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水過濾濾料的作用
渾水經(jīng)石英砂過濾后就會變清一些,但水太渾就容易使砂層堵塞,這個概念是從生活經(jīng)驗中得來的.最早的濾池就是根據(jù)這樣的概念建立起來的.自然沉淀可能使水的渾濁度降到50度以下,把自然沉淀以后的原水通過濾池過濾,就可以防止濾池過早地堵塞.過濾后的水質(zhì)可以好到什么程度呢 通過不斷的實踐,發(fā)現(xiàn)不僅水質(zhì)渾濁度可以接近于0,而且能起很好地去除細菌,嗅味以及色度的作用.過濾可以改善水的感官性質(zhì),直接過濾可去除渾濁度90%,對除鐵錳也有一定效果,去除微生物效果則不佳,慢砂濾去除微生物效果則很好,大腸桿菌,病毒,病毒,阿米巴包囊,賈第鞭毛蟲包囊去除率均在99%以上.混凝沉淀后經(jīng)快砂濾,可以提高去除金屬效果,對去除農(nóng)藥滴滴涕,有機磷有較好效果,對去除大腸桿菌,病毒,阿米巴包囊均比直接過濾有較大提高.如直接過濾去除脊髓灰質(zhì)炎病毒僅1～50%,加明礬,沉淀過濾則去除率大于99.7%.
(一)凈水過濾原理
1.機械篩濾:篩濾能去除大于濾層孔隙的懸浮物,隨著過濾的進行,截留雜質(zhì)增多濾層孔隙愈來愈小,使微小的顆粒物和微生物也被截留下來.
2.沉淀:水中懸浮物由于重力作用,在過濾時沉積在濾料的表面上, 而小于濾層孔隙的懸浮物進入濾層時,也會在重力作用下脫離流線而沉淀在空隙中,濾層實際起到一個有巨大表面積多層的沉淀池作用.
3.吸附:由于水流通過孔隙,不斷與濾材發(fā)生碰撞,破壞了水中膠體保護層,懸浮物,膠體和溶解雜質(zhì)被濾材所吸附.產(chǎn)生吸附作用是包圍在濾料周圍的膠體物質(zhì)或是范德華力和靜電引力.
4.生物濾膜:被截留在濾料表面的微生物利用粘附在濾料表面和水中有機物為養(yǎng)料不斷繁殖,形成一薄層粘液生物膜(biomembrane).生物膜可以截留最細小的顆粒和微生物,分泌生活性酶,吸附和殺滅微生物,促進氨和亞硝酸鹽的氧化.
(二)凈水過濾濾料的種類
濾料是過濾水用的,且長期浸泡水中,因此其理化性質(zhì)必然對水質(zhì)產(chǎn)生影響,也就可能影響人體健康.因此,濾料應(yīng)合乎一定的衛(wèi)生要求,即本身無毒,亦不會與水中任何化學(xué)物質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生有毒物質(zhì),不會被微生物利用和分解;有良好機械強度,不易磨損破碎.
1.顆粒狀濾料:最常用的有石英砂,無煙煤,磁鐵礦,錳礦,木炭,活性炭.
近年發(fā)展的有陶粒,陶瓷料,石墨,聚苯乙烯發(fā)泡塑料珠等.就地取材還可利用
煤渣,蚌殼等.
2.纖維狀濾料:如石棉纖維,金屬纖維,聚丙烯纖維,纖維活性炭, 纖維離子交換樹脂,α纖維素,布,棉花,羊毛等.各種纖維可織成布或編成繩狀繞纏在支架或多孔園筒上,也可成團置于過濾器內(nèi)進行過濾.
3.多孔成型濾料:多孔成型濾料可用陶瓷,硅藻土,活性炭,金屬, 塑料等原料制成管狀或板狀.陶土濾器早在二次世界大戰(zhàn)中就曾應(yīng)用,可隔濾細菌,但因笨重,易碎,易堵塞,清洗困難,出水量小等缺點在軍隊已不再使用.近年研制有變孔燒結(jié)活性炭管,彈性變孔隙率過濾材料部分克服了這些缺點.
4.薄膜型濾料:有各種類型的微濾膜和超濾膜,微濾膜孔徑約在20～0.1μ,超濾膜孔徑約在0.1～0.01μ,主要用于去除微細懸浮顆料,細菌,病毒和膠體等.這種濾料由于孔徑很小,極易堵塞,因此水需先徑有效的預(yù)處理,一般只用于對凈化水要求較高的小量水處理.

(三)影響過濾的因素
影響過濾效果的因素很多,較重要的有:
1.濾料的粒徑與級配:濾料粒徑是指一個剛好能把濾料包圍在內(nèi)的假想球面直徑.濾料粒徑大,濾料間孔隙也大,篩濾,沉淀懸浮物作用就小,微小懸浮物易于穿過.濾料粒徑小,懸浮物多被篩濾阻于表層,使水流阻力增大,易于堵塞.因此,濾料的粒徑應(yīng)適宜,才能得到較好過濾效果. 濾料級配是指濾料中各種粒徑顆粒所占的重量比例.在集中式給水的過濾池只有具有適當(dāng)級配的濾料層,才能取得良好過濾效果.通常用有效粒徑(effective size)和不均勻系數(shù)(diversity factor)作為濾料級配的指標. 常用有效直徑d10,是指能通過濾料10%的篩孔孔徑.d10反映了濾料中小顆粒的大小.d80則表示通過濾料重量 80%的篩孔孔徑.d10與d80之比稱為不均勻系數(shù)k80(k80=d80/d10).k80反映濾料大小不均勻程度.k80愈大表示濾料中顆粒大小相差愈大.不同型式的濾池要求有效粒徑和不均勻系數(shù)亦不一樣.但非每種濾料都能滿足要求,因此應(yīng)將濾料進行篩分試驗.最簡的篩分方法是取規(guī)定最大和最小兩種粒徑相應(yīng)的篩子來篩分,截留于小孔篩上的濾料都合使用.
2.濾層厚度:濾料除有合適的粒徑和級配外,還必須有一定的厚度, 才能保證過水的水質(zhì).在過濾時,懸浮物或絮狀物開始在濾層表層積聚,以后逐漸向深處移動,懸浮物穿透的深度和濾料的粒徑,濾速及混凝效果有關(guān).粒度大,濾速快,混凝效果差的,其穿透深度就較大.因此,濾料粒徑大,需要濾層厚;濾料粒徑小,需要濾層薄.如快砂濾池一般穿透深度約為 40cm,加上保護層厚度約20～30cm,則濾層總厚度應(yīng)為 60～70cm.又如雙層濾池,在砂上加一層煤粒,煤粒孔隙較大,絮狀物可穿透得更深些,煤和砂的總厚度要求為80～100cm.
3.濾速:濾速對過濾的效果影響很大.濾速過快,懸浮物難以粘附,沉淀, 隨水流而出使過濾破壞.有效的濾速是由濾料大小,形狀,厚度,水質(zhì)條件及混凝效果而定的.慢砂濾砂粒粒徑小,原水未經(jīng)混凝處理故濾速較慢,只有 0.1～0.3m/h,否則很快堵塞.而快濾池濾料粒徑大,原水經(jīng)過混凝處理,濾速就可提高到8～12m/h. 

4.水的性質(zhì):水的性質(zhì)對過濾效果影響也很大,如水的渾濁度,色度,有機物, 藻類等.其中影響最大的是原水的濁度.原水濁度大時,濾過時間縮短,出水量減少.據(jù)試驗,單層濾料原水未經(jīng)混凝沉淀出水濁度將隨原水濁度升高而升高.水中藻類對過濾也有較大影響,小量藻類即可使濾層水頭損失增加,量大時很快將濾料孔隙堵塞.因此,對濾池進水濁度有一定要求,如快濾池進水一般應(yīng)小于20度. 除此外影響過濾的因素還有濾料形狀和孔隙度,過濾方式,投加混凝劑,助濾劑的劑量,方式等等.
(四)過濾方式:
過濾方法分為兩大類:即表面過濾,就是將懸浮物截留在濾料表面, 濾層過濾就是懸浮物能進入濾層深處并被截留.表面過濾如金屬篩網(wǎng),陶瓷過濾管,活性炭燒結(jié)管,石棉濾板,濾膜等.濾層過濾有慢濾池,快濾池,砂濾桶,壓力過濾器等.