《水污染控制工程 教学课件 ppt 作者 孙体昌 娄金生水污染控制工程PPT5-9 第7章 过滤》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水污染控制工程 教学课件 ppt 作者 孙体昌 娄金生水污染控制工程PPT5-9 第7章 过滤（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 过 滤 Filtration,第7章 过 滤,过滤是废水处理的单元操作之一，目的是截留废水中所含的悬浮颗粒，包括胶体粒子、细菌、各种浮游生物、滤过性病毒与漂浮油、乳化油等，进而降低废水的浊度、COD和BOD等。 根据不同的目的，废水处理中过滤的主要作用是： 经化学处理或生物处理后的出水，进一步去除废水中的悬浮颗粒和生物絮体，使出水浊度大幅降低； 进一步降低出水的有机物含量，对重金属、细菌、病毒也有很高的去除率； 去除化学除磷时产生的沉淀； 废水活性炭处理或离子交换之前的预处理，可提高后续处理设施的安全性和处理效率； 进一步去除废水中的污染物质，可减少后续的杀菌消毒费用。 过滤的种类很多
2、，本章仅介绍粒状介质过滤，也称为深层过滤。,第7章 过 滤,7.1深层过滤的工艺过程 7.2普通快滤池的结构 7.3过滤机理 7.4深层过滤水力学特性 7.5影响过滤效果的主要因素 7.5.1悬浮物的影响 7.5.2滤料的性质和滤料层的结构 7.6滤池反冲洗,7.7 其它形式的滤池 7.7.1虹吸滤池 7.7.2无阀滤池 7.7.3均质滤料气、水反冲滤池 7.7.4压力滤池 7.8滤池主要设计指标 7.8.1滤池设计一般要求 7.8.2滤速 7.8.3滤池格数和单格面积 7.8.4冲洗方式和冲洗强度,7.1深层过滤的工艺过程,深层过滤的基本过程是废水由上到下通过一定厚度的，由一定粒度的粒状介质
3、组成的床层，由于粒状介质之间存在大小不同的孔隙，废水中的悬浮物被这些孔隙截留而除去，如图7-1a。 随着过滤过程的进行，孔隙中截留的污染物越来越多，到一定程度时过滤不能进行，需要进行反洗，目的是去除截留在介质中的污染物。反洗的过程是通过上升水流的作用使滤料呈悬浮状态，滤料间的孔隙变大，污染物随水流带走，如图7-1b。反洗完成后再进行过滤。 所以深层过滤过程是间断进行的。,图7-1 深层过滤过程示意图,a）过滤过程,b）反洗过程,粒状介质过滤是在滤池中完成的，普通快滤池的结构如图7-2所示，以此为例介绍快滤池的工作过程。 普通快滤池一般是钢筋混凝土结构，池内有排水槽、滤料层、承托层和配水系统；池
4、外有集中管廊，配有浑水进水管、清水出水管、冲洗水总管、冲洗水排出管等管道及阀门等附件。 其中，滤池冲洗废水由排水槽排出，在过滤时排水槽也是分配待滤水的装置；滤料层是滤池中起过滤作用的主体；承托层的作用主要是防止滤料从配水系统中流失，同时对均分布冲洗水也有一定的作用；而配水系统的作用在于使冲洗水在整个滤池面积上均匀分布。,图7-2 普通决滤池构造剖视图,进水总管,排水阀,反冲洗水支管,进水支管,出水支管,废水渠,清水总管,冲洗水总管,滤料层,冲洗排水槽,配水干管,进水渠,承托层,配水支管,在快滤池的运行过程中，主要是过滤和冲洗两个过程的重复循环。 过滤就是生产清水的过程，过滤时，开启进水支管2与
5、清水支管3的阀门，关闭冲洗水支管4的阀门与排水阀5。进水就经进水总管1、支管2从进水渠6进入滤池。进水由集水渠进入滤池时，从洗砂排水槽的两边溢流而出，通过槽的作用使水均匀分布在滤池整个面积上。然后经过滤料层7、承托层8后，由配水系统的配水支管9汇集起来再经配水系统干管10、出水支管3、清水总管12流往清水池。 随着过滤时间的延长，可能会出现两种情况： 由于砂粒表面不断吸附水中的杂质，使砂粒间的孔隙不断减小，水流的阻力就会不断增长。当水头损失达到允许的最大值时，继续过滤会使滤池产水量锐减； 水头损失仍在允许范围内，但出水水质参数不合格。,出现上述任何一种情况，滤池都需停止过滤进行冲洗。 冲洗就是
6、把砂粒上的截留的杂质冲洗下来的过程。 冲洗的流向与过滤完全相反，是从滤池的底部朝滤池上部流动的，所以叫反冲洗，冲洗水是用过滤后的出水(又称滤后水)。 冲洗时，关闭进水支管2与清水支管3的阀门，停止过滤，但要保持池子水位在砂面以上至少10cm处，以防止空气进入滤层。开启排水阀5与冲洗水支管4的阀门，冲洗水即由冲洗水总管11、支管4，经配水系统的干管、支管及支管上的许多孔眼流出，自下而上穿过承托层及滤料层，均匀地分布于整个滤池平面上。,滤料层在自下而上均匀分布的水流中处于悬浮状态，滤料得到清洗。冲洗废水流入排水槽13，再经进水渠6、排水管和废水渠14排入下水道。冲洗一直进行到冲洗排水变清，滤料基本
7、洗干净为止。一般从停止过滤至冲洗完毕需2030min，在这段时间内，滤池停止生产。冲洗所消耗的清水，约占滤池生产水量的1%3(视处理规模而异)。冲洗结束后，过滤重新开始。 从过滤开始到过滤终止的运行时间，称滤池的过滤周期，一般以小时计。 冲洗操作包括反冲洗和其他辅助冲洗方法所需的时间称为滤池的冲洗周期。 过滤周期与冲洗周期以及其他辅助时间之和称为滤池的工作周期或运转周期，也称为过滤循环，一般为1224h。 快滤池单位时间的产水量取决于滤速。滤速也称滤池负荷，是指单位时间、单位滤池横截面积的过滤水量，单位为m3/(m2h）或m/h。,7.2普通快滤池的结构,从图7-2可见，快滤池本身包括集水渠、
8、反冲洗排水槽，滤料层、承托层（也称垫层）及配水系统五个部分，下面分别介绍各部分的结构和作用。 普通快滤池又称四阀滤池，是应用历史最久和采用较广泛的一种滤池布置形式。每格滤池的进水、出水、反冲洗水和排水管上均设置阀门，用以控制过滤和反冲过程。为减少阀门，可以用虹吸管取代进水和排水阀，习惯上称为“双阀滤池”。实际上它与四阀滤池的构造和工艺过程完全相同，只是以两个虹吸管代替两个阀门而已，故仍称之为普通快滤池。,因为过滤过程是间断进行的，为保证整个处理过程的连续性，实际使用时都是多个滤池并联运行，少数滤池在反冲洗，多数滤池在过滤，所以就涉及到多个滤池如何布置的问题。普通快滤池的布置，根据其规模大小，可
9、采用单排或双排布置。 滤池的布置应使阀门相对集中、管理简单，便于操作管理和安装维修。对于小型单排滤池，一般阀门集中布置在一侧，如图7-2所示。 快滤池的管廊内主要是进水、清水出水、冲洗来水、冲洗排水（或称废水渠）等管道以及与其相应的控制阀门。,1. 管廊的布置,集中布置滤池的管渠、配件及阀门的场所称为管廊。管廊的上面为操作室，设有控制台。 管廊的布置要满足下列要求： 保证设备安装及维修所必要的空间，但同时布置要紧凑； 管廊内要有通道，管廊与过滤室要便于联系； 管廊内要求适当的采光及通风。 管廊的布置与滤池的数目和排列有关，一般滤池的个数少于5个时宜用单行排列，管廊位于滤池的一侧。超过5个时宜用
10、双行排列，管廊在两排滤池中间。后者布置紧凑，但采光、通风不如前者，检修也不方便。管廊中有管道、阀门及测量仪表等设备，主要管道有进水管、清水管、冲洗水管及排水管等。管道可采用金属材料也可用钢筋混凝土渠道代替。,2. 滤池配水系统,滤池配水系统的作用是均匀收集滤后水和均匀分配反冲洗水，后者更为重要。 目前快滤池常用的配水方式为大阻力配水系统，通过系统的水头损失一般大于3m，主要形式为带有配水干管（渠）和配水支管（穿孔管）组成的配水系统。大阻力配水系统具有布局简单、配水均匀性较好和造价较低的优点。其缺点是水头损失大，因而耗能较其他方式高。 图7-3所示为穿孔管式大阻力配水系统布置。,图7-3 穿孔管
11、式大阻力配水系统示意图 1反冲洗排水槽 2滤料层 3承托层 4穿孔配水管 5清水管 6冲洗水总管 7冲洗水支管,a) 大阻力配水系统布置,b) 大阻力配水系统穿孔配水管,3. 滤池排水设施,滤池排水包括反冲洗排水槽和集水渠两部分。 集水渠将排水槽的排水收集排出，排水槽布置在滤层表面上方，主要用于均匀收集滤层反冲洗水，断面一般有三角形槽底和半圆形槽底两种形式。,4. 承托层,承托层的作用是防止过滤时滤料通过配水系统的孔眼进入出水中，同时在反冲洗时保持稳定，并对均匀配水起协助的作用。 承托层由若干层卵石，或者经破碎的石块、重质矿石构成，承托层中的颗粒粒度按上小下大的顺序排列。承托层常用的为卵石，因
12、此也称卵石层。 最上一层承托层与滤料直接接触，根据滤料底部的粒度确定卵石粒度的大小。 最下一层承托层与配水系统接触，须根据配水孔的大小来定粒度的大小，大致按孔径的4倍考虑。最下一层承托层的顶部至少应高于配水孔眼100mm。常用于管式大阻力配水系统的承托层规格见表7-1。,表7-1 承托层规格,为了保证承托层的稳定，并对配水的均匀性起充分的作用，对于材料的机械强度、化学稳定性、形状和密度都有一定的要求。 前三者的要求与对滤料的要求类似，承托层应由坚硬的、不被水溶解的、形状接近球形的材料构成。 承托层的密度直接与滤层的密度有关。为了防止在反冲洗时，承托层中那些与滤料粒度接近的层次可能发生的浮动，或
13、者处于不稳定状态，这部分承托层料的密度必须至少与滤料的密度一样。 例如，当用卵石做石英砂滤层或双层滤料的承托时，其比重必须大于2.25。当采用三层滤料或单层重质滤料（如锰砂）时，至少承托层中粒度小于8mm的部分要由同样的重质材料构成。 同样的道理，当采用无烟煤一类比重较小的材料为单层滤料或多层材料的底层时，承托层就不一定要采用卵石那样比重大的材料了。,5. 单池面积和滤池深度,滤池个数直接涉及滤池造价、冲洗效果和运行管理等方面。池子多则冲洗效果好，不会超过允许的强制滤速，保证总出水量。 而且，因滤速增加对水质的影响也会小一些，运转上的灵活性也比较大。但如池子太多，也会引起冲洗工作过于频繁，运转
14、管理也不方便；反之，若滤池个数过少，单池面积较大，则在个别滤池检修期间对出水量影响较大，冲洗水分布不均匀，冲洗效果欠佳。目前，我国建造的比较大的滤池面积为130m2左右。 设计中，滤池的个数一般经过技术经济比较来确定，并考虑其他处理构筑物和总体布局等因素，但不得少于2个。 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0.70.8m；承托层厚度0.4m。 据此，滤池总深度一般为3.03.5m左右。单层砂滤池深度一般稍小，双层和三层滤料的滤池的池深稍大。,7.1深层过滤的工艺过程 7.2普通快滤池的结构 7.3过滤机理 7.4深层过滤水力学特性 7.5影响过滤效果的
15、主要因素 7.5.1悬浮物的影响 7.5.2滤料的性质和滤料层的结构 7.6滤池反冲洗,第7章 过 滤,7.7 其它形式的滤池 7.7.1虹吸滤池 7.7.2无阀滤池 7.7.3均质滤料气、水反冲滤池 7.7.4压力滤池 7.8滤池主要设计指标 7.8.1滤池设计一般要求 7.8.2滤速 7.8.3滤池格数和单格面积 7.8.4冲洗方式和冲洗强度,7.3过滤机理,为说明问题，首先以简化的球形滤料的单层砂滤池为例，其滤料粒径通常为0.5mm至1.2mm，经反冲洗水力分选后，滤料粒径自上而下大致按由细到粗依次排列，称滤料的水力分级，滤层中孔隙尺寸也因此由上而下逐渐增大。 假设砂滤料的直径为0.5m
16、m（以球体计），以最紧密的方式规则排列，滤料间孔隙直径约为80 m。而进入滤池的悬浮物颗粒尺寸大部分小于30 m，仍然能被滤层截留下来，而且在滤层深处（孔隙大于80 m）也会被截留，说明过滤显然不是简单的机械筛滤作用的结果。经过众多研究者的研究，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。,水流中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面上，涉及两个问题： 首先，被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这就涉及颗粒脱离水流流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理； 第二，当颗粒与滤粒表面接触或接近时，依靠哪些力的作用使得他们粘附于滤粒表面上，这就涉及粘附机理。 应说明的是，过滤过程非常复杂，目前还没有完全清楚，以下只是一些假说。,1. 迁移机理,悬浮颗粒脱离流线与滤料接触的过程就是迁移机理。在过滤过程中，滤层孔隙中的水流速度较慢，被水流挟带的颗粒由于受到某种或几种物理力学作用就会脱离流线而与滤料颗粒表面接近，悬浮颗粒脱离流线而与滤料接触的过程，就是迁移过程。 一般认为，迁移过程由筛滤、拦截、沉淀、惯性、扩散
