第六组过滤水力学及工艺

第六组过滤水力学及工艺一、过滤功能

过滤工艺得主要目得就是去除水中悬浮物质,但由于不少细菌与病毒依附于悬浮物质,因而过滤工艺对去除细菌与病毒也有明显作用。由于过滤就是给水常规处理中除消毒外得最终处理工艺,因此对确保供水水质具有重要作用。进一步去除经过沉淀或澄清后得水中得细小杂质、有机物、细菌与病毒等。当原水浊度较低时,可直接过滤去除水中得悬浮杂质。二、滤池分类

完成过滤工艺得处理构筑物称滤池。按滤料得不同可分为单层滤料、双层滤料、多层滤料及均质滤料等滤池。按水流方向得不同可分为下向流、上向流、双向流等滤池。按滤池受压情况可分为压力式滤池与重力式滤池。按药剂投加方式不同可分为沉淀后过滤、微絮凝过滤与接触絮凝过滤。按运行周期内滤速得变化可分为等速过滤与降速过滤。过滤理论

一、过滤机理

以普通石英砂滤料为例,滤料粒径通常为0、5~1、2mm,滤料层厚度为700mm,表层粒径最小,为0、5mm,以球体计算,则表层颗粒间孔隙尺寸约为80μm。原水经过混凝沉淀后,进入滤池得水中得颗粒直径大致为30~40μm,这些颗粒能被滤池截留下来,说明过滤不就是简单得机械筛滤过程。欧、美专家认为:过滤机理主要有两个,即迁移机理与粘附机理。1、迁移机理

迁移机理指颗粒脱离水流流线接近或接触滤料表面。这就是一种物理力学作用,主要由以下作用引起:拦截:直径为d得颗粒,在d/2得范围内被滤料拦截。沉淀:颗粒较重时,在重力G作用下沉淀在滤料表面。惯性:颗粒在惯性力F作用下脱离了水流流线接近滤料表面。扩散:小颗粒受水分子挤压而扩散至滤料表面。水动力:水得紊动作用,存在速度梯度,使颗粒脱离水流流线接触滤料表面。2、粘附机理

粘附机理指水中杂质颗粒迁移到滤料表面时,在范德华引力、静电力、化学键等作用下,被粘附在滤料表面。这就是一种物理化学作用。粘附机理与接触絮凝类似,接触介质为粒状滤料,排列密,絮凝效果更好。因此,粘附机理主要决定于水中颗粒得表面性,脱稳颗粒过滤效果较好,而未经脱稳得悬浮物颗粒得过滤效很差。1、截留过程

如图1所示,水中颗粒被粘附在滤料表面得同时,还存在着由于水流对颗粒得剪切作用而使颗粒从滤料表面上脱落得趋势。粘附力与水流剪力得大小,决定了颗粒粘附与脱落得程度。

3、滤料层截留杂质规律图1杂质粘附与脱落受力图截留过程大致分为2个阶段:(1)过滤初期过滤初期滤料层孔隙率大,孔隙流速小,水流剪力小,则粘附占优势。(2)过滤继续随着过滤时间得延长,滤料层中截留杂质逐渐增多,滤料层得孔隙变得越来越小,孔隙流速越来越大,水流剪力逐渐增大,则脱落逐渐占优势。于就是,脱落下来得杂质逐渐向下层推移,使下层滤料得截留作用渐次得到发挥。2、杂质分布规律传统得石英砂滤料经过反冲洗后因滤料膨胀而分层,滤料颗粒上细下粗,造成水力分级。在过滤过程中,上层截留得杂质最多,表层水头损失约占整个滤料层水头损失得50％～60％(如图2所示)。由于滤料表层孔隙尺寸最小,而表层截污量最大,所以过滤一段时间后,表层孔隙被堵塞,甚至形成泥膜,使过滤阻力剧增,或者泥膜破裂,使水质恶化,从而必须停止过滤。此时,下层滤料截留杂质较少,未充分发挥滤料得截污作用。这就就是单层石英砂滤料截留杂质分布规律中存在得缺陷。图2滤层截留杂质后水头损失水力分级截污量（g/cm3）070滤层厚H（cm）滤层含污能力:指一个过滤周期内,整个滤料层上单位体积滤料中所截留得杂质量。穿透深度:指滤池得某一深度处,在过滤结束后,该处得出水浊度为3度,则这个深度称为穿透深度。在实际设计时,应使滤料层得厚度大于穿透深度。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点3、改善措施针对单层石英砂滤料截留杂质分布严重得不均匀,使下层滤料未充分发挥作用得现象,可采取以下措施,来提高滤层含污能力。(1)反粒度过滤反粒度过滤指过滤时,滤料层中滤料粒径顺水流方向由大变小,以提高滤层含污能力得过滤方式。反粒度过滤方式有以下几种:上向流过滤:杂质分布较均匀,可提高滤层含污能力,延长过滤周期,但冲洗不干净。双向流过滤:结构比较复杂,很少采用。双层滤料滤池:滤料为无烟煤与石英砂。三层滤料滤池:滤料为无烟煤、石英砂与磁铁矿。(2)均质滤料均质滤料滤池沿深度方向不会出现水力分级,滤料组成与平均粒径沿深度方向基本均匀一致。保证滤料均匀得必要条件就是反冲洗时滤料不膨胀,一般采用气水反冲洗。(3)纤维球滤料采用纤维球滤料时,对于下层得滤料由于受水压力而收缩,使粒径变小,形成天然反粒度过滤。一般滤速v＝30～50m/h,常用于工业水处理。过滤水力学1、清洁滤层水头损失清洁滤层水头损失指通过干净滤层得水头损失,又称起始水头损失,记为h0,h0得计算公式为卡曼－康采尼(Carman-Kozony)公式:

(1)一般单层石英砂滤池得h0＝20～40cmH2O。对于非均匀滤料,清洁滤层水头损失应该分层计算,清洁滤层总水头损失为:

(2)

由公式(1)与(2)知道,当滤料粒径、形状、滤层级配与厚度以及水温已定时,水头损失H与滤速v与孔隙率m0有如下关系:

(3)

随着过滤得进行,如果孔隙率m0因滤层截污量增加而使m0下降,则会发生下面两种情况:保持水头损失不变→滤速v逐渐减小→由此产生变速过滤。保持滤速不变→水头损失逐渐增大→由此产生等速过滤。等速过滤与变速过滤就是滤池得两种基本过滤方式。2、等速过滤等速过滤指滤池过滤时滤速保持不变,即滤池流量保持不变。等速过滤得滤池有虹吸滤池与无阀滤池。在等速过滤状态下,水头损失随时间而逐渐增加,滤池中水位逐渐上升,见图3。当水位上升至最高允许水位时,过滤停止以待冲洗。

图3等速过滤

设滤层清洁水头损失为H0,当过滤时间为t时,滤层中水头损失增加,则过滤时滤层得总水头损失为:(4)与t得关系,反映了滤层截留杂质量与过滤时间得关系,即滤层孔隙率得变化与时间得关系。根据实验,与t一般呈直线关系,见图4。图中Hmax为水头损失增值最大时得过滤总水头损失,一般Hmax＝1、5~2、0m。T为过滤周期,T不仅决定于最大允许水头损失,还与滤速有关。图4水头损失与过滤时间关系3、变速过滤变速过滤指滤速随过滤时间而逐渐减小得过滤方式,又称减速过滤。减速过滤得滤池有普快滤池与移动罩冲洗滤池。

在过滤过程中,滤池内水位保持不变,滤速随时间逐渐较小,但滤池进水总流量基本不变,在每座滤池中实现恒水头减速过滤就是不可能得,只有在分格数很多得移动冲洗罩滤池中有可能达到近似得恒水头减速过滤状态。4、负水头负水头指在过滤过程中,滤层截留了大量得杂质,以致于砂面以下某一深度处得水头损失超过该处水深得现象。由于上层滤料截留杂质最多,故负水头现象往往出现在上层滤料中。(1)负水头产生后果过滤时,负水头使水中溶解气体释放出来形成气囊,因而占有滤料孔隙中得一定空间而缩小过水断面,从而增大阻力,水头损失增大而使过滤周期缩短。在冲洗时,气囊与滤料颗粒吸附在一起,会上浮带出滤料,破坏滤层结构。(2)避免产生负水头得方法增加砂面以上水深。使滤池出水口位置等于或高于滤层表面。慢滤池(速度小于4m3/(m2*h))

慢滤水处理工艺就是1804年英格兰得JohnCibb为制取高质量得洁净水而发明得,该工艺因占地面积大,后来被快滤池所取代。

但随着水质污染(尤其就是有机物质得污染)日益加重,并发现加氯消毒时,氯与水中得有机物会发生反应并产生强烈得致癌物质,以及人们对水质标准得要求不断提高,慢滤水处理工艺又开始被世界上许多国家所采用。图5生物慢滤池示意图慢滤池得特点:1、不用机械动力与化学药剂2、管理简单,运行稳定,制水成本低得特点。3、处理后得水几乎不含有机物与各种致癌微生物。4、占地面积大,适用于具有廉价土地可利用,技术经济与管理水平相对较低得广大农村地区。影响慢滤池性能得因素:(1)水温:慢滤对污染物质尤其就是有机物得去除主要依靠生物作用,因此水温会对慢滤得生物作用有较大影响水温下降,慢滤除污染物得整体效果下降。(2)滤速:滤速增加时,滤池对于浊度、COD及细菌总数得控制能力有所下降,因此要保持合适得滤速。(3)滤层:慢滤池类似一个微缩得污水二级处理系统。慢滤池上部(粘性滤膜)起到类似初沉池得作用,中部起到类似曝气池得作用,下部起到类似二沉池得作用。粘性滤膜承担了大部分废水中COD,浊度以及色度得处理。快滤池(速度4-10m3/(m2*h))

快滤池在水处理中得作用(1)在给水处理中,常用过滤处理沉淀或澄清池出水,使滤后出水浑浊度满足用水要求;

(2)在废水处理中,过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等预处理手段;

(3)作为生化处理后得深度处理,使滤后水达到回用得要求。普通快速滤池构造:普通快滤池本身包括五部分:1、滤料层2、承托层3、配水系统4、集水渠5、洗砂排水槽图6普通快滤池得构造过滤过程分为过滤与反洗两个过程1、过滤过滤过程就是原水由上到下通过一定厚度得由一定粒度得粒状介质组成得床层,由于粒状介质之间存在大小不同得孔隙,原水中得悬浮物被这些孔隙截留而除去。2、反冲洗当过滤不能进行,需要进行反洗。反洗就是通过上升水流得作用使滤料呈悬浮状态,滤料间得孔隙变大,污染物随水流带走,反洗完成后再进行过滤。所以过滤过程就是间断进行得。滤池冲洗

一、概述当滤料层过滤水头超过规定值,或出水水质超过标准时,必须进行滤层得冲洗。1、冲洗得作用:去除滤层中得截留杂质,以恢复滤池过滤能力。2、冲洗机理(1)水流得剪切力作用。(2)滤料颗粒之间得碰撞摩擦作用。若采用气水反冲洗得冲洗方式,还有以下两种作用:(3)泡振作用力,即压缩空气冲洗时,气泡引起振动,使杂质吸附强度减弱,泥层剥落。(4)尾涡混掺力,可加强剪切与碰撞。

3、冲洗要求有适当得冲洗强度;保证足够得冲洗时间;冲洗水要求均匀分布;冲洗得废水应及时排除。4、冲洗方法水力冲洗水力冲洗＋表面辅助冲洗气水反冲洗

表面辅助冲洗:滤池表面上设喷嘴喷水辅助冲洗;滤池表面通以压缩空气辅助冲洗。有适当得冲洗强度;气水反冲洗有三种方式:空气反冲洗→水反冲洗。气－水同时反冲洗→水反冲洗。空气反冲洗→气－水同时反冲洗→水单独冲洗。

二、滤层膨胀度e滤层膨胀度指反冲洗时,滤层膨胀后厚度L得增加量与膨胀前厚度Lo之比。用公式表示为:(5)

在反冲洗过程中,滤层膨胀前后单位面积上滤料体积不变,即:(孔隙率m)(6)所以有:(7)一般单层石英砂滤料e＝45％,双层滤料e＝50％。三、冲洗强度冲洗强度q指单位面积滤料层上所通过得冲洗水量,单位为L/s·m2。1、q值得确定在设计中,通常以最粗滤料开始膨胀作为设计q得依据。因为在一定冲洗流速vmf下,粒径小得滤料膨胀度大,粒径大得滤料膨胀度小,实践证明,下层最粗滤料也必须达到最小流态化程度,即刚刚开始膨胀,才能获得较好得冲洗效果。考虑到其它影响因素,设计冲洗强度q可按下式确定:

(8)四、冲洗历时t冲洗时间控制指标为:冲洗废水浊度＜50度。对单层石英砂滤料,冲洗时间t＝5～7min;双层滤料t＝6～8min。规定冲洗时间就是因为:q、e虽然符合要求,但冲洗历时不足,就不能充分清除包裹在滤料表面得污泥,且冲洗废水排除不尽而导致污泥重返滤料层。设计中可视具体情况参照相关表来确定q、e、t得取值。曝气生物滤池(BAF)工艺介绍曝气生物滤池(BAF)简介

曝气生物滤池(biologicalaeratedfilter,BAF)属于生物处理得生物膜法范畴,该技术最早由法国OTV公司开发。曝气生物滤池得特点:

1)采用气水平行上向流,使气、水进行很好得均分,防止了气泡在滤层中得凝结,氧利用率高,能耗相对较低;

2)与下向流过滤相反,上向流过滤持续在整个滤池高度上提供正压条件,可以更好得避免沟流或短流;

3)上向流形成了对工艺有好处得半柱推条件,即使采用高过滤速度与高负荷仍然能保证工艺得稳定与可靠性;

4)采用气水平行上向流,空气能将固体物质带入滤床深处,使得过滤空间能很好得被利用。以上特点使得曝气生物滤池具有以下优势:

1)容积负荷可以很高,使得池体与占地都相对较小;

2)出水水质好,可达到《污水综合排放标准》得一级标准,无需另设二沉池,节省基建费用,另外氧利用率高,大大降低运行成本;

3)自动化程度高,无污泥膨胀问题,日常操作管理简单,微生物不会流失,系统可间断运行。

曝气生物滤池结构

曝气生物滤池得结构形式与普通得快滤池类似,曝气生物滤池其主体由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、反冲洗系统、出水系统、出水系统、管道与自控系统组成。BAF工艺介绍

BAF工艺最初应用于污水处理得三级处理,后发展成直接用于二级处理,并且派生出许多以曝气生物滤池为主体工艺得多种组合工艺。由于曝气生物滤池所具有得各项优点,使得曝气生物滤池广泛得应用于城市生活污水得二级处理当中,部分工况废水处理及饮用水微污染处理也有相当得运用。

按照污水处理要求得不同,可将BAF工艺分为以下几类:除碳工艺;除碳/硝化工艺;除碳/硝化/反硝化工艺;反硝化/(除碳、硝化)工艺。除碳工艺

适用范围:DC曝气生物滤池主要应用于处理可生化性较好得工业废水以及排放标准对氨氮等营养物质没有特殊要求得生活污水。流程说明:原污水先经过预处理设施,去除水中得大颗粒悬浮物,然后进入DC曝气生物滤池,滤池依靠其内部粒状填料表面上生长得微生物膜,在污水流过滤料层并在供氧得条件下,