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第九章 过 滤 　 9.1 过滤概述 9.1.1 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，见9—1。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，在城镇水厂中使用的慢滤池逐渐被快滤池所代替。 表9—1 现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质 9.1.2 快滤池 1. 构造见图9-1 2. 工作过程 由过滤与反冲洗两部分组成。 3.滤速 滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过 滤水量，单位为m3/（m2 ? h）或m/h。 4.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。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。滤池的工作周期为12~24h。 9.2 过滤理论 9.2.1 截留机理 1．悬浮颗粒被截留的机理 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9-2。 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。 图9-2 悬浮颗粒的迁移过程 2．吸附与剥离 （1）Ives-Mints争论 Ives： ①附着于滤料之上的悬浮颗粒在过滤过程中绝对不剥离； ②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。 Mints： ①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； ②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Mints理论已取得了优势。 （2）附着力与水流剪力 见图9-3。 9.2.2 过滤水力学 1．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称为“滤层含污能力”，单位g/cm3或kg/m3。 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9-4 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9-5。双层滤池其含污量随深度的变化见图9-4曲线2。 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，反冲洗时滤料层不能膨胀。 3．过滤过程中水头损失变化 （1）清洁滤料层的水头损失 卡曼-康采尼公式（Carman-Kozony）公式： （9-1） 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 过滤时滤池的总水头损失为： （9-3） （3）负水头现象 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，该深度处就出现负水头，见图9-6。 负水头会导致空气释放出来，危害： ①是增加滤层局部阻力，增加了水头损失； ②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。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的两个方法： 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。 4 过滤方式 （1）恒速过滤 最常见的恒速过滤如图9-7所示。在恒速过滤状态，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。 （2）递降速过滤 设四个滤池组成一个滤池组，假设：①进入滤池组的总流量不变；②每个池子的性能完全相同；③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9-9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“等水位变速过滤”。 5. 直接过滤 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：①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9-10中（a）与（b）所示；②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9-10中（c）与（d）所示。 图9-10 直接过滤流程 直接过滤的两个特点： ①采用双层或三层滤料滤池； ②采用