水处理工程=清华大学第五章过滤课件第一篇 15页

第五章过滤(Filtration)第五章2本章内容第1节过滤概述第1节过滤概述一、什么是过滤第2节滤池的运行二、慢滤池及其机理第3节滤池的基本构造三、快滤池及其机理第4节滤池类型第五章3第五章4第1节过滤概述第1节过滤概述一、什么是过滤二、慢滤池及其机理过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中•滤速慢v＝0.1~0.3m/h悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。•表面生长一层滤膜（1~2个星期后）•效果：浊度可降到0，可不消毒。相应的处理构筑物称为滤池。什么过滤现象？滤膜第五章5第五章61\n第1节过滤概述第1节过滤概述三、快滤池及其机理•慢滤池作用机理：•条件：滤速大于8m/h•微生物吞食细菌必须先投加混凝剂•微生物分泌出起凝聚作用的酶•作用：去除浊度，浊度<1NTU，同时可去除一部分细菌、病毒。残留的裸露细菌容易在滤后消毒中被杀灭。•藻类产生氧气，起氧化作用。•机理：表层细砂层粒径为0.5mm，孔隙尺寸为80μm，•但生产效率低，1~3月后堵塞，需刮掉滤膜，但进入滤池的颗粒大部分小于30μm，但仍能被去除。重新补砂。不光是机械筛滤，还有接触粘附的作用。——深层过滤第五章7第五章8第1节过滤概述第1节过滤概述涉及两个过程：迁移和粘附应用：粘附过程与范德华引力、澄清池泥渣•给水处理静电力、的类似。原水混凝沉淀/澄清过滤特殊化学吸附力原水微絮凝过滤（微絮凝过滤）直接过滤原水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过滤颗粒迁移机理示意第五章9第五章10第1节过滤概述第2节滤池的运行本节思考题一、滤池的工作过程二、滤池的工作周期(1)快滤池属于什么过滤过程？作用机理是什么？三、滤池的水头损失(2)为什么粒径小于滤料层孔隙尺寸的杂质颗粒也会被滤层拦截下来？四、滤池的过滤方式五、滤料层内杂质分布规律(3)浊度低的原水是否可以不加混凝剂直接过滤？为什么？六、提高滤池截污能力的途径第五章11第五章122\n第2节滤池的运行第2节滤池的运行一、滤池的工过滤作过程过滤过程和反冲洗过程交替进行反冲洗普通快滤池构造剖视图滤料照片第五章13第五章14第2节滤池的运行第2节滤池的运行快滤池照片第五章15快滤池照片第五章16第2节滤池的运行第2节滤池的运行二、滤池的工作周期三、滤池的水头损失1.清洁滤层水头损失当滤池的水头损失22达到最大允许值(1m0)1Hhhl180v00（1.5-2.0m）时，003gmd00则停止过滤，对滤池进行冲洗。h0——清洁滤料层的水头损失ν——运动粘滞系数从过滤开始到冲洗m0——滤料空隙率结束的一段时间成d0——与滤料体积相同的球体直径为滤池的工作周期。l0——滤料层厚度v——滤速——滤料颗粒球度系数第五章17第五章183\n第2节滤池的运行2.过滤过程中水头损失假设：水位和滤速不变H：滤池总水头t1.5~2mHHt:滤料层水头损失过滤周期h1:配水系统水头损失与滤速有关tHh:控制阀水头损失tΔthv2/2g:流速水头h2:剩余水头H0：清洁滤料水头损失2v△H：在时间t时的水头滤池总过滤水头损失H＝H＋h＋△HHHhhtt12hHHh0tt0t2g损失增值H：清洁滤层水头损失0v2h：配水系统、承托层及管路水头损失HHHhhhhtt012t2g第五章19△Ht：在时间t时的水头损失增值第五章20第2节滤池的运行2.变水头等速过滤1．等水头等速过滤四、滤池的过滤方式通过设置出水流速调节器随着过滤进行，滤层孔普通快滤池隙率减少，水头损失增加，滤池内水位自动上0升，自由进流，以保持H滤速调节器过滤速度不变。-------虹吸滤池无阀滤池第五章21第五章224座滤池进水渠相通，在任第2节滤池的运行何时间水位基本上相等。3．等水头变速过滤一座滤池冲洗完毕•如果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，但由于各池截污量不同，滤速v不等。干净滤料滤速大。减速过滤（一组4座滤池）•整个系统平均滤速不变。一座滤池滤速的变化如果一组滤池的滤池数很多，阶梯式下降折线将变为•每个滤池滤速逐渐降低。近似连续下降曲线。•分隔数很多时，可以近似达到“等水头变速过滤”每一格滤池在反洗间隔之间，按等速过滤方式，水位第五章23略有升高。第五章244\n第2节滤池的运行第2节滤池的运行五、滤料层内杂质分布规律等速与变速过滤的差别？•反洗后由于水力筛分，粒在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较径顺过滤方向由小变大。好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。过滤•滤料表层孔隙率较小。方向清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速•杂质主要截留在滤料表层。度并不太大，可将一些悬浮杂质带入下层滤料。而•下部滤层截污能力未得到当截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止充分发挥。悬浮物穿透滤层。第五章25第五章26第2节滤池的运行第2节滤池的运行六、提高滤池截污能力的途径2.双向流改进方向：提高滤层含污能力，延长过滤周期。1.上向流第五章27第五章28第2节滤池的运行第2节滤池的运行4.均质滤料3.双层或多层滤池密度较小、粒径较大(无烟煤)石榴石密度较大、粒径较小(石英砂)双层三层第五章29第五章305\n第2节滤池的运行第3节滤池的基本构造本节思考题一、快滤池的构成(1)滤池的过滤过程包括哪两个环节？二、滤料层(2)滤池的工作周期如何确定？受什么因素影响？三、配水系统(3)滤池有几种过滤方式？如何实现？各有什么特点？四、承托层(4)什么是滤料层含污能力？如何改善？五、反冲洗排水系统第五章31第五章32第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造一、快滤池的构成二、滤料层1．种类滤料层承托层石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石配水系统聚苯乙烯发泡塑料冲洗集水槽纤维球滤料集水渠管廊第五章33第五章34第3节滤池的基本构造2．滤料粒径级配d80d10各种粒径的颗粒所占重量比例的累积曲线。第五章35第五章366\n第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造(1)有效粒径和不均匀系数(2)最大与最小粒径：dmax,dmind和d：分别通过滤料重量10%和80%的筛孔孔径1080工程上为方便，一般dmind10,dmaxd80不均匀系数K＝d/d808010我国规范中，采用dmax,dmin,K80来控制滤料粒径d反映了产生水头损失的主要部分。10分布。K愈大，颗粒愈不均匀，孔隙率下降，含污能力降80(3)滤料筛选方法：低，反冲洗强度不好确定。按要求设计d和d筛选。1080第五章37第五章38第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造3．滤料层规格材质、粒径和厚度粒径：小，比表面积大，有利于矾花吸附但易堵塞厚度：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关滤速：单层：8~10m/h滤速的定义：流量/面积双层：10~14m/h强制滤速：一个或2个滤池停产时其余滤池超过正常设计要求：d10=0.55mm,K80=2.0,则d80=1.1mm三层：18~20m/h负荷下的滤速第五章39第五章40第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造三、配水系统2.配水系统的不均匀性1.配水系统的目的：均匀分布反冲洗水Hx均匀收集过滤水冲洗b配水不均匀导致：水头(1)部分区域水量小，冲洗不净a(2)部分区域水量大，冲动垫层第五章41第五章427\n第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造a点的冲洗水头Hx：同样对于b点而言：Hx＝S1a(qa)2+S2(aq)2+S3(aq)2+S4(aq)2aaaaH＝S(bq)2+S(bq)2+S(bq)2+S(bq)2＋x1bb2b3b4b＋流速水头流速水头S1：配水系统的阻力系数qSSSSS：孔眼出水的阻力系数a1b2342qSSSSS：承托层的阻力系数b1a2343S4：滤料层的阻力系数q/q0.95-------达到均匀最小最大qa：冲洗强度(L/(sm2))两种途径：1.增大孔眼出水水力阻抗——单位面积滤层所通过的冲洗流量2.降低配水系统水力阻抗第五章43第五章44第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造3.大阻力配水系统一般为穿孔管大阻力使孔眼水力阻力S2>>其它水力阻力配水系统。增加孔眼流速（5~6m/s）特点：工作可靠、采用最广、冲洗干净配水孔眼面积为滤池面积的1/500但冲洗水头要求高，开孔比小＝0.2%~0.25%需冲洗水箱或水泵第五章45第五章46第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造2．小阻力配水系统指孔口阻力较小减少配水系统阻抗S1降低配水系统流速增大配水空间中阻力配水（开孔比：0.6%~0.8%）使孔眼处的压力接近相应降低S，增加开孔比1.0~1.5%小阻力配水系统2钢筋混凝土穿孔滤板特点：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钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。第五章47第五章488\n第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造穿孔滤砖：开孔比，上层1.07％，下层0.7%滤池穿孔滤砖第五章49第五章50第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造单独反冲气/水反冲复合气水反冲洗配水滤砖滤头第五章51第五章52第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造五、反冲洗排水系统四、承托层恢复过滤能力作用：1．反冲洗方式阻挡滤料进入配水系统1)高速水流反冲洗均匀配水（反冲洗2)气、水反冲洗时）2气冲强度：10~20L/ms主要配合大阻力配2水冲强度：3~4L/ms水系统而使用。3)表面辅冲加高速水流反冲洗第五章53第五章549\n第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造冲洗强度膨胀度冲洗时间2．反冲洗影响因素L/(sm2)(%)(min)冲洗强度q：L/(sm2)石英砂滤料12~15457~5滤层膨胀度：e＝（L-L0）/L0100%双层滤料13~16508~6L0：膨胀前滤层厚；L：膨胀后滤层厚三层滤料16~17557~5冲洗强度大e大剪切力增大但摩擦减少冲洗强度的确定：与滤料层粒径、级配分布、温度因此应有一个要求。等有关第五章55第五章56第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造3．反冲洗强度与滤层膨胀度关系在滤料粒径、形状、密度和水温一定时，滤层膨胀度与冲洗强度有关。该关系可由实验得出。=h最小流态化冲洗流速（与粒径、性状冲洗强度和均匀滤层膨胀度关系和密度有关）水头损失和冲洗流速的关系第五章57第五章58第3节滤池的基本构造第3节滤池的基本构造4．冲洗水排出与供给2）冲洗水塔与水泵1)冲洗排水槽与集水槽槽总面积占滤池面积25%以内第五章59第五章6010\n第3节滤池的基本构造第4节滤池类型本节思考题一、普通快滤池(1)滤池有哪些基本构成？二、虹吸滤池(2)如何选择滤料？滤料的d80,d10和K80的物理意义是三、无阀滤池什么？(3)配水系统有几种？各自什么特点？如何消除配水四、移动罩滤池的不均匀性？五、V型滤池(4)反冲洗强度如何确定？主要受什么因素的影响？第五章61第五章62第4节滤池类型第4节滤池类型一、普通快滤池第五章63第五章64第4节滤池类型第4节滤池类型二、虹吸滤池普通快滤池的设计参数：大阻力配水系统，冲洗水头约7m，设反冲洗1960年初美国GreenLeaf圆形六格水塔或水泵进行反冲洗。1964年北京市政院第1座单池面积小于100m2，一般20－50m2。北京印染厂圆形七格滤池总深度一般为3.0－3.5m。1977年北京市政院标准图第五章65第五章6611\n第4节滤池类型第4节滤池类型最大过滤水头：1．构造及工作原理1.5~2.0m冲洗水头1.0~1.2m成组运行第五章67虹吸滤池构造图第五章68第4节滤池类型第4节滤池类型2.特点3．滤池分格数•利用虹吸原理进水和排走洗砂水――节省了两个阀门当1格冲洗时，其余数格滤池过滤总量必需满足该格•小阻力配水系统――不用冲洗水泵或水箱，可用滤池本滤池冲洗强度要求。身的出水冲洗，冲洗水头1.0－1.2m。nQ3.6q•变水头等速过滤――最大过滤水头1.5－2.0m，不需设qn置滤速调节器Fvq：冲洗强度（L/(sm2)）•易于自动化控制Q：每格滤池过滤流量（L/s）•池深大，冲洗效果不够理想，单池面积不宜大。F：单格滤池面积（m2）•适用于中小水厂，造价比普快滤池低20~30％v：滤速(m/h)第五章69n：一组滤池分格数，5~7第五章70三、重力式无阀滤池最大过滤水头:冲洗水头1.5-2.0m13.浮筒最大冲洗14.针形阀水头H控制滤速15.抽气管max初始过滤水头H0平均值Ha=(Hmax+Hmin)/2过滤水头最小冲洗反冲洗来自其它格滤过水与虹吸滤池相同水头Hmin移动冲洗罩与无阀滤池相同第五章71第五章7212\n第4节滤池类型第4节滤池类型五、V型滤池五、V型滤池第五章73第五章74第4节滤池类型第4节滤池类型五、V型滤池过滤时进水用，冲洗时可供横向扫洗布水用五、V型滤池反冲洗：气冲→气-水反冲→水冲气冲强度：14-17L/(m2s)进水水冲强度：4L/(m2s)排水特点：(1)可采用较粗滤料较厚滤层以增进气阀加过滤周期。(2)水反冲强度低，滤层不膨胀，整个滤层在深度方向粒径分布基本均匀，不发生水力分级现象。法国Degremont公司产品(3)气、水反冲加横向表面扫洗，冲洗效果好，冲洗水量减少。第五章75第五章76第4节滤池类型第4节滤池类型滤池水厂鸟瞰第五章77第五章7813\n第4节滤池类型第4节滤池类型滤池第五章79滤池第五章80第4节滤池类型第4节滤池类型滤池滤池第五章81第五章82第4节滤池类型第4节滤池类型滤池反冲洗滤池反冲洗第五章83第五章8414\n第4节滤池类型第五章过滤本节思考题本章总结(1)快滤池的过滤机理？(1)快滤池有哪些特点？(2)滤池的工作过程、过滤方式与特点？(2)虹吸滤池是如何进行过滤和反冲洗的？(3)快滤池的主要构成？(3)为什么要确定虹吸滤池的分格数？(4)滤料的主要表征参数、配水系统的方式和特点。(4)无阀滤池虹吸上升管的水位变化是如何引起的？(5)重要的工艺参数：滤速、强制滤速、反冲洗强度、滤池面积(5)移动罩滤池的工作过程？为什么不适用于小水厂？(6)典型滤池（普通快滤池、虹吸滤池、无阀滤池、移动罩滤池）的工作过程、特点和适用范围。第五章85第五章8615