净化水过滤滤料
水过滤滤料的作用
浑水经石英砂过滤后就会变清一些,但水太浑就容易使砂层堵塞,这个概念是从生活经验中得来的.最早的滤池就是根据这样的概念建立起来的.自然沉淀可能使水的浑浊度降到50度以下,把自然沉淀以后的原水通过滤池过滤,就可以防止滤池过早地堵塞.过滤后的水质可以好到什么程度呢 通过不断的实践,发现不仅水质浑浊度可以接近于0,而且能起很好地去除细菌,嗅味以及色度的作用.过滤可以改善水的感官性质,直接过滤可去除浑浊度90%,对除铁锰也有一定效果,去除微生物效果则不佳,慢砂滤去除微生物效果则很好,大肠杆菌,病毒,病毒,阿米巴包囊,贾第鞭毛虫包囊去除率均在99%以上.混凝沉淀后经快砂滤,可以提高去除金属效果,对去除农药滴滴涕,有机磷有较好效果,对去除大肠杆菌,病毒,阿米巴包囊均比直接过滤有较大提高.如直接过滤去除脊髓灰质炎病毒仅1～50%,加明矾,沉淀过滤则去除率大于99.7%.
(一)净水过滤原理
1.机械筛滤:筛滤能去除大于滤层孔隙的悬浮物,随着过滤的进行,截留杂质增多滤层孔隙愈来愈小,使微小的颗粒物和微生物也被截留下来.
2.沉淀:水中悬浮物由于重力作用,在过滤时沉积在滤料的表面上, 而小于滤层孔隙的悬浮物进入滤层时,也会在重力作用下脱离流线而沉淀在空隙中,滤层实际起到一个有巨大表面积多层的沉淀池作用.
3.吸附:由于水流通过孔隙,不断与滤材发生碰撞,破坏了水中胶体保护层,悬浮物,胶体和溶解杂质被滤材所吸附.产生吸附作用是包围在滤料周围的胶体物质或是范德华力和静电引力.
4.生物滤膜:被截留在滤料表面的微生物利用粘附在滤料表面和水中有机物为养料不断繁殖,形成一薄层粘液生物膜(biomembrane).生物膜可以截留最细小的颗粒和微生物,分泌生活性酶,吸附和杀灭微生物,促进氨和亚硝酸盐的氧化.
(二)净水过滤滤料的种类
滤料是过滤水用的,且长期浸泡水中,因此其理化性质必然对水质产生影响,也就可能影响人体健康.因此,滤料应合乎一定的卫生要求,即本身无毒,亦不会与水中任何化学物质结合产生有毒物质,不会被微生物利用和分解;有良好机械强度,不易磨损破碎.
1.颗粒状滤料:最常用的有石英砂,无烟煤,磁铁矿,锰矿,木炭,活性炭.
近年发展的有陶粒,陶瓷料,石墨,聚苯乙烯发泡塑料珠等.就地取材还可利用
煤渣,蚌壳等.
2.纤维状滤料:如石棉纤维,金属纤维,聚丙烯纤维,纤维活性炭, 纤维离子交换树脂,α纤维素,布,棉花,羊毛等.各种纤维可织成布或编成绳状绕缠在支架或多孔园筒上,也可成团置于过滤器内进行过滤.
3.多孔成型滤料:多孔成型滤料可用陶瓷,硅藻土,活性炭,金属, 塑料等原料制成管状或板状.陶土滤器早在二次世界大战中就曾应用,可隔滤细菌,但因笨重,易碎,易堵塞,清洗困难,出水量小等缺点在军队已不再使用.近年研制有变孔烧结活性炭管,弹性变孔隙率过滤材料部分克服了这些缺点.
4.薄膜型滤料:有各种类型的微滤膜和超滤膜,微滤膜孔径约在20～0.1μ,超滤膜孔径约在0.1～0.01μ,主要用于去除微细悬浮颗料,细菌,病毒和胶体等.这种滤料由于孔径很小,极易堵塞,因此水需先径有效的预处理,一般只用于对净化水要求较高的小量水处理.
(三)影响过滤的因素
影响过滤效果的因素很多,较重要的有:
1.滤料的粒径与级配:滤料粒径是指一个刚好能把滤料包围在内的假想球面
直径.滤料粒径大,滤料间孔隙也大,筛滤,沉淀悬浮物作用就小,微小悬浮物
易于穿过.滤料粒径小,悬浮物多被筛滤阻于表层,使水流阻力增大,易于堵塞.
因此,滤料的粒径应适宜,才能得到较好过滤效果.
滤料级配是指滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例.在集中式给水的过滤池
只有具有适当级配的滤料层,才能取得良好过滤效果.通常用有效粒径
(effective size)和不均匀系数(diversity factor)作为滤料级配的指标.
常用有效直径d10,是指能通过滤料10%的筛孔孔径.d10反映了滤料中小颗粒
的大小.d80则表示通过滤料重量 80%的筛孔孔径.d10与d80之比称为不均匀系数
k80(k80=d80/d10).k80反映滤料大小不均匀程度.k80愈大表示滤料中颗粒大小相差
愈大.不同型式的滤池要求有效粒径和不均匀系数亦不一样.但非每种滤料都能
满足要求,因此应将滤料进行筛分试验.最简的筛分方法是取规定最大和最小两
种粒径相应的筛子来筛分,截留于小孔筛上的滤料都合使用.
2.滤层厚度:滤料除有合适的粒径和级配外,还必须有一定的厚度, 才能保
证过水的水质.在过滤时,悬浮物或絮状物开始在滤层表层积聚,以后逐渐向深
处移动,悬浮物穿透的深度和滤料的粒径,滤速及混凝效果有关.粒度大,滤速
快,混凝效果差的,其穿透深度就较大.因此,滤料粒径大,需要滤层厚;滤料
粒径小,需要滤层薄.如快砂滤池一般穿透深度约为 40cm,加上保护层厚度约
20～30cm,则滤层总厚度应为 60～70cm.又如双层滤池,在砂上加一层煤粒,
煤粒孔隙较大,絮状物可穿透得更深些,煤和砂的总厚度要求为80～100cm.
3.滤速:滤速对过滤的效果影响很大.滤速过快,悬浮物难以粘附,沉淀, 随
水流而出使过滤破坏.有效的滤速是由滤料大小,形状,厚度,水质条件及混凝
效果而定的.慢砂滤砂粒粒径小,原水未经混凝处理故滤速较慢,只有 0.1～
0.3m/h,否则很快堵塞.而快滤池滤料粒径大,原水经过混凝处理,滤速就可提
高到8～12m/h.
锰砂 各种规格石英砂 净水活性炭
4.水的性质:水的性质对过滤效果影响也很大,如水的浑浊度,色度,有机
物, 藻类等.其中影响最大的是原水的浊度.原水浊度大时,滤过时间缩短,
出水量减少.据试验,单层滤料原水未经混凝沉淀出水浊度将随原水浊度升高而
升高.水中藻类对过滤也有较大影响,小量藻类即可使滤层水头损失增加,量大
时很快将滤料孔隙堵塞.因此,对滤池进水浊度有一定要求,如快滤池进水一般
应小于20度.
除此外影响过滤的因素还有滤料形状和孔隙度,过滤方式,投加混凝剂,助
滤剂的剂量,方式等等.
(四)过滤方式:
过滤方法分为两大类:即表面过滤,就是将悬浮物截留在滤料表面, 滤层过
滤就是悬浮物能进入滤层深处并被截留.表面过滤如金属筛网,陶瓷过滤管,活
性炭烧结管,石棉滤板,滤膜等.滤层过滤有慢滤池,快滤池,砂滤桶,压力过
滤器等.