混凝澄清處理

投加化學藥劑(混凝劑)使得膠體分散體系脫穩(wěn)和凝聚的過程稱為化學混凝。在混凝過程中，含有微小懸浮微粒和膠體雜質被聚集成較大的固體顆粒，使顆粒性的雜質與水分離的過程，稱為混凝澄清處理。

1.混凝澄清處理的機理

(1)膠體的穩(wěn)定性和ξ電位

膠體在水溶液中能持久地保持其懸浮的分散狀態(tài)的特性叫做穩(wěn)定性。水中的膠體物質的自然沉降速度十分緩慢，不易沉降的原因是由于同類膠體帶有相同的電荷(天然水和廢水中膠體帶負電)，彼此之間存在著電性斥力，使之不能聚合，保持其原有顆粒的分散狀態(tài)。

膠體顆粒保持其穩(wěn)定性的另一個原因是，表面有一層水分子緊緊地包圍著，稱為水化層，它阻礙了膠體顆粒間的接觸，使得膠體顆粒在熱運動時不能彼此碰撞而粘合，從而使其顆粒保持懸浮狀態(tài)。

使膠體失去穩(wěn)定性的過程就稱為脫穩(wěn)。膠體所帶的電荷影響膠體的凝聚。當膠體顆粒和流體之間呈相對運動時，剪切面(滑動面)上的電位，稱之為ζ電位。

若ζ電位愈大，則膠體就愈穩(wěn)定;若ζ電位等于零，膠體不帶電荷，這時膠體極不穩(wěn)定，易于彼此聚合成大塊而沉降。

水中的膠體物質的自然沉降速度十分緩慢，不易沉降的原因是由于同類膠體帶有相同的電荷(天然水和廢水中膠體帶負電)，彼此之間存在著電性斥力。另外，膠體表面總是有一層水分子包圍著，它妨礙了膠體顆粒之間的接觸粘合。溶液主體與雙電層滑動界面的電位差稱為ξ電位。

(2)膠體的脫穩(wěn)、凝聚和絮凝

改變膠體顆粒的某些特性，使之失去穩(wěn)定性稱之為膠體的脫穩(wěn)。在布朗運動的作用下，相互凝聚成細小絮凝物的反應過程稱為凝聚。

細小絮凝物在范德華引力的作用下或在絮凝劑的吸附架橋作用下，相互粘合成較大絮狀物的過程稱為絮凝。

向水中投加混凝劑后，經過混合、凝聚、絮凝等綜合作用，可使膠體顆粒和其它微小顆粒聚合成較大的絮狀物。細小絮凝物在速度梯度??的作用下或在絮凝劑的吸附架橋作用下，相互粘合成較大絮狀物的過程稱為絮凝。

凝聚和絮凝的全過程稱為混凝。

a.膠體的脫穩(wěn)凝聚

向水中投加電解質，可起到壓縮雙電層使膠體脫穩(wěn)的作用。其主要機理是向水中加入鋁鹽或鐵鹽混凝劑后，水中膠體顆粒的雙電層被壓縮或電性中和而失去穩(wěn)定性。

將混凝劑與原水快速均勻混合并產生一系列化學反應而脫穩(wěn)，這一過程所需時間很短，一般在1min左右。一些陽離子型的高分子聚合物也能對水中膠體起到脫穩(wěn)凝聚作用，這類高分子聚合物在水中呈長鏈結構，帶有正電荷，它們對水中膠體的脫穩(wěn)凝聚是由于范德華力吸附和靜電引力共同作用的。

b.絮凝和絮凝物(礬花)的形成

水中膠體經脫穩(wěn)凝聚形成的初始絮凝物的粒徑一般在1μm以上，這時布朗運動已不能推動它們碰撞而形成更大的顆粒。為了使初始絮凝物互相碰撞而粘合成大顆粒的絮凝體，需要另外向水中輸入能量，產生速度梯度。

有時需向水中加入有機高分子絮凝劑，利用絮凝劑長鏈分子的吸附架橋作用提高碰撞產生粘合的幾率。絮凝效率通常隨絮凝物濃度和絮凝時間的增加而提高。

2.常用的混凝藥劑簡介

為了提高混凝處理的效果，必須選用性能良好的藥劑，創(chuàng)造適宜的化學和水力學條件。常用的混凝劑主要分為鋁鹽和鐵鹽兩類，鋁鹽中以硫酸鋁和聚合鋁為主，鐵鹽中以三氯化鐵和聚合硫酸鐵居多。

鐵鹽與鋁鹽相比，鐵鹽生成的絮凝物密度大，沉降速度快， pH適應范圍寬;混凝效果受溫度的影響比鋁鹽小;但投加鐵鹽時要注意，設備運行不正常時，帶出的鐵離子會使出水帶色，并可能污染后續(xù)水處理除鹽設備，如陰離子交換樹脂。(常用混凝劑名稱及性質見表1-1)。

表1-1 常用混凝劑名稱及性質

當由于原水水質等方面的問題，單獨采用混凝劑不能取得良好的效果時，需要投加一些輔助藥劑來提高混凝處理效果，這種輔助藥劑稱為助凝劑。助凝劑分無機類和有機類。

在無機類的助凝劑中，有的用來調整混凝過程中的pH值，有的用來增加絮凝物的密度和牢固性。

典型的無機助凝劑有氧化鈣、水玻璃、膨潤土;有機類的助凝劑大都是水溶性的聚合物，分子程呈鏈狀或樹枝狀，其主要作用有：

①離子性作用，即利用離子性基團進行電性中和，起絮凝作用;

②利用高分子聚合物的鏈狀結構，借助吸附架橋起凝聚作用。典型的有機助凝劑有聚甲基丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺(PAM)等。

3.混凝澄清處理的主要影響因素

因為混凝處理的目的是除去水中的懸浮物，同時使水中膠體、硅化合物及有機物的含量有所降低，所以通常以出水的濁度來評價混凝處理的效果。

因為混凝澄清處理包括了藥劑與水的混合，混凝劑的水解、羥基橋聯(lián)、吸附、電性中和、架橋、凝聚及絮凝物的沉降分離等一系列過程，因此混凝處理的效果受到許多因素的影響，其中影響較大的有水溫、pH值、堿度、混凝劑劑量、接觸介質和水的濁度等。

(1)水溫

水溫對混凝處理效果有明顯影響。因高價金屬鹽類的混凝劑，其水解反應是吸熱反應，水溫低時，混凝劑水解比較困難，不利于膠體的脫穩(wěn)，所形成的絮凝物結構疏松，含水量多，顆粒細小。另外水溫低時，水的黏度大，水流剪切力大，絮凝物不易長大，沉降速度慢。

在電廠水處理中，為了提高混凝處理效果，常常采用生水加熱器對來水進行加熱，也可增加投藥量來改善混凝處理效果。采用鋁鹽混凝劑時，水溫20～30℃比較適宜。相比之下，鐵鹽混凝劑受溫度的影響較小，針對低溫水處理效果較好。

(2)水的pH值和堿度

混凝劑的水解過程是一個不斷放出H+離子的過程，會改變水的pH值和堿度。反過來，原水的pH值和堿度直接影響到混凝劑不同形態(tài)的水解中間產物，從而影響絮凝反應的效果。各種混凝劑都有一定的pH適應范圍，見表1-1。

盡管水的pH值和堿度對混凝效果影響較大，但在天然水體的混凝處理中，卻很少有投加堿性或酸性藥劑調節(jié)pH值。這主要是因為大多數(shù)天然水體都接近于中性，投加酸、堿性物質會給后續(xù)處理增加負擔。

(3)接觸介質

在在進行混凝處理或混凝+石灰沉淀處理時，如果在水中保持一定數(shù)量的泥渣層，可明顯提高混凝處理的效果。

在這里泥渣起接觸介質的作用，即在其表面上起著吸附、催化以及泥渣顆粒作為結晶核心等作用。

進行混凝處理或混凝+石灰沉淀處理時，如果在水中保持一定數(shù)量的泥渣層，可明顯提高混凝處理的效果。泥渣層就是混凝澄清處理過程中生成的絮凝物，它可提供巨大的表面積，通過吸附、催化及結晶核心??等作用，提高混凝處理的效果。

(4)水的濁度

原水濁度小于50FTU時，濁度越低越難處理。當原水濁度小于20FTU時，為了保證混凝效果，通常采用加入粘土增濁、泥渣循環(huán)、加入絮凝劑助凝等方法;當原水濁度過高(如大于3000FTU)，則因為需要頻繁排渣而影響澄清池的出力和穩(wěn)定性。我國所用地表水大多屬于中低濁度水，少數(shù)高濁度原水經預沉淀后亦屬于中等濁度水。

(5)混凝劑劑量

混凝劑劑量是影響混凝效果的重要因素。當加藥量不足，尚未起到使膠體脫穩(wěn)、凝聚的作用，出水濁度較高;當加藥量過大，會生成大量難溶的氫氧化物絮狀沉淀，通過吸附、網捕等作用，會使出水濁度大大降低，但經濟性不好。對于不同的原水水質，需通過燒杯試驗確定最佳混凝劑劑量。

4.混凝試驗

混凝過程是一個比較復雜的物理化學過程，影響混凝效果的因素很多。對某一具體水質或水處理工藝流程，通常根據(jù)混凝劑的特性及具體情況，先決定采用哪一種混凝劑，然后通過模擬試驗來確定最優(yōu)混凝條件。

模擬試驗的內容一般只需確定最優(yōu)加藥量和pH值。在電廠補給水預處理中，往往用出水殘留濁度和有機物的去除率判斷混凝效果。

混凝試驗的設備主要采用定時變速攪拌機，攪拌機設4～6組葉片，確定最優(yōu)加藥量的方法如下：

(1)測定原水的濁度、pH值、溫度。

(2)在每一個1000mL的燒杯中，分別加入代表性水樣1000mL，將攪拌機的葉片放入燒杯中。

(3)在各個燒杯中，同時加入不同的混凝劑量：開動攪拌機，待旋轉速度160r/min穩(wěn)定后，轉動加藥柄，同時向各燒杯注入混凝劑溶液，攪拌混合1min后，攪拌機轉速降至40r/min，持續(xù)5 min后停止。

(4)在攪拌過程中，注意觀察各個燒杯產生絮凝物(礬花)的時間、大小及密疏程度。

(5)攪拌結束后，輕輕提起攪拌機葉片，使水樣靜止10min，觀察礬花沉降情況。

(6)取沉淀后的上層清液，測定各水樣的殘留濁度、有機物等項目，計算去除率，通過分析確定最優(yōu)加藥量。

在實際工業(yè)設備投運時，還需根據(jù)出水水質對最優(yōu)加藥量進行調整，同時確定其他最優(yōu)混凝條件，如污泥沉降比、水力負荷變化速率、最優(yōu)設備出力等。

常用混凝澄清設備概述

1.混合設備

混合設備的作用是，使藥劑迅速、均勻地分散到水流中，并形成的帶電粒子并與原水中的膠體顆粒及其它懸浮顆粒充分接觸，形成許多微小的絮凝物(又稱小礬花)。

為了增加顆粒間的碰撞，通常要求水處于湍流狀態(tài)，并在2min以內形成絮凝物。為使水流產生湍流可利用水力或機械設備來完成?；旌显O備的作用是讓藥劑迅速、均勻地擴散到水流中，使之形成的帶電粒子并與原水中的膠體顆粒及其它懸浮顆粒充分接觸，形成許多微小的絮凝物(又稱小礬花)。

為了增加顆粒間的碰撞，通常要求水處于湍流狀態(tài)，并在2min以內形成絮凝物。為使水流產生湍流可利用水力或機械設備來完成。采用水力混合設備時，通常使用產生的水頭????控制攪拌強度，一般為0.4～1.0m。采用機械設備時，是按輸入水流中的功率控制攪拌強度，一般按速度梯度為700～1000s-1(單位)計算確定。

混合設備種類很多，分管道混合，水泵混合，水力混合和機械混合等，其中管道混合，水泵混合常用于直流凝聚。

直流凝聚是在過濾設備之前投加混凝劑，原水和混凝劑經混合設備充分混合后直接進入過濾設備，經過濾層的接觸混凝作用就能較徹底地去除懸浮物。直流凝聚處理通常用于低濁水的處理。

(1)管道式混合

管道式混合是將配制好的藥液直接加到混凝沉降設備或絮凝池的管道中。因為它具有不需另設混合設備和布置簡單等優(yōu)點，所以應用較多。

為使藥劑能與水迅速混合，加藥管應伸入水管中部，伸入距離一般為水管直徑的1/3～1/4。另外，為了混合均勻，通常規(guī)定管道式混合投藥點至水管末端出口的距離不小于50倍的水管直徑，而且管道內的水速宜維持在1.5～2.0m/s，加藥后水在沿途水頭損失不應小于0.3～0.4m，否則應在管道上裝設節(jié)流孔板。

(2)水泵式混合

水泵式混合是一種機械混合，它是將藥劑加至水泵吸水管中或吸水喇叭口處，利用水泵葉輪高速旋轉產生的局部渦流，使水和藥劑快速混合，它不僅混合效果好，而且不需另外的機械設備，也是目前經常采用的一種混合方式。

管道式混合與水泵式混合都常用于靠近沉降澄清設備的場合，如果距離太長，容易在管道內形成絮凝物，導致在管道內沉積而堵塞管路。

(3)渦流式混合

渦流式混合主要原理是將藥劑加至水流的漩渦區(qū)，利用激烈旋轉的水流達到藥劑與水的均勻快速混合。

水力式混合

水力式混合形式很多，在早期的水處理中曾采用過水躍(不容易懂)合和跌水混合，它們都是將藥劑加至水流的漩渦區(qū)，利用激烈旋轉的水流達到快速混合。

近些年來，人們研究了各種型式的“靜態(tài)混合器”，并得到廣泛的應用。這種混合裝置呈管狀，接在進水的管路上。

管內按設計要求裝設若干個固定混合單元，每一個單元由2～3塊擋板按一定角度交叉組合而成，形式多種多樣，圖1-2給出了一種單元的示意結構。當水流通過這些混合單元時被多次分割和轉向，達到快速混合的目的。它有結構簡單、安裝方便等優(yōu)點。

(4)機械混合

機械混合是利用電動機驅動螺旋器或漿板進行強烈混合，通常在10s～30s以內完成。一般認為螺旋器的效果比漿板好，因為漿板容易使整個水流隨漿板一起轉動，混和效果較差。

2.泥渣循環(huán)型澄清池

(1)機械攪拌澄清池

機械攪拌澄清池是一種泥渣循環(huán)型澄清池，池體由第一反應室、第二反應室和分離室三部分組成，見圖1-3。

這種澄清池的工作特點是利用機械攪拌葉輪的提升作用來完成泥渣的回流和接觸絮凝。

原水由進水管進入環(huán)形三角配水槽內混合均勻，然后由槽底配水孔流入第一反應室，在此與分離室回流泥渣混合，混合后的水再經葉輪提升至第二反應室繼續(xù)反應以形成較大的絮粒，第二反應室設有導流板，以消除因葉輪提升作用所造成的水流旋轉，使水流平穩(wěn)地經導流室流入分離室沉降分離，分離區(qū)的上部為清水區(qū)，清水向上流入集水槽和出水管。

分離室的下部為懸浮泥渣層，少部分排入泥渣濃縮器，濃縮至一定濃度后排出池外?；炷齽┮话慵釉谶M水管中，絮凝劑加在第一反應室。

1—進水管;2—環(huán)形進水槽; 3—第一反應室; 4—第二反應室; 5—導流室; 6—分離室;

7—集水槽;8—泥渣濃縮室;9—加藥管;10—攪拌葉輪; 11—導流板;12—傘形板

(2)水力循環(huán)澄清池

水力循環(huán)澄清池也是一種泥渣循環(huán)型澄清池，其基本原理和結構與機械攪拌澄清池相似，只是泥渣循環(huán)的動力不是采用專用的攪拌機，而是靠進水本身的動能，所以它的池內沒有轉動部件。

由于它結構簡單，運行管理方便、成本低，適宜處理水量為50～400m3/h，進水懸浮物含量小于2000mg/L，高度上很適宜與無閥濾池相配套，因此在火電廠水處理中應用較多。

水力循環(huán)加速澄清池主要由進水混合室(噴嘴、喉管)、第一反應室、第二反應室、分離室、排泥系統(tǒng)、出水系統(tǒng)等部分組成，見圖1-4。原水由池底進入，經噴嘴高速噴入喉管內，此時在喉管下部喇叭口處造成一個負壓區(qū)，高速水流將數(shù)倍于進水量的泥渣吸入混合室。

水、混凝劑和回流的泥渣在混合室和喉管內快速、充分混合與反應?；旌虾蟮乃牧鞒膛c機械加速澄清池相似，即由第一反應室→第二反應室→分離室→集水系統(tǒng)。從分離室沉下來的泥渣大部分回流再循環(huán)，少部分泥渣進入泥渣濃縮室濃縮后排出池外。

噴嘴是水力循環(huán)澄清池的關鍵部件，它關系到泥渣回流量的大小。泥渣回流量除與原水濁度、泥渣濃度有關外，還與進水壓力、噴嘴內水的流速、喉管的管徑等因素有關。運行中可調節(jié)噴嘴與喉管下部喇叭口的間距來調整回流量。調節(jié)的方法為：①利用池頂?shù)纳禉C構使喉管和第一反應室一起上升或下降，②在檢修期間更換噴嘴。

1—混合室;2—噴嘴; 3—喉管; 4—第一反應室; 5—第二反應室; 6—分離室;

7—環(huán)形集水槽;8—穿孔集水管;9—污泥斗;10—傘形罩; 11—進水管;12—排泥管

(3)澄清池的運行管理

a.運行前的準備工作

檢查池內設備的空池運行情況。

進行原水的燒杯試驗，取得最佳混凝劑和最佳投藥量。

b.啟動運行

盡快達到所需泥渣濃度：使進水量為設計出水量的1/2～2/3，適當加大投藥量(約正常計量的1～2倍)，減小第一反應室的提升水量。

在泥渣形成過程中，逐步提高泥渣回流量。

在形成泥渣過程中，應定期取樣測定池內各部位的泥渣沉降比，若第一反應室和池底部泥渣沉降比逐步提高(此句不通!)，則表明泥渣層在2～3h后即可形成，可逐步減少加藥量。若發(fā)現(xiàn)泥渣比較松散、絮凝體較小或原水水溫和濁度較低，可適當向池內投加粘土促使泥渣層盡快形成。

當泥渣層形成后，出水濁度應達到設計要求：將加藥量減至正常值，然后逐漸加大進水量，每次增加水量不超過額定水量的20%，間隔不得低于1h。

當泥渣面達到規(guī)定高度時，應進行排泥，使泥渣層高度穩(wěn)定。為使泥渣保持最佳活性，一般控制第二反應室泥渣沉降比在5min內控制10%～20%。

c.正常運行

澄清池應保持穩(wěn)定的加藥量和合格的出水質量，應每隔2～4h記錄一次進水流量、壓力，測定一次進、出水濁度，pH值及各部位泥渣沉降比。

澄清池的負荷應穩(wěn)定，不宜大幅度波動。

進入澄清池的水應無空氣，以避免由于空氣的擾動而影響澄清池的出水質量。

當澄清池需要提高(或降低)負荷運行時，每次增加水量不超過額定水量的20%，間隔不得低于0.5h

澄清排泥一般每天排放1～2次，排泥時間不宜過長，以免活性泥渣排出太多，影響澄清池的正常運行。

當澄清池停運8～24h重新啟動時，因泥渣處于壓實狀態(tài)，所以應先從底部排出少量泥渣，并控制較大的進水量和加藥量，使底部泥渣松動、活化后，然后調整出力至設計值2/3左右運行，待出水水質穩(wěn)定后，再逐漸降低加藥量，加大進水負荷至正常進水量運行。

d.運行中的故障處理

當清水區(qū)出現(xiàn)細小絮凝體、出水水質渾濁、第一反應室絮凝體細小、反應室泥渣濃度變小時，都可能是由于加藥量不足或原水濁度太低造成的，應隨時調整加藥量或投加助凝劑。

當分離室泥渣層逐漸上升、出水水質變壞、反應室泥渣濃度增高、泥渣沉降比達到25%以上、或泥渣斗的沉降比超過80%以上時，都可能是由于排泥量不足，應縮短排泥周期，加大排泥量。

清水區(qū)出現(xiàn)絮凝體明顯上升，甚至出現(xiàn)翻池現(xiàn)象，可能有以下幾種原因：日光強烈照曬，造成池水對流;進水量超過設計值或配水不均勻造成偏流;投藥中斷或排泥不適;進水溫度突然上升。應需要根據(jù)不同原因進行調整。

3.氣浮澄清池

(1)氣浮澄清池機理及工藝過程

氣浮澄清池的運行原理是以微小氣泡作為載體，粘附水中的雜質顆粒，使其視密度小于水，然后顆粒被氣泡攜帶浮升至水面并與水分離去除的方法。

常用的氣浮澄清池采用的是部分回流加壓溶氣氣浮法，設備結構緊湊，將接觸室和分離室設計為一個整體水流銜接更為合理，設計回流比控制在20～30%之間。其附屬設施包括氣浮反應罐、壓力溶氣罐和溶氣水泵。

氣浮工藝過程是在氣浮澄清池反應罐前加入混凝劑，在混凝劑的作用下水中的膠體和懸浮物脫穩(wěn)形成細小的礬花顆粒;水流進入氣浮池接觸室后礬花顆粒與溶氣水中大量的微細氣泡發(fā)生吸附，形成密度小于水的絮體并且上浮，在水面形成浮渣層;清水則由氣浮澄清池下部匯集進入出水槽。

在出水槽內設置水位調節(jié)管，調節(jié)氣浮澄清池內水位，方便刮渣。氣浮澄清池頂安裝1臺旋轉式刮渣機，池底部設有接觸室、分離室排污管，如圖1-5。

圖1-5氣浮澄清池示意圖

1—接觸室;2—分離室; 3—進水管; 4—溶氣釋放器; 5—集水裝置; 6—集水斗;

7—出水裝置;8—排渣槽;9—刮泥機;10—電機及減速機; 11—接觸室、分離室排污管

(2)氣浮澄清池的運行管理

a.設備的正常運行

電氣柜送電，混凝反應攪拌機、氣浮刮渣機運行正常;

開啟溶氣水泵、壓力溶氣罐進水閥、空氣罐進氣閥，待空氣罐壓力達到設定壓力時，緩開溶氣罐進氣閥，使氣、水同時進入溶氣罐。

調節(jié)進水閥，控制壓力溶氣罐內的水位距罐底60～100cm(既不能淹沒填料，也不能過低)。

全開溶氣罐出水閥，防止出水閥門因截流氣泡提前釋出，并從接觸室觀察溶氣水的釋氣情況和效果。

待溶氣和釋氣系統(tǒng)完全正常后，開啟氣浮混凝反應罐出口閥;

開啟混凝劑加藥計量泵，調整好加藥量;

開啟氣浮反應罐混凝反應攪拌機進行試運;

通過池面觀察氣浮池帶氣絮粒的上浮情況及浮渣的積厚情況，如發(fā)現(xiàn)接觸室浮渣面不平，局部冒出大氣泡或水流不穩(wěn)定，很可能是由于釋放器被堵，應取下釋放器排除堵塞;

如發(fā)現(xiàn)分離區(qū)浮渣面不平，池面常見大氣泡破裂，則表明氣泡與絮粒粘附不好，應驗查壓力溶氣罐和釋放器，并對混凝系統(tǒng)進行調整;應驗查(什么?)并對混凝系統(tǒng)進行調整;

待水位穩(wěn)定后，用進水閥門調節(jié)至設計流量為止;

待浮渣積至8-10cm厚時，啟動刮渣機進行刮渣。觀察刮渣和排渣能否正常進行，出水水質是否受到影響;

運行過程中，定時檢查水泵、空壓機溫升和軸承溫度，發(fā)現(xiàn)異常，立即停車檢查。

b.刮渣步驟

關閉氣浮池出口電動閥，將氣浮池水位抬高到刮渣水位;

按下刮渣機啟動開關，啟動刮渣機;

當刮渣機刮板轉過兩到三圈回到刮渣槽內，停刮渣機。

c.溶氣釋放器沖洗步驟

在運行過程中，有時會出現(xiàn)釋放器被堵的情況，可以采取以下的沖洗措施：

使空氣罐壓力達到設定值時(高于0.3MPa);

打開沖洗進氣閥門，此時溶氣罐進出水閥都應處于開啟狀態(tài);

15秒鐘后關閉反沖進氣閥門;

打開放氣閥門，放凈反沖管路中的高壓空氣。

水的過濾處理

水經過澄清處理后，其濁度仍然比較高，通常在10～20mg/L。這種水還不能直接送入后續(xù)除鹽系統(tǒng)，而需要進一步降低水中濁度，最有效的方法就是過濾處理。

水的過濾是一種去除水中懸浮顆粒狀雜質的操作過程，過濾不僅可以降低水的濁度，而且還可以除去水中的部分有機物、細菌甚至病毒。

1.過濾的基本概念

過濾是雜質脫離流線在濾料顆粒表面被截流(大顆粒)、被吸附(小顆?；驇щ娏Ｗ?的過程。

即水通過過濾介質除去懸浮物等顆粒性物質的過程。用于過濾的材料稱為濾料或過濾介質。石英砂是最常用的粒狀過濾材料，過濾設備中堆積的濾料層稱為濾層或濾床。裝填粒狀濾料的鋼筋混凝土構筑物稱為濾池。

裝填粒狀濾料的鋼制設備稱為過濾器，運行時相對壓力大于零的過濾器稱之為壓力式機械過濾器。懸浮雜質在濾床表面截留的過濾稱為表面過濾;而在濾床內部截留的過濾稱為深層過濾或濾床過濾。水通過濾床的空塔流速簡稱濾速。

2.過濾工藝的類型

過濾池(器)按水流方向分，有下向流、上向流、雙向流等;按構成濾池(器)中填充濾料的種類分，有單層濾料、雙層濾料和三層濾料濾池;按閥門分，有單閥濾池、雙閥濾池、無閥濾池等。

過濾設備通常位于澄清池或沉淀池之后，過濾濁度一般在15mg/L以下，濾出濁度一般在2mg/L以下。

當原水濁度低于150mg/L時，也可以采用原水直接過濾或接觸混凝過濾。有的地下水，雖然濁度較低(一般在5mg/L以下)，但為了除去鐵和錳等金屬化合物，常用接觸混凝或者錳砂過濾。(常見的過濾工藝的分類見下表1-2)。

表1-2 快速過濾工藝分類及說明

3.濾料的種類

可以作為濾料的材料很多，但是它們必須是滿足下列要求的固體顆粒：

a 有足夠的機械強度，以減輕在運行和沖洗過程中因摩擦而磨損、破碎的程度。

b 具有足夠的化學穩(wěn)定性，在過濾過程中極少的發(fā)生溶解現(xiàn)象。

c 外形接近于球狀，表面粗糙而有棱角。

d 價格便宜。

滿足上述要求可用作濾料的有：天然砂、人工破碎的石英砂、無煙煤、磁鐵礦砂、石榴石、大理石、白云石、花崗石等，其中石英砂、無煙煤和磁鐵礦砂較為常用。

4.過濾的工作過程

過濾運行呈循環(huán)狀態(tài)，是由反洗→正洗→過濾組成的周而復始的過程。當顆粒狀濾料工作到濾層中截留有較多量泥渣時，為了恢復其過濾能力，需要將濾層進行反沖洗，如果沖洗不當，會使濾池的水頭損失加快、過濾周期縮短。

正洗是在反沖操作之后，將按水的過濾方向通水，將不合格的出水排走。待正洗完成后，即可重新投入運行。

(1)濾池的反沖洗

a.反沖洗周期

濾池的反洗周期與過濾速度、濾層厚度、濾料粒徑、進水品質、要求的出水品質等因素有關。在運行中一般以下列指標來決定反沖洗頻率。

濾池的水頭損失達到預定的極限值;

濾池的出水濁度達到預定的極限值;

濾池的運行時間達到一定值。這種定時沖洗方法一般只使用于進水品質較穩(wěn)定、濾池、濾速穩(wěn)定或定水頭降速過濾的場合;

當濾池出水量達到一定值時。

這種定量沖洗方法一般只適用進水品質較穩(wěn)定的場合;按照最優(yōu)設計的濾池，運行時的水頭損失和出水濁度應該幾乎同時達到極限值，但一般設計大多是水頭損失先達到，因此以水頭損失決定沖洗頻率的較多。

b.濾池的反洗強度

過濾設備反洗時，利用水的動力使濾層松動，濾料間高速水流產生的剪切力使濾料顆粒相互碰撞、摩擦，將粘在濾料顆粒表面的泥渣剝離下來。

為了保證良好的反洗效果，濾料的膨脹度和沖洗強度應保持適當，沖洗強度過小時，下部濾層浮不起來;沖洗強度過大時，濾料之間碰撞機率減小，細小濾料也易流失。一般來講，石英砂的反洗強度為15～18L/(m2˙s)，無煙煤的反洗強度為10～12L/(m2˙s)，反洗膨脹率為50%，反洗時間為5～10min。

c.沖洗方法

濾池的沖洗方法主要包括水沖洗、輔以空氣擦洗的水沖洗、帶表面沖洗的水沖洗。

水沖洗

沖洗水從濾池底部通過濾層使濾層流化，憑借水力沖刷作用和濾料的相互摩擦使吸附在濾料上的雜質脫落，隨沖洗水帶出。這種沖洗方式必須要有一定的沖洗流速，使濾層的膨脹率至少達到15%，最佳膨脹率為45%左右。

輔以空氣擦洗的水沖洗

沖洗濾池時，將壓縮空氣從濾池底部進入，借助空氣的攪動將濾料層沖成流化狀態(tài)，這樣可提高沖洗頻率，減少沖洗水量，縮短沖洗時間。

帶表面沖洗的水沖洗

這是一種利用高速水流對表層濾料進行強烈攪拌來提高沖洗效果的沖洗方式。在下列情況下一般可采用表面沖洗:

多層濾料濾池和截污能力強、雜質穿透深，只用水沖洗不易沖洗干凈時;

水源受有機物污染，濾層結塊或形成縱向溝道，濾池不能正常工作時;

采用高分子物質作為助凝劑、助濾劑時;

為提高濾池工作效率、延長過濾周期、減少沖洗水量時也可采用表面輔助沖洗。

(2)過濾運行

過濾效果通常由兩個方面來評價：一是進水水質，也就是水中殘留懸浮物的多少;二是濾層的截污能力。

濾層的截污能力又稱泥渣容量，是指每1m3濾料所能除去泥渣的質量，它與下列因素有關：

濾料粒徑

濾料粒徑大，形成的濾孔通道體積大，截污能力也大。同時濾料粒徑大，懸浮物也易于滲透到濾層深處，使截污能力相應增大。如果濾料粒徑過大，水中的懸浮物顆粒易產生穿透，從而影響出水濁度。

處理方式

過濾水中的雜質隨處理方式不同，其被截留的能力也不同。據(jù)測試，當濾料粒徑為0.5~1.0mm時，未經處理的水，其截污能力為0.5~1.0kg/m3;經石灰處理的水，其截污能力為1.5~2.0 kg/m3;對于混凝處理的水為2.5~3.0 kg/m3。

濾速

濾池的濾速不宜過快或過慢。濾速過慢則單位過濾面積出水量小，為了達到一定的制水量則必須增大過濾面積，這不僅需要增加投資，而且會使設備過多而系統(tǒng)復雜;濾速太快會使出水質量下降，運行時水頭阻力增加過快，過濾周期變短。一般最大濾速與濾料的粒徑、出水中允許懸浮物含量、混凝處理方式等有關。濾料粒徑小，出水允許懸浮物含量小，則允許的濾速就小。在過濾經過混凝和澄清處理后的水時其濾速可設定為10~12m/h。

(3)濾料級配

a.單層濾料

單層濾料經反洗后，由于水力篩分的作用，濾層顆粒成“上小下大”排列。上層砂最細，吸附表面積也最大。

當水自上而下進入濾層時，水中部分懸浮物由于吸附和機械阻留作用，被濾層表面截留下來，此時懸浮物之間會發(fā)生彼此重復和架橋等作用。所以運行一段時間后，會在濾層表面形成一層由懸浮物構成的“濾膜”，在以后的過濾作用中，這層濾膜起了主要的過濾作用，也就是通常所說的“薄膜過濾”。

生產實踐表明：“薄膜過濾”的設備運行周期短，制水量少。由于過濾僅在表面濾層進行，下面大量的床層濾砂并未發(fā)生吸附和截留作用，因而經濟性也差。但是單層濾料級配簡單，濾料可以采用無煙煤，也可以采用石英砂，鋪筑簡單，檢修維護容易，反洗強度也好掌握。

b.雙層濾料

雙層濾料的出現(xiàn)是為了使過濾作用在較深的床層中進行，提高過濾速度和截污能力，延長工作周期。目前使用的雙層濾料，一般都是由無煙煤和石英砂組成。

無煙煤的密度為1.5~1.8g/cm3,石英砂的密度為2.65 g/cm3。由于無煙煤比石英砂輕，所以它的濾料粒徑可以選得比石英砂大些，形成“上大下小”的級配。

因而當反洗時，顆粒較大而密度較小的無煙煤在上層，顆粒較小而密度大的石英砂在下層，兩種砂層基本不混層，雙層濾料與單層濾料相比，由于過濾時，水中大部分雜質被截留在煤層及煤砂交界處，因而截污能力約增加1倍以上。在相同的濾速下，工作周期增長，出水量約增加0.5~1倍。因此，濾速可以提高，水頭損失增加也比較緩慢。

c.三層濾料

三層濾料的原理和結構與雙濾料相似。在三層濾料過濾器中，大粒徑、小密度的濾料在上層;中粒徑、中密度的濾料在中間;小粒徑、大密度的濾料在下部。

濾層的三種濾料平均粒徑由上而下逐漸變小，形成一個“上大下小”的濾層，使濾層的截污能力可以得到充分的發(fā)揮。目前三層濾料大都采用輕質濾料(無煙煤或焦炭)、石英砂、重質濾料(通常為磁鐵礦)組成。

而在三層濾料中，由于濾料分為三層，上層可以采用較大顆徑的濾料以發(fā)揮其“接觸混凝過濾”的作用，提高截留量，下層則可以采用較小顆徑的濾料以除去水中細小的懸浮物，保證出水濁度。

來源:水處理新視野 

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