过滤工艺介绍课件

过滤工艺介绍采用过滤的条件二级出水经混凝沉淀工艺之后，仍含有部分颗粒物质及磷等污染物，如进一步将其去除，应采用过滤工艺。过滤的定义将污水均匀而缓慢地通过一层或几层滤料，去除其中污染物的工艺，称之为过滤。在污水深度处理系统中，过滤工艺可去除前级生物处理工艺及混凝沉淀工艺都不能去除的一些细小悬浮颗粒及胶体颗粒，因而使污水中的SS、浊度、BOD5、COD、磷、重金属、细菌及病毒的浓度进一步降低。混凝沉淀工艺+过滤的水质SS＜5mg／LBOD5＜8mmg／LCOD＜20—35mg／LNH3—N<15—30mg／LTP<0.2mg／L直接过滤工艺和微絮凝过滤直接过滤工艺:二级出水也可以不经过混凝沉淀而进行直接过滤，称为直接过滤工艺。微絮凝过滤:在过滤前加入少量混凝剂作助滤剂，提高过滤效果，此时称为微絮凝过滤。直接过滤和微絮凝过滤的出水水质略低于混凝沉淀过滤工艺的，但可降低基建费用和运行成本。国外已建的污水回用工程中，绝大部分采用直接过滤或微絮凝过滤工艺，因其出水已满足大部分的回用要求。总之，过滤是污水深度处理必不可少的处理单元，它既可以作为深度处理流程中的主要处理环节，也可以作为最后一个处理单元，起把关作用。过滤工艺原理及过程过滤的机理污水流过滤料，其中污染物颗粒被去除，主要由于以下几种作用：1)筛浊作用滤料是由大小不同的砂粒组成的，砂粒之间的空隙就像一个筛子。污水中比孔径大的杂质很自然地会被滤料筛除，从而与污水分离。2)沉淀作用如果把滤料抽象成一个层层叠起来的沉淀池，则该沉淀池的表面积是非常巨大的，污水中的部分颗粒会沉淀到滤料颗粒的表面上而被去除。3)接触吸附作用由于滤料的表面积是非常大的，如此大的表面积必然存在较强的吸附能力，因而可以将滤料颗粒看成是吸附介质，污水在滤层孔径中曲折流动时，杂质颗粒与滤料有着非常多的接触机会，因而会被吸附到滤料颗粒表面，从污水中去除。被吸附的杂质颗粒一部分可能会由于水流而被剥离，但它马上又会被下层的滤料所吸附截留。除以上三种作用外，还有扩散作用等多种作用，因而过滤工艺去除污染物颗粒的过程，不单只是“滤”，实际上是多种物理化学作用的综合结果。滤池的种类

慢滤池:过滤速度0.1-0.2m／h滤速快滤池:滤速5m/h之上目前实际采用的都是快滤池，因为慢滤池虽然出水水质好，但其处理能力太小，实际中已很少采用。快滤池分类滤料的分层结构单层滤料滤池双层滤料滤池三层滤料滤池按照控制方式

普通快滤池虹吸滤池移动罩滤池按照进水工作方式重力式滤池压力式滤池原则上讲，各种滤池均适于污水的深度处理；但实际采用较多的为单层填料的普通快滤池。日本的很多处理厂大都直接在二沉出水后，串联一个简单的砂滤池，获得污水的深度处理。3滤料和承托层滤料：滤池内的过滤材料，它是承担过滤功能的主要部分，其质量的好坏直接决定其出水水质。常用的滤料石英砂和无烟煤滤料，但目前泡沫塑料珠、陶粒、磁铁矿、石榴石、炉渣、纤维球等各种滤料也都有较广泛的采用。滤料必须具备的特点1)足够的机械强度。2)足够的化学稳定性。3)适当的粒径级配。在实际运行中.一般用粒径范围表示滤料粒径的大小，用不均匀系数表示滤料的均匀程度。粒径范围：系指滤料中最小颗粒的粒径与最大颗粒之间的范围。例如，要求石英砂滤料的粒径范围为0.5—1.2mm时.可以用两个筛子来筛分出所要求的粒径范围的滤料。取一个筛子的孔径为0.5mm，另一个为1.2mm，夹在两个筛子中间的滤料的粒径范围即为0.5—1.2mm。不均匀系数（K80

）：是指通过滤料样品重量80％的筛孔孔径与通过同一样品重量的10％的筛孔孔径之比，常用用K80来表示。有效孔径：d80为通过滤料样品重量80％的筛于的孔径(m)；d10为通过滤料样品重量的10％的筛子的孔径(m)，d10也叫有效孔径。滤料的另外一个指标是滤层厚度。滤层的厚度取决于水质、滤料种类以及滤料的级配等因素。单层滤料滤池对于单层滤料滤池，经水力反冲洗，会使砂层的粒径分布随水流自上而下逐渐增大，因为小粒径的细滤料均被浮选至最上层。上部滤料空隙小，孔隙率低，污水经过滤料时，污染物颗粒基本被截留在最上层，使下部滤料不能发挥过滤作用，因而工作周期必然缩短。解决途径一是采用上向流滤池，如移动床滤料滤池；二是采用均匀滤料，如泡沫塑料珠等人工滤料；三是采用双层滤料，在砂层之上加一层无烟煤滤料即组成双层滤料。虽然无烟煤滤料的粒径较石英砂大，但由于其密度较石英砂小，经反冲洗之后，仍能被浮选至砂层之上。虽然煤层和砂层内部仍是粒径自上而下由小到大，但污水必须先经过大粒径的无烟煤层，再经过小粒径的砂层。从总体上看是粒径沿水流方向由大到小。双层滤料采双层滤料，一是可提高滤速，二是可延长过滤周期。三层滤料系在双层滤料之下，增加了一层密度较大而粒径较小的滤料(如石榴石、磁铁矿等)。最下层的滤料虽然粒径小，但由于密度较大，反冲洗时会留在砂层之下。这样，污水先经过大粒径的无烟煤滤料，再经过小粒径的砂滤层，最后经过更小粒径的滤层。三层滤料较双层滤料的滤速将进一步增大，过滤周期进一步延长。在污水深度处理的过滤工艺中，最初采用的滤料绝大部分类似于给水处理中的滤料，其粒径级配如表所示。实践和研究发现，以上滤料级配不适于污水深度处理。其主要原因是二级出水中的颗粒物质主要为微生物有机体及其分泌物，粘性极大，污染物颗粒穿透滤层的深度有限，绝大部分被截留在表层，造成水头损失在短时间内剧增，其结果是既降低了污水处理量，又缩短了过滤周期。对于双层滤料来说，由于污水中粘性有机物质的影响，煤和砂的掺混非常严重，在煤层和砂层之间形成了一个特殊的掺混层，小粒径的砂填进了大粒径的煤粒中，且其空隙被粘性有机物塞满。这一特殊的掺混层也会使水头损失在短时间内剧增。现在较一致的意见是，污水深度处理中的过滤应采用大粒径深层滤料，且应尽量均匀，因为增大粒径，可促进深层过滤，从而提高污水处理量并延长工作周期，而使滤料均匀，可避免过渡分级。研究发现，滤料粒径从lmm增加到2mm，滤速可由5m／h提高至l0m／h。当采用石英砂单层滤料时，最好采用以下级配和深度采用无烟煤滤料时.最好采用以下级配纤维球滤料另外，纤维球滤料在污水深度处理中也日益受到重视。该种滤料系用涤纶纤维短丝结扎而成的软性小球，由于其可压缩性，在过滤过程中，由于水流阻力而产生压缩，使空隙沿水流方向逐渐变小，因而可实现较理想的深层过滤。与石英砂或无烟煤等滤料相比，纤维球滤料具有更高的滤速，且截泥量大，工作周期长。但该种滤料由于价格昂贵，其广泛应用在一定程度上受到限制。在滤料底部一般铺有一层由大颗粒材料组成的承托层的作用一是防止滤料进入底部配水系统造成流失；二是保证反冲洗配水均匀。对承托层的材料一般有两个基本要求：一是在最大强度的反冲洗时，不能松动；二是孔隙要尽量均匀，以便配水均匀。常用的承托材料为天然卵石或碎石，有时也用大粒径的粗砂。承托材料的粒径大小具体取决于滤料的粒径及反冲洗配水形式。4.冲洗系统滤池工作一段时间之后，滤料截留的污染物质趋于最大容量，此时如仍继续工作，将失去过滤效果。因此，滤池工作一段时间之后，要定期进行冲洗。滤池冲洗主要方法1)反冲洗，是冲洗的主要方法。

2)反冲洗加表面冲洗。表面冲洗系在滤料上层表面设置喷头，对膨胀起来的表层滤料进行强制冲洗。按照冲洗水管路的配水形式，表面冲洗有旋转管式表面冲洗和固定管式表面冲洗两种。

3)反冲洗辅以空气冲洗，常称为气水反冲洗气水反冲洗常用于粗滤料的冲洗，因粗滤料要求的冲洗强度很大，如果进行单纯反冲洗，用水量会很大。同时还会延长反冲洗历时。实践证明，污水深度处理中的过滤，必须采用气水反冲洗。这一方面是因为滤料的粒径普遍较大，另一方面是由于污水中的有机物与滤料粘附较紧，要求较高的冲洗强度方可见效。

要保证有效冲洗，就必须有合理的配水系统保证配水均匀。如果配水不均匀，在配水量小的部位冲洗不干净，在配水量大的部位又会扰动承托层，导致滤料流失。常用配水系统有大阻力配水和小阻力配水两类。大阻力配水系统系在滤料底部均匀布置多排穿孔管，冲洗水自穿孔管的孔口以较高速度流出，喷向滤料。水自孔口喷出的流速一般应保持在5—6m／s，这样可增大孔口阻力，使承托层和滤料层的阻力占系统总阻力的比例降至很低，从而减小了承托层和滤料层由于阻力不均匀造成的对配水均匀性的影响。小阻力配水系统小阻力配水系统系在滤料底部设一空间，冲洗水进入该空间之后，得到缓冲，以极低的流速流向滤料。由于水的流速低，承托层和滤料的阻力也很小，同样也使承托层和滤料层由于阻力不均匀造成的对配水均匀性的影响减至最小。反冲洗水一般采用滤池正常工作时的出水，供水方式有塔式供水和泵式供水两种。实际常用的为泵式供水，即直接用泵抽水对滤池进行反冲洗。关于反冲洗的几个概念冲洗强度冲洗强度系单位表面积的滤料在单位时间内消耗的冲洗水量，常用q表示，单位为L／(m2s)，用下式计算：

Q=Q/A

式中，Q为冲洗水量(L／s)；A为滤料的表面积(m2)。冲洗历时冲洗历时，即冲洗所持续的时间t。冲洗强度q和冲洗历时t的关系

冲洗强度q和冲洗历时t决定了每次冲洗的用水量。冲洗频率取决于滤池的过滤周期与水质及滤料等因素。当冲洗强度、冲洗历时和冲洗频率确定以后，总冲洗用水量即可确定。对于污水深度处理来说，反冲洗水量一般占过滤处理水量的3—6％，具体取决于水质及滤料等因素。美国的回用水厂在运行管理中一般控制在5％以内，当超过5％时，即寻找异常的原因。滤层膨胀率滤层膨胀率，系指反冲洗时，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比，常用e(％)表示.即e=（L-Lo）/Lo100%式中，Lo为滤层膨胀前的厚度(m)；L为滤层膨胀后的厚度(m)。

膨胀率e与反冲洗强度及滤料的种类和粒径有关。对于一定种类和粒径的滤料来说，e与q成正比，即冲洗强度越大，膨胀率也越大。在给水处理中，往往要求冲洗时要保证一定的膨胀率，例如要求在30一40％之间。但在污水深度处理中，过高的膨胀率不一定有较好的冲洗效果，原因如前所述，活性生物体有机物与滤料吸附较紧，当膨胀率较高时，这些有机物会牢牢地粘在滤料表面与滤料一起膨胀与下降，起不到冲洗效果。相反，将膨胀率控制在10％以下，使滤料处于微膨胀状态，则可使滤料颗粒之间增加相互挤撞磨擦的机会，使其表面粘附的有机物去除，这也是污水深度过滤必须采用气水反冲洗的原因。采用气水同时反冲洗时，冲洗强度及历时冲洗历时：5—10min采用双层滤料当采用双层滤料时，为防止无烟煤流失，宜先气冲，后水冲，冲洗强度及历时如下普通快滤池的构造及工作程序常用的滤池形式常用的滤池形式有普通快滤池虹吸滤池无阀滤池移动罩式滤池普通快滤池的构造滤池工作一定时问后，水头损失会增加，当增至一定程度时，污水处理量会急剧下降，此时必须停止过滤，进行冲洗。4.2.2工艺控制1.滤速与处理量的控制滤速是滤池单位面积在单位时间内的滤水量，也即滤池液面的下降速度。可用下式计算：υ=Q/A

式中Q为滤水量(m3／h)；A为滤池的过滤面积(m2)。对于某一确定条件下的滤池来说，滤速υ存在最佳值。当滤速太大时，一方面滤池出水水质会降低，另一方面还会使工作周期缩短，冲洗频率增大，导致总冲洗水量的增加；当滤速太小时，一方面会使过滤污水量降低，影响总的处理能力，另一方面由于杂质穿透深度变浅，主要集中在表层，使下层滤料起不到过滤作用。当入流污水水质、滤料粒径级配及滤料深度一定时，其最佳滤速为保证出水要求前提下的最大滤速。最佳滤速与入流污水水质有关系。当入流污水水质恶化、污染物浓度升高时.为保证滤池的出水水质，必须降低滤速。另外，最佳滤速的大小还取决于滤料的粒径与级配。滤料粒径越大，均匀系数d80越小，即滤料越均匀，污染物杂质的穿透深度也就越大，这样可使滤料总的截污能力增大。在保证出水水质的前提下,可使滤速增大。截污能力系指每个工作用期内，单位体积或单位重量的滤料所截留的污染物杂质量(kg／m3或kg／kg)。最佳滤速可用模拟试验确定，但实际试运行中确定最佳滤速也不太困难。开始时，先以低滤速运行，此时出水水质可能较好。然后逐渐提高滤速，出水水质也逐渐降低。当出水水质接近或等于要求的水质时、即为最佳滤速。在实际运行中，有等速过滤和变速过滤两种控制方式，具体取决于滤池的形式。等速过滤

等速过滤:系指过滤的流量或者过滤的滤速在过滤过程中始终保持不变的过滤。虹吸滤池和无阀滤池均属于等速过滤的类型。在等速过滤状态下，随着过滤的进行，滤层的阻力也增加；为了克服增加了的阻力，保持滤速不变，就必须提高滤层之上的液位。变速过滤

变速过滤：系指过滤的流量或者过滤的滤速在过滤过程中逐渐减小的过滤。移动冲洗罩滤池即为变速过滤的类型，普通快滤池既可以等速过滤也可以变速过滤。变速过滤一般需要在滤层上部维持恒定的液位，因而也称之为恒压过滤。无论从工作周期还是出水水质的角度看，变速过滤均优于等速过滤，因变速过滤更符合滤池的内在变化规律。但变速滤池的运行调度较麻烦，因时刻要在每一滤池的滤水量变化与总进水量之间进行平衡。不管是变速过滤还是等速过滤，都须按前述程序确定出最佳滤速。在滤池试运行或大修之后的投运之前，一般应对滤速进行实际测定，确定出该滤池的实际过水能力，以便于运行调度或作为确定最佳滤速的基础。滤速的测定步骤1)将滤池液位控制到正常液位之上少许(如5cm)。2)迅速关闭进水阀，待液位降至正常液位时，立即按下秒表计，记录下降一定的深度所需的时间。3)重复以上过程3—4次。4)计算滤速。例如，液位在2min内下降了50cm，则该滤池的滤速为0.5／120×3600＝15m／h。确定出最佳滤速以后，即可得到每一滤池的最佳污水处理量，用以运行调度。计算如下：

Q=v.A式中.A为滤池的过滤面积(m2)；v为确定的最佳滤速(m/h)。在二级出水的深度处理中，滤速一般控制在10m／h以上。因不同滤料而各异，当采用大粒径过滤时，最高可高达20m／h。工作周期的控制

滤池的工作周期系指开始过滤至需要冲洗所持续的时间。在运行控制中，需要对滤池是否需要冲洗做出判断,此即确定滤池的工作周期。一般有三种办法；当水头损失增至最高允许值时，应开始冲洗，当出水水质降至最低允许值时，应开始冲洗；根据经验，定时冲洗。在实际运行控制中，一般综合运用以上三种方法。滤池经一定时间的运行后，基本已经摸索出了其合适的工作周期。一般情况下，只要确定的工作周期一到，即应开始冲洗，但如果水头损失增至最高允许值或出水水质低于最低允许值，即使工作周期没到，也应提前进行冲洗。合理的工作周期取决于滤速的大小。在滤料粒径级配一定的条件下，如果滤速较大，则工作周期必然缩短。因为滤速大时，污水处理量也就越大，需要由滤池截留的污物量也就越多。虽然滤速增大可使滤料的截污能力略有增大，但毕竟不如由于滤速增大而多带入的污物量多。在一定滤速下，工作周期的长短受污水温度的影响较大。水温低时，水的粘度大、水中的杂质不易与水分离，容易穿透滤层。因而冬季工作周期短，夏季工作周期长。当工作周期很短时，冲洗频率升高，冲洗水量增加，此时可适当降低滤速，延长工作用期并降低冲洗频率。污水深度处理中，滤池的工作周期一般在10一30h，具体因过滤工艺、滤料级配及水质和季节等因素而各异。一般来说，夏季的工作周期可很长，有时高达50h之上，此时应注意适当提高滤速，缩短工作周期，防止滤料上截留的有机物产生厌氧分解。冲洗强度及冲洗历时的控制完成一个工作用期以后，滤池要进行冲洗。在冲洗过程中，滤料颗粒表面的污物主要是靠冲洗水流的剪力以及颗粒之间的摩擦去除的。因此.要保证冲洗效果，必须合理地控制冲洗强度。在给水处理的过滤中，可以利用一些经验公式或半经验公式计算不同温度和不同滤料粒径所需要的冲洗强度。由于污物杂质性质不同，这些公式无法用于污水深度处理。一般来说，比重越大或粒径越大的滤料颗粒，要求的冲洗强度也越大。当污水温度较高时.由于污水的粘度降低，污物不易被冲洗到水中，因而需要较大的冲洗强度。因此，实际运行中，夏季应增大冲洗强度。对于某一确定的滤料来说，存在最佳冲洗强度。冲洗强度太小，滤料膨胀不起来，起不到冲洗效果；反之，如果冲洗强度太大，会使滤层强制过度分级或将表层细滤料冲走，并且浪费冲洗水。在最佳冲洗强度下冲洗，冲洗历时也应合理。历时太短.冲洗不彻底，历时太长.则浪费冲洗水，而且缩短工作周期。最佳冲洗强度及历时可出模拟试验确定。但大多都是在试运行中试验确定。最佳冲洗强度及历时试验程序1)在设计值以下选一冲洗强度。在完成一个工作周期之后，按该强度进行冲洗。冲洗过程中连续观察或测定冲洗水的浊度。2)冲洗开始之后的2min，如果冲洗水的浊度无明显升高，则说明冲洗强度不足，应增大强度。增大强度应逐渐进行，直至冲洗开始的2min内出现浊度剧增的现象。此时的冲洗强度即为最佳强度。3)按最佳冲洗强度进行冲洗，自冲洗开始至冲洗水的浊度不再降低时的时间，即为合理的冲洗时间。如图所示，合理冲洗时间为8min。在污水深度处理的过滤工艺中一般进行气水反冲洗。空气强度和冲洗水强度的试验方法与以上所述相同。4.2.3异常问题的分析及排除现象一：滤层中存有气体，表现为反冲洗时有大量气泡自液面冒出，俗称气阻。气阻可使滤池水头损失增加过快，缩短工作周期。另外，气阻也可能使滤层产生裂缝，产生水流短路，降低出水质量，或导致漏砂。原因及解决对策1)滤池发生滤干后，未倒滤又继续进水。应加强操作管理，一旦出现滤干现象，应先用清水倒滤，使进入滤层中的空气排出后，再继续进水开始过滤。2)当用水塔提供反冲洗水时，如果塔内存水用完，空气会随水夹带进入滤池。对于这种情况，应随时控制塔内水位，及时上水。3)产生“负水头”。当工作周期很长时.滤层上部水深不够，而滤层水头损失较大时，滤层内出现“负水头”，使水中溶解的气体选出。此时应提高滤层上的工作水位。4)滤池内产生厌氧分解。当滤他工作周期太长时，滤料戴留的有机物发生厌氧分解，产生气体。此时应适当缩短工作周期。现象二滤料中结泥球，泥球会阻塞砂层，或产生裂缝原因及解决对策1)冲洗强度不足。此时可增大冲洗强度。2)入流污水污物浓度太高。此时应加强前级处理效果。3)冲洗水配水系统不均匀。此时应检查承托层有无松动，配水穿孔管路是否有损坏，并及时修理。现象三：滤料表层不平，并出现喷口现象。该种情况会导致过滤不均匀，使出水水质降低。原因及解决对策1)滤料凸起时，可能是由于承托层或配水系统堵塞。例如，大阻力配水系统的穿孔管局部极易堵塞，此时应及时停池检查并予以疏通。2)滤料凹下时，可能系由于承托层局部塌陷所致，亦应及时检查并修复。现象四：跑砂漏砂现象。滤池出水中携带砂粒，并由于砂的流失影响正常运行。原因及解决对策1)冲洗强度过大，膨胀率过大或滤料级配不当，反冲洗时均会造成跑砂现象。此时应降低冲洗强度。由于滤料级配不当，则应更换滤料。2)反冲洗水配水不均匀，使承托层松动，可导致漏砂。此对应及时停池检修。3)气阻现象，导致漏砂，应消除气阻，详见现象一。现象五：出水水质下降，不达标。此现象原因复杂；前述现象均可导致出水水水质下降。原因及解决对策1)进水污染物浓度太高。应加强前级工艺的处理效果。2)滤速太大。应降低滤速。3)滤层内产生裂缝，使