水污染控制工程課件教學(xué)PPT作者孫體昌婁金生第7章過濾

第7章過濾2023/1/142過濾是廢水處理的單元操作之一，目的是截留廢水中所含的懸浮顆粒，包括膠體粒子、細(xì)菌、各種浮游生物、濾過性病毒與漂浮油、乳化油等，進而降低廢水的濁度、COD和BOD等。根據(jù)不同的目的，廢水處理中過濾的主要作用是：①經(jīng)化學(xué)處理或生物處理后的出水，進一步去除廢水中的懸浮顆粒和生物絮體，使出水濁度大幅降低；②進一步降低出水的有機物含量，對重金屬、細(xì)菌、病毒也有很高的去除率；③去除化學(xué)除磷時產(chǎn)生的沉淀；④廢水活性炭處理或離子交換之前的預(yù)處理，可提高后續(xù)處理設(shè)施的安全性和處理效率；⑤進一步去除廢水中的污染物質(zhì)，可減少后續(xù)的殺菌消毒費用。過濾的種類很多，本章僅介紹粒狀介質(zhì)過濾，也稱為深層過濾。第7章過濾7.1深層過濾的工藝過程7.2普通快濾池的結(jié)構(gòu)7.3過濾機理7.4深層過濾水力學(xué)特性7.5影響過濾效果的主要因素

7.5.1懸浮物的影響

7.5.2濾料的性質(zhì)和濾料層的結(jié)構(gòu)7.6濾池反沖洗7.7其它形式的濾池

7.7.1虹吸濾池

7.7.2無閥濾池

7.7.3均質(zhì)濾料氣、水反沖濾池

7.7.4壓力濾池7.8濾池主要設(shè)計指標(biāo)

7.8.1濾池設(shè)計一般要求

7.8.2濾速

7.8.3濾池格數(shù)和單格面積

7.8.4沖洗方式和沖洗強度2023/1/1437.1深層過濾的工藝過程深層過濾的基本過程是廢水由上到下通過一定厚度的，由一定粒度的粒狀介質(zhì)組成的床層，由于粒狀介質(zhì)之間存在大小不同的孔隙，廢水中的懸浮物被這些孔隙截留而除去，如圖7-1a。隨著過濾過程的進行，孔隙中截留的污染物越來越多，到一定程度時過濾不能進行，需要進行反洗，目的是去除截留在介質(zhì)中的污染物。反洗的過程是通過上升水流的作用使濾料呈懸浮狀態(tài)，濾料間的孔隙變大，污染物隨水流帶走，如圖7-1b。反洗完成后再進行過濾。所以深層過濾過程是間斷進行的。2023/1/1442023/1/145濾料層

進水出水濾料層

反洗水反洗廢水圖7-1深層過濾過程示意圖a）過濾過程b）反洗過程粒狀介質(zhì)過濾是在濾池中完成的，普通快濾池的結(jié)構(gòu)如圖7-2所示，以此為例介紹快濾池的工作過程。普通快濾池一般是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)有排水槽、濾料層、承托層和配水系統(tǒng)；池外有集中管廊，配有渾水進水管、清水出水管、沖洗水總管、沖洗水排出管等管道及閥門等附件。其中，濾池沖洗廢水由排水槽排出，在過濾時排水槽也是分配待濾水的裝置；濾料層是濾池中起過濾作用的主體；承托層的作用主要是防止濾料從配水系統(tǒng)中流失，同時對均分布沖洗水也有一定的作用；而配水系統(tǒng)的作用在于使沖洗水在整個濾池面積上均勻分布。2023/1/1462023/1/147圖7-2普通決濾池構(gòu)造剖視圖進水總管排水閥反沖洗水支管進水支管出水支管廢水渠清水總管沖洗水總管濾料層沖洗排水槽配水干管進水渠承托層配水支管在快濾池的運行過程中，主要是過濾和沖洗兩個過程的重復(fù)循環(huán)。過濾就是生產(chǎn)清水的過程，過濾時，開啟進水支管2與清水支管3的閥門，關(guān)閉沖洗水支管4的閥門與排水閥5。進水就經(jīng)進水總管1、支管2從進水渠6進入濾池。進水由集水渠進入濾池時，從洗砂排水槽的兩邊溢流而出，通過槽的作用使水均勻分布在濾池整個面積上。然后經(jīng)過濾料層7、承托層8后，由配水系統(tǒng)的配水支管9匯集起來再經(jīng)配水系統(tǒng)干管10、出水支管3、清水總管12流往清水池。隨著過濾時間的延長，可能會出現(xiàn)兩種情況：①由于砂粒表面不斷吸附水中的雜質(zhì)，使砂粒間的孔隙不斷減小，水流的阻力就會不斷增長。當(dāng)水頭損失達到允許的最大值時，繼續(xù)過濾會使濾池產(chǎn)水量銳減；②水頭損失仍在允許范圍內(nèi)，但出水水質(zhì)參數(shù)不合格。2023/1/148出現(xiàn)上述任何一種情況，濾池都需停止過濾進行沖洗。沖洗就是把砂粒上的截留的雜質(zhì)沖洗下來的過程。沖洗的流向與過濾完全相反，是從濾池的底部朝濾池上部流動的，所以叫反沖洗，沖洗水是用過濾后的出水(又稱濾后水)。沖洗時，關(guān)閉進水支管2與清水支管3的閥門，停止過濾，但要保持池子水位在砂面以上至少10cm處，以防止空氣進入濾層。開啟排水閥5與沖洗水支管4的閥門，沖洗水即由沖洗水總管11、支管4，經(jīng)配水系統(tǒng)的干管、支管及支管上的許多孔眼流出，自下而上穿過承托層及濾料層，均勻地分布于整個濾池平面上。2023/1/149濾料層在自下而上均勻分布的水流中處于懸浮狀態(tài)，濾料得到清洗。沖洗廢水流入排水槽13，再經(jīng)進水渠6、排水管和廢水渠14排入下水道。沖洗一直進行到?jīng)_洗排水變清，濾料基本洗干凈為止。一般從停止過濾至沖洗完畢需20～30min，在這段時間內(nèi)，濾池停止生產(chǎn)。沖洗所消耗的清水，約占濾池生產(chǎn)水量的1%～3％(視處理規(guī)模而異)。沖洗結(jié)束后，過濾重新開始。從過濾開始到過濾終止的運行時間，稱濾池的過濾周期，一般以小時計。沖洗操作包括反沖洗和其他輔助沖洗方法所需的時間稱為濾池的沖洗周期。過濾周期與沖洗周期以及其他輔助時間之和稱為濾池的工作周期或運轉(zhuǎn)周期，也稱為過濾循環(huán)，一般為12～24h?？鞛V池單位時間的產(chǎn)水量取決于濾速。濾速也稱濾池負(fù)荷，是指單位時間、單位濾池橫截面積的過濾水量，單位為m3/(m2?h）或m/h。2023/1/14107.2普通快濾池的結(jié)構(gòu)從圖7-2可見，快濾池本身包括集水渠、反沖洗排水槽，濾料層、承托層（也稱墊層）及配水系統(tǒng)五個部分，下面分別介紹各部分的結(jié)構(gòu)和作用。普通快濾池又稱四閥濾池，是應(yīng)用歷史最久和采用較廣泛的一種濾池布置形式。每格濾池的進水、出水、反沖洗水和排水管上均設(shè)置閥門，用以控制過濾和反沖過程。為減少閥門，可以用虹吸管取代進水和排水閥，習(xí)慣上稱為“雙閥濾池”。實際上它與四閥濾池的構(gòu)造和工藝過程完全相同，只是以兩個虹吸管代替兩個閥門而已，故仍稱之為普通快濾池。2023/1/1411因為過濾過程是間斷進行的，為保證整個處理過程的連續(xù)性，實際使用時都是多個濾池并聯(lián)運行，少數(shù)濾池在反沖洗，多數(shù)濾池在過濾，所以就涉及到多個濾池如何布置的問題。普通快濾池的布置，根據(jù)其規(guī)模大小，可采用單排或雙排布置。濾池的布置應(yīng)使閥門相對集中、管理簡單，便于操作管理和安裝維修。對于小型單排濾池，一般閥門集中布置在一側(cè)，如圖7-2所示?？鞛V池的管廊內(nèi)主要是進水、清水出水、沖洗來水、沖洗排水（或稱廢水渠）等管道以及與其相應(yīng)的控制閥門。2023/1/14121.管廊的布置集中布置濾池的管渠、配件及閥門的場所稱為管廊。管廊的上面為操作室，設(shè)有控制臺。管廊的布置要滿足下列要求：①保證設(shè)備安裝及維修所必要的空間，但同時布置要緊湊；②管廊內(nèi)要有通道，管廊與過濾室要便于聯(lián)系；③管廊內(nèi)要求適當(dāng)?shù)牟晒饧巴L(fēng)。管廊的布置與濾池的數(shù)目和排列有關(guān)，一般濾池的個數(shù)少于5個時宜用單行排列，管廊位于濾池的一側(cè)。超過5個時宜用雙行排列，管廊在兩排濾池中間。后者布置緊湊，但采光、通風(fēng)不如前者，檢修也不方便。管廊中有管道、閥門及測量儀表等設(shè)備，主要管道有進水管、清水管、沖洗水管及排水管等。管道可采用金屬材料也可用鋼筋混凝土渠道代替。2023/1/14132.濾池配水系統(tǒng)

濾池配水系統(tǒng)的作用是均勻收集濾后水和均勻分配反沖洗水，后者更為重要。目前快濾池常用的配水方式為大阻力配水系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的水頭損失一般大于3m，主要形式為帶有配水干管（渠）和配水支管（穿孔管）組成的配水系統(tǒng)。大阻力配水系統(tǒng)具有布局簡單、配水均勻性較好和造價較低的優(yōu)點。其缺點是水頭損失大，因而耗能較其他方式高。圖7-3所示為穿孔管式大阻力配水系統(tǒng)布置。2023/1/14142023/1/1415圖7-3穿孔管式大阻力配水系統(tǒng)示意圖1－反沖洗排水槽2－濾料層3－承托層4－穿孔配水管5－清水管6－沖洗水總管7－沖洗水支管a)大阻力配水系統(tǒng)布置b)大阻力配水系統(tǒng)穿孔配水管3.濾池排水設(shè)施濾池排水包括反沖洗排水槽和集水渠兩部分。集水渠將排水槽的排水收集排出，排水槽布置在濾層表面上方，主要用于均勻收集濾層反沖洗水，斷面一般有三角形槽底和半圓形槽底兩種形式。2023/1/14164.承托層承托層的作用是防止過濾時濾料通過配水系統(tǒng)的孔眼進入出水中，同時在反沖洗時保持穩(wěn)定，并對均勻配水起協(xié)助的作用。承托層由若干層卵石，或者經(jīng)破碎的石塊、重質(zhì)礦石構(gòu)成，承托層中的顆粒粒度按上小下大的順序排列。承托層常用的為卵石，因此也稱卵石層。最上一層承托層與濾料直接接觸，根據(jù)濾料底部的粒度確定卵石粒度的大小。最下一層承托層與配水系統(tǒng)接觸，須根據(jù)配水孔的大小來定粒度的大小，大致按孔徑的4倍考慮。最下一層承托層的頂部至少應(yīng)高于配水孔眼100mm。常用于管式大阻力配水系統(tǒng)的承托層規(guī)格見表7-1。2023/1/1417表7-1承托層規(guī)格層次（自上而下）粒徑/mm厚度/mm12～410024～810038～16100416～321002023/1/1418為了保證承托層的穩(wěn)定，并對配水的均勻性起充分的作用，對于材料的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性、形狀和密度都有一定的要求。前三者的要求與對濾料的要求類似，承托層應(yīng)由堅硬的、不被水溶解的、形狀接近球形的材料構(gòu)成。承托層的密度直接與濾層的密度有關(guān)。為了防止在反沖洗時，承托層中那些與濾料粒度接近的層次可能發(fā)生的浮動，或者處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這部分承托層料的密度必須至少與濾料的密度一樣。例如，當(dāng)用卵石做石英砂濾層或雙層濾料的承托時，其比重必須大于2.25。當(dāng)采用三層濾料或單層重質(zhì)濾料（如錳砂）時，至少承托層中粒度小于8mm的部分要由同樣的重質(zhì)材料構(gòu)成。同樣的道理，當(dāng)采用無煙煤一類比重較小的材料為單層濾料或多層材料的底層時，承托層就不一定要采用卵石那樣比重大的材料了。2023/1/14195.單池面積和濾池深度濾池個數(shù)直接涉及濾池造價、沖洗效果和運行管理等方面。池子多則沖洗效果好，不會超過允許的強制濾速，保證總出水量。而且，因濾速增加對水質(zhì)的影響也會小一些，運轉(zhuǎn)上的靈活性也比較大。但如池子太多，也會引起沖洗工作過于頻繁，運轉(zhuǎn)管理也不方便；反之，若濾池個數(shù)過少，單池面積較大，則在個別濾池檢修期間對出水量影響較大，沖洗水分布不均勻，沖洗效果欠佳。目前，我國建造的比較大的濾池面積為130m2左右。設(shè)計中，濾池的個數(shù)一般經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較來確定，并考慮其他處理構(gòu)筑物和總體布局等因素，但不得少于2個。濾池深度包括保護高0.25~0.3m；濾層表面以上水深1.5~2.0m；濾層厚度0.7~0.8m；承托層厚度0.4m。據(jù)此，濾池總深度一般為3.0~3.5m左右。單層砂濾池深度一般稍小，雙層和三層濾料的濾池的池深稍大。2023/1/1420第7章過濾7.1深層過濾的工藝過程7.2普通快濾池的結(jié)構(gòu)7.3過濾機理7.4深層過濾水力學(xué)特性7.5影響過濾效果的主要因素

7.5.1懸浮物的影響

7.5.2濾料的性質(zhì)和濾料層的結(jié)構(gòu)7.6濾池反沖洗7.7其它形式的濾池

7.7.1虹吸濾池

7.7.2無閥濾池

7.7.3均質(zhì)濾料氣、水反沖濾池

7.7.4壓力濾池7.8濾池主要設(shè)計指標(biāo)

7.8.1濾池設(shè)計一般要求

7.8.2濾速

7.8.3濾池格數(shù)和單格面積

7.8.4沖洗方式和沖洗強度2023/1/14217.3過濾機理為說明問題，首先以簡化的球形濾料的單層砂濾池為例，其濾料粒徑通常為0.5mm至1.2mm，經(jīng)反沖洗水力分選后，濾料粒徑自上而下大致按由細(xì)到粗依次排列，稱濾料的水力分級，濾層中孔隙尺寸也因此由上而下逐漸增大。假設(shè)砂濾料的直徑為0.5mm（以球體計），以最緊密的方式規(guī)則排列，濾料間孔隙直徑約為80m。而進入濾池的懸浮物顆粒尺寸大部分小于30m，仍然能被濾層截留下來，而且在濾層深處（孔隙大于80

m）也會被截留，說明過濾顯然不是簡單的機械篩濾作用的結(jié)果。經(jīng)過眾多研究者的研究，認(rèn)為過濾主要是懸浮顆粒與濾料顆粒之間粘附作用的結(jié)果。2023/1/1422水流中的懸浮顆粒能夠粘附于濾料顆粒表面上，涉及兩個問題：首先，被水流挾帶的顆粒如何與濾料顆粒表面接近或接觸，這就涉及顆粒脫離水流流線而向濾料顆粒表面靠近的遷移機理；第二，當(dāng)顆粒與濾粒表面接觸或接近時，依靠哪些力的作用使得他們粘附于濾粒表面上，這就涉及粘附機理。應(yīng)說明的是，過濾過程非常復(fù)雜，目前還沒有完全清楚，以下只是一些假說。2023/1/14231.遷移機理懸浮顆粒脫離流線與濾料接觸的過程就是遷移機理。在過濾過程中，濾層孔隙中的水流速度較慢，被水流挾帶的顆粒由于受到某種或幾種物理－力學(xué)作用就會脫離流線而與濾料顆粒表面接近，懸浮顆粒脫離流線而與濾料接觸的過程，就是遷移過程。一般認(rèn)為，遷移過程由篩濾、攔截、沉淀、慣性、擴散和水動力作用等產(chǎn)生。1）篩濾比孔隙大的顆粒被機械篩分，截留于濾料層的表面上，然后這些被截留的顆粒形成孔隙更小的濾餅層，使過濾水頭增加，甚至發(fā)生堵塞。顯然，這種表面篩濾沒能發(fā)揮整個濾層的作用。2023/1/14242）攔截

沿流線流動的顆粒，在流線會聚處與濾料表面接觸產(chǎn)生攔截作用。其去除率與顆粒直徑的平方成正比，與濾料粒徑的立方成反比。3）重力沉降

如果懸浮物的粒徑和密度較大，將存在一個沿重力方向的相對沉降速度。在重力作用下，顆粒偏離流線沉淀到濾料表面上。沉淀效率取決于顆粒沉速和過濾水流速的相對大小和方向。此時，濾層中的每個小孔隙起著一個淺層沉淀池的作用。4）慣性當(dāng)流線繞過濾料表面時，具有較大動量和密度的顆粒因慣性沖擊而脫離流線與濾料表面接觸。5）擴散作用對于微小懸浮顆粒，布朗運動較劇烈時會擴散至濾料表面。2023/1/14256）水力作用

也稱為水動力作用，是因為在濾粒表面附近存在速度梯度，非球體顆粒在速度梯度作用下，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動而脫離流線與濾料顆粒表面接觸。對于上述遷移機理，目前只能定性描述，其相對作用大小尚無法定量估算。雖然也有某些數(shù)學(xué)模式，但還不能解決實際問題。在實際過濾中，懸浮顆粒的遷移將受到上述各種機理的作用，可能幾種機理同時存在，也可能只有其中某些機理起作用。它們的相對重要性取決于顆粒本身的性質(zhì)（粒度、形狀、密度等）、水流狀況、濾層孔隙形狀等。2023/1/14262.粘附機理粘附作用是一種物理化學(xué)作用。上述遷移過程與濾料接觸的懸浮顆粒，被粘附于濾料顆粒表面上，或者粘附在濾粒表面上原先粘附的顆粒上，就是附著過程。引起顆粒附著的因素主要有如下幾種：1）范德華引力和靜電力

由于顆粒表面上所附電荷和由此形成的雙電層產(chǎn)生靜電力，同時顆粒之間還存在范德華引力、某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力，從而顆粒之間產(chǎn)生粘附。2023/1/14272）接觸凝聚在原水中投加混凝劑，壓縮懸浮顆粒和濾料顆粒表面的雙電層，但尚未生成微絮凝體時，立即進行過濾。此時水中脫穩(wěn)的膠體很容易與濾料表面凝聚，即發(fā)生接觸凝聚作用。原水經(jīng)加藥后直接進入濾池過濾，即采用直接過濾的方式時，接觸凝聚是主要附著機理。3）吸附懸浮顆粒細(xì)小，具有很強的吸附趨勢，吸附作用也可能通過絮凝劑的架橋作用實現(xiàn)。絮凝物的一端附著在濾料表面，而另一端附著在懸浮顆粒上。某些聚合電解質(zhì)能降低雙電層的排斥力或者在兩表面活性點間起鍵的作用而改善附著性能。當(dāng)然，在顆粒粘附的同時，還存在由于孔隙中水流的剪切力作用導(dǎo)致從濾料表面脫落的趨勢，粘附與脫落的程度往往決定于粘附力和水流剪應(yīng)力的相對大小。隨著過濾進行，懸浮顆粒的粘附，濾料間的孔隙逐漸減小，水流速度加快，水流剪力增大，最后粘附的顆粒由于粘附力較弱就可能優(yōu)先脫落。脫落的顆粒以及沒有粘附的顆粒會被水流挾帶向下層推移，下層濾料的截留作用得到發(fā)揮。2023/1/14283.脫落機理過濾一定時間后，由于濾層阻力過大或出水水質(zhì)惡化，過濾必須停止進行濾層清洗，使濾池恢復(fù)工作能力。濾池通常用高速水進行反沖洗或氣、水反沖洗或表面助沖加高速水流沖洗。無論采用何種方式，在反沖洗時，濾層均膨脹一定高度，濾料處于流化狀態(tài)，截留和附著于濾料上的懸浮物受到高速反洗水或氣的沖刷而脫落。濾料顆粒在水流中旋轉(zhuǎn)，碰撞和摩擦，也是懸浮物脫落的主要原因之一。反沖洗效果主要取決于沖洗強度、時間及濾層膨脹度。2023/1/14297.4深層過濾水力學(xué)特性濾層是由大量濾料顆粒組成，在過濾過程中，濾料顆粒對水流運動產(chǎn)生阻力，同時濾層中所截留的懸浮顆粒量不斷增加，導(dǎo)致過濾過程中水力條件改變。水頭損失及濾速是設(shè)計和運行操作中的重要參數(shù)。過濾水力學(xué)所闡述的即是過濾時水流通過濾層的水頭損失變化及濾速的變化。1.清潔濾層水頭損失過濾開始時，濾層是干凈的，水流通過干凈濾層的水頭損失稱“清潔濾層水頭損失”或稱“起始水頭損失”。就砂濾池而言，濾速為8~10m/h時，該水頭損失僅約為30~40cm。2023/1/14302.等速過濾中的水頭損失變化當(dāng)濾池過濾速度保持不變，即濾池流量保持不變時，稱“等速過濾”。等速過濾一般采用下述3種方式：1）變水位控制

在濾池進水端設(shè)置進水流量控制裝置，如流量分配堰等，使每個濾池的進水流量基本一致，在過濾周期的初期，因濾層的水頭損失小，濾層上水深淺，隨著過濾的進行，濾層的水頭損失逐漸增加，濾層上水位也逐漸上升，見圖7-4。2023/1/14312023/1/1432圖7-4等速過濾濾池結(jié)構(gòu)示意圖2）常水位控制

通過對過濾水位的測定（水位計或浮球）控制濾池出水閥門的開啟度，減小出水閥門的阻力，使濾池的總水頭損失不隨時間的延長而下降。3）進水控制的等水位控制

結(jié)合上述兩種控制方式，既對進水流量分配進行控制，同時控制出水，使過濾水位恒定。2023/1/1433濾池中水位的高低反映了濾層水頭損失的大小，在等速過濾狀態(tài)下，水頭損失隨時間而逐漸增加，濾池中水位逐漸上升，見圖7-4。當(dāng)水位上升至最高允許水位時，進水堰室不再進水，過濾停止需進行反沖洗。沖洗后剛開始過濾時，濾層水頭損失為H0。當(dāng)過濾時間為t時，濾層中水頭損失增加△Ht，于是過濾時濾池的總水頭損失為：2023/1/1434（7-1）

式中，H0是清潔濾層水頭損失，cm；

h是配水系統(tǒng)、承托層及管(渠)水頭損失之和，cm；△Ht是在時間為t時的水頭損失增加值，cm。式中H0和h在整個過濾過程中保持不變，△Ht則隨t增加而增大?！鱄t與t的關(guān)系，反映了濾層截留雜質(zhì)量與過濾時間的關(guān)系，即濾層孔隙率的變化與時間的關(guān)系。根據(jù)實驗，△Ht與t一般呈直線關(guān)系，見圖7-5。2023/1/1435圖中Hmax為水頭損失增值為最大時的過濾水頭損失。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟條件決定，一般為l.5~2.0m。圖中T為過濾周期，隨濾料組成、原水濃度、濾速而異，一般控制在12～24h。設(shè)過濾速度v’>v，一方面H0’>H0，同時單位時間內(nèi)被濾層截留的雜質(zhì)較多，水頭損失增加也較快，因而過濾周期T’<T。其中已忽略了承托層及配水系統(tǒng)、管(渠)等水頭損失的微小變化。圖7-5水頭損失與過濾時間關(guān)系以上僅討論整個濾層水頭損失的變化情況至于由上而下逐層濾料水頭損失的變化情況就比較復(fù)雜。鑒于上層濾料截污量多，愈往下層愈少，因而水頭損失增值也由上而下逐漸減小。如果圖7-4中出水堰口低于濾料層，則各層濾料水頭損失的不均勻有時將會導(dǎo)致某一深度出現(xiàn)負(fù)水頭現(xiàn)象，詳見下文。2023/1/14363.變速過濾中的濾速變化濾速隨過濾時間而逐漸減小的過濾稱“變速過濾”或“減速過濾”。普通快濾池可以設(shè)計成變速過濾，也可設(shè)計成等速過濾，而且，采用不同的操作方式，濾速變化規(guī)律也不相同。在過濾過程中，如果過濾水頭損失始終保持不變，濾層孔隙率的逐漸減小，必然使濾速逐漸減小，這種情況稱“等水頭變速過濾”。這種變速過濾方式，在普通快濾池中一般不可能出現(xiàn)。因為，濾池進水總流量基本不變，因而，盡管處理廠內(nèi)設(shè)有多座濾池，根據(jù)水流進、出的平衡關(guān)系，要保持每座濾池水位恒定而又要保持總的進、出流量平衡當(dāng)然不可能。不過，在分格數(shù)很多的移動罩濾池中，有可能達到近似的“等水頭變速過濾”狀態(tài)。2023/1/1437對于如圖7-6所示的的濾池，如果采用并聯(lián)運行，進水渠相互連通，且每座濾池進水閥均處于濾池最低水位以下，各濾池內(nèi)的水位基本相同，當(dāng)其中某個濾池阻力增大時，則總進水量在各濾池間重新分配，使濾池內(nèi)水位稍稍上升，從而增加了較干凈濾池的水頭和流量。隨著濾層阻力的增大，濾速相應(yīng)降低，除濾層外的其余各部分阻力因隨濾速變化也有所減少。總的結(jié)果是濾速降低較為緩慢。采用這種降速過濾方式運行，需要的工作水頭（即濾池深度）可以小于等速過濾。2023/1/14382023/1/1439圖7-6減速過濾濾料和墊層出水口克里斯比(J.L.CIeasby)等對這種降速過濾進行了較深入的研究以后認(rèn)為，與等速過濾相比，在平均濾速相同情況下，減速過濾的濾后水質(zhì)較好，而且，在相同過濾周期內(nèi)，過濾水頭損失也較小。這是因為當(dāng)濾料干凈時，濾層孔隙率較大，雖然濾速較高（在容許范圍內(nèi)），但孔隙中流速并非按濾速增高倍數(shù)而增大。相反，濾層內(nèi)截留雜質(zhì)量較多時，雖然濾速降低，但因濾層孔隙率減小，孔隙流速未必過多減小。因而，過濾初期，濾速較大可使懸浮雜質(zhì)深入下層濾料；過濾后期濾速減小，可防止懸浮顆粒穿透濾層。等速過濾則不具備這種自然調(diào)節(jié)功能。2023/1/14404.濾層中的負(fù)水頭在過濾過程中，當(dāng)濾層截留了大量雜質(zhì)以致砂面以下某一深度處的水頭損失超過該處水深時，便出現(xiàn)負(fù)水頭現(xiàn)象。由于上層濾料截留雜質(zhì)最多，故負(fù)水頭往往出現(xiàn)在上層濾料中。圖7-7表示過濾時濾層中的壓力變化。各水壓線與靜水壓力線之間的水平距離表示過濾時濾層中的水頭損失。2023/1/14412023/1/1442圖7-7過濾時濾層內(nèi)壓力變化墊層濾料靜水壓力線過濾時間為t1時的水壓線清潔濾料過濾時水壓線過濾時間為t2（t2>t1）時的水壓線直線1表示水流靜止時濾層內(nèi)壓力的分布。按照流體力學(xué)靜力學(xué)原理，位能轉(zhuǎn)化為壓能，濾層內(nèi)壓力沿濾層深度線性增加，且為一條45o的直線。曲線2為清潔濾料過濾時壓力線。這時濾層內(nèi)壓力分布沿濾層深度仍為線性關(guān)系，壓力沿濾層深度而增加，由于要克服阻力消耗一部分水頭，故增加的幅度小于靜止濾層。隨著過濾的進行，由于濾層截污量沿濾層深度呈指數(shù)分布，故濾層上部截污量遠(yuǎn)大于濾層下部，而上部截污后孔隙變小，在流量不變的情況下濾速加快，導(dǎo)致上層的水流阻力快速增加。從曲線3、曲線4可以看到，壓力的變化沿濾層深度增加開始是減小的，然后又逐漸增大，說明下層的損失小于上層。2023/1/1443由曲線4可知，在砂面以下c處(a處與之相同)，水流通過c處以上砂面的水頭損失恰好等于c處以上的水深(a處亦相同)，而在a處和c處之間，水頭損失則大于各相應(yīng)位置的水深，于是在a～c范圍內(nèi)出現(xiàn)負(fù)水頭現(xiàn)象，在砂面以下的b處，出現(xiàn)最大負(fù)水頭。負(fù)水頭會導(dǎo)致溶解于水中的氣體釋放出來而形成氣囊。氣囊對過濾有破壞作用，一是減少有效過濾面積，使過濾時的水頭損失及濾速增加，嚴(yán)重時會破壞濾后水質(zhì)；二是氣囊會穿過濾層上升，有可能把部分細(xì)濾料或輕質(zhì)濾料帶出，破壞濾層結(jié)構(gòu)。反沖洗時，氣囊更易將濾料帶出濾池。避免出現(xiàn)負(fù)水頭的方法是增加砂面上水深，或令濾池出口位置等于或高于濾層表面。2023/1/1444第7章過濾7.1深層過濾的工藝過程7.2普通快濾池的結(jié)構(gòu)7.3過濾機理7.4深層過濾水力學(xué)特性7.5影響過濾效果的主要因素

7.5.1懸浮物的影響

7.5.2濾料的性質(zhì)和濾料層的結(jié)構(gòu)7.6濾池反沖洗7.7其它形式的濾池

7.7.1虹吸濾池

7.7.2無閥濾池

7.7.3均質(zhì)濾料氣、水反沖濾池

7.7.4壓力濾池7.8濾池主要設(shè)計指標(biāo)

7.8.1濾池設(shè)計一般要求

7.8.2濾速

7.8.3濾池格數(shù)和單格面積

7.8.4沖洗方式和沖洗強度2023/1/14457.5影響過濾效果的主要因素影響過濾效果的因素可以分成物理的和化學(xué)的兩大類，這說明過濾行為是全部影響因素的綜合表現(xiàn)，但在具體情況下，某幾個因素的影響會顯得更突出，其中包括懸浮物、濾料、濾速、反沖洗方式、水力波動等。2023/1/14467.5.1懸浮物的影響懸浮物對過濾效果的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）粒度

幾乎所有過濾機理都受懸浮物粒度的影響。粒度越大，通過篩濾的去除作用就越容易。通過向原水投加混凝劑，待其生成適當(dāng)粒度的絮體或微絮體后進行過濾，可以提高過濾效果。因此，混凝效果的好壞也影響過濾效果；2）形狀

顆粒比表面積越大，其去除效率越高，因為角形顆粒比表面積大，其去除效率比球形顆粒高；2023/1/14472023/1/14483）密度顆粒密度主要通過沉降、慣性及布朗運動機理影響過濾效率，因這些機理對過濾貢獻不大，故影響程度較小；4）濃度過濾效率隨原水濃度升高而降低，濃度越高，越易穿透，水頭損失增加越快；5）表面性質(zhì)

懸浮物的絮凝特性、電動電位等主要取決于表面性質(zhì)，因此，顆粒表面性質(zhì)是影響過濾效率的重要因素。常通過添加適當(dāng)?shù)哪蹌﹣砀纳票砻嫘再|(zhì)。凝聚過濾法就是在原水加藥脫穩(wěn)后，尚未形成微絮體時，進行過濾。這種方法投藥量少，過濾效果好。7.5.2濾料的性質(zhì)和濾料層的結(jié)構(gòu)濾料的選擇是影響濾池過濾效果的主要因素之一，有條件時應(yīng)通過對不同濾料進行試驗比較確定。濾料選擇主要確定濾床深度、濾料品種、顆粒的大小和組成分布等。常用的濾料有天然石英砂、無煙煤、顆粒活性炭以及石榴石、鈦鐵礦石等。選擇時還應(yīng)注意濾料的供應(yīng)來源和濾料的硬度、顆粒形狀、抗腐性和含雜質(zhì)量等參數(shù)。2023/1/14491.濾料的粒徑和濾層厚度采用的濾層厚度與濾料粒徑有關(guān)，濾料顆粒越小，濾層越不易穿透，濾層厚度可較薄，相反采用濾料的粒徑越大，濾層容易泄漏，需要的濾層厚度較深，但過濾的水頭損失比較小。因此從水質(zhì)保證考慮可采用較小的濾料粒徑和較薄的濾層厚度或者較粗的濾料粒徑和較深的厚度。2023/1/1450濾料粒徑小，過濾水頭損失大，如果濾層厚度相同，則過濾周期縮短。因此，濾料粒徑及厚度的選擇應(yīng)在滿足出水水質(zhì)的前提下，尋求最佳的粒徑與厚度組合。此外，濾料粒徑和厚度也與濾速有關(guān)。在相同的過濾周期，采用濾速高，要求濾層總的截污容量也高，以發(fā)揮濾層的深層截污能力，一般可采用較粗的濾料顆粒和較厚的濾層。2023/1/14512.有效粒徑與不均勻系數(shù)描述濾料粒徑分布主要有：①中位粒徑法；②有效粒徑法；③平均粒徑法。最為廣泛使用的是采用有效粒徑法，即以濾料有效粒徑d10和不均勻系數(shù)K80來表示其粒徑的分布。2023/1/1452（7-3）式中，d10是濾料質(zhì)量10%能通過的篩孔孔徑；

d80是濾料質(zhì)量80%能通過的篩孔孔徑。其中d10稱為有效粒徑，反映了細(xì)顆粒的尺寸。d80反映了粗顆粒的尺寸。濾池在反沖洗過程中，濾料呈流化和膨脹狀態(tài)，沖洗完成后細(xì)小顆粒濾料積聚在濾床上部，大顆粒濾料沉到濾床底部，由上而下形成細(xì)-粗濾料濾床，這種濾料稱為級配濾料。不均勻系數(shù)越大，形成粗細(xì)的差距越明顯，濾料粒徑的分布越不均勻，這對過濾和沖洗都很不利。級配濾料的不均勻系數(shù)K80一般為1.6～2.0。級配濾料的截污作用主要集中在上層細(xì)顆粒，濾層的截污作用不充分，為了克服級配濾料的缺陷可以采用多層濾料或均質(zhì)濾料，具體內(nèi)容見濾層的結(jié)構(gòu)。2023/1/14533.濾料的制備方法天然濾料顆粒的粒徑組成往往不符合設(shè)計的要求，必須對天然砂進行篩選。篩選方法如下：1）濾料準(zhǔn)備

選取濾料試樣，洗凈后置于105℃恒溫箱中烘干，然后用一組不同孔徑的篩子進行篩分，稱取留在各篩子上的濾料質(zhì)量；2）繪制篩分曲線

繪制篩孔孔徑與累積通過篩孔的濾料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線，如圖7-8所示；2023/1/14542023/1/1455圖7-8濾料篩分曲線3）求q10和q80

根據(jù)希望的濾料有效粒度和不均勻系數(shù)，由圖查得濾料中相當(dāng)于設(shè)計要求d10的質(zhì)量百分比q10和d80（d80=d10×K80）的質(zhì)量百分比q80；在q10和q80之間分成7等分，則每等分為10％的砂量，由此向上下兩端延伸，即得合格濾料中q0和q100之點，如圖7-8右側(cè)縱坐標(biāo)所示，以此作為新坐標(biāo)。再自新坐標(biāo)原點和100％作平行線與左側(cè)坐標(biāo)相交于qmin和qmax兩點，在此兩點以內(nèi)即為所選濾料，余下部分應(yīng)全部篩除。4）求需要篩去的小顆粒的物料量

按式7-4求出需要篩去的小顆粒的質(zhì)量百分比qmin；2023/1/14564）求需要篩去的小顆粒的物料量

按式7-4求出需要篩去的小顆粒的質(zhì)量百分比qmin；5）求需要篩去的大顆粒的物料量

按式7-5求出需要篩去的大顆粒的質(zhì)量百分比qmax；6）求需要篩去的最小顆粒粒徑dmin和最大顆粒粒徑dmax

由qmin和qmax在篩分圖上查得相應(yīng)的顆粒粒徑dmin和dmax；天然濾料篩去粒徑小于dmin和大于dmax的顆粒即可得到設(shè)計要求級配的濾料2023/1/1457（7-4）（7-5）4.濾料層的結(jié)構(gòu)如前所述，濾料與顆粒表面存在粘附作用。同時，由于孔隙中水流剪力的作用，顆粒從濾料表面上亦存在脫落的趨勢。粘附力和水流剪力相對大小，決定了顆粒粘附和脫落的程度。在過濾初期，濾料較干凈，孔隙率較大，孔隙流速較小，水流剪力相對較小，因而粘附作用占優(yōu)勢。隨著過濾時間的延長，濾層中雜質(zhì)逐漸增多，孔隙率逐漸減小，水流剪力逐漸增大，粘附的顆粒從濾料表面脫落下來，于是，懸浮顆粒便向下層推移，下層濾料截留作用漸次得到發(fā)揮。2023/1/1458然而，往往是下層濾料截留懸浮顆粒作用遠(yuǎn)末得到充分發(fā)揮時，過濾就得停止。這是因為，濾料經(jīng)反沖洗后，濾層因膨脹而分層，表層濾料粒徑最小，粘附比表面積最大，截留懸浮顆粒量最多，而孔隙尺寸又最小，因而，過濾到一定時間后，表層濾料間孔隙將逐漸被堵塞，甚至產(chǎn)生篩濾作用而形成泥膜，使過濾阻力劇增。其結(jié)果是在一定過濾水頭下濾速減小，或者因濾層表面受力不均勻而使泥膜產(chǎn)生裂縫時，大量水流將自裂縫中流出，以致懸浮雜質(zhì)穿過濾層而使出水水質(zhì)惡化。當(dāng)上述兩種情況之一出現(xiàn)時，過濾將被迫停止。如果按整個濾層計，單位體積濾料中的平均含污量稱為濾層納污能力，單位以g/cm3或kg/m3計。2023/1/1459為了改變上細(xì)下粗的濾層中雜質(zhì)分布嚴(yán)重的不均勻現(xiàn)象，提高濾層含污能力，便出現(xiàn)了雙層濾料、三層濾料或混合濾料及均質(zhì)濾料等濾層，見圖7-9。2023/1/1460圖7-9幾種濾料組成示意a)雙層濾料b)三層濾料c)均質(zhì)濾料雙層濾料上層采用密度較小、粒徑較大的輕質(zhì)濾料（如無煙煤)，下層采用密度較大、粒徑較小的重質(zhì)濾料（如石英砂)。由于兩種濾料存在密度差，在一定反沖洗強度下，反沖后輕質(zhì)濾料仍在上層，重質(zhì)濾料位于下層，見圖7-9a。雖然每層濾料粒徑仍由上而下遞增，但就整個濾層而言，上層平均粒徑總是大于下層平均粒徑。實踐證明，雙層濾料含污能力較單層濾料約高1倍以上。在相同濾速下，過濾周期增長；在相同過濾周期下，濾速可提高。三層濾料上層為大粒徑、小密度的輕質(zhì)濾料（如無煙煤)，中層為中等粒徑、中等密度的濾料（如石英砂），下層為小粒徑、大密度的重質(zhì)濾料（如石榴石），見圖7-9b。各層濾料平均粒徑由上而下遞減。這種濾料組成不僅含污能力大，且因下層重質(zhì)濾料粒徑很小，對保證濾后水質(zhì)有很大作用。2023/1/1461所謂“均質(zhì)濾料”，并非指濾料粒徑完全相同(實際上很難做到)，濾料粒徑仍存在一定程度的差別（差別比一般單層級配濾科?。?，而是指沿整個濾層深度方向的任一橫斷面上，濾料組成和平均粒徑均勻一致，見圖7-9c。要做到這一點，必要的條件是反沖洗時濾料層不能膨脹。當(dāng)前應(yīng)用較多的氣水反沖濾池大多屬于均質(zhì)濾料濾池，這種均質(zhì)濾料層的含污能力顯然也大于上細(xì)下粗的級配濾層?？傊?，濾層組成的改變，是為了改善單層級配濾料層中雜質(zhì)分布狀況，提高濾層納污能力，相應(yīng)地也會降低濾層中水頭損失增長速率。無論采用雙層、三層或均質(zhì)濾料，濾池構(gòu)造和工作過程與單層濾料濾池?zé)o多大差別。2023/1/14625.常用濾料規(guī)格常用濾料規(guī)格見表7-2。2023/1/1463表7-2常用濾料規(guī)格表類型濾料粒徑（mm）K80厚度（mm）單層級配石英砂d10=0.55<2.0700雙層濾料石英砂d10=0.55無煙煤d10=0.85<2<2.0400300～400多（三）層濾料無煙煤d10=0.85石英砂d10=0.55重質(zhì)礦石d10=0.25<1.7<1.5<1.745025070均質(zhì)石英砂濾料d10=0.9～1.2<1.41200～1500第7章過濾7.1深層過濾的工藝過程7.2普通快濾池的結(jié)構(gòu)7.3過濾機理7.4深層過濾水力學(xué)特性7.5影響過濾效果的主要因素

7.5.1懸浮物的影響

7.5.2濾料的性質(zhì)和濾料層的結(jié)構(gòu)7.6濾池反沖洗7.7其它形式的濾池

7.7.1虹吸濾池

7.7.2無閥濾池

7.7.3均質(zhì)濾料氣、水反沖濾池

7.7.4壓力濾池7.8濾池主要設(shè)計指標(biāo)

7.8.1濾池設(shè)計一般要求

7.8.2濾速

7.8.3濾池格數(shù)和單格面積

7.8.4沖洗方式和沖洗強度2023/1/14647.6濾池反沖洗隨著過濾的進行，濾料的孔隙逐漸被堵塞。當(dāng)濾層水頭損失達到允許值或者出水濁度不能滿足要求時，就需要對濾層進行沖洗，以清除濾層中截留的污物，進行下一周期的過濾。反沖洗過程非常重要，從某種意義上講，它比過濾過程更重要，因為很多問題都是反沖洗不好造成的。一般認(rèn)為，吸附在濾料上的污泥分為兩種，一種是濾料直接吸附污泥，稱為一次污泥，較難脫落；另一種為濾料間隙中沉積的污泥，稱為二次污泥，比較容易去除。反沖洗時去除二次污泥主要可通過水流剪切力來完成，而去除一次污泥則需濾料顆粒之間的碰撞和摩擦。濾池沖洗時的主要作用是沖洗水流的剪切力和顆粒之間的碰撞作用。2023/1/14651.濾池反沖洗方式濾池沖洗從沖洗時的濾層狀態(tài)可分為濾層膨脹沖洗和微膨脹沖洗。濾池沖洗的方式有3種：①單獨用水反沖洗；②用空氣和水反沖洗；③帶表面沖洗的水反沖洗。2023/1/1466單獨水反沖洗要去除濾料上吸附的污泥，達到較好的沖洗效果，必須提供濾料足夠的碰撞、摩擦機會，因此一般采用高速沖洗，沖洗強度比較大，在沖洗過程中濾料膨脹流化，呈懸浮狀態(tài)，顆粒在懸浮流化狀態(tài)下相互碰撞，完成剝落污泥和排除污泥的任務(wù)。沖洗強度是指單位時間內(nèi)單位濾池面積通過的反洗水量，單位是L/(m2?s)

優(yōu)點

缺點2023/1/1467只需一套反沖洗系統(tǒng)，比較簡單

沖洗耗水量大，沖洗能力弱，當(dāng)沖洗強度控制不當(dāng)時，可能產(chǎn)生礫石承托層走動，導(dǎo)致漏砂。單獨水沖洗后濾料通過水力分級呈上細(xì)下粗的分層結(jié)構(gòu)狀態(tài)。采用氣、水反沖洗時，空氣快速通過濾層，微小氣泡加劇濾料顆粒之間的碰撞、摩擦，并對顆粒進行擦洗，有效地加速污泥的脫落，反沖洗水主要起漂洗作用，將已與濾料脫離的污泥帶出濾層，因而，水洗強度小，沖洗過程中濾層基本不膨脹或微膨脹。2023/1/1468沖洗效果好耗用水量小沖洗過程中不需濾層流化可選用較粗的濾料等。

需增加空氣系統(tǒng)，包括鼓風(fēng)機、控制閥以及管路等，設(shè)備較單純水沖洗要多氣、水反沖洗優(yōu)點缺點表面沖洗一般作為單水洗的輔助沖洗手段。由于過濾過程中濾料表層截留污泥最多，泥球往往結(jié)在濾料的上層，因此在濾層表面設(shè)置高速沖洗系統(tǒng)，利用高速水流對表層濾料加以攪拌，增加濾料顆粒碰撞機會，同時高速水流的剪切作用也明顯高于反沖洗。表面沖洗有固定式和旋轉(zhuǎn)式兩種方式，見圖7-10和圖7-11。2023/1/14692023/1/1470圖7-10固定式表面沖洗裝置示意圖壓力水總管壓力水支管濾池池壁噴嘴2023/1/1471圖7-11旋轉(zhuǎn)式表面沖洗裝置示意圖a)結(jié)構(gòu)示意圖b)噴嘴結(jié)構(gòu)壓力水管管嘴噴嘴濾池反洗水槽濾池池壁旋轉(zhuǎn)臂濾料上表面2.濾池反沖洗水來源濾池反沖洗水來源有：1）直接采用出水泵房的出水進行濾池沖洗

由于處理水出水壓力一般高于濾池沖洗所需壓力且壓力有一定變化，因此引出的沖洗管上必須設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥或控制設(shè)備。采用出水泵房直接沖洗一般能耗較大。2）采用高位沖洗水箱（塔)

高位水箱（塔）必須有足夠的沖洗容量，高位水箱進水充水泵規(guī)模小于沖洗水泵。2023/1/1472沖洗水箱的高度可按式7-6確定：

H=H0+h1+h2+h3+h4+h5

（7-6）式中，H是水箱底距地面的高度，m；H0是濾池排水槽距地面的高度，m；h1是濾料層的水頭損失，m；h2是承托層的水頭損失，m；h3是配水系統(tǒng)總水頭損失，m；h4是水箱至濾池沖洗管總水頭損失，m；h5是富裕水頭，一般采用1～2m。2023/1/1473其中濾料層水頭損失h1可按式7-7計算：2023/1/1474式中，1是濾料容重，kg/m3；0是水的容重kg/m3；m0是濾料孔隙率，%；HL是濾料厚度，m。（7-7）承托層水頭損失可按式7-8計算：式中，Hc是承托層厚度，m；q是反沖洗強度，L/(m3·s)。

（7-8）3）采用專用沖洗水泵

專用沖洗水泵可根據(jù)濾池沖洗壓力和水量進行配置，沖洗強度容易得到控制，能量浪費少，但需增加相應(yīng)設(shè)備。4）濾池自沖洗

即利用其他濾池出水和濾后水位與反沖洗排水堰的水位差進行沖洗，如下面介紹的無閥濾池和虹吸濾池的沖洗方式。這種沖洗方式?jīng)_洗水頭小，要求配套小阻力配水系統(tǒng)，沖洗強度不易調(diào)節(jié)。2023/1/1475第7章過濾7.1深層過濾的工藝過程7.2普通快濾池的結(jié)構(gòu)7.3過濾機理7.4深層過濾水力學(xué)特性7.5影響過濾效果的主要因素

7.5.1懸浮物的影響

7.5.2濾料的性質(zhì)和濾料層的結(jié)構(gòu)7.6濾池反沖洗7.7其它形式的濾池

7.7.1虹吸濾池

7.7.2無閥濾池

7.7.3均質(zhì)濾料氣、水反沖濾池

7.7.4壓力濾池7.8濾池主要設(shè)計指標(biāo)

7.8.1濾池設(shè)計一般要求

7.8.2濾速

7.8.3濾池格數(shù)和單格面積

7.8.4沖洗方式和沖洗強度2023/1/14767.7其它形式的濾池

7.7.1虹吸濾池虹吸濾池是快濾池的一種形式，它的特點是利用虹吸原理進水和排走反洗水。此外，它利用小阻力配水系統(tǒng)和池子本身的水位來進行反沖洗，不需另設(shè)沖洗水箱或水泵，加之較易自動控制池子的運行，所以已較多地得到應(yīng)用。2023/1/14771.虹吸濾池的構(gòu)造及工作原理虹吸濾池是由6～8個單元濾池組成。濾池的形狀主要是矩形，水量小時也可建成圓形。圖7-12為圓形虹吸濾池的工作示意圖。濾池的中心部分相當(dāng)于普通快濾池的管廊，濾池的進水和沖洗水的排除由虹吸管完成，管廊上部設(shè)有真空控制系統(tǒng)14。圖7-12的右半部表示過濾時的情況。進水由進水槽1進入濾池上部的環(huán)形配水槽2，經(jīng)進水虹吸管3流入單元濾池的進水槽4，再經(jīng)過進水堰5和布水管6流入濾池。水經(jīng)過濾層7和配水系統(tǒng)8而流入清水槽9（實際是反洗水儲存槽），再經(jīng)出水管10流入出水井11，通過出水堰12流出濾池。2023/1/14782023/1/1479圖7-12虹吸濾池工作示意圖1－進水槽2－環(huán)形配水槽3－進水虹吸管4－單格濾池進水槽5－進水堰6－布水管7－濾層8－配水系統(tǒng)9－集水槽10－出水管11－出水井12－出水堰13－清水管14－真空系統(tǒng)15－沖洗虹吸管16－沖洗排水管17－沖洗排水槽隨著過濾的進行，濾層中的含污量不斷增加，水頭損失不斷增大，要保持出水堰12上的水位，即維持一定的濾速，則濾池內(nèi)的水位會不斷地上升。當(dāng)濾池內(nèi)水位上升到預(yù)定的高度時，水頭損失達到了最大允許值（一般采用1.5～2.0m），濾層就需要進行反沖洗。圖7-12的左半部表示濾池沖洗時的情況。首先破壞進水虹吸管3的真空，使該單元濾池停止進水，濾池內(nèi)水位逐漸下降，當(dāng)濾池水位無顯著下降時，利用真空系統(tǒng)14抽出反沖洗虹吸管15中的空氣，使之形成虹吸，并把濾池內(nèi)的存水通過沖洗虹吸管15抽到池中心的下部，再由沖洗排水管16排走。此時濾池內(nèi)水位降低，當(dāng)清水槽的水位與池內(nèi)水位形成一定的水位差時，反沖洗開始。2023/1/1480當(dāng)濾池水位降低至沖洗排水槽17的頂端時，反沖洗強度達到最大值。此時，其它格濾池的全部過濾水量都通過集水槽9源源不斷地供給該濾池沖洗。當(dāng)濾料沖洗干凈后，破壞沖洗虹吸管15的真空，沖洗立即停止，然后，再啟動虹吸管3，濾池又可以進行過濾。各單元濾池輪流進行反沖洗。沖洗水頭一般采用1.0～1.2m，是由清水槽9的水位與沖洗排水槽頂?shù)母卟顏砜刂频?。濾池平均沖洗強度一般采用10～15L/(m2?s)，沖洗歷時5～6min。一個單元濾池在沖洗時，其他濾池會自動調(diào)整增加濾速使總處理水量不變。2023/1/1481供給單元濾池沖洗強度的大小與采用的單元濾池個數(shù)有關(guān)，它們的關(guān)系可用式7-9表示：式中，q是沖洗強度，L/(m2?s)；

n是一組濾池分格數(shù)；

Q是每格濾池的過濾水量，L／s；

F是單格濾池的面積，m2。上式也可以用濾速表示：

n≥（7-10）

式中，v是過濾速度，m／h。2023/1/1482q≤（7-9）2.配水系統(tǒng)

虹吸濾池通常采用小阻力配水系統(tǒng)，有格柵式（包括鋼格柵、木格柵和鋼筋混凝土格柵)、平板孔式和濾頭等，各自構(gòu)造和特點見表7-3。2023/1/1483表7-3各種小阻力配水系統(tǒng)構(gòu)造和水頭損失值名稱流量系數(shù)(α)開孔比β(%)水頭損失/cm數(shù)據(jù)來源沖洗強度9L/(m2·s)沖洗強度12L/(m2·s)沖洗強度15L/(m2·s)格柵式鋼格柵0.85470.0030.0050.007計算值0.85200.0430.0600.094木格柵0.60400.0070.0130.020計算值0.60150.0510.0900.140條縫式濾板0.6040.81.32.1沖洗強度19L/s·m2時，實測損失4cm2023/1/1484表7-3各種小阻力配水系統(tǒng)構(gòu)造和水頭損失值名稱流量系數(shù)(α)開孔比β(%)水頭損失/cm數(shù)據(jù)來源沖洗強度9L/(m2·s)沖洗強度12L/(m2·s)沖洗強度15L/(m2·s)平板式鋼筋混凝土圓孔板0.751.324.27.511.7計算值0.750.8011.420.431.9條隙孔板0.756.741.02.53.8實測值鑄鐵圓孔板0.756.150.20.350.54計算值0.752.20約511.6約13實測值，包括尼龍網(wǎng)損失濾頭改進型尼龍濾頭0.801.44-2130實測值虹吸濾池的優(yōu)缺點2023/1/1485不需要大型的閥門及相應(yīng)的電動或水力等控制設(shè)備，可以利用濾池本身的出水量、水頭進行沖洗，不需要設(shè)置沖洗水塔或水泵，由于濾過水位永遠(yuǎn)高于濾層，可保持正水頭過濾，不至于發(fā)生負(fù)水頭現(xiàn)象。池深較大，一般在5～6m左右，沖洗效果不理想。優(yōu)點缺點7.7.2無閥濾池?zé)o閥濾池的工作原理如圖7-13所示，其平面形狀一般采用圓形或方形。過濾過程為：原水經(jīng)進水分配槽1，進水管2及配水擋板5的消能和分散作用后，比較均勻地分布在濾層上部，水流通過濾層6、承托層7與小阻力配水系統(tǒng)8進入集水空間9，然后經(jīng)連通渠10上升到?jīng)_洗水箱11。隨著過濾的進行，沖洗水箱中的水位逐漸上升，當(dāng)水位達到出水渠12的溢流堰頂后，進入渠內(nèi)，最后流入清水池。無閥濾池的沖洗用水，全靠自己上部的沖洗水箱暫時儲存。沖洗水箱的容積是按照一個濾池的一次沖洗水量設(shè)計。無閥濾池常用小阻力配水系統(tǒng)。2023/1/1486當(dāng)濾池剛投入運轉(zhuǎn)時，濾層較清潔，虹吸上升管與沖洗水箱的水位差為過濾初期水頭損失。隨著過濾的進行，水頭損失逐漸增加，使得虹吸上升管3內(nèi)的水位緩慢上升，也就使得濾層上的過濾水頭加大，用以克服濾層中增加的阻力，使濾速不變，過濾水量也因此不變。

當(dāng)虹吸上升管內(nèi)的水位上升到虹吸輔助管13以前（即過濾階段），上升管中被水排擠的空氣受到壓縮，從虹吸下降管15的下端穿過水封進入大氣。2023/1/1487當(dāng)虹吸上升管中的水位超過虹吸輔助管13的上端管口時，水便從虹吸輔助管中流下，依靠下降水流在管中形成的真空和水流的挾氣作用，抽氣管14不斷把虹吸管中的空氣帶走，使它產(chǎn)生負(fù)壓。虹吸上升管中的水位繼續(xù)上升，同時虹吸下降管15中的水位也在上升，當(dāng)上升管中的水越過虹吸管頂端而下落時，管中真空度急劇增加，達到一定程度時，虹吸管3、15中兩股水柱匯合后，水流便沖出管口流入排水井16，把管中殘留空氣全部帶走，形成連續(xù)虹吸水流，沖洗就開始了。虹吸形成后，沖洗水箱的水便沿著與過濾相反的方向，通過連通渠10，通過底部配水系統(tǒng)9的分配，均勻地從下而上地經(jīng)過濾池，自動進行沖洗，沖洗后的水進入虹吸管3、15流到排水井。在沖洗過程中，沖洗水箱的水位逐漸下降，當(dāng)降到虹吸破壞斗17緣口以下時，虹吸破壞管18把斗中水吸光，管口露出水面，空氣便大量由破壞管進入虹吸管，虹吸被破壞，沖洗即停止，虹吸上升管中的水位回降，過濾又重新開始。2023/1/14882023/1/1489圖7-13重力式無閥濾池工作原理1－進水分配槽2－進水管3－虹吸上升管4－傘形頂蓋5－擋板6－濾料層7－承托層8－配水系統(tǒng)9－底部配水區(qū)集水空間10－連通渠11－沖洗水箱12－出水渠13－虹吸輔助管14－抽氣管15－虹吸下降管16－水封井17－虹吸破壞斗18－虹吸破壞管19－強制沖洗管20－沖洗強度調(diào)節(jié)器無閥濾池優(yōu)點是：①運行自動，操作方便，工作穩(wěn)定可靠；②在運轉(zhuǎn)過程中濾層內(nèi)不會出現(xiàn)負(fù)水頭；③結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省材料，造價比普通快濾池低30％～50％。但由于沖洗水箱建于濾池的上部，濾池的總高度較大，濾池沖洗時，進水管照樣進水，并被排走，浪費了一部分澄清水，并且增加了虹吸管管徑。由于采用的是小阻力配水系統(tǒng)，所以濾池面積不能太大。適用于工礦、城鎮(zhèn)的小型廢水處理工程。2023/1/14907.7.3均質(zhì)濾料氣、水反沖濾池

1.構(gòu)造均質(zhì)濾料氣、水反沖濾池是根據(jù)法國德利滿公司V型濾池設(shè)計的一種濾池形式。該濾池采用較粗的均質(zhì)石英砂濾料，濾層較厚，沖洗采用氣、水聯(lián)合反沖洗。常用的石英砂濾料d10在0.9mm左右，K80在1.35～1.40，濾層厚度約1.2m。反沖洗時先進行氣洗，然后氣、水聯(lián)合沖洗，再后關(guān)閉氣沖并加大水沖強度。水沖時V型槽小孔出流形成表面掃洗。沖洗時濾層呈微膨脹狀態(tài)。配水采用長柄濾頭。該濾池具有截污能力大、反沖洗干凈、過濾周期長、處理水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，目前在國內(nèi)外得到較廣泛的應(yīng)用，其缺點是所需設(shè)備較多。圖7-14所示為均質(zhì)濾料濾池的布置。2023/1/14912023/1/14921、14－長柄濾頭2、20－濾板3、8－濾料層與墊料層4、10、22－V型進水槽5－配水（氣）室6、29－配水孔7、30－配氣孔9－進水渠11、15、26－管廊12、25－控制室13、27－走道16－清水渠17－出水口18－反洗水干管19－水封井21、23、24－反洗水排水渠28－沖洗水配水渠圖7-14均質(zhì)濾料濾池123456789101112131415222120181923242526272839302.氣、水反沖洗配水、配氣系統(tǒng)為保證氣、水反沖濾池反沖洗時配水、配氣的均勻，一般可采用下列形式：①氣、水共用一套大阻力配水配氣系統(tǒng)，只適用于先氣沖、后水沖洗，不適用于氣、水同時沖洗；②氣、水各用一套大阻力配水配氣系統(tǒng)；③采用長柄濾頭等適用于氣、水反沖的專用配水系統(tǒng)。長柄濾頭是目前在氣、水反沖洗濾池中應(yīng)用最普遍的配水、配氣系統(tǒng)，其構(gòu)造如圖7-15所示。長柄濾頭由濾帽、濾柄和預(yù)埋套管組成。濾柄可分為固定式和可調(diào)式。沖洗時空氣從濾柄上部的氣孔進入，水則在濾柄下部的縫隙和底部進入。2023/1/14932023/1/1494圖7-15

長柄濾頭構(gòu)造條縫濾冒預(yù)埋套管進氣孔多孔濾板氣墊層進水進氣孔濾柄反沖洗水長柄濾頭的濾頭固定，底板的接縫必須嚴(yán)密、可靠，不得漏氣漏水。固定式濾頭固定板的上表面應(yīng)平整，每塊板的水平誤差不得大于2mm，整個池內(nèi)板面的水平誤差不得大于5mm。可調(diào)濾柄式濾頭，在安裝基本完成后，可通過調(diào)節(jié)濾柄使濾頭處于水平，因此濾頭固定板的水平度可放寬一些。長柄濾頭配氣配水系統(tǒng)的濾帽縫隙總面積與濾池過濾面積之比一般為1.25%。每平方米的濾頭數(shù)量約為50個左右。沖洗水通過長柄濾頭的水頭損失和沖洗空氣通過長柄濾頭的壓力損失可按產(chǎn)品實測資料確定。2023/1/14957.7.4壓力濾池壓力濾池是在密閉的容器中進行壓力過濾的濾池，是快濾池的一種形式，通常采用鋼制外殼?，F(xiàn)成產(chǎn)品直徑一般不超過3m，立式安裝，如圖7-16所示。濾池內(nèi)裝濾料及進水和配水系統(tǒng)，濾料厚約1.0～1.2m，配水系統(tǒng)通常用小阻力的縫隙式濾頭或開縫、開孔的支管上包尼龍網(wǎng)。濾池外設(shè)各種管道和閥門。壓力濾池在壓力下進行過濾，進水用泵直接打入，濾后水借壓力直接送到用水設(shè)備或后續(xù)處理設(shè)備中，為提高沖洗效果，一般用壓縮空氣輔助沖洗。壓力濾池常用于工業(yè)給水處理，中水回用處理、污水深度處理等，當(dāng)用于工業(yè)給水處理時，常與離子交換器串聯(lián)使用。2023/1/14962023/1/1497進水反洗廢水1235467891011反洗水出水圖7-16

壓力濾池1－進水管2－反洗水排出管3－排氣管4－壓力表5－進水分配板6－檢查孔7－無煙煤濾層8－石英砂濾層9－濾頭10－出水管11－反洗水進水管第7章過濾7.1深層過濾的工藝過程7.2普通快濾池的結(jié)構(gòu)7.3過濾機理7.4深層過濾水力學(xué)特性7.5影響過濾效果的主要因素

7.5.1懸浮物的影響

7.5.2濾料的性質(zhì)和濾料層的結(jié)構(gòu)7.6濾池反沖洗7.7其它形式的濾池

7.7.1虹吸濾池