《第4章-过滤》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章-过滤（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第四章 过 滤 (Filtration),2,第1节 概述 第2节 快滤池 第3节 滤料与承托层 第4节 配水系统与反冲洗 第5节 其它过滤设备,3,第1节 概 述,什么是过滤？ 过滤介质 固液分离手段 日常生活中常用砂来净水。,4,一、慢滤池,滤速慢v0.1-0.3 m/h 表面生长一层滤膜（12个星期后） 效果：浊度可降到0，可不消毒。,什么过滤现象？,5,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，13月后堵塞，需刮掉滤膜，重新补砂。,6,二、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
2、可去除一部分细菌、病毒。残留的裸露细菌容易在滤后消毒中被杀灭。 机理：表层细砂层粒径为0.5mm，孔隙尺寸为80um，但进入滤池的颗粒大部分小于30um，但仍能被去除。 不光是机械筛滤，还有接触粘附的作用。 深层过滤,7,涉及两个过程：迁移和粘附,范德华引力、 静电力、 特殊化学吸附力,粘附过程与澄清池泥渣的类似。,8,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 原水生物处理混凝沉淀过滤,直接过滤,9,第2节 快滤池,一、快滤池的分类 普通快滤池 虹吸滤池 重力滤池 压力滤池 移动罩冲洗滤池,10,二、普通快滤池
3、的构造 集水渠 洗砂排水渠 滤料层 承托层 配水系统 管廊：,11,过滤,反冲洗,12,13,14,15,三、过滤过程中水头损失,1. 清洁滤层水头损失,h0清洁滤料层的水头损失 运动粘滞系数 m0滤料空隙率 d0与滤料体积相同的球体直径 l0滤料层厚度 v滤速 滤料颗粒球度系数,卡曼-康采尼公式 Carman-Kozony,18,假设：水位和滤速不变 H：滤池总水头 Ht: 滤料层水头损失 h1: 配水系统水头损失 ht: 控制阀水头损失 v2/2g:流速水头 h2: 剩余水头 H0：清洁滤料水头损失 Ht：在时间t时的水头损失增殖,2.过滤过程中水头损失,19,H0,h1,v2/2g,h2
4、,ht,ht0,Ht,如果滤速不变，h1和v2/2g在过滤过程中不变。 时间t：滤料层阻力Ht；阀门阻力ht,hT, 阀门全开,T,T,T：过滤工作周期，1224h T：最大工作周期,1.5-2m,20,四、过滤方式,1等水头等速过滤 通过设置出水流速调节器 普通快滤池,21,2变水头等速过滤 随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失增加，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,22,滤池总过滤水头损失HH0hHt,H0：清洁滤层水头损失 h：配水系统、承托层及管路水头损失 Ht：在时间t时的水头损失增殖,过滤周期 与滤速有关,滤池中的水位,23,3等水头变速过
5、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，各池水位相等，但由于各池截污量不同，滤速v不等。干净滤料滤速大。 整个系统平均滤速不变。 每个滤池滤速逐渐降低。 分隔数很多时，可以近似达到“等水头变速过滤”,24,4座滤池进水渠相通，在任何时间水位基本上相等。,如果一组滤池的滤池数很多，阶梯式下降折线将变为近似连续下降曲线。 每一格滤池在反洗间隔之间，按等速过滤方式，水位略有升高。,25,等速与变速过滤的差别？ 在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。 清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速度并不太大，可将一
6、些悬浮杂质带入下层滤料。而当截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止悬浮物穿透滤层。,26,五、滤料内杂质分布规律,反洗后由于水力筛分，粒径顺过滤方向由小变大。 滤料表层孔隙率较小。 杂质主要截留在滤料表层。 下部滤层截污能力未得到充分发挥 。,27,六、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,28,2）双向流,29,3）双层或多层滤池,密度较小、粒径较大(无烟煤),密度较大、粒径较小(石英砂),双层,30,31,4）均质滤料,32,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,33,
7、2粒状滤料的粒径与级配,各种粒径的颗粒所占重量比例的累积曲线。,34,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K80d80/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。,35,最大与最小粒径：dmax, dmin 工程上为方便，一般dmind10, dmaxd80 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： 按要求设计d10和d80 筛选。,36,设计要求：d10=0.55mm，K80=2.0, 则d80=1.1mm,37,3滤料层规格
8、 材质、粒径和厚度 粒径：小，比表面积大，有利于矾花吸附但易堵塞 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 滤速：单层：8-10m/h 双层：10-14m/h 三层：18-20m/h,滤速的定义：流量/面积 强制滤速：一个或2个滤池停产时其余滤池超过正常负荷下的滤速,38,二、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。,39,第4节 配水系统与反冲洗,配水系统的目的： 均匀分布反冲洗水 均匀收集过滤水 配水不均匀导致： 1）部分区域水量小，冲洗不净 2）部分区域水量大，冲动垫层,40,一、配水系统的不均匀性,a,b,41
9、,a点的冲洗水头Hx： HxS1a(qaa)2+S2(aqa)2 +S3(aqa)2 + S4(aqa)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 qa：冲洗强度 (L/(s m2) 单位面积滤层所通过的冲洗强度,42,同样对于b点而言： HxS1b(bqb)2+S2(bqb)2 +S3(bqb)2 + S4(bqb)2流速水头,q最小/q最大0.95-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,43,二、配水系统类型 1大阻力配水系统 使孔眼水力阻力S2其它水力阻力 增加孔眼流速（56m/s） 配
10、水孔眼面积为滤池面积的1/500 开孔比小0.20.25%,44,一般为穿孔管大阻力配水系统。 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,45,2小阻力配水系统 减少配水系统阻抗S1 降低配水系统流速 增大配水空间 使孔眼处的压力接近 相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5%,指孔口阻力较小,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,46,钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。,47,穿孔滤砖：开孔比，上层1.07，下层0.7%,48,滤池穿孔滤砖,49,复合气水反冲洗配水滤砖,50,滤头,51,三、反冲洗 恢复过滤能力 1反冲洗方
11、式 高速水流反冲洗 气、水反冲洗 气冲强度：1020 L/m2 s 水冲强度：34L/m2 s 表面辅冲加高速水流反冲洗,52,2反冲洗影响因素 冲洗强度q：L/(s m2) 滤层膨胀度：e（L-L0）/L0 100% L0：膨胀前滤层厚；L：膨胀后滤层厚 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。,53,冲洗强度 膨胀度 冲洗时间 L/(s m2) (%) (min) 石英砂滤料 12-15 45 7-5 双层滤料 13-16 50 8-6 三层滤料 16-17 55 7-5,冲洗强度的确定：与滤料层粒径、级配分布、温度等有关,54,3反冲洗强度与滤层膨胀度关系,最小流态化
12、冲洗流速（与粒径、性状和密度有关）,55,冲洗强度和均匀滤层膨胀度关系,在滤料粒径、形状、密度和水温一定时，滤层膨胀度与冲洗强度有关。该关系可由实验得出。,56,非均匀滤料的情况： 滤料粒径大小不同，冲洗强度也不同； 通常以最大滤料刚开始膨胀作为确定冲洗强度的依据。,57,3冲洗水排出与供给 1) 冲洗排水槽与集水槽,58,2）冲洗水塔与水泵,59,第5节 其它过滤设备,一、虹吸滤池 1960年初 美国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,60,1构造及工作原理,成组运行,61,62,最大过滤水头： 1.5-2.0 m,
13、冲洗水头 1.0-1.2m,63,2.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 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20-30,64,3滤池分格数 当1格冲洗时，其余数格滤池过滤总量必需满足该格滤池冲洗强度要求。,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） v：滤速(m/h) n：一组滤池分格数，57,65,二、其它滤池 重力式无阀滤池 移动罩冲洗滤池 压力滤池
14、V型滤池,66,最大过滤水头: 1.5-2.0m,重力式无阀滤池,最大冲洗水头Hmax,最小冲洗水头Hmin,平均值Ha=(Hmax+Hmin)/2,初始过滤水头H0,67,移动罩滤池,过滤水头,冲洗水头,反冲洗来自其它格滤过水与虹吸滤池相同 移动冲洗罩与无阀滤池相同,68,压力滤池,最大水头损失：5-6m,69,三、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,70,彗星式纤维滤料,a.不对称结构有利于反冲洗并提高洗净度 b.滤床横断面上空隙均匀性高 c.滤床纵断面上空隙率沿梯度分布,71,过滤速度：40 m/h 过滤周期：2d,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,
