4.3　過濾

4.3.1　原理與功能

過濾是一種將懸浮在液體中的固體顆粒分離出來的工藝。其基本原理是在壓力差的作用下，懸浮液中的液體透過可滲性介質（過濾介質），固體顆粒為介質所截留，從而實現液體和固體的分離。

實現過濾需具備以下兩個條件：一是具有實現分離過程所必需的設備；二是過濾介質兩側要保持一定的壓力差。

常用的過濾方法可分為重力過濾、真空過濾、加壓過濾和離心過濾幾種。

從本質上看，過濾是多相流體通過多孔介質的流動過程。

①流體通過多孔介質的流動屬于極慢流動，即滲流流動。

②懸浮液中的固體顆粒是連續不斷地沉積在介質內部孔隙中或介質表面上的，因而在過濾過程中過濾阻力不斷增加。

過濾在廢水處理中應用廣泛。廢水處理時，過濾用于去除二級處理出水中的生物絮絨體或深度處理過程中經化學凝聚后生成的固體懸浮物等。此外，有些小規模廢水處理廠用砂濾池作為消化污泥的脫水方法，大型廢水處理廠則用回轉真空過濾機等進行污泥脫水。

過濾除去懸浮粒子的機理較為復雜，包括吸附、絮凝、沉降和粗濾等。其中包含物理過程和化學過程。其中，懸浮粒子在濾料顆粒表面的吸附是濾料的重要性能之一，吸附與濾池和懸浮物的物理性質有關，還與濾料粒子尺寸、懸浮物粒子尺寸、附著性能與抗剪強度有關。吸附作用還受懸浮粒子、濾料粒子和水的化學性能影響，如電化學作用和范德華作用力。

在過濾初期，濾料潔凈，選擇性地吸附懸浮粒子，但隨著過程的繼續，已附著一些懸浮粒子的濾料顆粒的選擇性吸附能力就大大降低。

在過濾過程中，滯留在濾層內的沉淀物顆粒的附著力必須與水力剪切力保持平衡，否則就會被水流帶入濾層內部，甚至帶出濾層。隨著沉積物增厚，濾料上層會被堵塞，若提高流速，則濾層的截留能力就大大降低。濾層中潔凈層厚度逐漸無法保證出水水質，從而結束過濾周期。對于沉積物很厚的濾池，如果突然提高濾速，水與沉積顆粒之間的平衡就會遭到破壞，一部分顆粒就會剝落并隨水流走，故設計中應避免濾速突變。

4.3.2　技術與裝備

廢水過濾的功能主要是去除水中微小的懸浮固體，多用于廢水深度處理，包括中水處理。廢水經不同類型工藝處理后出水再過濾的效果見表4-10。廢水過濾可去除沉淀和生物處理過程中未能去除的微絮凝體；可加強廢水中懸浮物、COD、P、細菌等的去除效果；也可作為廢水深度處理中的某些工藝，如活性炭過濾、膜處理等工藝的前處理裝置等。

4.3.2.1　廢水處理濾池的形式與構造

廢水處理濾池的形式可按各種不同分類方法分為以下幾種。

①按過濾驅動力分為重力濾池和壓力濾池。

②按水流流經濾層的方向分為下向流濾池、上向流濾池和橫向流濾池。

③按濾池中放置的濾料特性分為單層濾料濾池、多層濾料濾池和均質濾料濾池等；也有直接按濾料類別來稱呼濾池的，如硅藻土濾池、陶粒濾料濾池和砂濾池等。

④按濾池運行過程中所需網門的情況分為四閥濾池（普通濾池）、無閥濾池和虹吸濾池等。

⑤按濾池運行速度分為慢濾池、快濾池和高速濾池等。廢水處理中慢濾池用得很少。廢水不同工藝處理出水再過濾的效果見表4-10。

圖4-11～圖4-15分別為水處理中常用的普通快濾池、無閥濾池、虹吸濾池、上向流濾池和立式壓力濾池的構造示意。

4.3.2.2　廢水處理濾池的特點

（1）構造上的特點

由于廢水的黏滯度比一般給水處理的要大，且多數是微小的有機懸浮固體，因此，廢水濾池比給水濾池易于堵塞，也容易在濾層的迎水層結膜。為防止或減輕這些現象出現，廢水處理濾池在構造上具有下列特點：a.濾床濾料粒度較粗，一般為1.0～2.0mm，最大可達6.0mm，并盡可能采用粒度較均勻的濾料；b.濾層厚度較厚，給水處理中一般為0.7～1.0m，而廢水處理濾池通常是1.5～2.5m；c.廢水處理濾池的反沖洗裝置通常帶有輔助反沖洗設備，如氣水反沖洗、表面沖洗等。反沖洗的配水系統多采用小阻力配水系統，如圖4-16所示。小阻力配水系統多為濾板、格柵、孔板或濾頭等。

（2）運行上的特點

為適應廢水特性，廢水處理濾池常采用上向流（升流）式運行。濾料填裝入濾池前應檢測濾料的防腐特性，通常采用1%的Na₂SO₄水溶液浸泡28d，濾料重量損失應在1%以內。為防止濾層堵塞和反沖洗過于頻繁，濾池運行時應控制進水懸浮物濃度低于100mg/L，最大不能超過200mg/L。廢水處理濾池反沖洗強度要求較高，通常采用18～20L/（m²·s）。為加強反沖洗效果，常采用氣水反沖洗，反沖洗方式可以是先氣后水沖洗、氣水聯合沖洗或先氣后氣水聯合最后用水單獨沖洗。

4.3.3　濾料特征與設計參數

①過濾去除廢水中懸浮物的機理與特征見表4-11。

②普通濾池類型與特征見表4-12。

③雙層及多層濾料濾池的設計參數見表4-13。

④多層濾池濾料粒徑和厚度要求見表4-14。