第六組過(guò)濾水力學(xué)及工藝

第六組過(guò)濾水力學(xué)及工藝一、過(guò)濾功能

過(guò)濾工藝得主要目得就是去除水中懸浮物質(zhì),但由于不少細(xì)菌與病毒依附于懸浮物質(zhì),因而過(guò)濾工藝對(duì)去除細(xì)菌與病毒也有明顯作用。由于過(guò)濾就是給水常規(guī)處理中除消毒外得最終處理工藝,因此對(duì)確保供水水質(zhì)具有重要作用。進(jìn)一步去除經(jīng)過(guò)沉淀或澄清后得水中得細(xì)小雜質(zhì)、有機(jī)物、細(xì)菌與病毒等。當(dāng)原水濁度較低時(shí),可直接過(guò)濾去除水中得懸浮雜質(zhì)。二、濾池分類(lèi)

完成過(guò)濾工藝得處理構(gòu)筑物稱(chēng)濾池。按濾料得不同可分為單層濾料、雙層濾料、多層濾料及均質(zhì)濾料等濾池。按水流方向得不同可分為下向流、上向流、雙向流等濾池。按濾池受壓情況可分為壓力式濾池與重力式濾池。按藥劑投加方式不同可分為沉淀后過(guò)濾、微絮凝過(guò)濾與接觸絮凝過(guò)濾。按運(yùn)行周期內(nèi)濾速得變化可分為等速過(guò)濾與降速過(guò)濾。過(guò)濾理論

一、過(guò)濾機(jī)理

以普通石英砂濾料為例,濾料粒徑通常為0、5~1、2mm,濾料層厚度為700mm,表層粒徑最小,為0、5mm,以球體計(jì)算,則表層顆粒間孔隙尺寸約為80μm。原水經(jīng)過(guò)混凝沉淀后,進(jìn)入濾池得水中得顆粒直徑大致為30~40μm,這些顆粒能被濾池截留下來(lái),說(shuō)明過(guò)濾不就是簡(jiǎn)單得機(jī)械篩濾過(guò)程。歐、美專(zhuān)家認(rèn)為:過(guò)濾機(jī)理主要有兩個(gè),即遷移機(jī)理與粘附機(jī)理。1、遷移機(jī)理

遷移機(jī)理指顆粒脫離水流流線(xiàn)接近或接觸濾料表面。這就是一種物理力學(xué)作用,主要由以下作用引起:攔截:直徑為d得顆粒,在d/2得范圍內(nèi)被濾料攔截。沉淀:顆粒較重時(shí),在重力G作用下沉淀在濾料表面。慣性:顆粒在慣性力F作用下脫離了水流流線(xiàn)接近濾料表面。擴(kuò)散:小顆粒受水分子擠壓而擴(kuò)散至濾料表面。水動(dòng)力:水得紊動(dòng)作用,存在速度梯度,使顆粒脫離水流流線(xiàn)接觸濾料表面。2、粘附機(jī)理

粘附機(jī)理指水中雜質(zhì)顆粒遷移到濾料表面時(shí),在范德華引力、靜電力、化學(xué)鍵等作用下,被粘附在濾料表面。這就是一種物理化學(xué)作用。粘附機(jī)理與接觸絮凝類(lèi)似,接觸介質(zhì)為粒狀濾料,排列密,絮凝效果更好。因此,粘附機(jī)理主要決定于水中顆粒得表面性,脫穩(wěn)顆粒過(guò)濾效果較好,而未經(jīng)脫穩(wěn)得懸浮物顆粒得過(guò)濾效很差。1、截留過(guò)程

如圖1所示,水中顆粒被粘附在濾料表面得同時(shí),還存在著由于水流對(duì)顆粒得剪切作用而使顆粒從濾料表面上脫落得趨勢(shì)。粘附力與水流剪力得大小,決定了顆粒粘附與脫落得程度。

3、濾料層截留雜質(zhì)規(guī)律圖1雜質(zhì)粘附與脫落受力圖截留過(guò)程大致分為2個(gè)階段:(1)過(guò)濾初期過(guò)濾初期濾料層孔隙率大,孔隙流速小,水流剪力小,則粘附占優(yōu)勢(shì)。(2)過(guò)濾繼續(xù)隨著過(guò)濾時(shí)間得延長(zhǎng),濾料層中截留雜質(zhì)逐漸增多,濾料層得孔隙變得越來(lái)越小,孔隙流速越來(lái)越大,水流剪力逐漸增大,則脫落逐漸占優(yōu)勢(shì)。于就是,脫落下來(lái)得雜質(zhì)逐漸向下層推移,使下層濾料得截留作用漸次得到發(fā)揮。2、雜質(zhì)分布規(guī)律傳統(tǒng)得石英砂濾料經(jīng)過(guò)反沖洗后因?yàn)V料膨脹而分層,濾料顆粒上細(xì)下粗,造成水力分級(jí)。在過(guò)濾過(guò)程中,上層截留得雜質(zhì)最多,表層水頭損失約占整個(gè)濾料層水頭損失得50％～60％(如圖2所示)。由于濾料表層孔隙尺寸最小,而表層截污量最大,所以過(guò)濾一段時(shí)間后,表層孔隙被堵塞,甚至形成泥膜,使過(guò)濾阻力劇增,或者泥膜破裂,使水質(zhì)惡化,從而必須停止過(guò)濾。此時(shí),下層濾料截留雜質(zhì)較少,未充分發(fā)揮濾料得截污作用。這就就是單層石英砂濾料截留雜質(zhì)分布規(guī)律中存在得缺陷。圖2濾層截留雜質(zhì)后水頭損失水力分級(jí)截污量（g/cm3）070濾層厚H（cm）濾層含污能力:指一個(gè)過(guò)濾周期內(nèi),整個(gè)濾料層上單位體積濾料中所截留得雜質(zhì)量。穿透深度:指濾池得某一深度處,在過(guò)濾結(jié)束后,該處得出水濁度為3度,則這個(gè)深度稱(chēng)為穿透深度。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使濾料層得厚度大于穿透深度。大家有疑問(wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)3、改善措施針對(duì)單層石英砂濾料截留雜質(zhì)分布嚴(yán)重得不均勻,使下層濾料未充分發(fā)揮作用得現(xiàn)象,可采取以下措施,來(lái)提高濾層含污能力。(1)反粒度過(guò)濾反粒度過(guò)濾指過(guò)濾時(shí),濾料層中濾料粒徑順?biāo)鞣较蛴纱笞冃?以提高濾層含污能力得過(guò)濾方式。反粒度過(guò)濾方式有以下幾種:上向流過(guò)濾:雜質(zhì)分布較均勻,可提高濾層含污能力,延長(zhǎng)過(guò)濾周期,但沖洗不干凈。雙向流過(guò)濾:結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,很少采用。雙層濾料濾池:濾料為無(wú)煙煤與石英砂。三層濾料濾池:濾料為無(wú)煙煤、石英砂與磁鐵礦。(2)均質(zhì)濾料均質(zhì)濾料濾池沿深度方向不會(huì)出現(xiàn)水力分級(jí),濾料組成與平均粒徑沿深度方向基本均勻一致。保證濾料均勻得必要條件就是反沖洗時(shí)濾料不膨脹,一般采用氣水反沖洗。(3)纖維球?yàn)V料采用纖維球?yàn)V料時(shí),對(duì)于下層得濾料由于受水壓力而收縮,使粒徑變小,形成天然反粒度過(guò)濾。一般濾速v＝30～50m/h,常用于工業(yè)水處理。過(guò)濾水力學(xué)1、清潔濾層水頭損失清潔濾層水頭損失指通過(guò)干凈濾層得水頭損失,又稱(chēng)起始水頭損失,記為h0,h0得計(jì)算公式為卡曼－康采尼(Carman-Kozony)公式:

(1)一般單層石英砂濾池得h0＝20～40cmH2O。對(duì)于非均勻?yàn)V料,清潔濾層水頭損失應(yīng)該分層計(jì)算,清潔濾層總水頭損失為:

(2)

由公式(1)與(2)知道,當(dāng)濾料粒徑、形狀、濾層級(jí)配與厚度以及水溫已定時(shí),水頭損失H與濾速v與孔隙率m0有如下關(guān)系:

(3)

隨著過(guò)濾得進(jìn)行,如果孔隙率m0因?yàn)V層截污量增加而使m0下降,則會(huì)發(fā)生下面兩種情況:保持水頭損失不變→濾速v逐漸減小→由此產(chǎn)生變速過(guò)濾。保持濾速不變→水頭損失逐漸增大→由此產(chǎn)生等速過(guò)濾。等速過(guò)濾與變速過(guò)濾就是濾池得兩種基本過(guò)濾方式。2、等速過(guò)濾等速過(guò)濾指濾池過(guò)濾時(shí)濾速保持不變,即濾池流量保持不變。等速過(guò)濾得濾池有虹吸濾池與無(wú)閥濾池。在等速過(guò)濾狀態(tài)下,水頭損失隨時(shí)間而逐漸增加,濾池中水位逐漸上升,見(jiàn)圖3。當(dāng)水位上升至最高允許水位時(shí),過(guò)濾停止以待沖洗。

圖3等速過(guò)濾

設(shè)濾層清潔水頭損失為H0,當(dāng)過(guò)濾時(shí)間為t時(shí),濾層中水頭損失增加,則過(guò)濾時(shí)濾層得總水頭損失為:(4)與t得關(guān)系,反映了濾層截留雜質(zhì)量與過(guò)濾時(shí)間得關(guān)系,即濾層孔隙率得變化與時(shí)間得關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn),與t一般呈直線(xiàn)關(guān)系,見(jiàn)圖4。圖中Hmax為水頭損失增值最大時(shí)得過(guò)濾總水頭損失,一般Hmax＝1、5~2、0m。T為過(guò)濾周期,T不僅決定于最大允許水頭損失,還與濾速有關(guān)。圖4水頭損失與過(guò)濾時(shí)間關(guān)系3、變速過(guò)濾變速過(guò)濾指濾速隨過(guò)濾時(shí)間而逐漸減小得過(guò)濾方式,又稱(chēng)減速過(guò)濾。減速過(guò)濾得濾池有普快濾池與移動(dòng)罩沖洗濾池。

在過(guò)濾過(guò)程中,濾池內(nèi)水位保持不變,濾速隨時(shí)間逐漸較小,但濾池進(jìn)水總流量基本不變,在每座濾池中實(shí)現(xiàn)恒水頭減速過(guò)濾就是不可能得,只有在分格數(shù)很多得移動(dòng)沖洗罩濾池中有可能達(dá)到近似得恒水頭減速過(guò)濾狀態(tài)。4、負(fù)水頭負(fù)水頭指在過(guò)濾過(guò)程中,濾層截留了大量得雜質(zhì),以致于砂面以下某一深度處得水頭損失超過(guò)該處水深得現(xiàn)象。由于上層濾料截留雜質(zhì)最多,故負(fù)水頭現(xiàn)象往往出現(xiàn)在上層濾料中。(1)負(fù)水頭產(chǎn)生后果過(guò)濾時(shí),負(fù)水頭使水中溶解氣體釋放出來(lái)形成氣囊,因而占有濾料孔隙中得一定空間而縮小過(guò)水?dāng)嗝?從而增大阻力,水頭損失增大而使過(guò)濾周期縮短。在沖洗時(shí),氣囊與濾料顆粒吸附在一起,會(huì)上浮帶出濾料,破壞濾層結(jié)構(gòu)。(2)避免產(chǎn)生負(fù)水頭得方法增加砂面以上水深。使濾池出水口位置等于或高于濾層表面。慢濾池(速度小于4m3/(m2*h))

慢濾水處理工藝就是1804年英格蘭得JohnCibb為制取高質(zhì)量得潔凈水而發(fā)明得,該工藝因占地面積大,后來(lái)被快濾池所取代。

但隨著水質(zhì)污染(尤其就是有機(jī)物質(zhì)得污染)日益加重,并發(fā)現(xiàn)加氯消毒時(shí),氯與水中得有機(jī)物會(huì)發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生強(qiáng)烈得致癌物質(zhì),以及人們對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)得要求不斷提高,慢濾水處理工藝又開(kāi)始被世界上許多國(guó)家所采用。圖5生物慢濾池示意圖慢濾池得特點(diǎn):1、不用機(jī)械動(dòng)力與化學(xué)藥劑2、管理簡(jiǎn)單,運(yùn)行穩(wěn)定,制水成本低得特點(diǎn)。3、處理后得水幾乎不含有機(jī)物與各種致癌微生物。4、占地面積大,適用于具有廉價(jià)土地可利用,技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理水平相對(duì)較低得廣大農(nóng)村地區(qū)。影響慢濾池性能得因素:(1)水溫:慢濾對(duì)污染物質(zhì)尤其就是有機(jī)物得去除主要依靠生物作用,因此水溫會(huì)對(duì)慢濾得生物作用有較大影響水溫下降,慢濾除污染物得整體效果下降。(2)濾速:濾速增加時(shí),濾池對(duì)于濁度、COD及細(xì)菌總數(shù)得控制能力有所下降,因此要保持合適得濾速。(3)濾層:慢濾池類(lèi)似一個(gè)微縮得污水二級(jí)處理系統(tǒng)。慢濾池上部(粘性濾膜)起到類(lèi)似初沉池得作用,中部起到類(lèi)似曝氣池得作用,下部起到類(lèi)似二沉池得作用。粘性濾膜承擔(dān)了大部分廢水中COD,濁度以及色度得處理。快濾池(速度4-10m3/(m2*h))

快濾池在水處理中得作用(1)在給水處理中,常用過(guò)濾處理沉淀或澄清池出水,使濾后出水渾濁度滿(mǎn)足用水要求;

(2)在廢水處理中,過(guò)濾常作為吸附、離子交換、膜分離法等預(yù)處理手段;

(3)作為生化處理后得深度處理,使濾后水達(dá)到回用得要求。普通快速濾池構(gòu)造:普通快濾池本身包括五部分:1、濾料層2、承托層3、配水系統(tǒng)4、集水渠5、洗砂排水槽圖6普通快濾池得構(gòu)造過(guò)濾過(guò)程分為過(guò)濾與反洗兩個(gè)過(guò)程1、過(guò)濾過(guò)濾過(guò)程就是原水由上到下通過(guò)一定厚度得由一定粒度得粒狀介質(zhì)組成得床層,由于粒狀介質(zhì)之間存在大小不同得孔隙,原水中得懸浮物被這些孔隙截留而除去。2、反沖洗當(dāng)過(guò)濾不能進(jìn)行,需要進(jìn)行反洗。反洗就是通過(guò)上升水流得作用使濾料呈懸浮狀態(tài),濾料間得孔隙變大,污染物隨水流帶走,反洗完成后再進(jìn)行過(guò)濾。所以過(guò)濾過(guò)程就是間斷進(jìn)行得。濾池沖洗

一、概述當(dāng)濾料層過(guò)濾水頭超過(guò)規(guī)定值,或出水水質(zhì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),必須進(jìn)行濾層得沖洗。1、沖洗得作用:去除濾層中得截留雜質(zhì),以恢復(fù)濾池過(guò)濾能力。2、沖洗機(jī)理(1)水流得剪切力作用。(2)濾料顆粒之間得碰撞摩擦作用。若采用氣水反沖洗得沖洗方式,還有以下兩種作用:(3)泡振作用力,即壓縮空氣沖洗時(shí),氣泡引起振動(dòng),使雜質(zhì)吸附強(qiáng)度減弱,泥層剝落。(4)尾渦混摻力,可加強(qiáng)剪切與碰撞。

3、沖洗要求有適當(dāng)?shù)脹_洗強(qiáng)度;保證足夠得沖洗時(shí)間;沖洗水要求均勻分布;沖洗得廢水應(yīng)及時(shí)排除。4、沖洗方法水力沖洗水力沖洗＋表面輔助沖洗氣水反沖洗

表面輔助沖洗:濾池表面上設(shè)噴嘴噴水輔助沖洗;濾池表面通以壓縮空氣輔助沖洗。有適當(dāng)?shù)脹_洗強(qiáng)度;氣水反沖洗有三種方式:空氣反沖洗→水反沖洗。氣－水同時(shí)反沖洗→水反沖洗?？諝夥礇_洗→氣－水同時(shí)反沖洗→水單獨(dú)沖洗。

二、濾層膨脹度e濾層膨脹度指反沖洗時(shí),濾層膨脹后厚度L得增加量與膨脹前厚度Lo之比。用公式表示為:(5)

在反沖洗過(guò)程中,濾層膨脹前后單位面積上濾料體積不變,即:(孔隙率m)(6)所以有:(7)一般單層石英砂濾料e＝45％,雙層濾料e＝50％。三、沖洗強(qiáng)度沖洗強(qiáng)度q指單位面積濾料層上所通過(guò)得沖洗水量,單位為L(zhǎng)/s·m2。1、q值得確定在設(shè)計(jì)中,通常以最粗濾料開(kāi)始膨脹作為設(shè)計(jì)q得依據(jù)。因?yàn)樵谝欢_洗流速vmf下,粒徑小得濾料膨脹度大,粒徑大得濾料膨脹度小,實(shí)踐證明,下層最粗濾料也必須達(dá)到最小流態(tài)化程度,即剛剛開(kāi)始膨脹,才能獲得較好得沖洗效果?？紤]到其它影響因素,設(shè)計(jì)沖洗強(qiáng)度q可按下式確定:

(8)四、沖洗歷時(shí)t沖洗時(shí)間控制指標(biāo)為:沖洗廢水濁度＜50度。對(duì)單層石英砂濾料,沖洗時(shí)間t＝5～7min;雙層濾料t＝6～8min。規(guī)定沖洗時(shí)間就是因?yàn)?q、e雖然符合要求,但沖洗歷時(shí)不足,就不能充分清除包裹在濾料表面得污泥,且沖洗廢水排除不盡而導(dǎo)致污泥重返濾料層。設(shè)計(jì)中可視具體情況參照相關(guān)表來(lái)確定q、e、t得取值。曝氣生物濾池(BAF)工藝介紹曝氣生物濾池(BAF)簡(jiǎn)介

曝氣生物濾池(biologicalaeratedfilter,BAF)屬于生物處理得生物膜法范疇,該技術(shù)最早由法國(guó)OTV公司開(kāi)發(fā)。曝氣生物濾池得特點(diǎn):

1)采用氣水平行上向流,使氣、水進(jìn)行很好得均分,防止了氣泡在濾層中得凝結(jié),氧利用率高,能耗相對(duì)較低;

2)與下向流過(guò)濾相反,上向流過(guò)濾持續(xù)在整個(gè)濾池高度上提供正壓條件,可以更好得避免溝流或短流;

3)上向流形成了對(duì)工藝有好處得半柱推條件,即使采用高過(guò)濾速度與高負(fù)荷仍然能保證工藝得穩(wěn)定與可靠性;

4)采用氣水平行上向流,空氣能將固體物質(zhì)帶入濾床深處,使得過(guò)濾空間能很好得被利用。以上特點(diǎn)使得曝氣生物濾池具有以下優(yōu)勢(shì):

1)容積負(fù)荷可以很高,使得池體與占地都相對(duì)較小;

2)出水水質(zhì)好,可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》得一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),無(wú)需另設(shè)二沉池,節(jié)省基建費(fèi)用,另外氧利用率高,大大降低運(yùn)行成本;

3)自動(dòng)化程度高,無(wú)污泥膨脹問(wèn)題,日常操作管理簡(jiǎn)單,微生物不會(huì)流失,系統(tǒng)可間斷運(yùn)行。

曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)

曝氣生物濾池得結(jié)構(gòu)形式與普通得快濾池類(lèi)似,曝氣生物濾池其主體由濾池池體、濾料層、承托層、布水系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、管道與自控系統(tǒng)組成。BAF工藝介紹

BAF工藝最初應(yīng)用于污水處理得三級(jí)處理,后發(fā)展成直接用于二級(jí)處理,并且派生出許多以曝氣生物濾池為主體工藝得多種組合工藝。由于曝氣生物濾池所具有得各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),使得曝氣生物濾池廣泛得應(yīng)用于城市生活污水得二級(jí)處理當(dāng)中,部分工況廢水處理及飲用水微污染處理也有相當(dāng)?shù)眠\(yùn)用。

按照污水處理要求得不同,可將BAF工藝分為以下幾類(lèi):除碳工藝;除碳/硝化工藝;除碳/硝化/反硝化工藝;反硝化/(除碳、硝化)工藝。除碳工藝

適用范圍:DC曝氣生物濾池主要應(yīng)用于處理可生化性較好得工業(yè)廢水以及排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氨氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沒(méi)有特殊要求得生活污水。流程說(shuō)明:原污水先經(jīng)過(guò)預(yù)處理設(shè)施,去除水中得大顆粒懸浮物,然后進(jìn)入DC曝氣生物濾池,濾池依靠其內(nèi)部粒狀填料表面上生長(zhǎng)得微生物膜,在污水流過(guò)濾料層并在供氧得條件下,