4.3　过滤

4.3.1　原理与功能

过滤是一种将悬浮在液体中的固体颗粒分离出来的工艺。其基本原理是在压力差的作用下，悬浮液中的液体透过可渗性介质（过滤介质），固体颗粒为介质所截留，从而实现液体和固体的分离。

实现过滤需具备以下两个条件：一是具有实现分离过程所必需的设备；二是过滤介质两侧要保持一定的压力差。

常用的过滤方法可分为重力过滤、真空过滤、加压过滤和离心过滤几种。

从本质上看，过滤是多相流体通过多孔介质的流动过程。

①流体通过多孔介质的流动属于极慢流动，即渗流流动。

②悬浮液中的固体颗粒是连续不断地沉积在介质内部孔隙中或介质表面上的，因而在过滤过程中过滤阻力不断增加。

过滤在废水处理中应用广泛。废水处理时，过滤用于去除二级处理出水中的生物絮绒体或深度处理过程中经化学凝聚后生成的固体悬浮物等。此外，有些小规模废水处理厂用砂滤池作为消化污泥的脱水方法，大型废水处理厂则用回转真空过滤机等进行污泥脱水。

过滤除去悬浮粒子的机理较为复杂，包括吸附、絮凝、沉降和粗滤等。其中包含物理过程和化学过程。其中，悬浮粒子在滤料颗粒表面的吸附是滤料的重要性能之一，吸附与滤池和悬浮物的物理性质有关，还与滤料粒子尺寸、悬浮物粒子尺寸、附着性能与抗剪强度有关。吸附作用还受悬浮粒子、滤料粒子和水的化学性能影响，如电化学作用和范德华作用力。

在过滤初期，滤料洁净，选择性地吸附悬浮粒子，但随着过程的继续，已附着一些悬浮粒子的滤料颗粒的选择性吸附能力就大大降低。

在过滤过程中，滞留在滤层内的沉淀物颗粒的附着力必须与水力剪切力保持平衡，否则就会被水流带入滤层内部，甚至带出滤层。随着沉积物增厚，滤料上层会被堵塞，若提高流速，则滤层的截留能力就大大降低。滤层中洁净层厚度逐渐无法保证出水水质，从而结束过滤周期。对于沉积物很厚的滤池，如果突然提高滤速，水与沉积颗粒之间的平衡就会遭到破坏，一部分颗粒就会剥落并随水流走，故设计中应避免滤速突变。

4.3.2　技术与装备

废水过滤的功能主要是去除水中微小的悬浮固体，多用于废水深度处理，包括中水处理。废水经不同类型工艺处理后出水再过滤的效果见表4-10。废水过滤可去除沉淀和生物处理过程中未能去除的微絮凝体；可加强废水中悬浮物、COD、P、细菌等的去除效果；也可作为废水深度处理中的某些工艺，如活性炭过滤、膜处理等工艺的前处理装置等。

4.3.2.1　废水处理滤池的形式与构造

废水处理滤池的形式可按各种不同分类方法分为以下几种。

①按过滤驱动力分为重力滤池和压力滤池。

②按水流流经滤层的方向分为下向流滤池、上向流滤池和横向流滤池。

③按滤池中放置的滤料特性分为单层滤料滤池、多层滤料滤池和均质滤料滤池等；也有直接按滤料类别来称呼滤池的，如硅藻土滤池、陶粒滤料滤池和砂滤池等。

④按滤池运行过程中所需网门的情况分为四阀滤池（普通滤池）、无阀滤池和虹吸滤池等。

⑤按滤池运行速度分为慢滤池、快滤池和高速滤池等。废水处理中慢滤池用得很少。废水不同工艺处理出水再过滤的效果见表4-10。

图4-11～图4-15分别为水处理中常用的普通快滤池、无阀滤池、虹吸滤池、上向流滤池和立式压力滤池的构造示意。

4.3.2.2　废水处理滤池的特点

（1）构造上的特点

由于废水的黏滞度比一般给水处理的要大，且多数是微小的有机悬浮固体，因此，废水滤池比给水滤池易于堵塞，也容易在滤层的迎水层结膜。为防止或减轻这些现象出现，废水处理滤池在构造上具有下列特点：a.滤床滤料粒度较粗，一般为1.0～2.0mm，最大可达6.0mm，并尽可能采用粒度较均匀的滤料；b.滤层厚度较厚，给水处理中一般为0.7～1.0m，而废水处理滤池通常是1.5～2.5m；c.废水处理滤池的反冲洗装置通常带有辅助反冲洗设备，如气水反冲洗、表面冲洗等。反冲洗的配水系统多采用小阻力配水系统，如图4-16所示。小阻力配水系统多为滤板、格栅、孔板或滤头等。

（2）运行上的特点

为适应废水特性，废水处理滤池常采用上向流（升流）式运行。滤料填装入滤池前应检测滤料的防腐特性，通常采用1%的Na₂SO₄水溶液浸泡28d，滤料重量损失应在1%以内。为防止滤层堵塞和反冲洗过于频繁，滤池运行时应控制进水悬浮物浓度低于100mg/L，最大不能超过200mg/L。废水处理滤池反冲洗强度要求较高，通常采用18～20L/（m²·s）。为加强反冲洗效果，常采用气水反冲洗，反冲洗方式可以是先气后水冲洗、气水联合冲洗或先气后气水联合最后用水单独冲洗。

4.3.3　滤料特征与设计参数

①过滤去除废水中悬浮物的机理与特征见表4-11。

②普通滤池类型与特征见表4-12。

③双层及多层滤料滤池的设计参数见表4-13。

④多层滤池滤料粒径和厚度要求见表4-14。