水質工程學第五章過濾第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日過濾的凈化原理一、概述

二、快濾池的構造與工作過程三、過濾的凈化機理四、濾層截留雜質的規律五、過濾過程中濾層阻力的變化六、提高過濾效率的途徑

第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日概述1、定義

2、作用

3、設置位置4、濾池的類型及主要特點

第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日定義

水處理中的過濾是用具有孔洞的粒狀濾料層截留水中雜質，使水澄清的工藝過程

第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日作用

降低水的濁度，去除懸浮和脫穩的膠體顆粒物(包括菌、病毒，有機物等)

第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日設置位置——給水處理中，設在沉淀(澄清)之后，進一步降低濁度(20°≤5°，達到飲用水對濁度的要求)

——直接過濾:低濁度水(投藥混合之后，對顆粒尺度要求不高)地下水除鐵、錳(曝氣氧化，產生鐵、錳的沉淀物之后)

——污水二級處理之后:去除懸浮、膠體物質

第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾池的類型及主要特點慢砂濾池(slowsandfilter)濾料尺寸0.15~0.35mm濾速0.03~0.1mm/s工作周期幾周至數月凈化機理①機械隔濾(濾膜、孔隙小)

②濾膜中的生化作用清洗方式刮除表層濾料特點出水水質好，生產效率低，僅在表層幾厘米濾層中納污。

第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾池的類型及主要特點快(砂)濾池(rapid(sand)filter)濾料尺度0.5~2.0

mm濾速1.5~3.0

mm/s工作周期十幾小時至幾天清洗方式反沖洗凈化機理機械隔濾、沉淀作用、接觸凝聚（主要）第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日快濾池的構造及工作過程1、構造：常為鋼筋混凝土池子，包括進、出水渠、洗砂排水槽、濾料層、承托層、配水系統等幾個部分；管廊內主要是渾水進水、清水出水、初濾水、沖洗來水、沖洗排水等幾種管道及相應的控制閥門2、工作過程：包括過濾與反沖洗兩個過程

（見圖）第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日過濾的凈化原理兩個過程:

——懸浮顆粒向濾料表面遷移①篩濾和機械截留②布朗運動③重力沉降④慣性碰撞⑤流動接觸

——懸浮固體在濾料表面的附著①機械附著②凝聚作用③化學作用主要機理:接觸凝聚第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾層截留雜質的規律1、雜質截留過程2、雜質在濾層中的分布3、影響濾層中雜質分布的主要因素第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日雜質截留過程接觸凝聚附著──與絮凝體的表面特性、吸附強度有關。過濾開始時，由于孔隙大、流速小，雜質主要集中在表層水力沖刷脫落──由于流速作用。隨著雜質積累、阻塞孔隙，流速增大，使部分顆粒被沖刷、脫落，雜質向下推移，下層濾層的作用逐漸發揮。由于表層顆粒細(水力篩分的結果)，比表面積大，截留雜質多，所以整個濾層的截留作用尚未完全發揮，過濾過程就將結束。

第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日雜質在濾層中的分布①濾料粒徑下大上小，孔隙也下大上小，造成表層濾料截留雜質多。由于表層濾料篩濾的結果，堵塞嚴重，有時形成濾膜，使過濾阻力劇增(圖4-3-2)。②當受力不均時，造成裂縫，局部阻力突然減小，雜質穿透(圖4-3-2)，水質惡化。③雜質在濾層中的分布（見圖4-3-3）

第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日影響濾層雜質分布的主要因素①濾速②濾料粒徑與級配③濾料層的組成“水力篩分現象”：濾料層經過高速水流反沖洗后，出現濾料上細下粗的分層現象稱為水力篩分。

第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日過濾過程中濾層阻力的變化1、等速過濾中阻力的變化2、變速過濾中濾速的變化

第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日等速過濾中阻力的變化1）等速過濾：過濾過程中，過濾的流量或濾速始終保持不變。無閥濾池與虹吸濾池屬于等速過濾。

2）清潔濾層的水頭損失：過濾開始階段的水頭損失，可用柏耐克-柯士南公式計算：

（4-42）第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日等速過濾中阻力的變化3）過濾過程中水頭損失的增加試驗證明：a.水頭損失與過濾時間成正比（見圖）

b.濾速v1>v2時，ho1>ho2，tgα1>tgα2，T1<T2。說明水頭損失h與濾速直接相關。4）濾層中水頭損失的分布（見圖）

第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日變速過濾中濾速的變化1）變速過濾：隨過濾時間的增加，濾速逐漸減小的過濾稱為變速過濾。變速過濾中過濾水頭基本保持不變，普通快濾池屬于此類型。2）濾速變化：見圖

第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日提高過濾效率的途徑1、反粒度過濾2、上向流過濾

3、采用雙層或多層濾料第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾料與承托層一、濾料二、承托層

第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾料1、濾料的選擇2、級配與粒徑3、濾料層規格

第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾料的選擇——具有足夠的機械強度——具有化學穩定性——具有一定的吸附面積——具有一定的級配和孔隙率

——能就地取材、價格便宜第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日級配與粒徑1）粒徑：假想的包圍濾料顆粒的球體直徑。2）級配：不同粒徑濾料所占的比例，常通過篩分實驗來確定濾料的級配。3）級配表示方法——有效直徑d10：通過濾料重量10%的篩孔孔徑

——不均勻系數K80：

（4-43）第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日級配與粒徑4）孔隙率m：

（4-44）式中：G——濾料干重（g）

V——濾料層體積（cm3）

γ——濾料比重（g/cm3）

第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾料層規格濾料層厚度：一般60~70cm濾料級配：通常K80≤2

孔隙率：一般石英砂濾料的孔隙率在0.42左右

第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日承托層1、作用——支撐濾料——防止濾料流失——均勻布水2、組成通常采用天然卵石，厚度約40cm第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日濾池的反沖洗一、反沖洗二、配水系統三、沖洗廢水的排除四、沖洗水的供給

第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日反沖洗1、沖洗目的：恢復濾池的工作能力2、沖洗方法

1）反沖洗：水流自下而上沖洗，與過濾方向相反

2）反沖洗+表面沖洗

3）反沖洗+空氣助沖

3、影響濾池沖洗效果的因素

第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日反沖洗1）沖洗強度q：單位面積濾層上通過的反沖洗水量（l/s.m2）2）濾層膨脹率e：濾層經反沖洗膨脹后所增加的厚度與膨脹前厚度之比，可用下式表示：

（4-45）3）沖洗歷時

第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日配水系統1、作用——反沖洗時均勻布水——過濾時均勻集水2、配水與反沖洗的關系若配水不均勻會降低反沖洗效果：1）形成泥球；2）承托層松動，造成漏砂現象第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日3、反沖洗時濾池的阻抗分析由濾池結構可知，反沖洗水頭應克服下述阻力：配水系統阻力S1

孔眼局部損失S2

承托層阻力S3

濾料層阻力S4

流速水頭S5配水系統第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日配水系統

對如圖4-3-7所示的配水系統進行分析后可知，壓差最大的a、b兩點的出流量之比為：

（4-46）

因S1a與S1b不等，故qa與qb也不可能相等，沖洗水配水不能做到絕對均勻，一般qa/qb≥0.95即認為均勻。

第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日配水系統4、配水均勻的措施

1）增大S22）減小S1

第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日沖洗廢水的排除常用的沖洗廢水排除設備由洗砂排水槽和集水渠組成，如圖所示

第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日第42頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日沖洗水的供給1）沖洗水塔：容積大，約1.5倍沖洗水量；造價高2）沖洗水泵：節省投資，但操作較麻煩；

3）利用濾池自身的水頭沖洗

第43頁，共47頁，2023年，2月20日，星期日快濾池的設計一、設計濾速與濾池總面積1、設計濾速：按正常工作濾速設計，以強制濾速校核2、濾池面積：F=Q/v（4-47