《物理化学处理》PPT课件.ppt

五、过滤 在常规水处理中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。 过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度的降低而被部分去除。残留的细菌、病毒在失去附着物的保护和依附后，在滤后消毒中也容易被杀死。,1. 工作过程 由过滤与反冲洗两部分组成。,浑水流经滤料时，水中杂质被截留，随着滤料层中杂质截留量的逐渐增多，滤料层中的水头损失也相应增加，当水头损失增加到一定程度时，会使滤池产水量减少，或滤过水质不符合要求时，应停止过滤进行冲洗。,冲洗水自下而上穿过承托层及滤料层，均匀分布于整个滤池平面上，滤料层处于悬浮状态，滤料得到清洗。,2、 过滤理论 （1）两阶段理论：由迁移与粘附组成。 迁移：沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力，见下图。 粘附：范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。,（2）附着力与水流剪力,3-3,在过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，水流剪力较小，粘附作用占优势。随着过滤时间延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙率减小，水流剪力逐渐增大，以至最后粘附的颗粒将首先脱落，或后续颗粒不再有粘附现象，于是，下层滤料的截留作用渐次发挥。,实际上，在下层滤料作用远未得到充分发挥时，过滤就得停止。表层滤料粒径最小，孔隙将逐渐被堵塞，或悬浮物穿过过滤层而使水质恶化，过滤将被迫停止。,3-4,滤层含污能力：单位体积滤层中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单位g/cm3或kg/m3。 采用单水冲洗的石英砂滤料滤池，其含污量随深度的变化见图3-4曲线1。 为了改变上细下粗滤层中杂质分布严重不均匀的现象，提高滤层含污能力，出现了多层滤料、混合滤料及均质滤料等。 多层滤料滤池接近理想滤料滤池，最常见为双层和三层滤见图3-5。双层滤池其含污量随深度的变化见图3-4曲线2。 均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现，如V型滤池。要实现均质滤料过滤，反冲洗时滤料层不能膨胀。,3、 过滤方式 （1）恒速过滤 在恒速过滤状态，由于滤层逐渐被堵塞，水头损失随过滤时间逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，当水位上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗。无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。 （2）减速过滤 在过滤过程中，如果过滤水头损失始终保持不变，孔隙率逐渐减小，必然使滤速逐渐减小。在普通快滤池中一般不可能出现。移动罩滤池属于变速过滤滤池。,（3） 直接过滤 原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为“直接过滤”。直接过滤有两种方式：原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤，称为“接触过滤”。也可称为“直流过滤”，图中（a）与（b）所示；原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤，称为“微絮凝过滤” ，如图中（c）与（d）所示。,直接过滤的两个特点： 采用双层或三层滤料滤池； 采用聚合物为混凝剂或助凝剂。 直接过滤要求： 原水浊度和色度较低且水质变化小，常年原水浊度低于50度； 直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊度偏高时应采用较低滤速，当原水浊度在50度以上时，滤速一般在5m/h左右。,4、 滤料与承托层 （1） 滤料的要求 a.具有足够的机械强度 b.具有足够的化学稳定性 c.具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率 d. 能就地取材、价廉。 石英砂是使用最广泛的滤料，双层和多层滤料中，常用的还有无烟煤、石榴石、钛铁矿、磁铁矿、金刚砂等。轻质滤料有聚苯乙烯及陶粒等。,无烟煤,石榴石,磁铁矿,金刚砂,陶粒,(2) 滤料性能参数 a. 比表面积 单位重量或体积的滤料所具有的表面积，单位为cm2/g或cm2/ cm3。 b. 有效粒径与不均匀系数 粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数表示，关系如下：,d10通过滤料重量10的筛孔孔径(mm) d10称为有效粒径，它反映细颗粒尺寸，小于d10的颗粒是产生水头损失的主要部分。 d80通过滤料重量80的筛孔孔径(mm) 反映粗颗粒尺寸 不均匀系数K80表示粗细颗粒差别的大小或不均匀程度。（通常要求K80 2.0）,砂粒级配对滤池的运行的影响 ： 砂样颗粒大小K80越大，则大小颗粒差别越大，颗粒越不均匀。这对过滤和反冲洗都会产生不利影响，因为K80较大时，大小颗粒掺杂的结果，过滤时会降低滤料层的孔隙率，影响滤层的含污能力以及增加过滤时的阻力，反冲洗满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒将得不到很好清洗；若为满足粗颗粒膨胀要求，则细颗粒可能被冲出池外。,( 3)最大粒径、最小粒径 表3-1 滤料级配与滤速,（4）承托层 承托层的作用： 防止滤料层从配水系统流失； 均匀布置反冲洗水。 表3-2 快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度,表3-3 三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度,5、 滤池冲洗 常用的反冲洗方法有以下2种： 高速水流反冲洗： 具有一定的膨胀度，形成上细下粗的水力分层，需水量大。 气-水联合反冲洗； 利用 上升气泡的振动，将滤料表面污物破碎、脱落，再由水冲带出池外。水冲强度可降低，可减少水冲水量，提高滤池冲洗质量。冲洗时滤层不一定膨胀或仅轻微膨胀，冲洗结束后滤层不产生或不明显产生上细下粗分层，即保持原来滤层结构。,气-水联合冲洗具有下述特点： 冲洗效果好； 节约反冲洗水量； 冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下粗的分层现象； 气-水联合冲洗操作较为麻烦，池子和设备较复杂，需增加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。 气-水联合冲洗有3种操作方式： 先气洗，后水洗； 先气水混合洗，再用水洗； 先气洗，再气水混合洗，最后用水洗（或漂洗）。 气-水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在10min左右。,6、配水系统 常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水系统、中阻力配水系统等三种。 其作用： 反冲洗时，均匀分布反冲洗水； 过滤时，均匀集水。 反冲洗时配水不均匀的危害： 滤池中砂层厚度分布不同； 过滤时，产生短流现象，使出水水质下降； 可能导致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。,（1）大阻力配水系统的原理 a、构造 大阻力配水系统的构造如图3-6和图3-7所示。,大阻力配水系统的设计要点： 干管起端流速为0.21.2m/s，支管起端流速为1.41.8 m/s，孔眼流速为3.55 m/s。 支管中心距为0.250.3 m，支管长度与其直径之比一般不应大于60。 孔口直径约为912 mm，设于支管两侧，与垂线呈45O角向下交错排列。 干管横截面与支管总横截面之比应大于1.752.0。当干管直径于300mm时，干管顶部也应开孔布水，并在孔口上方设置挡板。 孔口总面积与滤池面积之比称为开孔比，其值可按下式计算：,大阻力配水系统构造尺寸计算的依据 上式说明：大阻力配水系统配水的均匀性只与干管截面积、支管截面积、支管个数、孔口总面积等有关，而与其它因素无关。当滤池面积过大时，滤池中砂层和承托层的铺设、冲洗废水的排除等的不均匀度都将对冲洗效果产生影响。,式中：0 干管截面积，m2 a 支管截面积，m2 f配水系统孔口总面积，m2,大阻力配水系统的特点： 配水均匀性好； 结构复杂； 管道容易结垢； 孔口水头损失大，因而要求反冲洗水压高。 无阀滤池、移动冲洗罩滤池、虹吸滤池等的冲洗水头非常有限，不宜采用大阻力配水系统。,例：设滤池的平面尺寸为7.5m7.0m=52.5m2，设计大阻力配水系统。,解：冲洗强度采用q=14L/sm2, 冲洗流量Q=1452.5=735L/s=0.735m3/s,1 干管,采用钢筋混凝土渠道。断面尺寸：850mm850mm，长7500mm。起端流速,2 支管,支管中心距采用0.25m。支管数n=7.5/0.252=60根（每侧30根）。 支管长（7.00-0.85-0.30）/22.93m，取2.9m。式中0.3m为考虑渠道管壁厚及支管末端与池壁间距。 每根支管进口流量=735/60=12.25L/s，支管直径采用80mm， 支管起端流速va=2.43m/s,干管顶端开2排孔，每排40个，孔口中心距e1=7.5/40=0.187m,每根支管孔口数=（2060-80）/60=33个，取34个，分两排布置，孔口向下与中垂线夹角45交错排列，每排17个孔，孔口中心距e2=2.9/17=0.17m,小阻力配水系统的构造特点：铺设穿孔滤板或滤砖，开孔比一般为1.01.5%。 小阻力配水系统的特点： 反冲洗水头小； 配水均匀性较大阻力配水系统为差，当配水系统室内压力稍有不均匀，滤层阻力稍不均匀，滤板上孔口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来； 滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。,(2) 小阻力配水系统,3-11,一般规定：=0.20%0.25%为大阻力配水系统；=0.60%0.80%为中阻力配水系统； =1.0%1.5%为小阻力配水系统。这样的规定并不十分严格，此间并无严格界限。,为了保证配水均匀，应注意：a.冲洗水到达各个孔口处的流道中流速，应尽量低些，以消除流道中水头损失和水头变化对配水均匀性影响；b .各孔口（或滤头）阻力应力求相等，加工精度要求高。,（2）冲洗排水槽的设计要求 a冲洗排水槽平面总面积一般不大于单个滤池面积的25%。否则，会影响上升水流的均匀性。 b相邻两槽的中心间距一般为1.52.0m。间距过大，难以排水均匀。 c槽内水面以上一般要有7cm左右的保护高，以保证冲洗废水自由跌水进入排水槽。 d排水槽的废水应自由跌水进入排水渠，以免引起壅水现象。 e每单位槽长的溢入流量应相等。故施工时冲洗排水槽口应力求水平，误差限制在2mm内。,7 冲洗废水排除方法 （1）冲洗排水槽、排水渠 见图3-12、3-13。,f单个冲洗排水槽的排水量可按下式计算： 式中：a0两槽间的中心距，1.52.1m l0 槽长，不大于6m g冲洗排水槽的始端尺寸：一般采用始端深度为末端深度的一半；或槽底采用平坡，使始、末两端尺寸相等。,槽底为三角形断面末端尺寸可按下式计算： 槽底为半圆形末端尺寸可按下式计算： V流速，一般采用0.6m/s h槽顶距未膨胀时滤料表面的高度为： e 冲洗时滤层膨胀度； H2滤料层厚度，m； 冲洗排水槽底厚度。,（3）排水渠 布置： 面积小时，沿池壁一边布置； 当滤池面积很大时，排水渠布置在滤池中间。 排水渠的断面一般采用矩形。渠底距排水槽底高度Hc为：,Q滤池冲洗流量，m3/s B渠宽，m,8冲洗水的供给 两种： 水泵冲洗； 冲洗水塔或水箱冲洗。 水泵冲洗的特点： 投资省； 但操作较为麻烦； 在冲洗的短时间内耗电量大，往往会使厂区内供电网负荷骤增。 冲洗水箱的特点： 造价高； 但操作简单； 专用水泵小，耗电量较均匀； 水箱容积按单个滤池冲洗水量的1.5倍计算。,9. 普通快滤池基本参数 （1）滤速 设计滤速一般为810m/h。 (2）滤池总面积和工作时间,式中：Q设计水量（包括水厂自用水量）（m3/d） v设计滤速（m/h） T滤池每日实际工作时间（h） T0滤池每日工作时间（24h） t0滤池每日冲洗后停用和排放初滤水时间（h） （一般每次采用0.50.67h） t1滤池每日冲洗及操作时间（h）,(3)个数和单池面积 一般单池面积不大于100m2。 滤池的个数在设计时应根据技术经济比较确定，但不得小于两个，可参考表3-4选用。 单个滤池面积（m2）可根据滤池总面积F（m2）与滤池个数N进行计算，如下式所示：,表3-4 滤池个数,(4) 滤池深度 滤池深度包括： 保护高：0.250.3m； 滤层表面以上水深：1.52.0m； 滤层厚度：见表3-1； 承托层厚度：见表3-2和表3-3。 因此，滤池的总深度一般为3.03.5m。单层石英砂滤池深度一般稍小；双层和三层滤料滤池深度稍大。,(5) 管廊布置 管廊：是指集中布置滤池的管渠、配件及阀门的场所，要求如下： 力求紧凑，简捷； 留有设备与管配件安装、维修时必须的空间； 具有良好的防水、排水、通风、照明设备； 便于与滤池操作室联系； 管廊中的管道一般用金属材料，也可用钢筋混凝土渠道； 管廊门及通道应允许最大配件通过，并考虑检修方便。,几种管廊布置方法，滤池数小于5个时，滤池宜采用单行排列，管廊位于滤池的一侧。当滤池数超过5个时，滤池宜采用双行排列，管廊位于两排滤池的中间。后者布置紧凑，但管廊通风、采光不如前者，检修也不太方便。,管廊布置主要有如下四种形式： 进水、清水、冲洗水和排水渠，全部布置于管廊内，如图3-14（a）所示。特点：渠道结构简单，施工方便，管渠集中紧凑，但管廊中管件较多，通行和检修不太方便。,冲洗水和清水渠布置于管廊中，进水和排水渠布置于滤池另一侧，如图3-14（b）所示。特点：可节省金属管件及阀门，管廊内管件简单，施工和检修方便。但造价稍高。,进水、冲洗水及清水管均采用金属管道，排水渠单独设置，如图3-14（c）所示，特点：通常用于小型水厂或滤池单行布置。,对于较大滤池，为节约阀门，可以将进水和排水阀门分别用进水虹吸和排