工业废水的物理处理过滤.ppt
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1、工业废水的物理处理过滤现在学习的是第1页,共56页2.1 过滤概述n环工原理中过滤主要从原理方面,包括过滤方程、过滤速率、过滤常数等,以及恒压、恒速过滤。应用方面着重压滤机(介质是滤布)、加压叶滤机(介质是金属多孔板或金属网)。n工业废水处理中过滤着重介绍滤池,采用堆积介质,如石英砂、滤板、无烟煤及磁铁矿等。n过滤是分离悬浮物的最普遍、最有效的操作。与沉淀分离相比,过滤使悬浮液分离更迅速、更彻底,可以去除更小的颗粒。现在学习的是第2页,共56页n滤池在给水处理中放在沉淀池,可除去SS、降低浊度外,还可去除部分有机物、细菌及病毒,保证饮水安全。对于废水处理,滤池主要用于经混凝或生物处理后的低浓度
2、悬浮物的去除。工业废水处理的过滤设备可分为两类:一种是用于水处理,另一种是用于污泥处理。n用于水处理的过滤设备:根据过滤介质不同可分为粒状滤料与多孔材料两类。粒状滤料有石英砂、无烟煤、磁铁矿等。多孔材料有筛网、滤芯等。n用于污泥处理的过滤设备:压滤机。污泥的过滤主要以多孔材料如滤布为过滤介质,个别场合也用到较大的卵石等粒状滤料。现在学习的是第3页,共56页2.1.1 普通快滤池na.普通快滤池是以石英砂为滤料,采用下向流形式,基本构造见图4-1。现在学习的是第4页,共56页 b.工作过程:由过滤与反冲洗两部分组成。c.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)
3、或m/h。滤速是按整个滤池面积计算的水流速度,故滤速又称为空塔滤速(滤池负荷)。单层砂滤池一般为810m/h,双层滤料滤速1014m/h,多层为1820m/h。d.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。滤池的工作周期为1224h。e.过滤周期:从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。现在学习的是第5页,共56页2.1.2 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,见表4-1。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4-1 现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质适用的适用的进进水条
4、件水条件出水水出水水质质细细菌的去除效率菌的去除效率颗颗粒物去除效率粒物去除效率浊浊度度10NTU以下;以下;总总大大肠肠菌菌类类101000个个/100mL;藻藻类类不太多;不太多;10000人以下的人以下的给给水水处处理理小于小于1.0ntu总总大大肠肠菌菌类类1个个/100mL细细菌菌总总数数99%能去除逗号弧菌能去除逗号弧菌(Vibrio comma)2.77 m 99%712 m99.9%较较大大颗颗粒粒99%99.9%现在学习的是第6页,共56页2.1.3 以快滤池为基础发展的滤池n为了发挥滤料层截留杂质能力,出现了滤料粒么沿水流方向减小或不变的过滤层,如双层、多层及均质滤料池,上
5、向流滤池等。n为减少滤池水力损失,出现了无阀滤池、虹吸滤池、移动罩滤池及其他自动反冲洗滤池。n在冲洗方式上,由单纯的水冲洗发展到了气水反冲,以及气水多种组合形式的冲洗。现在学习的是第7页,共56页 2.2 过滤机理n单层砂滤(滤料粒径0.51.2mm,滤层厚0.7m)经反冲洗水力分级后,滤料粒径自上而下逐渐增大,孔隙增大。0.5mm滤料的孔隙尺寸为80m。n但实际应用中发现,即使进入滤池的颗粒径小于30m也可被大部分截留,这表明不是机械筛滤作用的结果,而是悬浮物与滤料颗粒之间粘附作用的结果。n环工原理讲述滤饼层过滤时,对该现象的解释是“架桥”。因此,压滤机的过滤作用主要是滤饼的作用而非滤布。现
6、在学习的是第8页,共56页2.2.1 截留机理n两阶段理论:由迁移与吸附组成。n吸附:属于物理化学作用,主要取决于滤料和水中颗粒表面的物理化学性质。这种物理化学作用包括范德华引力、静电引力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力的作用、絮凝颗粒间的架桥作用等。n迁移:是指被水流挟带的颗粒如何脱离水流流线而与滤料颗粒表面接近或接触。一般认为,包括五种物理力学作用,即:沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力,见图4-2。现在学习的是第9页,共56页n沉淀:颗粒沉速较大时,脱离流线而沉淀;n扩散:颗粒小,布朗运动剧烈,易扩散到滤料表面;n惯性:颗粒由于惯性作用而脱离流线;n阻截:大尺寸颗粒被滤料拦截;n水动力
7、作用:是由于上、下层滤料存在粒径差,因此,水流也存在速度梯度,这种作用会使非球体颗粒产生转动,从而脱离流线,与滤料接触。现在学习的是第10页,共56页2.2.3 .3 滤层杂质分布规律滤层杂质分布规律n图示:过滤结束时,单层下向流滤池、双层滤料池中滤料含污量(单位体积滤层中所含杂质的质量)。n由图可以看出,下层滤料截留作用很小,从而造成整个滤池的含污能力小。现在学习的是第11页,共56页n理想的滤层应该是:理想的滤层应该是:沿过滤的水流方向,滤料的粒径是从大到小递减的。它有利于:进入滤池的水先接触到的那部分滤层能够比后接触到的那部分滤层多容纳悬浮固体;孔隙较大的部分滤料在容纳较多的悬浮固体后,
8、仍然保留了一定的孔隙大小,允许水中的悬浮颗粒进入滤层的内部,从而在过滤的水头损失达到最大允许值的时候,整个滤层的截留悬浮固体的能力都得到充分利用。n为了改变滤层中杂质严重分布不均匀现象,人们开始探索新型滤料滤池。n多层滤料滤池接近理想滤料滤池,最常见的多层滤料滤池有双层和三层滤料滤池。n双层滤料滤池:上层用密度小、粒径大的轻质滤料(如无烟煤)、下层用密度大、粒径小的重质滤料(如石英砂),这样,经水冲洗后,轻质料仍在上部。含污能力较单层滤料约高1倍以下。在相同的滤速下,过滤周期增长;在相同的过滤周期下,滤速可提高。现在学习的是第12页,共56页 n三层滤料滤池:是在无烟煤层和石英砂层的下面,加设
9、一层比密度比石英砂大,粒度比石英砂小的重质滤料(如石榴石、磁铁矿)构成的。n在多层滤料池中,滤料经反冲洗后,各层滤料会有一定程度的混杂,但各层主体仍不变,并非完全混合在一起。针对多层滤料池中的混层现象,有不同的观点:n一种观点认为:煤-砂交界面上适度的混层,可避免交界面上积聚过多杂质而使水头损失增长较快,故适度混杂是有益的。n另一种认为:煤-砂交界面上不应有混杂现象。因为煤层起截留大量杂质作用,砂层则起精过滤作用,而界面分层清晰,起始水头损失将较小。现在学习的是第13页,共56页 n上向流滤池:进水和冲洗水都从下部向上。其截污能力有所增强,但存在一些缺点:n需防止气泡进入滤层而引起气阻,因此需
10、加入气体分离设施,如排气阀;n由于污染物被截留在下部,滤池不易冲洗;n水流从下向上流动,能耗较大。n均质滤料过滤:“均质”并非指粒径完全相同,只是在深度方向上滤料的组成和平均粒径判别小、比较均匀。要实现均质滤料过滤,反冲洗时滤料层不能膨胀,所以,多采用气水反冲洗。目前在实际生产中已经实现,如V型滤池。现在学习的是第14页,共56页 现在学习的是第15页,共56页2.2.2 过滤过程中的的水头损失n过滤时滤池的总水头损失为:n (4-3)nH1进水管(渠)与附件的水头损失;nH2滤料层的水头损失;nH3承托层与配水系统的水头损失;nH4出水管(渠)与附件的水头损失。现在学习的是第16页,共56页
11、 2.2.3 过滤方式n(1 1)恒速过滤)恒速过滤n最常见的恒速过滤如图4-7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。n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池。现在学习的是第17页,共56页 总水头损失不变,滤速逐渐减小,称为“等水头变速过滤”。这种情况一般在普通快滤池中不可能实现,因为很难在实现水流进、出平衡的同时又实现滤池水位恒定。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”。与
12、等速过滤相比,减速滤池出水水质一般较好,同时在过滤周期内的水头损失也较小。(2 2)减速过滤)减速过滤现在学习的是第18页,共56页四个滤池组成一个滤池组,假设:进入滤池组的总流量不变;每个池子的性能完全相同;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4-9所示。现在学习的是第19页,共56页2.3 滤料与承托层2.3.1 滤料n1 1、滤料要求、滤料要求n(1)足够的机械强度,防止冲洗时磨损与破碎n(2)足够的化学稳定性,耐腐蚀、防止化学反应、产生有害物n(3)能就地取材、价廉n(4)一定的粒径及孔隙率。外形接近于球状,表面比较粗糙而有棱角。n常见滤料:石英砂、无烟煤、石
13、榴石、钛铁矿、磁铁矿、金钢石,以及合成轻质料如聚氯乙烯、聚苯乙烯纤维球等。现在学习的是第20页,共56页2 2、滤料性能参数滤料性能参数n(1)比表面积:粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积的滤料所具有的表面积,单位为cm2/g或cm2/cm3。n(2)粒径级配:即各种粒径颗粒所占的重量比例。n粒径级配可以用滤料的有效粒径d10与不均匀系数k80 表示,关系如下:n (4-4)80%滤料通过的筛孔孔径,反映粗粒尺寸10%滤料通过的筛孔孔径,反映细粒尺寸现在学习的是第21页,共56页nK801,滤料均匀;K80愈大,则粒么相差大,不均匀,对过滤和冲洗不利。n过滤时,含污能力减小;n反冲洗时
14、,如满足粗粒膨胀要求,则可能导致细粒被反冲洗水冲出滤池;如满足细粒要求,粗粒会清洗不净。n除K80外,生产上常利用K60来表示。n(3)最大粒径dmax、最小粒径dmin和K80控制法n我国规范中使用的粒径级配法n常用的数据见表4-2。现在学习的是第22页,共56页 表4-2 滤料级配与滤速类别滤料组成滤速(m/h)强制滤速(m/h)粒径(mm)不均匀系数K80厚度(mm)单层石英砂滤料dmax=1.2dmin=0.52.0700101014双层滤料无烟煤dmax=1.8dmin=0.82.030040010141418石英砂dmax=1.2dmin=0.52.0400三层滤料无烟煤dmax=
15、1.6dmin=0.81.745018202025石英砂dmax=0.8dmin=0.51.5230重质矿石dmax=0.5dmin=0.251.54d1.54)颗粒约筛除)颗粒约筛除13.0%13.0%,小粒径,小粒径(d0.44d0.44)颗粒约筛除)颗粒约筛除19.0%19.0%。筛分求得筛分求得d80d80 筛分求得筛分求得d10d10 设计要求设计要求d10d10 根据设计要求的根据设计要求的K80K80求求d80d80需去除需去除需去除需去除现在学习的是第28页,共56页 n(3)同一粒径砂n上述筛选法对生产而言可满足要求,但对研究工作而言存在一定缺点:n筛孔尺寸未必精确;n未反映
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