滤料的选择和尺寸优化方法

过滤是利用过滤材料分离废水中杂质的一种技术。根据过滤材料不同，过滤可分为颗粒材料过滤和多孔材料过滤两大类。

1.颗粒材料过滤

在废水处理中，颗粒材料过滤主要用于经混凝或生物处理后低浓度悬浮物的去除。

由于废水的水质复杂，悬浮物浓度高、枯度大、易堵塞，选择滤料时应注意以下几点：

（1）滤料粒径应大些。采用石英砂为滤料时，砂粒直径可取为0.5～2.0mm，相应的滤池冲洗强度亦大，可达18～20L/（m2·s）。

（2）滤料耐腐蚀性应强些。滤料耐腐蚀的尺度，可用浓度为1%的Na2SO4水溶液，将恒重后滤料浸泡28d，重量减少俊以不大于1%为宜。

（3）滤料的机械强度好，成本低。

滤料可采用石英砂、无烟煤、陶粒、大理石、自云石、石榴石、磁铁矿石等颗粒材料及近年来开发的纤维球、聚氯乙烯或聚丙烯球等。

由一于废水悬浮物浓度高，为了延长过滤周期，提高滤池的截污量可采用上向流.、粗滤料、双层和二层多层滤料滤池：为了延长过一滤周期，适应滤池频繁冲洗的要求可采用连续流过滤池和脉冲过滤滤池；对含悬浮物浓度低的废水叮采用给水处理中常用的压力滤池、移动冲洗罩滤池、无（单）阀滤池等。

（1）上向流滤池。

上向流滤池，如图2-34所示。废水自滤池下部流入，向上流经滤层，从上部流出。滤料通常采用石英砂，粒径根据进水水质确定，尽量使整个滤层都能发挥截污作用，并使水头损失缓慢七升。废水处理厂滤料的级配列于表2-4。

图2-34　上向流滤池

表2-4　上向流滤池的滤料级配

由于上向流滤池过滤和冲洗时的水流方向相同，要求不同流量时能均匀布水，为此，在滤池下部设有按装了许多配水喷嘴的配水室。为防止气泡进.人滤层引起气阻，需将进水中的气体分离出来，经排气阀排到池外。

上向流滤池的特点：

①滤池的截污能力强，水头损失小。污水先通过粗粒的滤层，再通过细滤层，这样能较充分地发挥滤层的作用，可延长滤池的运行周期。

②配水均匀、易于观察出水水质。

③污物被截留在滤池下部，滤料不易冲洗干净。

（2）多层滤料滤池。

多层滤料滤池，常用的有双层滤料滤池和三层滤料滤池，如图2-35所示。双层滤料滤池的滤料可采用上层为无烟煤，一下层为石英砂。由于无烟煤的密度（1.4～1.6）比石英砂的密度（2.6）小，无烟煤的粒径可选择大一些。因此，上层的孔隙率大，可截留较多的污物，下层的孔隙率较小，可进一步截留污物，污物可穿透滤池的深处，能较好地发挥整个滤层的过滤作用。水头损失也增加的较慢。同样，在双层滤料的下面再加一层密度更大更细的石榴石（密度为4.2）便构成三层滤料滤池。我国石榴石来源不足，可用磁铁矿石（密度4.7～4.8）作为重滤料。

图2-35　混层和不混层的双层滤料与大层滤料滤池

多层滤料滤池主要用于饮用水处理，现已推广到废水的深度处理中。双层滤料滤池，无烟煤粒径要求在其滤层高度内，将75%～90%的悬浮物去除。例如，要求滤池悬浮物的去除率为90%时，则悬浮物的60%～80%应由煤层去除，其余的山砂层去除。多层滤料的粒径和厚度见表2-5。

表2-5　多层滤料粒径和厚度

多层滤料滤池，根据滤料层界面处.允许混层与否可分为混层滤池和非混层滤池。经验表明，无烟煤滤料的最小粒税与石英砂最大粒径之比为3～4时，无明显混层现象。不混层时，双层滤料和三层滤料滤池进水悬浮的最大允许浓度分别为100mg/L和200mg/L。

（3）压力滤池。

压力滤池有立式和卧式两类，如图2-36所示。立式压力滤池，因横断面面积受限制，多为小型的过滤设备。规模较大的废水处理厂宜采用卧式压力滤池，如国外污水三级处理中采用直径为3m，长11.5m的卧式压力滤池。

图2-36　压力滤池的构造和工作情况

1—进水管；2—无烟谋滤层；3—砂滤层；4—滤头；5—下部配水盘；6—出水口；7—排气管；8—上部配水盘；9—旋转式表面冲洗装置；10—表面冲洗高压水进口

压力滤池的特点如下：

①由于废水中悬浮物浓度较高，过滤时水头损失增加较快，所以滤池的允许水头损失也较高，重力式滤池允许水头损失一般为2m，而压力滤池可达6～7m。

②在废水深度处理中，过滤常作为活性炭吸附或臭氧氧化法的预处理，压力滤池的出水水头能.满足后处理的要求，不必再次提升。

③压力滤池是密闭式的，可防止有害气体从废水中逸出。

④压力滤池采用多个并联时，各滤池的出水管可连接起来，当其中一个滤池进行反冲洗时，冲洗水可由其他几个滤池的出水供给，这样可省去反冲洗水罐和水泵。

压力滤池滤层的组成，采用下向流时，多采用无烟煤和石英砂双层滤料。日本为去除二级出水中的悬浮物，无烟煤有效粒径采用1.6～2.0mm，无烟煤的有效粒径为石英砂的2.7倍以下，无烟煤和砂组成的滤层厚度为600～100mm，砂层厚度为无烟煤厚度的60%以下。最大滤速采用12.5m/h。为加强冲洗，采用表面水冲洗和空气混合冲洗方法。

油田含油废水多采用压力滤池进行处理，如图2-37所示。过滤时，废水由进水管经喇叭口进入池中，自上而下地通过滤层，废水中的微小油珠以及经絮凝预处理后没有沉淀的微小悬浮物被去除。油田一般使用石英砂滤料，有效粒径为0.5～0.6mm，各种粒径所占的百分比为d=0.25～0.5mm占10%～15%；d=0.5～0.8mm占70%～75%，d=0.8～1.2mm占15%，～20%石英砂滤料的厚度为0.7～0.8m。垫层主要起支承滤料作用，同时使反冲洗时布水均匀。垫层可用卵石或砾石，它的厚度和分层铺设情况，因采用的配水系统不同而异。目前油田所采用多为大阻力配水系统，其垫层多采用如下分层：垫层自上而下d=2～4mm，厚度100mm，d=4～8mm，100mm，d=8～16mm，100m，d=16～32mm，厚度150mm，d=32～64mm，厚度250mm，共厚700mm。压力滤池.工作周期为12～244h，反冲洗强度为12～15L/（s·m2），反冲洗时间为10～15min。

图2-37　压力式过滤罐图

（4）新型滤料滤池。

近年来，国内外都在研究采用塑料或纤维球等轻质材料作为滤料的滤池，这种滤池具有滤速高、水头损失小、过滤周期长、冲洗水耗量低等优点。

①料、石英砂双层滤料滤池上层采用圆柱形塑料滤料，直径为3mm，滤层高1000mm，下层为石英砂滤料，粒径为0.6mm，层高500mm，支撑层高350mm，滤速为30m/h。因塑料比无烟煤粒径大，而且均匀、空隙率大，所以，悬浮物截留量大。又因塑料的密度小，反冲时采用同样的反冲强度时，塑料的膨胀率大、清洗效果好，可缩短反洗时间，节省冲洗水量。另外塑料的磨损率也小。

②纤维球滤料滤池采用耐酸、耐碱、耐磨的合成纤维球作滤料，用直径为20～50的纤维丝制成直径为10～30mm的纤维球。纤维可用聚酷等合成纤维。滤速为30～70m/h，生物处理后出水经过滤处理后，悬浮物浓度由14～28mg/L，降到2mg/L。采用空气搅动，冲洗水量只占1%～2%。

（5）聚结过滤池。

聚结过滤法又称为粗粒化法，用于含油废水处理。含油废水通过装有粗粒化滤料的滤池，使废水中的微小油珠聚结成大颗粒，然后进行油水分离。本法用于处理含油废水中的分散油和乳化油。粗粒化滤料，具有亲油疏水性质。当含油废水通过时，微小油珠便附聚在其表面形成油膜，达到一定的厚度后，在浮力和水流剪力的作用下，脱离滤料表面，形成颗粒大的油珠浮升到水面。粗粒化滤料有无机和有机两类，无烟煤、石英砂、陶粒、蛇纹石及聚丙烯塑料等。外形有粒状.、纤维状、管状等。

目前国产的SCF、CYF、YSF系列油水分离器，可用于处理船舶舱底含油废水及工业企业少量含有各种油类（石油.、轻柴油、重油、润滑油）的废水，或用于废油浓缩。但不适用一含乳化油或动物油的废水。含杂质较多的含油废水，应先经预处理除去杂质后，再进行处理。这种分离器（图2-38）采用重力分离和粗粒化分离相结合的工艺。进口含油浓度小于25000mg/L，时，出口含油浓度为10mg/L以下。集油室废油浓度约90%，分离油珠粒径在20μm以下。工作压力0.1～0.2MPa，分离器内压力损失0.05MPa以下。可自动或手动排油。采用蒸汽清洗。

图2-38　油水分离器工作原理图

1—集油室（右）；2—粗粒化装置；3—隔板；4—过滤器；5—放空阀；6—蒸汽冲洗喷嘴；7—安全阀；8—多层彼纹板组；9—清水排放口；10—含油废水进口；11—加热器；12—油位检测器；13—集油室（左）；14—手动排油阀；15—自动排油阀；16—废油排出

2.多孔材料过滤

（1）筛网及捞毛机。

毛纺、化纤、造纸等工业废水中含有大量的长约1～200mm的纤维类杂物。这种呈悬浮状的细纤维，不能通过格栅去除。如不清除，则叮能堵塞排水管道和缠绕水泵叶轮破坏水泵的正常工作。这类悬浮物一可用筛网或捞毛机去除。筛网或捞毛机可有效地去除和回收废水中的羊毛、化学纤维、造纸废水中的纸浆等纤维杂质。它具有简单、高效、不加化学药剂、运行费低、占地面积小及维修方便等优点。

①筛网。通常用金属丝或化学纤维编制而成。其形式有转鼓式、转盘式、振动式、回转帘带式和固定式倾斜筛多种。筛孔尺寸可根据需要，一般为0.15～1.0mm。

a.水力回转筛网。如图2-39所示。它由锥筒回转筛和固定筛组成。锥筒回转筛呈截头圆锥形，中心轴水平。废水从圆锥体的小端流入，在从小端流到大端的过程中，纤维状杂物被筛网截留，废水从筛孔流入集水装置。被截留的杂物沿筛网的斜面落到固定筛上，进一步脱水。旋转筛网的小端用不透水的材料制成，内壁有固定的导水叶片，当进水射向导水叶片时，便推动锥筒旋转。一般进水管应有一定的压力，压力大小与筛网大小和废水水质有关。

图2-39　水力回转筛结构示意图

b.固定式倾斜筛。如图2-40所示。筛网用20～40日尼龙丝网或铜丝网张紧在金属框架上，以60～75°的斜角架在支架上。一般用它回收自水中的纸浆。制纸自水经沉砂池除去沉砂后，由配水槽经溢流取均匀地沿筛面流下，纸浆纤维被截留并沿筛面落入集浆槽后回收利用。废水穿过筛孔到集水槽后，进一步处理。筛面用人工或机械定期清洗。

图2-40　固定式倾斜筛

c.振动式筛网。如图2-41所示。废水由渠道流入倾斜的筛网上，利用机械振动，将截留在筛网上的纤维杂质卸下送到固定筛，进一步进行脱水，废水流入下部的集水槽中。

图2-41　振动式筛网

d.电动回转筛网。如图2-42所示。筛孔一般为170μm（约80目）到5mm。网眼小，截留悬浮物多，但易堵塞，增加清洗次数.：国外采用电动回转筛对一级出水进一步处理后，回用作废水处理厂的曝气池的消泡水。采用孔眼500μm（30目左右）的网。回转筛网一般接在水泵的压水管上，利用泵的压力进行过滤。孔眼堵塞时，利用水泵供水进行反冲洗，筛网的反冲洗压力在0.15MPa以上。

图2-42　回转筛网

②捞毛机。目前国内使用的捞毛机有圆筒形和链板框式两种。圆筒形捞毛机，如图2-43所示。

图2-43　圆筒形捞毛机

1—皮带运输机构；2—简形筛网轴承座；3—连接轮毅；4—简形筛网框架；5—联轴器；6—行星摆线针轮减速机；7—筛网；8—皮带运输机行星摆线针轮减速机

圆筒形捞毛机安装在废水渠道的出口处。含有纤维杂质的废水进入筛网后，纤维被截留在筛网上。筛网旋转时，坡截留的纤维杂质转到筛网顶部，在这.里安装一排压力喷水口，纤维杂质被从喷水日流出的冲洗水冲洗后，送到安装在筒形筛网中心的输送皮带上，最后落入小车或地.t，再由人工送出。目前常用的一种筛网圆筒直径为2200mm，筛网宽度为800mm。孔眼为9.5目/cm。筛网转速为2.5r/min。圆筒形捞毛机适用于进水渠水深不大于1.5m的情况下。如水深增加，则筒径增大，耗能增大。

（2）微滤机。

微滤机是一个绕水平轴转旋转的转鼓，其表面张有不锈钢筛网，如图2-44所示。废水从转鼓的敞口端进入，通过筛网迸行过滤。被截留下来的固体留在筛网的内表面。固体随转鼓的旋转被带至转鼓内顶部并被冲掉。冲洗水用泵加压送到转鼓顶部经一排喷嘴喷出。转鼓水头损失小于0.3～0.46m。反冲洗水量占总滤出水量46%。转鼓边缘的线速度可高达30.5m/min，其相应的水力负荷为0.1～0.4m3衬/（m2·min）。转鼓应定期清洗，以控制粘结，避免筛网堵塞。

图2-44　微滤机

对三级处理出水，据报导，最大固体负荷为4.3kg/（m2·d），水力负荷为0.27m2/（m2·min）。对活性污泥法出水，BOD和SS浓度都为20mg/L，以0.14m3/（m2·min）的水力负荷，经微滤机处理后，出水悬浮物和BOD浓度分别为6～8mg/L和3.5～5mg/L。

3.转盘过滤器

转盘式过滤器按照过滤介质、材质，主要分为纤维毛滤布滤过滤器，聚酯丝网滤盘过滤器以及不锈钢丝网滤盘过滤器等。

转盘过滤器按照过滤器工作原理，分为外进水形式和内进水形式两种。外进水形式是指进水通过转盘过滤后，经中心集水管排出，大于滤布孔径的颗粒被截留在转盘外；内进水形式是指进水由中心进水管流入，经转盘过滤后，由外部的集水槽排出，大于滤网孔径的颗粒被截留在转盘内。

外进水滤池的结构见图2-45，在过滤操作中，水进入主水箱并通过滤布进入中央集水管中。随着固体物在滤布表面及内部的不断积累，流动阻力或水头损失随之增加。当通过滤布的水头损失增加并达到预先设定水位时，转盘需要进行反冲洗。反冲洗开始后，转盘保持在侵没状态，并以一定的速度转动，设于转盘两侧与排泥泵相连的真空吸入装置将滤后水从其集水管内抽出，并使之通过滤布进入真空装置，而转盘不停旋转，通过这种逆向流动可去除截留于滤布表面及内部的颗粒。过滤转盘下设有斗形池底，有利于池底污泥的收集。根据进水水质调整排泥周期，启动排泥泵通过池底排泥管将污泥排出。

图2-45　外进水转盘过滤示意图

内进水过滤器是按照转鼓过滤方式进行工作的（图2-46）。机械是由一系列水平安装并可旋转的过滤转盘构成，转盘安装在中央管轴之上，正常运行时，浸泡体积只有40%。反冲冼时最大浸泡体积可选60%。每组转盘由各单一不锈钢（或其他材质）组件组成，组件表面为网状结构，污水从内向外穿流过滤，然后过滤液体从机械的端部流出，过滤期间，转盘开始处于静止状态。在重力作用下固体物质沉积在筛网之上，随着过滤时间的延长，筛网被表面的固体物质所覆盖。这一现象会导致压力差上升，在到达预先设置的最大压力差时，转盘开始缓慢旋转，冲洗棒按一定节奏对过滤面上沉积固体物质进行清理，通过组件之下安装的泥浆料斗将反冲洗水排出箱体，在清理过程中，污水过滤过程不会中断，为将滤盘冲洗干净，反冲洗泵场程较高，一般为60～70m。

图2-46　内进水转盘滤池示意图

转盘滤池盘片式的独特设计，使其具有以下特点：

（1）处理效果好。出水水质稳定，适用于循环冷却水过滤和废水深度处理。转盘的孔径径一般在10～100μm，可截留粒径为几微米的微小颗粒，对二级生物处理沉淀池出水过滤，可使SS降低到10mg/L。

（2）易调节控制，适应性强。在设计负荷内，如果进水水量或悬浮物浓度发生变化，可以通过调节反冲洗频率，从而满足过滤的要求。

（3）结构形式简单，运行维护管理方便。滤网的更换比较方便，无需专用工具和设备，停机后将损坏的盘片取出更换即可。转盘滤池的反冲洗只需水冲洗，无需气冲洗，且水量少。过滤、反冲洗等全由程序控制，并设有多重保护，日常不需专人操作管理。

（4）水头损失少，运行费用低。过滤器的水头损失一般在0.3 m左右。主驱动电机和反冲洗水泵电机功率小，且间歇运行。

（5）占地面积小。盘片式的设计及高的处理负荷、较少的设备等都决定了转盘滤池相比其他过滤形式节约占地。

转盘式过滤器可用于二沉池出水处理，当SS≤30mg/L时，转盘过滤器设计参教可按照表2-6选取。

表2-6　转盘过滤器设计参数