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 m
ρε-
=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。
