1、學習情境1.4 水的過濾處理,過濾 過濾是固液分離的一種有效手段。含懸浮固體的水流經過濾介質，粒徑大于過濾介質孔徑的固體顆粒就被截留下來。,1,學習情境1.4 水的過濾處理,過濾的作用 過濾一般用在混凝、沉淀或澄清等處理之后，用于進一步去除水中的細小懸浮顆粒，降低濁度。 水中有機物、細菌乃至病毒等更小的粒子由于吸附作用也隨著水的濁度降低而被部分去除。 殘存在濾后水中的剩余細菌、病毒等，由于失去懸浮物的保護或依附而呈裸露狀態(tài)，也容易被消毒劑殺死。 超濾、納濾等新技術，還可以直接將細菌、病毒、大分子物質等過濾掉。,2,學習情境1.4 水的過濾處理,應用： 給水處理中保證凈化水質不可缺少的重要環(huán)節(jié)

2、污水處理 活性炭吸附和離子交換等深度處理之前作用預處理 化學混凝和生化處理之后作為后處理,3,1.4.1 水的過濾處理,慢濾池：截留作用、微生物分解作用 優(yōu)點：出水水質好 缺點：流速低；濾膜形成期過濾出水水質不能保證；生產效率低；占地面積大。,4,1.4.1.1 過濾過程,石英砂濾料粒徑通常0.51.2mm，濾層厚度一般70cm左右。按自上而下的方向，粒徑大致由細到粗依次排列。水流自上而下通過濾料層。,5,1.4.1.1 過濾過程,過程三階段： 顆粒遷移，顆粒脫離水流流線向濾料顆粒表面靠近； 顆粒黏附，物理-化學作用，懸浮顆粒黏附在濾料表面； 顆粒剝落,6,1.4.1.1 過濾過程,過濾機理

3、1. 阻力截留 懸浮物粒徑越大，表層濾料和濾速越小，就越容易形成表層篩濾膜，濾膜的截污能力也越高。 2. 重力沉降 眾多的濾料表面提供了巨大的沉降面積。濾料越小，沉降面積越大；濾速越小，則水流越平穩(wěn)，這些都有利于懸浮物的沉降。,7,1.4.1.1 過濾過程,過濾機理 3. 接觸絮凝 濾料巨大的比表面積：吸附 砂粒帶有電荷：吸附膠體 粒徑較大懸浮顆粒以阻力截留為主；細微懸浮物，以發(fā)生在濾料深層的重力沉降和接觸絮凝為主。,8,1.4.1.2 濾料層含污能力,表層濾料間的孔隙逐漸被堵塞，形成“泥膜”，致使過濾阻力劇增。 在一定過濾水頭下，濾速急劇減小，產水效率下降； 在一定濾速下水頭損失達到極限值，

4、無法滿足過濾水頭要求； 由于濾層表面受力不均勻而使“泥膜”產水裂縫，大量水流自裂縫流出，水中雜質顆粒穿透濾層使出水水質惡化。,9,1.4.1.2 濾料層含污能力,濾料層能容納雜質的多少及分布規(guī)律受進水水質、水溫、濾速、濾料粒徑級配、濾料形狀，以及水中顆粒的凝聚程度等許多因素影響。 單位體積濾層中所截留的雜質量，稱為濾層截污量。 一個過濾周期內，整個濾層單位體積濾料中的平均含污量，稱為“濾層含污能力”，以g/cm3或kg/cm3計。,10,圖中曲線與坐標軸包圍的面積除以濾層總厚度即為濾層含污能力。 濾層厚度一定時，面積越大，濾層含污能力越大。,11,1.4.1.2 濾料層含污能力,為提高整個濾層

5、的含污能力，最好采用“反粒度”過濾方法。即順水流方向，粒徑由大到小。 實現(xiàn)途徑 1. 改變水流方向，上向流、雙向流。 2. 改變?yōu)V料層組成，雙層濾料濾池、三層濾料濾池及均勻級配濾料濾池。,12,13,1.4.2 水的過濾處理技術,1.4.2.1 普通快濾池組成與工作過程 組成：池體、濾料、配水系統(tǒng)與承托層、反沖洗裝置 工作過程：過濾、沖洗交替進行,14,1.4.2 水的過濾處理技術（視頻）,15,1.4.2.2 濾料,濾料的主要作用是作為載體提供黏附水中細小懸浮物所需的面積。 （1）足夠的機械強度 （2）足夠的化學穩(wěn)定性 （3）具有一定的顆粒級配和適當?shù)目紫堵?（4）外形接近球形，表面比較粗糙

6、而有棱角。 （5）就地取材，貨源充足，價格低廉。,16,石榴石,17,無煙煤,18,磁鐵礦,19,金剛砂,20,聚苯乙烯和陶粒,21,1. 濾料粒徑級配,有效粒徑（d10）：濾料經篩分后，小于總質量10%的濾料顆粒粒徑。 不均勻系數(shù)（k80）：濾料經篩分后，小于總質量80%的濾料顆粒粒徑與有效粒徑之比。 K80越大，說明粗細濾料顆粒尺寸相差越大，顆粒越不均勻； K80越接近1，濾料越均勻。,22,1. 濾料粒徑級配,通常過濾工況下，要求濾料粒徑適中、不均勻系數(shù)盡量小。 粒徑大空隙大細小雜質穿透濾料層（反洗難充分松動濾料） 粒徑過小空隙效增加水流阻力（反洗時容易沖出濾池）,23,24,2. 濾料

7、篩分,以石英砂濾料為例，取某砂樣300g，洗凈后于105攝氏度恒溫箱中烘干，待冷卻后秤取100g，放于一組篩子過篩，篩后稱出留在各個篩子上的砂量，填入表1.11，并計算出通過相應篩子的砂量，然后以篩孔孔徑為橫坐標，通過篩孔砂量為縱坐標，繪出篩分曲線。,25,26,27,28,3. 濾料孔隙率的測定,濾料層孔隙率是指濾料層中的孔隙所占的體積與濾料層總體積之比，用m表示。 測定方法為：取一定量的濾料，在105攝氏度下烘干、稱重，并用比重瓶測出其密度，然后放入過濾筒中，用清水過濾一段時間后，量出濾層體積，按 G：濾料質量 V：濾料層體積,29,30,孔隙率越大，濾層的含污能力越高，工作周期就越長。

8、孔隙率與顆粒形狀、粒徑、均勻程度以及濾料層的壓實程度等有關。 濾料使用一段時間以后，由于碰撞、摩擦和磨蝕等造成孔隙率減小，需及時更換。,31,1.4.2.3 配水系統(tǒng)與承托層,作用： 1. 反沖洗時，使反沖洗水在整個濾池平面上均勻分布； 2. 過濾時，均勻收集過濾水。,32,1.4.2.3 配水系統(tǒng)與承托層,根據(jù)反沖洗時配水系統(tǒng)對沖洗水的阻力大小，配水系統(tǒng)可分為大阻力、中阻力和小阻力三種配水系統(tǒng)。 1. 大阻力配水系統(tǒng)(穿孔管大阻力配水系統(tǒng)),33,1.4.2.3 配水系統(tǒng)與承托層,2. 中、小阻力配水系統(tǒng),34,安裝長柄濾頭的鋼筋混凝土穿孔濾板,35,鋼筋混凝土穿孔濾板,36,長柄濾頭,37

9、,小阻力配水系統(tǒng)的開孔比通常都大于1%，水頭損失一般小于0.5m。開孔比越大，則孔口阻力越小，配水均勻性越差。一般多用于單格面積不大于20平方米的無閥濾池、虹吸濾池等。,38,中阻力配水系統(tǒng),穿孔濾磚的構造分上下兩層連成整體。鋪設時，各磚的下層相互連通，起到配水渠的作用；上層各磚之間用導板隔開，互不相同，單獨配水。 其實際效果就是將濾池分成濾磚大小的許多小格，保證配水均勻。,39,3. 承托層,配合管式大阻力配水系統(tǒng)使用，承托層設于濾料層和底部配水系統(tǒng)之間。 作用： 一是支承濾料，防止過濾時濾料通過配水系統(tǒng)的孔眼流失； 二是反沖洗水時均勻地向濾料層分配反沖洗水。,40,41,3. 承托層,單層

10、或雙層濾料的快濾池大阻力配水系統(tǒng)承托層粒徑和厚度見表1.12.三層見表1.13 鋪裝承托層時應嚴格控制好高程，分層清楚，厚薄均勻，且在鋪裝前應將黏土及其他雜質清除干凈。 中小阻力配水系統(tǒng)，且配水孔眼數(shù)量多、尺寸小，配水本身已很均勻，濾料也不會從孔眼漏掉的話，承托層可以完全省去，或者適當減小，或者適當鋪設一些粗砂或細礫石。,42,1.4.3 水的反沖洗,目的是清除截留在濾料層中的雜質，使濾池在短時間內恢復過濾能力。 1. 濾池沖洗方法 高速水流反沖洗、氣沖-水沖反沖洗、表面輔助沖洗加高速水流反沖洗,43,1.4.3 水的反沖洗,（1）高速水流反沖洗 利用高速水流反向通過濾料層，使濾層膨脹呈流態(tài)化

11、，在水流剪切力和濾料顆粒間碰撞摩擦的雙重作用下，把截留在濾料層中的雜質從濾料表面剝落下來，然后被沖洗水帶走。,44,1.4.3 水的反沖洗,1）反沖洗強度 反沖洗強度指單位面積濾層上通過的沖洗流量，單位L/(s m2) 強度過小，濾層膨脹強度不夠，水流剪力小，濾層沖洗不凈；強度過大，膨脹強度過大，濾料顆粒過于離散，水流剪力降低，顆粒碰撞摩擦的幾率減小，濾層沖洗效果差，嚴重時還會造成濾料流失。 反沖洗強度受溫度影響，水溫高時，水的黏度小，反沖洗強度較大；溫度低時，水的黏度大，所需的反沖洗強度較小。,45,1.4.3 水的反沖洗,2）濾層膨脹度：反沖洗時濾層所增加的厚度與濾層膨脹前厚度之比。用e表

12、示。 理想的膨脹度應該是截留雜質較多，上層濾料恰好完全碰撞，下層最大顆粒濾料剛開始碰撞。 3）沖洗時間 沖洗時間根據(jù)表1.15,46,1.4.3 水的反沖洗,（2）氣沖-水沖反沖洗 將壓縮空氣壓入濾池，利用上升空氣氣泡產生的振動和擦洗清洗雜質，懸浮于水中，然后用水反沖排出池外。 優(yōu)點 氣泡擦洗沖洗效果好，省水量。 可降低沖洗強度，沖洗時濾層不碰撞或微膨脹。,47,1.4.3 水的反沖洗,（3）表面沖洗 在濾料砂面以上50-70mm處放置穿孔管。反沖洗前先用穿孔管孔眼噴出高速水流，沖洗污泥，再用水反沖洗。,48,1.4.3 水的反沖洗,2. 沖洗水的供給 沖洗水泵:建設費用低，沖洗過程水頭變化小

13、，但水泵是間隙工作且設備功率大，容易使電網負荷極不均勻。 沖洗水塔：操作簡單，補充沖洗水的水泵較小，耗電較均勻，但水塔造價高。,49,1.4.3 水的反沖洗,3. 沖洗廢水的排除,50,1.4.3 水的反沖洗,3. 沖洗廢水的排除 （1）反沖洗排水槽 1）排水槽內水面以上保持7cm左右的超高，廢水渠 起端水面低于排水槽底20cm。 2）排水槽的槽口高度保持水平一致 3）排水槽總平面及一般小于25%的濾池面積，避免影響反沖洗上升水流。 4）相鄰兩槽中心距一般為1.5m2.0m，間距過大影響排水的均勻性。,51,1.4.3 水的反沖洗,3. 沖洗廢水的排除 反沖洗排水槽頂距未膨脹濾料表面的高度H為

14、： e：濾層膨脹度； H2：未膨脹濾料層厚度；x：反沖洗排水槽斷面模數(shù)，m； ：反沖洗排水槽底厚度，m；0.07為反沖洗排水槽超高。 X=0.45Q10.4 Q1為每條反沖洗排水槽出口流量，m3/s,52,練習題,設濾池尺寸為5.4m（長）*4m（寬），濾層厚70cm，濾層膨脹度e=40%。每條反沖洗排水槽出口流量為0.1008m3/s，采用3條排水槽，槽長4m，槽底厚為0.05m。 求（1）排水槽斷面尺寸 （2）排水槽頂距砂面高度 （3）排水槽水平面總面積是否符合 設計要求。,53,（1）,54,55,(2)廢水渠 費水渠至排水槽底高度,56,1.4.4 水的過濾工藝設計,1. 濾池的個數(shù)及

15、單池面積 濾速相當于濾池負荷（單位時間、單位表面積濾池的過濾水量）。因此可根據(jù)流量和濾速計算出濾池總面積F F=Q/v 單池面積等于總面積與濾池個數(shù)n的比值 濾池過多，單池面積小，沖洗效果好，運轉靈活，但總造價高，管理麻煩。 個數(shù)過少，單池面積大，布水均勻性差，沖洗效果欠佳。最少不能少于2個。,57,1.4.4 水的過濾工藝設計,2. 濾池尺寸的確定,58,1.4.4 水的過濾工藝設計,2. 濾池尺寸的確定 （1）濾池保護高度：0.20-0.30m （2）濾層表面以上水深：1.5-2.0m （3）濾層厚度：單層砂濾料一般為0.70m，雙層及多層濾料一般為0.7-0.8m （4）承托層厚度 濾池

16、總深度一般為3.0-3.5m,59,1.4.4 水的過濾工藝設計,3. 管渠設計流速,60,1.4.4 水的過濾工藝設計,4. 管廊布置 集中布置濾池的管（渠）、配件及閘閥的長多稱為管廊。 要求 （1）力求緊湊、簡潔 （2）良好的防水、排水、通風照明設備 （3）留有設備及管配件安裝、維修的必要空間,61,1.4.4 水的過濾工藝設計,4. 管廊布置 （1）進水、清水、反沖洗水及 排水四個總渠，全部布置于管廊 內，如圖a所示。 （2）反沖洗水和清水兩個總渠 布置于管廊內，進水渠和排水渠 則布置于濾池的一側，如圖b。 （3）進水、反沖洗水及清水管 均采用金屬管道，排水總渠單獨 設置，如圖c。,62,1.4.4 水的過濾工藝設計,4. 管廊布置 （4）用排水虹吸管和進水虹吸 管分別代替排