第五章 过滤 5-1 水和废水处理的主要单元方法 5.1.1 过滤的基本概念 以粒状滤料层（如石英砂、无烟煤等）截留水或废水中的细小杂质而使得到澄清的处理工艺 给水处理中常用的传统处理工艺 废水处理中常用于深度处理或用于保护其它处理工艺（如活性炭吸附、离子交换及膜分离等）正常运行的预处理或以去除废水中细小 SS 的终处理工艺 5.1.2过滤的主要处理对象及功能 1、处理对象 去除水或废水中细小（2~10 μm）的 SS、絮凝性胶体颗粒 去除水或废水中有机物、大量的微生物及病源体 2、主要功能 经其处理后使出水中残留的微生物体及病源体等失去保护而利于其在后续处理设施、中得以有效去除 降低水或废水的浑浊度，使处理出水清澈透明 5.1.3过滤在水处理工艺中的位置 一般位于沉淀池处理工艺之后、深度处理工艺之前，有时也作最终处理工艺 ——给水处理中，设在沉淀 (澄清) 之后，进一步降低浊度（ 20° → ≤ 5°，达到饮用水- 1 - 对浊度的要求） ——直接过滤: 低浊度水（投药混合之后，对颗粒尺度要求不高） 地下水除铁、锰（曝气氧化，产生铁、锰的沉淀物之后） ——污水二级处理之后: 去除悬浮、胶体物质。
5.1.4 过滤工艺的类型 1、慢滤池（ slow sand filter） 最早用于饮用水处理；普通快滤池（降流式、单层滤料） 滤料尺寸 0.15~0.35mm 滤 速 0.03~0.1 mm/s 工作周期 几周至数月 净化机理 ① 机械隔滤( 滤膜、孔隙小) ② 滤膜中的生化作用 清洗方式 刮除表层滤料 特点 出水水质好，生产效率低，仅在表层几厘米滤层中纳污 2、快（砂）滤池（rapid filter ） 滤料尺度 0.5~2.0 mm 滤 速 1.5~3.0 mm/s 工作周期 十几小时至几天 清洗方式 反冲洗 净化机理 机械隔滤、沉淀作用、接触凝聚（主要） （1 ）多层滤料滤池（改进滤料的组成及粒径分布，提高滤池的截污能力）； （2 ）升流式滤池（改进滤池的构造及工艺操作）； （3 ）虹吸滤池、无阀滤池（减少滤池的闸阀、简化运行控制、实现自动化）； （4 ）压力滤池（适用于小规模处理场合） 5-2 滤池的构造、运行及除污原理5.2.1 基本组成及其功能 （ 1）滤料层一般以石英砂作滤料粒径为 0.5 ~ 1.2 mm ，层厚一般为 0.6~0.8 m粒径自上而下有小至大分布。
- 2 - 截留细小的污染物 （ 2）承托层 一般为鹅卵石层粒径为 2.0 ~ 32 mm ，层厚一般为 0.4~0.5 m粒径自上而下有小至大分布 支撑滤料、均匀集水和布（配）水 （ 3）配水系统 一般均匀集水和配水 （ 4）洗砂排水槽 过滤过程中起均匀配（布）水作用，冲洗过程中起集水作用 （ 5）反冲洗系统 将过滤过程中截留在滤料层中的污物以一定的方式清洗干净，恢复滤池的工作能力 进、出水闸阀及管道系统 原水管阀、清水管阀、反冲洗水管阀、反冲洗排水管阀、集水和配水管等 - 3 - - 4 - 5.2.2 快滤池的构造与工作过程 1、构造 常为钢筋混凝土池子，包括进、出水渠、洗砂排水槽、滤料层、承托层、配水系统等几个部分；管廊内主要是浑水进水、清水出水、初滤水、冲洗来水、冲洗排水等几种管道及相应的控制阀门 2、工作过程 包括过滤与反冲洗两个过程 1）、过滤：过滤时，开启进水支管 2 与清水支管 3 的阀门，关闭冲洗水支管 4 与排水管5 的阀门浑水就经进水总管 1、支管 2 从浑水渠 6 进入滤池经过滤料层 7、承托层 8 后，由配水系统的配水支管 9 汇集起来经配水系统干渠 10、清水支管、清水总管 12 流往清水池。
浑水流经滤料层时，水中杂质即被截留随着滤层中杂质截留量的逐渐增加，滤料层中的水头损失也相应增加一般当水头损失增至一定程度以致滤池产水量减少，或由于滤池出水水质不符合要求时，滤池便须停止过滤进行冲洗 2）、反冲洗：冲洗时，关闭进水支管 2 与清水支管 3 的阀门，开启排水管 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，由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由下向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洗砂排水槽 13，再经浑水渠 6、排水管和废水渠 14 进入下水道冲洗一直进行到滤料基本干净为止冲洗结束后，过滤从新开始从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池工作周期，从过滤开始至过滤结束称为过滤周期 - 5 - 快滤池的产水量决定于滤速（以 m/h计），滤速相当于滤池的面积负荷，即单位时间单位过滤面积上的过滤水量，单位为 m3/（ m2.h） - 6 - 5.2.3 净化机理 当含有悬浮颗粒的水通过滤层时，产生两个过程： ——悬浮颗粒向滤料表面迁移── 胶离流线与滤料接触 ①筛滤和机械截留 ②布朗运动 ③重力沉降 ④惯性碰撞 ⑤流动接触 ——悬浮固体在滤料表面的附着── 不离开表面，从而从水中去除。
- 7 - ①机械附着 ②凝聚作用 ③化学作用 主要机理: 接触凝聚快滤池的去除效果受颗粒尺度的影响较小，而主要取决于颗粒的表面性质── 可以去除比滤料孔隙小得多的脱稳胶体颗粒，胶体不脱稳，去除率明显下降 沉淀作用── 颗粒沉淀至滤料表面； 机械隔滤── 去除粒径大的颗粒 - 8 - 5.2.4滤层截留杂质的规律 1、杂质截留过程 接触凝聚附着── 与絮凝体的表面特性、吸附强度有关过渡开始时，由于孔隙大、流速小，杂质主要集中在表层 水力冲刷脱落── 由于流速作用随着杂质积累、阻塞孔隙，流速增大，使部分颗粒被冲刷、脱落，杂质向下推移，下层滤层的作用逐渐发挥 由于表层颗粒细( 水力筛分的结果) ，附表面积大，截面杂质多，所以整个滤层的截留作用尚未完全发挥，过滤过程就将结束 2、杂质在滤层中的分布 ① 滤料粒径下大上小，孔隙也下大上小，造成表层滤料截留杂质多由于表层滤料筛- 9 - 滤的结果，堵塞严重，有时形成滤膜，使过滤阻力剧增 ② 当受力不均时，造成裂缝，局部阻力突然减小，杂质穿透，水质恶化 ③ 杂质在滤层中的分布 3、影响滤层中杂分布的主要因素 ① 滤速：滤速大，能发挥作用的滤层越厚，杂质进入深度越深，在滤层分布越均匀。
但滤速太大，在经济上不合理，阻力增加快 ② 滤料粒径与级配：粒径较大，级配较均匀，则杂质分布也均匀 ③ 滤料层的组成：采用多层滤料，使粒径沿水流方向由大而小，为“ 反粒度过滤” ，可充分发挥滤层的作用 ‘水力筛分现象‘：滤料层经过高速水流反冲洗后，出现滤料上细下粗的分层现象称为水力筛分 5.2.5过滤过程中滤层阻力的变化 1、等速过滤中阻力的变化 1）等速过滤：过滤过程中，过滤的流量或滤速始终保持不变 无阀滤池与虹吸滤池属于等速过滤 2）清洁滤层的水头损失：过滤开始阶段的水头损失，可用柏耐克- 柯士南公式计算： ()2320615⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅⋅−⋅⋅=dvlmmghψγ 3）过滤过程中水头损失的增加 试验证明：a. 水头损失与过滤时间成正比 b. 滤速v1>v2时， ho1>ho2， tgα1> tgα2， T130m2，L/B=1.25 ：1~1.5 ：1 3、设计时应考虑的问题 应考虑池的构造形式、工作方式、滤层、承托层、反冲洗系统等各个方面；此外还应考虑工作周期、造价、管廊布置等 4、确定滤池数的原则 若一组滤池的池数为 n，其中一座滤池反冲洗的流量为 Aq，则剩余的（n -1）个滤池的过滤水量为（n -1） Av，假设过滤水量与反冲洗水流量相等（一种极端假设） ，则：Aq =（n -1） Av /3.6。
则一组滤池的最低池数为： 5-4 其他类型的滤池5.4.1 虹吸滤池- 24 - 如图所示 5.4.2重力式无阀滤池 如图所示 - 25 - 重力式无阀滤池 5.4.3压力滤池 如图所示 压力滤池 - 26 - 5.4.4移动罩冲洗滤池 如图所示 5.4.5 V型滤池 如图所示 - 27 - - 28 - 。