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05 第5章过滤法.pptx

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本课件为油田污水处理课程的过滤部分，围绕过滤机理、滤层结构、滤池类型与配水系统、快滤池运行管理展开讲解，逐页梳理概念、原理、工艺参数与工程应用要点，配套完整文字版，可用于课程预习、课堂讲授与复习自查。

本章主要内容与教学安排，◆过滤法◆过滤的分类，其主要机理◆过滤工艺过程◆过滤材料的要求特性◆常见滤池的工作原理主。

第五章过滤章节内容导航，概述5.1深层过滤的基本过程5.2过滤机理5.3过滤的工艺过程5.4滤池类型5.5滤层结。

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第1页：第五章过滤

第五章过滤Filtration

第2页：本章主要内容与教学安排

过滤法◆过滤的分类，其主要机理◆过滤工艺过程◆过滤材料的要求特性◆常见滤池的工作原理主要内容

第3页：第五章过滤章节内容导航

概述5.1深层过滤的基本过程5.2过滤机理5.3过滤的工艺过程5.4滤池类型5.5滤层结构5.6对滤料和垫层的要求5.7配水系统5.8快滤池的运行管理5.9滤池常见故障及对策5.10其它滤池

第4页：深层过滤

概述•过滤是使含悬浮物的废水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。•根据所采用的过滤介质不同，可将过滤分为下列四类：格筛过滤（screen）微孔过滤(microfiltration)膜过滤(membrane filtration)深层过滤(depth filtration)

第5页：格筛过滤

过滤过程的分类：(1)格筛过滤。过滤介质为栅条或滤网，用以去除粗大的悬浮物，如杂草、破布、纤维、纸浆等。其典型设备有格栅、筛网和微滤机。(2)微孔过滤。采用成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤剂(如硅藻土)形成孔隙细小的滤饼，用以去除粒径细微的颗粒。定型的商品设备很多。如：滤纸

第6页：膜过滤

过滤过程的分类：(3)膜过滤。•采用特别的半透膜作过滤介质，在一定的推动力(如压力、电场力等)下进行过滤，由于滤膜孔隙极小且具有选择性，可以除去水中细菌、病毒、有机物和溶解性溶质。•主要设备有反渗透、超过滤和电渗析等。

第7页：深层过滤

过滤过程的分类：（4）深层过滤采用颗粒状滤料(granular media)，如石英砂、无烟煤等。由于滤料颗粒之间存在孔隙，废水穿过一定深度的滤层，水中的悬浮物即被截留。为区别与上述三类表面或浅层过滤(precoatfiltration)过程，这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。

第8页：过滤在水处理中的作用

过滤在水处理中的作用：•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；•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；•作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回用的要求。

第9页：过滤概述示意图

第10页：5.1 深层过滤的基本过程过滤过

5.1深层过滤的基本过程过滤过程分为过滤(filtration)和反洗(backwash)两个过程。•过滤过程是废水由上到下通过一定厚度的由一定粒度的粒状介质组成的床层，由于粒状介质之间存在大小不同的孔隙，废水中的悬浮物被这些孔隙截留而除去。滤料过滤水废水

第11页：滤料反洗废水反洗水入口

到一定程度时过滤不能进行，需要进行反洗。反洗是通过上升水流的作用使滤料呈悬浮状态，滤料间的孔隙变大，污染物随水流带走，反洗完成后再进行过滤。所以深层过滤过程是间断进行的。滤料反洗废水反洗水入口

第12页：深层过滤基本过程示意图

第13页：5.2 过滤机理

5.2过滤机理•过滤的机理可分为阻力截留、重力沉降和接触絮凝三种（1）阻力截留（staining）•当废水流过滤料层时，粒径较大的悬浮物颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高。•结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。这种作用属于阻力截留或筛滤作用。FLASH

第14页：0.5 mm的滤料中就拥有

（2）重力沉降(gravity settlement)•废水通过滤料层时，众多的滤料介质表面提供了巨大的沉降面积。•据估计，1m3粒径为0.5mm的滤料中就拥有400m2不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积，形成无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。•重力沉降强度主要取决于滤料直径和过滤速度。滤料越小，沉降面积越大；滤速越小则水流越平稳，这些有利于悬浮物的沉降。

第15页：接触絮凝作用

（3）接触絮凝(contact flocculation)•由于滤料有较大的表面积，它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。•此外，砂粒在水中表面常带有负电荷，能吸附带有正电的铁、铝等胶体，从而在滤料表面形成带正电的薄膜，进而又吸附带负电荷的粘土及多种有机胶体，在砂粒上发生接触絮凝。•在大多数情况下，滤料表面对尚未凝聚的胶体还能起到接触碰撞的媒介作用，促进其凝聚过程。

第16页：过滤机理示意图

第17页：从过滤开始到反洗结束称为一个过滤循环

5.3过滤的工艺过程过滤工艺包括过滤和反洗两个阶段：•过滤(filtration)：过滤即截留污染物；•反洗(backwashing)：反洗即把污染物从滤料层中冲走，使之恢复过滤能力。•过滤周期(filter run)：从过滤开始到结束延续的时间称为过滤周期（或工作周期）。•过滤循环(filter cycle)：从过滤开始到反洗结束称为一个过滤循环。

第18页：普通快速滤池构造进水管

普通快速滤池构造进水管:待过滤的水由此进入集水渠:进水及收集反洗水过滤介质:水通过介质得到过滤底部配水系统:收集过滤后的水或均匀分配反洗水垫层:支撑滤料和均匀分配反洗水清水管:过滤后的水由此排出反洗水收集槽:反洗水由此排出滤池反洗水管:反洗水由此进入反洗水收集槽:收集所有滤池的反洗水集水渠:进水及收集反洗水

第19页：19

第20页：20

第21页：关快速滤池过滤过程示意图进水出水

过滤F1、F2开F4、F3关快速滤池过滤过程示意图进水出水

第22页：开反洗水

滤池反洗过程示意图反洗：F1、F2关，F3、F4开反洗水

第23页：过滤工艺过程示意图

第24页：5.4滤池类型

5.4滤池类型按不同的方式滤池可分为不同的类型：按过滤速度高速滤池(high filtration rate)，速度为10－16m3/（m2·h）低速滤池(low filtration rate)，速度小于4m3/（m2·h）中速滤池(medium filtration rate)，速度为4－10m3/（m2·h）

第25页：按推动力

按推动力分重力式滤池（gravity filter)，其过滤压力水头为4－5 m压力滤池(pressure filter)，其过滤压力水头为15－20 m按滤层结构分单层滤料滤池（single media filter)双层滤料滤池(dual media filter）三层滤料滤池(triple media filter)按水流方向分下向流(up-flow)上向流(down-flow)双向流(bi-flow)

第26页：进水出水下向流滤池示意图

下向流滤池能保证较高的滤速和反洗效果；◎水头损失增加较快，工作周期较短；◎下层滤料难以发挥作用。•原因是反洗后滤料会分层，细颗粒在上，粗颗粒在下，上层很快堵塞，而下层不起作用。进水出水下向流滤池示意图

第27页：出水进水上向流滤池示意图

整个滤料的纳污能力得到充分利用，过滤周期也相应延长。◎滤速不能太高否则会造成滤料流失。•上向流的另一个优点是可以用未经过滤的水做为反洗水。出水进水上向流滤池示意图

第28页：出水进水双向流滤池示意图

保持了下向流和上向流滤池的优点，又克服了滤料流失的弊端。•但双向流滤池的下层滤料反洗困难。出水进水双向流滤池示意图

第29页：滤池的分类与适用条件

第30页：5.5 滤层结构

5.5滤层结构•单层滤池通常以石英砂(sand)做为滤料。•双层滤池是在石英砂滤料的上面再放一层粒度比较粗的白煤(anthracite)。•三层滤池是在双层滤池的基础上再在石英砂滤料的下面放一层粒度更细、比重更大的滤料，一般用磁铁矿(magnetite)。

第31页：单层滤池的滤料层结构单层滤料层的剖面

单层滤池的滤料层结构单层滤料层的剖面

第32页：双层滤料的结构粗粒白煤细

双层滤料的结构粗粒白煤细粒石英双层滤料层的剖面

第33页：三层滤料的结构粗粒白煤更

三层滤料的结构粗粒白煤更细的磁铁矿细粒石英三层滤料层的剖面

第34页：滤层结构示意图

第35页：5.6 对滤料和垫层的要求

5.6对滤料和垫层的要求5.6.1对滤料的要求（a）有足够的机械强度；（b）有较好的化学稳定性；（c）有适宜的级配(grade)和足够的空隙率(voidage)。所谓级配就是滤料的粒径范围及在此范围内各种粒径的滤料数量比例;（d）滤料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角。

第36页：滤料的性能指标

滤料的性能指标有以下三项：（a）有效直径(effective size)和不均匀系数(uniformity coefficient)：滤料的规格常用有效直径和不均匀系数表示。•有效直径是指能使10％的滤料通过的筛孔直径，以D10表示，单位是mm。同样D80表示能使80％的滤料通过的筛孔直径。•D80与D10的比值就称为滤料的不均匀系数，以K80表示

第37页：1.80 之间为宜

例如，D10＝0.6mm，D80＝1.0mm，•显然，不均匀系数越大，滤料越不均匀，小颗粒会填充于大颗粒的间隙内，从而使滤料的空隙率和纳污能力降低，水头损失增大。•因此不均匀系数以小为佳。但是不均匀系数越小，加工费用也越高。综合考虑，一般K80控制在1.65～1.80之间为宜。

第38页：滤料的性能指标

滤料的性能指标有以下三项：（b）滤料的纳污能力：滤料层承纳污染物的容量常用纳污能力(capacity of retainingpollutants)来表示。•其含义是在保证出水水质的条件下，在过滤周期内单位体积滤料中能截留的污物量，以kg/m3或g/cm3表示。其大小与滤料的粒径、形状等因素有关；

第39页：滤料的性能指标

滤料的性能指标有以下三项：（c）滤料的空隙率和比表面积：•空隙率是指一定体积的滤层中，空隙所占体积与总体积的比值。常用的石英砂和白煤滤料的空隙率分别为0.4和0.5。•滤料的比表面积(specific surface)是指单位重量或单位体积的滤料所具有的表面积，用m2/g或m2/cm3表示。

第40页：1.2 细滤料滤池

运行设计参数滤料规格滤池类型反洗时间/min反洗强度/L/s滤速/m/h滤层厚度/cm直径/mm5～712～15102002～3大滤料滤池7～10150～2001～2粗滤料滤池5～7100～1200.8～1.6中滤料滤池51000.4～1.2细滤料滤池5～712～155～7100～1501～2大滤料滤池（用于生物处理后）单层砂滤池的滤料规格及运行设计参数

第41页：垫料层的作用

5.6.2垫料层作用：垫料层(supporting grave layer)主要起承托滤料的作用，故亦称承托层，一般配合大阻力配水系统使用。•由于滤料粒径较小，而配水系统(underdrain)的孔眼较大，为了防止滤料随过滤水流失，同时也帮助均匀配水，在滤料与配水系统之间增设一垫料层。•如果配水系统的孔眼直径很小，布水也很均匀，垫料层可以减薄或省去。

第42页：对垫料层的要求

5.6.2垫料层对垫层的要求：•要求垫料层不被反洗水冲动；•形成的孔隙均匀，使布水均匀；•化学稳定性好；•机械强度高。通常，垫料层采用天然卵石或碎石。

第43页：滤料与承托层的级配要求

第44页：5.7 配水系统

5.7配水系统配水系统的作用：•均匀收集滤后水，所以，它又称为排水系统；•更重要的是均匀分配反冲洗水。•配水系统的合理设计是滤池正常工作，保持滤料层稳定的重要保证。•所谓大阻力配水系统是指尽可能增大配水系统中布水孔眼的阻力，使反洗水在流向全池各部的水头损失尽可能相等，保证配水均匀

第45页：°的配水孔

管式大阻力配水系统支管底部有45°的配水孔

第46页：小阻力配水系统的滤头小阻

46小阻力配水系统的滤头小阻力配水系统塔形圆柱形滤头安装在穿孔板上

第47页：配水系统示意图

第48页：5.8 快滤池的运行管理

5.8快滤池的运行管理5.8.1滤速变化及控制•按照在过滤周期内滤速的分布形态，滤池有两种基本运行方式，即：•恒速过滤(constant rate):在整个过滤周期中过滤的速度不变。•降速过滤(declining rate)：在过滤周期中过滤速度是随时间变化的，开始时大，过滤结束时小。

第49页：恒速过滤的不同形式

恒速过滤的不同形式：•恒速过滤又分为恒水位恒速过滤和变水位恒速过滤两种：•恒水位恒速过滤中，作用在滤池上的水头恒定，随滤层中的阻力增加，由逐渐开大的出水阀门（手控或自控)来补偿，使总阻力和出水量维持不变。•在每个滤池的进水端和出水阀后分别设进水堰室和出水堰室，实现变水位恒速过滤。

第50页：变水位恒速过滤示意图过滤

变水位恒速过滤示意图过滤开始时水位，出水堰高于滤料的高度过滤结束时水位，水位高于进水堰的水位，过滤不能进行，开始反洗滤料

第51页：优良滤池的指标

优良滤池的指标：•优良的滤池应具备以下性能：（a）滤料纳污能力大，过滤水头损失小，工作周期长；（b）出水水质符合回用或外排的要求；（c）反洗耗水量少，效果好，反洗后滤料分层稳定而不发生很大程度的滤料混杂。

第52页：滤池反冲洗的目的与方式

5.8.2滤池反冲洗•滤池反冲洗的目的是清除截留在滤料孔隙中的悬浮物，恢复其过滤能力。•一般滤池采用滤后水反冲洗，并辅以表面冲洗（surface wash)或空气冲洗(air scour)。反冲洗的指标：•反冲洗的指标有滤料的膨胀率、反冲洗强度、反冲洗时间、反冲洗水头、反冲洗水的供应和排除、空气冲洗和表面冲洗等。

第53页：可用试验的方法确定

（1）膨胀率（expanding rate)：滤料层膨胀后与膨胀前的厚度差与过滤时滤料的厚度之比，用百分数表示。一般用符号e表示。•反洗时的膨胀率要适当。膨胀率太低，水流剪切力小；膨胀率过高，颗碰撞次数会减少，还会冲动垫料层及流失滤料。（2）反冲洗强度(backwash flow rate)：单位时间内单位滤池面积所通过的反冲洗水量称为反冲洗强度，通常用q表示，它的单位是L/(m2·s)。•反冲洗强度的大小与滤料的粒度、水的温度、孔隙率和要求的膨胀率有关。可用试验的方法确定。

第54页：反冲洗时间与水头

（3）反冲洗时间(backwash time)：反冲洗时间依滤层污染程度而异，应根据运行情况来确定。（4）反冲洗水头(head)：反冲洗所需水头等于滤层、垫层、配水系统及管路的水头损失之和，并留有1.5－2.0m的富余水头。具体可根据有关流体力学的方法计算。（5）反冲洗水的供应和排除：一般是用滤后水作为反冲洗用水。反冲洗水可用水塔或水泵供给。反冲洗排出的污水(spent backwash water)应及时排除，通常返回处理系统的首端。

第55页：强度据具体情况确定

（7）表面冲洗(surface wash)：在过滤含有机物质较多的原水时，滤层表面往往生成由滤料颗粒、悬浮物和粘性物形成的泥球。为了破坏泥球，提高冲洗质量，常用压力水进行表面冲洗。（6）空气冲洗(air scour)：空气冲洗是在滤料层和垫层之间加空气管，在反冲洗的同时鼓入压力空气，增加对颗粒的搅动，增加颗粒之间互相碰撞和摩擦的机会，加强反冲洗效果。强度据具体情况确定。

第56页：快滤池的运行与管理

第57页：5.9 滤池常见故障及对策

5.9滤池常见故障及对策（1）气阻(air blocking)：在过滤末期，局部滤层的水头损失可能大于该处实际的水压力，即出现负水头。此时部分滤层水中溶解的气体将释放出来，积聚在孔隙中，阻碍水流通过，以致滤水量显著减少。反冲洗时气泡会冲出滤层表面。这种现象称为气阻，也称气闭。

第58页：结泥球及其防治

（2）结泥球(mud ball)：滤层表面的颗粒较细，截留的悬浮物较多。如果冲洗不干净，则互相粘结成球。造成布水不匀和再结泥球的恶性循环。这种污泥的主要成分是有机物，结球严重时会腐化发臭。解决方法：（a）翻池人工清洗，或彻底换滤料，同时检查垫层是否有移动和配水系统是否有堵塞；（b）滤池反冲洗后暂停使用，保持滤料上面水深20－30cm，然后加氯浸泡l2h。

第59页：可在滤前加氯解决

（3）跑砂和漏砂(sand lost)：如果冲洗强度过大或滤料级配不当，反冲洗会冲走大量细滤料。如果冲洗水分布不匀，垫料层可能发生平移，进一步促使布水不匀，最后局部垫料层被冲走淘空，过滤时，滤料通过这些部位的配水系统漏失到清水池中。（4）水生生物繁殖：在水温较高时，沉淀池出水中常含多种微生物，极易在滤池中繁殖。在快滤池中，生物繁殖是不利的，往往会使滤层堵塞。可在滤前加氯解决。

第60页：滤池常见故障与处理措施

第61页：5.10 其它滤池简介

5.10其它滤池简介•无阀滤池•虹吸滤池•移动罩滤池•压力滤池

第62页：滤料无阀滤池工作

滤料无阀滤池工作过程示意图进水过滤水利用水力学原理，通过进出水的压差自动控制虹吸产生和破坏，实现自动运行的滤池。启动抽气管，抽吸虹吸管顶部的空气，在很短时间内虹吸管因出现负压而投入工作。

第63页：滤料反洗废水无阀滤池反洗

滤料反洗废水无阀滤池反洗过程示意图反洗时进水仍在继续，但此时原水与反洗水一起排出

第64页：重力式无阀过滤器

重力式无阀过滤器

第65页：重力式无阀过滤器