水處理工程過(guò)濾說(shuō)課講解課件

1、第五章過(guò)濾(Filtration)第1節(jié) 概述 過(guò)濾：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(guò)程。一、過(guò)濾的分類表層過(guò)濾：機(jī)械濾除，產(chǎn)水率低格篩過(guò)濾：介質(zhì)為柵條或篩網(wǎng)，除去粗大的懸浮物，雜草、纖維等，格柵、篩網(wǎng)等微孔過(guò)濾：濾布、濾片、燒結(jié)濾管等，用以除去粒徑細(xì)微的顆粒膜過(guò)濾：采用特別的半透膜作過(guò)濾介質(zhì)在一定的推動(dòng)力下進(jìn)行過(guò)濾，濾膜孔隙極小，可以去除水中細(xì)菌、病毒、有機(jī)物和溶解性物質(zhì)，反滲透、超過(guò)濾、電滲析等深層過(guò)濾：過(guò)濾介質(zhì)為顆粒狀濾料，如石英砂、無(wú)煙煤等。簡(jiǎn)稱過(guò)濾。 二、截留的對(duì)象： 細(xì)小顆粒、細(xì)小礬花、藻類、細(xì)菌及病毒。 三、位置：沉淀池或澄清池之后

2、。 直接過(guò)濾。 在給水處理中，常用過(guò)濾處理沉淀或澄清池出水，使濾后出水濁度滿足用水要求。 在廢水處理中，過(guò)濾常作為吸附、離子交換、膜分離法等的預(yù)處理手段，也作為生化處理后的深度處理，使濾后出水達(dá)到回用要求。 四、作用 (給水) 1、進(jìn)一步降低水的濁度； 2、同時(shí)水中有機(jī)物、細(xì)菌及病毒將隨水的濁度降低而部分被去除。 3、為濾后消毒創(chuàng)造了良好條件。 （殘留于濾后水中的細(xì)菌、病毒等失去渾濁物的保護(hù)和依附時(shí)，在濾后消毒過(guò)程中也將容易被殺滅。） 4、在飲用水凈化工藝中，過(guò)濾是不可缺少的，它是保證飲用水衛(wèi)生安全的重要措施。五、濾池的種類 （圖） (一) 按濾速 1、慢濾池 0.010.4m/h 2、快濾池

3、 410m/h 3、高速濾池 1016m/h (二) 按作用水頭 1、重力濾池 45m 2、壓力濾池 1525m (三) 按水流方向 1、下向流濾池 2、上向流濾池 3、雙向流濾池 (四) 按濾料組成 1、單層濾池 濾速 8-10m/h 2、雙層濾池 濾速10-14m/h 3、多層濾池 濾速18-20m/h 第二節(jié) 過(guò)濾理論 一、過(guò)濾機(jī)理 (一) 機(jī)械篩濾 把濾料間的空隙看作“篩子”，大于孔隙尺寸的雜質(zhì)被截留下來(lái)。 (二) 沉淀作用 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(lái)。 (三) 接觸吸附 在范德華力作用下被濾料吸附；在布朗運(yùn)動(dòng)

4、作用下遷移擴(kuò)散到濾料表面被吸附。d1/d26.5如果濾池最小砂粒粒徑為0.3mm，則得到d2 0.3/6.5=0.045mm小于此粒徑的顆粒都能通過(guò)濾層，但經(jīng)過(guò)混凝沉淀進(jìn)入濾池的最大顆粒尺寸一般為2-10m，還有很多更小的顆粒，濾池都能濾除，說(shuō)明不可能僅是篩除作用。d1d2 水中的懸浮顆粒能夠粘附于濾料顆粒表面，涉及兩個(gè)問(wèn)題： 1、被水流挾帶的顆粒如何與濾料顆粒表面接近或接觸，這涉及顆粒脫離流線而向?yàn)V料顆粒表面靠近的遷移機(jī)理。 2、當(dāng)顆粒與濾料表面接觸或接近時(shí)，依靠哪些力的作用使它們粘附于濾料顆粒表面上，這涉及粘附機(jī)理。1、顆粒遷移機(jī)理 在過(guò)濾過(guò)程中，濾料孔隙中的水流一般屬層流狀態(tài)。被水流挾帶

5、的顆粒隨水流的流線運(yùn)動(dòng)。它之所以會(huì)脫離流線與濾料顆粒表面接近，完全是一種物理-力學(xué)作用，主要有攔截、沉淀、慣性、擴(kuò)散和水動(dòng)力作用。 （1）攔截作用：顆粒尺寸較大時(shí)，處于流線中的顆粒會(huì)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(shí)會(huì)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(shí)，也可脫離流線與濾料表面接觸； （4）擴(kuò)散作用：顆粒較小，布朗運(yùn)動(dòng)較劇烈時(shí)會(huì)擴(kuò)散至濾料表面； （5）水動(dòng)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(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)而脫離流線與顆粒表面接觸。2、顆粒粘附機(jī)理 粘附作用是一種物理化學(xué)作用。當(dāng)水中雜質(zhì)顆粒遷移到濾料表面

6、上時(shí)，則在范德華力和靜電力相互作用下，以及某些特殊的化學(xué)吸附力下，被粘附與濾料顆粒表面上，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(huì)存在。二、濾層內(nèi)雜質(zhì)的分布規(guī)律 （一）濾層內(nèi)雜質(zhì)的分布規(guī)律 在顆粒粘附的同時(shí)，還存在由于孔隙中水流剪力作用而導(dǎo)致顆粒從濾料表面上脫落趨勢(shì)。 粘附力和水流剪力相對(duì)大小，決定了顆粒粘附和脫落的程度。二、濾層內(nèi)雜質(zhì)的分布規(guī)律 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。 過(guò)濾初期，濾料較干凈，孔隙率較大，孔隙流速較

7、小，水流剪力Fa1較小，因而粘附作用占優(yōu)勢(shì)。 隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)，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(lái)，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。 實(shí)際工作時(shí)，往往是下層濾料截留懸浮顆粒作用遠(yuǎn)未得到充分發(fā)揮時(shí)，過(guò)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(guò)濾到一定時(shí)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(guò)濾阻力劇增。導(dǎo)致結(jié)果: (1)在一定過(guò)濾水頭下濾速減小

8、（或在一定濾速下水頭損失達(dá)到極限值）; (2)或者因?yàn)V層表面受力不均勻而使泥膜產(chǎn)生裂縫時(shí)，大量水流將自裂縫中流出，以致懸浮雜質(zhì)穿過(guò)濾層而使出水水質(zhì)惡化。 當(dāng)上述兩種情況之一出現(xiàn)時(shí)，過(guò)濾將被迫停止。 （二）濾池的含污能力 當(dāng)過(guò)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. 濾層含污量指單位體積濾層中所截留的雜質(zhì)量。 在一個(gè)過(guò)濾周期內(nèi)，如果按整個(gè)濾層計(jì)，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(jì)。 提高濾池含污能力的途徑： A、提高濾料顆粒的均勻性; B、由單層濾料改為多層濾料； C、改變水流方向（上下雙向過(guò)濾）。 為了改變上細(xì)下粗的濾層中雜質(zhì)

9、分布嚴(yán)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，見(jiàn)圖。 三、直接過(guò)濾 （一）定義 原水不經(jīng)沉淀而直接進(jìn)入濾池過(guò)濾稱“直接過(guò)濾”。 （二）直接過(guò)濾方式 (1)原水加藥后面接進(jìn)入濾池過(guò)濾，濾前不設(shè)任何絮凝設(shè)備?！敖佑|過(guò)濾”。 (2)濾池前設(shè)微絮凝池，原水加藥混合后在微絮凝池，形成粒徑相近的微絮粒后（粒徑大致在 40-60m）即刻進(jìn)入濾池過(guò)濾?！拔⑿跄^(guò)濾”。 （三）直接過(guò)濾的應(yīng)用 特點(diǎn)： 直接過(guò)濾工藝簡(jiǎn)單，混凝劑用量較少。 應(yīng)用： 處理湖泊、水庫(kù)等低濁度原水，應(yīng)用較多。 處理低溫低濁水。 濾前是否需設(shè)置微絮凝池，目前還有不同看法，應(yīng)根據(jù)具體水質(zhì)條件決定。五、過(guò)濾效率的

10、影響因素1.濾料的影響粒度粒度越小，過(guò)濾效率越高，水頭損失增加越快形狀角形濾料的表面積比同體積的球形濾料表面積大；孔隙率較小的孔隙率會(huì)產(chǎn)生較高的水頭損失，而較大的孔隙率提供較大的納污空間和較長(zhǎng)的過(guò)濾時(shí)間，SS易穿透。厚度濾床越厚，濾液越清，操作周期越長(zhǎng)表面性質(zhì)濾料表面的電性影響對(duì)懸浮顆粒的吸附和接觸絮凝2.懸浮物的影響粒度粒度越大越易除去形狀角形顆粒去除效率比球形顆粒高密度影響程度不大濃度過(guò)濾效率隨原水濃度升高而降低，濃度越高，穿透易溫度溫度影響密度及粘度，溫度降低，對(duì)過(guò)濾不利表面性質(zhì)是影響過(guò)濾效率的重要因素，投加凝聚劑改變其表面性質(zhì)第三節(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

11、池移動(dòng)罩沖洗濾池二、普通快濾池的構(gòu)造 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1224h1-進(jìn)水干管；2-進(jìn)水支管；3-清水支管；4-排水管；5-排水閥；6-集水渠；7-濾料層；8-承托層；9-配水支管；10-配水干管；11-沖洗水管；12-清水總管；13-排水槽；14-廢水渠；二、濾池的構(gòu)造三、濾料層 1、作用 濾料層是濾池的核心部分。提供接觸凝聚、吸附的表面積及懸浮物儲(chǔ)存的容積。 2、濾料 (1) 濾料的要求 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 (在沖洗過(guò)程中不因碰撞、摩擦而破碎。) 有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性。 (不溶于水，對(duì)廢水中的化學(xué)成分足夠穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì)。) 具有一定的大小和級(jí)

12、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，滿足截留懸浮物的要求。） 價(jià)廉，易得。 (2)濾料的種類 石英砂 無(wú)煙煤粒 石榴石粒 磁鐵礦粒 白云石粒 花崗巖粒 聚苯乙烯發(fā)泡塑料球等。 (3) 濾料的粒徑和級(jí)配 濾料的粒徑和級(jí)配應(yīng)適應(yīng)懸浮顆粒的大小和去除效率的要求。 A、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(gè)假想的球體的直徑。 B、級(jí)配：是濾料各種粒徑顆粒所占的重量比例。由實(shí)驗(yàn)求得。 濾料篩分級(jí)配曲線d10=0.53d80=1.05 B、級(jí)配：是濾料各種粒徑顆粒所占的重量比例。 可通過(guò)篩分試驗(yàn)求得。篩分試驗(yàn) 級(jí)配曲線。 級(jí)配曲線的應(yīng)用:可以確

13、定濾料的有效粒徑和不均勻系數(shù)兩個(gè)參數(shù) 國(guó)內(nèi)快濾池一般采用d10=0.50.6mm，K80=2.02.2的濾料； 國(guó)外則傾向于選用稍大的d10和較小的d80。 （4）過(guò)濾與濾料排列單層濾料濾池反沖洗后水力篩分，使沿過(guò)濾水流方向的濾料粒徑逐漸變大形成上小下大的分布形式，過(guò)濾時(shí)，上部截留顆粒小，損失迅速上升理想情況濾料沿水流方向由粗到細(xì)解決途徑：改變水流方向，由下向上，缺點(diǎn)：反沖洗不凈，濾速慢改用雙層或多層濾料選用不同密度 的濾料。層數(shù)越多，越接近理想濾池；實(shí)際，濾料易流失，加工困難采用新型的密實(shí)度或孔隙率可變的濾料。纖維球由滌綸短絲結(jié)扎而成，有彈性，密度由 中心向周邊遞減，孔隙率達(dá)90%以上。纖維

14、球?yàn)V池過(guò)濾速度是砂濾池的5-8倍，周期比砂濾長(zhǎng)3倍；能去除0.5-10M級(jí)的微小SS；濾后水SS含量10mg/L。缺點(diǎn)：沖洗需氣、水聯(lián)合沖洗，價(jià)格貴。 雙層及多層濾料級(jí)配：四、墊料層（承托層）作用：阻擋濾料進(jìn)入配水系統(tǒng)中承托濾料，均勻配水。 主要配合大阻力配水系統(tǒng)而使用。 要求：不被反沖洗水沖動(dòng)，形成的孔隙均勻，布水均勻，化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高材料：天然卵石或碎石規(guī)格五、配水系統(tǒng) 1、作用 （配水均勻性對(duì)沖洗效果影響很大） 配水系統(tǒng)的作用: (1)均勻收集過(guò)濾后水； (2)使沖洗水在整個(gè)濾池面積上均勻分布。 配水不均勻的影響: (1)沖洗水量過(guò)大的地方，部分濾層膨脹過(guò)甚，甚至?xí)兄戮植砍型袑?/p>

15、發(fā)生移動(dòng)，濾料層和承托層混合，造成漏砂現(xiàn)象。 (2)沖洗水量過(guò)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”。BA濾層墊層假定反沖洗水強(qiáng)度為q,各水流路線的總水頭損失應(yīng)包括配水系統(tǒng)的水頭損失s1q2、配水系統(tǒng)上孔眼的水頭損失s2q2 、墊料層水頭損失s3q2 、濾料層水頭損失s4q2 ，進(jìn)水壓力為H流道：H1= s1AqA2+ s2AqA2+ s3AqA2+ s4AqA2+流速水頭 流道：H2= s1BqB2+ s2BqB2+ s3BqB2+ s4BqB2+流速水頭 同在排水槽排水，故H1=H2上兩式中s2A s2B s2 ， s3A s3B s3

16、， s4A s4B s4s1A總是 s1B，所以qA qB ，設(shè)計(jì)時(shí)盡可能qAqB，q最小/q最大0.95-達(dá)到均勻采取兩種方法：1）增大孔眼出水水力阻抗 2）降低配水系統(tǒng)水力阻抗配水不均勻原因：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S1S2+S3+S4, qAqB。特點(diǎn)：配水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沖洗水頭?。?m左右） 適

17、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。第節(jié) 快濾池的運(yùn)行一、濾速變化及其控制1.出

18、水閥門調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)恒速過(guò)濾濾層阻力小時(shí)，關(guān)小出水閥門，濾層阻力大時(shí)，開(kāi)大閥門，出水閥門全開(kāi)時(shí)，停止過(guò)濾進(jìn)行反沖洗2.變水頭恒速過(guò)濾-無(wú)閥濾池虹吸濾池設(shè)置進(jìn)水堰室和出水堰室來(lái)控制濾池中水位高低反映濾層水頭損失大小當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的最高水位時(shí)，進(jìn)水堰停止進(jìn)水，進(jìn)行反沖洗出水堰頂必須高于濾層上頂濾池的過(guò)濾時(shí)間為過(guò)濾周期，一般控制在1224小時(shí)。3.現(xiàn)在以變速過(guò)濾為主 過(guò)濾初期,濾層清潔,截污能力強(qiáng);后期截污能力減小,降低濾速有利高水位低水位有效水頭損失進(jìn)水堰箱廢水排水清水井出水堰下部排水變水位恒速過(guò)濾二、濾池反沖洗目的：清除截留物，恢復(fù)過(guò)濾能力1.膨脹率e=(Le-L)/L, L,Le -濾層膨脹前后的厚

19、度反沖洗的控制指標(biāo)，e太低，沖洗不凈；e過(guò)高，顆粒碰撞次數(shù)少，造成濾料流失砂濾床最佳膨脹率E=(1.5-2.50), 0-干凈濾層的孔隙率；具有一定級(jí)配的分層濾床，在同一反沖洗強(qiáng)度下，不同粒徑的濾層其膨脹率不同。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)最大顆粒沉降速度u滿足式0=(v/u)0.22時(shí)，整個(gè)濾層完全膨脹起來(lái)。分層濾床完全膨脹后的厚度計(jì)算式：2.反沖洗強(qiáng)度單位時(shí)間單位濾池面積通過(guò)的反沖洗水量，L/m2s。de-濾料當(dāng)量直徑，cm;水的動(dòng)力粘度；上式計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，可用于試驗(yàn)前的估算，我國(guó)沖洗強(qiáng)度與膨脹率的大小往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。最可靠的方法是進(jìn)行反沖洗試驗(yàn)在模型濾池中或用一根直徑2050mm,高1.2-1

20、.5m的玻璃管進(jìn)行。3.反沖洗時(shí)間測(cè)出水濁度確定；據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定；一般為5-10min。4.反沖洗水頭濾層、墊層、配水系統(tǒng)及管路的水頭損失之和濾層阻力等于濾料層重量 h1=(g/-1)(1-0)L卵石墊料層損失 經(jīng)驗(yàn)公式h2=0.22L1q大阻力配水系統(tǒng)的孔眼水頭損失： 孔眼流量系數(shù)；孔眼面積與濾池面積之比.5.反沖洗水的供應(yīng)和排除水塔和水泵供應(yīng)，高度及揚(yáng)程由反沖洗水頭定水量為濾池面積、反沖洗強(qiáng)度與時(shí)間的乘積，占過(guò)濾水量的1%2%。水塔容量為一次反沖洗水量的1.5倍，深3m。6.空氣沖洗氣水聯(lián)合沖洗，經(jīng)驗(yàn)確定強(qiáng)度7.表面沖洗破壞由濾料顆粒、懸浮物和粘性物結(jié)成的泥球。沖洗裝置固定管和旋轉(zhuǎn)管兩種；

21、三、常見(jiàn)故障及對(duì)策1.氣阻濾層水頭損失大于該處實(shí)際的水壓力，出現(xiàn)負(fù)水頭溶解氣釋放出來(lái)，積聚在孔隙中，阻礙水流通過(guò)。池深一定時(shí)，調(diào)換表層濾料，增大濾料粒徑；在配水系統(tǒng)末端設(shè)排氣管2.結(jié)泥球?yàn)V層表面的顆粒較細(xì)，截留懸浮物較多，沖洗不凈，易相互結(jié)成泥球，可達(dá)5-20cm。改善沖洗效果，增加表面沖洗；翻池?fù)Q濾料；加氯浸泡12h氧化污泥。3.跑砂沖洗強(qiáng)度過(guò)大或?yàn)V料級(jí)配不合適檢查配水系統(tǒng)，調(diào)整沖洗強(qiáng)度4.水生物繁殖第節(jié)快濾池的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)濾速及濾池總面積計(jì)算確定濾速：飲用水濾池應(yīng)符合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范；過(guò)濾廢水時(shí)主要取決于SS的濃度和處理要求總面積：F=Q/v二、濾池個(gè)數(shù)及尺寸的確定池子個(gè)數(shù)考慮因素運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便，一個(gè)池子反沖洗，其它池子產(chǎn)水供給考慮濾池造價(jià)：?jiǎn)蝹€(gè)濾池面積越大，單位面積總造價(jià)越低。濾池個(gè)數(shù)和單池面積確定后，應(yīng)校核1-2個(gè)單池停產(chǎn)時(shí)工作濾池的強(qiáng)制濾速。濾池長(zhǎng)寬比與面積有關(guān)濾池深度超高、濾層上水深、濾料厚度、墊料層厚度、配水系統(tǒng)高度總厚度3-3.5m三、管廊的布置與濾池的個(gè)數(shù)和排列方式有關(guān)少于5個(gè)單排布置，管廊位于濾池一側(cè)；多于5個(gè)雙排布置，管廊于兩排濾池中間。滿足要求：保證設(shè)備安裝維修空間要有通道，便于操作聯(lián)系良好的采光、通風(fēng)及排水設(shè)施第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 Gre