给水处理 过滤ppt课件

第9章过滤，1，9.1过滤概述9.1.1慢滤慢滤是最早用于水处理的过滤设备，能有效去除水的颜色、气味和味道，见9-1。由于慢滤池占地面积大，操作麻烦，在寒冷季节其表面容易结冰，城市自来水厂使用的慢滤池逐渐被快滤池所取代。表9-1现代慢滤池的适用进出水水质，2，9.1.2快滤池1。结构如图9-1、3、4、2所示。工作过程包括过滤和反冲洗。3.过滤速率过滤速率是指单位时间和单位过滤面积的过滤水量，单位为m3/(m2h)或m/h. 4。从过滤开始到冲洗结束的时间称为快速过滤的工作时间。从过滤开始到过滤结束的过程称为过滤循环。过滤器的工作周期为12 24小时。过滤理论9.2.1截留机理1。悬浮颗粒的截留机理两阶段理论：由迁移和吸附组成。迁移：沉降、扩散、惯性、拦截和水动力，如图9-2所示。吸附：范德华吸引力、静电力、一些化学键和一些特殊的化学吸附力，絮凝颗粒之间的桥梁。图9-2悬浮颗粒的迁移过程，6，2。吸附和剥离(1)艾夫斯-明茨论点艾夫斯：附着在过滤介质上的悬浮颗粒在过滤过程中永远不会剥离；(2)在过滤的后期，悬浮颗粒穿过过滤层进入过滤室排水，这是由于吸附效率的降低。薄荷：吸附和反萃是过滤过程中同时存在的两种相反现象，反萃量与污染含量成正比；(2)汽提是悬浮颗粒穿透过滤层并进入过滤器排出物的原因。迄今为止争论的结果是明茨理论获得了优势。粘附力和流动剪切力见图9-3。过滤水力学1。过滤层在快速过滤池承污能力中的开发利用：单位体积过滤层的平均承污能力称为“过滤层的承污能力”,单位为g/cm3或kg/m3。单水冲洗石英砂过滤器是典型的水力分级过滤器，其污染物含量随深度的变化如图9-4所示。多层过滤器接近理想过滤器，最常见的是双层过滤器和三层过滤器，如图9-5所示。双层过滤器的污水含量随深度的变化见图9-4的曲线2。均质过滤介质过滤已在实际生产中实施，如V型过滤器。为了实现均匀的滤料过滤，滤料层在反冲洗过程中不会膨胀。过滤过程中水头损失的变化(1)清洁滤料层水头损失的卡曼-科松尼公式：(9-1)不均匀滤料层根据以下公式计算：(9-2)(2)过滤过程中的总水头损失如下：(9-3)、(12)、(11)、(3)负水头现象当过滤进行到一定时间时，滤料表面到一定深度的滤层水头损失超过该深度的水深。 负水头出现在该深度，负水头会导致空气释放，造成危害：增加滤层局部阻力，增加水头损失； (2)气泡将穿过过滤材料层并上升到过滤器的表面，甚至带走轻质过滤材料如煤颗粒。在冲洗过程中，空气更容易带走大量的过滤材料和水。避免过滤器负水头的两种方法：一是增加砂面水深；二是使过滤器出口位置等于或高于过滤层表面。(1)恒速过滤最常见的恒速过滤如图9-7所示。在恒速过滤状态下，随着过滤层的逐渐堵塞，水头损失随着过滤时间的增加而逐渐增加，过滤池中的水位逐渐上升。当水位上升到最高水位时，过滤停止进行冲洗。无阀过滤器和虹吸过滤器是典型的恒速过滤过滤器。(2)设置四个过滤器以形成用于逐渐减少过滤的过滤器组，假设：(1)进入过滤器组的总流量不变；(2)每个池的性能完全相同；(3)每个过滤罐根据以下标准进行冲洗未经沉淀的原水直接过滤进入过滤器的过程称为“直接过滤”。直接过滤有两种方式：原水只有在加药后混合后直接进入过滤器，称为“接触过滤”。也可称为“直流过滤”，如图9-10中的(a)和(b)所示。(2)原水混合微絮凝后进入过滤器，称为“微絮凝过滤”，如图9-10(c)和(d)所示。图9-10直接过滤工艺，16，直接过滤的两个特点：双层或三层过滤介质；(2)使用聚合物基凝结剂或助凝剂。直接过滤要求：原水浊度和色度低，水质变化小，常年原水浊度低于50度；(2)直接过滤的过滤速度应根据原水的质量来确定。当浊度较高时，应采用较低的过滤速率。原水浊度在50度以上时，过滤速度一般为5m/h左右，17，9.3滤料及支撑层9.3.1要求1。足够的机械强度2。足够的稳定性3。当地材料可以低价买到。形状接近球形，表面粗糙且有棱角。9.3.2过滤材料性能参数1。比表面积粒状过滤材料的比表面积可表示为过滤材料每单位重量或体积的表面积，单位为cm2/g或cm2/cm3。2.有效粒径和不均匀系数粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数来表示，其关系如下：(9-4)、(18)、(3)。最大粒径和最小粒径的常用数据见表9-2。表9-2过滤介质的分级和过滤速率，19，3。过滤介质的等效直径(9-5)。公式中，de过滤介质层的当量直径和用mmpi计算的筛网间截留的过滤介质重量占过滤介质总重量的百分比；4.球形系数和形状系数球形系数(9-6)滤料颗粒的形状系数为：(9-7)，20，表9-3列出了常用的滤料形状，它们的球形系数和形状系数，滤料颗粒的形状如图9-11所示。表9-3过滤材料颗粒的形状和球形系数、形状系数和孔隙率图9-11过滤材料颗粒的形状示意图，21，5。滤料层孔隙率滤料层孔隙率是指整个滤层的总孔隙体积与整个滤层的累积体积之比。测定方法：取一定量的过滤材料，干燥，在105下称重，用比重瓶测量其密度。然后将其放入过滤筒，用清水过滤一段时间，测量过滤层的体积，孔隙率为(9-8)。G干燥过滤材料，G过滤材料的密度，g/cm3；V过滤材料层的累积体积，cm3。过滤材料的筛分方法(1)筛分试验记录筛分试验记录见表9-4。筛分试验记录见表9-4。23、(2)筛分方法如图9-12所示。大粒径(d.1.54)颗粒的筛分约为13.0%，小粒径(d0.44)颗粒的筛分约为19.0%。(3)准确取同粒径砂作为滤料的方法：将滤料样品倒入一定的筛子中过筛，然后将筛子上的砂全部倒出，然后振动粘在筛孔中的部分砂，如此反复，得到相同粒径的滤料。从这些振动的砂粒中，取出几个颗粒，等体积球体的直径可按下式计算：(9-9)式中，Gn颗粒的总重量，g；颗粒密度，g/cm3。双层过滤介质和多层过滤介质中的混合层现象一种观点认为，在煤-砂界面上适度的混合层可以避免过多的杂质在界面上积累，从而导致水头损失增加得更快，所以适度的混合是另一种观点认为，不应在煤-砂界面上进行混合。由于煤层具有拦截大量杂质的功能，砂层具有精细过滤的功能，界面分层清晰，初始水头损失小。支撑层的作用：防止滤料层从配水系统中流失；(2)均匀布置反冲洗水滤池冲洗常用的反冲洗方法有：单水高速反冲洗；气水联合反冲洗；(3)表面冲洗加高速水流反冲洗。9.4.1单水高速反冲洗1。反冲洗强度是指过滤层单位面积的反冲洗流量，单位为升/SM2。2.过滤层膨胀度(9-10)由于过滤层膨胀前后单位面积过滤材料体积不变，因此：(9-11)因此：(9-12)、(29)、(3)。公共数据表9-7列出了公共数据。表9-7冲洗强度、膨胀度和冲洗时间注：1。设计水温计算为20OC。水温每升高或降低1摄氏度，冲洗强度将增加或减少1%。2.由于全年水温和水质的变化，应考虑适当调整冲洗强度的可能性；3.冲洗强度的选择应考虑所用混凝剂品种的因素；4.无阀过滤器的冲洗时间可以很短；5.膨胀值仅用于设计计算。30、9.4.2常见的配水系统包括三种类型的配水系统：高阻配水系统、低阻配水系统和中阻配水系统。它们的作用是：反冲洗时，反冲洗水分布均匀；(2)过滤时，均匀收集水分。反冲洗过程中布水不均的危害：过滤器中砂层厚度分布不均匀；(2)过滤时，出现短流，导致出水水质下降；(3)可能造成局部持力层移动，造成漏砂。高阻配水系统的原理(1)高阻配水系统的结构如图9-13和9-14所示。(2)沿线排水管道的干管和支管可近似视为沿线排水管道。因此，(9-13)沿途均匀排水管道中的水头损失被(9-14)代入上述公式：(9-15)由于管道的比电阻，(9-16)，33，设置为=0.012，那么，在快速过滤器的配水系统中，这种情况，因此，如图9-15所示。在图9-14所示的大阻力配水系统中，主管起点o、主管终点I、前支管起点a点、最后支管起点b点和最后支管终点c点之间的能量关系如方程式(9-17)至(9-18)所示，也可在图9-16中用图形描述。(9-17) (9-18) (9-19) (9-20)，35，(4)高阻力配水系统原理C点与A点之间的压力关系为(9-21)假设：沿程水头损失为0，0；(2)各支管入口处的局部水头损失基本相等，即hahb.取=1，方程(9-21)可简化如下：(9-22)在图9-14所示的配水系统中，压头差最大的两点是a孔和c孔，两个孔的端头为h端，a孔和c孔的总压头损失分别为ha、Hc(9-23)(9-24)、36。将等式(9-23)、(9-24)代入等式(9-22)导致：(9-25)作为(9-26)(9-27)的结果，将等式(9-26)、(9-27)代入等式(9-22): (9-28)假设S2为“S2”，等式(9-28)可以简化为：(9-29)、37，增加S1 S2的值”可以减少上述公式右侧第二项的值，从而使Qa为由于支撑层和过滤材料层的阻力系数之和S2不能改变，所以S1 S2”只能通过减小孔的总面积来增加孔的阻力系数S1来增加。增大孔口阻力系数S1减弱了承压层、滤料层阻力系数和配水系统不均匀压头对孔口流量的影响，这是大阻力配水系统的原理。根据多孔管高阻力配水系统的设计图纸，9-14中a孔和c孔的出口流量Qa和Qc可按以下公式计算：(9-30)(9-31)将公式(9-30)和(9-31)代入公式(9-22)并整理出：(9-32)上述公式表明，当孔口水头损失较大时，a孔和b孔的出口流量比更接近1。如果配水系统的配水均匀性要求在95%以上，即使质量保证/质量控制为0.95，也可以得到上述公式：(9-34)为了简化计算，假设各支管的入口流量相同，v0和va可以分别按照以下两个公式计算：(9-35)(9-36)，40，为了简化计算，Ha可以计算孔板的平均水头损失。然后哈如下：(9-37)将等式(9-34)、(9-35)、(9-36)代入等式(9-33): (9-38)将=0.62代入上述等式并整理出：(9-39)等式(9-39)是计算大阻力配水系统结构尺寸的基础。对上述公式的解释：高阻力配水系统的配水均匀性只与主管的截面积、支管的截面积、支管的数量、孔口的总面积等有关。但与其他因素无关。(2)当过滤面积过大时，过滤器中砂层和支撑层分布不均匀以及冲洗废水的去除都会影响冲洗效果。高阻力配水系统设计要点：主管起点流量为0.21.2m/s，支管起点流量为1.41.8m/s，孔口流量为3.5 5m/s。(2)支管中心距为0.250.3m，支管长度与直径之比不应大于60。(3)孔口直径约为9 12毫米，位于支管两侧，并垂直于45O角向下交错排列。(4)主管截面与支管总截面之比应大于1.752.0。当主管道直径或管道宽度大于300毫米时，顶部应安装一个过滤头，喷嘴或主管道应埋在槽底。(5)总孔面积与过滤面积之比称为开孔率，其值可按以下公式计算：(9-40)，(42)，(3)小阻力配水系统和大阻力配水系统的特点：配水均匀性好；(2)复杂结构；(3)但管道易于缩放；(4)孔口水头损失大，因此要求高的反冲洗水压。无阀过滤器、移动冲洗罩过滤器和虹吸过滤器的冲洗头非常有限，因此不适合采用大阻力配水系统。小阻力配水系统的结构特点如下：铺设多孔过滤板或过滤砖，开孔率一般为1.01.5%，如图9-17、9-18和9-19所示。低阻力配水系统的特点：小反冲洗头；(2)阻力大的配水系统配水均匀性差。当配水系统的室内压力稍不均匀，过滤层阻力稍不均匀，过滤板上的小孔尺寸稍有不同或部分过滤板堵塞时，配水均匀性会得到灵敏的反映；(3)当过滤面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。中等阻力配水系统类似于小阻力配水系统，但其开口率介于大阻力配水系统和小阻力配水系统之间。(1)如图9-20和9-21所示，冲洗排水槽和排水管。(2)冲洗排水槽的设计要求。冲洗排水槽的总面积一般不超过单个过滤槽面积的25%。否则，上升水流的均匀性将受到影响。相邻两个凹槽的中心距一般为1.52.0m，间