水污染控制工程：过滤

1、 水处理工程水处理工程过滤过滤 (Filtration) On removing little particles with big particles2什么是过滤？什么是过滤？过滤介质固液分离手段日常生活中常用砂来净水。 34Categorizing FiltersStraining(筛滤）nParticles to be removed are larger than the pore sizenClog rapidlyDepth Filtration (或Deep bed filtration，深床过滤）nParticles to be removed may be much small

2、er than the pore sizenRequire attachmentnCan handle more solids before developing excessive head lossAll filters remove more particles near the filter inlet5Depth filtration and surface filtration6The “if it is dirty, filter it” MythThe common misconception is that if the water is dirty then you sho

3、uld filter it to clean itBut filters cant handle very dirty water without clogging quickly【堵塞】通常要求进水浊度小于50 NTU 7慢滤池慢滤池(污水处理）污水处理） 滤速慢v0.1-0.3 m/h表面生长一层滤膜（12个星期后） Physical straining and biodegradation效果：浊度可降到0，可不消毒。 8快滤池快滤池条件：滤速大于10 m/h必须先投加混凝剂，脱稳机理：砂层粒径为0.5mm，孔隙尺寸为80um，去除颗粒大部分小于30um 不光是机械筛滤，还有接触粘附作用

4、【重要作用！】。 深床过滤9二沉池滤池20微米以下的颗粒通过滤池（包裹微生物）10颗粒去除机理颗粒去除机理 Two separate and distinct steps:Transport of suspended particles to the vicinity of the solid-liquid interface of the interface presented by the filter【颗粒迁移到表面】Attachment of particles to this surface【颗粒与表面粘附】：颗粒脱稳混凝过程？脱稳与碰撞粘附11迁移途径迁移途径Transport12

5、Single collector拦截拦截扩散扩散沉淀沉淀13颗粒大小影响迁移过程颗粒大小影响迁移过程大颗粒（1um以上）：沉淀（sedimentation）与拦截（interception）小颗粒（1um以下）：布朗扩散作用（diffusion）混凝：大颗粒与小颗粒 大颗粒（速度梯度同向絮凝） 小颗粒（扩散作用异向絮凝）141um难扩散拦截重力1516给水处理原水混凝沉淀/澄清过滤原水微絮凝过滤（微絮凝过滤）原水加药过滤（接触过滤）废水处理原水生物处理过滤 原水生物处理混凝沉淀过滤应用应用直接过滤17过滤前处理过滤前处理Traditional filtration：pretreatment b

6、y coagulant addition, flocculation, and sedimentation可处理原水浊度高达1000 NTU。Direct filtration直接过滤: pretreatment by coagulation and flocculation but no sedimentation进水浊度小于15 NTU。Contact filtration接触过滤: coagulant addition but only incidental flocculation。进水浊度小于10 NTU。18快滤池的分类快滤池的分类 普通快滤池 虹吸滤池 重力滤池 压力滤池 移动罩

7、冲洗滤池 单层介质双层介质多层介质均匀介质19集水渠 洗砂排水渠 滤料层 承托层 配水系统管廊普通快滤池的构造普通快滤池的构造2021222324滤池总过滤水头损失HtH0hHtH0：清洁滤层水头损失h：配水系统、承托层及管路水头损失Ht：在时间t时的水头损失增殖过滤周期过滤周期与滤速有关与滤速有关25清洁滤层水头损失黏度 孔隙率 比表面 表观速度26最大过滤水头损失：1.52m 反冲洗：冲洗约20分钟 工作周期：过滤开始冲洗结束1224h 27负水压负水压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28负水头危害负水头危害n 增加滤层局部阻力，增加了水头损失

8、n 导致空气释放出来，空气泡会穿过滤料层，上升到滤池表面，甚至把 煤粒这种轻质滤料带走。在冲洗时，空气更容易把大量的滤料随水带走。避免滤池中出现负水头的两个方法n增加砂面上的水深n令滤池出口位置等于或高于滤层表面。291变水头等速过滤随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失增加，滤池内水位自动上升，自由进流，以保持过滤速度不变。-虹吸滤池 无阀滤池 过滤方式过滤方式30等水头等速过滤等水头等速过滤恒定水位恒定水位滤速调节器滤速调节器出水流速调节器 普通快滤池 31过滤水头始终保持不变，滤速必然要降低。移动罩滤池多格滤池进水渠连通，各池水位相等，但各池截污量不同，滤速v不等。干净滤料滤速大。整个系

9、统平均滤速不变。每个滤池滤速逐渐降低。分隔数很多时，可近似“等水头变速过滤”等水头变速过滤等水头变速过滤32一座滤池冲洗完毕一座滤池冲洗完毕4座滤池进水渠相通，在任座滤池进水渠相通，在任何时间水位基本上相等。何时间水位基本上相等。如果一组滤池的滤池数很多，阶梯式下降折线将变为近似连续下降曲线。33在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。 清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速度并不太大，可将一些悬浮杂质带入下层滤料。而当截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止悬浮物穿透滤层。 等速与变速过滤的差别？等速与变速过滤的差别？34滤料内杂质分布

10、规律滤料内杂质分布规律反洗后由于水力筛分，粒径顺过滤方向由小变大。滤料表层孔隙率较小。杂质主要截留在滤料表层。下部滤层截污能力未得到充分发挥 。35滤层纳污能力：单位体积滤料中的平均含污量改进方向： 提高滤层含污能力，延长过滤周期。 1) 上向流提高滤池截污能力的途径提高滤池截污能力的途径36双向流双向流373）双层或多层滤池）双层或多层滤池密度较小、粒径较大(无烟煤)密度较大、粒径较小(石英砂)双层三层石榴石3839均质滤料均质滤料40滤料与承托层滤料与承托层 一、滤料 1种类 石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石聚苯乙烯发泡塑料 纤维球滤料 41粒状滤料的粒径与级配粒状滤料的粒径与级配

11、各种粒径的颗粒所占重量比例的累积曲线 42有效粒径d10和不均匀系数 d10和d80：分别通过滤料重量10和80的筛孔孔径 不均匀系数K80d80/d10 d10反映了产生水头损失的主要部分。 K80愈大，颗粒愈不均匀，孔隙率下降，含污能力降低，反冲洗强度不好确定。 43最大与最小粒径：dmax, dmin 工程上为方便，一般dmind10, dmaxd80 我国规范中，采用dmax, dmin, K80来控制滤料粒径分布。 滤料筛选方法： 按要求设计d10和d80 筛选。44材质、粒径和厚度 粒径：小，有利于矾花的吸附但易堵塞 厚度：矾花穿透深度保护厚度 穿透深度与粒径、滤速及水的混凝效果有

12、关滤速：单层：1-10m/h 双层：10-14m/h 三层：18-20m/h滤料层规格滤料层规格45作用：阻挡滤料进入配水系统 均匀配水（反冲洗时）主要配合大阻力配水系统而使用。 承托层承托层46 配水系统与反冲洗配水系统与反冲洗 配水系统的目的：均匀分布反冲洗水均匀收集过滤水配水不均匀导致：1）部分区域水量小，冲洗不净 2）部分区域水量大，冲动垫层 47配水系统的不均匀性配水系统的不均匀性 Hx冲洗水头ab48a点的冲洗水头Hx：HxS1a(aqa)2+S2(aqa)2 +S3(aqa)2 + S4(aqa)2流速水头 S1：配水系统的阻力系数S2：孔眼出水的阻力系数S3：承托层的阻力系数S

13、4：滤料层的阻力系数qa：冲洗强度 (L/(s m2) 49同样对于b点而言： HxS1b(bqb)2+S2(bqb)2 +S3(bqb)2 + S4(bqb)2流速水头 43214321SSSaSSSSSqqbbaq最小/q最大0.95-达到均匀两种途径： 1）降低配水系统水力阻抗 ，S1 2）增大孔眼水力阻抗，S2 501大阻力配水系统 使孔眼水力阻力S2其它水力阻力增加孔眼流速（56m/s）配水孔眼面积为滤池面积的1/500开孔比小0.20.25% 配水系统类型配水系统类型51一般为穿孔管大阻力配水系统。 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 522小阻

14、力配水系统减少配水系统阻抗S1 降低配水系统流速增大配水空间使孔眼处的压力接近 相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5%指孔口阻力较小指孔口阻力较小特点：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 中阻力配水（开孔比：0.6-0.8%）53钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。 5455穿孔滤砖：开孔比，上层1.07，下层0.7%56滤池穿孔滤砖57复合气水反冲洗配水滤砖58滤头滤头59过滤水质水损变化分析过滤水质水损变化分析水损水损水质水质ripning60颗粒粒度分布颗粒粒度分布激光粒度仪激光粒度仪61颗粒计数仪颗粒计数仪滤速滤速浊度浊度颗粒数颗粒数两虫在滤池成熟两

15、虫在滤池成熟期泄漏期泄漏Filter-to-wasteFilter-to-recycle62恢复过滤能力 1反冲洗方式 1) 高速水流反冲洗2) 气、水反冲洗气冲强度：1020 L/m2 s水冲强度：34L/m2 s 3) 表面辅冲加高速水流反冲洗 反冲洗反冲洗 632反冲洗影响因素冲洗强度：L/(s m2)滤层膨胀度：e冲洗强度大 e大 剪切力增大 但摩擦减少因此应有一个要求。 64 冲洗强度 膨胀度 冲洗时间 L/(s m2) (%) (min)石英砂滤料 12-15 45 7-5双层滤料 13-16 50 8-6三层滤料 16-17 55 7-5653冲洗水排出与供给冲洗水排出与供给 1

16、) 冲洗排水槽与集水槽66槽总面积占滤池面积槽总面积占滤池面积25以内以内 672 2）冲洗水塔与水泵）冲洗水塔与水泵 68滤池设计滤池设计滤速 正常速度设计 强制速度校核:指滤池在1-2个滤池处于反冲洗状态时，其余滤池的过滤速度。面积：单池25-100m2，平均50m2 长：宽2:14:1污水深度处理反硝化滤池要求高总氮去除负荷0.60 kg NO3-N/m.d滤料粒径1.7-3.35 mm平均滤速4.8m/h滤池深度1.83m反冲洗周期24h碳源（甲醇）溶解氧对脱氮的影响?69工业用水与废水，2016,3（47）62-6570其它过滤设备其它过滤设备 一、虹吸滤池 1960年初 美国Gre

17、en Leaf 圆形六格 1964年 北京市政院第1座北京印染厂圆形七格 1977年 北京市政院标准图 71虹吸滤池虹吸滤池7273最大过滤水头：最大过滤水头：1.5-2.0 m冲洗水头冲洗水头1.0-1.2m74752.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20-30 763滤池分格数 当1格冲洗时，其余数格滤池过滤总量必需满足该格滤池冲洗强度要求。FnQq vqn6 . 3q：冲洗强度（L/(s m2)）Q：每格滤池过滤流量（L/s）F：单格滤池面积（m2）n：一组滤池分格数，5777二、其它滤池 重力式无阀滤池移动罩冲洗滤池压力滤池V型滤池78最大过滤水头最大过滤水头:1.5-2.0m重力式无阀滤池重力式无阀滤池最大冲洗水最大冲洗水头头Hmax最小冲洗水最小冲洗水头头Hmin平均值平均值Ha=(Hmax+Hmin)/2初始过滤水初始过滤水头头H07980移动罩滤池过滤水头过滤水头冲洗水头冲洗水头