濾池
濾 池
一、過濾機理
濾池中懸浮顆粒的去除機理比較復雜，并且受到很多因素的影響，比如:懸浮顆粒以及濾料顆粒的物理化學性質、過濾速度、水的化學性質以及濾池的運行方式等等。在過去的幾十年中，有關過濾機理的研究一直沒有中斷過，但是其中的很多問題還沒有得到解決。
*初的看法，認為水流通過多孔介質的濾床去除懸浮顆粒式的方式，似乎容易解釋為篩濾作用。很清楚，好比篩網阻擋了比網眼尺寸大的顆粒一樣，如果懸浮顆粒尺寸比濾料的空隙大，那么將被去除。這樣一種機械篩濾意味著固體物質不可能穿透到濾料層中，因此不需要深的濾料床。然而，檢查粒狀濾料去除固體物的性能時表明，顆粒尺寸較濾料孔隙小很多的也被有效去除了。所以很明顯，在粒狀濾料的濾床中，篩濾不是*機理。實際上大多數場合下，在濁度的整個去除過程中，篩濾相對不是主要的，懸浮顆粒的去除受到大量傳遞和吸附機制的控制。另外，mintz還首先提出了“剝離機理”，在顆粒吸附的同時，已經吸附于濾料上的顆粒還有剝離的趨勢。
1、傳遞機理
大多數濾池中，層流占優勢。因此在濾床某個空隙中，水流速度由顆粒表面零變到空隙中心的*大值，于是傳遞機制必然使懸浮顆粒脫離水流流線，轉入到近濾床顆粒成為較低速度。傳遞過程實際上是一個物理一水動力作用的過程，目前只能進行定性描述，無法定量計算，懸浮顆粒脫離流線可能是幾種作用同時存在，也可能是其中某些作用占主導地位。
水過濾傳遞機理的主要作用有：
(1)截留作用:當流線距濾料表面距離小于懸浮顆粒半徑時，處于該流線上的顆粒會直接觸及濾料而被濾料截留。
(2)擴散作用:當懸浮顆粒尺寸很小時，顆粒會受到周圍水分子的隨機熱運動而呈現出布朗運動，從而會使顆粒向濾料表面遷移。一般認為，直徑小于1微米的顆粒其擴散作用是明顯的，當顆粒直徑較大時，擴散作用可以忽略。
(3)慣性作用:由于濾層空隙通道錯綜復雜，流道彎曲，流速經常改變方向，致使懸浮顆粒因慣性力作用而離開原來的流線向濾料表面靠近。appiah amirtharaj ah認為，慣性作用對于空氣過濾是主要的，對于水過濾卻是可以忽略的。
(4)沉淀作用:作用在懸浮顆粒上的重力能使顆粒橫向穿過流線層，沉積在濾料層顆粒面向上的表平面上。顆粒密度和水溫對沉淀作用的影響非常大。herzig et al認為直徑大于25微米的顆粒沉淀作用是主要的
(5)水動力作用:處在速度梯度中的顆粒容易發生旋轉，并受到能使他們橫穿流線層的側向力的支配。水動力作用于顆粒形狀以及水流雷諾數有重要關系。
2、吸附機理
一旦懸浮顆粒被運送至接近濾料顆粒表面或原有沉淀物時，則在物理一化學和分子力的影響下，如同混凝工序一樣，能發生吸附現象。于是，在顆粒濾床中，粒狀濾料截留懸浮顆粒的作用能夠用混凝過程中的架橋及吸附雙電層的概念來解釋。
可以假定吸附是由于行進的懸浮顆粒和濾料顆粒之間存在的分子吸附力和電動力相互作用而產生的。事實上，分子力只有當懸浮顆粒非常接近濾料顆粒表面的時候，大概在0.1微米以內才是主要的，所以帶電顆粒之間的作用力仍是控制吸附過程進度的主要因素。電動力的變化取決于表面電荷的符號和大小以及雙電層厚度，由于大多數天然水源中含有大量溶解固體，懸浮顆粒和濾料顆粒所帶的電荷可能相當小，結果只產生微弱斥力。這些斥力可以通過投加混凝劑或控制ph值改變體系中離子結構強度而得到調整。此外，聚合電解質的應用可產生架橋機制，從而把懸浮顆粒粘固在濾料顆粒表面。
3、剝離機理
懸浮顆粒移動到濾料顆粒上后，會以不同幾何構造聚集。這些幾何構造不僅與濾料顆粒有關，還與先前沉積物有關。一般的構造是位于濾料顆粒頂部的球冠形和處于孔隙中的管結構。如果過濾速度保持不變，隨著懸浮顆粒的不斷沉積，孔隙中實際水流速度會逐漸增大。結果導致沉積顆粒受到逐漸增大的水流剪切力的作用，當剪切力大到與粘附力相同數量級時，顆粒就有可能剝落下來并在濾層較下層被截留。剝離機理的另外一種解釋還可以是沉積顆粒的崩落效應。因此，在達到飽和狀態但沉積顆粒呈現亞穩態構造的濾料層中，吸附和剝離可以同時發生。
二、均質濾料。
所謂“均質濾料”并非指濾料粒徑*相同，而是指沿整個濾層深度方向的任意橫斷面上濾料組成和平均粒徑均勻一致。
當濾料干式裝入濾池時，濾層各部分的濾料級配是相同的，這時的濾料層就是均質濾層或均質濾料。但是當濾池進行反沖洗后，由于水力分級作用，原來的均質濾料濾層就變成了分級濾料濾層，沿濾層厚度方向上濾料按從小到大的順序排列，使得濾料顆粒間的空隙也呈現從小到大的排列，這對于過濾是十分不利的。一方面上部濾層由于孔隙小，能容納的懸浮固體也就比下層能容納的少，使得整個濾層的納污能力不均勻;另一方面，水流流經上部濾層的阻力比下部大，在截留懸浮固體后更變得嚴重?？紫洞笮》植嫉牟焕蛩睾蛻腋」腆w在濾層中分布的不利因素疊加起來就突出了下列矛盾:在孔隙*小的頂部濾層要容納的懸浮固體數量*大，而孔隙*大的底部濾層卻是容納的懸浮固體量*小。其后果是濾池由于濾層頂部迅速地被懸浮固體堵塞，水頭損失迅速上升，在過濾水頭損失達到允許值的時候，整個濾層的截留懸浮固體能力未能發揮出來。
為了改變上細下粗的濾層中雜質分布不均勻的現象，提高濾層含污能力，就出現了雙層濾料、多層濾料及均質濾料等濾層組成。
雙層濾料或多層濾料組成為，濾層上部裝入輕質、大粒徑濾料，下部裝入重質、小粒徑濾料。反沖洗后，雖然在各層中還會出現水力分級現象，但是就整個濾層而言從上至下其孔隙變化的總趨勢還是逐漸減小的。但同時也產生了新問題，反沖洗時為滿足下層重質濾料膨脹的反沖強度有可能使上層輕質濾料被沖跑，造成濾料流失，減小反沖強度又可能使下層濾料得不到*沖洗，另外反沖洗時出現的濾層混層現象對過濾出水水質的影響至今還沒有統一的認識。
為了使濾層在反沖洗后仍為均質濾層，改善濾層的含污能力，就要求在反沖洗的過程中濾層不膨脹或輕微膨脹，濾料不產生或不明顯產生水力分級現象，同時也要保證濾料清洗干凈，可以采用氣、水聯合反沖洗。氣、水聯合反沖洗是均質濾料得以實現的前提。由于反沖洗時濾料的磨損，應每年更換表層5～10厘米濾料。
v型濾池是恒水位過濾，池內的超聲波液位計自動控制可調解出水清水閥，閥門可根據池內水位的高低，自動調節開啟程度，以保證池內的水位恒定。采用均質濾料、過濾面積大、氣水混合反沖洗。
v型濾池的特點：
⒈反沖洗的排水系統簡單，施工方便，省去了為排水均勻而設的眾多集水槽。
⒉濾層厚，采用等粒徑粗顆粒濾料，截污能力強，截污量大，過濾周期長。
⒊采用氣水反沖洗。反沖洗效果好、節水。
⒋自動化程度高，控制系統成熟。
快濾池的成熟期是指從過濾開始到出水濁度滿足水質要求的這段時間，一般認為可分為以下3個階段：⑴、殘余沖洗水置換階段；⑵、濾池進水與殘余沖洗水混合和微粒穩定階段；⑶、濾層調理階段。在反沖洗停止時，在整個濾層的空隙中充滿沖洗的殘留水，所以從濾池開始進水過濾起，是將沖洗殘留水置換的過程，由于反沖洗水是從下而上將懸浮固體顆粒洗下并帶走，加上濾層的截污量沿深度本身也有一個分布規律，所以沖洗殘留水的濁度沿濾池深度從下而上是逐漸增大的，表現在出水濁度–時間曲線上出現**個峰值。隨后新進濾池的水開始濾出，由于水在濾層中不可能是理想的活塞流，所以必存在新水與殘留水的混合，混合的結果使部分已遷移或附著在濾料表面的顆粒重新隨濾出水排出，導致出水濁度上升，出現了**個峰值。之后便進入*無殘留沖洗水的階段，濾層逐步穩定，濾出水濁度逐步降低，至出水水質合格成熟期終止。（泄漏點是指濾出水濁度穩定一段時間之后又出現穩步迅速上升過程的一個點。這一過程又稱為有效過濾期。
水力波動：濾出水壓的不規則跳動現象稱為水力波動。水力波動和濾速波動是并存的，因此數值大的水力波動和濾速波動同時出現，濾池出水水質也就出現惡化現象。水力波動的產生有下列情況：①由于濾池出口或進口的流量控制設施引起的流量不穩定，甚至暫時失靈。②由于全廠流量的增加或由于一個濾池的沖洗引起的濾池濾速變化。③濾池沖洗后開始過濾或者別的濾池開停所引起的濾速變化。當這些情況引起濾速的瞬時變值過大時，則產生濾出水水質顯著惡化的現象。研究表明加少量聚合物（助濾劑）就可以控制因水力波動所產生的濁度波動現象。
復合氣水反沖洗濾磚：
可單獨用于水反沖，也可用于氣水反沖洗。上層開孔比：0.5-0.8%，斜面開孔比：1.2-1.5%。一般可用abs工程塑料制成。加工精度易控制，安裝方便，配水均勻性好，但價格高。
氣水反沖原理主要是利用上升空氣氣泡的震動可有效地將附著于濾料表面污物清洗下來使之懸浮于水中，然后再用水反沖把污物排出池外。因為氣泡能有效地使濾料表面污物破碎、脫落，故水沖強度可降低，即可采用所謂“低速反沖”。
國外文獻認為，水體中含氮0.2mg/l，磷0.002mg/l既可視為富營養化。富營養化地面水中含有大量的浮游生物、藻類及其產生的有機物。日本于1988年發布引入深度處理工藝的方針，規定當原水水質的色度達到25ntu、嗅閾值25、*消耗量7.5mg/l、氨氮0.16mg/l時就采用深度處理工藝。我國微污染水源codmn平均為10mg/l左右，氨氮平均為3.3mg/l左右。
我國微污染水源主要顯示下列特點。①表示有機物的綜合指標，如cod、bod、toc等值升高，水源水中這些指標越大，污染越嚴重。例如水源水中的溶解氧（淡水中溶解氧飽和值0℃時14.62mg/l25℃時8.38mg/l）一般在5～10mg/l以下時，作為飲用水源已不合適。溶解氧濃度小于1mg/l時，可使水源水開始發生惡臭。又如當水源水的bod小于3mg/l時，水質較好；到7.5mg/l時，水質較差；超過10mg/l時水質極差，此時水中溶解氧濃度已接近0。②氨氮（nh3–n）濃度升高。③嗅味明顯。④致突變性的ames試驗結果呈陽性，而水質良好的水源應呈陰性。
氮在水中的危害：氮在水中以有機氮、氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽形式存在，用金屬鋁鹽作為混凝劑對氨氮的去除率很低。在水廠流程和配水系統中，氨氮濃度0.25mg/l就足以使硝化菌生長，由硝化菌和氨釋放的有機物會造成臭味問題。氨形成氯氨也要消耗大量的氯，降低**效率，而且可能生成**副產物，影響水中有機物的氧化效率。氨氮在水中被氧化為亞硝酸及硝酸鹽，亞硝酸鹽的積累代替了血紅細胞中氧的位置，*終導致窒息；高濃度的硝酸鹽攝入也會引起中毒。
氧化1mg/l氨氮需要4.57mg/l的溶解氧。
發達國家在微污染水方面的具體措施：⑴對原水進行曝氣處理。⑵對原水進行預氧化。⑶強化混凝絮凝沉淀（或氣?。^濾工藝去除部分有機物。⑷臭氧活性碳結合處理方法去除有機物。⑸合理選擇**劑，避免三鹵甲烷的形成。
氣浮工藝處理低溫低濁水或用于除藻的合理性：①氣浮工藝用于處理密度小、不易沉淀的絮體、藻類、油類*。②原水中懸浮雜質較少，氣浮的氣固比低，用氣量少。③水溫低，空氣在水中的飽和度提高了，在同樣壓力下空氣在水中的溶解度冬季要比夏季高54%。④原水在加壓提升的過程中溶入一定的空氣，而且當混凝劑水解時，產生的co2微氣泡也容易與絮體接觸，黏附在一起，若是用沉淀方式，co2會干擾顆粒下沉，很難將其從水中分離出去，特別是原水濁度在20ntu以下時，這種現象尤為顯著，就是斜板沉淀池也發揮不了多大作用；而氣浮技術就能因勢利導，使絮體加氣上浮，足以克服低溫低濁不利因素對絮體分離的影響。（據資料介紹，絮粒成長的300～400um已足夠被氣泡黏附，而沉淀所需的絮粒，常常需要在1mm以上，甚至更大。）
微絮凝是指在含有懸浮顆粒的渾濁水中，通過加入絮凝劑形成微小聚集體的絮凝過程。微絮凝接觸過濾法的原理是，濾池上層濾料孔隙很小，濾料表面有一定的化學特性，在原水中加入一定量的混凝劑、助凝劑后，立即直接進入濾池，在濾料中形成微小絮凝體，其中一部分被濾料截流，另一部分被濾料吸附，呈現具有微絮凝接觸吸附過濾作用，從而實現除濁的目的。
aoc 生物可固化有機碳（反應微生物極易利用的基質指標，其濃度與**的再生繁殖潛力有關，目前上用aoc來判斷管網的生物穩定性。100ug乙酸碳/l 是給水界對生物穩定性水中aoc含量的建議值。）
散除co2的重要性
東北地區地面水體一年中長時間低溫，水中co2難以散除，當混凝劑投加到水中后，由于瞬間水解作用又產生一些co2。如果不能及時散除水中的co2，混凝劑的水解化學反應會受到影響。若發生這一情況，不但浪費混凝劑的用量，而且對原水中膠體的脫穩也起不了作用。因此混凝劑加入水中充分混合后，要立即瀑氣，如能降低水中60%的co2含量，則可節省混凝劑用量30%以上。低溫低濁水經曝氣混凝后，形成的絮體比較密實，水的透明度高。
清水池頂的覆土用來平衡水池放空時地下水的浮力，以防止水池浮起。
助濾劑
助濾劑：常用的助濾劑主要有聚丙烯酰胺、活化硅酸和聚合氯化鋁。助濾劑使用時，濾池需有表面沖洗或氣水反沖等強化反沖方法。助濾劑投加點可在濾池進水管之前，也有少數投加在濾池的進水渠處，應根據藥劑的反應時間或進水條件確定*佳投加點。助濾劑適用于雙層濾料和均質濾料濾池。美國規定濾池出水渾濁度小于0.1ntu，助濾劑使用較多。投加量高分子助濾劑0.02～0.05mg/l 非離子型高分子聚合物15～25ug/l。
助濾劑的主要原理是通過加入助濾劑改變進入濾池之前的顆?；驗V料表面性質、電性與尺寸。改變濾料表面性質可提高顆粒向濾料遷移速度與黏附效率；改變進入濾池懸浮顆粒的表面性質與尺寸可提高顆粒黏附效率。按照該機理形成的聚合物–顆粒絮體，使顆粒和黏附作用都得到加強。形成的絮體尺寸比較大，顆粒之間或顆粒與濾料之間結合緊密，可抵抗濾池對水流的剪切力，使濾池工作周期延長。投加助濾劑后，能有效地降低濾速突然變化引起的懸浮顆粒穿透程度，保障濾后水水質。
助濾劑的主要種類有：⑴聚合無機高分子（如聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁）⑵合成有機高分子（如聚丙烯酰胺、hac陽離子絮凝劑）⑶天然有機高分子（如骨膠、海藻酸鈉）⑷氧化劑（如氯、臭氧、二氧化氯等）。
助凝劑：凡是改善混凝過程與混凝劑聯合使用的藥劑都可稱為助凝劑。其作用原理與具體用途有關，對于藻類過量繁殖的情況，可加入氧化劑進行預氧化提高混凝效果，也可加入有機高分子助凝劑，增加絮體密度，提高混凝沉淀效果；對于低溫低濁水處理，由于其黏度大，絮體沉降性能差，造成混凝劑投加量增大，此時加入有機或無機高分子助凝劑增大絮體尺寸、增加絮體密度，提高沉速；對于堿度較低的原水，混凝過程會導致ph下降，不但影響混凝效果，而且會產生酸性水，不利于管網水質穩定，因此需要投加堿進行ph調整；對于含藻水和含有有機類色度水（例如含腐殖酸、富里酸等），不但混凝劑投加量升高，而且沉降性能惡化，可加入一定量有機高分子助凝劑提高沉降性能，也可加入一定量的氧化劑破壞有機物對膠體的穩定作用（如*、高鐵酸鉀）。對于含鐵、錳地表水，氧化劑可使鐵和錳的有機物洛合物破壞，有利水中鐵、錳和有機物的去除。對于低溫低濁水，也可投加黏土強化混凝，但增加了沉淀排泥量。
助凝劑種類：⒈有機與無機高分子，如活化硅酸、聚丙烯酰胺、骨膠等。⒉ph調節劑如鹽酸、硫酸和堿石灰。⒊無機顆粒如黏土、微砂。⒋氧化劑如*、二氧化氯等。
水處理劑聚丙烯酰胺絮凝劑（pam）又稱三號絮凝劑，是由丙烯酰胺單體聚合而成的有機高分子聚合物，無色無味、無臭、易溶于水，沒有腐蝕性。聚丙烯酰胺在常溫下比較穩定，高溫、冰凍時易降解，并降低絮凝效果，故其貯存與配制投加時，溫度應控制在2℃～55℃時，絮凝效果為佳，否則會降低使用效果。
聚丙烯酰胺的分子結構為：
ch2
ch
n
conh2
結構式中丙烯酰胺分子量為71.08，n值為2×104～9×104，故聚丙烯酰胺分子量一般為1.5×106～6×106，分為低、中、高和超高分子量。
聚丙烯酰胺產品按其純度來分，有粉劑和膠體兩種，粉劑產品為白色或微黃色顆?；蚍勰?，固含量一般在90%以上，膠體產品為無色或微黃色透膠體，固含量為8%～9%。
聚丙烯酰胺產品按其離子型來分，有陽離子型、陰離子型和非離子型3種。陽離子型一般都含有微量毒性，不適宜在給排水工程中使用，所以我們接觸到的水處理劑聚丙烯酰胺均屬陰離子型或非離子型。
聚丙烯酰胺的絮凝機理是：聚丙烯酰胺具有極性酰胺基團，酰胺基團易于借氫鍵作用在泥沙顆粒表面吸附。另外，聚丙烯酰胺絮凝劑有很長的分子鏈，其長度有100 a°，但鏈的寬度只有1a°，很大數量級的長鏈在水中具有巨大的吸附表面積，其絮凝作用好，還可利用長鏈在絮凝顆粒之間架橋，形成大顆粒絮凝體，加速沉降。
水處理劑聚丙烯酰胺的絮凝機理有別于三氯化鐵、硫酸鋁、堿式氯化鋁等混凝劑的ξ電位凝聚概念，所以，聚丙烯酰胺不能稱混凝劑，因其機量主要以吸附架橋為主，只能稱絮凝劑。
聚丙烯酰胺在naoh等堿類作用下，極易起水解反應，使部分聚丙烯酰胺生成聚丙烯酸鈉，丙烯酸鈉分子在水中不穩定，被離解成rcoo-na+。因此，聚丙烯酰胺水解體是聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉的共聚物，由于rcoo-（羥基）的作用，使聚丙烯酰胺水解體成為陰離子型高分子絮凝劑，而非水解的聚丙烯酰胺絮凝劑為非離子型高分子絮凝劑。從上述水解方程式看出，聚丙烯酰胺部分水解體產品具有一定的胺味，從這點就可以簡便區別聚丙烯酰胺產品是否水解。
聚丙烯酰胺部分水解后，使其性能從非離子型轉變為陰離子型，在rcco-（羥基）基團的離子靜電斥力作用下，使聚丙烯酰胺主鏈上呈卷曲狀的分子鏈展開拉長，增加其吸附面積，提高架橋能力，所以部分水解體的聚丙烯酰胺的絮凝效果要優于非離子型聚丙烯酰胺。
處理高濁度水的聚丙烯酰胺，一般都應采用部分水解體產品，*佳水解度（水解度是指聚丙烯酰胺分子中，酰胺基團轉化為羥基的百分數）的聚丙烯酰胺沉降速度是非水解體的2～9倍。但聚丙烯酰胺絮凝劑中水解度過高或過低的產品，其絮凝效果都不理想，因為水解度過低，吸附架橋能力不強，水解度過高則加強了產品的陰離子性能，增大了與泥土顆粒的排斥能力。經過大量試驗證實，聚丙烯酰胺絮凝劑*佳水解度應為25%～35%。
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一、過濾機理
濾池中懸浮顆粒的去除機理比較復雜，并且受到很多因素的影響，比如:懸浮顆粒以及濾料顆粒的物理化學性質、過濾速度、水的化學性質以及濾池的運行方式等等。在過去的幾十年中，有關過濾機理的研究一直沒有中斷過，但是其中的很多問題還沒有得到解決。
*初的看法，認為水流通過多孔介質的濾床去除懸浮顆粒式的方式，似乎容易解釋為篩濾作用。很清楚，好比篩網阻擋了比網眼尺寸大的顆粒一樣，如果懸浮顆粒尺寸比濾料的空隙大，那么將被去除。這樣一種機械篩濾意味著固體物質不可能穿透到濾料層中，因此不需要深的濾料床。然而，檢查粒狀濾料去除固體物的性能時表明，顆粒尺寸較濾料孔隙小很多的也被有效去除了。所以很明顯，在粒狀濾料的濾床中，篩濾不是*機理。實際上大多數場合下，在濁度的整個去除過程中，篩濾相對不是主要的，懸浮顆粒的去除受到大量傳遞和吸附機制的控制。另外，mintz還首先提出了“剝離機理”，在顆粒吸附的同時，已經吸附于濾料上的顆粒還有剝離的趨勢。
1、傳遞機理
大多數濾池中，層流占優勢。因此在濾床某個空隙中，水流速度由顆粒表面零變到空隙中心的*大值，于是傳遞機制必然使懸浮顆粒脫離水流流線，轉入到近濾床顆粒成為較低速度。傳遞過程實際上是一個物理一水動力作用的過程，目前只能進行定性描述，無法定量計算，懸浮顆粒脫離流線可能是幾種作用同時存在，也可能是其中某些作用占主導地位。
水過濾傳遞機理的主要作用有：
(1)截留作用:當流線距濾料表面距離小于懸浮顆粒半徑時，處于該流線上的顆粒會直接觸及濾料而被濾料截留。
(2)擴散作用:當懸浮顆粒尺寸很小時，顆粒會受到周圍水分子的隨機熱運動而呈現出布朗運動，從而會使顆粒向濾料表面遷移。一般認為，直徑小于1微米的顆粒其擴散作用是明顯的，當顆粒直徑較大時，擴散作用可以忽略。
(3)慣性作用:由于濾層空隙通道錯綜復雜，流道彎曲，流速經常改變方向，致使懸浮顆粒因慣性力作用而離開原來的流線向濾料表面靠近。appiah amirtharaj ah認為，慣性作用對于空氣過濾是主要的，對于水過濾卻是可以忽略的。
(4)沉淀作用:作用在懸浮顆粒上的重力能使顆粒橫向穿過流線層，沉積在濾料層顆粒面向上的表平面上。顆粒密度和水溫對沉淀作用的影響非常大。herzig et al認為直徑大于25微米的顆粒沉淀作用是主要的
(5)水動力作用:處在速度梯度中的顆粒容易發生旋轉，并受到能使他們橫穿流線層的側向力的支配。水動力作用于顆粒形狀以及水流雷諾數有重要關系。
2、吸附機理
一旦懸浮顆粒被運送至接近濾料顆粒表面或原有沉淀物時，則在物理一化學和分子力的影響下，如同混凝工序一樣，能發生吸附現象。于是，在顆粒濾床中，粒狀濾料截留懸浮顆粒的作用能夠用混凝過程中的架橋及吸附雙電層的概念來解釋。
可以假定吸附是由于行進的懸浮顆粒和濾料顆粒之間存在的分子吸附力和電動力相互作用而產生的。事實上，分子力只有當懸浮顆粒非常接近濾料顆粒表面的時候，大概在0.1微米以內才是主要的，所以帶電顆粒之間的作用力仍是控制吸附過程進度的主要因素。電動力的變化取決于表面電荷的符號和大小以及雙電層厚度，由于大多數天然水源中含有大量溶解固體，懸浮顆粒和濾料顆粒所帶的電荷可能相當小，結果只產生微弱斥力。這些斥力可以通過投加混凝劑或控制ph值改變體系中離子結構強度而得到調整。此外，聚合電解質的應用可產生架橋機制，從而把懸浮顆粒粘固在濾料顆粒表面。
3、剝離機理
懸浮顆粒移動到濾料顆粒上后，會以不同幾何構造聚集。這些幾何構造不僅與濾料顆粒有關，還與先前沉積物有關。一般的構造是位于濾料顆粒頂部的球冠形和處于孔隙中的管結構。如果過濾速度保持不變，隨著懸浮顆粒的不斷沉積，孔隙中實際水流速度會逐漸增大。結果導致沉積顆粒受到逐漸增大的水流剪切力的作用，當剪切力大到與粘附力相同數量級時，顆粒就有可能剝落下來并在濾層較下層被截留。剝離機理的另外一種解釋還可以是沉積顆粒的崩落效應。因此，在達到飽和狀態但沉積顆粒呈現亞穩態構造的濾料層中，吸附和剝離可以同時發生。
二、均質濾料。
所謂“均質濾料”并非指濾料粒徑*相同，而是指沿整個濾層深度方向的任意橫斷面上濾料組成和平均粒徑均勻一致。
當濾料干式裝入濾池時，濾層各部分的濾料級配是相同的，這時的濾料層就是均質濾層或均質濾料。但是當濾池進行反沖洗后，由于水力分級作用，原來的均質濾料濾層就變成了分級濾料濾層，沿濾層厚度方向上濾料按從小到大的順序排列，使得濾料顆粒間的空隙也呈現從小到大的排列，這對于過濾是十分不利的。一方面上部濾層由于孔隙小，能容納的懸浮固體也就比下層能容納的少，使得整個濾層的納污能力不均勻;另一方面，水流流經上部濾層的阻力比下部大，在截留懸浮固體后更變得嚴重?？紫洞笮》植嫉牟焕蛩睾蛻腋」腆w在濾層中分布的不利因素疊加起來就突出了下列矛盾:在孔隙*小的頂部濾層要容納的懸浮固體數量*大，而孔隙*大的底部濾層卻是容納的懸浮固體量*小。其后果是濾池由于濾層頂部迅速地被懸浮固體堵塞，水頭損失迅速上升，在過濾水頭損失達到允許值的時候，整個濾層的截留懸浮固體能力未能發揮出來。
為了改變上細下粗的濾層中雜質分布不均勻的現象，提高濾層含污能力，就出現了雙層濾料、多層濾料及均質濾料等濾層組成。
雙層濾料或多層濾料組成為，濾層上部裝入輕質、大粒徑濾料，下部裝入重質、小粒徑濾料。反沖洗后，雖然在各層中還會出現水力分級現象，但是就整個濾層而言從上至下其孔隙變化的總趨勢還是逐漸減小的。但同時也產生了新問題，反沖洗時為滿足下層重質濾料膨脹的反沖強度有可能使上層輕質濾料被沖跑，造成濾料流失，減小反沖強度又可能使下層濾料得不到*沖洗，另外反沖洗時出現的濾層混層現象對過濾出水水質的影響至今還沒有統一的認識。
為了使濾層在反沖洗后仍為均質濾層，改善濾層的含污能力，就要求在反沖洗的過程中濾層不膨脹或輕微膨脹，濾料不產生或不明顯產生水力分級現象，同時也要保證濾料清洗干凈，可以采用氣、水聯合反沖洗。氣、水聯合反沖洗是均質濾料得以實現的前提。由于反沖洗時濾料的磨損，應每年更換表層5～10厘米濾料。
v型濾池是恒水位過濾，池內的超聲波液位計自動控制可調解出水清水閥，閥門可根據池內水位的高低，自動調節開啟程度，以保證池內的水位恒定。采用均質濾料、過濾面積大、氣水混合反沖洗。
v型濾池的特點：
⒈反沖洗的排水系統簡單，施工方便，省去了為排水均勻而設的眾多集水槽。
⒉濾層厚，采用等粒徑粗顆粒濾料，截污能力強，截污量大，過濾周期長。
⒊采用氣水反沖洗。反沖洗效果好、節水。
⒋自動化程度高，控制系統成熟。
快濾池的成熟期是指從過濾開始到出水濁度滿足水質要求的這段時間，一般認為可分為以下3個階段：⑴、殘余沖洗水置換階段；⑵、濾池進水與殘余沖洗水混合和微粒穩定階段；⑶、濾層調理階段。在反沖洗停止時，在整個濾層的空隙中充滿沖洗的殘留水，所以從濾池開始進水過濾起，是將沖洗殘留水置換的過程，由于反沖洗水是從下而上將懸浮固體顆粒洗下并帶走，加上濾層的截污量沿深度本身也有一個分布規律，所以沖洗殘留水的濁度沿濾池深度從下而上是逐漸增大的，表現在出水濁度–時間曲線上出現**個峰值。隨后新進濾池的水開始濾出，由于水在濾層中不可能是理想的活塞流，所以必存在新水與殘留水的混合，混合的結果使部分已遷移或附著在濾料表面的顆粒重新隨濾出水排出，導致出水濁度上升，出現了**個峰值。之后便進入*無殘留沖洗水的階段，濾層逐步穩定，濾出水濁度逐步降低，至出水水質合格成熟期終止。（泄漏點是指濾出水濁度穩定一段時間之后又出現穩步迅速上升過程的一個點。這一過程又稱為有效過濾期。
水力波動：濾出水壓的不規則跳動現象稱為水力波動。水力波動和濾速波動是并存的，因此數值大的水力波動和濾速波動同時出現，濾池出水水質也就出現惡化現象。水力波動的產生有下列情況：①由于濾池出口或進口的流量控制設施引起的流量不穩定，甚至暫時失靈。②由于全廠流量的增加或由于一個濾池的沖洗引起的濾池濾速變化。③濾池沖洗后開始過濾或者別的濾池開停所引起的濾速變化。當這些情況引起濾速的瞬時變值過大時，則產生濾出水水質顯著惡化的現象。研究表明加少量聚合物（助濾劑）就可以控制因水力波動所產生的濁度波動現象。
復合氣水反沖洗濾磚：
可單獨用于水反沖，也可用于氣水反沖洗。上層開孔比：0.5-0.8%，斜面開孔比：1.2-1.5%。一般可用abs工程塑料制成。加工精度易控制，安裝方便，配水均勻性好，但價格高。
氣水反沖原理主要是利用上升空氣氣泡的震動可有效地將附著于濾料表面污物清洗下來使之懸浮于水中，然后再用水反沖把污物排出池外。因為氣泡能有效地使濾料表面污物破碎、脫落，故水沖強度可降低，即可采用所謂“低速反沖”。
國外文獻認為，水體中含氮0.2mg/l，磷0.002mg/l既可視為富營養化。富營養化地面水中含有大量的浮游生物、藻類及其產生的有機物。日本于1988年發布引入深度處理工藝的方針，規定當原水水質的色度達到25ntu、嗅閾值25、*消耗量7.5mg/l、氨氮0.16mg/l時就采用深度處理工藝。我國微污染水源codmn平均為10mg/l左右，氨氮平均為3.3mg/l左右。
我國微污染水源主要顯示下列特點。①表示有機物的綜合指標，如cod、bod、toc等值升高，水源水中這些指標越大，污染越嚴重。例如水源水中的溶解氧（淡水中溶解氧飽和值0℃時14.62mg/l25℃時8.38mg/l）一般在5～10mg/l以下時，作為飲用水源已不合適。溶解氧濃度小于1mg/l時，可使水源水開始發生惡臭。又如當水源水的bod小于3mg/l時，水質較好；到7.5mg/l時，水質較差；超過10mg/l時水質極差，此時水中溶解氧濃度已接近0。②氨氮（nh3–n）濃度升高。③嗅味明顯。④致突變性的ames試驗結果呈陽性，而水質良好的水源應呈陰性。
氮在水中的危害：氮在水中以有機氮、氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽形式存在，用金屬鋁鹽作為混凝劑對氨氮的去除率很低。在水廠流程和配水系統中，氨氮濃度0.25mg/l就足以使硝化菌生長，由硝化菌和氨釋放的有機物會造成臭味問題。氨形成氯氨也要消耗大量的氯，降低**效率，而且可能生成**副產物，影響水中有機物的氧化效率。氨氮在水中被氧化為亞硝酸及硝酸鹽，亞硝酸鹽的積累代替了血紅細胞中氧的位置，*終導致窒息；高濃度的硝酸鹽攝入也會引起中毒。
氧化1mg/l氨氮需要4.57mg/l的溶解氧。
發達國家在微污染水方面的具體措施：⑴對原水進行曝氣處理。⑵對原水進行預氧化。⑶強化混凝絮凝沉淀（或氣?。^濾工藝去除部分有機物。⑷臭氧活性碳結合處理方法去除有機物。⑸合理選擇**劑，避免三鹵甲烷的形成。
氣浮工藝處理低溫低濁水或用于除藻的合理性：①氣浮工藝用于處理密度小、不易沉淀的絮體、藻類、油類*。②原水中懸浮雜質較少，氣浮的氣固比低，用氣量少。③水溫低，空氣在水中的飽和度提高了，在同樣壓力下空氣在水中的溶解度冬季要比夏季高54%。④原水在加壓提升的過程中溶入一定的空氣，而且當混凝劑水解時，產生的co2微氣泡也容易與絮體接觸，黏附在一起，若是用沉淀方式，co2會干擾顆粒下沉，很難將其從水中分離出去，特別是原水濁度在20ntu以下時，這種現象尤為顯著，就是斜板沉淀池也發揮不了多大作用；而氣浮技術就能因勢利導，使絮體加氣上浮，足以克服低溫低濁不利因素對絮體分離的影響。（據資料介紹，絮粒成長的300～400um已足夠被氣泡黏附，而沉淀所需的絮粒，常常需要在1mm以上，甚至更大。）
微絮凝是指在含有懸浮顆粒的渾濁水中，通過加入絮凝劑形成微小聚集體的絮凝過程。微絮凝接觸過濾法的原理是，濾池上層濾料孔隙很小，濾料表面有一定的化學特性，在原水中加入一定量的混凝劑、助凝劑后，立即直接進入濾池，在濾料中形成微小絮凝體，其中一部分被濾料截流，另一部分被濾料吸附，呈現具有微絮凝接觸吸附過濾作用，從而實現除濁的目的。
aoc 生物可固化有機碳（反應微生物極易利用的基質指標，其濃度與**的再生繁殖潛力有關，目前上用aoc來判斷管網的生物穩定性。100ug乙酸碳/l 是給水界對生物穩定性水中aoc含量的建議值。）
散除co2的重要性
東北地區地面水體一年中長時間低溫，水中co2難以散除，當混凝劑投加到水中后，由于瞬間水解作用又產生一些co2。如果不能及時散除水中的co2，混凝劑的水解化學反應會受到影響。若發生這一情況，不但浪費混凝劑的用量，而且對原水中膠體的脫穩也起不了作用。因此混凝劑加入水中充分混合后，要立即瀑氣，如能降低水中60%的co2含量，則可節省混凝劑用量30%以上。低溫低濁水經曝氣混凝后，形成的絮體比較密實，水的透明度高。
清水池頂的覆土用來平衡水池放空時地下水的浮力，以防止水池浮起。
助濾劑
助濾劑：常用的助濾劑主要有聚丙烯酰胺、活化硅酸和聚合氯化鋁。助濾劑使用時，濾池需有表面沖洗或氣水反沖等強化反沖方法。助濾劑投加點可在濾池進水管之前，也有少數投加在濾池的進水渠處，應根據藥劑的反應時間或進水條件確定*佳投加點。助濾劑適用于雙層濾料和均質濾料濾池。美國規定濾池出水渾濁度小于0.1ntu，助濾劑使用較多。投加量高分子助濾劑0.02～0.05mg/l 非離子型高分子聚合物15～25ug/l。
助濾劑的主要原理是通過加入助濾劑改變進入濾池之前的顆?；驗V料表面性質、電性與尺寸。改變濾料表面性質可提高顆粒向濾料遷移速度與黏附效率；改變進入濾池懸浮顆粒的表面性質與尺寸可提高顆粒黏附效率。按照該機理形成的聚合物–顆粒絮體，使顆粒和黏附作用都得到加強。形成的絮體尺寸比較大，顆粒之間或顆粒與濾料之間結合緊密，可抵抗濾池對水流的剪切力，使濾池工作周期延長。投加助濾劑后，能有效地降低濾速突然變化引起的懸浮顆粒穿透程度，保障濾后水水質。
助濾劑的主要種類有：⑴聚合無機高分子（如聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁）⑵合成有機高分子（如聚丙烯酰胺、hac陽離子絮凝劑）⑶天然有機高分子（如骨膠、海藻酸鈉）⑷氧化劑（如氯、臭氧、二氧化氯等）。
助凝劑：凡是改善混凝過程與混凝劑聯合使用的藥劑都可稱為助凝劑。其作用原理與具體用途有關，對于藻類過量繁殖的情況，可加入氧化劑進行預氧化提高混凝效果，也可加入有機高分子助凝劑，增加絮體密度，提高混凝沉淀效果；對于低溫低濁水處理，由于其黏度大，絮體沉降性能差，造成混凝劑投加量增大，此時加入有機或無機高分子助凝劑增大絮體尺寸、增加絮體密度，提高沉速；對于堿度較低的原水，混凝過程會導致ph下降，不但影響混凝效果，而且會產生酸性水，不利于管網水質穩定，因此需要投加堿進行ph調整；對于含藻水和含有有機類色度水（例如含腐殖酸、富里酸等），不但混凝劑投加量升高，而且沉降性能惡化，可加入一定量有機高分子助凝劑提高沉降性能，也可加入一定量的氧化劑破壞有機物對膠體的穩定作用（如*、高鐵酸鉀）。對于含鐵、錳地表水，氧化劑可使鐵和錳的有機物洛合物破壞，有利水中鐵、錳和有機物的去除。對于低溫低濁水，也可投加黏土強化混凝，但增加了沉淀排泥量。
助凝劑種類：⒈有機與無機高分子，如活化硅酸、聚丙烯酰胺、骨膠等。⒉ph調節劑如鹽酸、硫酸和堿石灰。⒊無機顆粒如黏土、微砂。⒋氧化劑如*、二氧化氯等。
水處理劑聚丙烯酰胺絮凝劑（pam）又稱三號絮凝劑，是由丙烯酰胺單體聚合而成的有機高分子聚合物，無色無味、無臭、易溶于水，沒有腐蝕性。聚丙烯酰胺在常溫下比較穩定，高溫、冰凍時易降解，并降低絮凝效果，故其貯存與配制投加時，溫度應控制在2℃～55℃時，絮凝效果為佳，否則會降低使用效果。
聚丙烯酰胺的分子結構為：
ch2
ch
n
conh2
結構式中丙烯酰胺分子量為71.08，n值為2×104～9×104，故聚丙烯酰胺分子量一般為1.5×106～6×106，分為低、中、高和超高分子量。
聚丙烯酰胺產品按其純度來分，有粉劑和膠體兩種，粉劑產品為白色或微黃色顆?；蚍勰?，固含量一般在90%以上，膠體產品為無色或微黃色透膠體，固含量為8%～9%。
聚丙烯酰胺產品按其離子型來分，有陽離子型、陰離子型和非離子型3種。陽離子型一般都含有微量毒性，不適宜在給排水工程中使用，所以我們接觸到的水處理劑聚丙烯酰胺均屬陰離子型或非離子型。
聚丙烯酰胺的絮凝機理是：聚丙烯酰胺具有極性酰胺基團，酰胺基團易于借氫鍵作用在泥沙顆粒表面吸附。另外，聚丙烯酰胺絮凝劑有很長的分子鏈，其長度有100 a°，但鏈的寬度只有1a°，很大數量級的長鏈在水中具有巨大的吸附表面積，其絮凝作用好，還可利用長鏈在絮凝顆粒之間架橋，形成大顆粒絮凝體，加速沉降。
水處理劑聚丙烯酰胺的絮凝機理有別于三氯化鐵、硫酸鋁、堿式氯化鋁等混凝劑的ξ電位凝聚概念，所以，聚丙烯酰胺不能稱混凝劑，因其機量主要以吸附架橋為主，只能稱絮凝劑。
聚丙烯酰胺在naoh等堿類作用下，極易起水解反應，使部分聚丙烯酰胺生成聚丙烯酸鈉，丙烯酸鈉分子在水中不穩定，被離解成rcoo-na+。因此，聚丙烯酰胺水解體是聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉的共聚物，由于rcoo-（羥基）的作用，使聚丙烯酰胺水解體成為陰離子型高分子絮凝劑，而非水解的聚丙烯酰胺絮凝劑為非離子型高分子絮凝劑。從上述水解方程式看出，聚丙烯酰胺部分水解體產品具有一定的胺味，從這點就可以簡便區別聚丙烯酰胺產品是否水解。
聚丙烯酰胺部分水解后，使其性能從非離子型轉變為陰離子型，在rcco-（羥基）基團的離子靜電斥力作用下，使聚丙烯酰胺主鏈上呈卷曲狀的分子鏈展開拉長，增加其吸附面積，提高架橋能力，所以部分水解體的聚丙烯酰胺的絮凝效果要優于非離子型聚丙烯酰胺。
處理高濁度水的聚丙烯酰胺，一般都應采用部分水解體產品，*佳水解度（水解度是指聚丙烯酰胺分子中，酰胺基團轉化為羥基的百分數）的聚丙烯酰胺沉降速度是非水解體的2～9倍。但聚丙烯酰胺絮凝劑中水解度過高或過低的產品，其絮凝效果都不理想，因為水解度過低，吸附架橋能力不強，水解度過高則加強了產品的陰離子性能，增大了與泥土顆粒的排斥能力。經過大量試驗證實，聚丙烯酰胺絮凝劑*佳水解度應為25%～35%。
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