水的過濾技術(1)

• 什么叫過濾？如何分類？
  過濾是指利用過濾介質將水中懸浮固體除去，從而獲得清水的方法。
  報據過濾時除去懸浮固體顆粒的大小，過濾可分為粗過濾(又稱普通過濾)和精密過濾(又稱微孔過濾)兩種。工業用水預處理多采用粗過濾；精密過濾則多用于純水制備的后處理工藝。
  
• 天然水經過混凝澄清處理后為什么還要進行過濾處理?
  天然水在經過混凝和澄清處理后，雖然已將大部分懸浮物除掉，從外表看也是透明的，但實際上，水中仍殘留有少量的細小懸浮顆拉。這些雜質如不除去，仍會對離子交換樹脂產生危害。
  如污染，堵塞樹脂交聯網孔，降低離子交換樹脂的工作交換容量，減少周期制水量，增加再生劑耗量等。
  所以，經混凝澄清處理后的水，需經過濾、進一步除去水中的懸浮物，使之達到入床水的濁度范圍。順流床濁度應小于5度；對流床濁度應小于2度。這對于化學水處理設備的正常運行是有利的。
  
• 過濾處理的基本原理是什么?
  當水自上部進入濾層時，水中的部分懸浮物由于機械阻留和吸附作用，被濾層表面截留下來。此時懸浮物之間發生彼此重疊和架橋等作用。所以經過一段時間以后，在濾層表面好像形成一層附加的濾膜，在以后的過濾中，這層濾膜起著主要的過濾作用，這種過濾稱為“薄膜過濾”。
  在過濾的運行中，當水流進濾料中，濾料也可以起到阻留懸浮物的作用，這種過濾作用被稱為“滲透過濾”。即水中的懸浮物微粒在流經濾料層中彎彎曲曲的孔道時，由于濾料表面的接觸作用，使水中絮凝，懸浮物和濾料表面互相黏附，好像在濾層中進行了進一步的混凝過程。所以這個過程又稱“接觸混凝”過程。
  在水自上而下流動的濾池中，以上兩種過濾作用都有，但其中的“薄膜過濾”作用，常常是主要的。
  
• 什么叫濾料?有什么要求?
  在過濾設備中，用于截留水中懸浮固體的物質叫過濾介質，構成過濾介質的材料叫過濾材料，簡稱濾料。
  對濾料有下述要求:
  ①化學性能穩定。濾料的化學性能穩定，不致在酸性或堿性水中產生溶蝕而影響過濾水水質。
  試驗濾料的穩定性可在一定條件下用中性溶液(例500mg/L氯化鈉溶液)；酸性溶液(例400mg/L鹽酸溶液)；堿性溶液(例400mg/L氫氧化鈉溶液)浸泡濾料，以觀察浸泡后溶液被污染的情況。
  通常，浸泡后水溶液中全固形物增量不超過20mg/L，SiO2增量不超過2mg/L。
  ②機械強度好，使用中不碎裂，濾料應有足夠的機械強度，以防止在沖洗時產生嚴重的磨損和破碎現象，當濾料在運行中碎末產生，這些碎末會被反洗水沖走而造成濾料損失；如不將碎末沖走而讓其淤積在濾層中，則會增大水流阻力，使每次沖洗的過濾時間縮短，出水量減少。
  ③粒度適當。
  ④價廉，便于就地取材。
  
• 常見的濾料有哪些?
  可以做濾料的物質很多，不同的過濾技術也需要不同的濾料。按介質形態分，常見的波料可分為如下幾種(表2-9)。

  常見濾料分類 表2-9

  過濾類型	濾料形態	濾料名稱	用途
  普通過濾	粒料	石英石 無煙煤濾料 大理石 半燒白云石 磁鐵礦	用于水的混凝、澄清后的過濾處理，是鍋爐水處理常用濾料。一般入床水濁度小 于10-20mg/L；出床水濁度<2mg/L
  精密過濾	粒料	活性炭	用于水中有機物、膠硅、色度和細小懸浮物等的去除，一般講可除去水中60%-80%有機物
  	成型濾材	濾布 濾網 多孔陶瓷 燒結塑料 繞線濾元膜	用于除去水中的細小固體微粒(例＜1-5μm)，常用于純水制備
  特殊過濾	粒料	天然錳砂鐵球	用于水的除鐵過濾
  	助濾劑	硅藻土紙漿

• 什么叫砂濾?有什么特點?
  砂濾，即粒狀濾料過濾。即將過濾材料粉碎成一定大小的粒狀顆粒(俗稱“濾砂”)。并按一定級配要求，將濾砂鋪設在過濾設備中。經混凝處理的水在通過濾砂時，其中的懸浮固體便被截留在濾砂中，從而獲得符合質量要求的清水。
  長期的使用實踐證明，砂濾有如下特點:
  ①砂濾可以保持較高的處理流速(一般為8-12m/h，最快可達35m/h)，有較大的截污能力和較長的工作周期，可以適應工業用水水量大，水中懸浮固體含量低這兩個特點。
  ②經砂濾處理后的水，其濁度一般在1mg/L以下，并同時能部分除去水中的有機物、細菌和色度等雜質，滿足一般工業用水對水中懸浮固體物的含量要求。
  ③采用濾砂做過濾介質的設備(如機械過濾器、濾池等)，設備構造比較簡單，也易于操作和維護。④當濾層失效后，可以用反沖洗的方法(即用水自下而上沖洗濾層)恢復濾層的過濾能力。
  ⑤濾砂材料來源廣泛，制造容易，成本低。
  
• 什么叫濾料的不均勻系數?有何影響?
  濾料的不均勻系數是指80%(按質量計)能通過篩孔孔徑(d80)的濾料，與10%濾料能通過的篩孔孔徑(d10)的濾料之比。即:K80=d80/d10
  濾料顆粒不均勻有兩個壞處:一是使反洗操作困難。因為反洗強度太大時，會帶出細小顆粒的濾料，造成濾料的流失。
  當反洗強度太小時，又不能松動下部大塊濾料，長期下去。易造成濾層“結塊”，這樣會使過濾情況惡化。二是由于濾料顆粒大小不均勻，就會有細小的濾料顆粒。這些細小顆粒會因反洗等原因集中在濾層表面，結果又會使過濾下來的污物堆積在濾層表面，使過濾時的水頭損失增加太快，使過濾周期變短。
  
• 什么叫濾料的“粒徑”?有哪些表示方法?
  粒徑是指濾料顆粒的大小，通常有兩種表示方法:
  (1)平均粒徑d50
  平均粒徑d50是指有50%(按質量計)濾料能通過的篩孔孔徑(mm)。
  (2)有效粒徑d10
  有效粒徑d10是指有10%(按質量計)濾料能通過的篩孔孔徑(mm)。
• 濾料粒徑對過濾有什么影響?
  濾料粒徑應根據不同濾料和不同過濾情況具體選用，不宜過大或過小:濾料粒徑過大，則細小的懸浮物雜質易穿過濾層，使出質量不好；同時濾料粒徑過大，則反洗時不能使濾層充分松動，使反洗不徹底，沉積物和濾料易“結塊“，因而產生過濾水流不均，使濾池很快失效；濾料粒徑過小，則水流阻力增大，使過濾水頭損失增加過快，使過濾周期縮短，反洗水消耗量也會增加。
• 什么叫濾層的截污能力？與哪些因素有關？
  濾層的截污能力又稱泥渣容量。指單位體積濾層所能除去懸復物的量。以kg/m3表示。
  濾層的截污能力與下列因素有關:
  ①濾料粒徑。濾料粒徑大，形成的濾料孔通道體積大，截污能力也大；同時濾料粒徑大，懸浮物也易于滲透到濾層深處，使截污能力相應增大。但是濾料粒徑過大，水中的細小懸浮物顆粒產生穿透，會影響出水濁度。
  ②處理方式。過濾水中的雜質經過的處理方式不同，其被濾料截留的能力也不相同。
  據測算，當濾料粒徑為0.5-1.0mm時，濾層的截污能力為:
  未經處理的水，為0.5-1.0kg/m3。
  經石灰處理后的水，為0.5-2.0kg/m3。
  經混凝處理后的水，其截污能力為2.5-3.0kg/m3。
  
• 什么叫雙層濾料?有什么特點?
  雙層濾料一般由無煙煤濾料和石英砂組成。無煙煤濾料的相對密度為1.5-1.8，石英砂的相對密度為2.65左右。無煙煤濾料比石英砂輕，所以它的粒徑可以選得大一些。當濾層反洗時，顆粒大而相對密度小的無煙煤在下層，顆粒小而相對密度大的石英砂在下層，于是濾料的顆拉和孔徑呈“上大下小”的狀態。
  與單一濾料層相比，雙層濾料截污能力較大，防止細小懸浮物的穿透能力強，水頭損失增加得較慢，濾速也可以提高。
• 三層濾料有什么特點?
  三層濾料級配見表所示。

  三層濾料的級配

  濾層 主要規格	第一層 無煙煤濾料	第二層 石英砂	第三層 磁鐵礦濾料
  相對密度	0.5-1.7	2.65	4.75
  粒徑/mm	0.8-1.6	0.5-0.8	0.25-0.50
  厚度/mm	450	250	100

  其上層為大粒徑的輕質濾料，中層為小粒徑的重質濾料，形成所謂“反粒度”級配。
  由于上層粗濾料孔徑較大，其截污容量也大。能夠截留去水中的大部分懸浮雜質:下層的游料雖孔隙較小，但比表面大，可以截留去除水中細小的懸浮雜質，起到“精濾”作用，而保證了水質。
  由于三層濾料這種“反粒度“級配可以發揮每層濾料的過濾作用，因而具有出水濁度低，過濾周期長，可以高流速運行等的特點。
  三層濾料的濾速可取20-50m/h，反沖洗強度為15-20(ｍ2·ｓ)，沖洗歷時7min。
  
• 什么叫多層濾料?
  多層濾料比一般單、雙層濾料有更大的截污能力和對水質的適應能力。正常濾速15m/h，可將大于10μm的懸浮物去除，其級配從上至下為:
  硬質膠�！�d≈5mm
  無煙煤濾料　d≈2-3mm
  石英砂　d≈0.5-1.０mm
  石榴石　d≈0.3-0.5mm
  石榴石　d≈2-3mm
  礫石　d≈10mm
  濾層總高度為1200mm。
  五層濾料有較好的級配及密度差，可將大于10μm的懸浮物去除，因而過濾效果較好。運行時采用濾速15m/h。當水頭損失達到0.05MPa時，可進行反沖洗工作。
  
• 什么叫過濾設備?如何分類?
  用于過濾處理的水處理設備稱為過濾設備。
  過濾設備的分類方法很多。一般是，將過濾設備分為壓力式過濾器和重力式濾池兩大類:
  (1)壓力式過濾器
  壓力式過濾器為密閉的立式圓形鋼制容器，器內放置池料。原水用泵打入，水的過濾是在壓力下進行。這種過濾器又稱為機械過濾器。
  機械過濾器占地小，使用靈活，通常適用于處理濁度在20mg/L以下的水。
  (2)重力式濾池
  重力式濾池又稱濾池。是指過濾過程依靠水的重力自動流入池中進行過濾的裝置。
  
• 什么叫快濾池?有哪些特點?
  快濾池是指過濾速度在8-12m/h以上的濾池。
  快濾池有如下特點:
  ①過濾速度快。目前快濾池一般運行流速在10m/h以上，最快可達35m/h。能夠適應大型水處理設施對過濾的需求。
  ②濾層較厚�？鞛V池濾層較厚，一般均大于0.7m。
  ③經過混凝處理后的水有較好的過濾效果。
  ④適于處理進水濁度小于20mg/L(短時間允許小于50mg/L)的水。
  
• 常用快濾池有腳些?
  濾池的種類很多，目前常用的快濾池有:
  ①壓力式過濾器。壓力式過濾器也稱機械過濾器，通常為密閉的立式圓形鋼制容器。器內放置池料，過濾水用泵打入。由干水的過濾是在壓力下進行的，所以也稱壓力式過濾器。
  壓力式過濾器按進水方向又可分為單流式和雙流式兩種。壓力式過濾器占地小，使用靈活，通�？捎糜谔幚頋岫葹�20mg/L以下的水。
  ②虹吸濾池。虹吸濾池是一種重力式快濾池。采用抽真空溝通虹吸管的方法來連通水流，使虹吸池池運行或反洗。
  虹吸濾池為鋼筋水泥結構，一般為6-8個單元濾池組成一個整體。當其中一個單元濾池在沖洗時，整個濾池的進水量不變，因而不需要減少過濾水量。
  虹吸濾池適于處理進水濁度小于20mg/L的原水。處理水大，但占地面積也大，結構較復雜。
  ③無閥濾池。無閥濾池因為整個濾池沒有閥門而得名。具有結構簡單，管理方便的特點。
  無閥濾池有重力式和壓力式兩種。重力式無閥濾池處理水常用于大、中型水處理廠。壓力式無閥濾池只適用于小型水處理。
  無悶濾池可以自動反沖洗，沖洗操作比較嚴格。但工作周期短，裝、卸濾料較為困難。
  ④單閥濾池。單閥濾池同無閥濾池相類似，故不資述。

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