第三节水的预处理（过滤器）我们知道，水的混凝处理后，其水质情况会发生以下变化：▶除掉部分：1、基本上除掉了水中悬浮物。

2、水中的有机物能除去60%--80% 。

3、降低了一部分重碳酸盐硬度，即降低了一部分重碳酸盐碱度。

4、除去水中胶态硅酸，约占全部硅酸的25%--50% 。

▶增加部分：1、增加了SO42- ,等于加药量。

2、增加了CO2。

3、增加了水中的非碳酸盐硬度。

4、水中的溶解固形物增加。

为满足后续处理反渗透或离子交换除盐时的水质要求，还需要对水进行进一步的预处理。

一、过滤过程与原理将水自上而下通过装有粒状填料（滤料）的设备，其中细小悬浮物被滤料吸附截留的过程。

滤料分层排布，小颗粒的在上。

由于上层砂砾排列致密，使悬浮物易于被其表面吸附、重叠和架桥形成滤膜。

滤膜起主要过滤作用称为薄膜过滤。

水进入滤层内部后，悬浮物在深层滤料的复杂空隙通道内更容易发生碰撞，从而被吸附截留，称之为渗透过滤或深层过滤。

失效滤料可以通过自下而上的反洗而再生。

二、过滤中的压力损失测定出水浊度和水通过滤层的压降均可知滤池运行效果。

出水浊度变化规律性不强，不能及时反映滤层的污染程度；后者因变化明显，测量方便而成为反映滤池运行效果的实际指标。

水流经滤层的压降与滤料污染程度和滤池的出力有关，二者的增加都会导致其值增大。

在压降一定时，出力会随着滤料污染程度的增加而下降。

若保持滤池的出力不变，随着滤料的污染加重，进水压力（压降）必须增大。

压降过大，可能造成滤层局部破裂，过滤作用破坏，出水水质恶化，滤料污染加重，反洗时不易洗净，滤料结块等。

实际运行中，压降应比导致滤层破裂的临界值低很多。

三、滤料工艺要求：粒度、机械强度和化学稳定性等。

常用滤料有石英砂、无烟煤和大理石等。

1、粒度常用粒径和不均匀系数两个指标表示，在105℃烘干、筛分、称重、作筛分曲线而得。

（1）粒径：平均粒径d50和有效粒径d10（下标指通过筛孔的质量百分比），后者反映滤料中较细颗粒的尺寸。

粒径过大：滤层孔隙大，出水水质不好，且反洗强度要求较高，影响反洗效果，进而可能造成其它不良影响。

粒径过小：滤层通流阻力加大，水头损失上升过快。

（2）不均匀系数：K 80=d 80/d 10。

滤料不均匀，反洗不易控制，且影响反洗效果。

甚或加剧反洗后颗粒的上小下大分布，使水头损失上升，过滤周期缩短。

2、机械强度反洗时滤料处于流化状态，颗粒间碰撞和摩擦，易造成颗粒的磨损或破碎。

磨损率和破碎率是常用的两个指标。

其估算方法为： ▶取100g 样品，筛分出0.5mm ～1mm 的部分； ▶放入装有150mL 水的容器内，置于实验室震荡24h ； ▶再用0.5mm 和0.25mm 的筛子进行筛分。

通过0.25mm 筛子的部分占总量的质量百分比为磨损率；介于0.5～0.25mm 之间的部分占总量的质量百分比为破碎率。

有的国家规定：前者不得大于0.5%，后者不得大于4%。

3、化学稳定性水与滤料化学反应会造成水质恶化，如pH>9的水会使石英砂溶解，造成水中SiO 2增加。

化学稳定性验证：一定条件下，用中性（0.5mg/L 的NaCl ，pH=6.7）、酸性（盐酸溶液，pH=2.1）和碱性（NaOH 溶液，pH=11.8）的水浸泡已预处理（洗涤和60℃干燥）的滤料24h 。

若溶解固形物、耗氧和硅酸的增加量均不超过10mg/L ，则可被接受。

一般情况下，中性和酸性水可用石英砂做滤料；碱性水则宜用无烟煤或半烧白云石，不能用石英砂。

4、颗粒形状常用滤料非球形，其形状和表面积会多少影响通流阻力和过滤效果。

球状度和形状因子是两个常用概念，它们互为倒数。

前者为等体积的球和颗粒之间的表面积之比，其值≤1。

5、滤层孔隙率孔隙率为孔隙与总体积之比，与颗粒形状、排布和均匀程度等有关。

不规则滤料的孔隙率一般大于球形颗粒的。

孔隙率ε一般通过实验测定，计算公式为：V mρε-=1四、运行的主要参数滤速、过滤周期和截污能力等。

1、滤速 即空塔速度 是指单位时间里通过单位催化剂的原料的量，它反映了装置的处理能力。

2、过滤周期 两次反洗之间的实际运行时间。

3、滤层的截污能力滤料真密度滤层体积滤料总又称泥渣容量，指单位面积的滤面或单位体积的滤料能去除悬浮物的质量，kg/m2或kg/m3。

一般滤料粒径越大，截污能力就越大。

截污能力也与过滤水之前经过的处理方式有关。

五、影响过滤过程的主要因素1、滤速一般10～12m/h。

小→虽投资费用低，但达不到预期效果；大→水质↓，压降↑，过滤周期缩短。

2、反洗目的：恢复滤料的过滤能力。

反洗水流自下而上，滤层膨胀，导致高度增加一定比例，此即滤层膨胀率。

它可直观反映反洗强度，一般取20～50%。

3、反洗强度【单位滤池面积的通流量，L/(m2·s)】和反洗时间直接影响着反洗效果。

滤层中污泥清洗不净，可能导致滤料结块，导致过滤效果不好。

反洗强度与滤料粗细、轻重和水温等因素有关。

石英砂和无烟煤（较轻）的反洗强度通常分别为15～18、10～12 L/(m2·s)。

一般在反洗时通入压缩空气擦洗，以提高清洗效果。

擦洗时，一般设备水位控制在滤料层上面200mm 处，擦洗强度为10～20 L/(m2·s)，时间取3～5 min。

3、水流均匀性过滤和反洗时，都要求水流尽可能均匀。

进水管上的挡板保证进水的均匀性。

配水系统（或称排水系统，反洗时用于进水）对水流均匀性影响最大，其分为小阻力、中阻力和大阻力三类。

小阻力配水系统：水头损失<0.5m。

配水均匀，本身阻力小，但滤层阻力较大。

运行和滤料分布的局部细小因素就可能导致阻力和流速不均，故稳定性较差。

大阻力配水系统：水头损失>3m，系统孔隙面积小，阻力较大，阻力分布中滤层和管道所占比例较小。

故只要配水系统孔隙分布合理，即可基本保证水流均匀，故稳定性较好。

中阻力配水系统的阻力和性能介于上述两者之间。

重力式滤池通常选择小阻力配水系统，要求其配水不均匀性不大于5%。

4、滤池滤料的结块原因：反洗不彻底、原水水质变化等造成滤料中积累了污泥、油泥或微生物及其排泄物，并与之粘结成块。

消除方法：（1）加强反洗。

强度+时间+压缩空气擦洗，针对轻度结块。

（2）卸出滤料人工清洗。

（3）碱洗。

针对油泥结块，把NaOH或Na2CO3溶液注入滤池静泡或进行循环冲洗。

（4）酸洗。

针对滤料上的重金属沉淀，一般使用盐酸，注意设备防腐（加缓冲剂）和滤料对盐酸的稳定性。

（5）氯清洗。

针对微生物和有机物生长而致的结块。

投加漂白粉和次氯酸钠，使水中活性氯达到40～50mg/L，通过滤层，待排水中有氯臭味时，停止排水并静泡1～2d，杀死有关微生物后，再反洗。

为提高清洗效果，上述方法可几种结合使用。

5、单层滤料和多层滤料单层：一种滤料；多层：多种滤料+分层聚集。

单层：反洗后颗粒分布上小下大。

过滤主要依赖滤料表面形成的一层滤膜。

滤膜会加大阻力，同时下部滤层的过滤功能没得到充分发挥。

因此运行周期短，截污能力差。

双层：上层滤料密度小、颗粒大，下层的恰好相反，如无烟煤在上、石英砂在下。

粒径上大下小分布，破坏了滤层表面滤膜的形成，下层滤料的截污能力得以发挥。

因而压降增加慢、截污能力强，运行周期长，滤速可适当提高。

双层滤料间分层不好，则不利于过滤。

但混杂无法避免，一般认为混杂厚度为5～10cm是可以的，关键是其粒度和密度（材料）的选择。

实际应用中，双层滤料的粒度和反洗强度可实验确定，反洗强度一般为13～15L/(m2·s)。

多层：多层滤床的粒径配比即上大下小的状态，有利于过滤过程，使滤料的截污能力得以充分地发挥；此外滤层下部滤料粒径小，其表面积较大，防止杂质穿透的能力强，从而保证滤水水质。

使用多层滤料时，要注意不同颗粒大小的级配和冲洗强度。

级配要做到反冲洗后不同滤料分层良好，否则不同滤料混杂便会丧失多层滤料的优点。

六、电厂水的预处理过滤设备★一体化净水器特点：利用虹吸的形成和破坏，实现过滤和反洗的自动切换，虹吸装置只起控制作用。

全自动的净水器不仅系统维修及维护的工作量小，且运行可靠稳定。

▶工作周期：从开始过滤到开始抽气，一般为几到十几小时。

反洗形成时间和反洗时间分别为2～3min和4～5min。

加药量可在0-155L/H进行调节。

▶反洗后不能正洗排水，影响初期出水水质，故在虹吸辅助管上常设强制反洗装置，在出水不合格时使用。

▶允许压降约为15～20kPa；进水悬浮物不大于100mg/L时，出水的小于5mg/L。

▶工作原理全自动的净水器沉降区分为上下两部分，主要是依据浅层沉淀理论，设置了斜管加速沉降,下部沉降快速形成的大颗粒状絮体，在两层斜管之间由于水流方向发生改变，将会增加小颗粒絮体间的接触机会，在流经上层斜管时，进一步提高水质，沉淀池污泥一部分回流絮凝反应池，剩余污泥部分入污泥区，污泥定期外排。

斜管清水区出水经波形多孔集水板集水，均匀分配给分配水箱，分配水箱出水进入滤池，进行过滤去除泄漏的微量悬浮物，出水经冲洗水箱进入蓄水池。

该滤池采用反射板布水，多孔板集水，滤料为石英砂反冲洗为达额定水头损失后，自动虹吸反冲。

该净水器净水装置本身从反应、絮凝沉淀、集水、配水、过滤、体内反洗、排泥等一系列运行程序，均达到全自动运行的效果。

原水在进入全自动净水器时，首先进入装置底部的配水区，穿孔管布水的方式，确保净水设备布水均匀，每个微孔水流以一定的流速喷出，防止絮凝污泥的沉淀。

在反应区通过剩余污泥的循环回流,原水中的细小矾花与污泥进行充分接触,发生絮凝反应，使水中的小矾花逐渐状大,形成大颗粒絮状体，为斜管沉降创造有利条件,同时提高污泥的浓缩倍率,提高污泥区污泥含量,减少系统的自耗水率。

净水器通过前级水的压力至后级滤池高位出水箱，出水系统采用中间出水确保系统出水的均匀性。

由于进行均匀布水,水流速度的降低，并缓慢进入高浓度絮凝区, 絮凝区由于污泥浓度较高,前级混合后的原水在污泥的吸附作用下,进行彻底的混凝反应,形成絮状体悬浮物在一层斜管区进行整流,并起均匀布水及导流的功能,经充分反应后絮状水体沿二层斜管倾斜方向往上流动，进入沉降区内,进行固液分离,沉积下来的污泥在重力作用下,沿斜管倾斜方向往下滑落,进入污泥区,滑落的矾花在导流斜管的水力作用下,被推到净水装置的泥斗内,而通过斜管澄清后的水则由净水装置上部配水装置,进入过滤室内，并由上而下通过滤料层、滤头汇集至装置底部的清水室,并由连通管通至装置顶部的清水池。

设备排泥：全自动净水器斜管区沉淀下的泥渣，经排泥阀定时排泥。

反冲洗虹吸排污：斜管沉淀区出水经滤料层过滤一定时间后，由滤料层的运行阻力逐渐增大，过滤室水位逐渐上升，当水位上升至虹吸辅助管时，虹吸管内空气随着虹吸辅助管排水,将虹吸管内空气不断带走,形成负压,最终使虹吸管内的水位接通,即形成虹吸，过滤室上室清水在清水层的静压及真空吸引下迅速反冲洗，装置内清水按照正常运行路径反方向返回，当清水经过滤料层时即开始对滤料进行反冲洗,反洗强度通过调节虹吸排水管管口的锥形调节板,预先设定反洗强度及反洗历时,反冲洗历时4～6分钟。