大学课件-给水处理-过滤.ppt

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1、第17章 过滤,17.1 过滤概述,过滤 冲洗,滤池运行流程 进水 出水 反冲洗 排水,排水,反冲洗水,出水,进水,17.2 过滤理论,17.2.1 过滤机理 过滤不是机械筛滤的结果 过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒 之间粘附作用的结果,迁移机理：被水流的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这就涉及颗粒脱离水流流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理。 粘附机理：当颗粒与滤料表面接近或接触时，依靠那些力的作用使得它们粘附于滤料表面，这就涉及粘附机理。,迁移机理 (1)拦截作用颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用 （2)沉淀作用颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离流线产生沉淀作用。 （

2、3）惯性作用颗粒具有较大惯性时也可以脱离流线，产生沉淀作用。 （4)扩散作用颗粒较小，布朗运动较剧烈时会扩散至滤料表面。 （5)水动力作用在滤料表面附近存在速度梯度，非球形颗粒由于在速度梯度作用下，会产生旋转而脱离流线与颗粒表面接触。,颗粒迁移机理示意图,粘附作用是一种物理化学作用。 作用力： 范德华引力和静电力以及某 些化学键和某些特殊的化学吸引力。,粘附机理,滤层内杂质分布规律：,与颗粒粘附的同时，还存在由于空隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。粘附力和水流剪力相对大小，确定了颗粒粘附和脱落的程度。,滤层含污量单位体积滤层中所截留 的杂质量。 滤层含污能力在一个过滤周期内，如果

3、按整个滤层计，单位体积滤料中 的平均含污量，称为“滤层含污能力”,直接过滤,水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤” 接触过滤：原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。 微絮凝过滤：滤前设一简易微絮凝池，形成粒径相近的微絮粒后即进入滤池过滤。 过滤机理：通过脱稳颗粒或微絮粒与滤料的充分碰撞接触和粘附，被滤层截留下来。,采用直接过滤工艺必须注意以下几点：,原水浊度和色度较低，水质变化较小。 通常采用双层、三层或均质滤料。滤料粒径和厚度适当增大。 原水进入滤池前，不应形成大的絮凝体以免很快赌塞滤层表面孔隙。为提高微絮凝体强度和粘附力，有时需投加高分子助凝剂以发挥高分子在滤层中吸附架桥

4、作用。 滤速应根据原水水质确定。,17.2.2 过滤水力学,过滤水力学是研究过滤时水流通过滤层的水头损失变化及滤速的变化。 (1)清洁滤层水头损失 卡曼-康采尼(Carman-Kozony)公式：,(2)等速过滤中的水头损失变化 等速过滤：滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。 水头损失随时间逐渐增加，滤池中水位逐渐上升。当水位上升至最高允许水位时，过滤停止以待冲洗。,（3）变速过滤中的滤速变化,滤速随过滤时间逐渐减小的过滤称“变速过滤”或“减速过滤”。 在过滤过程中，如果过滤水头损失保持不变，滤层空隙率的逐渐减小，必然使滤速逐渐减小，称为“等水头变速过滤”。 与等速过

5、滤相比，在平均滤速相同情况下，减速过滤的滤后水质较好，在相同过滤周期内，过滤水头损失也较小。,（4）滤层中的负水头,在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以至砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时，便出现负水头现象。 负水头会导致溶解于水中的气体释放出来而形成气囊。气囊对过滤有破坏作用。 避免出现负水头现象的方法是增加砂面上水深，或使滤池出口位置等于或高于滤层表面。,17.3 滤料和承托层,17.3.1 滤料 给水处理所用滤料，必须符合以下要求： 1. 具有足够的机械强度； 2. 具有足够的化学稳定性； 3. 具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率； 4. 货源充足，价格便宜。 常用的滤料有：石英砂

6、、无烟煤 、石榴石、磁铁矿、陶粒等等。,（1）滤料粒径级配,滤料粒径级配是指滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。 粒径是指正好可通过某一筛孔的孔径。 有效粒径和不均匀系数法： K80d80/d10 式中： d10 通过滤料重量10的筛孔孔径； d80 通过滤料重量80的筛孔孔径； 最大粒径、最小粒径和不均匀系数法：,（2）滤料筛选方法,要求： d10 0.55mm， K80 2.0,滤料等体积球体直径,将滤料样品倾入某一筛子过滤后，将筛子上的砂全部到掉，将筛盖好。再将筛用力振动几下，将卡在筛孔中的那部分砂振动下来。从中取出几粒在分析天平上称重，按以下公式可求出等体积球体直径d0： G颗粒重量，g

7、； n颗粒数； 颗粒密度， g/cm3,滤料孔隙率的测定,取一定量的滤料，在105下烘干称重，并用比重瓶测出密度。然后放入过滤筒中，用清水过滤一段时间后，量出滤层体积，则滤料孔隙率为： G烘干的砂重，g； 砂子密度，g/cm3； V滤层体积， cm3； 石英砂滤料孔隙率在0.42左右。,滤料形状,球度系数同体积球体表面积/颗粒实际表面积,17.3.2 承托层,承托层的作用： 主要是防止滤料从配水系统中流失； 对均布冲洗水也有一定的作用 承托层采用天然卵石或砾石，粒径2-32mm，普通快滤池大阻力配水系统承托层的厚度一般为450mm。 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

8、。,17.4 滤池冲洗,冲洗的目的：清除滤层中所截留的污物， 使滤池恢复过滤能力。 冲洗的方式：高速水流反冲洗； 气、水反冲洗； 表面助冲加高速水流反冲洗；,17.4.1 高速水流反冲洗,利用流速较大的反向水流冲洗滤料层，使整个滤层达到流态化状态，有一定的膨胀度。 作用力：水流剪力和滤料颗粒碰撞摩擦 双重作用 冲洗强度：单位面积滤层所通过的冲洗 水量， L/sm2 ； 石英砂单层滤料取12-15 L/sm2。,滤层膨胀度：反冲洗时，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比。 石英砂滤料的膨胀度为45% 冲洗时间：一般采用5-7分钟，也可根据冲洗废水的允许浊度确定。,高速水流反冲洗的优缺点：,操作

9、方便，池子和设备较简单； 冲洗耗水量大，冲洗后，滤料上细下粗分层明显。,17.4.2. 气、水反冲洗,机理：利用上升空气气泡的振动可有效地将附着于滤料表面的污物擦洗下来使之悬浮于水中，然后再用水反冲把污物排出池外。 操作方式：先气冲，再水冲； 先气水同时冲，再水冲； 先气冲，再气水同时冲，再水冲。,冲洗强度和时间,气冲强度：10-20 L/s m2； 水冲强度：气水同时冲时，水冲强度一般在3-4 L/s m2 ，单独水冲时，采用4-6 L/s m2 。 总的冲洗时间6-10分钟。,17.4.3 配水系统,配水系统的作用：使冲洗水在整个滤池 面积上均匀分布。 配水系统分为：大阻力配水系统 小阻力

10、配水系统 中阻力配水系统,（1）大阻力配水系统,均匀泄流穿孔管中压力的变化,假定干管和支管沿程水头损失忽略不计，即h01=0，hbc0，同时各支管进口局部水头损失基本相等，即hahb，并取a1，按图17-18可得a孔和c孔处的压力水头关系：,大阻力配水系统原理,孔口内压力与孔口流出后的终点水头之差，即为水流经孔口、承托层和滤料层的总水头损失，分别以Ha和Hc表示。 Ha和Hc均减去同一终点水头，可得： 又,要使Qa尽量接近Qc的方法之一就是减小孔口总面积以增大孔口阻力系数S1。增大S1就削弱了承托层、滤料层阻力系数及配水系统压力不均匀的影响，这就是大阻力配水系统的原理。,穿孔管大阻力配水系统设

11、计,a孔和c孔的出流量为：,为简化计算，设Ha以孔口平均水头计，当冲洗强度已定时，Ha为：,大阻力系统设计计算要求：,干管起端流速取1.01.5m/s，支管起端流速取1.5-2.0m/s，孔口流速取5-6m/s。 孔口总面积与滤池总面积之比称“开孔比”，取0.2%-0.25%。 支管中心距约0.2-0.3m，支管长度与直径之比一般不大于60。 孔口直径取9-12mm。当干管直径大于300mm时，干管顶部也应开孔布水，并在孔口上方设置挡板。,大阻力配水系统的优缺点：,优点：配水均匀性较好。 缺点：结构较复杂、孔口水头损失大，冲洗动力消耗大；管道易结垢，增加检修困难。 对冲洗水头有限的虹吸滤池和无

12、阀滤池，不能采用。,小阻力配水系统,减小干管和支管的进口流速，同样可使布水趋于均匀。 “小阻力”即指配水系统中孔口阻力较小，这是相对于“大阻力”而言的。 小阻力配水系统不采用穿孔管，而采用穿孔滤板、滤砖和滤头等。,由于孔口阻力与孔口总面积或开孔比成反比，故开孔比愈大，阻力愈小。 0.2%-0.25%为大阻力配水系统； 0.6%-0.8%为中阻力配水系统； 1.0%-1.5%为小阻力配水系统；,17.4.4 冲洗废水的排除,洗砂排水槽 冲洗废水应自由跌落入冲洗排水槽。槽内水面以上要有7cm左右的保护高。 冲洗排水槽内的废水应自由跌落进入废水渠，即废水渠水面应较排水槽低。 每单位槽长的溢入流量应相

13、等，故施工时冲洗排水槽口应力求水平，误差限制在2mm以内。 冲洗排水槽在水平面上的总面积一般不大于滤池面积的25%。 槽与槽中心间距一般为1.5-2.0m,冲洗排水槽的高度要适当，槽顶距未膨胀时滤料表面的高度为： e冲洗时滤层膨胀度 H2滤料层厚度 x冲洗排水槽断面模数 冲洗排水槽底厚度 Q1冲洗排水槽出口流量。,排水渠 渠底距排水槽底高度Hc为：,17.4.5 冲洗水的供给,冲洗水泵 冲洗水塔或冲洗水箱,冲洗水塔或水箱,水塔或水箱的容积按单个滤池冲洗水量的1.5倍计算： 水塔或水箱内水深不宜超过3m，以免冲洗初期和末期的冲洗强度相差过大；,水塔或水箱底高出滤池冲洗排水槽顶的高度为： h1从水

14、塔或水箱至滤池的管道中总水头 损失，m； h2滤池配水系统的水头损失，m h3承托层的水头损失，m,h4滤料层水头损失，m； h5备用水头，一般取 1.5-2.0m。,水泵冲洗：,水泵流量按冲洗强度和滤池面积计算。 水泵扬程为： 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。,17.5 普通快滤池,单池面积和滤池深度 滤池个数和单池面积应通过经济技术比较确定，但不能少于二个。 滤池深度包括：保护高：0.25-0.3m； 滤池表面以上水深：1.5-2.0m； 滤层厚度：0.7m； 承托层厚度：0.45m； 滤池总深度：3.0-3.5m。,管廊布置：集中布置

15、滤池的管渠、配件及阀门的场所称为管廊。 管渠设计流速： 进水管（渠） 0.8-1.2m/s 清水管（渠） 1.0-1.5m/s 冲洗水管（渠） 2.0-2.5m/s 排水管（渠） 1.0-1.5m/s,设计中应注意的问题,滤池底部应设排空管，其入口处设栅罩； 每个滤池宜装设水头损失计及取样管； 各种密封渠道上应设人孔，以便检修。 滤池壁与砂层接触处应拉毛，以免过滤水在该处形成“短路”而影响水质。 普通快滤池适合任何规模的水厂，运转效果良好，但管配件及阀门较多，操作较其它滤池稍复杂。,重力式无阀滤池,冲洗水箱：重力式无阀滤池冲洗水箱与滤池整体浇制，位于滤池上部。水箱容积按冲洗一次所需水量确定： V=0.06qFt 若冲洗水箱水深较大，冲洗初期和后期冲洗强度相差较大。因此减小冲洗水箱深度，可减小冲洗强度的不均匀程度。 设n格滤池合用一个冲洗水箱，则水箱的有效深度为：,虹吸滤池,移动罩滤池,V型滤池,