过滤机理及特性
水处理过滤技术
国内快滤池一般采用d10=0.5～0.6mm，K80=2.0～2.2 的滤料；
国外则倾向于选用稍大的d10和较小的d80。
第三节
快滤池
第三节
快滤池
双层及多层滤料级配：
第三节
快滤池
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，采用大阻力 配水系统由天然卵石或碎石组成。
快滤池
(在冲洗过程中不因碰撞、摩擦而破碎。)
② 有足够的化学稳定性。
(不溶于水，对废水中的化学成分足够稳定，不产生有害 物质。)
③ 具有一定的大小和级配。
（粒度适中，外形近乎球形，表面粗糙，带有棱角，能提 供较大的比表面和孔隙率，满足截留悬浮物的要求。）
④ 价廉，易得。
第三节
(2)滤料的种类
快滤池
A、提高滤料颗粒的均匀性，即减小K80 ，增大d10 。 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）。
出水
石英砂 石英砂
出水
无烟煤 石英砂
无烟煤 石英砂 磁铁矿
承托层 进水
承托层 进水
承托层 出水
承托层 出水
a.上向流过滤
b.双向流过滤
c.双层滤料
d.三层滤料
第二节
过滤理论
为了改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀 现象，提高滤层含污能力，出现了双层滤料、三层滤料 或均质滤料等，见图。
第二节
过滤理论
实际工作时，往往是下层滤料截留悬浮颗粒 作用远未得到充分发挥时，过滤就得停止。
原因：滤料经反冲洗后，滤层因膨胀而分层，表层滤料粒径最 小，粘附比表面积最大，截留悬浮颗粒量最多，而孔隙尺寸又最小， 因而，过滤到一定时间后，表层滤料间孔隙将逐渐被堵塞，甚至产 生筛滤作用而形成泥膜，使过滤阻力剧增。导致结果: (1)在一定过滤水头下滤速减小（或在一定滤速下水头损失达到 极限值）; (2)或者因滤层表面受力不均匀而使泥膜产生裂缝时，大量水流 将自裂缝中流出，以致悬浮杂质穿过滤层而使出水水质恶化。 当上述两种情况之一出现时，过滤将被迫停止。
过滤
• d10 —— 通过率料重量10%的筛孔粒径
d 80 k80 d10
• d80
—— 通过滤料重量80%的筛孔粒径
d (1) d10反应细颗粒尺寸； 80反应粗颗粒的尺寸。
(2) K 80 愈大，粗细颗粒吃醋相差愈大，颗粒愈不均匀， 不利于过滤和冲洗。因为顾虑是滤层含污能力减小； 反冲洗时，为满足颗粒膨胀要，细颗粒能被冲出滤 池，若为满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒将得不到很 好的清洗。
流线 杂质颗粒
滤料
拦截
沉淀
惯性
扩散
水动力
图17-2 颗粒迁移机理示意
（2）颗粒粘附 粘附作用是一种物理化学作用。当水中杂质颗 粒迁移到滤料表面上时，则在范德华引力和静电力 相互作用下，以及某些化学键和某些特殊的化学吸 附力下，被粘附于滤料颗粒表面上，或者粘附在滤 粒表面上原先粘附的颗粒上。 粘附的作用力：范德华力、静电力、化学亲和 力及混凝颗粒的吸附架桥作用。
滤层的截污能力沿深度的变化见下图
滤料层含污量变化
• 曲线与坐标 轴所包围的 面积除以滤 层总厚度即 为滤层含污 能力。 滤 层 深 度 cm
截污量（g/cm3）
单层 滤料
无 烟 煤 石 英 砂
石 英 砂
双层 滤料
下层滤料的截污能力尚未得到全部发挥，过滤停 止原因： 由于反冲洗的水力筛选作用，造成沿滤层深度方 向滤料粒径逐渐增大，表层滤料粒径小，孔隙率 最小，吸附表面积最大；下层滤料粒径大，孔隙 率大，吸附表面积小。 在过滤时，表层滤料孔隙率最小，吸附表面积 最大吸附杂质最多，杂质主要截留在滤料表层。 过滤一段时间后，表层滤料的空隙将逐渐被杂质 堵塞，使过滤阻力剧增，当过滤水头达到一定时， 产水量急剧下降。 严重时，滤层表面受力不均匀，而使滤膜产生 裂隙，致使大量的水将从裂隙中流出，造成裂隙 中流速过大，而使出水水质恶化，过滤被迫停止。
空气过滤机理及影响因素
空气过滤机理及影响因素
（1）空气过滤机理：
按尘粒与过滤介质的作用方式，大体分为二大类，拦截作用和吸附作用。
①拦截作用：指粒径大于纤维间的间隙时，由于介质微孔的机械屏障作用截留尘粒，属于表面过滤。
②吸附作用：指粒径小于纤维间隙的细小粒子通过介质微孔时，由于尘埃粒子的重力，分子间范德华力、静电、粒子运动惯性及扩散等作用，与纤维表面接触波吸附。
属于深层过滤。
（2）影响空气过滤的主要因素
①粒径：粒径愈大，拦截、惯性、重力沉降作用愈大，愈易除去；反之，愈难除去。
②过滤风速：在一定范围内，风速愈大，粒子惯性作用愈大，吸附作用增强，扩散作用降低，但过强的风速易将附着于纤维的细小尘埃吹出，造成二次污染，因此风速应适宜。
风速愈小，扩散作用愈强，小粒子愈易与纤维接触而吸附，常用极小风速捕集微小尘粒。
③介质纤维直径和密实性：纤维愈细愈密实，拦截和惯性作用愈强，但阻力增加，扩散作用减弱。
④附尘：随着过滤的进行，纤维表面沉积的尘粒增加，拦截作用提高，但阻力增加，当达到一定程度时，尘粒在风速的作用下，可能再次飞散进入空气中，因此过滤器应定期清洗，以保证空气质量。
《水处理技术及原理》第6章-过滤
滤池穿孔滤砖
28
复合气水反冲洗配水滤砖
29
4.3 反冲洗
第
恢复过滤能力
4
1．反冲洗方式
节
1) 高速水流反冲洗: 30-36 m/h
配
2) 气、水反冲洗
水
气冲强度：10－20 L/m2 s
系
水冲强度：3－4L/m2 s
统
3) 表面辅冲加高速水流反冲洗
与
反
冲
洗
30
冲洗强度 膨胀度
L/(s m2)
24
4.2 配水系统类型
第
2．小阻力配水系统
减少配水系统阻抗S1
4
降低配水系统流速
节
增大配水空间
配
使孔眼处的压力接近
水
相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5%
系
统
与
特点：配水系统结构简单，冲洗水头小（2m左右）
反
适应于面积小的滤池
冲
洗
25
钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层 尼龙网。
26
穿孔滤砖：开孔比，上层1.07％，下层0.7%
第 2
节
快 滤 池
9
2.2 普通快滤池的工作过程与周期
第 工作过程 2
节
快 滤 池
10
2.3 过滤方式-变水头等速过滤
第
2
随着过滤进行，滤层孔隙率
节
减少，水头损失增加，滤池
内水位自动上升，自由进流，
以保持过滤速度不变。
快
滤
-------虹吸滤池
池
无阀滤池
11
2.3 过滤方式-等水头等速过滤
第
通过设置出水流速调节器 ：普通快滤池
净水过滤原理
净水过滤原理
净水过滤器的工作原理是根据物理、化学或生物学的方法去除水中的杂质和污染物。
以下是几种常见的净水过滤原理：
1. 筛选：一些净水过滤器使用细小的孔径或筛网来过滤水中的固体颗粒，如泥沙、锈渣、悬浮物等。
2. 吸附：吸附型净水过滤器利用吸附剂吸附水中的溶解性有机物和部分无机物。
常用的吸附剂有活性碳、陶瓷等。
3. 阻拦：通过过滤介质的孔隙大小和电荷性质，阻止大颗粒、胶体物质和微生物等通过。
常见的过滤介质有陶瓷、纤维膜等。
4. 化学反应：某些净水过滤器使用催化剂或氧化剂，通过化学反应去除水中的污染物。
常见的反应包括氧化、还原、中和等。
5. 离子交换：通过离子交换树脂去除水中的硬度离子和一些金属离子。
树脂会将水中的钠离子置换为钙、镁离子等。
6. 生物处理：某些净水过滤器利用微生物降解有机物或吸附细菌等，从而达到净化水质的目的。
常见的生物处理包括活性污泥法、生物滤池等。
综合利用以上的原理，净水过滤器可以有效去除水中的颗粒杂质、有机物、重金属、细菌等污染物，提供清洁、安全的饮用水。
不同类型的净水过滤器可以根据水源的不同选择适合的过滤原理和过滤介质，以达到最佳的净水效果。
过滤设备简介
过滤设备简介过滤设备简介一. 过滤设备总体分为真空和加压两类，真空类常用的有转筒、圆盘、水平带式等，加压类常用的有压滤、压榨等。
二. 真空过滤机的基本原理真空过滤机是应用表面过滤机理，在真空负压(0.04-0.07MPa)的作用下，悬浮液中的液体透过过滤介质(滤布)被抽走，大于或者是相近于过滤介质孔隙大小的固体颗粒会首先以架桥的方式在介质表面形成了初始层，过滤介质孔隙比它的孔隙通道大，这样就截留了更小的颗粒，因此不断沉积的固体颗粒便逐渐在初始沉积层上形成具有一定厚度的滤饼。
广泛应用矿山选矿厂的铁精矿、铜铁矿、硫精矿和锌精矿等产品的过滤及化工、石油、冶金和造纸等多个行业的脱水与固液分离中。
主要分为转筒型过滤机（简称转鼓过滤机），水平圆盘过滤机（简称平盘过滤机），立式圆盘过滤机（简称立盘过滤机）和水平带式过滤机等。
又分为间歇式和连续式过滤两大类，其中常用的是连续式真空过滤机。
外滤面转鼓真空过滤机是一种在真空下操作的转鼓式连续过滤设备，能连续和自动操作，有效地进行过滤，洗涤，脱水，操作现场干净，易于检查和修理。
缺点是成本高，使用范围受热液体或挥发性液体的蒸汽压限制，沸点低或在操作温度下易挥发的物料不能过滤，难以处理含固量多和颗粒特性变化大的料浆，并且滤饼含湿量在 30% 左右，很少低于 10% ，主要用于化工，食品行业。
过滤面积大致分2㎡、5㎡、10㎡、20㎡、30㎡、45㎡、50㎡、55㎡、60㎡九个规格；按卸料分为刮刀式卸料，折带式卸料，辊子式卸料三种方式。
按材质分为碳钢、铸铁、衬胶、不锈钢四种材质。
工作原理通过一个连续转动的转鼓，和与转鼓相联的分配室，对转鼓过滤面上进行分区，当过滤面运转到其中某一区域（吸滤区）时，进行过滤操作。
当它转到另一区域（干燥区）时，对滤饼进行干燥。
再至其它区域（洗涤、干燥、卸料、滤布再生区）时。
可相应的对滤饼进行洗涤、二次干燥、并通过卸料装置对滤饼进行卸料。
如过滤悬浮液粘度大，需要对滤布进行洗涤，则在卸料后，通过安装在过滤机两侧的喷嘴对滤布进行洗涤，然后进入到下一个过滤循环。
有哪些因素会影响到过滤器过滤机理
有哪些因素会影响到过滤器过滤机理过滤器在进行过滤的过程中，其过滤机理与很多方面存在相互影响的关系，下面详细介绍过滤机理与影响因素：影响过滤器过滤的因素1、流体的特性过滤器过滤与流体的特性有关。
例如，流体的粘度和化学/离子成分，流体的粘度越大在同样的压力条件下流速越慢，流体与膜之间有较多接触，过滤效果较好;再如，流体和膜的混合/接触时间对过滤效果也有较大影响，混合/接触时间越长则过滤效果越好。
此外，需要注意的是，流体的特性只影响膜对流体的吸附截留效果而不影响颗粒大小的排除。
2、操作的关系过滤器过滤与实际操作条件有关，如颗粒的流速和过滤压力。
要想取得好的过滤效果，一般选择较低的流速，流速越低截留效果越好。
实践证明膜的结构移动对过滤是不利的，一旦膜的结构在过滤过程中发生了变化，则颗粒和纤维就能从深层过滤器析出，影响到过滤效果。
但是，速度/压差仅对吸附截留有重要影响，对大小排除影响相当小。
3、颗粒的类型颗粒类型与过滤器过滤效果也有很大关系，颗粒分为可变形颗粒和不可变形颗粒2种。
在一定的压力下，可变形颗粒会进入过滤膜内并导致更多的过滤网孔堵塞，从而影响到过滤效果，如凝胶的过滤。
然而，不可变颗粒过滤时则会在滤膜上形成一层类似饼状的物体。
4、过滤膜的类型过滤器过滤与过滤膜的类型有关，不同过滤膜的孔径和结构不同，有些膜的结构是刚性的，有些膜的结构是可移动的。
预过滤膜的额定孔径没有一个统一的国家标准，不同的制造商有自己的定义和方法，所以选择和更换商家时需引起高度注意，同样是0.22μm的预过滤膜，选用不同制造商的过滤效果会存在很大差别。
而除菌过滤的公共孔径是有法规定义的，各个商家执行的是同一个标准，在选择和更换时就相对要简单一些。
5、过滤的材质过滤器过滤效果与过滤的材质有关，过滤材质按与水的关系分为亲水性(水可浸润)和疏水性(水不可浸润)2种。
亲水性的过滤器主要应用在水或水/有机溶液混合的过滤和除菌过滤，如纤维素材料(再生纤维素、混合纤维素酯)、PVPP聚碳酸酯、PVDF改良聚偏二氟乙烯;疏水性过滤器是通过水被截流或“引导”进入滤膜，主要应用在溶剂、酸、碱和化学品过滤，罐/设备呼吸器，工艺用气，发酵进气/排气过滤，如PTFE聚四氟乙烯、PVDF聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯等。
水质工程学——第5章 过滤
单层滤料
双层滤料
石英砂
滤 层 深 度 (cm)
石英砂
2
在一个过滤周期内，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。
无煤烟
表面过滤(surface filtration) 被截留的颗粒物聚集在过滤介质表面时，称表面过滤。 粗滤、微滤和膜滤都属于表面过滤，利用孔隙的筛除作用。
滤后水质较差，而后绿层顶部几厘米厚，由原来的松散 砂粒，变成一个发粘的滤层（滤膜），具有微生物的净 化作用。
清洗：慢滤池的运行周期较长, 一般在几个月或一年
以上。当滤料堵塞需要清洗时, 可采用人工方法进行。 用铲将表层25 ~30mm 厚度的滤层铲出清洗。
设计参数：
慢滤池的滤料多采用粒径为0.3 ~1.0mm的石英砂或普通河沙。 慢滤池内的滤料层厚度一般在0.65 ~1.50m之间, 不得小0.65m。 为保证慢滤池正常工作, 滤层上面应保持一定的作用水头, 一般在 0.1~0.5m。 慢滤池的水力负荷一般为0.1 ~0.3m/h。
损失将较小。
5. 直接过滤
原水加药后不经过沉淀，而直接进入滤池的过滤。 接触过滤 原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤 微絮凝过滤 原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤
直接过滤的特点
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。 工艺简单，药剂用量少。
硫酸铝 原水 混合
聚合物 双层或三层滤料滤池 （a） 过滤出水
由于过滤情况很复杂，目前有不少计算公式，但与生产实际存在 差距。
通过实验Ht与t一般呈直线关系。（见图）
Hmax为水头损失增值为 最大时的过滤水头损失， 一般为1.5~2.0m。 T 为过滤周期。如果不出 现滤后水质恶化等情况，过滤 周期不仅决定于最大允许水头 损失、还与滤速有关。 设滤速 vˊ >v ，其清洁 砂 层水头损失为H0 ˊ 。一方面H0 ˊ> H0 ，同时单位时间内滤层 截留的杂质量较多，
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3.1过滤机理
（1）拦截（或称接触、钩住）效应
在纤维层内纤维错排列，形成无数网格。
当某一尺寸的微粒沿着气流流线刚好运动到纤维表面附近时，如果纤维表面的距离等于或小于微粒半径，运动中的粒子撞到障碍物时，粒子与障碍物表面间的引力使它粘在障碍物上，微粒就在纤维表面被拦截下来。
这种作用被称为拦截效应。
（2）惯性效应
大粒子在气流中作惯性运动。
气流遇障绕行，粒子因惯性偏离气流方向并撞到障碍物上。
粒子越大，惯性力越强，撞击障碍物的可能性越大，因此过滤效果越好。
（3）扩散效应
小粒子作无规则运动。
对无规则运动作数学处理时使用传质学中的“扩散”理论，所以有扩散原理一说。
粒子越小，无规则运动越剧烈，撞击障碍物的机会越多，因此过滤效果越好。
（4）重力效应
微粒通过纤维时，在重力作用下发生脱离流线的位移，也就是因为重力沉降而沉积在纤维上。
（5）静电效应
由于种种原因，纤维和微粒都可能带上电荷，产生吸引微粒的静电效应。
3.2过滤器的特性
（1）面速和滤速
面速是指过滤器断面上通过气流的速度，一般以m/s表示。
式中：Q--风量(m3/h)
F--过滤器截面积即迎风面积(㎡)
滤速是指滤料面积上通过气流的速度。
式中：Q--风量(m3/h)
F--滤料净面积(㎡)
高效和超高效过滤器的滤速一般为2～3cm/s，亚高效过滤器为5～7cm/s
（2）效率和透过率
当过滤器中的含尘浓度以计重浓度来表示，则效率为计重效率；以计数浓度来表示则为计数效率，以其他物理量作相对表示时，则为比色效率或浊度效率等。
最常用的方法是用过滤器进出口气流中的尘粒浓度表示的计数效率：
式中：N1、N2--过滤器进出口气流中的尘粒浓度
在过滤器的性能测试中往往用效率的反义词透过率来表示，习惯用K（%）表示透过率：
K=（1-η）×100
理论计算和实验证明：同类型过滤器串联，第一道以后的串联过滤器效率应该降低，因为经过一道过滤器后微粒的分布发生了变化，由于对不同微粒的过滤作用不同，从而引起后一道过滤器的总效率略有下降，但这个降低是极小的，第二道过滤器的透过率仅增加一倍，以后的过滤器变化更小了，所以串联过滤总效率可表示为：
η=1-（1-η1）（1-η2）…（1-ηn）
影响过滤器效率的三大因素：微粒尺寸、纤维直径和滤速
（3）阻力
过滤器的阻力由两部分组成，一是滤料的阻力，二是过滤器结构的阻力。
ΔP1=AV
ΔP2=Bun
ΔP=ΔP1+ΔP2
=CVm
以上式中：ΔP1--滤料阻力
ΔP2--过滤器结构阻力
V--滤速
u--面速
A、B、C、n、m--系数
以上公式表明，滤料阻力和滤速的一次方成正比，过滤器全阻力则和滤速成指数关系。
（4）容尘量
过滤器容尘量是和使用期限有直接关系的指标，通常将运行中过滤器的终阻力达到初阻力的一倍的数值时，或者效率下降到初始效率的85%以下时过滤器上沉积的灰尘重量，作为该过滤器的容尘量。
当风量为1000m3/h时无纺布过滤器的容尘量为300～400g，亚高效过滤器为160～200g，高效过滤器为400～500g。
同类过滤器尺寸不同，容尘量也不同。
（5）过滤器的使用寿命
以达到额定容尘量的时间作为过滤器的使用寿命，此时过滤即需更换。
计算公式为：
式中：T--过滤器使用寿命（d）
P--过滤器容尘量（g）
N1--过滤器前空气的含尘浓度（mg/m3）
Q--过滤器的风量（m3/h）
t--过滤器一天的工作时间（h）
η--计算过滤器的计重效率。