水处理工程过滤说课讲解课件

第五章过滤(Filtration)第五章1第1节概述过滤：借助于具有一定空隙率的固体介质（如石英砂）阻挡截留水中杂质而使水得到澄清的工艺过程。一、过滤的分类表层过滤：机械滤除，产水率低格筛过滤：介质为栅条或筛网，除去粗大的悬浮物，杂草、纤维等，格栅、筛网等微孔过滤：滤布、滤片、烧结滤管等，用以除去粒径细微的颗粒膜过滤：采用特别的半透膜作过滤介质在一定的推动力下进行过滤，滤膜孔隙极小，可以去除水中细菌、病毒、有机物和溶解性物质，反渗透、超过滤、电渗析等深层过滤：过滤介质为颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。简称过滤。第1节概述2二、截留的对象：细小颗粒、细小矾花、藻类、细菌及病毒。

三、位置：沉淀池或澄清池之后。

直接过滤。

在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浊度满足用水要求。

在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等的预处理手段，也作为生化处理后的深度处理，使滤后出水达到回用要求。

二、截留的对象：3四、作用(给水)1、进一步降低水的浊度；2、同时水中有机物、细菌及病毒将随水的浊度降低而部分被去除。3、为滤后消毒创造了良好条件。

（残留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护和依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭。）4、在饮用水净化工艺中，过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。四、作用(给水)4水处理工程过滤说课讲解课件5五、滤池的种类（图）(一)按滤速1、慢滤池0.01～0.4m/h2、快滤池4～10m/h3、高速滤池10～16m/h(二)按作用水头1、重力滤池4～5m2、压力滤池15～25m(三)按水流方向1、下向流滤池2、上向流滤池3、双向流滤池(四)按滤料组成1、单层滤池滤速8-10m/h2、双层滤池滤速10-14m/h3、多层滤池滤速18-20m/h五、滤池的种类（图）6水处理工程过滤说课讲解课件7水处理工程过滤说课讲解课件8第二节过滤理论一、过滤机理(一)机械筛滤把滤料间的空隙看作“筛子”，大于孔隙尺寸的杂质被截留下来。(二)沉淀作用靠重力作用沉淀在滤料的表面。滤料层类似于层层叠起的多层沉淀池，巨大的沉淀面积，将微小的杂质沉淀截留下来。(三)接触吸附在范德华力作用下被滤料吸附；在布朗运动作用下迁移扩散到滤料表面被吸附。第二节过滤理论一、过滤机理9d1/d2≈6.5如果滤池最小砂粒粒径为0.3mm，则得到d2≈0.3/6.5=0.045mm小于此粒径的颗粒都能通过滤层，但经过混凝沉淀进入滤池的最大颗粒尺寸一般为2-10μm，还有很多更小的颗粒，滤池都能滤除，说明不可能仅是筛除作用。d1d2d1/d2≈6.5d1d210水中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面，涉及两个问题：1、被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这涉及颗粒脱离流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理。2、当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠哪些力的作用使它们粘附于滤料颗粒表面上，这涉及粘附机理。水中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面，涉及两个问题：111、颗粒迁移机理在过滤过程中，滤料孔隙中的水流一般属层流状态。被水流挟带的颗粒随水流的流线运动。它之所以会脱离流线与滤料颗粒表面接近，完全是一种物理-力学作用，主要有拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用。1、颗粒迁移机理12（1）拦截作用：颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用；（2）沉淀作用：颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离流线，产生沉淀作用；（3）惯性作用：颗粒具有较大惯性时，也可脱离流线与滤料表面接触；（4）扩散作用：颗粒较小，布朗运动较剧烈时会扩散至滤料表面；（5）水动力作用：在滤料表面附近存在速度梯度，非球形颗粒由于在速度梯度作用下，会产生转动而脱离流线与颗粒表面接触。（1）拦截作用：颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒会直接碰132、颗粒粘附机理粘附作用是一种物理化学作用。当水中杂质颗粒迁移到滤料表面上时，则在范德华力和静电力相互作用下，以及某些特殊的化学吸附力下，被粘附与滤料颗粒表面上，或粘附在滤料表面上原先粘附的颗粒上。此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。2、颗粒粘附机理14二、滤层内杂质的分布规律

（一）滤层内杂质的分布规律

在颗粒粘附的同时，还存在由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。二、滤层内杂质的分布规律15二、滤层内杂质的分布规律

Fa1表示颗粒1与滤料表面的粘附力；Fa2表示颗料2与颗粒1之间的粘附力；FS1表示颗粒1所受到的平均水流剪力；FS2表示颗粒2所受到的平均水流剪力；F1、F2和F3均表示合力。二、滤层内杂质的分布规律Fa1表示颗粒1与滤料表面的粘附力；16

过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，水流剪力Fa1较小，因而粘附作用占优势。

随着过滤时间的延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙率逐渐减小，水流剪力逐渐增大，以至最后粘附上的颗粒（如图中颗粒3）将首先脱落下来，或者被水流挟带的后续颗粒不再有粘附现象，于是悬浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留作用渐次得到发挥。过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，水流17

实际工作时，往往是下层滤料截留悬浮颗粒作用远未得到充分发挥时，过滤就得停止。

原因：滤料经反冲洗后，滤层因膨胀而分层，表层滤料粒径最小，粘附比表面积最大，截留悬浮颗粒量最多，而孔隙尺寸又最小，因而，过滤到一定时间后，表层滤料间孔隙将逐渐被堵塞，甚至产生筛滤作用而形成泥膜，使过滤阻力剧增。导致结果:(1)在一定过滤水头下滤速减小（或在一定滤速下水头损失达到极限值）;(2)或者因滤层表面受力不均匀而使泥膜产生裂缝时，大量水流将自裂缝中流出，以致悬浮杂质穿过滤层而使出水水质恶化。当上述两种情况之一出现时，过滤将被迫停止。

实际工作时，往往是下层滤料截留悬浮颗粒作用远18（二）滤池的含污能力

当过滤周期结束后，滤层中所截留的悬浮颗粒量在滤层深度方向变化很大.

滤层含污量指单位体积滤层中所截留的杂质量。在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单位以g/cm3或kg/cm3计。（二）滤池的含污能力19★★提高滤池含污能力的途径：A、提高滤料颗粒的均匀性;B、由单层滤料改为多层滤料；C、改变水流方向（上下双向过滤）。★★提高滤池含污能力的途径：20

为了改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提高滤层含污能力，出现了双层滤料、三层滤料或均质滤料等，见图。

为了改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提21三、直接过滤

（一）定义

原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。。（二）直接过滤方式

(1)原水加药后面接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。———“接触过滤”。(2)滤池前设微絮凝池，原水加药混合后在微絮凝池，形成粒径相近的微絮粒后（粒径大致在40-60μm）即刻进入滤池过滤。———“微絮凝过滤”。三、直接过滤22（三）直接过滤的应用

特点：直接过滤工艺简单，混凝剂用量较少。

应用：处理湖泊、水库等低浊度原水，应用较多。处理低温低浊水。

滤前是否需设置微絮凝池，目前还有不同看法，应根据具体水质条件决定。（三）直接过滤的应用23五、过滤效率的影响因素1.滤料的影响粒度—粒度越小，过滤效率越高，水头损失增加越快形状—角形滤料的表面积比同体积的球形滤料表面积大；孔隙率—较小的孔隙率会产生较高的水头损失，而较大的孔隙率提供较大的纳污空间和较长的过滤时间，SS易穿透。厚度—滤床越厚，滤液越清，操作周期越长表面性质—滤料表面的电性影响对悬浮颗粒的吸附和接触絮凝2.悬浮物的影响粒度—粒度越大越易除去形状—角形颗粒去除效率比球形颗粒高密度—影响程度不大浓度—过滤效率随原水浓度升高而降低，浓度越高，穿透易温度—温度影响密度及粘度，温度降低，对过滤不利表面性质—是影响过滤效率的重要因素，投加凝聚剂改变其表面性质五、过滤效率的影响因素24第三节快滤池一、快滤池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二、普通快滤池的构造

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第三节快滤池一、快滤池分类251-进水干管；2-进水支管；3-清水支管；4-排水管；5-排水阀；6-集水渠；7-滤料层；8-承托层；9-配水支管；10-配水干管；11-冲洗水管；12-清水总管；13-排水槽；14-废水渠；水处理工程过滤说课讲解课件26二、滤池的构造二、滤池的构造27三、滤料层

1、作用滤料层是滤池的核心部分。提供接触凝聚、吸附的表面积及悬浮物储存的容积。

三、滤料层282、滤料

(1)滤料的要求

①有足够的机械强度。

(在冲洗过程中不因碰撞、摩擦而破碎。)

②有足够的化学稳定性。

(不溶于水，对废水中的化学成分足够稳定，不产生有害物质。)

③具有一定的大小和级配。

（粒度适中，外形近乎球形，表面粗糙，带有棱角，能提供较大的比表面和孔隙率，满足截留悬浮物的要求。）

④价廉，易得。

2、滤料29

(2)滤料的种类

石英砂无烟煤粒石榴石粒磁铁矿粒白云石粒花岗岩粒聚苯乙烯发泡塑料球等。

30(3)滤料的粒径和级配滤料的粒径和级配应适应悬浮颗粒的大小和去除效率的要求。

A、粒径：表示颗粒的大小。通常指能把滤料颗粒包围在内的一个假想的球体的直径。

B、级配：是滤料各种粒径颗粒所占的重量比例。由实验求得。

(3)滤料的粒径和级配31滤料筛分级配曲线d10=0.53d80=1.05滤料筛分级配曲线d10=0.53d80=1.0532

B、级配：是滤料各种粒径颗粒所占的重量比例。

可通过筛分试验求得。筛分试验——

级配曲线。

级配曲线的应用:可以确定滤料的有效粒径和不均匀系数两个参数国内快滤池一般采用d10=0.5～0.6mm，K80=2.0～2.2的滤料；国外则倾向于选用稍大的d10和较小的d80。B、级配：是滤料各种粒径颗粒所占的重量比例。33（4）过滤与滤料排列单层滤料滤池反冲洗后水力筛分，使沿过滤水流方向的滤料粒径逐渐变大—形成上小下大的分布形式，过滤时，上部截留颗粒小，损失迅速上升理想情况—滤料沿水流方向由粗到细解决途径：①改变水流方向，由下向上，缺点：反冲洗不净，滤速慢②改用双层或多层滤料—选用不同密度的滤料。层数越多，越接近理想滤池；实际，滤料易流失，加工困难③采用新型的密实度或孔隙率可变的滤料。纤维球—由涤纶短丝结扎而成，有弹性，密度由中心向周边递减，孔隙率达90%以上。纤维球滤池过滤速度是砂滤池的5-8倍，周期比砂滤长3倍；能去除0.5-10μM级的微小SS；滤后水SS含量<10mg/L。缺点：冲洗需气、水联合冲洗，价格贵。（4）过滤与滤料排列34水处理工程过滤说课讲解课件35双层及多层滤料级配：双层及多层滤料级配：36四、垫料层（承托层）作用：①阻挡滤料进入配水系统中②承托滤料，均匀配水。

主要配合大阻力配水系统而使用。要求：不被反冲洗水冲动，形成的孔隙均匀，布水均匀，化学稳定性好，机械强度高材料：天然卵石或碎石规格四、垫料层（承托层）37五、配水系统

1、作用

（配水均匀性对冲洗效果影响很大）

配水系统的作用:(1)均匀收集过滤后水；(2)使冲洗水在整个滤池面积上均匀分布。

配水不均匀的影响:(1)冲洗水量过大的地方，部分滤层膨胀过甚，甚至会招致局部承托层发生移动，滤料层和承托层混合，造成漏砂现象。(2)冲洗水量过小的地方，部分滤层膨胀不足，滤料层中的杂质冲洗不干净，逐渐胶结变大，形成“泥球”或“泥饼”。五、配水系统38BAⅡⅠ滤层垫层假定反冲洗水强度为q,各水流路线的总水头损失应包括配水系统的水头损失s1q2、配水系统上孔眼的水头损失s2q2、垫料层水头损失s3q2、滤料层水头损失s4q2，进水压力为H流道Ⅰ：H1=s1AqA2+s2AqA2+s3AqA2+s4AqA2+流速水头流道Ⅱ：H2=s1BqB2+s2BqB2+s3BqB2+s4BqB2+流速水头同在排水槽排水，故H1=H2上两式中s2A＝s2B＝s2，s3A＝s3B＝s3，s4A＝s4B＝s4s1A总是≠s1B，所以qA≠qB，设计时尽可能qA≈qB，q最小/q最大0.95-------达到均匀采取两种方法：1）增大孔眼出水水力阻抗

2）降低配水系统水力阻抗配水不均匀原因：BAⅡⅠ滤层垫层假定反冲洗水强度为q,各水流路线的总水头损失39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。配水系统类型一般为穿孔管大阻力配水系统。40水处理工程过滤说课讲解课件412．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S1<<S2+S3+S4,qA≈qB。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。2．小阻力配水系统42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。穿孔滤砖：43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。复合气水反冲洗滤砖：44第４节快滤池的运行一、滤速变化及其控制1.出水阀门调节实现恒速过滤滤层阻力小时，关小出水阀门，滤层阻力大时，开大阀门，出水阀门全开时，停止过滤进行反冲洗2.变水头恒速过滤-无阀滤池\虹吸滤池设置进水堰室和出水堰室来控制滤池中水位高低反映滤层水头损失大小当水位达到设定的最高水位时，进水堰停止进水，进行反冲洗出水堰顶必须高于滤层上顶滤池的过滤时间为过滤周期，一般控制在12～24小时。3.现在以变速过滤为主过滤初期,滤层清洁,截污能力强;后期截污能力减小,降低滤速有利第４节快滤池的运行一、滤速变化及其控制45高水位低水位有效水头损失进水堰箱废水排水清水井出水堰下部排水变水位恒速过滤高水位低水位有效水头损失进水堰箱废水排水清水井出水堰下部排水46二、滤池反冲洗目的：清除截留物，恢复过滤能力1.膨胀率e=(Le-L)/L,L,Le-滤层膨胀前后的厚度反冲洗的控制指标，e太低，冲洗不净；e过高，颗粒碰撞次数少，造成滤料流失砂滤床最佳膨胀率E=(1.5-2.5ε0),ε0---干净滤层的孔隙率；具有一定级配的分层滤床，在同一反冲洗强度下，不同粒径的滤层其膨胀率不同。实验表明，当最大颗粒沉降速度u满足式ε0=(v/u)0.22时，整个滤层完全膨胀起来。分层滤床完全膨胀后的厚度计算式：二、滤池反冲洗472.反冲洗强度单位时间单位滤池面积通过的反冲洗水量，L/m2s。de-滤料当量直径，cm;μ—水的动力粘度；上式计算结果不准确，可用于试验前的估算，我国冲洗强度与膨胀率的大小往往是根据经验数据确定。最可靠的方法是进行反冲洗试验—在模型滤池中或用一根直径20～50mm,高1.2-1.5m的玻璃管进行。3.反冲洗时间测出水浊度确定；据试验数据确定；一般为5-10min。4.反冲洗水头滤层、垫层、配水系统及管路的水头损失之和2.反冲洗强度48滤层阻力等于滤料层重量h1=(ρg/ρ-1)(1-ε0)L卵石垫料层损失经验公式h2=0.22L1q大阻力配水系统的孔眼水头损失：

µ－－－孔眼流量系数；α—孔眼面积与滤池面积之比.5.反冲洗水的供应和排除水塔和水泵供应，高度及扬程由反冲洗水头定水量为滤池面积、反冲洗强度与时间的乘积，占过滤水量的1%～2%。水塔容量为一次反冲洗水量的1.5倍，深≯3m。6.空气冲洗气—水联合冲洗，经验确定强度7.表面冲洗破坏由滤料颗粒、悬浮物和粘性物结成的泥球。冲洗装置固定管和旋转管两种；滤层阻力等于滤料层重量h1=(ρg/ρ-1)(1-ε0)L49三、常见故障及对策1.气阻滤层水头损失大于该处实际的水压力，出现负水头—溶解气释放出来，积聚在孔隙中，阻碍水流通过。池深一定时，调换表层滤料，增大滤料粒径；在配水系统末端设排气管2.结泥球滤层表面的颗粒较细，截留悬浮物较多，冲洗不净，易相互结成泥球，可达5-20cm。改善冲洗效果，增加表面冲洗；翻池换滤料；加氯浸泡12h氧化污泥。3.跑砂冲洗强度过大或滤料级配不合适检查配水系统，调整冲洗强度4.水生物繁殖三、常见故障及对策50第５节快滤池的设计一、设计滤速及滤池总面积计算确定滤速：饮用水滤池应符合有关设计规范；过滤废水时主要取决于SS的浓度和处理要求总面积：F=Q/v二、滤池个数及尺寸的确定池子个数考虑因素①运转管理方便，一个池子反冲洗，其它池子产水供给②考虑滤池造价：单个滤池面积越大，单位面积总造价越低。滤池个数和单池面积确定后，应校核1-2个单池停产时工作滤池的强制滤速。滤池长宽比—与面积有关滤池深度—超高、滤层上水深、滤料厚度、垫料层厚度、配水系统高度—总厚度3-3.5m第５节快滤池的设计一、设计滤速及滤池总面积计算51三、管廊的布置与滤池的个数和排列方式有关少于5个单排布置，管廊位于滤池一侧；多于5个双排布置，管廊于两排滤池中间。满足要求：保证设备安装维修空间要有通道，便于操作联系良好的采光、通风及排水设施三、管廊的布置52水处理工程过滤说课讲解课件53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GreenLeaf圆形六格1964年北京市政院第1座，北京印染厂圆形七格北京市政院标准图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，1.0－1.2m2．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％。第5节其它过滤设备54水处理工程过滤说课讲解课件55二、无阀滤池利用水力学原理，通过进出水的压差自动控制虹吸产生和破坏，实现自动运行的滤池。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。二、无阀滤池56重力式无阀滤池重力式无阀滤池57三、移动罩滤池采用移动罩盖住单格滤池，达到反冲洗目的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8三、移动罩滤池58四、压力滤池（罐）压力流过滤，过滤能力强，设备定型，使用的机动性大；单个滤池过滤面积小，只适用于废水量小的场合。四、压力滤池（罐）59过滤技术的新发展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，扩大应用范围过滤装置朝自动化、管理容易、智能型方向发展过滤技术的新发展60思考题：1、过滤的基本原理是什么？2.影响滤池冲洗效果的因素有哪些？3.叙述快滤池的工作原理.并画出简单的快滤池结构示意图。4.为什么采用多层滤料比单层滤料的滤速大？5.为什么要对筛孔进行校准?6.过滤过程重有哪些故障现象,怎样解决?7.快滤池设计时的首要控制参数是什么?8、简述滤池反冲洗配水系统的种类，它们各自的工作原理、特点与适用范围是什么？思考题：61第五章过滤(Filtration)第五章62第1节概述过滤：借助于具有一定空隙率的固体介质（如石英砂）阻挡截留水中杂质而使水得到澄清的工艺过程。一、过滤的分类表层过滤：机械滤除，产水率低格筛过滤：介质为栅条或筛网，除去粗大的悬浮物，杂草、纤维等，格栅、筛网等微孔过滤：滤布、滤片、烧结滤管等，用以除去粒径细微的颗粒膜过滤：采用特别的半透膜作过滤介质在一定的推动力下进行过滤，滤膜孔隙极小，可以去除水中细菌、病毒、有机物和溶解性物质，反渗透、超过滤、电渗析等深层过滤：过滤介质为颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。简称过滤。第1节概述63二、截留的对象：细小颗粒、细小矾花、藻类、细菌及病毒。

三、位置：沉淀池或澄清池之后。

直接过滤。

在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浊度满足用水要求。

在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等的预处理手段，也作为生化处理后的深度处理，使滤后出水达到回用要求。

二、截留的对象：64四、作用(给水)1、进一步降低水的浊度；2、同时水中有机物、细菌及病毒将随水的浊度降低而部分被去除。3、为滤后消毒创造了良好条件。

（残留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护和依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭。）4、在饮用水净化工艺中，过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。四、作用(给水)65水处理工程过滤说课讲解课件66五、滤池的种类（图）(一)按滤速1、慢滤池0.01～0.4m/h2、快滤池4～10m/h3、高速滤池10～16m/h(二)按作用水头1、重力滤池4～5m2、压力滤池15～25m(三)按水流方向1、下向流滤池2、上向流滤池3、双向流滤池(四)按滤料组成1、单层滤池滤速8-10m/h2、双层滤池滤速10-14m/h3、多层滤池滤速18-20m/h五、滤池的种类（图）67水处理工程过滤说课讲解课件68水处理工程过滤说课讲解课件69第二节过滤理论一、过滤机理(一)机械筛滤把滤料间的空隙看作“筛子”，大于孔隙尺寸的杂质被截留下来。(二)沉淀作用靠重力作用沉淀在滤料的表面。滤料层类似于层层叠起的多层沉淀池，巨大的沉淀面积，将微小的杂质沉淀截留下来。(三)接触吸附在范德华力作用下被滤料吸附；在布朗运动作用下迁移扩散到滤料表面被吸附。第二节过滤理论一、过滤机理70d1/d2≈6.5如果滤池最小砂粒粒径为0.3mm，则得到d2≈0.3/6.5=0.045mm小于此粒径的颗粒都能通过滤层，但经过混凝沉淀进入滤池的最大颗粒尺寸一般为2-10μm，还有很多更小的颗粒，滤池都能滤除，说明不可能仅是筛除作用。d1d2d1/d2≈6.5d1d271水中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面，涉及两个问题：1、被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这涉及颗粒脱离流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理。2、当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠哪些力的作用使它们粘附于滤料颗粒表面上，这涉及粘附机理。水中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面，涉及两个问题：721、颗粒迁移机理在过滤过程中，滤料孔隙中的水流一般属层流状态。被水流挟带的颗粒随水流的流线运动。它之所以会脱离流线与滤料颗粒表面接近，完全是一种物理-力学作用，主要有拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用。1、颗粒迁移机理73（1）拦截作用：颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用；（2）沉淀作用：颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离流线，产生沉淀作用；（3）惯性作用：颗粒具有较大惯性时，也可脱离流线与滤料表面接触；（4）扩散作用：颗粒较小，布朗运动较剧烈时会扩散至滤料表面；（5）水动力作用：在滤料表面附近存在速度梯度，非球形颗粒由于在速度梯度作用下，会产生转动而脱离流线与颗粒表面接触。（1）拦截作用：颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒会直接碰742、颗粒粘附机理粘附作用是一种物理化学作用。当水中杂质颗粒迁移到滤料表面上时，则在范德华力和静电力相互作用下，以及某些特殊的化学吸附力下，被粘附与滤料颗粒表面上，或粘附在滤料表面上原先粘附的颗粒上。此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。2、颗粒粘附机理75二、滤层内杂质的分布规律

（一）滤层内杂质的分布规律

在颗粒粘附的同时，还存在由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。二、滤层内杂质的分布规律76二、滤层内杂质的分布规律

Fa1表示颗粒1与滤料表面的粘附力；Fa2表示颗料2与颗粒1之间的粘附力；FS1表示颗粒1所受到的平均水流剪力；FS2表示颗粒2所受到的平均水流剪力；F1、F2和F3均表示合力。二、滤层内杂质的分布规律Fa1表示颗粒1与滤料表面的粘附力；77

过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，水流剪力Fa1较小，因而粘附作用占优势。

随着过滤时间的延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙率逐渐减小，水流剪力逐渐增大，以至最后粘附上的颗粒（如图中颗粒3）将首先脱落下来，或者被水流挟带的后续颗粒不再有粘附现象，于是悬浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留作用渐次得到发挥。过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，水流78

实际工作时，往往是下层滤料截留悬浮颗粒作用远未得到充分发挥时，过滤就得停止。

原因：滤料经反冲洗后，滤层因膨胀而分层，表层滤料粒径最小，粘附比表面积最大，截留悬浮颗粒量最多，而孔隙尺寸又最小，因而，过滤到一定时间后，表层滤料间孔隙将逐渐被堵塞，甚至产生筛滤作用而形成泥膜，使过滤阻力剧增。导致结果:(1)在一定过滤水头下滤速减小（或在一定滤速下水头损失达到极限值）;(2)或者因滤层表面受力不均匀而使泥膜产生裂缝时，大量水流将自裂缝中流出，以致悬浮杂质穿过滤层而使出水水质恶化。当上述两种情况之一出现时，过滤将被迫停止。

实际工作时，往往是下层滤料截留悬浮颗粒作用远79（二）滤池的含污能力

当过滤周期结束后，滤层中所截留的悬浮颗粒量在滤层深度方向变化很大.

滤层含污量指单位体积滤层中所截留的杂质量。在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单位以g/cm3或kg/cm3计。（二）滤池的含污能力80★★提高滤池含污能力的途径：A、提高滤料颗粒的均匀性;B、由单层滤料改为多层滤料；C、改变水流方向（上下双向过滤）。★★提高滤池含污能力的途径：81

为了改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提高滤层含污能力，出现了双层滤料、三层滤料或均质滤料等，见图。

为了改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提82三、直接过滤

（一）定义

原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。。（二）直接过滤方式

(1)原水加药后面接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。———“接触过滤”。(2)滤池前设微絮凝池，原水加药混合后在微絮凝池，形成粒径相近的微絮粒后（粒径大致在40-60μm）即刻进入滤池过滤。———“微絮凝过滤”。三、直接过滤83（三）直接过滤的应用

特点：直接过滤工艺简单，混凝剂用量较少。

应用：处理湖泊、水库等低浊度原水，应用较多。处理低温低浊水。

滤前是否需设置微絮凝池，目前还有不同看法，应根据具体水质条件决定。（三）直接过滤的应用84五、过滤效率的影响因素1.滤料的影响粒度—粒度越小，过滤效率越高，水头损失增加越快形状—角形滤料的表面积比同体积的球形滤料表面积大；孔隙率—较小的孔隙率会产生较高的水头损失，而较大的孔隙率提供较大的纳污空间和较长的过滤时间，SS易穿透。厚度—滤床越厚，滤液越清，操作周期越长表面性质—滤料表面的电性影响对悬浮颗粒的吸附和接触絮凝2.悬浮物的影响粒度—粒度越大越易除去形状—角形颗粒去除效率比球形颗粒高密度—影响程度不大浓度—过滤效率随原水浓度升高而降低，浓度越高，穿透易温度—温度影响密度及粘度，温度降低，对过滤不利表面性质—是影响过滤效率的重要因素，投加凝聚剂改变其表面性质五、过滤效率的影响因素85第三节快滤池一、快滤池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二、普通快滤池的构造

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第三节快滤池一、快滤池分类861-进水干管；2-进水支管；3-清水支管；4-排水管；5-排水阀；6-集水渠；7-滤料层；8-承托层；9-配水支管；10-配水干管；11-冲洗水管；12-清水总管；13-排水槽；14-废水渠；水处理工程过滤说课讲解课件87二、滤池的构造二、滤池的构造88三、滤料层

1、作用滤料层是滤池的核心部分。提供接触凝聚、吸附的表面积及悬浮物储存的容积。

三、滤料层892、滤料

(1)滤料的要求

①有足够的机械强度。

(在冲洗过程中不因碰撞、摩擦而破碎。)

②有足够的化学稳定性。

(不溶于水，对废水中的化学成分足够稳定，不产生有害物质。)

③具有一定的大小和级配。

（粒度适中，外形近乎球形，表面粗糙，带有棱角，能提供较大的比表面和孔隙率，满足截留悬浮物的要求。）

④价廉，易得。

2、滤料90

(2)滤料的种类

石英砂无烟煤粒石榴石粒磁铁矿粒白云石粒花岗岩粒聚苯乙烯发泡塑料球等。

91(3)滤料的粒径和级配滤料的粒径和级配应适应悬浮颗粒的大小和去除效率的要求。

A、粒径：表示颗粒的大小。通常指能把滤料颗粒包围在内的一个假想的球体的直径。

B、级配：是滤料各种粒径颗粒所占的重量比例。由实验求得。

(3)滤料的粒径和级配92滤料筛分级配曲线d10=0.53d80=1.05滤料筛分级配曲线d10=0.53d80=1.0593

B、级配：是滤料各种粒径颗粒所占的重量比例。

可通过筛分试验求得。筛分试验——

级配曲线。

级配曲线的应用:可以确定滤料的有效粒径和不均匀系数两个参数国内快滤池一般采用d10=0.5～0.6mm，K80=2.0～2.2的滤料；国外则倾向于选用稍大的d10和较小的d80。B、级配：是滤料各种粒径颗粒所占的重量比例。94（4）过滤与滤料排列单层滤料滤池反冲洗后水力筛分，使沿过滤水流方向的滤料粒径逐渐变大—形成上小下大的分布形式，过滤时，上部截留颗粒小，损失迅速上升理想情况—滤料沿水流方向由粗到细解决途径：①改变水流方向，由下向上，缺点：反冲洗不净，滤速慢②改用双层或多层滤料—选用不同密度的滤料。层数越多，越接近理想滤池；实际，滤料易流失，加工困难③采用新型的密实度或孔隙率可变的滤料。纤维球—由涤纶短丝结扎而成，有弹性，密度由中心向周边递减，孔隙率达90%以上。纤维球滤池过滤速度是砂滤池的5-8倍，周期比砂滤长3倍；能去除0.5-10μM级的微小SS；滤后水SS含量<10mg/L。缺点：冲洗需气、水联合冲洗，价格贵。（4）过滤与滤料排列95水处理工程过滤说课讲解课件96双层及多层滤料级配：双层及多层滤料级配：97四、垫料层（承托层）作用：①阻挡滤料进入配水系统中②承托滤料，均匀配水。

主要配合大阻力配水系统而使用。要求：不被反冲洗水冲动，形成的孔隙均匀，布水均匀，化学稳定性好，机械强度高材料：天然卵石或碎石规格四、垫料层（承托层）98五、配水系统

1、作用

（配水均匀性对冲洗效果影响很大）

配水系统的作用:(1)均匀收集过滤后水；(2)使冲洗水在整个滤池面积上均匀分布。

配水不均匀的影响:(1)冲洗水量过大的地方，部分滤层膨胀过甚，甚至会招致局部承托层发生移动，滤料层和承托层混合，造成漏砂现象。(2)冲洗水量过小的地方，部分滤层膨胀不足，滤料层中的杂质冲洗不干净，逐渐胶结变大，形成“泥球”或“泥饼”。五、配水系统99BAⅡⅠ滤层垫层假定反冲洗水强度为q,各水流路线的总水头损失应包括配水系统的水头损失s1q2、配水系统上孔眼的水头损失s2q2、垫料层水头损失s3q2、滤料层水头损失s4q2，进水压力为H流道Ⅰ：H1=s1AqA2+s2AqA2+s3AqA2+s4AqA2+流速水头流道Ⅱ：H2=s1BqB2+s2BqB2+s3BqB2+s4BqB2+流速水头同在排水槽排水，故H1=H2上两式中s2A＝s2B＝s2，s3A＝s3B＝s3，s4A＝s4B＝s4s1A总是≠s1B，所以qA≠qB，设计时尽可能qA≈qB，q最小/q最大0.95-------达到均匀采取两种方法：1）增大孔眼出水水力阻抗

2）降低配水系统水力阻抗配水不均匀原因：BAⅡⅠ滤层垫层假定反冲洗水强度为q,各水流路线的总水头损失100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。配水系统类型一般为穿孔管大阻力配水系统。101水处理工程过滤说课讲解课件1022．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S1<<S2+S3+S4,qA≈qB。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。2．小阻力配水系统103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。穿孔滤砖：104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。复合气水反冲洗滤砖：105第４节快滤池的运行一、滤速变化及其控制1.出水阀门调节实现恒速过滤滤层阻力小时，关小出水阀门，滤层阻力大时，开大阀门，出水阀门全开时，停止过滤进行反冲洗2.变水头恒速过滤-无阀滤池\虹吸滤池设置进水堰室和出水堰室来控制滤池中水位高低反映滤层水头损失大小当水位达到设定的最高水位时，进水堰停止进水，进行反冲洗出水堰顶必须高于滤层上顶滤池的过滤时间为过滤周期，一般控制在12～24小时。3.现在以变速过滤为主过滤初期,滤层清洁,截污能力强;后期截污能力减小,降低滤速有利第４节快滤池的运行一、滤速变化及其控制106高水位低水位有效水头损失进水堰箱废水排水清水井出水堰下部排水变水位恒速过滤高水位低水位有效水头损失进水堰箱废水排水清水井出水堰下部排水107二、滤池反冲洗目的：清除截留物，恢复过滤能力1.膨胀率e=(Le-L)/L,L,Le-滤层膨胀前后的厚度反冲洗的控制指标，e太低，冲洗不净；e过高，颗粒碰撞次数少，造成滤料流失砂滤床最佳膨胀率E=(1.5-2.5ε0),ε0---干净滤层的孔隙率；具有一定级配的分层滤床，在同一反冲洗强度下，不同粒径的滤层其膨胀率不同。实验表明，当最大颗粒沉降速度u满足式ε0=(v/u)0.22时，整个滤层完全膨胀起来。分层滤床完全膨胀后的厚度计算式：二、滤池反冲洗1082.反冲洗强度单位时间单位滤池面积通过的反冲洗水量，L/m2s。de-滤料当量直径，cm;μ—水的动力粘度；上式计算结果不准确，可用于试验前的估算，我国冲洗强度与膨胀率的大小往往是根据经验数据确定。最可靠的方法是进行反冲洗试验—在模型滤池中或用一根直径20～50mm,高1.2-1.5m的玻璃管进行。3.反冲