给水处理-过滤ppt课件.ppt
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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第九章第九章 过过 滤滤 1经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 9.1 过滤概述过滤概述 9.1.1 慢滤池慢滤池 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,见去除水的色度、嗅和味,见91。由于慢滤池占地面积大、。由于慢滤池占地面积大、操作麻烦、寒冷季节时其表层容易冰冻,在城镇水厂中使用操作麻烦、
2、寒冷季节时其表层容易冰冻,在城镇水厂中使用的慢滤池逐渐被快滤池所代替。的慢滤池逐渐被快滤池所代替。表表91 现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质适用的适用的进进水条件水条件出水水出水水质质细细菌的去除效率菌的去除效率颗颗粒物去除效率粒物去除效率浊浊度度10ntu以下;以下;总总大大肠肠菌菌类类101000个个/100mL;藻藻类类不太多;不太多;10000人以下的人以下的给给水水处处理理小于小于1.0ntu总总大大肠肠菌菌类类1个个/100mL细细菌菌总总数数99%能去除逗号弧菌能去除逗号弧菌(Vibrio comma)2.77 m 99%712 m99.9
3、%较较大大颗颗粒粒99%99.9%2经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 9.1.2 快滤池快滤池1.构造见图构造见图9-1 3经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用4经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 2.工作过程工作过程 由过滤与反冲洗两部分组成。由过滤与反冲洗两部分组成。3.滤速滤速 滤速是指单位时间、单位过滤
4、面积上的过滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过 滤水量,滤水量,单位为单位为m3/(m2 h)或)或m/h。4.工作周期工作周期 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。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。工作周期。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。滤池的工作周期为滤池的工作周期为1224h。5经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 9.2 过滤理论过滤理论 9.2.1 截留机理截留机理 1悬浮颗粒被截留的机理悬浮颗粒被截留的机理 两阶段理论:由迁移与
5、吸附组成。两阶段理论:由迁移与吸附组成。迁移:沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力,见图迁移:沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力,见图9-2。吸附:范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特吸附:范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。图图9-2 悬浮颗粒的迁移过程悬浮颗粒的迁移过程6经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 2吸附与剥离吸附与剥离(1)Ives-Mints争论争论 Ives:附着于滤料之上的悬浮颗粒在过滤过程中绝
6、对不附着于滤料之上的悬浮颗粒在过滤过程中绝对不剥离;剥离;在过滤后期悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水是吸在过滤后期悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水是吸附效率降低的缘故。附效率降低的缘故。Mints:吸附和剥离是过滤过程中同时存在的两个相反的吸附和剥离是过滤过程中同时存在的两个相反的现象,且剥离量与含污量成正比;现象,且剥离量与含污量成正比;剥离是悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水的原因。剥离是悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水的原因。争论至目前的结果是争论至目前的结果是Mints理论已取得了优势。理论已取得了优势。7经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费
7、者购买商品的价款或接受服务的费用(2)附着力与水流剪力)附着力与水流剪力 见图见图9-3。8经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 9.2.2 过滤水力学过滤水力学 1快滤池滤层的发展与利用快滤池滤层的发展与利用 滤层含污能力:单位体积滤层中的平均含污量滤层含污能力:单位体积滤层中的平均含污量称为称为“滤层含污能力滤层含污能力”,单位,单位g/cm3或或kg/m3。采用单水冲洗的石英砂滤料滤池是典型的水力采用单水冲洗的石英砂滤料滤池是典型的水力分级滤料滤池,其含污量随深度的变化见图分级滤料滤池,其含污量
8、随深度的变化见图9-4 多层滤料滤池接近理想滤料滤池,最常见为双多层滤料滤池接近理想滤料滤池,最常见为双层和三层滤见图层和三层滤见图9-5。双层滤池其含污量随深度的变。双层滤池其含污量随深度的变化见图化见图9-4曲线曲线2。均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现,如均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现,如V型滤池。要实现均质滤料过滤,反冲洗时滤料层不型滤池。要实现均质滤料过滤,反冲洗时滤料层不能膨胀。能膨胀。9经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 10经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的
9、要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 3过滤过程中水头损失变化过滤过程中水头损失变化(1)清洁滤料层的水头损失)清洁滤料层的水头损失 卡曼卡曼-康采尼公式(康采尼公式(Carman-Kozony)公式:)公式:(9-1)非均匀滤层按下式计算:非均匀滤层按下式计算:(9-2)(2)过滤过程中的水头损失变化)过滤过程中的水头损失变化 过滤时滤池的总水头损失为:过滤时滤池的总水头损失为:(9-3)11经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(3)负水头现象)负水头现象
10、当过滤进行到一定时刻时,从滤料表面到某一深度处当过滤进行到一定时刻时,从滤料表面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,见图水头,见图9-6。12经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 负水头会导致空气释放出来,危害:负水头会导致空气释放出来,危害:是增加滤层局部阻力,增加了水头损失;是增加滤层局部阻力,增加了水头损失;空气泡会穿过滤料层,上升到滤池表面,甚至把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
11、走。在冲洗时,空气更容易把煤粒这种轻质滤料带走。在冲洗时,空气更容易把 大量的滤料随水带走。大量的滤料随水带走。避免滤池中出现负水头的两个方法:避免滤池中出现负水头的两个方法:一是增加砂面上的水深;一是增加砂面上的水深;二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。13经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 4 过滤方式过滤方式(1)恒速过滤)恒速过滤 最常见的恒速过滤如图最常见的恒速过滤如图9-7所示。在恒速过滤状态,由于所示。在恒速过滤状态,由于滤层逐渐被堵塞,水头损失
12、随过滤时间逐渐增加,滤池中水滤层逐渐被堵塞,水头损失随过滤时间逐渐增加,滤池中水位逐渐上升,当水位上升到最高水位时,过滤停止以待冲洗。位逐渐上升,当水位上升到最高水位时,过滤停止以待冲洗。无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。14经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 (2)递降速过滤)递降速过滤 设四个滤池组成一个滤池组,假设:设四个滤池组成一个滤池组,假设:进入滤池组的总进入滤池组的总流量不变;流量不变;每个池子的性能完全相同;每个池子的性能完全相同;每个滤
13、池恰好按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它的编号顺序进行冲洗。则滤池的水位与滤速变化如图9-9所示。所示。移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池,当移动冲洗罩移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池,当移动冲洗罩滤池的分格数很多时,这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间滤池的分格数很多时,这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间隔时间很近,滤池水位变化不大,有可能达到近似的隔时间很近,滤池水位变化不大,有可能达到近似的“等水等水位变速过滤位变速过滤”。15经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用
14、 5.直接过滤直接过滤 原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为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”。直接过滤有两种方式:直接过滤有两种方式:原水加药后只经过混合就直接进入原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤,称为滤池过滤,称为“接触过滤接触过滤”。也可称为。也可称为“直流过滤直流过滤”,见,见图图9-10中(中(a)与()与(b)所示;)所示;原水加药后经过混合和微絮原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤,称为凝池后进入滤池过滤,称为“微絮凝过滤微絮凝过滤”,如图,如图9-10中中(c)与()与(d)所示。)所示。图图9-10 直接过滤流程直接过滤流程 16经营者提
15、供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 直接过滤的两个特点:直接过滤的两个特点:采用双层或三层滤料滤池;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。采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。直接过滤要求:直接过滤要求:原水浊度和色度较低且水质变化小,常年原水浊度和色度较低且水质变化小,常年 原水浊原水浊度低于度低于50度;度;直接过滤中的滤速应根据原水水质决定,浊度偏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,当原水浊度在高时应采用较低滤速,当原水浊度在50度以上时,度以上时,滤速一般在滤速一般
16、在5m/h左右。左右。17经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 9.3 滤料与承托层滤料与承托层 9.3.1 要求要求 1.具有足够的机械强度具有足够的机械强度 2.具有足够的稳定性具有足够的稳定性 3.能就地取材、价廉能就地取材、价廉 4.外形接近于球状,表面比较粗糙而有棱角。外形接近于球状,表面比较粗糙而有棱角。9.3.2 滤料性能参数滤料性能参数 1.比表面积比表面积 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,单位为有的表
17、面积,单位为cm2/g或或cm2/cm3。2.有效粒径与不均匀系数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:下:(9-4)18经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 3.最大粒径、最小粒径最大粒径、最小粒径 常用的数据见表常用的数据见表9-2。表表9-2 滤料级配与滤速滤料级配与滤速类别滤料组成滤速(m/h)强制滤速(m/h)粒径(mm)不均匀系数K80厚度(mm)单层石英砂滤料dmax=1.2dmin=0.52.0
18、700101014双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.030040010141418石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400三层滤料无烟煤dmax=1.6dmin=0.81.745018202025石英砂dmax=0.8dmin=0.51.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.251.54)颗粒约筛除)颗粒约筛除13.0%,小粒径,小粒径(d0.44)颗粒约筛除)颗粒约筛除19.0%。24经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 (3)同一粒径砂同一粒径砂 精确取用同一粒径
19、滤料的方法:将滤料样品倾入某一筛精确取用同一粒径滤料的方法:将滤料样品倾入某一筛子过筛后,将筛子上的砂全部倒掉,再将卡在筛孔中的那部子过筛后,将筛子上的砂全部倒掉,再将卡在筛孔中的那部分砂振动掉下来,如此重复进行,可得到同一粒径的滤料。分砂振动掉下来,如此重复进行,可得到同一粒径的滤料。从这些振动下来的砂粒中取出几粒,按以下公式可求出其等从这些振动下来的砂粒中取出几粒,按以下公式可求出其等体积球体直径:体积球体直径:(9-9)式中,式中,G n个颗粒的总重量个颗粒的总重量,g;颗粒密度颗粒密度,g/cm3。25经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔
20、偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 7.双层滤料和多层滤料滤池中出现的混层现象双层滤料和多层滤料滤池中出现的混层现象 一种观点认为:煤一种观点认为:煤-砂交界面上适度的混层,可避免交砂交界面上适度的混层,可避免交界面上积聚过多杂质而使水头损失增长较快,故适度混杂是界面上积聚过多杂质而使水头损失增长较快,故适度混杂是有益的有益的 另一种认为:煤另一种认为:煤-砂交界面上不应有混杂现象。因为煤层砂交界面上不应有混杂现象。因为煤层起截留大量杂质作用,砂层则起精过滤作用,而界面分层清起截留大量杂质作用,砂层则起精过滤作用,而界面分层清晰,起始水头损失将较小。晰,起始水头损失将较小。26经营
21、者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 8.承托层承托层 承托层的作用:承托层的作用:防止滤料层从配水系统流失;防止滤料层从配水系统流失;均匀布置反冲洗水。组成见表均匀布置反冲洗水。组成见表9-5与与9-6。表表9-5 快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度快滤池大阻力配水系统承托层粒径和厚度层次(自上而下)粒径(mm)厚度124100248100381610041632本层顶面高度至少应高于配系统孔眼10027经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费
22、者购买商品的价款或接受服务的费用 表表9-6 三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度注注:配水系统如用滤砖且孔径为配水系统如用滤砖且孔径为4mm时,第时,第6层可不设。层可不设。为了防止反冲洗时承托层移动,美国对单层和双层滤料为了防止反冲洗时承托层移动,美国对单层和双层滤料滤池也有采用滤池也有采用“粗粗-细细-粗粗”的砾石分层方式。的砾石分层方式。如果采用小阻力配水系统,承托层可以不设,或者适当铺如果采用小阻力配水系统,承托层可以不设,或者适当铺设一些粗砂或细砾石,视配水系统的具体情况而定。设一些粗砂或细砾石,视配水系统的具体情况而定。层次(自上而下)材料粒径(m
23、m)厚度(mm)1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)12503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)48505砾石8161006砾石1632本层顶面高度至少应高于配系统孔眼10028经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 9.4 滤池冲洗滤池冲洗 常用的反冲洗方法有以下几种:常用的反冲洗方法有以下几种:单水高速反冲洗:单水高速反冲洗:气气-水联合反冲洗;水联合反冲洗;表面助冲加高速水流反冲洗。表面助冲加高速水流反冲洗。9.4.1
24、 单水高速反冲洗单水高速反冲洗 1.反冲洗强度反冲洗强度 指单位面积滤层所通过的反冲洗流量,单位为指单位面积滤层所通过的反冲洗流量,单位为L/s m2。2.滤层膨胀度滤层膨胀度(9-10)由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变,于是:由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变,于是:(9-11)故:故:(9-12)29经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 3.常用数据常用数据 表表9-7列出了常用数据。列出了常用数据。表表9-7 冲洗强度、膨胀度和冲洗时间冲洗强度、膨胀度和冲洗时间 注:注:1设计水温
25、按设计水温按20OC计,水温每增减计,水温每增减1OC,冲洗强度相应,冲洗强度相应增减速增减速1%;由于全年水温、水质有所变化,应考虑有适当调整冲由于全年水温、水质有所变化,应考虑有适当调整冲洗强度的可能;洗强度的可能;选择冲洗强度应考虑所用混凝剂品种的因素;选择冲洗强度应考虑所用混凝剂品种的因素;无阀滤池冲洗时间可采用低限;无阀滤池冲洗时间可采用低限;膨胀度数值仅作设计计算用。膨胀度数值仅作设计计算用。序号序号滤层类滤层类型型冲洗冲洗强强度度(L/s m2)膨膨胀胀度度(%)冲洗冲洗时间时间(min)1石英砂石英砂滤滤料料121545752双双层滤层滤料料131650863三三层滤层滤料料1
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