水处理过滤理论（Filtration）
第一节 概 述
一、过滤：借助于具有一定空隙率的固体介质（如石英砂）阻挡截留水中杂质而使水得到澄清的工艺过程。
(1)格栅过滤 过滤介质为栅条和滤网
(2)微孔过滤 成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等
(3)膜过滤 过滤介质为半透膜
(4)深层过滤 过滤介质为颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。
为区别前3种为表面或浅层过滤过程，第4种为深层过滤，简称过滤。
二、截留的对象：
细小颗粒、细小矾花、藻类、细菌及病毒。
三、位置：沉淀池或澄清池之后。
四、作用：
1、进一步降低水的浊度；
2、同时水中有机物、细菌及病毒将随水的浊度降低而部分被去除。
3、为滤后消毒创造了良好条件。
（残留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护和依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭。）
4、在饮用水净化工艺中，过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。
五、滤池的种类 （图）
(一) 按滤速
(二) 按作用水头
(三) 按水流方向
(四) 按滤料组成
第二节 过滤理论
一、过滤机理
(一) 机械筛滤
(二) 沉淀作用
(三) 接触吸附
在范德华力作用下被滤料吸附；在布朗运动作用下迁移扩散到滤料表面被吸附。
水中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面，涉及两个问题：
1、被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这涉及颗粒脱离流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理。
2、当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠哪些力的作用使它们粘附于滤料颗粒表面上，这涉及粘附机理。
此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。
二、滤层内杂质的分布规律
（一）滤层内杂质的分布规律
在颗粒粘附的同时，还存在由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。
粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。
（二）滤池的含污能力
当过滤周期结束后，滤层中所截留的悬浮颗粒量在滤层深度方向变化很大. 滤层含污量指单位体积滤层中所截留的杂质量。
在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单位仍以g/cm3或kg/cm3计。
★★ 提高滤池含污能力的途径：
A、提高滤料颗粒的均匀性，即减小K80 ；
B、由单层滤料改为多层滤料；
C、改变水流方向（上下双向过滤）。三、直接过滤
（一）定义
原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。
（二）直接过滤方式
(1)接触过滤
(2)微絮凝过滤
（三）直接过滤的应用
第三节 快滤池
一、滤池的构造
1、进水系统
2、卵石垫层
3、滤料层
4、出水系统
5、反洗系统
6、排污系统
二、 滤料层
1、作用
滤料层是滤池的核心部分。提供接触凝聚、吸附的表面积及悬浮物储存的容积。
2、滤料
(1) 滤料的要求
① 有足够的机械强度。
② 有足够的化学稳定性。
③ 具有一定的大小和级配。
④ 价廉，易得。
(2)滤料的种类
(3) 滤料的粒径和级配
滤料的粒径和级配应适应悬浮颗粒的大小和去除效率的要求。
A、粒径：表示颗粒的大小。
★ 滤料粒径的表示方法：
B、级配：是滤料各种粒径颗粒所占的重量比例。
可通过筛分试验求得。筛分试验—— 级配曲线。
三、承托层
作用：防止滤料从配水系统中流失；
反冲时均匀配水。
（1）单层滤料或双层滤料池承托层结构
（2）三层滤料滤池承托层结构
四、配水系统
1、作用
★ 配水系统的作用
★ 配水不均匀的影响
2、配水系统的类型
根据配水系统原理，分类：
（1） 大阻力配水系统
快滤池中常用的是“穿孔管大阻力配水系统”，见图。冲洗时，水流自干管起端进入后，流入各支管，由支管孔口流出，再经承托层和滤料层流入排水槽。
结构：
特点：
大阻力配水系统设计要求：
大阻力配水系统优缺点：
（2）小阻力配水系统
基本原理：减小干管和支管进口流速同样可使布水趋于均匀。可以减小孔口阻力系数以减小孔口水大损失。
A、钢筋混凝土穿孔（或缝隙）滤板
在钢筋混凝土板上开圆孔或条式缝隙。板上铺设一层或两层尼龙网。
B、二次配水的穿孔滤砖
用钢筋混凝土或陶瓷制成。每平方米滤池面积上铺设6块。开孔比为：上层1.07%，下层0.7%，属中阻力配水系统。
C、滤头
滤头由具有缝隙的滤帽和滤柄（具有外螺纹的直管）组成。短柄滤头用于单独水冲滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。对于穿孔滤板，可在滤板上安装滤头。
五、滤池的冲洗
（一）冲洗目的：清除滤层中所截留的污物，使滤池恢复过滤能力。
（二）冲洗原理：水流自下而上通过滤层，并使滤层膨胀达到一定程度，靠水流的剪切力和滤料颗粒间的碰撞、摩擦使积累在滤料层中的杂质剥落下来，随反冲水流出滤池。
（三）快滤池冲洗方法：
1、高速水流反冲洗；
2、气、水反冲洗；
3、表面助冲加高速水流反冲洗。
★★ 几个术语：
1、冲洗强度：
2、滤层膨胀度：
3、冲洗时间：
在实际应用中，冲洗强度、滤层膨胀度和冲洗时间根据滤料层不同按下表确定。
六、冲洗废水的排出
冲洗时，废水由冲洗排水槽两侧溢入槽内，各水槽内的废水汇集到废水渠排出。
七、冲洗水的供给
1、冲洗水的供给方式：
2、冲洗水的水源：
八、滤池的运行方式
(一) 等速过滤
(二) 变速过滤
★★ 影响过滤效率的因素：
过滤是滤料和悬浮物的相互作用，悬浮物的分离效率受这两方面因素影响。
（1）滤料的影响
粒度、形状、表面性质、空隙率、滤料层厚度
（2）悬浮物的影响
粒度、形状、密度、浓度、表面性质、水温
九、常见滤池
1、重力式无阀滤池
2、虹吸滤池
3、移动罩滤池
4、V型滤池
5、压力滤池
十、滤池的设计
(一) 滤速及过滤面积的确定
(二) 滤池个数及尺寸的确定
(三) 管廊布置
(四) 管渠设计流速
(五) 注意事项
第 14 次课 2 学时
注：本页为每次课教案首页
水处理过滤理论（Filtration）
第一节 概 述
一、过滤：借助于具有一定空隙率的固体介质（如石英砂）阻挡截留水中杂质而使水得到澄清的工艺过程。
(1)格栅过滤 过滤介质为栅条和滤网
(2)微孔过滤 成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等
(3)膜过滤 过滤介质为半透膜
(4)深层过滤 过滤介质为颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。
为区别前3种为表面或浅层过滤过程，第4种为深层过滤，简称过滤。
二、截留的对象：
细小颗粒、细小矾花、藻类、细菌及病毒。
三、位置：沉淀池或澄清池之后。
四、作用：
1、进一步降低水的浊度；
2、同时水中有机物、细菌及病毒将随水的浊度降低而部分被去除。
3、为滤后消毒创造了良好条件。
（残留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护和依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭。）
4、在饮用水净化工艺中，过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。
五、滤池的种类 （图）
(一) 按滤速
(二) 按作用水头
(三) 按水流方向
(四) 按滤料组成
第二节 过滤理论
一、过滤机理
(一) 机械筛滤
(二) 沉淀作用
(三) 接触吸附
在范德华力作用下被滤料吸附；在布朗运动作用下迁移扩散到滤料表面被吸附。
水中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面，涉及两个问题：
1、被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这涉及颗粒脱离流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理。
2、当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠哪些力的作用使它们粘附于滤料颗粒表面上，这涉及粘附机理。
此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。
二、滤层内杂质的分布规律
（一）滤层内杂质的分布规律
在颗粒粘附的同时，还存在由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。
粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。
（二）滤池的含污能力
当过滤周期结束后，滤层中所截留的悬浮颗粒量在滤层深度方向变化很大. 滤层含污量指单位体积滤层中所截留的杂质量。
在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单位仍以g/cm3或kg/cm3计。
★★ 提高滤池含污能力的途径：
A、提高滤料颗粒的均匀性，即减小K80 ；
B、由单层滤料改为多层滤料；
C、改变水流方向（上下双向过滤）。三、直接过滤
（一）定义
原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。
（二）直接过滤方式
(1)接触过滤
(2)微絮凝过滤
（三）直接过滤的应用
第三节 快滤池
一、滤池的构造
1、进水系统
2、卵石垫层
3、滤料层
4、出水系统
5、反洗系统
6、排污系统
二、 滤料层
1、作用
滤料层是滤池的核心部分。提供接触凝聚、吸附的表面积及悬浮物储存的容积。
2、滤料
(1) 滤料的要求
① 有足够的机械强度。
② 有足够的化学稳定性。
③ 具有一定的大小和级配。
④ 价廉，易得。
(2)滤料的种类
(3) 滤料的粒径和级配
滤料的粒径和级配应适应悬浮颗粒的大小和去除效率的要求。
A、粒径：表示颗粒的大小。
★ 滤料粒径的表示方法：
B、级配：是滤料各种粒径颗粒所占的重量比例。
可通过筛分试验求得。筛分试验—— 级配曲线。
三、承托层
作用：防止滤料从配水系统中流失；
反冲时均匀配水。
（1）单层滤料或双层滤料池承托层结构
（2）三层滤料滤池承托层结构
四、配水系统
1、作用
★ 配水系统的作用
★ 配水不均匀的影响
2、配水系统的类型
根据配水系统原理，分类：
（1） 大阻力配水系统
快滤池中常用的是“穿孔管大阻力配水系统”，见图。冲洗时，水流自干管起端进入后，流入各支管，由支管孔口流出，再经承托层和滤料层流入排水槽。
结构：
特点：
大阻力配水系统设计要求：
大阻力配水系统优缺点：
（2）小阻力配水系统
基本原理：减小干管和支管进口流速同样可使布水趋于均匀。可以减小孔口阻力系数以减小孔口水大损失。
A、钢筋混凝土穿孔（或缝隙）滤板
在钢筋混凝土板上开圆孔或条式缝隙。板上铺设一层或两层尼龙网。
B、二次配水的穿孔滤砖
用钢筋混凝土或陶瓷制成。每平方米滤池面积上铺设6块。开孔比为：上层1.07%，下层0.7%，属中阻力配水系统。
C、滤头
滤头由具有缝隙的滤帽和滤柄（具有外螺纹的直管）组成。短柄滤头用于单独水冲滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。对于穿孔滤板，可在滤板上安装滤头。
五、滤池的冲洗
（一）冲洗目的：清除滤层中所截留的污物，使滤池恢复过滤能力。
（二）冲洗原理：水流自下而上通过滤层，并使滤层膨胀达到一定程度，靠水流的剪切力和滤料颗粒间的碰撞、摩擦使积累在滤料层中的杂质剥落下来，随反冲水流出滤池。
（三）快滤池冲洗方法：
1、高速水流反冲洗；
2、气、水反冲洗；
3、表面助冲加高速水流反冲洗。
★★ 几个术语：
1、冲洗强度：
2、滤层膨胀度：
3、冲洗时间：
在实际应用中，冲洗强度、滤层膨胀度和冲洗时间根据滤料层不同按下表确定。
六、冲洗废水的排出
冲洗时，废水由冲洗排水槽两侧溢入槽内，各水槽内的废水汇集到废水渠排出。
七、冲洗水的供给
1、冲洗水的供给方式：
2、冲洗水的水源：
八、滤池的运行方式
(一) 等速过滤
(二) 变速过滤
★★ 影响过滤效率的因素：
过滤是滤料和悬浮物的相互作用，悬浮物的分离效率受这两方面因素影响。
（1）滤料的影响
粒度、形状、表面性质、空隙率、滤料层厚度
（2）悬浮物的影响
粒度、形状、密度、浓度、表面性质、水温
九、常见滤池
1、重力式无阀滤池
2、虹吸滤池
3、移动罩滤池
4、V型滤池
5、压力滤池
十、滤池的设计
(一) 滤速及过滤面积的确定
(二) 滤池个数及尺寸的确定
(三) 管廊布置
(四) 管渠设计流速
(五) 注意事项
第 14 次课 2 学时
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