水質(zhì)工程學(xué)第五章過濾

水質(zhì)工程學(xué)第五章過濾第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日過濾的凈化原理一、概述

二、快濾池的構(gòu)造與工作過程三、過濾的凈化機(jī)理四、濾層截留雜質(zhì)的規(guī)律五、過濾過程中濾層阻力的變化六、提高過濾效率的途徑

第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日概述1、定義

2、作用

3、設(shè)置位置4、濾池的類型及主要特點(diǎn)

第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日定義

水處理中的過濾是用具有孔洞的粒狀濾料層截留水中雜質(zhì)，使水澄清的工藝過程

第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日作用

降低水的濁度，去除懸浮和脫穩(wěn)的膠體顆粒物(包括菌、病毒，有機(jī)物等)

第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日設(shè)置位置——給水處理中，設(shè)在沉淀(澄清)之后，進(jìn)一步降低濁度(20°≤5°，達(dá)到飲用水對(duì)濁度的要求)

——直接過濾:低濁度水(投藥混合之后，對(duì)顆粒尺度要求不高)地下水除鐵、錳(曝氣氧化，產(chǎn)生鐵、錳的沉淀物之后)

——污水二級(jí)處理之后:去除懸浮、膠體物質(zhì)

第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾池的類型及主要特點(diǎn)慢砂濾池(slowsandfilter)濾料尺寸0.15~0.35mm濾速0.03~0.1mm/s工作周期幾周至數(shù)月凈化機(jī)理①機(jī)械隔濾(濾膜、孔隙小)

②濾膜中的生化作用清洗方式刮除表層濾料特點(diǎn)出水水質(zhì)好，生產(chǎn)效率低，僅在表層幾厘米濾層中納污。

第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾池的類型及主要特點(diǎn)快(砂)濾池(rapid(sand)filter)濾料尺度0.5~2.0

mm濾速1.5~3.0

mm/s工作周期十幾小時(shí)至幾天清洗方式反沖洗凈化機(jī)理機(jī)械隔濾、沉淀作用、接觸凝聚（主要）第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日快濾池的構(gòu)造及工作過程1、構(gòu)造：常為鋼筋混凝土池子，包括進(jìn)、出水渠、洗砂排水槽、濾料層、承托層、配水系統(tǒng)等幾個(gè)部分；管廊內(nèi)主要是渾水進(jìn)水、清水出水、初濾水、沖洗來水、沖洗排水等幾種管道及相應(yīng)的控制閥門2、工作過程：包括過濾與反沖洗兩個(gè)過程

（見圖）第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日過濾的凈化原理兩個(gè)過程:

——懸浮顆粒向?yàn)V料表面遷移①篩濾和機(jī)械截留②布朗運(yùn)動(dòng)③重力沉降④慣性碰撞⑤流動(dòng)接觸

——懸浮固體在濾料表面的附著①機(jī)械附著②凝聚作用③化學(xué)作用主要機(jī)理:接觸凝聚第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾層截留雜質(zhì)的規(guī)律1、雜質(zhì)截留過程2、雜質(zhì)在濾層中的分布3、影響濾層中雜質(zhì)分布的主要因素第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日雜質(zhì)截留過程接觸凝聚附著──與絮凝體的表面特性、吸附強(qiáng)度有關(guān)。過濾開始時(shí)，由于孔隙大、流速小，雜質(zhì)主要集中在表層水力沖刷脫落──由于流速作用。隨著雜質(zhì)積累、阻塞孔隙，流速增大，使部分顆粒被沖刷、脫落，雜質(zhì)向下推移，下層濾層的作用逐漸發(fā)揮。由于表層顆粒細(xì)(水力篩分的結(jié)果)，比表面積大，截留雜質(zhì)多，所以整個(gè)濾層的截留作用尚未完全發(fā)揮，過濾過程就將結(jié)束。

第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日雜質(zhì)在濾層中的分布①濾料粒徑下大上小，孔隙也下大上小，造成表層濾料截留雜質(zhì)多。由于表層濾料篩濾的結(jié)果，堵塞嚴(yán)重，有時(shí)形成濾膜，使過濾阻力劇增(圖4-3-2)。②當(dāng)受力不均時(shí)，造成裂縫，局部阻力突然減小，雜質(zhì)穿透(圖4-3-2)，水質(zhì)惡化。③雜質(zhì)在濾層中的分布（見圖4-3-3）

第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日影響濾層雜質(zhì)分布的主要因素①濾速②濾料粒徑與級(jí)配③濾料層的組成“水力篩分現(xiàn)象”：濾料層經(jīng)過高速水流反沖洗后，出現(xiàn)濾料上細(xì)下粗的分層現(xiàn)象稱為水力篩分。

第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日過濾過程中濾層阻力的變化1、等速過濾中阻力的變化2、變速過濾中濾速的變化

第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日等速過濾中阻力的變化1）等速過濾：過濾過程中，過濾的流量或?yàn)V速始終保持不變。無閥濾池與虹吸濾池屬于等速過濾。

2）清潔濾層的水頭損失：過濾開始階段的水頭損失，可用柏耐克-柯士南公式計(jì)算：

（4-42）第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日等速過濾中阻力的變化3）過濾過程中水頭損失的增加試驗(yàn)證明：a.水頭損失與過濾時(shí)間成正比（見圖）

b.濾速v1>v2時(shí)，ho1>ho2，tgα1>tgα2，T1<T2。說明水頭損失h與濾速直接相關(guān)。4）濾層中水頭損失的分布（見圖）

第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日變速過濾中濾速的變化1）變速過濾：隨過濾時(shí)間的增加，濾速逐漸減小的過濾稱為變速過濾。變速過濾中過濾水頭基本保持不變，普通快濾池屬于此類型。2）濾速變化：見圖

第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日提高過濾效率的途徑1、反粒度過濾2、上向流過濾

3、采用雙層或多層濾料第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾料與承托層一、濾料二、承托層

第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾料1、濾料的選擇2、級(jí)配與粒徑3、濾料層規(guī)格

第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾料的選擇——具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度——具有化學(xué)穩(wěn)定性——具有一定的吸附面積——具有一定的級(jí)配和孔隙率

——能就地取材、價(jià)格便宜第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日級(jí)配與粒徑1）粒徑：假想的包圍濾料顆粒的球體直徑。2）級(jí)配：不同粒徑濾料所占的比例，常通過篩分實(shí)驗(yàn)來確定濾料的級(jí)配。3）級(jí)配表示方法——有效直徑d10：通過濾料重量10%的篩孔孔徑

——不均勻系數(shù)K80：

（4-43）第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日級(jí)配與粒徑4）孔隙率m：

（4-44）式中：G——濾料干重（g）

V——濾料層體積（cm3）

γ——濾料比重（g/cm3）

第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾料層規(guī)格濾料層厚度：一般60~70cm濾料級(jí)配：通常K80≤2

孔隙率：一般石英砂濾料的孔隙率在0.42左右

第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日承托層1、作用——支撐濾料——防止濾料流失——均勻布水2、組成通常采用天然卵石，厚度約40cm第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾池的反沖洗一、反沖洗二、配水系統(tǒng)三、沖洗廢水的排除四、沖洗水的供給

第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日反沖洗1、沖洗目的：恢復(fù)濾池的工作能力2、沖洗方法

1）反沖洗：水流自下而上沖洗，與過濾方向相反

2）反沖洗+表面沖洗

3）反沖洗+空氣助沖

3、影響濾池沖洗效果的因素

第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日反沖洗1）沖洗強(qiáng)度q：?jiǎn)挝幻娣e濾層上通過的反沖洗水量（l/s.m2）2）濾層膨脹率e：濾層經(jīng)反沖洗膨脹后所增加的厚度與膨脹前厚度之比，可用下式表示：

（4-45）3）沖洗歷時(shí)

第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日配水系統(tǒng)1、作用——反沖洗時(shí)均勻布水——過濾時(shí)均勻集水2、配水與反沖洗的關(guān)系若配水不均勻會(huì)降低反沖洗效果：1）形成泥球；2）承托層松動(dòng)，造成漏砂現(xiàn)象第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日3、反沖洗時(shí)濾池的阻抗分析由濾池結(jié)構(gòu)可知，反沖洗水頭應(yīng)克服下述阻力：配水系統(tǒng)阻力S1

孔眼局部損失S2

承托層阻力S3

濾料層阻力S4

流速水頭S5配水系統(tǒng)第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日配水系統(tǒng)

對(duì)如圖4-3-7所示的配水系統(tǒng)進(jìn)行分析后可知，壓差最大的a、b兩點(diǎn)的出流量之比為：

（4-46）

因S1a與S1b不等，故qa與qb也不可能相等，沖洗水配水不能做到絕對(duì)均勻，一般qa/qb≥0.95即認(rèn)為均勻。

第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日配水系統(tǒng)4、配水均勻的措施

1）增大S22）減小S1

第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日沖洗廢水的排除常用的沖洗廢水排除設(shè)備由洗砂排水槽和集水渠組成，如圖所示

第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第42頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日沖洗水的供給1）沖洗水塔：容積大，約1.5倍沖洗水量；造價(jià)高2）沖洗水泵：節(jié)省投資，但操作較麻煩；

3）利用濾池自身的水頭沖洗

第43頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日快濾池的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)濾速與濾池總面積1、設(shè)計(jì)濾速：按正常工作濾速設(shè)計(jì)，以強(qiáng)制濾速校核2、濾池面積：F=Q/v（4-47