水污染控制工程过滤理论.ppt

第二章 水的物理处理第八节 过 滤 8.1 概 述 一、过滤：借助于具有一定空隙率的固体介质（如石英砂）阻挡截留水中杂质而使水得到澄清的工艺过程。 二、截留的对象： 细小颗粒、细小矾花、藻类、细菌及病毒。 三、位置：沉淀池或澄清池之后。 直接过滤。 8.1 概 述 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、膜分离法等的预处理手段，也作为生化处理后的深度处理，使滤后出水达到回用要求。 8.1 概 述 四、作用 (给水) 1、进一步降低水的浊度； 2、同时水中有机物、细菌及病毒将随水的浊度降低而部分被去除。 3、为滤后消毒创造了良好条件。 （残留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护和依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭。） 4、在饮用水净化工艺中，过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。 8.2 概 述 五、滤池的种类 (一) 按滤速 1、慢滤池 0.01～0.4m/h 2、快滤池 4～8m/h 3、高速滤池 10～16m/h (二) 按作用水头 1、重力滤池 4～5m 2、压力滤池 15～25m (四) 按滤料组成 1、单层滤池 滤速 8-10m/h 2、双层滤池 滤速10-14m/h 3、多层滤池 滤速18-20m/h 8.2 过滤理论 一、过滤机理 (一) 机械筛滤 把滤料间的空隙看作“筛子”，大于孔隙尺寸的杂质被截留下来。 (二) 重力沉降 靠重力作用沉淀在滤料的表面。滤料层类似于层层叠起的多层沉淀池，巨大的沉淀面积，将微小的杂质沉淀截留下来。 (三) 接触絮凝 在范德华力作用下被滤料吸附；在布朗运动作用下迁移扩散到滤料表面被吸附。 8.2 过滤理论 水中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面，涉及两个问题： 1、被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这涉及颗粒脱离流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理。 2、当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠哪些力的作用使它们粘附于滤料颗粒表面上，这涉及粘附机理。 8.2 过滤理论 1、颗粒迁移机理 在过滤过程中，滤料孔隙中的水流一般属层流状态。被水流挟带的颗粒随水流的流线运动。它之所以会脱离流线与滤料颗粒表面接近，完全是一种物理-力学作用，主要有拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用。 8.2 过滤理论 （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； （3）惯性作用：颗粒具有较大惯性时，也可脱离流线与滤料表面接触； （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，会产生转动而脱离流线与颗粒表面接触。 8.2 过滤理论 2、颗粒粘附机理 粘附作用是一种物理化学作用。当水中杂质颗粒迁移到滤料表面上时，则在范德华力和静电力相互作用下，以及某些特殊的化学吸附力下，被粘附与滤料颗粒表面上，或粘附在滤料表面上原先粘附的颗粒上。 此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。 8.2 过滤理论 二、滤层内杂质的分布规律 （一）滤层内杂质的分布规律 在颗粒粘附的同时，还存在由于孔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，决定了颗粒粘附和脱落的程度。 图 颗粒粘附力和平均水流剪力示意图。 8.2 过滤理论 二、滤层内杂质的分布规律 Fa1表示颗粒1与滤料表面的粘附力； Fa2表示颗料2与颗粒1之间的粘附力； FS1表示颗粒1所受到的平均水流剪力； FS2表示颗粒2所受到的平均水流剪力； F1、F2和F3均表示合力。 8.2 过滤理论 过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，水流剪力Fa1较小，因而粘附作用占优势。 随着过滤时间的延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙率逐渐减小，水流剪力逐渐增大，以至最后粘附上的颗粒（如图中颗粒