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1、上次课程的要点回顾n一 过滤基本机理n1 迁移n2 黏附n二 滤料的基本要求n三 滤料的基本性能和参数n1 平均粒径和比重n2 球度系数n3 孔隙率n4 比表面积过滤基本理论一、过滤的机理水的过滤可视为一种“物理化学”过程，使水通过颗粒物料滤床，分离出水 中的悬浮杂质和胶体杂质。水充满在滤池滤料的空隙内，杂质被吸附在颗粒的表 面或被截留在空隙中。从而获得澄清的过程。过滤的机理主要包含迁移和粘附两 个机理。1.颗粒迁移在滤料层孔隙中随水流动的小颗粒在拦截、重力沉降、惯性、扩散、水动力等 作用下与滤料颗粒的表面进行接触。2.颗粒粘附当颗粒迁移到滤料表面，在各种物化、生物作用下，被粘附于滤料的颗粒或
2、已 经被截留在滤料孔隙内的颗粒表面上。二、过滤的几个基本概念1.滤层的含污能力在一个过滤周期内，单位体积滤料中所截留的杂质。过滤的几个基本概念1.滤层的含污能力在一个过滤周期内，单位体积滤料中所截留的杂质。2 反粒度过滤使滤料粒径沿进水水流方向逐渐减小，使滤层中截留的杂质分布更趋于均匀，含污能力大大提高。3 理想滤层概念：沿着过滤的水流方向，滤层中滤料的粒径是从大到小递减的，那么沿水流方向滤料 颗粒间的孔隙也是从大到小递减的。这样，一方面使进入滤池的水先接触到的那部分 滤层能够比后接触到的那部分滤层多容纳悬浮固体，另一方面使这部分本来较大的孔 隙，在容纳更多的悬浮固体后，仍然保留了一定的孔隙大
3、小，允许水中的悬浮物进入 滤层的内部，从而在过滤的水头损失达到最大允许值的时候，整个滤层的截留悬浮固 体的能力都得到充分地利用。 基本概念n4 滤料的粒径级配n滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。n不均匀系数：K80过滤池的发展历史n最早的过滤设备是一种横向水流的滤池，后来才发展为 竖向水流的，即慢滤池。其运行有两个特点：一是过滤 的水流速度很慢，其滤速为0.1-0.3m/h，另一个是在过 滤的初期存在一个称为成熟期的时间，新建的慢滤池要 运转1-2周后，才能出现清亮的过滤水，在滤层表面形 成一层滤膜，滤膜发挥着对水的净化作用。在慢滤池运 行的过程中，一般慢滤池在运行2-3个月后，须停止滤 水，
4、并把滤层表面2-3cm的砂刮掉，刮砂后的慢滤池又 需经过23天的成熟期。n缺点：滤速太慢、占地面积太大，建造费用大 过滤池的发展历史n1885年，美国人研究发明了快滤池，并于1909年建立了第一座快 滤池。其滤料与慢滤池基本相同，有效粒径约为0.351.00mm， 滤层厚度约为7090cm，滤速约为5-10m/h。n快滤池必须解决两个问题：n1 在高速水流条件下，如何让水中悬浮固体粘在滤料表面上？n解决办法：向原水中投加混凝剂，使水中悬浮固体脱稳后再经过 滤池过滤，脱稳后的悬浮固体极易被滤料表面吸附截留。n2 如何清除在数小时甚至数十小时内，滤层中所截留的大量悬浮 固体。快滤池的净化机理是利用
5、滤料与脱稳粒子的相互作用来净 化水质？n解决办法：快滤池过滤一段时间后，截留在滤料表面的浊质增加 ，使得过滤后水质不能达到出水水质要求，这时快滤池采用反冲 洗的办法，使滤层膨胀或稍有膨胀，滤料在水力的剪切作用下或 滤料之间的相互碰撞，从而使被截留的浊质被剥落，滤料得以清 洗干净。所以，反冲洗是快滤池构造定性的一项关键技术。第二节 水处理常用滤料1）石英砂(sand filter medium)滤料基本参数：粒径dmin=0.5mm， dmax=1.2mm，K80950mm,一般在10001500mm；设计滤速v=815m/h；反冲洗：先气冲12min，再气水同时冲34min，最 后水冲34mi
6、n；气冲强度1317L/（sm2），气水同时冲时水冲洗强 度34.5L/（sm2），最后水冲强度1.42.3L/（sm2） 。均质滤料层的纳污能力大，可增加过滤周期。正在进行冲洗的均质滤料滤池4）纤维球(fibreball)滤料n 日本最早由尤尼卡公司开发出纤维 球滤料，在由该材料组成的滤层中，机 械筛滤、沉淀和接触絮凝作用都可以得 到充分发挥，因此纤维球滤料具有滤速 高、水头损失小、滤层截污量大、周期 长、操作简便等优点。国内清华大学环 境工程研究所研制的国产纤维球滤料， 是由丝径为20-80微米左右的聚酯纤维 丝制成的。将其应用于工业给水和废水 处理领域后，在某些处理效果上优于天 然石英砂
7、。并且，和日本纤维球相比， 国产纤维球滤层具有柔性可压缩的特点 。因此，在进行过滤时，国产纤维球滤 层从上到下逐渐压实，滤层孔隙和比表 面积从上到下逐渐减小，更近似一种理 想滤料。而日本纤维球属于刚性不可压 缩的材料，不具备这样的功能。日本纤维球滤料清华产纤维球滤料工程实例： 纤维球与石英砂滤柱过滤出水的试验结果滤料型号纤维球滤料石英砂滤料周期编号1234567滤速(m/h)30302010101010周期(h)2.753.04.514.53.254.52.5产水量(m3/m2)82.590.090.0145. 032.545.025.0进水SS(mg/l)38.320.032.726.030
8、.421.133.2出水SS(mg/l)4.90.43.74.15.42.13.4去除率(%)87988984829090起始滤阻(cm. H2O)6.98.96.93.020.220.018.5终止滤阻(cm. H2O)157. 0141. 4149.5150. 0147. 0150. 8166. 5截泥量(kg/m3滤 料)2.761.762.613.181.131.191.045）核桃壳滤料 n 核桃壳滤料具有亲水性好、抗油浸、吸附 截污能力强（吸附率2759）、除油率高（ 8590）、耐磨性好、硬度高、抗压能力强 等良好性能，因此对采油废水可实现高速（ 2030m/h）的过滤处理，而较
9、低的颗粒密度， 易于进行水力反冲，且所需的反冲洗强度较低 ；核桃壳滤料在进行必要的脱脂处理和化学处 理后，可具有相当好的化学稳定性(不易在酸碱 溶液中溶解、耐腐蚀)。6）瓷砂滤料n 瓷砂滤料是一种新型人工滤料。它是以优 质高岭土为原料，掺合一定的成孔剂、粘合剂 和发泡剂，经过炼泥、陈腐、成型、干燥、烧 成等工艺生产而成的一种球型均质滤料，表面 坚硬，外观白色，内部多微孔。瓷砂滤料的微孔结构瓷砂滤料的表观结构三、承托层承托层一般采用 天然鹅卵石或砾石，其作用是防止滤料 流失及均匀布水。 规格： 粒径：2-4mm；厚度：100mm4-8mm；厚度：100mm8-16mm；厚度：100mm16-32
10、mm；厚度：至少应高于配水系统孔眼的 100mm第三节 滤层工作方式 n1 传统下向流过滤n 目前普通快滤池、虹吸滤料、无阀滤池、“V”型滤池等 多种形式的滤池均采用下向流过滤。n过滤形式：待滤水从滤床的表层细滤料进待滤水从滤床的表层细滤料进 ，从底层粗滤料出。反冲洗时，从底层粗滤料出。反冲洗时 ，向上流动的水流速度足以把，向上流动的水流速度足以把 滤层托起来，使砂砾处于悬浮滤层托起来，使砂砾处于悬浮 状态。处于悬浮状态的砂砾就状态。处于悬浮状态的砂砾就 会自动的重新按小颗粒在上大会自动的重新按小颗粒在上大 颗粒在下的顺序排列，这称为颗粒在下的顺序排列，这称为 水力分级现象。冲洗完毕后，水力分
11、级现象。冲洗完毕后， 在沿滤层的厚度方向上，滤料在沿滤层的厚度方向上，滤料 是按从小到大的顺序排列的。是按从小到大的顺序排列的。过滤特点n 这种分级作用，使下向流过滤存在弊端。表层细 滤料粒径小，由它们所组成的滤层孔隙直径亦小，待 滤水中粒径大的悬浮物就先被表层细滤料所截留。由 于表层细滤料孔隙直径小，很快就被悬浮物堵塞，整 个滤床水头损失上升很快。表层细滤料截污量越来越 多，待滤水中的杂质大量移向下层粗滤料。由于滤料 粗，孔隙直径大，细小的杂质很难被其截留，故滤后 水浊度逐渐升高。当表层细滤料截污达到饱和，大量 杂质穿透整个滤床时出水水质恶化，此时水头损失也 达到了期终水头损失值，一个过滤周
12、期结束。2 上向流过滤反粒度过滤理论认为，为了改善水质又充分发挥 整个滤床的截污作用，待滤水应该是先粗后细的过滤 方式。上向流过滤就是对这一理论的应用。上向流过滤有一个明显上向流过滤有一个明显 的优点，可以用单一滤料实的优点，可以用单一滤料实 现从粗到细的过滤。沿着向现从粗到细的过滤。沿着向 上过滤的方向无论是孔隙空上过滤的方向无论是孔隙空 间还是颗粒尺寸，均为从粗间还是颗粒尺寸，均为从粗 到细的级配。相同方向上的到细的级配。相同方向上的 反冲洗的水力分级又会使滤反冲洗的水力分级又会使滤 料按从小到大的顺序排列。料按从小到大的顺序排列。上向流过滤的弊端n 当水头损失大于某给定高度，并超过了该
13、高度以上的滤床重量时，滤床就会上腾或部分 滤料流失，从而使以前已截除的悬浮杂质逸入 出水中。前苏联的滤床深1.8m，以期尽量减少 滤床的上腾范围；美国在表层细滤料上放置一 套平行板或一块金属网来解决滤床膨胀问题， 但给反冲洗带来不便。3 双向流过滤 n 双向流是上向流的改造形式，用池中的分 流来试图截住向上流的那部分滤床，办法是在 上向流滤床上面加一个向下流的滤床。采用双 向流过滤的滤池由前苏联研制，又叫AKX滤池 。双向流滤池最主双向流滤池最主 要的特点是，顶部与要的特点是，顶部与 底部两半都是完全独底部两半都是完全独 立的两个滤池，其容立的两个滤池，其容 量相等，从而在结构量相等，从而在结
14、构 上和排水系统上都得上和排水系统上都得 到某些节省。到某些节省。双向流过滤的缺陷n 双向流滤池存在一个固有的局限性，使它不能用 来作为生产出水质量高的设备。对于单一滤料的双向 流滤池，它的最细滤料放在处于上半部的下向流滤池 滤床的顶部，上半部就构成了一个快滤池或表面式过 滤池，其滤出水最好也不会超过普通快滤池的水质； 而处于下半部的是粒径由粗到细的反粒度过滤池，其 最细滤料的粒径也比普通快滤池中有效应用的最细滤 料粒径还要粗，因为没有由一定粒度的细滤料所组成 的水质保护层，显然滤出的水比上部普通快滤池出水 水质还要差。4 辐射流过滤n辐射流过滤装置中，水由圆筒形滤料层的中心水平向周 围放射性
15、流动，并在周边排出，沿流向其滤速与半径成 反比，且滤速在流入处最大，向四周逐渐减小，在流出 处最小。滤速大时，悬浮物达到的深度也大。所以在滤 速沿滤层逐渐减速小的滤池中，悬浮物的截留深度也将 增大，从而使整个滤层发挥作用。n特点：截留杂质沿流向分布趋于均匀，过滤水头损失的 增长会减慢，工作周期可以延长。同时，经内周滤层除 去了大部分杂质的悬浮液，通过外周滤层时，以更低的 滤速进行最后精滤可以得到良好的水质。（1）外向型辐射流nA 外向辐射流过滤中，杂质去除基本上集中在表 层至多14厘米以内，比普通下向流的穿透深度还 低，这意味着它实际上将很快地产生表层阻塞。 B 外向辐射流依靠增加水动力能量消
16、耗来迫使杂 质向滤层深处穿透并不经济。（2）收敛流过滤n是基于过滤截留杂质的自然趋势主要是表层作 用的原理而出现的一种新的过滤方式。它是指 过滤水由外向内横向水平收敛式地流过滤床进 行过滤。这种水流方式增大了滤池的过滤进水 表面面积，使环绕周边的表层滤料充分发挥了 过滤作用，提高了过滤效率。n收敛流滤池便于安装使用和节约占地，可用于 煤矿、村镇、工厂的给水和废水处理。 课外作业n 居住在美国佛罗里达州Tampa Bay的 Tommy一家喝到的水带有一股藻腥味， 当他们移居到加州后，发现所喝到的饮 用水中藻腥味消失了。据了解，加州自 来水厂多采用双层滤料滤池，而佛州则 多为单层石英砂滤池。假设这两地水源 均取自山间地表水，试运用今天所学知 识来解释上述现象。4 高分子聚合物对过滤过程的影响 n 1968年，Tuepker和Buescher研究发现聚电解质 (0.003mg/l)可明显改善常规过滤出水水
