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水過濾濾料的作用
渾水經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驗中得來的.最早的濾池就是根據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.過濾后的水質可以好到什么程度呢通過不斷的實踐,發現不僅水質渾濁度可以接近于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,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.混凝沉淀后經快砂濾,可以提高去除金屬效果,對去除農藥滴滴涕,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,不斷與濾材發生碰撞,破壞了水中膠體保護層,懸浮物,膠體和溶解雜質被濾材所吸附.產生吸附作用是包圍在濾料周圍的膠體物質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,因此其理化性質必然對水質產生影響,也就可能影響人體健康.因此,濾料應合乎一定的衛生要求,即本身無毒,亦不會與水中任何化學物質結合產生有毒物質,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.
近年發展的有陶粒,陶瓷料,石墨,聚苯乙烯發泡塑料珠等.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中就曾應用,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(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亦不一樣.但非每種濾料都能滿足要求,因此應將濾料進行篩分試驗.最簡的篩分方法是取規定最大和最小兩種粒徑相應的篩子來篩分,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.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.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,水質條件及混凝效果而定的.慢砂濾砂粒粒徑小,原水未經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,原水經過混凝處理,濾速就可提高到8～12m/h.

4.水的性質:水的性質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.據試驗,單層濾料原水未經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,陶瓷過濾管,活性炭燒結管,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.

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