经管营销过滤.pptx
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1、 工艺位置:工艺位置:作为预处理:作为预处理:可用于活性炭吸附和离子交换等深可用于活性炭吸附和离子交换等深度处理过程之前度处理过程之前作为后处理作为后处理:用于化学混凝和生化处理之后用于化学混凝和生化处理之后第1页/共103页5.2 5.2 慢滤池和快滤池慢滤池 慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备,能有效地去除水的色度、嗅和味。慢滤池的结构示意图5 51 1所示:图5 51 1 慢滤池的结构示意图第2页/共103页1.1.慢滤池的结构特点及工作原理滤料:一般为砂,表面生长一层滤膜(12个星期后)能有效地去除水的色度、嗅和味,浊度可降到0,可不消毒;滤速:指单位时间、单位过滤面积上的过滤水量
2、,单 位为m3/(m2 h)或m/h;滤速慢:V0.1 0.3 m/h,重力运行;工作原理:滤池工作时,将沉淀以后的水引入滤池上部,由上向下经滤层过滤,水中浊质被截留于滤层中,滤后的清水经下部集水系统收集后,引出池外。第3页/共103页2 2 慢滤池适用的进水条件和出水水质适用的进水条件:浊度:10NTU10NTU以下;总大肠菌类:10101000/100mL1000/100mL 藻类:不太多;规模:1000010000人以下的小型给水处理出水水质:小于1.0NTU1.0NTU,总大肠菌类11个/100mL/100mL细菌的去除效率:细菌总数99%99%;颗粒去除效率:2.72.77 7 m
3、99%m 99%7 71212 m 99.9%m 99.9%较大颗粒99%99%99.9%99.9%第4页/共103页3 3 慢滤池优缺点优点缺点可靠 运行和维护费用低 一般不需要化学预处理占地面积大 操作麻烦需要人工清理寒冷季节时其表层容易冰冻慢滤池快滤池?第5页/共103页(1 1)进、出水及反冲洗水的供给与排除方式分:普通快滤池;虹吸滤池;无阀滤池(2 2)按作用水头分:重力滤池(作用水头4 45m)5m);压力滤池(15(1520m)20m)(3 3)滤料的种类分:单层滤池;双层滤池;多层滤池快滤池 1.1.快滤池分类第6页/共103页过滤过程:由过滤与反冲洗两部分组成。滤速:V V5
4、 510 m/h10 m/h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。过滤周期:从过滤开始到过滤结束一段时间称为快滤池的过滤周期。滤池的工作周期:121224h24h。2.2.快滤池的概述第7页/共103页3.3.快滤池的结构(以普通快滤池为例)组成:集水渠、排水渠、滤料层、承托层、配水系统 管廊:进水管、清水出水管、初滤水、冲洗水、冲洗排水渠、阀门第8页/共103页第9页/共103页4.4.快滤池的运行(1 1)快滤池的出水水质和水头损失变化(2 2)快滤池滤层的变化(3 3)滤池运行的控制第10页/共103页(1 1)快滤池的出水水质和水头损失变化快滤池的出水水质变化及
5、工作过程滤层中浊度分布曲线:第11页/共103页 水中悬浮物浓度沿滤层深度方向的分布是斜率逐渐减小的曲线。开始为初滤水浊度较高,随着滤层深度不断增加,水中的悬浮物逐渐被去除,水的浊度基本不再降低(其中能使悬浮物浓度不断降低的滤层称为工作层)。滤层开始过滤工作的情况如曲线t t1 1。滤层截留悬浮物较多时,同时一部分悬浮物会从砂面上脱落下来,当脱落量附着量,滤层成为饱和层,此时滤层丧失澄清能力。饱和层逐渐从表层下移,工作层逐渐下移,那么滤层中水的浊度分布曲线也相应下移,如曲线t t2 2所示。第12页/共103页 当工作层移至滤层下缘时,滤池的出水浊度会较快地升高,出现悬浮物穿透滤层的现象,即达
6、到泄漏点。滤池应中止工作,进行滤池反冲洗。滤池由开始进入有效过滤期到出水浊度达到泄漏值,称为水质周期。水质周期与滤层厚度有关,当滤层厚度工作层时,水质周期最短。滤层厚度增加时,滤池的水质周期会相应增长。第13页/共103页快滤池中水头损失的变化第14页/共103页 a.a.清洁滤料层的水头损失h h0 0b.b.构件即配水系统、承托层、管道、阀门等水损h hc.c.当为等速过滤时,过滤过程中的水头损失变化h h(t t)h h(t t)Kt(Kt(根据实验)过滤时滤池的总水头损失为:说明:图中H H为最大水损,设计时应根据技术经济条件决定,一般为1.51.52.0m2.0m第15页/共103页
7、 负水头现象 当过滤进行到一段时间时,滤料表面由于被堵塞,使整个滤层的水损集中在滤池表面,在过滤后期滤层内部出现真空到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深,该深度处就出现负水头,见图5-55-5。5-55-5第16页/共103页 负水头危害及措施:增加滤层局部阻力,增加了水头损失,滤池的作用水头很快被用完,需中止过滤;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。并且在冲洗时,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方法是增加滤层上面的水深。第17页/共103页(2 2)快滤池滤层的优化快滤池滤层的 发展与利用不均匀的石英砂的单层滤料滤池 滤层含污能力
8、:单位面积滤层在一个过滤周期里截留的悬浮物量称为“滤层含污能力”。采用不均匀的石英砂的单层滤料滤池在反冲洗时会产生典型的水力分级(滤料上细下粗)的现象,上部细滤料很快被堵塞,下部滤料还没发挥作用。滤层含污能力不高。其含污量随深度的变化见图5-6曲线1与坐标轴所包围的面积。第18页/共103页第19页/共103页 非均质滤池中杂质分布不均现象的改善A 均质滤料滤池和多层滤料滤池 均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现,如V型滤池,降低了水力分级的程度;多层滤料滤池如双层和三层滤料见图5-7。双层滤池其含污量随深度的变化见图5-6曲线2。第20页/共103页vv双层滤池一般是在石英砂滤层上铺一层比重
9、轻而双层滤池一般是在石英砂滤层上铺一层比重轻而粒度较大的无烟煤滤料。粒度较大的无烟煤滤料。vv另外,无烟煤的棱角多,空隙率比砂大,因而具另外,无烟煤的棱角多,空隙率比砂大,因而具有较大的纳污能力,能除去进水中的大部分悬浮有较大的纳污能力,能除去进水中的大部分悬浮物。物。vv下层的细砂则主要起下层的细砂则主要起“精滤精滤”作用,以保证较好作用,以保证较好的出水水质。的出水水质。第21页/共103页B B 改变进水方式提高滤层含污能力,延长过滤周期(1 1)上向流:上向流:当流速太大时,表面应加格网或格当流速太大时,表面应加格网或格栅栅 缺点:冲洗水流与过滤水流方向一致,冲洗缺点:冲洗水流与过滤水
10、流方向一致,冲洗效果不好,大量污泥需通过整个滤层才能排出,效果不好,大量污泥需通过整个滤层才能排出,往往使污泥排除不净。往往使污泥排除不净。(2 2)双向流:双向流:苏联发明的。此种过滤方式效果虽苏联发明的。此种过滤方式效果虽好,但滤池构造复杂。好,但滤池构造复杂。上向流和双向流如图上向流和双向流如图5-85-85-85-8所示。所示。第22页/共103页图图5-8 5-8 5-8 5-8 上向流和双向流示意图上向流和双向流示意图第23页/共103页(3 3)快滤池运行的控制(1)过滤方式等速过滤 即在滤池的整个过滤周期内滤速不 变也即是滤池流量保持不变(溢流堰控制进水、滤速调节器调节出水)。
11、最常见的等速过滤如图5-95-9所示。在等速过滤状态,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,当水位上升到最高允许水位时,过滤停止以待冲洗。无阀滤池与虹吸滤池是典型的等速过滤滤池第24页/共103页第25页/共103页减速过滤即在滤池的整个过滤周期内滤速逐渐减小。设四个滤池组成一个滤池组,假设:进入滤池组的总流量不变;每个池子的性能完全相同;每个滤池恰好按它的编号顺序进行冲洗。则滤池的水位与滤速变化如图5-5-1010所示。移动冲洗罩滤池是典型的减速过滤滤池。第26页/共103页第27页/共103页减速过滤的优点1.与等速过滤相比,在平均滤速相同的情况下,减速过滤后
12、的出水水质较好,产水量较大。这可能因为在过滤周期后期,减速过滤滤速较低,因而相应的管道等的水损较小,在作用水头相同的条件下,提供给滤层的可利用的水头较大;同样在过滤后期,恒速过滤出水浊度较高,而减速过滤由于滤速较低,出水水质较好;2.在相同过滤周期内,过滤水损也较小。这是因为当滤料干净时,滤层的孔隙率较大,虽然滤速较其它滤池较高,但孔隙流速并非按流速增高倍数增大。相反滤层内截留杂质量较多时,虽然滤速较低,但因滤层孔隙滤减小,孔隙流速并未过多减小。因而,过滤初期,滤速较大可使悬浮物深入下层滤料;过滤后期滤速减小,可防止悬浮颗粒穿透滤层。等速过滤则不具备这种调节功能。第28页/共103页直接过滤
13、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: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9-109-10中(a a)与(b b)所示;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5-115-11中(c c)与(d d)所示。图5-11 直接过滤流程 第29页/共103页 直接过滤的两个特点:采用双层或三层滤料滤池;采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。直接过滤要求:原水浊度和色度较低且水质变化小,常年 原水浊度低于50度;直接过滤中的滤速应根据原水水质决 定,浊度偏高时应采用较低滤速,当原水 浊度在50度以上时
14、,滤速一般在5m/h左右第30页/共103页本节完本节完返回目录第31页/共103页5.3 5.3 颗粒滤料与承托层颗粒滤料1.1.滤料的基本要求:(1 1)具有足够的机械强度;(2 2)具有足够的稳定性;(3 3)能就地取材、价廉;(4 4)外形接近于球状,表面比较粗糙而有 棱角。第32页/共103页2.2.滤料性能参数(1 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cmcm2 2/g/g或cmcm2 2/cm/cm3 3。(2 2)滤料粒径级配 1 1)有效粒径与不均匀系数 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:式中:d d101
15、0通过滤料重量1010的筛孔孔径;反映细颗粒尺寸 d d8080通过滤料重量8080的筛孔孔径。反映细颗粒尺寸意义:K K8080愈大,颗粒越不均匀,对过滤冲洗不利,即过滤时滤层纳污能力减小;反冲洗时,若满足粗滤料膨胀要求,细滤料可能被冲出池外,若满足细滤料膨胀要求,粗颗粒可能得不到很好的冲洗。因此,K K8080愈接近1 1越好,但造价高。第33页/共103页2)最大粒径、最小粒径 表5-15-1 滤料级配与滤速。类别类别滤料组成滤料组成滤速滤速(m/h)强制滤速强制滤速(m/h)粒径粒径(mm)不均匀系数不均匀系数K80厚度厚度(mm)单层石英单层石英砂滤料砂滤料dmax=1.2dmin=
16、0.52.0700101014双层滤料双层滤料无烟煤无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.030040010141418石英砂石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400三层滤料三层滤料无烟煤无烟煤dmax=1.6dmin=0.81.745018202025石英砂石英砂dmax=0.8dmin=0.51.5230重质矿石重质矿石dmax=0.5dmin=0.251.770第34页/共103页(3)(3)滤料的当量直径式中,d de e 滤料层的当量粒径,mm mm p pi i 截留在筛孔为和的筛子之间的滤料重量占滤料总重量的百分数;(4)(4)球度系数与形状系数 球度系数:滤料颗粒
17、的形状系数为:第35页/共103页 表5-25-2 滤料颗粒的形状及其球度 系数、形状系数、孔隙率 图5-12 5-12 滤料颗粒的形状示意序号序号形状描述形状描述球度系数球度系数形状系数形状系数孔隙率孔隙率1圆球形圆球形1.01.000.382圆圆 形形0.981.020.383已磨蚀的已磨蚀的0.941.060.394带锐角的带锐角的0.811.230.405有角的有角的0.781.280.43第36页/共103页(4 4)滤料粒径的筛分方法 1)筛分试验记录:筛分试验记录见表5 53 3筛孔筛孔(mmmm)留在筛上的砂量留在筛上的砂量通过该号筛的砂量通过该号筛的砂量质量质量(g g)%质
18、量质量(g g)%2.3622.3620.80.80.40.4199.2199.299.699.61.6511.65118.418.49.329.32180.8180.890.490.40.9910.99140.640.620.320.3140.2140.270.170.10.5890.58985.085.042.542.555.255.227.627.60.2460.24643.443.421.721.711.811.85.95.90.2080.2089.29.24.64.62.62.61.31.3筛底盘筛底盘2.62.61.31.3合计合计200200100100第37页/共103页 2)
19、2)筛分曲线 第38页/共103页 (5 5)滤料层的孔隙率 滤料层的孔隙率m m:整个滤层中孔隙总体积与整个滤层的体积之比,m 1m 1。测定方法:取一定量的滤料,在105105o oC C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 G 烘干后的滤料,g,g;滤料的密度,g/cmg/cm3 3;V V 滤料层的堆积体积,cmcm3 3。第39页/共103页承托层v承托层作用:层作用:承托层层填充于滤层与配水系统之间,填充于滤层与配水系统之间,其作用是过滤时阻挡滤料进入配水系统,反洗时其作用是过滤时阻挡滤料进入配水系统,反洗时还
20、能起均匀布水作用。还能起均匀布水作用。v承托层材料:层材料:一般采用天然卵石或碎石。一般采用天然卵石或碎石。承托层层材料亦应有足够的机械强度和化学稳定性,其最材料亦应有足够的机械强度和化学稳定性,其最小粒径不应小于滤料的最大粒径,从上至下按粒小粒径不应小于滤料的最大粒径,从上至下按粒度由小到大分层铺设,反洗时不能被水冲动而发度由小到大分层铺设,反洗时不能被水冲动而发生位移。其规格如下表所示。生位移。其规格如下表所示。第40页/共103页 表5-4 5-4 单层或双层承托层粒径和厚度层次(自上而下)层次(自上而下)粒径(粒径(mm)厚度厚度124100248100381610041632本层顶面
21、高度至少应高本层顶面高度至少应高于配系统孔眼于配系统孔眼100mm第41页/共103页 表5-5 5-5 三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度 层次层次(自上而下)(自上而下)材料材料粒径粒径(mm)厚度厚度(mm)1重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)0.51.0502重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)12503重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)24504重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)重质矿石(如石榴石、磁铁矿等)48505砾石砾石8161006砾石砾石1632本层顶面高度本层顶面高度至少应高于配至少应高于配系统孔眼系
22、统孔眼100mm第42页/共103页本节完本节完返回目录第43页/共103页5.4 5.4 过滤理论过滤水力学过滤去除悬浮物的机理过滤理论第44页/共103页 1 1过滤过程中水头损失变化 (1 1)清洁滤料层的水头损失 均质滤料可按卡曼-康采尼公式(Carman-KozonyCarman-Kozony)公 式:式中:h h0 0水流通过清洁水头损失,cmcm;水的运动粘度,cmcm2 2/s/s;g g重力加速度,981cm/s981cm/s2 2;m m0 0滤料的孔隙滤;d d0 0与滤料体积相同的球体直径,cmcm;L L0 0滤层的厚度,cmcm;滤速,以cm/scm/s计;滤料颗粒
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