一文精通混凝-澄清-过滤 非常实用的内部资料

3.滤料的种类

可以作为滤料的材料很多，但是它们必须是满足下列要求的固体颗粒：

a 有足够的机械强度，以减轻在运行和冲洗过程中因摩擦而磨损、破碎的程度。

b 具有足够的化学稳定性，在过滤过程中极少的发生溶解现象。

c 外形接近于球状，表面粗糙而有棱角。

d 价格便宜。

满足上述要求可用作滤料的有：天然砂、人工破碎的石英砂、无烟煤、磁铁矿砂、石榴石、大理石、白云石、花岗石等，其中石英砂、无烟煤和磁铁矿砂较为常用。

4.过滤的工作过程

过滤运行呈循环状态，是由反洗→正洗→过滤组成的周而复始的过程。当颗粒状滤料工作到滤层中截留有较多量泥渣时，为了恢复其过滤能力，需要将滤层进行反冲洗，如果冲洗不当，会使滤池的水头损失加快、过滤周期缩短。

正洗是在反冲操作之后，将按水的过滤方向通水，将不合格的出水排走。待正洗完成后，即可重新投入运行。

(1)滤池的反冲洗

a.反冲洗周期

滤池的反洗周期与过滤速度、滤层厚度、滤料粒径、进水品质、要求的出水品质等因素有关。在运行中一般以下列指标来决定反冲洗频率。

滤池的水头损失达到预定的极限值;

滤池的出水浊度达到预定的极限值;

滤池的运行时间达到一定值。这种定时冲洗方法一般只使用于进水品质较稳定、滤池、滤速稳定或定水头降速过滤的场合;

当滤池出水量达到一定值时。

这种定量冲洗方法一般只适用进水品质较稳定的场合;按照最优设计的滤池，运行时的水头损失和出水浊度应该几乎同时达到极限值，但一般设计大多是水头损失先达到，因此以水头损失决定冲洗频率的较多。

b.滤池的反洗强度

过滤设备反洗时，利用水的动力使滤层松动，滤料间高速水流产生的剪切力使滤料颗粒相互碰撞、摩擦，将粘在滤料颗粒表面的泥渣剥离下来。

为了保证良好的反洗效果，滤料的膨胀度和冲洗强度应保持适当，冲洗强度过小时，下部滤层浮不起来;冲洗强度过大时，滤料之间碰撞机率减小，细小滤料也易流失。一般来讲，石英砂的反洗强度为15～18L/(m2˙s)，无烟煤的反洗强度为10～12L/(m2˙s)，反洗膨胀率为50%，反洗时间为5～10min。

c.冲洗方法

滤池的冲洗方法主要包括水冲洗、辅以空气擦洗的水冲洗、带表面冲洗的水冲洗。

水冲洗

冲洗水从滤池底部通过滤层使滤层流化，凭借水力冲刷作用和滤料的相互摩擦使吸附在滤料上的杂质脱落，随冲洗水带出。这种冲洗方式必须要有一定的冲洗流速，使滤层的膨胀率至少达到15%，最佳膨胀率为45%左右。

辅以空气擦洗的水冲洗

冲洗滤池时，将压缩空气从滤池底部进入，借助空气的搅动将滤料层冲成流化状态，这样可提高冲洗频率，减少冲洗水量，缩短冲洗时间。

带表面冲洗的水冲洗

这是一种利用高速水流对表层滤料进行强烈搅拌来提高冲洗效果的冲洗方式。在下列情况下一般可采用表面冲洗:

多层滤料滤池和截污能力强、杂质穿透深，只用水冲洗不易冲洗干净时;

水源受有机物污染，滤层结块或形成纵向沟道，滤池不能正常工作时;

采用高分子物质作为助凝剂、助滤剂时;

为提高滤池工作效率、延长过滤周期、减少冲洗水量时也可采用表面辅助冲洗。

(2)过滤运行

过滤效果通常由两个方面来评价：一是进水水质，也就是水中残留悬浮物的多少;二是滤层的截污能力。

滤层的截污能力又称泥渣容量，是指每1m3滤料所能除去泥渣的质量，它与下列因素有关：

滤料粒径

滤料粒径大，形成的滤孔通道体积大，截污能力也大。同时滤料粒径大，悬浮物也易于渗透到滤层深处，使截污能力相应增大。如果滤料粒径过大，水中的悬浮物颗粒易产生穿透，从而影响出水浊度。

处理方式

过滤水中的杂质随处理方式不同，其被截留的能力也不同。据测试，当滤料粒径为0.5~1.0mm时，未经处理的水，其截污能力为0.5~1.0kg/m3;经石灰处理的水，其截污能力为1.5~2.0  kg/m3;对于混凝处理的水为2.5~3.0 kg/m3。

滤速

滤池的滤速不宜过快或过慢。滤速过慢则单位过滤面积出水量小，为了达到一定的制水量则必须增大过滤面积，这不仅需要增加投资，而且会使设备过多而系统复杂;滤速太快会使出水质量下降，运行时水头阻力增加过快，过滤周期变短。一般最大滤速与滤料的粒径、出水中允许悬浮物含量、混凝处理方式等有关。滤料粒径小，出水允许悬浮物含量小，则允许的滤速就小。在过滤经过混凝和澄清处理后的水时其滤速可设定为10~12m/h。

(3)滤料级配

a.单层滤料

单层滤料经反洗后，由于水力筛分的作用，滤层颗粒成“上小下大”排列。上层砂最细，吸附表面积也最大。

当水自上而下进入滤层时，水中部分悬浮物由于吸附和机械阻留作用，被滤层表面截留下来，此时悬浮物之间会发生彼此重复和架桥等作用。所以运行一段时间后，会在滤层表面形成一层由悬浮物构成的“滤膜”，在以后的过滤作用中，这层滤膜起了主要的过滤作用，也就是通常所说的“薄膜过滤”。

生产实践表明：“薄膜过滤”的设备运行周期短，制水量少。由于过滤仅在表面滤层进行，下面大量的床层滤砂并未发生吸附和截留作用，因而经济性也差。但是单层滤料级配简单，滤料可以采用无烟煤，也可以采用石英砂，铺筑简单，检修维护容易，反洗强度也好掌握。

b.双层滤料

双层滤料的出现是为了使过滤作用在较深的床层中进行，提高过滤速度和截污能力，延长工作周期。目前使用的双层滤料，一般都是由无烟煤和石英砂组成。

无烟煤的密度为1.5~1.8g/cm3,石英砂的密度为2.65  g/cm3。由于无烟煤比石英砂轻，所以它的滤料粒径可以选得比石英砂大些，形成“上大下小”的级配。

因而当反洗时，颗粒较大而密度较小的无烟煤在上层，颗粒较小而密度大的石英砂在下层，两种砂层基本不混层，双层滤料与单层滤料相比，由于过滤时，水中大部分杂质被截留在煤层及煤砂交界处，因而截污能力约增加1倍以上。在相同的滤速下，工作周期增长，出水量约增加0.5~1倍。因此，滤速可以提高，水头损失增加也比较缓慢。

c.三层滤料

三层滤料的原理和结构与双滤料相似。在三层滤料过滤器中，大粒径、小密度的滤料在上层;中粒径、中密度的滤料在中间;小粒径、大密度的滤料在下部。

滤层的三种滤料平均粒径由上而下逐渐变小，形成一个“上大下小”的滤层，使滤层的截污能力可以得到充分的发挥。目前三层滤料大都采用轻质滤料(无烟煤或焦炭)、石英砂、重质滤料(通常为磁铁矿)组成。

而在三层滤料中，由于滤料分为三层，上层可以采用较大颗径的滤料以发挥其“接触混凝过滤”的作用，提高截留量，下层则可以采用较小颗径的滤料以除去水中细小的悬浮物，保证出水浊度。