第一节-过滤原理课件

1、第六章 过滤第六章 过滤第一节：过滤原理第二节：快滤池的构造和工作过程第三节：滤料第四节：配水系统和承托层第五节：滤池的冲洗第六节：普通快滤池的设计第七节：其他形式的滤池 筛滤机理 设D=0.5mm,以球体计，d80m。 既80m以下的颗粒都可以通过砂层。 而经过混凝沉淀的进入滤池的最大颗粒 尺寸一般为2030之间，还有很多更小的 颗粒， 但滤池都能去除掉它们，说明不是 “筛滤”的作用。筛滤的机理无法解释。 经过多人研究，认为过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用的结果。 第一节 过滤原理水中的悬浮颗粒能够粘附与颗粒表面上，涉及两个问题： 第一、被水流夹带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触；

2、 第二、它们接近时依靠那些力的作用，使它们粘附于滤料表面上。（一）颗粒迁移 在过滤过程中，滤层孔隙中的水流一般属层流状态。被水流夹带的颗粒将随水流流线运动，它之所以会脱离流线而与滤料表面接近，完全是一种物理的力学作用。一般认为有以下几种作用引起： 当颗粒尺寸较大时，处流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用；颗粒的速度较大时会在重力的作用下脱离流线，产生沉淀作用；颗粒具有较大惯性时也可以脱离流线与滤料表面接触（惯性作用）；颗粒较小时，布朗运动较剧烈时会扩散至滤料表面（扩散作用）；在滤料表面附近存在速度梯度，非球体颗粒由于在速度梯度作用下，会产生转动而脱离流线与颗粒流线接触（水动力作用）。（二

3、）颗粒粘附 粘附作用是一种物理化学作用。当水中颗粒迁移到滤料表面时则在范德华引力和静电力相互作用下，以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力下，粘附于滤料颗粒表面上，或者粘附在滤料表面上原先粘附的颗粒上。此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。粘附过程与澄清池中的泥渣所起的作用基本类似，不同的是滤料为固定介质，排列的紧密，效果好。 因此，粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。未经脱稳的悬浮物颗粒，过滤效果很差，这就是证明。基于这一概念，过滤效果主要取决于颗粒表面的性质而无须增大颗粒尺寸。相反如果悬浮颗粒尺寸过大而形成机械筛滤作用，反而会引起表面滤料孔隙堵塞。（三）滤料层截留杂质的规律 粘附

4、力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱稳程度。 如图：颗粒粘附力和平均水流剪力示意图。图中： Fa1表示颗粒1与滤料表面的粘附力； Fa2表示颗粒2与颗粒之间的粘附力； Fs1表示颗粒1所受到的平均水流剪力； Fs2表示颗粒2所受到的平均水流剪力。 过滤开始阶段，滤层比较干净，孔隙 率较大，孔隙流速小，水流剪力Fs1较小， 因而粘附力作用占优势（大量杂质被滤 层表面所截留）。 随着过滤时间延长，滤层中杂质逐 渐增大，以至最后粘附上的颗粒（图中 颗粒3）将首先脱落下来，或者被水流夹 带的后续颗粒不在有粘附现象，于是， 悬浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留 作用渐次得到发挥。 水中杂质进入滤层后，

5、首先 被第一层滤料截留大部分，少量 “漏网”的杂质被下层的滤料所 截留。过滤到一定时间后，表面 滤料间孔隙率逐渐被杂质堵塞， 严重时，由于表层滤料的“筛滤” 结果，形成滤膜，使过滤阻力剧 增。其结果，在一定过滤水头下， 滤速将急剧减小，或滤膜产生裂 缝时，大量水流将自裂缝中流出，造成局部流速过大而使杂质穿透整个滤层，出水水质恶化。这时尽管下层滤料还未发挥它们应有的作用，过滤也将被停止。 （杂质在滤层中的分布情况见图） 滤层含污能力：是指工作周期结束时，整个滤层单位体积滤料中所截留的杂质量，以kg/m3或 g/cm3计，显然含污能力大，表明整个滤层所发挥的作用大。 滤池在运转过程中，由 于滤池出

6、水水质恶化超过水 质标准，而停止工作的滤池 工作周期为水质周期T1。 水质周期常常用实验得到， 其实验方程为：k1、a系数与水质有关（可根据周期反求）L0滤层厚度；v滤速；d滤料直径。T1与L0成正比、与v成反比，与d成反比 。(滤料粗，周期短）一、清洁滤层的水头损失卡曼康悉尼计算公式（CarmanKozony)式中：h0表示水头损失（cm）； 水的运动粘度(cm3/s)； g重力加速度(cm/s2)； m0滤料孔隙度； d0与滤料体积相同的球体直径(cm)； l0滤层厚度(cm)； v滤速(cm/s) 滤料颗粒球度系数。 实际滤层是非均匀滤料。计算非均匀滤层水头损失，可分成若干层，则各层水头

7、损失之和为整个滤层总水头损失。 设粒径为di的滤料重量占全部滤料重量之比为pi，则清洁滤层总水头损失为： 分层越多，计算精度越高。（悬浮物杂质增多，m0由H0公式知，当d0、 l0 、 T已定时，如m0 、 H0不变v，反之v不变 H0）这样就产生了等速过滤与变速过滤两种过滤方式。（二）等速过滤中水头损失的变化当滤池过滤速度保持不变，亦既滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。 冲洗后刚开始过滤 时， 滤层水头损失H0 ， 当过滤时间为t时，滤层 水头损失增加Ht ,于是过 滤时滤池总水头损失为：式中：H0清洁滤层水 头损失cm; h配水系统、承托 层及管（渠）水头损失之和cm; Ht 在时间为t

8、时的水头损失增值cm; 式中的H0和h在整个过滤过程中不变。 Ht随t增加而增大。 Ht与t的关系，实际上反应了滤层截留杂质量与过滤时间的关系，亦既滤层孔隙率的变化与时间关系。由于过滤情况很复杂，目前虽然不少计算公式，但与生产实际都存在着差距。通过实验Ht与t一般呈直线关系。（见下图） 图中Hmax为水头损失增 值为最大时的过滤水头损失。 设计时应根据技术经济条件 决定，一般为1.52.0m。 图中T为过滤周期。如 果不出现滤后水质恶化等情 况，过滤周期不仅决定于最 大允许水头损失、还与滤速 有关，设滤速v v，其清洁 砂层水头损失为H0 一方面 H0 H0 ，同时单位时间内 被滤层截留的杂质

9、量较多， 水头损失增加也较快，tg tg，因而，过滤周期T 0.005，坡向排空管。2.每个滤池都应安装水头损失计及取样管。3.各种密封渠道上应设人孔，以便检修。4.滤池壁与砂层接触处应拉毛或剧齿状，以免短路。 普通快滤池运行效果良好，冲洗效果可得到保证，适应任何规模水厂。 缺点：管配件及阀门家较多，操作较其它滤池复杂。第七节 其他形式滤池1.虹吸滤池2.无阀滤池3.移动罩滤池4.V型滤池1.虹吸滤池一、虹吸滤池的构造及工作原理 滤池的进水和冲洗水的排除都由虹吸管完成，所以叫虹吸滤池。虹吸管的运行用真空系统控制。 虹吸滤池过滤时，由于滤后水位永远高于滤层，保持正水头过滤，所以不会发生负水头现象

10、。每个单元的滤池水位，由于通过滤层的水头损失不同而不同。 虹吸滤池因为低水头冲洗，因此要采用小阻力配水。二、虹吸滤池设计要点 1.虹吸滤池的设计v、滤料组成、冲洗强度等与普通快滤池相同，这里仅讨论几个特殊问题。 2.滤池分格数： 为满足滤池冲洗要求，滤池分格数应满足以下条件： v F ( n - 1 ) 3.6 q F q 冲洗强度L/m2S； F单格滤池面积m2； v设计滤速m/h, n滤池分格数。 通常滤池分格数68格，成组设计，每个水厂最少有两组滤池。 虹吸滤池不需要冲洗水塔或冲洗水泵,因各格滤池底部空间通过连通渠相互沟通,当一格冲洗时,所需冲洗水由其他数格滤池的过滤水通过连通渠源源不断

11、地供给,所以,必须成组设置,单格滤池不能单独生产. 通常,分格数6 8格,成组设计,每个水厂最少有两组滤池.3.滤池高度： H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7+H8式中: H1池底部集水空间高度,一般取0.3 m ; H2 小阻力配水系统高度(豆石绿板0.10.2m) ; H3 滤层厚度 ; H4 冲洗时滤料膨胀高度H4=H3e % ; H5 冲洗排水槽总高度(净高+底版厚约0.1m) ; H6 出水堰与排水槽顶高差,(既冲洗水头1.0 1.2 m) ; H7 最大过滤水头(1.5 2.0 m) ; H8 滤池保护高(0.1 0.3 m) ; 由此可看出,虹吸滤池深度较普通快滤池大的多,一般在5m左右.4.虹吸管计算 先给定滤速v,不低于0.5 1.0 m/s,太小气泡不能顺利排出,v过大虹吸破坏不了,因气被带走,而应推算虹吸水位差. 也可根据水位差推求虹吸管端面尺寸.三 、虹吸滤池的优缺点优点: 1.不需要大型闸门及相应的电动或水力等控制设备; 2.不需要设置冲洗水箱或冲洗水泵; 3.