第4章-过滤
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第一章给水处理概论
过 滤
消 毒
饮用水
图1典型地表水处理流程
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混凝剂 原水 混合装置
絮凝池
沉淀池
过滤池
图2 地表水常规处理工艺
cl2 清水池 出水
常规处理工艺的局限性
国内外的试验研究和实际生产结果表明，受污染水源水经常规的混凝、 沉淀及过滤工艺只能去除水中有机物20%-30％，且由于溶解性有机 物存在，不利于破坏胶体的稳定性而使常规工艺对原水浊度去除效果 也明显下降(仅为50％一60％)。用增加混凝剂投量的方式来改善处 理效果，不仅使水处理成本上升，而且可能使水中金属离子浓度增加， 也不利于居民的身体健康。地面水源中普遍存在的氨氮问题常规处理 也不能有效解决。目前国内大多数水厂都采用折点氯化的方法来控制 出厂水中氨氮浓度，以获得必要的活性余氯，但由此产生的大量有机 卤化物又导致水质毒理学安全性下降。
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二、生产用水水质要求
各种工业企业对水质有不同要求，同时，即使是同一企业，不同生产过 程对水质要求也不相同。例如，在发电厂中，冷却用水与锅炉用水对水质要 求迥然不同，而水力除灰用水却对水质无任何要求。因此，在确定生产用水 的水质标准时应进行调查研究，按生产实际情况加以确定。
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1.4 给水处理方法
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水的循环——城镇用水循环 给水系统的水源和排水系统接纳水体的地方大多
是邻近的河流。取之于河流，还之于河流，形成另一 种受人类社会活动作用的水循环——城镇用水循环。
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1.2 水源水质
一、 原水中的杂质
取自任何水源的水中，都不同程度地含有各种各样的杂质。这些杂质不外 乎两种来源： —是自然过程，例如，地层矿物质在水中的溶解，水中微生物的繁殖及其死 亡残骸，水流对地表及河床冲刷所带入的泥沙和腐殖质等。 二是人为因素，即工业废水及生活污水排入水体所带入的。无论哪种来源的 杂质，都包括无机物、有机物以及微生物等。 从给水处理角度考虑，这些杂质可按尺寸大小分成悬浮物、胶体和溶解物 三类。
第4章物料分离机械与设备
送的应采用压榨分离；在过滤操作中，当滤饼中液体需去除得更 彻底些时，就需用到压榨操作。 在某些生产过程中，压榨效果与干燥相似，由于机械脱水法通常 较热处理法更经济，因此压榨作业一直被广泛应用着。
4
第 4 章 物料分离机械与设备
3. 压榨过程的工序 压榨过程主要包括加料、压榨、卸渣等工序。有时，由
压辊
第 4 章 物料分离机械与设备
压辊 上压榨网带
导向辊
下压榨网带
高压冲洗喷嘴
果渣刮板 增压辊 汁液收集槽
图 4.7 福乐伟带式压榨机原理图 28
第 4 章 物料分离机械与设备
2. 工作原理 带式榨汁机有很多型式，但其工作原理基本相同。 主要工作部件是两条同向、同速回转运动的环状压榨带及
驱动辊、张紧辊、压榨辊。压榨带通常用聚酯纤维制成， 本身就是过滤介质。借助压榨辊的压力挤出位于两条压榨 带之间的物料中的汁液。 带式压榨机一般可分为三个工作区：
2. 板式压榨机
典型板式压榨机如图4.2所示。
它由四根直立钢柱做成坚固的压榨
支架，上有顶板下有底板，中间夹
有10~16块压榨板，距离75~25 mm。
当液压活塞加压向上移动时压榨板
间的物料受到压缩，压榨初期的压
力较低，通常仅约几个兆帕。当被
榨取物料的体积逐渐缩小时，压力
增加很快，可达到初期压力的5~10
于进料状态要求或为了提高压榨效率，需对物料进行必要的 预处理，如破碎、热烫、打浆等。 4. 压缩在食品工业中的典型应用
在食品工业上，压榨主要用于从可可豆、椰子、花生、 棕榈仁、大豆、菜子等种子或果仁中榨取油脂，以及从甘蔗 中榨取糖汁。压榨的另一个重要用途就是用来榨取如苹果和 柑橘之类的果汁。
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第 4 章 物料分离机械与设备
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第 4 章 物料分离机械与设备
3. 压榨过程的工序 压榨过程主要包括加料、压榨、卸渣等工序。有时，由
压辊
第 4 章 物料分离机械与设备
压辊 上压榨网带
导向辊
下压榨网带
高压冲洗喷嘴
果渣刮板 增压辊 汁液收集槽
图 4.7 福乐伟带式压榨机原理图 28
第 4 章 物料分离机械与设备
2. 工作原理 带式榨汁机有很多型式，但其工作原理基本相同。 主要工作部件是两条同向、同速回转运动的环状压榨带及
驱动辊、张紧辊、压榨辊。压榨带通常用聚酯纤维制成， 本身就是过滤介质。借助压榨辊的压力挤出位于两条压榨 带之间的物料中的汁液。 带式压榨机一般可分为三个工作区：
2. 板式压榨机
典型板式压榨机如图4.2所示。
它由四根直立钢柱做成坚固的压榨
支架，上有顶板下有底板，中间夹
有10~16块压榨板，距离75~25 mm。
当液压活塞加压向上移动时压榨板
间的物料受到压缩，压榨初期的压
力较低，通常仅约几个兆帕。当被
榨取物料的体积逐渐缩小时，压力
增加很快，可达到初期压力的5~10
于进料状态要求或为了提高压榨效率，需对物料进行必要的 预处理，如破碎、热烫、打浆等。 4. 压缩在食品工业中的典型应用
在食品工业上，压榨主要用于从可可豆、椰子、花生、 棕榈仁、大豆、菜子等种子或果仁中榨取油脂，以及从甘蔗 中榨取糖汁。压榨的另一个重要用途就是用来榨取如苹果和 柑橘之类的果汁。
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第 4 章 物料分离机械与设备
第四章 凝胶过滤
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二、分配系数Kd
衡量组分被排阻程度的一个特征参数 介质内部组分的浓度 介质外部组分的浓度 C内 C外
Kd=
=
A：当分子量大到完全不能进入颗粒内部，即完全被排阻，此时C内=0，
Kd=0。
B：当分子量小到完全可以自由进入到凝胶颗粒内部，在分配达到平衡时， 凝胶内部与外部组分的浓度相等，此时Kd=1。 C：在一般情况下，凝胶层析中，流动相和固定相溶液的性质是相同的，所
械强度大于2B，筛孔也小于2B。 以上三种胶：葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶本身的理化性质
不稳定，机械强度比较低，流速慢。称为软胶。
Sepharose 与1，3-二溴异丙醇在强碱条件下反应后，即形成CL型交联琼脂 糖。其筛孔与同浓度的、未交联的琼脂糖相同，但热稳定性和化学稳定性 都有了提高。 琼脂糖凝胶的最大优点是对生物大分子非特异性的吸附最小，回收率高。
它是以甲撑双丙烯酰胺做交联剂，以过硫酸铵为催化剂，在N,N,N`,N`四甲基乙二胺（TEMED）加速剂的作用下，将丙烯酰胺（单体）聚合而 成。当单体浓度改变时，可得到吸水率不同的产物。
产品型号： Bio-gel P-2到P-300，数字相当于排阻限度的1000分之一。 通常聚丙烯酰胺凝胶为珠状颗粒，并以干胶形式出售，使用前必须溶涨。
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A：Vt-Vo的值太小，洗脱峰便拥挤在一起，不容易分离 B：通过增加Vt来提高分辨率 C：柱床体积不变，减少上样量 D：减少Vo，减少粒径范围 Vt≈ Vo+Vi Vo→Kd=0，选用兰色葡聚糖2000（分子量200万），呈兰色，在各种型号的 凝胶中都被完全排阻。 Vi →Kd=1，选用硫酸铵等与凝胶无吸附力的小分子物质。
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二、分配系数Kd
衡量组分被排阻程度的一个特征参数 介质内部组分的浓度 介质外部组分的浓度 C内 C外
Kd=
=
A：当分子量大到完全不能进入颗粒内部，即完全被排阻，此时C内=0，
Kd=0。
B：当分子量小到完全可以自由进入到凝胶颗粒内部，在分配达到平衡时， 凝胶内部与外部组分的浓度相等，此时Kd=1。 C：在一般情况下，凝胶层析中，流动相和固定相溶液的性质是相同的，所
械强度大于2B，筛孔也小于2B。 以上三种胶：葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶本身的理化性质
不稳定，机械强度比较低，流速慢。称为软胶。
Sepharose 与1，3-二溴异丙醇在强碱条件下反应后，即形成CL型交联琼脂 糖。其筛孔与同浓度的、未交联的琼脂糖相同，但热稳定性和化学稳定性 都有了提高。 琼脂糖凝胶的最大优点是对生物大分子非特异性的吸附最小，回收率高。
它是以甲撑双丙烯酰胺做交联剂，以过硫酸铵为催化剂，在N,N,N`,N`四甲基乙二胺（TEMED）加速剂的作用下，将丙烯酰胺（单体）聚合而 成。当单体浓度改变时，可得到吸水率不同的产物。
产品型号： Bio-gel P-2到P-300，数字相当于排阻限度的1000分之一。 通常聚丙烯酰胺凝胶为珠状颗粒，并以干胶形式出售，使用前必须溶涨。
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A：Vt-Vo的值太小，洗脱峰便拥挤在一起，不容易分离 B：通过增加Vt来提高分辨率 C：柱床体积不变，减少上样量 D：减少Vo，减少粒径范围 Vt≈ Vo+Vi Vo→Kd=0，选用兰色葡聚糖2000（分子量200万），呈兰色，在各种型号的 凝胶中都被完全排阻。 Vi →Kd=1，选用硫酸铵等与凝胶无吸附力的小分子物质。
生物工程设备第4章
1.物料性质 2.离心机性能参数 3.工艺要求 4.投资费用、场地因素
第四节 膜分离设备
一、膜分离
膜分离技术是借助于膜的孔径，在推动力作用下，把大于标示膜孔径的 物质分子截留，实现溶质的分离、分级、浓缩的过程 膜分离与其他一些分离手段相比，具有干净（比萃取）、效率高（比薄 膜蒸发浓缩）、投资小（比大型离心机）、易验证（比有机溶剂沉淀）、 连续操作、易于放大等优点 缺点：膜分离设备价格昂贵、易堵塞、处理量小
滤饼过滤
深层过滤
膜过滤
2. 沉降原理
沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心 力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差 越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越 有利于分离。
3. 沉降速度
gd p ( ρ p − ρ ) wt = 18 μ
2
沉降速度的计算
假设wt t处斯托克斯定律区时 d pρw t Re p = <2 μ 计算沉降速度 验证是否符合假设？如符合，OK;如不符合，设 其他区，直至符合。 校正 看例题
πω h( 3R 2 + R 1 ) Σ= 2g
2
2
2
碟片式离心机
2πω s( R 2 − R 1 ) Σ= 3g tan θ
2
3
3
卧螺机
πl1ω ( 3R 1 + R 2 ) πl 2ω ( R 2 + 3R 2R 1 + 4R 1 ) Σ= + 2g 4g
2 2
2
2
2
2
6. 离心机的生产能力
明流
暗流
2. 板框压滤机的特点
结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用 寿命长，所需辅助设备少 对物料的适应性强，既能分离难以过滤的低浓度悬浮 液和胶体悬浮液，又能分离料液黏度高和接近饱和状态 的悬浮液 2间选用 过滤面积选择范围广，可在3~1250m2 滤饼含湿量较低 固相回收率高、滤液澄清度好 滤布的检查、洗涤、更换较方便 过滤操作压力大，可达1 MPa，过滤操作稳定 造价低、投资小 间歇操作，辅助时间长，劳动强度大
第四节 膜分离设备
一、膜分离
膜分离技术是借助于膜的孔径，在推动力作用下，把大于标示膜孔径的 物质分子截留，实现溶质的分离、分级、浓缩的过程 膜分离与其他一些分离手段相比，具有干净（比萃取）、效率高（比薄 膜蒸发浓缩）、投资小（比大型离心机）、易验证（比有机溶剂沉淀）、 连续操作、易于放大等优点 缺点：膜分离设备价格昂贵、易堵塞、处理量小
滤饼过滤
深层过滤
膜过滤
2. 沉降原理
沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心 力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差 越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越 有利于分离。
3. 沉降速度
gd p ( ρ p − ρ ) wt = 18 μ
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沉降速度的计算
假设wt t处斯托克斯定律区时 d pρw t Re p = <2 μ 计算沉降速度 验证是否符合假设？如符合，OK;如不符合，设 其他区，直至符合。 校正 看例题
πω h( 3R 2 + R 1 ) Σ= 2g
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碟片式离心机
2πω s( R 2 − R 1 ) Σ= 3g tan θ
2
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卧螺机
πl1ω ( 3R 1 + R 2 ) πl 2ω ( R 2 + 3R 2R 1 + 4R 1 ) Σ= + 2g 4g
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6. 离心机的生产能力
明流
暗流
2. 板框压滤机的特点
结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用 寿命长，所需辅助设备少 对物料的适应性强，既能分离难以过滤的低浓度悬浮 液和胶体悬浮液，又能分离料液黏度高和接近饱和状态 的悬浮液 2间选用 过滤面积选择范围广，可在3~1250m2 滤饼含湿量较低 固相回收率高、滤液澄清度好 滤布的检查、洗涤、更换较方便 过滤操作压力大，可达1 MPa，过滤操作稳定 造价低、投资小 间歇操作，辅助时间长，劳动强度大
第四章过滤技术
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四、过滤装置 目前生产中经常采用高位静压过滤装置、减压过滤装置、 加压过滤装置三种形式 一、 高位静压过滤装置 此种装置适用于生产量不大、缺少加压或减压设备的情况 ，特别在有楼房时，药液在楼上配液，通过管道在楼下进 行灌封。这一方法压力稳定，质量好，但过滤速度慢。
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Байду номын сангаас
二、
减压过滤装置
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第四章 过滤技术
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过滤器在医药工业上的用途 • 水和气体的纯化 • 去微粒 • 去细菌
• 分子分离及产品的浓缩
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• 过滤除菌工艺
• 除去对热不稳定的药品溶液或气体中的细菌
与杂质
• 过滤后物料中大于0.2μm的微生物出现概率 ＜10－6
• 应用范围
• 可最终灭菌药品的工艺过程
此装置适用于各种滤器，设备要求简单，但压力不够稳定， 操作不当易造成滤层松动，影响过滤质量。
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三、加压过滤装置
在目前生产中多采用加压过滤，主要因为此装置压力稳定、滤 速快、质量好、产量高。加压过滤系统全部保持正压，若滤过 过程中因故停止操作，对滤层影响较小，同时外界空气不易漏 入滤过系统，但此系统需要有离心泵、压滤器等耐压设备
疏水性：用于气体过滤达到无菌，大通量，耐高温，耐
强酸、碱，化学适应性广，用于气体过滤时， 能达到100%0.02um以上各种噬菌体、细菌及微粒； 改良亲水性：用于液体过滤达到无菌，过滤精度可达 0.02um，化学适用性广，耐强酸、碱）。
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PTFE滤膜精度： 0.2um、0.45um、1.0um、2.0um、5.0um。 PTFE使用形式：棒状或折叠式，O型圈材料是硅橡胶、氟橡 胶。 （c）尼龙滤膜： 尼龙滤膜为亲水性（只能过滤液体，不能过滤气
第四章 过滤之二
)(21220a a c v v gH H ++'=' ① 221)(a aQ S S H '+=' ② 221)(c cQ S S H ''+=' ③ 系数之和。
处承托层、滤料层阻力、－孔口、时相等口尺寸和加工精度相同－孔口阻力系数。
当孔c a S S S 221'''将②、③代入①式，得：g v v S S Q S S S S Q a a c 212202122121+''++''+'+= 2．大阻力配水系统原理（S 1增大）如Q a ≈Q c ，可认为反冲洗水在整个池面均匀分布。
措施是：减小孔口总面积，使S 1增大，第二项近似为0。
削弱了配水系统压力不均匀、承托层滤料层阻力系数S 2的影响，可认为Q a ≈Q c3．小阻力配水系统原理减小干管和支管流速V a 、V 0，第二项对布水均匀性影响大大削弱，即流速v 减小，压力变化小，H a ≈H c 使Q a ≈Q c 。
（三）大阻力配水系统1．优点：配水均匀性好缺点：结构复杂，孔口水头损失大，耗能多，不能用在反冲洗水头有限的虹吸滤池和无阀滤池；管道和孔眼易结垢，检修困难。
2．反冲洗时，滤层、承托层对布水均匀性影响较小，如忽略其影响，按孔口出流公式计算。
c c aa gH Q gH Q 22μϖμϖ==其中：ω－孔口总面积μ－孔口流量系数95.0)(2195.095)(21220220≥++≥++==a a ac aa a a c a c a ca v v g H H Q Q v v gH H Q Q H H Q Q ，则％以上，即设配水均匀性要求 整理得： gv v H a a 29220+≥ ④ 简化：设H a 以孔口平均水头损失计，则当冲洗强度q 已定时，H a 为：232)10(21)(21fqF g Q g H a μμϖ-⨯== ⑤ 其中 q －冲洗强度，L/s m 2F －滤池面积，m 2f －配水系统孔口总面积 m 2μ－孔口流量系数干管和支管起端流速分别是a a n qF v qF v ϖϖ3301010--⨯=⨯= ⑥其中 ω0－干管截面积 m 2ωa －支管截面积 m 2n －支管根数将⑤、⑥代入④，得：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯+⨯⋅≥⨯---2320323)10()10(219)10(21a n qF qF g f qF g ϖϖμ 令μ＝0.62并整理得：依据大阻力系统构造尺寸的---≤+29.0)()(220a n f f ϖϖ配水系统配水的均匀性只与其构造有关，而与q 、F 无关，但F 不宜过大，否则影响布水均匀性的其它因素，如承托层的铺设及冲洗水的排除等不均匀程度也将影响冲洗效果。
第四章、过滤-1
第四章、过滤第一节、概述水处理中的过滤一般是指借助网状材料或粒状介质截留水中杂质，使水获得澄清的过程。
通过网状材料的过滤称表面过滤；通过粒状介质的过滤称深层过滤。
在这里我们主要介绍深层过滤。
一、过滤功能过滤工艺的主要目的是去除水中悬浮物质，但由于不少细菌和病毒依附于悬浮物质，因而过滤工艺对去除细菌和病毒也有明显作用。
由于过滤是给水常规处理中除消毒外的最终处理工艺，因此对确保供水水质具有重要作用。
1、进一步去除经过沉淀或澄清后的水中的细小杂质、有机物、细菌和病毒等。
2、当原水浊度较低时，可直接过滤去除水中的悬浮杂质。
二、滤池分类完成过滤工艺的处理构筑物称滤池。
早期应用的滤池．其过滤速度极慢，称为慢滤池（滤速v＝0.1～0.3m/h）。
随着冲洗方式的改进，过滤速度明显提高，目前应用的滤池绝大多数均为快滤池（滤速v＝8～10m/h）。
1、滤池可按不同方式进行分类①按滤料的不同可分为单层滤料、双层滤料、多层滤料及均质滤料（均质滤料指沿着整个滤层深度方向的任一横断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致）等滤池。
②按水流方向的不同可分为下向流、上向流、双向流等滤池。
③按滤池受压情况可分为压力式滤池和重力式滤池。
④按药剂投加方式不同可分为沉淀后过滤、微絮凝过滤和接触絮凝过滤。
微絮凝过滤和接触絮凝过滤均属于直接过滤方式。
微絮凝过滤指在滤池前端设一简易微絮凝池，原水加药混合后经过微絮凝池形成微絮凝体后，即刻进入滤池过滤；接触过滤指原水加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。
⑤按运行周期内滤速的变化可分为等速过滤和降速过滤。
上述分类系从各种不同角度出发所作的区分，组合后可形成各种类型滤池滤池也可适用不同的要求，如普通快滤池可以是单层滤料，也可以是双层滤料。
2、滤池型式选用滤池型式的选用应根据进水水质、生产能力、流程布置、设备条件以及操作水平和管理经验等确定。
目前常用的滤池型式有：普通快滤池、双阀滤池、重力式无阀滤池、虹吸滤池、移动冲洗罩滤池、V型滤池等。
4第四章 细胞破碎、过滤离心与膜分离设备
26
管式膜分离器
管式膜分离器的结构类似管壳式换热器，如图所示。其
结构主要是把膜和多孔支撑体均制成管状，使两者装在一起，
管状膜可以在管内侧，也可以在管外侧。加压的料液从管内 流过，透过膜的渗透液在管外被收集。对外压式膜组件膜则
被浇注在多孔支撑管外侧面。加压的料液从管外侧流过，渗
透液则由管外侧渗透通过膜进入多孔支撑管内。无论是内压 式还是外压式，都可以根据需要设计成串联或并联装置。
板框式过滤机是由许多块滤板和滤框交替排列而 成。一端固定另一端可以让板框移动。板和框之间隔 有滤布，用压紧装置自活动端方向压紧或拉开。滤板 和滤框多做成正方形，数目从10-60不等，每机的滤 板和滤框数目，由生产能力和等组成。
滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤
动盘
料浆槽 搅拌器
金属网； 滤布； 滤浆槽。
定盘
转筒真空过滤机结构示意图
12
第三节 离心分离设备
实现离心分离操作的机械称为离心机或离心分离设备。 它是通过高速回转部件产生的离心力实现悬浮液、乳浊液 的分离和固相浓缩、液相澄清的分离机械。 按离心分离过程的进行方式分为：间歇式和连续式。 按操作性质分为：过滤式和沉降式离心机。 按结构分为上悬式、三足式、碟片式和管式离心机。
27
中空纤维式膜分离器
中空纤维式膜分离器的结构类似管壳式换热器。中空纤 维式膜分离器的组装是把大量（有时是几十万或更多）的中
空纤维膜装入圆筒耐压容器内。通常纤维束的一端封住，另
一端固定在用环氧树脂浇铸的管板上。使用时加压的料液由 膜件的一端进入壳侧，在向另一端流动的同时，渗透组分经
纤维管壁进入管内通道，经管板放出，截流物在容器的另一
9
真空过滤设备
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石英砂滤料
双层滤料 三层滤料
12-15
13-16 16-17
45
50 55
7-5
8-6 7-5
冲洗强度的确定：与滤料层粒径、级配分布、温度 等有关
53
3．反冲洗强度与滤层膨胀度关系
最小流态化冲洗流 速（与粒径、性状 和密度有关）
54
在滤料粒径、形状、 密度和水温一定时， 滤层膨胀度与冲洗强 度有关。该关系可由 实验得出。
一、快滤池的分类
普通快滤池
虹吸滤池
重力滤池
压力滤池
移动罩冲洗滤池
9
二、普通快滤池的构造
集水渠
洗砂排水渠
滤料层
承托层
配水系统
管廊：
10
过滤
反冲洗
11
12
13
14
三、过滤过程中水头损失
1. 清洁滤层水头损失
(1 m0 ) 1 h0 180 l0v 3 g m0 d0
2
2
H0 h0
h0——清洁滤料层的水头损失 ——运动粘滞系数 m0——滤料空隙率 d0——与滤料体积相同的球体直径 l0——滤料层厚度 v——滤速 ——滤料颗粒球度系数
卡曼-康采尼公式 Carman-Kozony
15
2.过滤过程中水头损失
假设：水位和滤速不变 H：滤池总水头 Ht: 滤料层水头损失 h1: 配水系统水头损失 ht: 控制阀水头损失 v2/2g:流速水头 h2: 剩余水头
密度较大、粒 径较小(石英砂)
石榴石
三层
29
30
4）均质滤料
31
第3节 滤料与承托层
一、滤料
1．种类
石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石
聚苯乙烯发泡塑料
纤维球滤料
32
2．粒状滤料的粒径与级配
d80 d10
各种粒径的颗粒所占重量比例的累积曲线。
33
•有效粒径和不均匀系数
d10和d80：分别通过滤料重量10％和80％的筛孔 孔径 不均匀系数K80＝d80/d10
41
同样对于b点而言：
Hx＝S1b(bqb)2+S2(bqb)2 +S3(bqb)2 + S4(bqb)2
＋流速水头
qa S1b S 2 S 3 S 4 qb S1a S 2 S 3 S 4
q最小/q最大0.95-------达到均匀 两种途径：1）增大孔眼出水水力阻抗 2）降低配水系统水力阻抗
•反洗后由于水力筛分，粒径 顺过滤方向由小变大。 •滤料表层孔隙率较小。 •杂质主要截留在滤料表层。 •下部滤层截污能力未得到充 分发挥 。
26
六、提高滤池截污能力的途径
改进方向：
提高滤层含污能力，延长过滤周期。 1) 上向流
27
2）双向流
28
3）双层或多层滤池
密度较小、粒 径较大(无烟煤)
双层
d10反映了产生水头损失的主要部分。
K80愈大，颗粒愈不均匀，孔隙率下降，含污能 力降低，反冲洗强度不好确定。
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最大与最小粒径：dmax, dmin
工程上为方便，一般dmind10, dmaxd80
我国规范中，采用dmax, dmin, K80来控制滤料粒 径分布。 滤料筛选方法： 按要求设计d10和d80 筛选。
1977年 北京市政院标准图
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1．构造及工作原理
成组运行
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最大过滤水头： 1.5-2.0 m
冲洗水头 1.0-1.2m
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2.特点
•利用虹吸原理进水和排走洗砂水――节省了两个阀门 •小阻力配水系统――不用冲洗水泵或水箱，可用滤池本 身的出水冲洗 •变水头等速过滤――不需设置滤速调节器
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二、其它滤池 重力式无阀滤池 移动罩冲洗滤池
压力滤池
V型滤池
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最大过滤水头: 1.5-2.0m 最大冲洗 水头Hmax
初始过滤 水头H0
平均值 Ha=(Hmax+ Hmin)/2
最小冲洗 水头Hmin
重力式无阀滤池
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冲洗水头
移 动 罩 滤 池
过滤水头
反冲洗来自其它格滤过水与虹吸滤池相同
升，自由进流，以保持
过滤速度不变。 -------虹吸滤池 无阀滤池
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过滤周期 与滤速有关
滤池中 的水位
滤池总过滤水头损失H＝H0＋h＋△Ht H0：清洁滤层水头损失
h：配水系统、承托层及管路水头损失
△Ht：在时间t时的水头损失增殖
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3．等水头变速过滤
•如果过滤水头始终保持不变，滤速必然要降低。
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二、配水系统类型 1．大阻力配水系统 使孔眼水力阻力S2>>其它水力阻力
增加孔眼流速（5－6m/s）
配水孔眼面积为滤池面积的1/500 开孔比小＝0.2－0.25%
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一般为穿孔管大阻力配水系统。 特点：工作可靠、采用最广、冲洗干净
但冲洗水头要求高，需冲洗水箱或水泵
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2．小阻力配水系统 减少配水系统阻抗S1 降低配水系统流速 增大配水空间 使孔眼处的压力接近 相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5% 指孔口阻力较小
——深层过滤
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涉及两个过程：迁移和粘附
范德华引力、 粘附过程与 静电力、 澄清池泥渣 特殊化学吸附力 的类似。
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应用：
•给水处理
原水混凝沉淀/澄清过滤
原水微絮凝过滤（微絮凝过滤） 直接
原水加药过滤（接触过滤）
过滤
•废水处理
原水生物处理过滤
原水生物处理混凝沉淀过滤
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第2节 快滤池
•滤过水头高于滤层――正水头过滤
•易于自动化控制
•池深大，冲洗效果不够理想，单池面积不宜大 。
•适用于中小水厂，造价比普快滤池低20-30％
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3．滤池分格数
当1格冲洗时，其余数格滤池过滤总量必需满足该格 滤池冲洗强度要求。
nQ q F
3 .6 q n v
q：冲洗强度（L/(s m2)） Q：每格滤池过滤流量（L/s） F：单格滤池面积（m2） v：滤速(m/h) n：一组滤池分格数，5－7
3) 表面辅冲加高速水流反冲洗
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2．反冲洗影响因素 冲洗强度q：L/(s m2) 滤层膨胀度：e＝（L-L0）/L0 100% L0：膨胀前滤层厚；L：膨胀后滤层厚 冲洗强度大 e大 剪切力增大 但摩擦减少 因此应有一个要求。
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冲洗强度 L/(s m2)
膨胀度 (%)
冲洗时间 (min)
中阻力配水（开孔 比：0.6-小（2m左右）
适应于面积小的滤池
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钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。
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穿孔滤砖：开孔比，上层1.07％，下层0.7%
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滤池穿孔滤砖
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复合气水反冲洗配水滤砖
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滤头
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三、反冲洗
恢复过滤能力 1．反冲洗方式 1) 高速水流反冲洗 2) 气、水反冲洗 气冲强度：10－20 L/m2 s 水冲强度：3－4L/m2 s
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三层：18-20m/h
二、承托层 作用： 阻挡滤料进入配水系统 均匀配水（反冲洗时）
主要配合大阻力配水系统而使用。
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第4节 配水系统与反冲洗
配水系统的目的： 均匀分布反冲洗水 均匀收集过滤水 配水不均匀导致： 1）部分区域水量小，冲洗不净 2）部分区域水量大，冲动垫层
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一、配水系统的不均匀性
如果滤速不变，h1和v2/2g在过滤过程中不变。 时间t：滤料层阻力→Ht；阀门阻力→ht T：过滤工作周期，12－24h T’：最大工作周期
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四、过滤方式
1．等水头等速过滤 通过设置出水流速调节器
恒定水位
滤速调节器
普通快滤池
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2．变水头等速过滤
随着过滤进行，滤层孔 隙率减少，水头损失增 加，滤池内水位自动上
•效果：浊度可降到0，可不消毒。
什么过滤现象？ 滤膜
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•机理： •微生物吞食细菌 •微生物分泌出起凝聚作用的酶
•藻类产生氧气，起氧化作用。
•但生产效率低，1－3月后堵塞，需刮掉滤膜， 重新补砂。
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二、快滤池及其机理
•条件：滤速大于10 m/h
必须先投加混凝剂 •作用：去除浊度，浊度<5度，同时可去除一部分细菌、 病毒。残留的裸露细菌容易在滤后消毒中被杀灭。 •机理：表层细砂层粒径为0.5mm，孔隙尺寸为80um， 但进入滤池的颗粒大部分小于30um，但仍能被去除。 不光是机械筛滤，还有接触粘附的作用。
等速与变速过滤的差别？ 在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较 好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。 清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速 度并不太大，可将一些悬浮杂质带入下层滤料。而 当截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止 悬浮物穿透滤层。
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五、滤料内杂质分布规律
Hx 冲 洗 水 头
b a
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a点的冲洗水头Hx：
Hx＝S1a(qaa)2+S2(aqa)2 +S3(aqa)2 +
S4(aqa)2＋流速水头
S1：配水系统的阻力系数
S2：孔眼出水的阻力系数
S3：承托层的阻力系数 S4：滤料层的阻力系数 qa：冲洗强度 (L/(s m2)) ——单位面积滤层所通过的冲洗强度
移动冲洗罩与无阀滤池相同
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最大水头损失： 5-6m
压力滤池
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三、过滤技术的新发展
1. 非粒状的新型滤料研究活跃
•纤维球滤料、纤毛型滤料、纤维束状滤料 ――提高滤床滤速，增大截污能力，扩大应用范 围 2. 过滤装置朝自动化、管理容易、智能型方向发展