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第二章　水的物理处理技术
第一节 格栅与筛网
第二节 调节
第三节 沉淀
第四节 气浮
第五节 过滤
第六节 离心
一、概述
过滤是将悬浮在液体或气体中的固体颗粒分离出来的种工艺。
① 流体通过多孔介质的流动属于极慢流动，即渗流流动。有两个影响因素，一是宏观的流体力学因素，二是微观物理化学因素。
② 悬浮液中的固体粒五是连续不断地沉积在介质内部孔隙中或介质表面上的，因而在过滤过程中过滤阻力不断增加。
第五节 过 滤
二、过滤基本原理
（一）过滤
过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道，而悬浮液中的固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。
说 明
① 其中多孔介质称为过滤介质；所处理的悬浮液称为滤浆；滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为称为滤饼或滤渣；通过过滤介质后的液体称为滤液。
② 驱使液体通过过滤介质的推动力可以有重力、压力（或压差）和离心力；
③ 过滤操作的目的可能是为了获得清净的液体产品，也可能是为了得到固体产品。
④ 洗涤的作用：回收滤饼中残留的滤液或除去滤饼中的可溶性盐。
（二）过滤介质
过滤介质起着支撑滤饼的作用，并能让滤液通过，对其基本要求是具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。工业上常见的过滤介质：
1. 织物介质：又称滤布，是用棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成纤维织成的的织物，以及由玻璃丝或金属丝织成的网。这类介质能截留颗粒的最小直径为。织物介质在工业上的应用最为广泛。
2. 堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木碳、石棉、硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用于深床过滤中。
3. 多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截的微细颗粒
4. 多孔膜：用于膜过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜。广泛使用的是醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留 以下的微小颗粒。
（三）深层过滤和滤饼过滤
1. 滤饼过滤：悬浮液中颗粒的尺寸大多都比介质的孔道大。
2. 深层过滤：此时，颗粒尺寸比介质孔道的尺寸小得多，颗粒容易进入介质孔道。
三、滤池分类
滤池的种类较多，按照不同的方式可分为：
（一）滤池按滤料组成分为：单层滤料、双层滤料、多层滤料及混合滤料滤池。
（二）按水流方向分为：下向流、上向流、双向流和辐向流滤池。
（三）按滤速大小分为：慢滤池、快滤池和高速滤池。
（四）按滤池的布置或构造分为：普通快滤池、双阀滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动冲洗罩滤池和V型滤池。
（五）按过滤驱动力分为：重力滤池、压力滤池。
四、快滤池的构造
废水进入池内，经滤层由上而下过滤，再经下部集水装置和出水管流到池外清水渠。若滤层因截留悬浮物而堵塞时，应进行冲洗。滤池的各部件及其作用如下：
1、滤料 滤池最重要的组成部分，常采用经筛分的天然砂为滤料。有效粒径为0.5～0.7mm，敷设厚度为500～700mm。
2、承托层 防止滤料自下部集水装置漏出而设。承托层上部为细粒砾石，下部为粗粒砾石，一般将砾石筛分后分层敷设。
3、下部集水装置 用于收集滤过水；也可使反冲洗水均匀分布在滤层内。
4、流量调节阀 用于保持池内进水和出水量的平衡，以保持过滤流量恒定不变。
5、反冲洗水阀、排水阀和排水装置 当过滤阻力达到预定值，或因悬浮物穿透而使滤后水水质恶化时，需停止过滤，进行反冲洗。此时可开启相应阀门控制反冲洗、及排水。
6、表面冲洗装置 防止泥球产生。
五、快滤池的设计
（一）滤料层
滤料层是滤池的核心部分。作为快滤池的滤料有石英砂、无烟煤、大理石粒、磁铁矿粒以及人造轻质滤料等，其中以石英砂应用最为广泛。
对滤料的要求是:
有足够的机械强度；
化学性质稳定；
价廉易得；
具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率。
（二）过滤速度及滤池总面积计算
设计滤速可参考下列数据：
单层滤料快滤池：8～14m/h；
双层滤料快滤池：12～18m/h；
多层滤料快滤池：30～40m/h。
最好在过滤柱中进行过滤实验，来确定过滤速度。
一、概述
离心分离和旋液分离都是利用离心惯性力实现物料中固－液相或液－液相的分离操作。分离操作的设备称为离心机和旋液分离器。
（1）离心分离：转鼓周壁无孔，转数最高，旋转时乳浊液在离心力的作用下分为两层。
（2）离心沉降：转鼓周壁无孔，为沉降式转鼓，适合于固相含量较少，颗粒较细的悬浮液分离。
（3）离心过滤：转鼓周壁开孔，为过滤式转鼓，适合于固相含量较多，颗粒较粗的悬浮液分离。
第六节 离 心
二、分离理论
（一）离心分离
离心分离的基本原理是利用悬浮粒子与周围液体间存在的密度差进行的。
（二）离心过滤
离心过滤形成的滤饼是由固体颗粒组成。离心操作都是以滤饼过滤形式进行的，按照性质分为不可压缩滤饼（不易变形的固体颗粒）和可压缩滤饼（絮凝团和附聚团的细小颗粒）。
（三）离心沉降
颗粒在离心沉降主要有层流、过渡流和湍流三种流型。在离心机转鼓内进行颗粒的离心沉降分离时，存在自由沉降与干扰沉降两种过程。
三、离心机的设备
(一) 分 类
根据分离因数、操作原理或操作方式不同有以下三种分法：
1、分离因素大小分类
① 常速（普通）离心机：<3000。
② 高速离心机：3000<<50000。
③ 超高速离心机：>50000。
2、按操作原理分类
① 过滤式离心机：1000~1500r/min范围适用于易过滤的晶体和较大颗粒悬浮液的分离。
② 沉降式离心机： 离心转鼓周壁无孔，借离心力实现沉降分离，适用于固体含量少， 颗粒较细，不易过滤的悬浮液。
③ 分离式离心机： 转速极大，一般在4000r/min，适用于乳浊液的分离和悬浮液的增浓或澄清。
3、按操作方式分类
① 间歇式离心机：卸料时必须停车或减速，然后采用人工或机械方法卸出物料。
② 连续式离心机：整个操作均连续化，如螺旋卸料沉降离心机。
（二）离心机设备
沉降式离心机是实现离心沉降分离的专用设备。本课介绍连续式离心机即螺旋卸料沉降离心机。
它具有以下优点：
①操作自动连续；
②分离性能好；
③适应性强，操作维修费用低，适合现代化大生产的要求。
四、旋液分离
（一）旋液分离器
旋液分离器是利用离心力进行分离或分级的。其结构：由圆筒体，圆锥体、进料口、底流口、和溢流口等组成。
（二）工作原理
悬浮液由进料口沿切线进入圆筒体部分，形成旋流，外层为下降气流，内层为上升气流。下降旋流中的粗颗粒在离心力作用下向器壁方向运动，并被下降旋流聚集到底流口，形成底流浓浆排出，细粒部分被上升至内旋流带，经溢流口排出。内旋流中心为负压的气流，有助于提高分离效果。
【复习思考题】
一、名词解释
自由沉淀 截流沉速 深层过滤 不均匀系数 离心分离因数
二、填空题
1．按主要调节功能来分，调节池可分为——、——两类。
2．沉淀的类型有 ——、 ——、 ——、 ——。
3．废水中的油类按其存在状态可分为 ——、 ——、 ——、 ——。
4．实现气浮必须满足的两个基本条件是——、 —— 。
5．过滤的机理可归纳为——、 ——、 —— 等三个作用。
6．避免滤层出现负水头现象的方法有——、 ——。
三、判断题
1．颗粒沉淀速度不但取决于颗粒于水的密度差，而且还受温度的影响。
2．隔油池主要除去水中溶解的油类污染物
3．充气气浮是利用溶气罐往水中充气。
4．较细的滤料可以防止杂质颗粒穿透滤料层，因此滤料颗粒越细，过滤效果越好。
四、问答题
1．平面格栅、回转式格栅、阶梯式格栅各有什么特点？
2．自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀、压缩沉淀各有什么特点？一般都发生在水处理的那些过程中？
3．为什么斜板（管）沉淀池的沉淀效率较高？
4．平流式沉淀池、辐流式沉淀池和竖流式沉淀池各有什么特点？分别适用于那些情况？
5．为什么气浮处理一般都加浮选剂？
五、综合题
到水厂参观或现场教学，针对其物理处理单元所采用的工艺和运行操作情况，进行综合分析并提出自己的看法。

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