第七章-过滤课件.ppt

1、第 七 章过滤以普通快滤池的过滤和反冲洗以普通快滤池的过滤和反冲洗为重点，讲授过滤理论和反冲洗理为重点，讲授过滤理论和反冲洗理论。其它则介绍其工艺特点。论。其它则介绍其工艺特点。7.1过滤概述 过滤：过滤：混凝、沉淀之后进一步降低水中的杂质，达到生活饮用混凝、沉淀之后进一步降低水中的杂质，达到生活饮用水标准的工艺过程。因为混凝沉淀之后水中浊度约为水标准的工艺过程。因为混凝沉淀之后水中浊度约为10NTU10NTU，含，含有微小的絮凝颗粒（即有微小的絮凝颗粒（即2 23030m m的颗粒）需要进一步去除。的颗粒）需要进一步去除。 功能：功能： 1 1 进一步去除水中的悬浮颗粒。进一步去除水中的悬浮

2、颗粒。 若原水浊度较低，一般在若原水浊度较低，一般在150mg/l150mg/l以下时，并且未受工业废水以下时，并且未受工业废水的严重污染，可以直接过滤，亦可以加药混凝后，直接进入滤池的严重污染，可以直接过滤，亦可以加药混凝后，直接进入滤池进行过滤，这通常称为接触滤池。进行过滤，这通常称为接触滤池。 过滤是不可缺少的水处理工艺过程，它是保证生活饮用水卫生过滤是不可缺少的水处理工艺过程，它是保证生活饮用水卫生安全的必要措施，也是活性炭过滤除臭除味、离子交换处理工业安全的必要措施，也是活性炭过滤除臭除味、离子交换处理工业给水的前处理。给水的前处理。2 2 过滤能去除水中有机物、细菌、病毒等，去除率

3、大约为过滤能去除水中有机物、细菌、病毒等，去除率大约为70708080以上以上。3 3 残留于滤后水中的细菌、病毒、有机物，失去浑浊度（物质）残留于滤后水中的细菌、病毒、有机物，失去浑浊度（物质）的保护或依存而大部分呈裸露状态，为消毒杀菌创造了条件的保护或依存而大部分呈裸露状态，为消毒杀菌创造了条件。分类1 1 按滤速：慢滤池和快滤池按滤速：慢滤池和快滤池2 2 按滤料层结构：单层、双层和多层滤料按滤料层结构：单层、双层和多层滤料3 3 按水流流经滤层的方向：上向流、下向流等按水流流经滤层的方向：上向流、下向流等4 4 按阀门配置：四阀滤池（普通快滤池）、双阀滤池、按阀门配置：四阀滤池（普通快

4、滤池）、双阀滤池、 无阀滤池、虹吸滤池、单阀滤池无阀滤池、虹吸滤池、单阀滤池5 5 按滤池运行方式：间歇式和连续式按滤池运行方式：间歇式和连续式6 6 按过滤驱动力：重力式和压力式按过滤驱动力：重力式和压力式 滤池的分类滤池的分类： 慢滤池慢滤池 根据滤速的不同分为根据滤速的不同分为: : 快滤池快滤池 普通快滤普通快滤池池 双层或三双层或三层滤料滤池层滤料滤池 接触滤池接触滤池 重力式无重力式无阀滤池阀滤池 虹吸滤池虹吸滤池 移动罩滤池移动罩滤池 V V型滤池型滤池 7.2 慢滤池和快滤池一一 慢滤池慢滤池于于18261826年在英国伦敦首先建立，亦名英国滤池。年在英国伦敦首先建立，亦名英国

5、滤池。构造如图：构造如图：集水系统砂粒径0.31mm卵石粒径132mm滤膜超高0.3m1.21.50.81.20.50.60.40.5慢滤池进水浊度宜小于20NTU。慢滤池滤料宜采用石英砂, 滤层厚度8001200mm。慢滤池滤料表面以上水深宜为1.21.5m。过滤速度慢：v=0.10.3m/h图7-1 慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备，能有效地去除水的色度、嗅和味，见7-1。由于慢滤池占地面积大、操作麻烦、寒冷季节时其表层容易冰冻，在城镇水厂中使用的慢滤池逐渐被快滤池所代替。表7-1 现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质适用的进水条件出水水质细菌的去除效率颗粒物去除效率浊度10ntu以

6、下；总大肠菌类101000个/100mL；藻类不太多；10000人以下的给水处理小于1.0ntu总大肠菌类1个/100mL细菌总数99%能去除逗号弧菌(Vibrio comma)2.77m 99%712m99.9%较大颗粒99%99.9%工作条件工作条件 1.1.出水浊度可接近于出水浊度可接近于0NTU0NTU，而且能很好的去除细菌、臭味、色度，水质很，而且能很好的去除细菌、臭味、色度，水质很好，可直接饮用。好，可直接饮用。2.2.过滤速度慢：过滤速度慢：v=0.1v=0.10.3m/h0.3m/h 3. 3.在滤料表面几厘米砂层中形成发粘的滤膜，这滤膜是一些藻类和原生动在滤料表面几厘米砂层中

7、形成发粘的滤膜，这滤膜是一些藻类和原生动植物繁殖的结果，形成滤膜大约需要植物繁殖的结果，形成滤膜大约需要1 12week2week。 4.4.滤池工作滤池工作1 16 6个月后，被淤泥堵塞，需人工将表面个月后，被淤泥堵塞，需人工将表面1 12cm2cm砂刮出来清洗，砂刮出来清洗，再重新铺装。再重新铺装。优缺点：优缺点：优点优点：水质好，能去除细菌、病毒，分别达：水质好，能去除细菌、病毒，分别达989899%99%，可直接饮用。可直接饮用。缺点缺点：生产效率太低，占地面积大。：生产效率太低，占地面积大。如生产量为如生产量为2000m2000m3 3/h/h的水厂，需占滤池面积的水厂，需占滤池面积

8、2000/0.22000/0.21000010000=1=1公顷。公顷。慢滤池砂的清洗很费时间，很费人工，劳动强度大。慢滤池砂的清洗很费时间，很费人工，劳动强度大。二二 快滤池快滤池 经历经历6060年后于年后于18841884年被提出，其特点有：年被提出，其特点有：1) 1) 原水必须加混凝剂，经混凝处理之后过滤才能有效地去除浑浊度。原水必须加混凝剂，经混凝处理之后过滤才能有效地去除浑浊度。2) 2) 去除浊度不是靠筛除颗粒作用，而是靠接触絮凝作用。因为过滤时，去除浊度不是靠筛除颗粒作用，而是靠接触絮凝作用。因为过滤时，在砂粒孔隙内的水流都是层流状态，而层流产生速度梯度，会使微小的在砂粒孔隙

9、内的水流都是层流状态，而层流产生速度梯度，会使微小的矾花不断旋转，亦使矾花跨过流线向砂粒表面运动，当矾花接触砂粒时，矾花不断旋转，亦使矾花跨过流线向砂粒表面运动，当矾花接触砂粒时，如果彼此间有足够的吸力，就被吸附去除了，而加混凝剂，压缩双电层如果彼此间有足够的吸力，就被吸附去除了，而加混凝剂，压缩双电层作用就为加强颗粒间的范德华引力创造了条件。构造如下图：作用就为加强颗粒间的范德华引力创造了条件。构造如下图：1621 11 24539871 31 01 4图 6 - 3 普 通 快 滤 池 构 造 剖 视 图 （ 箭 头 表 示 冲 洗 水 流 方 向 ）1 - 进 水 总 管 ； 2 - 进

10、 水 支 管 ； 3 - 清 水 支 管 ； 4 - 冲 洗 水 支 管 ； 5 - 排 水 阀 ；6 - 浑 水 阀 ； 7 - 滤 料 层 ； 8 - 承 托 层 ； 9 - 配 水 支 管 ； 1 0 - 配 水 干 管 ；1 1 - 冲 洗 水 总 管 ； 1 2 - 清 水 总 管 ； 1 3 - 冲 洗 排 水 槽 ； 1 4 - 废 水 渠1 1 构造构造 进水系统、过滤系统、集水系统、反洗系统 H滤层0.70.8m; d=0.51.2mm K80=d80/d10=2.0左右； H水深=1.52.0m 进水浊度一般在10NTU左右，出水可达饮用水标准。 V滤速812m/h（滤池的

11、产水量用滤速表示）滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过滤水量，单位为m3/（m2 h）或m/h。2 2 工作过程工作过程（1）过滤过程：（2）反冲洗过程： 快滤池的工作周期：从过滤开始到冲洗结束的一段时间，称为快滤池的工作周期。一般1224小时，它直接关系到滤池的实际工作时间和冲洗水量的消耗。 过滤周期：从过滤开始到过滤结束。如何提高滤速和延长工作周期，一直是过滤技术研究的一个重要课题。一 滤料1 要求1)具有足够的机械强度，以防止冲洗时，滤料产生严重磨损和破碎现象。2)具有足够的化学稳定性，以免滤料与水产生化学反应而恶化水质，尤其不能含有对人体健康和生产有害的物质。3)具有一定的颗粒粒度级配

12、和适当的孔隙率，尤其外形近于球形的颗粒孔隙率大，表面比较粗糙者，其比表面积较大。此外，滤料应尽量就地取材，货源充足，价廉。7.3 7.3 颗粒滤料和承托层颗粒滤料和承托层2 种类：在单层滤料中，目前常用的滤料是石英砂；在双层、多层滤料中常用的还有无烟煤、石榴石、钛铁矿、磁铁矿、金刚砂等。活性炭滤池中，使用粒状活性炭；硅藻土滤池中，用硅藻土；轻质滤料（聚苯乙烯塑料珠、陶粒等） 双层和多层滤料效果较好，但无烟煤、磁铁矿、石榴石等滤料来源和加工尚有一定困难，价格比较贵。3 3 滤料性能参数滤料性能参数1)1) 滤料的比表面积iiiiPdmPaa16单位体积滤层中滤料的表面积称为滤料的比表面积。对于粒

13、径不相等的非均匀滤料，可以看作是由许多粒径相同的均匀滤料所组成。单位为cm2/g或cm2/ cm3。1iiiiiPPPdP重。的组分再滤料中所占权为粒径 2）有效粒径与不均匀系数 粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数表示，关系如下： 108080ddk (1)有效粒径d10和不均匀系数k80表示 d10通过滤料重量10的筛孔孔径，反映小颗粒所占比例。是产生水头损失的主要部分。砂滤池d10 =0.50.6mm。实验表明：若滤料d10相等，即使其级配曲线不一样，过滤时产生的水头损失仍然相近，由此可知造成水头损失有效部分正是粒径小于d10的哪些颗粒，所以把d10称为有效粒径。反映滤料颗粒的均匀程

14、度。反映滤料颗粒的均匀程度。k k8080大（粗细相差大），对过滤和反冲洗不利。大（粗细相差大），对过滤和反冲洗不利。108080ddk细颗粒冲出滤池满足粗颗粒膨胀要求，粗颗粒洗不净满足细颗粒膨胀要求，反洗时，滤层含污能力减小过滤时，杂质积在表层反映滤料颗粒的均匀程度。反映滤料颗粒的均匀程度。k k8080大（粗细相差大），对过滤和反冲洗不利。大（粗细相差大），对过滤和反冲洗不利。细颗粒冲出滤池满足粗颗粒膨胀要求，粗颗粒洗不净满足细颗粒膨胀要求，反洗时，滤层含污能力减小过滤时，杂质积在表层108080ddk K80愈大, 表示粗细颗粒尺寸相差愈大, 颗粒愈不均匀, 这时对过滤和冲洗均不利。 因

15、为K80较大时, 过滤时滤层含污能力减小; 反冲洗时, 为满足粗颗粒膨胀要求, 细颗粒可能被冲出滤池, 若为满足细颗粒膨胀要求, 粗颗粒将得不到很好清洗。 如果K80愈接近于1, 滤料愈均匀, 过滤和反冲洗效果愈好, 但滤料价格提高。 砂滤池控制K80=2.0左右。(2)(2)在生产中常用dmax、dmin、k80控制滤料粒径分布。 采用有效粒径法筛选滤料。3）最大粒径、最小粒径表表7-2 7-2 滤料级配与滤速滤料级配与滤速类别滤料组成滤速（m/h）强制滤速（m/h）粒径（mm）不均匀系数K80厚度（mm）单层石英砂滤料dmax=1.2dmin=0.52.070079912双层滤料无烟煤dm

16、ax=1.8dmin=0.82.03004009121216石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400三层滤料无烟煤dmax=1.6dmin=0.81.745016181824石英砂dmax=0.8dmin=0.51.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.25300mm，干管顶部也应开孔布水，并在孔口上方设置挡板。（三三）小阻力小阻力配水系统配水系统1 优点：结构简单，水头损失小。（不设穿孔管，代之以底部较大的配水空间） 缺点：配水均匀性较大阻力系统差。（大阻力配水系统是以巨大的孔口阻力加以控制，而小阻力系统，配水室压力稍有不均匀、滤层阻力稍不均匀、滤板孔口尺寸稍有差别，配水均

17、匀程度会敏感地反映出来。）单池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。2 常见形式（1）钢筋混凝土穿孔（或缝隙）板（2）二次配水穿孔滤砖（3）长柄滤头（气、水反冲洗） 707070 35357070703010冲洗水膨胀砂面排水槽滤板底部配水室100图 6-17小阻力配水系统图 6-18 钢筋混凝土穿孔滤板小阻力配水系统的特点： 反冲洗水头小； 配水均匀性较大阻力配水系统为差，当配水系统室内压力稍有不均匀，滤层阻力稍不均匀，滤板上孔口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来； 滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。 中阻力配水系统与小阻力配水系统类似，但其开孔比介于大阻力配水

18、系统与小阻力配水系统之间。（四四）冲洗废水的排除冲洗废水的排除滤池冲洗废水由冲洗排水槽和废水渠排出。在过滤时，它们往往也是分布待滤水的设备。1. 排水槽槽顶距未膨胀滤层高度07. 05 . 222xeHHeHH洗砂HeH2H21-1剖 面图 9-21 冲 洗 排 水 槽 剖 面图 9-20 冲 洗 废 水 的 排 除2x0.07mx1.5xnqFQQQx洗砂排水槽出口流量式中断面模数4 . 045. 0式中 n排水槽数量F滤池面积槽中心净距1.52.0m。（过大，影响排水均匀性）冲洗槽总面积25F滤池（否则槽间上升流速过大，影响上升水流均匀性）2. 排水渠 高度2 . 073. 122gBQH

19、c （2）冲洗排水槽的设计要求 a 冲洗排水槽平面总面积一般不大于单个滤池面积的25%。否则，会影响上升水流的均匀性。 b 相邻两槽的中心间距一般为1.52.0m。间距过大，难以排水均匀。 c 槽内水面以上一般要有7cm左右的保护高，以保证冲洗废水自由跌水进入排水槽。 d 排水槽的废水应自由跌水进入排水渠，以免引起壅水现象。 e 每单位槽长的溢入流量应相等。故施工时冲洗排水槽口应力求水平，误差限制在2mm内。 （3 3）排水渠）排水渠 布置：布置： 面积小时，沿池壁一边布置；面积小时，沿池壁一边布置； 当滤池面积很大时，排水渠布置在滤池中间。当滤池面积很大时，排水渠布置在滤池中间。 排水渠的断

20、面一般采用矩形。渠底距排水槽底高度排水渠的断面一般采用矩形。渠底距排水槽底高度HcHc为：为：（m m） （9-459-45） 2 .073.1322gBQHc（五五）冲洗水的供给冲洗水的供给1. 供给冲洗水的方式有两种：冲洗水泵：投资省，操作麻烦，短时间内耗电量 大，使电网负荷陡然骤增。冲洗水塔：造价较高，但操作简单，允许在较长时间内向水塔输水。专用水泵容量小，耗电较均匀，如有地形和其它条件可利用时，建造冲洗水塔较好。2 冲洗水塔或冲洗水箱 水塔与滤池分建，水箱与滤池合建 H水深3m（以免q始、q末相差过大）应在冲洗间歇时间内充满， 容积：水塔容积按单个滤池冲洗水量的1.5倍计算。qFtqF

21、tV09. 01000605 . 1式中 t冲洗历时，min水塔（箱）底距槽顶距离H0：H0h1+ h2 + h3+ h4 + h5式中：h1水塔至管道中总水头损失 h2配水系统总水头损失)(022. 03承托层厚度ZqZh 004)1 (Lmhs h3承托层水头损失。 h4滤层水头损失。 h5备用水头，取1.52.0m。滤料空隙率3 水泵冲洗Qq FHH0h1+ h2 + h3+ h4 + h5式中：H0水池最低水位至洗砂排水槽槽顶距离。其余同上。 普通快滤池设有：滤池进水、滤后清水、反冲洗进水、反冲洗排水四个阀门。采用大阻力配水系统，反冲洗水头约7m，设功用的水塔或水泵轮流进行冲洗。滤池单

22、池面积小于100m2，一半在20-50m2，依水厂规模定。滤池池深一般为3.2-3.6m，含承托层、滤料层纱面上水深（1.5-2.0m）和超高（0.3m）普通快滤池可用石英砂滤料或无烟煤石英砂双层滤料。过滤工作方式为几个滤间为一组的恒水头恒速过滤（需控流阀）或减速过滤普通快滤池的应用广泛，运行稳定可靠，使用大、中、小型水厂。缺点是阀门多，运行与检修工作量大一 滤池设计滤速及总面积计算1 设计滤速直径影响过滤水质，滤池造价、运行管理等一系列问题，应根据具体情况综合考虑。可根据表17-3的单层和双层滤料快滤池的设计滤速选用。 当水源水质较差或水源水质尚未完全掌握，滤前处理效果难以确保时，设计滤速应

23、选低一些，反之，滤速可选高一些。 从总体规划考虑，需要适当保留滤池的生产潜力时，设计滤速宜选低一些。总之，设计滤速的确定应以保证过滤水质为前提，同时考虑经济效果和运行管理，一般可参照条件相似的已有水厂运行经验决定。 强制滤速是指一个或两个滤池停产检修时其它滤池在超过正常负荷下的滤速。按设计滤速决定面积，然后再决定个数，即在滤池面积和个数决定之后，应以强制滤速进行较核，如果强制滤速过高，设计滤速应适当降低或滤池个数适当增加。 滤速确定后，根据设计流量（包括水厂自用水量）计算滤池总面积。 F=Q/v单个滤池面积:F= F/n2 滤池个数直接涉及滤池造价、冲洗效果和运行管理。个数多，冲洗效果好，运转

24、灵活，强制滤速较低，但单位面积滤池造价增加，滤池过多，也增加操作管理的麻烦。 若滤池个数少，一旦一个滤池停产检修，将对水厂水厂影响很大，单池面积过大，冲洗布水均匀性上效果欠佳。通常，不得少于两个。 F30,n=2 F=3050，n=3 F=50100，n=34 F=100150，n=56 F=150200，n=68 F300，n=10123 滤池平面形状：可为正方形或矩形，滤池长宽比主要由管配件布置决定，有时也涉及处理构筑物的总体布置，一般情况下： F30,L:B=1:1 F30,L:B=1.25:11.51 B：L5：8，黄金分割：0.6184 滤池高度：包括超高0.3m， 滤层上的水深1.

25、52m 滤料层厚度一般为0.7m左右 承托层约0.45m 故总高度一般为3.03.5m。 二二 管廊布置管廊布置 管廊：是指集中布置滤池的管渠、配件及阀门的场所，要求管廊：是指集中布置滤池的管渠、配件及阀门的场所，要求如下：如下： （1 1）力求紧凑，简捷；）力求紧凑，简捷； （2 2）留有设备与管配件安装、维修时必须的空间；）留有设备与管配件安装、维修时必须的空间； （3 3）具有良好的防水、排水、通风、照明设备；）具有良好的防水、排水、通风、照明设备； （4 4）便于与滤池操作室联系；）便于与滤池操作室联系； （5 5）管廊中的管道一般用金属材料，也可用钢筋混凝土渠道；）管廊中的管道一般用

26、金属材料，也可用钢筋混凝土渠道； （6 6）管廊门及通道应允许最大配件通过，并考虑检修方便。）管廊门及通道应允许最大配件通过，并考虑检修方便。 几种管廊布置方法见图几种管廊布置方法见图6-6-2424(a)清水渠冲洗水渠排水渠进水渠（1）进水、清水、冲洗水和排水渠，全部布置于 管廊内 特点：渠道结构简单，施工方便，管渠集中紧凑， 但管廊中管件较多，通行和检修不太方便。 进水管清水管冲洗水管排水管排水渠排水槽(c)（3）进水、冲洗水及清水管均采用金属管道，排水 渠单独设置 特点：通常用于小型水厂或滤池单行布置。 快滤池管渠流速可根据表快滤池管渠流速可根据表6-106-10确定。确定。 表表7-1

27、0 7-10 管渠流速管渠流速从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为滤池的工作周期, 一般为1224小时。滤池水头损失是决定滤池冲洗的指标, 通常快滤池冲洗前的期终水头损失大约控制在2.03.0米左右。冲洗快滤池的用水, 可由高位水箱或 专用水泵供给。普通快滤池的冲洗强度应不小于 1215L/Sm，冬天可小些，夏天水温高时可大些。普通快滤池冲洗时，滤料膨胀率应为普通快滤池冲洗时，滤料膨胀率应为40405050。普通快滤池冲洗结束时，排水浊度不得大于普通快滤池冲洗结束时，排水浊度不得大于15152020度。度。 普通快滤池运行时应每普通快滤池运行时应每1 12 2小时观测一次出水浊度和滤小时观测一次

28、出水浊度和滤池水位。池水位。当滤池出水浊度超过当滤池出水浊度超过2 2度，或当滤层水头损失达度，或当滤层水头损失达2 23 3m m，或运行时间已达或运行时间已达24244848小时，就需对滤池进行冲洗。小时，就需对滤池进行冲洗。 普通快滤池的冲洗应符合以下普通快滤池的冲洗应符合以下5 5点要求：点要求： 每天应定时观察滤池的水位：当水头损失达每天应定时观察滤池的水位：当水头损失达2.02.0 3.0m3.0m时，应进行冲洗；时，应进行冲洗； 冲洗时应及时关闭进水阀，控制滤料层表面以上的水深冲洗时应及时关闭进水阀，控制滤料层表面以上的水深在在200200左右，再关闭滤水阀；左右，再关闭滤水阀； 冲洗时应先开启冲洗管道上的放气阀，冲洗水阀开启冲洗时应先开启冲洗管道上的放气阀，冲洗水阀开启1/41/4，待残气放完后才能进行冲洗，并逐渐开大冲洗水阀待残气放完后才能进行冲洗，并逐渐开大冲洗水阀 冲洗强度应为冲洗强度应为121215L/s.15L/s.，滤料膨胀率为，滤料膨胀率为40% 40% 50%50%，冲洗结束时排水浊度应小于冲洗结束时排水浊度应小于1515度。度。 冲洗后出水浊度仍不能满足要求时应更换新滤料。冲洗后出水浊度仍不能满足要求时应更换新滤料。