水的预处理(过滤器)

1、第三节水的预处理（过滤器）我们知道，水的混凝处理后，其水质情况会发生以下变化：?除掉部分：1、基本上除掉了水中悬浮物。2、水中的有机物能除去 60%-80% 。3、降低了一部分重碳酸盐硬度，即降低了一部分重碳酸盐碱度。4、除去水中胶态硅酸，约占全部硅酸的25%-50% 。?增加部分：1、增加了 SO42- ,等于加药量。2、增加了 CO2 。3、增加了水中的非碳酸盐硬度。4、水中的溶解固形物增加。 为满足后续处理反渗透或离子交换除盐时的水质要求，还需要对水进行进一步的预处理。一、过滤过程与原理 将水自上而下通过装有粒状填料（滤料）的设备，其中细小悬浮物被滤料吸附截留的过程。 滤料分层排布，小颗

2、粒的在上。由于上层砂砾排列致密，使悬浮物易于被其表面吸附、重叠和架桥形 成滤膜。滤膜起主要过滤作用称为薄膜过滤。水进入滤层内部后，悬浮物在深层滤料的复杂空隙通道内更 容易发生碰撞，从而被吸附截留，称之为渗透过滤或深层过滤。失效滤料可以通过自下而上的反洗而再生。二、过滤中的压力损失 测定出水浊度和水通过滤层的压降均可知滤池运行效果。出水浊度变化规律性不强，不能及时反映滤 层的污染程度；后者因变化明显，测量方便而成为反映滤池运行效果的实际指标。水流经滤层的压降与滤料污染程度和滤池的出力有关， 二者的增加都会导致其值增大。 在压降一定时， 出力会随着滤料污染程度的增加而下降。若保持滤池的出力不变，随

3、着滤料的污染加重，进水压力（压降）必须增大。压降过大，可能造成滤 层局部破裂，过滤作用破坏，出水水质恶化，滤料污染加重，反洗时不易洗净，滤料结块等。实际运行中，压降应比导致滤层破裂的临界值低很多。三、滤料工艺要求：粒度、机械强度和化学稳定性等。 常用滤料有石英砂、无烟煤和大理石等。1、粒度 常用粒径和不均匀系数两个指标表示，在105烘干、筛分、称重、作筛分曲线而得。（1）粒径：平均粒径 d50 和有效粒径 d10（下标指通过筛孔的质量百分比） ，后者反映滤料中较细颗粒 的尺寸。粒径过大：滤层孔隙大，出水水质不好，且反洗强度要求较高，影响反洗效果，进而可能造成其它不 良影响。粒径过小：滤层通流阻

4、力加大，水头损失上升过快。（ 2）不均匀系数： K80=d80/d 10。 滤料不均匀，反洗不易控制，且影响反洗效果。甚或加剧反洗后颗粒的上小下大分布，使水头损失上 升，过滤周期缩短。2、机械强度 反洗时滤料处于流化状态，颗粒间碰撞和摩擦，易造成颗粒的磨损或破碎。 磨损率和破碎率是常用的两个指标。其估算方法为：?取 100g 样品，筛分出 0.5mm 1mm 的部分；?放入装有 150mL 水的容器内，置于实验室震荡 24h；?再用 0.5mm 和 0.25mm 的筛子进行筛分。通过 0.25mm 筛子的部分占总量的质量百分比为磨损率；介于0.5 0.25mm 之间的部分占总量的质量百分比为破

5、碎率。有的国家规定：前者不得大于 0.5%，后者不得大于 4%。3、化学稳定性水与滤料化学反应会造成水质恶化，如 pH9 的水会使石英砂溶解，造成水中 SiO2 增加。化学稳定性验证：一定条件下，用中性（ 0.5mg/L 的 NaCl， pH=6.7）、酸性（盐酸溶液， pH=2.1）和碱 性（ NaOH溶液， pH=11.8）的水浸泡已预处理（洗涤和 60干燥）的滤料 24h。若溶解固形物、耗氧和硅 酸的增加量均不超过 10mg/L ，则可被接受。一般情况下，中性和酸性水可用石英砂做滤料；碱性水则宜用无烟煤或半烧白云石，不能用石英砂。4、颗粒形状 常用滤料非球形，其形状和表面积会多少影响通流

6、阻力和过滤效果。球状度和形状因子是两个常用概 念，它们互为倒数。前者为等体积的球和颗粒之间的表面积之比，其值1。5、滤层孔隙率 孔隙率为孔隙与总体积之比，与颗粒形状、排布和均匀程度等有关。不规则滤料的孔隙率一般大于球形颗粒的。孔隙率一般通过实验测定，计算公式为：四、运行的主要参数滤速、过滤周期和截污能力等。1、滤速 即空塔速度 是指单位时间里通过单位催化剂的原料的量，它反映了装置的处理能力。2、过滤周期 两次反洗之间的实际运行时间。3、滤层的截污能力又称泥渣容量， 指单位面积的滤面或单位体积的滤料能去除悬浮物的质量，kg/m 2 或 kg/m 3。一般滤料粒径越大，截污能力就越大。 截污能力也

7、与过滤水之前经过的处理方式有关。五、影响过滤过程的主要因素1、滤速 一般 10 12m/h 。 小虽投资费用低，但达不到预期效果；大水质，压降，过滤周期缩短。2、反洗 目的：恢复滤料的过滤能力。 反洗水流自下而上，滤层膨胀，导致高度增加一定比例，此即滤层膨胀率。它可直观反映反洗强度， 一般取 20 50%。3、反洗强度【单位滤池面积的通流量， L/（m2s）】和反洗时间直接影响着反洗效果。滤层中污泥清 洗不净，可能导致滤料结块，导致过滤效果不好。反洗强度与滤料粗细、轻重和水温等因素有关。石英砂和无烟煤（较轻）的反洗强度通常分别为 1518、1012 L/（m2s）。一般在反洗时通入压缩空气擦洗

8、， 以提高清洗效果。 擦洗时， 一般设备水位控制在滤料层上面 200mm 处，擦洗强度为 1020 L/（m 2 s），时间取 35 min。3、水流均匀性 过滤和反洗时，都要求水流尽可能均匀。 进水管上的挡板保证进水的均匀性。配水系统（或称排水系统，反洗时用于进水）对水流均匀性影响最大，其分为小阻力、中阻力和大阻 力三类。小阻力配水系统：水头损失 3m，系统孔隙面积小，阻力较大，阻力分布中滤层和管道所占比例较小。 故只要配水系统孔隙分布合理，即可基本保证水流均匀，故稳定性较好。中阻力配水系统的阻力和性能介于上述两者之间。重力式滤池通常选择小阻力配水系统，要求其配水 不均匀性不大于 5%。4、

9、滤池滤料的结块 原因：反洗不彻底、原水水质变化等造成滤料中积累了污泥、油泥或微生物及其排泄物，并与之粘结 成块。消除方法：（1）加强反洗。强度 +时间 +压缩空气擦洗，针对轻度结块。（2）卸出滤料人工清洗。（3）碱洗。针对油泥结块，把 NaOH或 Na2CO3溶液注入滤池静泡或进行循环冲洗。（4）酸洗。针对滤料上的重金属沉淀，一般使用盐酸，注意设备防腐（加缓冲剂）和滤料对盐酸的 稳定性。（5）氯清洗。 针对微生物和有机物生长而致的结块。 投加漂白粉和次氯酸钠， 使水中活性氯达到 40 50mg/L ，通过滤层，待排水中有氯臭味时，停止排水并静泡1 2d，杀死有关微生物后，再反洗。为提高清洗效果

10、，上述方法可几种结合使用。5、单层滤料和多层滤料 单层：一种滤料；多层：多种滤料 +分层聚集。 单层：反洗后颗粒分布上小下大。过滤主要依赖滤料表面形成的一层滤膜。滤膜会加大阻力，同时下 部滤层的过滤功能没得到充分发挥。因此运行周期短，截污能力差。双层：上层滤料密度小、颗粒大，下层的恰好相反，如无烟煤在上、石英砂在下。粒径上大下小分布， 破坏了滤层表面滤膜的形成， 下层滤料的截污能力得以发挥。 因而压降增加慢、 截污能力强， 运行周期长， 滤速可适当提高。双层滤料间分层不好，则不利于过滤。但混杂无法避免，一般认为混杂厚度为5 10cm 是可以的，关键是其粒度和密度(材料)的选择。实际应用中，双层

11、滤料的粒度和反洗强度可实验确定，反洗强度一般 为 1315L/(m2 s)。多层： 多层滤床的粒径配比即上大下小的状态， 有利于过滤过程， 使滤料的截污能力得以充分地发挥； 此外滤层下部滤料粒径小，其表面积较大，防止杂质穿透的能力强，从而保证滤水水质。 使用多层滤料时，要注意不同颗粒大小的级配和冲洗强度。级配要做到反冲洗后不同滤料分层良好， 否则不同滤料混杂便会丧失多层滤料的优点。六、电厂水的预处理过滤设备一体化净水器特点：利用虹吸的形成和破坏，实现过滤和反洗的自动切换，虹吸装置只起控制作用。全自动的净水 器不仅系统维修及维护的工作量小，且运行可靠稳定。?工作周期： 从开始过滤到开始抽气， 一

12、般为几到十几小时。 反洗形成时间和反洗时间分别为 2 3min 和 4 5min。加药量可在 0-155L/H 进行调节。?反洗后不能正洗排水，影响初期出水水质，故在虹吸辅助管上常设强制反洗装置，在出水不合格时 使用。?允许压降约为 15 20kPa；进水悬浮物不大于 100mg/L 时，出水的小于 5mg/L 。?工作原理全自动的净水器沉降区分为上下两部分， 主要是依据浅层沉淀理论， 设置了斜管加速沉降 ,下部沉降快 速形成的大颗粒状絮体，在两层斜管之间由于水流方向发生改变，将会增加小颗粒絮体间的接触机会，在 流经上层斜管时，进一步提高水质，沉淀池污泥一部分回流絮凝反应池，剩余污泥部分入污泥

13、区，污泥定 期外排。斜管清水区出水经波形多孔集水板集水，均匀分配给分配水箱，分配水箱出水进入滤池，进行过 滤去除泄漏的微量悬浮物，出水经冲洗水箱进入蓄水池。该滤池采用反射板布水，多孔板集水，滤料为石 英砂反冲洗为达额定水头损失后，自动虹吸反冲。该净水器净水装置本身从反应、絮凝沉淀、集水、配水、过滤、体内反洗、排泥等一系列运行程序， 均达到全自动运行的效果。 原水在进入全自动净水器时， 首先进入装置底部的配水区， 穿孔管布水的方式， 确保净水设备布水均匀，每个微孔水流以一定的流速喷出，防止絮凝污泥的沉淀。在反应区通过剩余污泥的循环回流 ,原水中的细小矾花与污泥进行充分接触,发生絮凝反应，使水中的

14、小矾花逐渐状大 ,形成大颗粒絮状体，为斜管沉降创造有利条件,同时提高污泥的浓缩倍率 ,提高污泥区污泥含量 ,减少系统的自耗水率。 净水器通过前级水的压力至后级滤池高位出水箱， 出水系统采用中间出水确保 系统出水的均匀性。由于进行均匀布水,水流速度的降低，并缓慢进入高浓度絮凝区, 絮凝区由于污泥浓度较高 ,前级混合后的原水在污泥的吸附作用下,进行彻底的混凝反应 ,形成絮状体悬浮物在一层斜管区进行整流 ,并起均匀布水及导流的功能 ,经充分反应后絮状水体沿二层斜管倾斜方向往上流动，进入沉降区内,进行固液分离 ,沉积下来的污泥在重力作用下 ,沿斜管倾斜方向往下滑落 ,进入污泥区 ,滑落的矾花在导流斜管

15、的 水力作用下 ,被推到净水装置的泥斗内 ,而通过斜管澄清后的水则由净水装置上部配水装置,进入过滤室内，并由上而下通过滤料层、滤头汇集至装置底部的清水室,并由连通管通至装置顶部的清水池。设备排泥：全自动净水器斜管区沉淀下的泥渣，经排泥阀定时排泥。反冲洗虹吸排污：斜管沉淀区出 水经滤料层过滤一定时间后，由滤料层的运行阻力逐渐增大，过滤室水位逐渐上升，当水位上升至虹吸辅 助管时，虹吸管内空气随着虹吸辅助管排水,将虹吸管内空气不断带走 ,形成负压 ,最终使虹吸管内的水位接通 ,即形成虹吸， 过滤室上室清水在清水层的静压及真空吸引下迅速反冲洗，装置内清水按照正常运行路径反方向返回， 当清水经过滤料层时

16、即开始对滤料进行反冲洗,反洗强度通过调节虹吸排水管管口的锥形调节板,预先设定反洗强度及反洗历时 ,反冲洗历时 46 分钟。反洗强度为 1416L/m2.S。双介质过滤器 多介质过滤器是利用一种或几种过滤介质，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非 粒材料，从而有效的除去悬浮杂质使水澄清的过程，常用的滤料有石英砂，无烟煤，活性炭、锰砂等，主 要用于水处理除浊，软化水，除盐水的前级预处理等，出水浊度可达3 度以下。过滤器反洗的注意事项：?当过滤器进出口压差 0.08MPa 时，要进行过滤器的反洗。?在反洗时要注意反洗水量，一般反洗水量是正洗水量的2.54倍，通常选择 3 倍。?开反洗进

17、水门时，要逐渐开大。?反洗前务必要进行空气擦洗，擦洗前要先放水至介质上200mm 高。擦洗时空气的输入强度一般在1518L/m 2s 的压缩风。 强度过小，效果不好；强度过大，造成介质乱层塌陷。擦洗时间一般控制在35min。过滤器填料简介?石英砂： 水处理的沉淀和澄清过程，把水中一部分比较大的固体颗粒或容易沉降的杂质加以去除，但要进一步 使水净化，就得利用过滤的方法，使水通过设备中从上而下、由小而大的不同颗粒滤料层后，将水中的细 小颗粒、胶体、有机物等杂质截留下来，从而使水得到进一步澄清和净化，降低水的浑浊度。根据设备水 头损失的情况或过滤器运行时间确定过滤器的反冲时机。通过设备上所配置的各类

18、阀体的开合对设备内部 介质进行反冲洗，将沉淀在介质上的杂物冲洗干净后，设备随即进入新的过滤周期。?特点： 石英砂过滤器设备结构简单、运行可以实现自动控制、处理流量大、反冲次数少、过滤效率高、阻力 小、操作维修方便等特点。?无烟煤：无烟煤滤料是一种带吸附效果的滤料。 无烟煤滤料其主要成分是 C（炭），由于炭本身具有很好的吸附效果，所以无烟煤滤料是一种带吸附效果的滤料，其吸附物质的强弱由含碳量来确定，对水、氧化物、醋 酸、碱等具有较强的亲协力，是一种微水深度吸附剂，也是吸附极性分子的吸附剂。无烟煤滤料是具有许多空隙结构含碳的不定型颗粒，有许多毛细孔通道，这些孔道的外貌有较高的活 性，能对气体，蒸汽 ,液体的水份具有很好的吸附效果，能去除水中的氟离子效果非常好。在一定条件下干 吸附度可达 70 以下的露点，饱和可在 175400 加热除水而复生，配合石英砂，锰砂滤料进行水处理滤料， 具有更好的效果，并且能多次反冲洗。?活性炭：活性碳：多种含碳原料 （木材、果壳、煤、沥青等 ）经脱水、碳化 （300 400，去除挥发分 ），再经药剂 （ZnCl2）或水蒸气高温活化 （800 900）后