【清华大学】水环境处理讲义 NO 6

省部重点实验室

2012/01/06

私聊

水质检测

第六章过滤
第1节概述

一、慢滤池

· 滤速慢：V＝0.1-0.3 m/h

· 表面生长一层滤膜（1－2个星期后）

效果：浊度可降到0，可不消毒。

机理：微生物吞食细菌

微生物分泌出起凝聚作用的酶

藻类产生氧气，起氧化作用。

但生产效率低，1－3月后堵塞，需刮掉滤膜，重新补砂。

二、快滤池及其机理

条件：滤速大于10 m/h

必须先投加混凝剂

作用：去除浊度，浊度<5度，同时可去除一部分细菌、病毒

机理：表层细砂层粒径为0.5mm，滤料孔隙率为80um，但进入滤池的颗粒尺寸大部分小于30um，但仍能被去除。

不光是简单的机械筛滤，还有接触粘附的作用。主要有两个过程：迁移和粘附

应用：

•给水处理

原水－混凝沉淀/澄清－过滤

原水－微絮凝－过滤（微絮凝过滤）

原水－加药－过滤（接触过滤）

•废水处理

原水－生物处理－过滤

第2节普通快滤池构造与工作特点

一、普通快滤池的构造

组成：集水渠

洗砂排水渠

滤料层

承托层

配水系统

管廊：浑水进水管

清水出水管

初滤水

冲洗来水

冲洗排水

四大阀门（至少）

过滤过程：最大过滤水头损失1.5－2m

工作周期：过滤开始－冲洗结束＝12－24h

二、过滤方式

1．变水头等速过滤

随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失的增加，滤池内水位自动上升，自由进流，以保持过滤速度不变。

――――虹吸滤池、无阀滤池

2．等水头等速过滤

通过设置出水流速调节器，

――普通快滤池

3．等水头变速过滤

如果过滤水头始终保持不变，滤速必然要降低。

――移动罩滤池

多格滤池进水渠连通，各池的水位和总水头损失相等，但滤速v不等，主要是因为截污量不同。干净滤料滤速大。

整个系统平均滤速不变。但每个滤池滤速逐渐下降。

三、滤层内杂质分布规律

滤料表层孔隙率较小。杂质主要截留在滤料表层。下部滤层的截污能力还未得到充分发挥，由于水头损失的提高，过滤就得停止，导致滤料层截污能力低。

四、提高滤池截污能力的途径

改进方向：

提高滤层含污能力，延长过滤周期。

1) 上向流

2) 双向流

3）双层或多层滤料

4〕均质滤料

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第1楼2012/01/06

第3节滤料与承托层

一、滤料

1．种类

石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石

聚苯乙烯发泡塑料

纤维球滤料

2．粒状滤料的粒径与级配

粒径：假想球面直径

级配曲线：各种粒径的颗粒所占重量比例的累积曲线。

·有效粒径和不均匀系数

d₁₀和d₈₀：分别通过滤料重量10％和80％的筛孔孔径

不均匀系数K₈₀＝d₈₀/d₁₀

d₁₀反映了产生水头损失的主要部分。

K₈₀愈大，颗粒愈不均匀，孔隙率下降，含污能力降低，反冲洗强度不好确定。

· 最大与最小粒径：dmax, dmin

工程上为方便，一般dmin»d₁₀, dmax»d₈₀

我国规范中，采用dmax, dmin, K₈₀来控制滤料粒径分布。

· 滤料筛选方法

可以按要求设计d₁₀和d₈₀

3．滤料层规格

材质、粒径和厚度

粒径：小，比表面积大，有利于矾花的吸附但易堵塞

厚度：矾花穿透深度＋保护厚度

穿透深度与粒径、滤速及水的混凝效果有关

（大）（大）（高）（差）

类别	滤料组成			滤速(m/h)	强制滤速(m/h)
类别	粒径(mm)	不均匀系数K80	厚度(mm)	滤速(m/h)	强制滤速(m/h)
单层石英砂滤料	dmax＝1.2 dmin＝0.5	<2.0	700	8-10	10-14
双层滤料	无烟煤 dmax＝1.8 dmin＝0.8 石英砂 dmax＝1.2 dmin＝0.5	<2.0 <2.0	300-400 400	10-14	14-18
三层滤料	无烟煤 dmax＝1.6 dmin＝0.8 石英砂 dmax＝0.8 dmin＝0.5 重质矿石 dmax＝0.5 dmin＝0.25	<1. 7 <1. 5 <1.7	450 230 70	18-20	20-25

二、承托层

作用：阻挡滤料进入配水系统

均匀配水（反冲洗时）

主要配合大阻力配水系统而使用。

第4节配水系统与反冲洗

一、配水系统的不均匀性

配水系统的目的：均匀分布反冲洗水

均匀收集过滤水

配水不均匀会造成：1）部分区域水量小，冲洗不净

2）部分区域水量大，冲动垫层

配水不均匀原因：

a点的冲洗水头Hx：

Hx＝S1_a(q_aDa)²+S2(Daq_a)² +S3(Daq_a)² + S4(Daq_a)²＋流速水头

S1：配水系统的阻力系数

S2：孔眼出水的阻力系数

S3：承托层的阻力系数

S4：滤料层的阻力系数

q：冲洗强度 (L/(s m²))

同样对于b点而言

Hx＝S1_b(Dbq_b)²+S2(Dbq_b)² +S3(Dbq_b)² + S4(Dbq_b)²＋流速水头

q_最小/q_最大³0.95-------达到均匀

两种途径：1）增大孔眼出水水力阻抗

2）降低配水系统水力阻抗

二、配水系统类型

1．大阻力配水系统

使孔眼的水力阻力远远大于其它部分的水力阻力――增加孔眼流速（5－6m/s）

\配水孔眼面积为滤池面积的1/500

开孔比小＝0.2－0.25%

特点：工作可靠、采用最广、冲洗干净

但冲洗水头要求高，需冲洗水箱或水泵

一般为穿孔管大阻力配水系统。

2．小阻力配水系统

减少配水系统阻抗S1®增大配水空间®配水系统流速降低®使孔眼处的压力接近®相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5%。

特点：配水系统结构简单，冲洗水头小（2m左右）

适应于面积小的滤池，其均匀性取决于开孔比

钢筋混凝土穿孔板：

板上铺设一层或两层尼龙网。

造价低，孔口不易堵，配水均匀性好，强度高，耐腐蚀

但尼龙网接缝应接好，有时可铺一层卵石。

穿孔滤砖：

开孔比，上层1.07％，下层0.7%

下层连通起配水渠的作用，上层不连通。钢筋混凝土或陶瓷制成。

由于滤砖整体性，反冲时不易上浮，所需承托层厚度不大，配水均匀性较好，但价格高。

复合气水反冲洗滤砖：

可单独用于水反冲，也可用于气水反冲洗。上层开孔比：0.5-0.8%，斜面开孔比：1.2-1.5%。一般可用ABS工程塑料制成。加工精度易控制，安装方便，配水均匀性好，但价格高。

滤头：短柄滤头用于单独水冲洗滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。

三、反冲洗

恢复过滤能力

1．反冲洗方式

1) 高速水流反冲洗

2) 气、水反冲洗

气冲强度：10－20 L/m² s

水冲强度：3－4L/m² s

3) 表面辅冲加高速水流反冲洗

2．反冲洗影响因素

冲洗强度：L/(s m²)

滤层膨胀度：e

冲洗强度大® e大 ® 剪切力增大® 但摩擦减少

因此应有一个要求。

滤层

冲洗强度(L/s m2)

膨胀度（％）

冲洗时间（min）

石英砂滤料

双层滤料

三层滤料

12－15

13－16

16－17

7－5

8－6

7－5

3．冲洗水排出与供给

1）冲洗排水槽与集水槽

排水槽：均匀排水，中心间距：1.5-2.2m, 槽总面积占滤池面积的25％以内。

2）冲洗水塔与水泵

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第2楼2012/01/06

第5节其它过滤设备

改进普通快滤池的操作方式

一、虹吸滤池

1960年初美 Green Leaf 圆形六格

1964年北京市政院第1座，北京印染厂圆形七格

1977年北京市政院标准图

1．构造及工作原理

最大水头损失：1.5－2.0m

冲洗水头＝清水槽水位－冲洗排水槽顶，1.0－1.2m

2．特点

利用虹吸原理进水和排走洗砂水――节省了两个阀门

小阻力配水系统――不用冲洗水泵或水箱，可用滤池本身的出水冲洗

变水头等速过滤――不需设置滤速调节器

滤过水头高于滤层――正水头过滤

易于自动化控制

但池深大，冲洗效果不够理想，单池面积不宜大

适用于中小水厂，造价比普快滤池低20－30％。

3．滤池分格数

满足冲洗要求

n³3.6 q/v

q：冲洗强度（L/(s m2)）

Q：每格滤池过滤流量（L/s）

F：单格滤池面积（m2）

n：一组滤池分格数

v = 8 – 12 m/h

n> 5- 7

二、其它滤池

1. 重力式无阀滤池

自动运行、操作方便

结构简单、造价低30－50％

小阻力配水系统，冲洗水由上部水箱供给

但高度大，冲洗时进水被带走一部分

有顶盖，装卸滤料不变，观察不到过滤情况。

2.移动罩冲洗滤池

反冲洗来自其它格的滤过水―――与虹吸滤池相同

移动冲洗罩――与无阀滤池相同

分格数不小于8

3.压力滤池

最大允许水头损失：5-6m

三、过滤技术的新发展

1．非粒状的新型滤料研究活跃

纤维球滤料、纤毛型滤料、纤维束状滤料

――提高滤床滤速，增大截污能力，扩大应用范围

2．过滤装置朝自动化、管理容易、智能型方向发展