《水的过滤》PPT课件.ppt

第一节过滤概述一过滤概念二过滤发展慢滤池是最早出现用于水处理的过滤设备 能有效地去除水的色度 嗅和味 由于慢滤池占地面积大 操作麻烦 寒冷季节时其表层容易冰冻 逐渐被快滤池所代替 第五章过滤 三普通快滤池1 构造 2 工作过程由过滤与反冲洗两部分组成 3 滤速指单位时间 单位过滤面积上的过滤水量 单位为m3 m2 h 或m h 4 工作周期从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工作周期 从过滤开始到过滤结束称为过滤周期 滤池的工作周期为12 24h 第二节过滤理论 一 过滤机理1 迁移机理 1 筛滤比滤层孔隙大的颗粒被机械筛分 截留于过滤表面上 然后这些被截留的颗粒形成孔隙更小的滤饼层 使过滤水头增加 甚至发生堵塞 2 拦截随流线流动的小颗粒 在流线会聚处与滤料表面接触 3 惯性当流线绕过滤料表面时 具有较大动量和密度的颗粒因惯性冲击而脱离流线碰撞到滤料表面上 4 沉淀如果悬浮物的粒径和密度较大 将存在一个沿重力方向的相对沉淀速度 在净重力作用下 颗粒偏离流线沉淀到滤料表面上 5 布朗运动对于微小悬浮颗粒 如d 1 m 由于布朗运动而扩散到滤料表面 6 水力作用由于滤层中的孔隙和悬浮颗粒的形状是极不规则的 在不均匀的剪切流场中 颗粒受到不平衡力的作用不断地转动而偏离流线 2 附着机理 1 接触凝聚在原水中投加凝聚剂 压缩悬浮颗粒和滤料颗粒表面的双电层后 但尚未生成微絮凝体时 立即进行过滤 2 静电引力由于颗粒表面上的电荷和由此形成的双电层产生静电引力和斥力 当悬浮颗粒和滤料颗粒带异号电荷则相吸 反之 则相斥 3 吸附悬浮颗粒细小 具有很强的吸附趋势 吸附作用也可能通过絮凝剂的架桥作用实现 絮凝物的一端附着在滤料表面 而另一端附着在悬浮颗粒上 4 分子引力原子 分子间的引力在颗粒附着时起重要作用 3 脱落机理 普通快滤池通常用水进行反冲洗 有时先用或同时用压缩空气进行辅助表面冲洗 在反冲洗时 滤层膨胀一定高度 滤料处于流化状态 截留和附着于滤料上的悬浮物受到高速反洗水的冲刷而脱落 滤料颗粒在水流中旋转 碰撞和摩擦 也使悬浮物脱落 反冲洗效果主要取决于冲洗强度和时间 当采用同向流冲洗时 还与冲洗流速的变动有关 二滤层内杂质的分布规律 1滤层含污量 滤层含污能力 对整个滤层 单位体积滤料中的平均含污量 单位 g cm3或kg m3 2过滤终止的信号 滤速减小出水浊度明显增大3增大截污能力 双层滤料三层滤料均质滤料 三滤池运行中的几个主要参数 1滤速 即时滤速 平均滤速 强制滤速 2过滤水头损失 3滤池工作周期 4反冲洗强度 单位时间单位滤池面积通过的反冲洗水量称为反冲洗强度q 通常用L m2 s 表示 5滤层膨胀率 滤层膨胀后增加的厚度 L与膨胀前厚度L之比 6反冲洗时间 一般5 10min 7杂质穿透深度 表示滤层利用率的指标 8滤层截污能力 单位体积滤料所截留杂质的量 越大越好 四过滤水力学1 快滤池滤层的发展与利用滤层含污能力 单位体积滤层中的平均含污量称为 滤层含污能力 单位g cm3或kg m3 采用单水冲洗的石英砂滤料滤池是典型的水力分级滤料滤池 其含污量随深度变化 多层滤料滤池接近理想滤料滤池 最常见为双层和三层滤料见图5 5 均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现 如V型滤池 要实现均质滤料过滤 反冲洗时滤料层不能膨胀 图5 5 2 过滤过程中水头损失变化 1 清洁滤料层的水头损失均质滤料 卡曼 康采尼公式 Carman Kozony 公式 5 1 非均质滤层按下式计算 5 2 2 过滤过程中的水头损失变化过滤时滤池的总水头损失为 其中 H1 清洁滤料的水头损失 H2 承托层和配水系统的水头损失 H3 杂质的水头损失 3 负水头现象当过滤进行到一定时刻时 从滤料表面到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深 该深度处就出现负水头 见图5 6 图5 6 负水头会导致空气释放出来 危害 增加滤层局部阻力 增加了水头损失 空气泡会穿过滤料层 上升到滤池表面 甚至把煤粒等轻质滤料带走 避免滤池中出现负水头的两个方法 增加砂面上的水深 滤池出口位置等于或高于滤层表面 3过滤方式 1 等速过滤在等速过滤中 由于滤层逐渐被堵塞 水头损失随过滤时间逐渐增加 滤池中水位逐渐上升 当水位上升到最高水位时 过滤停止以待冲洗 无阀滤池与虹吸滤池是典型的等速过滤滤池 图5 7 2 减速过滤滤速随过滤时间逐渐减小的过滤方式 设四个滤池组成一个滤池组 假设 进入滤池组的总流量不变 每个池子的性能完全相同 每个滤池恰好按它的编号顺序进行冲洗 则滤池的水位与滤速变化如图所示 移动罩滤池是典型的减速过滤滤池 当移动罩滤池的分格数很多时 这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间隔时间很近 滤池水位变化不大 有可能达到近似的 等水位变速过滤 图5 8 图5 9 4直接过滤原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为 直接过滤 有两种方式 原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤 称为 接触过滤 见图 a 与 b 所示 原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤 称为 微絮凝过滤 如图 c 与 d 所示 图5 10直接过滤流程 第三节滤料与承托层一滤料基本要求1 足够的机械强度 2 足够的化学稳定性 3 材料较便宜 来源较广 4 有一定的级配和适当的孔隙率 4 外形接近于球状 表面比较粗糙而有棱角 二滤料性能参数1 比表面积粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积的滤料所具有的表面积 单位为cm2 g或cm2 cm3 2 有效粒径与不均匀系数粒径级配可用滤料的有效粒径和不均匀系数表示 关系如下 5 4 d80 通过滤料重量80 的筛孔孔径 d10 通过滤料重量10 的筛孔孔径 3 最大粒径 最小粒径和不均匀系数表5 2滤料级配与滤速 4 球度系数与形状系数球度系数滤料颗粒的形状系数为 5 滤料孔隙率指整个滤层中孔隙总体积与滤料层体积之比 测定方法 取一定量的滤料 在105oC下烘干称重 并测出其密度 然后放入过滤筒中 用清水过滤一段时间后 量出滤层体积 则孔隙率为 5 8 式中 G 烘干后的滤料 g 滤料的密度 g cm3 V 滤料层的堆积体积 cm3 6 滤料的筛分方法 1 筛分试验记录表5 4筛分试验记录 2 筛分方法见图5 12 大粒径 d 1 54 颗粒约筛除13 0 小粒径 d 0 44 颗粒约筛除19 0 图5 12 7 滤层的设计 1 材料 2 级配 3 厚度 d10K80 dmaxdminK80 与混凝效果有关与滤速有关与滤后水水质有关 三承托层作用 防止滤料层从配水系统流失 均匀布置反冲洗水 表5 5快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度 表5 6三层滤料滤池承托层材料 粒径与厚度注 配水系统如用滤砖且孔径为4mm时 第6层可不设 如果采用小阻力配水系统 承托层可以不设 或者适当铺设一些粗砂或细砾石 视配水系统的具体情况而定 第四节滤池冲洗 目的 恢复过滤能力 常用的反冲洗方法 单水高速反冲洗 气 水联合反冲洗 表面助冲加高速水流反冲洗 冲洗质量的要求 一单水高速反冲洗1 反冲洗强度指单位面积滤层所通过的反冲洗流量 单位为L s m2 2 滤层膨胀度 5 10 由于滤层膨胀前 后单位面积上滤料体积不变 于是 5 11 故 5 12 3 常用数据表5 7冲洗强度 膨胀度和冲洗时间 二配水系统常见的有大阻力配水系统 小阻力配水系统 中阻力配水系统等 其作用 反冲洗时 均匀分布反冲洗水 过滤时 均匀集水 1 大阻力配水系统的原理 1 构造大阻力配水系统的构造如图所示 图5 13 图5 14 2 沿途泄流管道干管和支管均可近似看作沿途泄流管道 因此 5 13 沿途均匀泄流管道中的水头损失为 5 14 代入上式得 5 15 因为 管道的比阻 故 5 16 设 0 012 则当时 在快滤池的配水系统中 这一条件 因而 如图5 15所示 图5 15 3 配水系统的能量的变化在图5 14所示的大阻力配水系统中 干管起端O点 干管末端I点 最前一根支管起端a点 最后一根支管起端b点 最后一根支管末端c点之间的能量关系见式 5 17 至式 5 18 也可形象地用图5 16来描述 5 17 5 18 5 19 5 20 图5 16 4 大阻力配水系统的原理c点与a点之间的压力关系为 5 21 假定 沿程水头损失 0 0 各支管的进口局部水头损失基本相等 即ha hb 并取 1 则式 5 21 可简化为 5 22 在图5 14所示的配水系统中 压力水头差别最大的两个点为孔口a与孔口c 设两孔口的终点水头为H终 孔口a与孔口c的总水头损失分别为Ha Hc 5 23 5 24 将式 5 23 5 24 代入式 5 22 得 5 25 由于 5 26 5 27 将式 5 26 5 27 代入式 5 22 可得 5 28 假设S2 S2 则式 5 28 可简化为 5 29 上式说明Qc大于Qa 增加S1 S2 值 能减小上式右边第二项的值 从而使Qa尽量接近Qc 由于承托层与滤料层的阻力系数之和S2 不能改变 只有通过减小孔口总面积来增大孔口阻力系数S1 才能增大S1 S2 增大孔口阻力系数S1就削弱了承托层 滤料层阻力系数及配水系统压力水头不均匀对孔口出流量的影响 这就是大阻力配水系统的原理 5 大阻力配水系统的设计要点 干管起端流速为0 2 1 2m s 支管起端流速为1 4 1 8m s 孔眼流速为3 5 5m s 支管中心距为0 25 0 3m 支管长度与其直径之比一般不应大于60 孔口直径约为9 12mm 设于支管两侧 与垂线呈45O角向下交错排列 干管横截面与支管总横截面之比应大于1 75 2 0 孔口总面积与滤池面积之比称为开孔比 0 2 0 25 其值可按下式计算 5 40 6 大阻力配水系统的特点 配水均匀性好 结构复杂 管道容易结垢 孔口水头损失大 要求反冲洗水压高 无阀滤池 移动冲洗罩滤池 虹吸滤池等的冲洗水头非常有限 不宜采用大阻力配水系统 特点 反冲洗水头小 配水均匀性较大阻力配水系统差 当配水室内压力稍有不均匀 滤层阻力稍不均匀 滤板上孔口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞 配水均匀程度都会敏感地反映出来 滤池面积较大时 不宜采用小阻力配水系统 中阻力配水系统与小阻力配水系统类似 但其开孔比介于大阻力配水系统与小阻力配水系统之间 3 小阻力配水系统 小阻力配水系统的构造特点 铺设穿孔滤板或滤砖 开孔比一般为1 0 1 5 见图5 17 5 18 5 19 图5 17 图5 18 图5 19 图5 20 图5 21 4冲洗废水排除 1 冲洗排水槽 排水渠 2 冲洗排水槽设计要求a 冲洗排水槽平面总面积一般不大于单个滤池面积的25 否则 会影响上升水流的均匀性 b 相邻两槽的中心间距一般为1 5 2 0m 间距过大 难以排水均匀 c 槽内水面以上一般要有7cm左右的保护高 以保证冲洗废水自由跌水进入排水槽 d 排水槽的废水应自由跌水进入排水渠 以免引起壅水现象 e 每单位槽长的溢入流量应相等 故施工时冲洗排水槽口应力求水平 误差限制在2mm内 3 排水渠布置 面积小时 沿池壁一边布置 当滤池面积很大时 排水渠布置在滤池中间 5 冲洗水的供给 水泵冲洗 冲洗水塔或水箱冲洗 水泵冲洗的特点 投资省 但操作较为麻烦 在冲洗的短时间内耗电量大 往往会使厂区内供电网负荷骤增 冲洗水箱的特点 造价高 但操作简单 专用水泵小 耗电量较均匀 1 水泵冲洗水泵流量和扬程分别为 H0 排水槽顶与清水池最低水位之差 m h1 从清水池至滤池的冲洗管道中总水头损失 m h2 滤池配水系统水头损失 m h3 承托层的水头损失 m h4 滤料层的水头损失 m h5 备用水头 一般取1 5 2 0m 2 冲洗水塔 箱 冲洗水箱一般与滤池合建 通常建造于滤池操作室层顶上 水塔 箱 中水深不宜超过3m 水塔 箱 容积可按单个滤池冲洗水量的1 5倍计算 5 51 水塔 箱 底高出滤池冲洗排水槽顶的高度可按下式计算 6 气 水联合反冲洗3种操作方式 先气洗 后水洗 先气水混合洗 再用水洗 先气洗 再气水混合洗 最后用水洗 或漂洗 气 水联合冲洗时 总的反冲洗时间约在10min左右 气 水联合冲洗时常用长柄滤头或复合气水反冲洗配水滤砖进行布气与布水 其结构如图5 22和图5 23所示 图5 22 图5 23 第五节普通快滤池一基本参数1 滤速设计滤速一般为8 10m h 强制滤速10 14m h 2 滤池总面积3 个数和单池面积一般单池面积不大于100m2 单池面积f可根据滤池总面积F与滤池个数N计算 4 滤池深度滤池深度包括 保护高 0 25 0 3m 滤层表面以上水深 1 5 2 0m 滤层厚度 见表5 2 承托层厚度 见表5 5和表5 6 因此 滤池的总深度一般为3 0 3 5m 5 管廊布置管廊 指集中布置滤池的管渠 配件及阀门的场所 要求 1 力求紧凑 简捷 2 留有设备与管配件安装 维修时必须的空间 3 具有良好的防水 排水 通风 照明设备 4 便于与滤池操作室联系 5 管廊中的管道一般用金属材料 也可用钢筋混凝土渠道 6 管廊门及通道应允许最大配件通过 并考虑检修方便 几种管廊布置方法见图5 24 滤池数小于5个时 滤池宜采用单行排列 管廊位于滤池的一侧 当滤池数超过5个时 滤池宜采用双行排列 管廊位于两排滤池的中间 1 进水 清水 冲洗水和排水渠 全部布置于管廊内 如图 a 所示 特点 渠道结构简单 施工方便 管渠集中紧凑 但管廊中管件较多 通行和检修不太方便 管廊布置主要有如下四种形式 2 冲洗水和清水渠布置于管廊中 进水和排水渠布置于滤池另一侧 如图 b 特点 可节省金属管件及阀门 管廊内管件简单 施工和检修方便 但造价稍高 3 进水 冲洗水及清水管均采用金属管道 排水渠单独设置 如图 c 特点 通常用于小型水厂或滤池单行布置 4 对于较大滤池 为节约阀门 可以将进水和排水阀门分别用进水虹吸和排水虹吸代替 冲洗水管和清水管仍用阀门 如图 d 所示 特点 虹吸管通水或断水以真空系统控制 快滤池管渠流速表5 10管渠流速 第六节无阀滤池一构造 图5 25 二 设计要点1进水系统 1 进水分配槽 2 进水管U形存水弯2滤池面积与高度3冲洗水箱4虹吸管的计算