=8～12m/h；雙層濾料為v=12～16m/h；三層濾料為v=30～40m/h。實際設計時，當水質(zhì)較差時，使濾池留有一定的生產(chǎn)潛力時，濾速選取的應低一些。

2、過濾面積的確定

F=Q/vQ—設計流量。第三節(jié)快濾池十一、濾池的設計第三節(jié)快濾池

(二)濾池個數(shù)及尺寸的確定

1、濾池的個數(shù)綜合考慮因素：運行管理、投資。一般不少于2個。

2、濾池尺寸池型：正方形或矩形（長︰寬=1.25-1.5:1）池高：H=h1+h2+h3+h4；

h1-超高，0.25-0.3m；

h2-濾池上水深，1.5-2.0m；

h3-濾層厚度；

h4-承托層厚度；見前表。第三節(jié)快濾池(二)濾池個數(shù)及尺寸的確定第三節(jié)快濾池(三)管廊布置集中布置濾池的管渠、配件及閥門的場所稱為管廊。管廊中的管道一般用金屬材料。也可用鋼筋混凝土渠道。管廊布置應力求緊湊、簡捷；要留有設備及管配件安裝、維修的必要空間；要有良好的防水、排水及通風、照明設備；要便于與濾池操作室聯(lián)系。設計中，往往根據(jù)具體情況提出幾種布置方案經(jīng)比較后決定。

(四)管渠設計流速

進水管（渠）0.8-1.2m/s

清水管（渠）1.0-1.5m/s

沖洗水管（渠）2.0-2.5m/s

排水管（渠）1.0-1.5m/s(五)注意事項第三節(jié)快濾池(三)管廊布置第三節(jié)快濾池第四節(jié)其它濾池（1）機械過濾設備

琥珀Rodisc和西門子DiskFilter開發(fā)的盤式過濾器

美國AquaDisk公司和浦華控股有限公司纖維轉(zhuǎn)盤過濾器（2）活性砂濾池（3）濾料濾池

彗星濾料濾池（D型濾池）（4）反硝化濾池（生物濾池）

STS公司反硝化濾池（5）活性炭過濾第四節(jié)其它濾池（1）機械過濾設備第四節(jié)其它濾池第四節(jié)其它濾池第四節(jié)其它濾池第四節(jié)其它濾池習題：

1、過濾的基本原理是什么？

2、簡述濾池反沖洗配水系統(tǒng)的種類，它們各自的工作原理、特點與適用范圍是什么？思考題：

3、濾池沖反洗配水系統(tǒng)的作用是什么？為什么配水的不均勻性是絕對的？如何才能達到配水的相對均勻性？

4、影響濾池沖洗效果的因素有哪些？習題及思考題習題：習題及思考題第6章過濾

Filtration第6章過濾

Filtration第一節(jié)概述一、常見過濾方式

（1）表面或淺層過濾

①格柵過濾過濾介質(zhì)為柵條和濾網(wǎng)

②微孔過濾成型濾材，如濾布、濾片、燒結(jié)濾管、蜂房濾芯等。

③膜過濾過濾介質(zhì)為半透膜、超濾膜、微濾膜等。

（2）深層過濾過濾介質(zhì)為顆粒狀濾料，如石英砂、無煙煤等。

為區(qū)別前3種為表面或淺層過濾過程，第4種為深層過濾，簡稱過濾。

過濾的定義：借助于具有一定空隙率的固體介質(zhì)（如石英砂）阻擋截留水中雜質(zhì)而使水得到澄清的工藝過程。第一節(jié)概述一、常見過濾方式二、過濾截留的對象：細小顆粒（SS）細小礬花藻類細菌及病毒三、過濾位置：

（1）沉淀池或澄清池之后（2）直接過濾。

第一節(jié)概述二、過濾截留的對象：第一節(jié)概述四、過濾作用

1、給水處理

常用過濾處理沉淀或澄清池出水，使濾后出水濁度滿足用水要求。

①進一步降低水的濁度；同時水中有機物、細菌及病毒將隨水的濁度降低而部分被去除。②為濾后消毒創(chuàng)造了良好條件。殘留于濾后水中的細菌、病毒等失去渾濁物的保護和依附時，在濾后消毒過程中也將容易被殺滅。）

在飲用水凈化工藝中，過濾是不可缺少的，它是保證飲用水衛(wèi)生安全的重要措施。

2、廢水處理①過濾常作為吸附、離子交換、膜分離法等的預處理手段；

②

作為生化處理后的深度處理，使濾后出水達到回用要求。第一節(jié)概述四、過濾作用第一節(jié)概述五、濾池的種類

(一)按濾速分

1、慢濾池0.01～0.4m/h2、快濾池4～8m/h3、高速濾池10～16m/h(二)按作用水頭分1、重力濾池4～5m2、壓力濾池15～25m

(三)按水流方向分1、下向流濾池2、上向流濾池3、雙向流濾池

(四)按濾料組成分1、單層濾池濾速8-10m/h2、雙層濾池濾速10-14m/h3、多層濾池濾速18-20m/h第一節(jié)概述五、濾池的種類第一節(jié)概述一、過濾機理

(一)機械篩濾把濾料間的空隙看作“篩子”，尺寸大于孔隙尺寸的懸浮顆粒被截留下來。

(二)沉淀作用懸浮顆?？恐亓ψ饔贸恋碓跒V料的表面。濾料層類似于層層疊起的多層沉淀池，巨大的沉淀面積，將微小的雜質(zhì)沉淀截留下來。

(三)接觸吸附<重要>懸浮顆粒在布朗運動等作用下遷移擴散到濾料表面，在范德華力等作用下被濾料吸附。第二節(jié)過濾理論

一、過濾機理第二節(jié)過濾理論第二節(jié)過濾理論

二、過濾的接觸吸附機理

水中的懸浮顆粒能否粘附于濾料顆粒表面，涉及兩個問題：

1、被水流挾帶的顆粒如何脫離流線與濾料顆粒表面接近或接觸？——顆粒的遷移機理

2、當顆粒與濾料表面接觸或接近時，依靠哪些力的作用使它們粘附于濾料顆粒表面上？——顆粒的粘附機理第二節(jié)過濾理論二、過濾的接觸吸附機理1、顆粒的遷移機理在過濾過程中，濾料孔隙中的水流一般屬層流狀態(tài)。被水流挾帶的顆粒隨水流的流線運動。

顆粒之所以會脫離流線與濾料顆粒表面接近，完全是一種物理-力學作用，主要有攔截、沉淀、慣性、擴散和水動力作用。第二節(jié)過濾理論

（1）攔截作用：顆粒尺寸較大時，處于流線中的顆粒會直接碰到濾料表面產(chǎn)生攔截作用；（2）沉淀作用：顆粒沉速較大時會在重力作用下脫離流線，產(chǎn)生沉淀作用；（3）慣性作用：顆粒具有較大慣性時，也可脫離流線與濾料表面接觸；（4）擴散作用：顆粒較小，布朗運動較劇烈時會擴散至濾料表面；（5）水動力作用：在濾料表面附近存在速度梯度，非球形顆粒由于在速度梯度作用下，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動而脫離流線與顆粒表面接觸。1、顆粒的遷移機理第二節(jié)過濾理論（1）攔截作用：顆2、顆粒的粘附機理

粘附作用是一種物理化學作用。當水中雜質(zhì)顆粒遷移到濾料表面上時，則在范德華力和靜電力相互作用下，以及某些特殊的化學吸附力下，被粘附于濾料顆粒表面上，或粘附在濾料表面上原先粘附的顆粒上。此外絮凝顆粒的架橋作用也會存在。第二節(jié)過濾理論

Fa1表示顆粒1與濾料表面的粘附力Fa2表示顆料2與顆粒1之間的粘附力FS1表示顆粒1所受到的平均水流剪力FS2表示顆粒2所受到的平均水流剪力F1、F2和F3均表示合力在顆粒粘附的同時，還存在由于孔隙中水流剪力作用而導致顆粒從濾料表面上脫落趨勢。粘附力和水流剪力相對大小，決定了顆粒粘附和脫落的程度。2、顆粒的粘附機理第二節(jié)過濾理論Fa1表示顆粒1與濾料第三節(jié)快濾池一、濾池的構(gòu)造

1、進水系統(tǒng)

2、承托墊層

3、濾料層

4、出水系統(tǒng)

5、反洗系統(tǒng)

6、排污系統(tǒng)第三節(jié)快濾池一、濾池的構(gòu)造第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池二、濾料層

1、濾料層的作用濾料層是濾池的核心部分。

提供濾料接觸吸附的表面積及顆粒物儲存的空間和容積。

2、濾料<應具備一些什么特點？>

3、污染物在濾層中的分布規(guī)律4、濾層的含污能力5、不同濾池中濾料層的結(jié)構(gòu)

第三節(jié)快濾池二、濾料層第三節(jié)快濾池二、濾料層2、濾料

(1)濾料的要求

①有足夠的機械強度。

(在沖洗過程中不因碰撞、摩擦而破碎)

②有足夠的化學穩(wěn)定性。

(不溶于水，對廢水中的化學成分足夠穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì))

③具有一定的大小和級配。

（粒度適中，外形近乎球形，表面粗糙，帶有棱角，能提供較大的比表面和孔隙率，滿足截留顆粒物的要求）

④價廉，易得。

第三節(jié)快濾池二、濾料層第三節(jié)快濾池

(2)濾料的種類

石英砂

無煙煤粒石榴石粒磁鐵礦粒白云石?；◢弾r粒聚苯乙烯發(fā)泡塑料球

纖維濾料

硅藻土第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池(3)濾料的粒徑和級配

濾料的粒徑和級配應適應顆粒物的大小和去除效率的要求。

①粒徑：

表示顆粒的大小。通常指能把濾料顆粒包圍在內(nèi)的一個假想的球體的直徑。

②級配：

是濾料各種粒徑顆粒所占的重量比例。

第三節(jié)快濾池(3)濾料的粒徑和級配第三節(jié)快濾池

①濾料粒徑的表示方法：

A、d10、d80和K80；

d10

：通過10%濾料質(zhì)量的篩孔直徑。表示小顆粒的代表粒徑。

d80

：通過80%濾料質(zhì)量的篩孔直徑。表示粗顆粒的代表粒徑。

K80

：濾料不均勻系數(shù)，K80=d80/d10。反映顆粒大小的差別程度。

K80越大說明粗細顆粒尺寸相差越大，濾料直徑越不均勻，對過濾和反沖洗都不利。（體現(xiàn)：降低濾料層的孔隙率；降低其含污能力；增加過濾時的阻力。）

B、dmax、dmin和K80

C、平均粒徑d50

D、當量直徑de第三節(jié)快濾池式中：pi—兩篩目間濾料重量百分率；di—兩篩目粒徑的幾何平均值。①濾料粒徑的表示方法：第三節(jié)快濾池式中：pi—兩

②級配的表示方法：是濾料各種粒徑顆粒所占的重量比例?？赏ㄟ^篩分試驗求得。篩分試驗——級配曲線。

級配曲線的應用:可以確定濾料的有效粒徑和不均勻系數(shù)。國內(nèi)：快濾池一般采用d10=0.5～0.6mm，K80=2.0～2.2的濾料；

國外：傾向于選用稍大的d10和較小的d80。第三節(jié)快濾池②級配的表示方法：是濾料各種粒徑顆粒所占的重量比例。第

3、污染物在濾層中的分布規(guī)律

過濾初期，濾料較干凈，孔隙率較大，孔隙流速較小，水流剪力Fa1較小，因而粘附作用占優(yōu)勢。

隨著過濾時間的延長，濾層中雜質(zhì)逐漸增多，孔隙率逐漸減小，水流剪力逐漸增大，以至最后粘附上的顆粒（如圖中顆粒3）將首先脫落下來，或者被水流挾帶的后續(xù)顆粒不再有粘附現(xiàn)象，于是懸浮顆粒便向下層推移，下層濾料截留作用漸次得到發(fā)揮。第三節(jié)快濾池3、污染物在濾層中的分布規(guī)律第三節(jié)快濾池

實際工作時，往往是下層濾料截留懸浮顆粒作用遠未得到充分發(fā)揮時，過濾就得停止。

原因：濾料經(jīng)反沖洗后，濾層因膨脹而分層，表層濾料粒徑最小，粘附比表面積最大，截留懸浮顆粒量最多，而孔隙尺寸又最小，因而，過濾到一定時間后，表層濾料間孔隙將逐漸被堵塞，甚至產(chǎn)生篩濾作用而形成泥膜，使過濾阻力劇增。

導致結(jié)果:(1)在一定過濾水頭下濾速減小（或在一定濾速下水頭損失達到極限值）;(2)或者因濾層表面受力不均勻而使泥膜產(chǎn)生裂縫時，大量水流將自裂縫中流出，以致懸浮雜質(zhì)穿過濾層而使出水水質(zhì)惡化。當上述兩種情況之一出現(xiàn)時，過濾將被迫停止。第三節(jié)快濾池實際工作時，往往是下層濾料截留懸浮顆粒作用遠未得到4、濾池的含污能力根據(jù)污染物在濾層中的分布規(guī)律可知，當過濾周期結(jié)束后，濾層中所截留的懸浮顆粒量在濾層深度方向變化很大。

①濾層含污量：指單位體積濾層中所截留的雜質(zhì)量。

②濾層含污能力：在一個過濾周期內(nèi)，如果按整個濾層計，單位體積濾料中的平均含污量稱為“濾層含污能力”，單位以g/cm3或kg/cm3計。

如何提高濾層含污能力？第三節(jié)快濾池4、濾池的含污能力第三節(jié)快濾池

③提高濾池含污能力的途徑：

A、提高濾料顆粒的均勻性，即減小K80

，增大d10

。

B、由單層濾料改為多層濾料；為了改變上細下粗的濾層中雜質(zhì)分布嚴重的不均勻現(xiàn)象，提高濾層含污能力，出現(xiàn)了雙層濾料、三層濾料或均質(zhì)濾料等。第三節(jié)快濾池③提高濾池含污能力的途徑：第三節(jié)快濾池

③提高濾池含污能力的途徑：

A、提高濾料顆粒的均勻性，即減小K80

，增大d10

。

B、由單層濾料改為多層濾料；

C、改變水流方向（上下雙向過濾）。第三節(jié)快濾池③提高濾池含污能力的途徑：第三節(jié)快濾池5、不同濾池中濾料層的結(jié)構(gòu)

第三節(jié)快濾池5、不同濾池中濾料層的結(jié)構(gòu)第三節(jié)快濾池三、承托層

作用：防止濾料從配水系統(tǒng)中流失；反沖時均勻配水。

（1）單層濾料或雙層濾料池，采用大阻力配水系統(tǒng)由天然卵石或碎石組成。表

第三節(jié)快濾池三、承托層第三節(jié)快濾池

（2）三層濾料濾池

由于下層濾料粒徑小而重量大，承托層必須與之相適應。即上層采用重質(zhì)礦石，以免反沖洗時承托層移動。

第三節(jié)快濾池（2）三層濾料濾池第三節(jié)快濾池

四、配水系統(tǒng)

1、配水系統(tǒng)的作用

（配水均勻性對沖洗效果影響很大）

配水系統(tǒng)的作用:(1)均勻收集過濾后水；

(2)使沖洗水在整個濾池面積上均勻分布。

配水不均勻的影響:(1)沖洗水量過大的地方，部分濾層膨脹過甚，甚至會招致局部承托層發(fā)生移動，濾料層和承托層混合，造成漏砂現(xiàn)象。

(2)沖洗水量過小的地方，部分濾層膨脹不足，濾料層中的雜質(zhì)沖洗不干凈，逐漸膠結(jié)變大，形成“泥球”或“泥餅”。第三節(jié)快濾池四、配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池2、配水系統(tǒng)的類型

（1）配水系統(tǒng)原理

由上式可見，要使配水均勻，可采取以下方式：

①人為增大孔口阻力系數(shù)S1，即減小孔口面積；（大阻力配水）

②減小干管和支管流速v1、v2，減小右式根號中的第二項的影響。（小阻力配水）第三節(jié)快濾池2、配水系統(tǒng)的類型第三節(jié)快濾池2、配水系統(tǒng)的類型（2）配水系統(tǒng)分類

根據(jù)配水系統(tǒng)原理分為：

①大阻力配水系統(tǒng)

②中阻力配水系統(tǒng)

③小阻力配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池2、配水系統(tǒng)的類型第三節(jié)快濾池

實際上，配水系統(tǒng)孔口阻力由大到小應是遞減的，由于孔口阻力與孔口總面積或開孔比成反比，故開孔比a越大（開孔面積越大），孔口阻力越小。

阻力大小只是相對的含義，并無嚴格劃分的科學依據(jù)。一般把水頭HW只需要1-1.5m以下的配水系統(tǒng)成為小阻力配水系統(tǒng)，這種系統(tǒng)靠濾池本身的水位，就足以提供所需要的水頭。大阻力配水系統(tǒng)的沖洗水頭HW

則高得多，需要專設反沖洗設備。

一般規(guī)定：（開孔比a）

a=0.20％～0.25％為大阻力配水，采用穿孔管系

a=0.60％～0.80％為中阻力配水

a=1.0％～1.5％為小阻力配水，采用穿孔濾板、濾磚和濾頭等第三節(jié)快濾池實際上，配水系統(tǒng)孔口阻力由大到小應是遞減的，由于孔口（1）大阻力配水系統(tǒng)

快濾池中常用的是“穿孔管大阻力配水系統(tǒng)”，見圖。

結(jié)構(gòu)：中間是一根干管（干渠），干管兩側(cè)接出若干根相互平行的支管。支管下方開兩排小孔，與中心線成45o角交錯排列。

特點：孔口小、孔口阻力大。沖洗時，水流自干管起端進入后，流入各支管，由支管孔口流出，再經(jīng)承托層和濾料層流入排水槽。第三節(jié)快濾池（1）大阻力配水系統(tǒng)沖洗時，水流自干管起端進入后，流入各支

圖第三節(jié)快濾池大阻力配水系統(tǒng)①結(jié)構(gòu)第三節(jié)快濾池大阻力配水系統(tǒng)②大阻力配水系統(tǒng)設計要求：

A、單池面積一般不宜大于100m2

。

B、干管起端流速取1.0-1.5m/s，支管起端流速取1.5-2.0m/s，孔口流速取5-6m/s。

C、支管中心間距約0.2-0.3m，支管長度與直徑之比一般不大于60；

D、開孔比為0.2%～0.25%。（開孔比：孔口總面積與濾池面積之比）

E、孔口直徑取9～12mm。當干管直徑大于300mm時，干管頂部也應開孔布水，并在孔口上方設置擋板。第三節(jié)快濾池②大阻力配水系統(tǒng)設計要求：第三節(jié)快濾池③大阻力配水系統(tǒng)優(yōu)缺點:優(yōu)點：配水均勻性較好。缺點：結(jié)構(gòu)較復雜；孔口水頭損太人，沖洗時動力消耗大；管道易結(jié)垢，增加檢修困難。

對沖洗水頭有限的虹吸濾池和無閥濾池，大阻力配水系統(tǒng)不能采用。第三節(jié)快濾池③大阻力配水系統(tǒng)優(yōu)缺點:第三節(jié)快濾池（2）小阻力配水系統(tǒng)穿孔（或縫隙）濾板基本原理：

減小干管和支管進口流速同樣可使布水趨于均勻?？梢詼p小孔口阻力系數(shù)以減小孔口水頭損失?！靶∽枇Α币辉~的涵義，即指配水系統(tǒng)中孔口阻力較小，這是相對于“大阻力”而言的。第三節(jié)快濾池（2）小阻力配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池

（2）小阻力配水系統(tǒng)鋼筋混凝土穿孔（或縫隙）濾板

在鋼筋混凝土板上開圓孔或條式縫隙。板上鋪設一層或兩層尼龍網(wǎng)。

特點：造價較低，孔口不易堵塞，配水均勻性較好，強度高，耐腐蝕。第三節(jié)快濾池（2）小阻力配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池（3）中阻力配水系統(tǒng)

二次配水的穿孔濾磚用鋼筋混凝土或陶瓷制成。每平方米濾池面積上鋪設6塊。開孔比為：上層1.07％，下層0.7%，屬中阻力配水系統(tǒng)。

特點：濾磚構(gòu)造分上下2層連成整體。鋪設時，各磚的下層相互連通，起到配水渠的作用；上層各磚單獨配水，用板分隔互不相通。實際上是將濾池分成象一塊濾磚大小的許多小格。上層配水孔均勻布置，水流阻力基本接近，保證了濾池的均勻沖洗。二次配水穿孔濾磚配水均勻性較好，但價格較高。第三節(jié)快濾池（3）中阻力配水系統(tǒng)特點：濾磚構(gòu)造分上下2層連成整體

圖

第三節(jié)快濾池（3）中阻力配水系統(tǒng)第三節(jié)快濾池（3）中阻力配水系統(tǒng)（4）濾頭

濾頭由具有縫隙的濾帽和濾柄（具有外螺紋的直管）組成。短柄濾頭用于單獨水沖濾池，長柄濾頭用于氣水反沖洗濾池。

對于穿孔濾板，可在濾板上安裝濾頭。第三節(jié)快濾池（4）濾頭第三節(jié)快濾池五、濾池的沖洗

（一）沖洗目的：

清除濾層中所截留的污物，使濾池恢復過濾能力。（二）沖洗原理：

水流自下而上通過濾層，并使濾層膨脹達到一定程度，靠水流的剪切力和濾料顆粒間的碰撞、摩擦使積累在濾料層中的雜質(zhì)剝落下來，隨反沖水流出濾池。（三）快濾池沖洗方法：

1、高速水流反沖洗；

2、氣、水反沖洗；

3、表面助沖加高速水流反沖洗。第三節(jié)快濾池五、濾池的沖洗第三節(jié)快濾池（四）幾個術(shù)語：

1、沖洗強度：以cm/s計的反沖洗流速，換算成單位面積濾層所通過的沖洗流量，稱“沖洗強度”，以L/(s·m2)計。1cm/s=10L/(s·m2)。

2、濾層膨脹度：反沖洗時，濾層膨脹后所增加的厚度與膨脹前厚度之比，稱濾層膨脹度。

3、沖洗時間：當沖洗強度或濾層膨脹度符合要求，但若沖洗時間不足時，也不能充分地清洗掉包裹在濾料表面上的污泥。

第三節(jié)快濾池在實際應用中，沖洗強度、濾層膨脹度和沖洗時間根據(jù)濾料層不同按下表確定。（四）幾個術(shù)語：第三節(jié)快濾池在實際應用中，沖洗強度、濾六、沖洗廢水的排出沖洗時，廢水由沖洗排水槽兩側(cè)溢入槽內(nèi)，各水槽內(nèi)的廢水匯集到廢水渠排出。第三節(jié)快濾池六、沖洗廢水的排出第三節(jié)快濾池七、沖洗水的供給

1、沖洗水的供給方式：

A、沖洗水塔或沖洗水箱

B、沖洗水泵

2、沖洗水的水源：濾池出水、自來水第三節(jié)快濾池第三節(jié)快濾池八、濾池的運行方式當濾料粒徑、形狀、濾層級配和厚度及水溫一定時，隨著過濾的進行，濾料層的孔隙率將逐漸減小。若過濾時使水頭損失保持不變，將引起濾速的減小。反之，若濾速保持不變時，將引起水頭損失的增加。由此產(chǎn)生兩種基本過濾方式：

（1）等速過濾

（2）變速過濾第三節(jié)快濾池八、濾池的運行方式第三節(jié)快濾池

(一)等速過濾在過濾過程中濾速保持不變，也即濾池流量保持不變。如：虹吸濾池和無閥濾池。在等速過濾的情況下，