《水处理技术》PPT课件 72页

'3.水的过滤处理 3.1过滤机理3.2过滤水力学3.3过滤的操作过程3.4滤池的冲洗3.5滤池的配水系统3.6过滤构筑物与设备3.7和过滤相关的一些处理工艺 实验现象:以粒径0.5mm的细砂作为滤料,它们形成的滤料颗粒之间的孔隙尺寸约为80um。进水中的悬浮物尺寸大多小于30um,但仍为过滤所去除。这表明，过滤绝不是仅仅的机械筛滤。3.1过滤机理 水中的颗粒为滤料所拦截，涉及到两个问题：1）水流中的颗粒如何与滤料颗粒相互碰撞——颗粒的迁移机理2）颗粒与滤料表面接触时如何粘附——粘附机理3）悬浮颗粒在滤料中的分布情况 1)迁移：沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力。对于这几种力的大小，目前只能定性描述。 2)吸附：范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。 二、滤层内杂质的分布滤层含污能力：单位体积滤层中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单位g/cm3或kg/m3。 1）过滤初期，滤料干净，孔隙率较大，水流剪力较小，因而粘附作用占优势。颗粒被截留在表面滤层.2）过滤中期,表面滤层空隙率减少,水流剪力增大,部分颗粒被冲刷到滤层深处.3)但是,下层滤料尚未充分发挥时,过滤就得停止.压力过大,或漏滤. 采用单水冲洗的石英砂滤料滤池是典型的水力分级滤料滤池，其含污量随深度的变化见右图。双层滤池其含污量随深度的变化见图右曲线2。 多层滤料滤池接近理想滤料滤池，最常见为双层和三层滤见下图,总体布置原则:颗粒大的在上面,小的在下面,密度小的在上面,密度大的在下面. 在过滤过程中,滤层中悬浮颗粒量不断增加,必然导致过滤过程中水力条件的改变.过滤水力学研究的就是过滤时,水流通过滤层的水头损失变化、滤速的变化。3.２过滤水力学 1.清洁滤层的水头损失过滤开始时，滤层是干净的，水流的水头损失为“清洁滤层的水头损失”对于砂滤池：滤速8-10m/h，水头损失约为30-40cm。 一、清洁滤料层的水头损失卡曼-康采尼公式（Carman-Kozony）公式：h0——水头损失v——滤速m0——滤料孔隙率d0——滤料球体直径L0——滤料孔隙率Φ——球度系数 过滤水头损失与滤速与孔隙率均有关，随着过滤的进行，孔隙率变小，此时如果滤速不变，则水损增加，如果水损不变，则滤速增大。引出两种过滤方式：等速变水头过滤等水头变速过滤 二、等速过滤中的水头变化最常见的恒速过滤如图所示。在恒速过滤状态，由于滤层逐渐被堵塞，水头损失随过滤时间逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，当水位上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗。Hmax=1.5-2.0m 二、等速过滤中的水头变化Ht=H0+h+ΔHt 三、等水位变速过滤中的速度变化如果将所有的滤池的进水渠相连接，这样，所有的滤池的水位差将保持不变，即水头损失不变，随着过滤的进行，滤速将逐渐降低。 四、过滤过程中的负水头 负水头会导致空气释放出来，危害：①是增加滤层局部阻力，增加了水头损失；②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：一是增加砂面上的水深；二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。 3.3过滤的工作过程 1.进水总管;2.进水支管;3.清水支管;4.冲洗水支管;5.排水阀;6.浑水渠;7.滤料层;8承托层;9配水支管;10配水干管;11.冲洗水总管;12.清水总管;13.冲洗排水槽;14.废水渠 一、过滤:过滤时,开启进水支管2、清水支管3的阀门。关闭冲洗水支管4阀门与排水阀5。浑水就经进水总管1、支管2从浑水渠6进入滤池。经过滤料层7、承托层8后，由配水系统的配水支管理工作9汇集起来，再经配水系统干管渠10、清水支管、清水总管12流向清水池。 二、冲洗冲洗时，关闭进水支管2与清水支管3阀门，开启排水阀5与冲洗水支管4阀门。冲洗水即由冲洗水总管11、支管4,经配水系统的干管、支管、及支管上的孔眼流出，由下而上穿过承托层及滤料层，均匀地分布于滤池平面上。滤料层在由下而上均匀分布的水流中，处于悬浮状态，从而得到清洗。冲洗废水流入冲洗排水槽13,再经浑水渠6、排水管和废水渠14，排放。 两个基本参数1.滤速滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过滤水量，单位为m3/（m2h）或m/h。2.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。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。滤池的工作周期为12~24h。 3.4滤料与承托层一、滤料给水处理所用的滤料，必须符合以下要求：1.机械强度，冲洗损失2.化学稳定性，影响水质3.具有颗粒级配，适当的空隙率4.便于取材石英砂是最广泛的滤料。在双层与多层滤料中，常用的还有无烟煤、石榴石、金钢砂等。一些轻质滤料：聚苯乙烯、陶粒 二、滤料的参数1.比表面积粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积的滤料所具有的表面积，单位为cm2/g或cm2/cm3。2.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：d10，d80通过滤料重量10%、80%的筛孔孔径K80越接近于1，滤料越均匀，过滤和反冲洗效果愈好。 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=0.5<2.0700~1010~14双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.8<2.0300~40010~1414~18石英砂dmax=1.2dmin=0.5<2.0400三层滤料无烟煤dmax=1.6dmin=0.8<1.745018~2020~25石英砂dmax=0.8dmin=0.5<1.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.25<1.770 3.球度系数与形状系数球度系数滤料颗粒的形状系数为： 下表列出了常见的滤料形状与其球度系数和形状系数，滤料颗粒的形状示意见下图序号形状描述球度系数形状系数孔隙率1圆球形1.01.000.382圆形0.981.020.383已磨蚀的0.941.060.394带锐角的0.811.230.405有角的0.781.280.43表滤料颗粒的形状及其球度系数、形状系数、孔隙率 4．滤料层的孔隙率滤料层的孔隙率指整个滤层中孔隙总体积与整个滤层的堆积体积之比。测定方法：取一定量的滤料，在105oC下烘干称重，并用比重瓶测出其密度。然后放入过滤筒中，用清水过滤一段时间后，量出滤层体积，则孔隙率为式中，G——烘干后的滤料,g；——滤料的密度，g/cm3；V——滤料层的堆积体积，cm3。 三、承托层承托层一般采用天然卵石或者砾石,其作用：①防止滤料层从配水系统流失；②均匀布置反冲洗水。表快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度层次（自上而下）粒径（mm）厚度12~410024~810038~16100416~32本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100 表三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度层次（自上而下）材料粒径（mm）厚度（mm）1重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）0.5~1.0502重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）1~2503重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）2~4504重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）4~8505砾石8~161006砾石16~32本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100 常用的反冲洗方法有以下几种：①单水高速反冲洗：②气-水联合反冲洗；③表面助冲加高速水流反冲洗。3.5滤池的冲洗 一、单水高速反冲洗1.反冲洗强度指单位面积滤层所通过的反冲洗流量，单位为L/sm2。2.滤层膨胀度由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变，于是：故：3.冲洗时间 4.常用数据表　冲洗强度、膨胀度和冲洗时间注：设计水温按20计，水温每增减1，冲洗强度相应增减速1%；由于全年水温、水质有所变化，应考虑有适当调整冲洗强度的可能；选择冲洗强度应考虑所用混凝剂品种的因素；无阀滤池冲洗时间可采用低限；序号滤层类型冲洗强度(L/sm2)膨胀度（%）冲洗时间（min）1石英砂滤料12~15457~52双层滤料13~16508~63三层滤料16~17557~5 二、气水联合反冲洗气-水联合冲洗具有下述特点：①冲洗效果好；②节约反冲洗水量；③冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下粗的分层现象；④气-水联合冲洗操作较为麻烦，池子和设备较复杂，需增加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。 气-水联合冲洗有3种操作方式：①先气洗，后水洗；②先气水混合洗，再用水洗；③先气洗，再气水混合洗，最后用水洗（或漂洗）。气-水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在10min左右。 气水反冲洗气冲强度：15L/S.m2,时间４min气水同时冲：气冲强度15L/S.m2,水冲强度4L/S.m2,时间４min.最后水冲，强度4L/S.m2,时间２min.关于气水反冲洗的参数与具体要求，目前我国还没有统一规定。 ３.6滤池的配水系统常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水系统、中阻力配水系统等三种，其作用：①反冲洗时，均匀分布反冲洗水；②过滤时，均匀集水。 反冲洗时配水不均匀的危害：①滤池中砂层厚度分布不同；②过滤时，产生短流现象，使出水水质下降；③可能招致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。 一、大阻力配水系统 上式说明Qc大于Qa。增加S1+S2’’值，能减小上式右边第二项的值，从而使Qa尽量接近Qc。由于承托层与滤料层的阻力系数之和S2’’不能改变，只有通过减小孔口总面积来增大孔口阻力系数S1，才能增大S1+S2’’。增大孔口阻力系数S1就削弱了承托层、滤料层阻力系数及配水系统压力水头不均匀对孔口出流量的影响，这就是大阻力配水系统的原理。 大阻力配水系统的设计要点：①干管起端流速为0.2~1.2m/s，支管起端流速为1.4~1.8m/s，孔眼流速为3.5~5m/s。②支管中心距为0.25~0.3m.③支管长度与其直径之比一般不应大于60。④孔口直径约为9~12mm，设于支管两侧，与垂线呈45O角向下交错排列。 ⑤孔口总面积与滤池面积之比称为开孔比，开孔比＝0.2－0.25%,其值可按下式计算： 大阻力配水系统的特点：①配水均匀性好；②结构复杂；③但管道容易结垢；④孔口水头损失大，因而要求反冲洗水压高。无阀滤池、移动冲洗罩滤池、虹吸滤池等的冲洗水头非常有限，不宜采用大阻力配水系统。 二、小阻力配水小阻力配水系统的构造特点：铺设穿孔滤板或滤砖。小阻力配水系统的特点：①反冲洗水头小；②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；③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系统与小阻力配水系统之间。 钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。造价低，孔口不易堵，配水均匀性好，强度高，耐腐蚀尼龙网接缝应接好，有时可铺一层卵石。 穿孔滤砖既可单独用于水反冲,也可用于气水反冲洗.一般上层开孔比小,α=0.5-0.8%斜面开孔比稍大,α=1.2-1.5%材质:一般为ABS工程塑料配水均匀性较好,价格较高. 滤头：短柄滤头用于单独水冲洗滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。 滤帽上有许多缝隙,缝宽0.25-0.4mm,防止滤料流失.直管上部开1-3个小孔,下部有一直缝.气水反冲时,上部为气,形成气垫,下部为水.气从上部进入,水从下部进入气水在直管内充分混合,进入滤帽.滤头布置数一般为50-60个/m2,开孔比为1.5%左右. 三．冲洗废水排放方法（1）冲洗排水槽、排水渠见下图。（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1.5~2.0m。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。 四．冲洗水的来源两种：①水泵冲洗；②冲洗水塔或水箱冲洗。水泵冲洗的特点：①投资省；②但操作较为麻烦；③在冲洗的短时间内耗电量大，往往会使厂区内供电网负荷骤增。冲洗水箱的特点：①造价高；②但操作简单；③专用水泵小，耗电量较均匀。 （1）水泵冲洗水泵冲洗时，需考虑有备用措施。水泵流量和杨程分别为：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；h2——滤池配水系统水头损失，m。大阻力配水系统按孔口平均水头损失计算。　得：h3——承托层的水头损失，m。可根据承托层的厚度Z（m）及冲洗强度q（L/s•m2）计算： 3.6过滤构筑物与设备 一、普通快滤池9.5.1基本参数1.滤速设计滤速一般为8~10m/h。2.滤池总面积3.个数和单池面积一般单池面积不大于100m2。滤池的个数在设计时应根据技术经济比较确定，但不得小于两个，可参考下表选用。单个滤池面积（m2）可根据滤池总面积F（m2）与滤池个数N进行计算，如下式所示： 滤池总面积（m2）滤池个数<30230~5031003或41504~62005~63006~8滤池面积与个数关系 4.滤池深度滤池深度包括，保护高：0.25~0.3m；滤层表面以上水深：1.5~2.0m；滤层厚度：见下表；承托层厚度：见下表。因此，滤池的总深度一般为3.0~3.5m。单层石英砂滤池深度一般稍小；双层和三层滤料滤池深度稍大。 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=0.5<2.0700~1010~14双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.8<2.0300~40010~1414~18石英砂dmax=1.2dmin=0.5<2.0400三层滤料无烟煤dmax=1.6dmin=0.8<1.745018~2020~25石英砂dmax=0.8dmin=0.5<1.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.25<1.770滤料级配、滤层厚度与滤速 承托层粒径和厚度层次（自上而下）粒径（mm）厚度1重质矿石2~41002重质矿石4~81003砾石8~161004砾石16~32本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100 层次（自上而下）材料粒径（mm）厚度（mm）1重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）0.5~1.0502重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）1~2503重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）2~4504重质矿石（如石榴石、磁铁矿等）4~8505砾石8~161006砾石16~32本层顶面高度至少应高于配系统孔眼100三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度 6.管渠系统流速进水管渠: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普通快滤池具有运转效果好,适用于大小型规模水厂.缺点在于管配件阀门过多,操作较复杂. 二、无阀滤池 无阀滤池一般用于中、小型水厂。单池面积一般不大于16m2。优点：它不需大型阀门，冲洗完全自动，造价较低，操作管理较为方便，过滤过程中不会出现负水头现象。缺点：池体结构较复杂，滤料装御困难，冲洗水箱位于滤池上部，出水标高较高，相应抬高了滤前处理构筑物如沉定池或澄清池的标高，从而给水厂处理构筑物的总体高程布置带来困难。 三、虹吸滤池 四、压力过滤装置1）砂滤器 2）纤维过滤器 3）精密过滤器滤布滤元烧结滤元绕线滤元 3.6和过滤相关的一些工艺原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为“直接过滤”。直接过滤有两种方式：①原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤，称为“接触过滤”。也可称为“直流过滤”，见图9-10中（a）与（b）所示；②原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤，称为“微絮凝过滤”，如图9-10中（c）与（d）所示。 '