水處理方法之物理處理方法
物理處理方法主要用于分離廢水中的懸浮物質(zhì)，常用的方法有：重力分離法、離心分離法、過濾法以及蒸發(fā)結(jié)晶法等。該方法*大的優(yōu)點是簡單、易行，并且十分經(jīng)濟(jì)。
一、篩濾
篩濾是去除廢水中粗大的懸浮物和雜物，以保護(hù)后續(xù)處理設(shè)施能正常運行的一種預(yù)處理方法。篩濾的構(gòu)件包括平行的棒、條、金屬網(wǎng)、格網(wǎng)或穿孔板。其中由平行的棒和條構(gòu)成的稱為格柵；由金屬絲織物或穿孔板構(gòu)成的稱為篩網(wǎng)。其中格柵去除的是那些可能堵塞水泵機(jī)組及管道閥門的較粗大的懸浮物；而篩網(wǎng)去除的是用格柵難以去除的呈懸浮狀的細(xì)小纖維。
根據(jù)清洗方法，格柵和篩網(wǎng)都可設(shè)計**工清渣或機(jī)械清渣兩類。當(dāng)污染物量大時，一般應(yīng)采用機(jī)械清渣，以減少工人勞動量。
1．格柵
格柵是由一組平行的金屬柵條制成的框架，斜置在廢水流經(jīng)的管道上或泵站集水池的進(jìn)口處，或取水口進(jìn)口端部，用以截留水中粗大的懸浮物和漂浮物，以免堵塞水泵及沉淀池的排泥管。格柵通常是廢水處理流程的**道設(shè)施。
格柵本身的水流阻力并不大，水頭損失只有幾厘米，阻力主要產(chǎn)生于篩余物堵塞柵條。一般當(dāng)格柵的水頭損失達(dá)到10～15cm時就該清洗。
截留在格柵上的污染物，可用手工**或機(jī)械**。目前許多廢水處理廠，為了消除衛(wèi)生條件惡劣的人工勞動，一般都改用機(jī)械自動**式格柵。人工**污物的格柵見圖8-1。
格柵按形狀可分為平面格柵和曲面格柵兩種，按格柵柵條的間隙，可分為用粗格柵(50～100mm)、中格柵(10～40mm)、細(xì)格柵(3～10mm)三種。
新設(shè)計的廢水處理廠一般都采用粗、中兩道格柵，甚至采用粗、中、細(xì)三道格柵。我國目前采用的機(jī)械格柵的柵條間距大都在20mm以上，多采用50mm左右。機(jī)械格柵的間距過小則易使耙齒卡在格柵間。機(jī)械格柵的傾斜度較人工格柵的大，一般為60o～70o，采用電力系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)傳動。齒耙用鏈條或鋼絲繩拉動，移動速度一般為2m/min左右。
圖8-2所示為履帶式機(jī)械格柵的一種。格柵鏈條作回轉(zhuǎn)循環(huán)轉(zhuǎn)動，齒耙固定在鏈條上，并伸入柵隙間。這種格柵設(shè)有水下導(dǎo)向滑輪，利用鏈條的自重自由下滑，齒耙在移動過程中將格柵上截留的懸浮物**掉。
2．篩網(wǎng)
篩網(wǎng)主要用于截留尺寸在數(shù)毫米至數(shù)十毫米的細(xì)碎懸浮態(tài)雜物，尤其適用于分離和回收廢水中的纖維類懸浮物和動植物殘體碎屑。這類污染物容易堵塞管道、孔洞或纏繞于水泵葉輪。用篩網(wǎng)分離具有簡單、高效、運行費用低廉等優(yōu)點。
篩網(wǎng)過濾裝置很多，有振動篩網(wǎng)、水力篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)鼓式篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)盤式篩網(wǎng)、微濾機(jī)等。不論何種形式，其結(jié)構(gòu)既要截留污物，又要便于卸料及清理篩面。
圖8-3為一種水力回轉(zhuǎn)篩的結(jié)構(gòu)示意圖，它由錐筒回轉(zhuǎn)篩和固定篩組成。回轉(zhuǎn)篩的小頭端用不透水的材料制成，內(nèi)壁裝設(shè)固定的導(dǎo)水葉片。當(dāng)進(jìn)水射向?qū)~片時，便推動錐筒旋轉(zhuǎn)，懸浮物被篩網(wǎng)截留，并沿斜面卸到固定篩上進(jìn)一步脫水；水則穿過篩孔，流入集水槽。
3．篩余物的處置
可將收集的篩余物運至處置區(qū)填埋或與城市垃圾一起處理；當(dāng)有回收利用價值時，可送至粉碎機(jī)或破碎機(jī)磨碎后再用；對于大型系統(tǒng)，也可采用焚燒的方法*處理。
二、沉淀與上浮
沉淀與上浮是利用水中懸浮顆粒與水的密度差進(jìn)行分離的基本方法。當(dāng)懸浮物的密度大于水時，在重力作用下，懸浮物下沉形成沉淀物；當(dāng)懸浮物的密度小于水時，則上浮至水面形成浮渣(油)。通過收集沉淀物和浮渣可使水獲得凈化。沉淀法可以去除水中的砂粒、化學(xué)沉淀物、混凝處理所形成的絮體和生物處理的污泥，也可用于沉淀污泥的濃縮。上浮法主要用于分離水中輕質(zhì)懸浮物，如油、苯等，也可以讓懸浮物粘附氣泡，使其視密度小于水，再用上浮法除去。
1．沉淀
沉淀是水處理中廣泛應(yīng)用的一種方法，主要用于去除粒徑在20～100mm以上的可沉固體顆粒。對膠體粒子（粒徑約為1～100nm）和粒徑為100～10000nm的細(xì)微懸浮物來說，由于布朗運動、水合作用，尤其是微粒間的靜電斥力等原因，它們能在水中長期保持懸浮狀態(tài)，因此不能直接用重力沉降法分離，而必須首先投加混凝劑來破壞它們的穩(wěn)定性，使其相互聚集為數(shù)百微米以至數(shù)毫米的絮凝體，才能用沉降、過濾和氣浮等常規(guī)固液分離法予以去除。
(1)沉淀類型根據(jù)水中懸浮顆粒的濃度及絮凝特性(即彼此粘結(jié)、團(tuán)聚的能力)，通常分為下述四種沉淀類型。
**類是自由(或分離)沉淀：沉淀過程中，顆粒呈離散狀態(tài)，彼此互不聚合、粘合或干擾，而是單獨地進(jìn)行沉降。因而，顆粒的物理性質(zhì)(大小、形狀、比重等)在此過程中均不發(fā)生任何變化。在廢水中懸浮物的濃度不太高、顆粒多為無機(jī)物時常發(fā)生自由沉淀，如在沉砂池中，砂粒的沉降便是典型的自由沉淀。
**類是絮凝或混凝沉淀：此種類型廢水中的懸浮物濃度雖不很高，但沉淀過程中懸浮物的顆粒卻具有附聚、凝聚的性能，造成了顆粒的相互粘合，結(jié)成較大的絮凝體或混凝體，導(dǎo)致懸浮物顆粒及其沉降速度隨著沉降深度的增加而增加。例如，經(jīng)絮凝的泥土在水中的沉淀，為了提高沉淀效率，常向廢水中投加絮凝劑或混凝劑，使水中的膠體懸浮物顆粒失去穩(wěn)定性后，相互碰撞和附聚，搭接成為較大的顆粒或絮狀物，從而使懸浮物更容易從水中沉淀分離出來。
混凝沉淀(有時也稱混凝澄清)是水處理中的常規(guī)方法，多用于給水處理，但目前在廢水處理中也得到了廣泛應(yīng)用。它既可以自成獨立的處理系統(tǒng)，又可以與其它單元過程組合，作為預(yù)處理、中間處理和*終處理過程。由于需要投加化學(xué)藥劑而產(chǎn)生絮凝作用，故此種沉淀屬于化學(xué)處理的范疇。
第三類是擁擠沉淀或淺層沉淀：當(dāng)廢水中懸浮物的濃度增加到一定程度時，由于懸浮物濃度較高而發(fā)生顆粒間的相互干擾，造成沉降速度減小，甚至互相擁擠在一起，使懸浮物顆粒形成絨體(毯狀)狀的大塊面積的沉降，并在下沉的固體層與上部的清液層之間有明顯的交界面。例如，高濁度水、活性污泥等。
第四類是壓縮沉淀：當(dāng)懸浮液中的懸浮固體濃度很高時，顆?；ハ嘟佑|，互相支撐，在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間隙中的水被擠出，顆粒相對位置不斷靠近，顆粒群體被壓縮。壓縮沉淀發(fā)生在沉淀池的底部，進(jìn)行得很緩慢。
對于不同的工業(yè)廢水，在不同的處理階段中，上述四種沉淀現(xiàn)象都有發(fā)生。
(2)沉淀設(shè)備大部分工業(yè)廢水含有的無機(jī)或有機(jī)懸浮物，可通過沉淀池實現(xiàn)沉淀。對沉淀池的要**能*大限度地除去廢水中的懸浮物，以減輕其它凈化設(shè)備的負(fù)擔(dān)。沉淀池的工作原理是讓廢水在池中緩慢地流動，使懸浮物在重力作用下沉降。根據(jù)其功能和結(jié)構(gòu)的不同，可以建造出不同類型的沉淀池。
根據(jù)廢水在池中的流動方向，可將沉淀池分為平流式、豎流式、輻流式和旋流式四種基本型式，它們各具特點，可適用于不同的場合。如平流式池，構(gòu)造簡單，沉淀效果較好，但占地面積較大，排泥存在的問題較多，目前大、中、小型廢水處理廠均有采用；豎流式池，占地面積小，排泥較方便，且便于管理，然而池深過大，施工困難，使池的直徑受到了限制，因此一般僅適用于中小型廢水處理廠使用；輻流式池，*適宜于大型水處理廠采用，有定型的排泥機(jī)械，運行效果較好，但要求較高的施工質(zhì)量和管理水平。
一般，廢水在沉淀池中的停留時間為1~3小時，懸浮物的去除率約為50~70%。
圖8-4為設(shè)有鏈帶式刮泥機(jī)械的平流式沉淀池。水通過進(jìn)水槽和孔口流入池內(nèi)，在池子澄清區(qū)的半高處均勻地分布在整個寬度上。水在澄清區(qū)內(nèi)緩緩流動，水中懸浮物逐漸沉向池底。沉淀池末端設(shè)有溢流堰和出水槽，澄清水溢過堰口，通過出水槽排出池外。如水中有浮渣，堰口前需設(shè)擋板及浮渣收集設(shè)備。在沉淀池前端設(shè)有污泥斗，池底污泥在刮泥機(jī)的緩慢推動下刮入污泥斗內(nèi)。污泥斗內(nèi)設(shè)有排泥管，開啟排泥閥時，泥渣便由排泥管排出池外。
圖8-5為圓形豎流式沉淀池。水由中心管的下口進(jìn)入池中，由于反射板的攔阻而流向四周分布于整個水平斷面上，緩緩向上流動。當(dāng)沉降速度超過水的上升流速時，顆粒就向下沉降到污泥斗，澄清后的水由池四周的堰口溢出池外。豎流式沉淀池也可做成方形，相鄰池子可合用池壁以使布置緊湊。
圖8-6為輻流式沉淀池的結(jié)構(gòu)示意圖。原水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入中心筒后，通過筒壁上的孔口和外圍的環(huán)形穿孔擋板，沿徑向呈輻射狀流向沉淀池周邊，由于過水?dāng)嗝娴牟粩嘣龃螅虼?，流速逐漸變小，顆粒沉降下來，澄清水經(jīng)溢流堰或淹沒孔口匯入集水槽排出。沉于池底的泥渣，由安裝于衍架底部的刮板刮入泥斗，再借靜壓或污泥泵排出。
斜板(斜管)沉淀池：為了提高沉淀池處理能力，縮小體積和占地面積，設(shè)計了斜板(斜管)沉淀池，如圖8-7所示。它是將一組平行板或平行管，相互平行地重迭在一起，以一定的角度安裝在平流沉淀池中，水流從平行板或平行管的一端流到另一端，致使每兩塊板間或每一根方管，都相當(dāng)于一個很淺的小沉淀池。其優(yōu)點是：利用了層流原理，水流在板間或管內(nèi)流動具有較大的濕潤周邊，較小的水力半徑，所以雷諾數(shù)較低，對沉淀極為有利。此外，斜板或斜管大大地增加了沉淀面積，提高了沉淀效率，縮短了顆粒的沉降距離，減少了沉淀時間。研究表明，斜板沉淀池能使處理能力提高3~7倍，甚至在10倍以上。因此，斜板沉淀池是一種很有發(fā)展前途的高效能的沉淀設(shè)備。
廢水經(jīng)過沉淀池處理以后得到了一定程度的凈化，但同時卻產(chǎn)生了污泥或沉渣，因此，從控制污染的需要出發(fā)，尚須對這些污泥或沉渣進(jìn)行妥善的處理或處置。
2.上浮與氣浮法
在石油開采、煉制及石油化工，煉焦、煤炭氣化和其副產(chǎn)品的回收，食品及其它工業(yè)中都排放含油和低密度固體的廢水。在這種廢水治理中，常利用密度差以上浮或氣浮法分離廢水中低密度的固體或油類污染物。此法，可以去除廢水中60μm以上的油粒，以及大部分固體顆粒污染物。
（1）基本原理
廢水中的油類污染物質(zhì)，除重質(zhì)焦油的比重大于1.1外，其余的油類物質(zhì)的比重均小于1，并以四種狀態(tài)存在于水中。直徑大于60μm的分散性顆粒，是易從廢水中分離出來的可浮油，漂浮在水面而被除去，石油類廢水中這種狀態(tài)的油含量約占60~80%；細(xì)分散的油和乳化油，粒徑約在l0~60μm之間，不易上浮，且難以從廢水中除去，通常采用強(qiáng)制氣浮的辦法除去；溶解油，一般油品的溶解度都很小，約為5~15mg/l，難于用物理法分離出來。
氣浮法就是在廢水中通入細(xì)小而均勻的氣泡使難沉降的固體顆?；蚣?xì)小的油粒等乳狀物粘附上許多氣泡，成為一種絮凝體，借氣泡上浮之力帶到水面上來，形成浮渣或浮油而被除去。氣浮法可以從廢水中分離出脂肪、油類、纖維和其它低密度的固體污染物，可用于濃縮活性污泥處理法排出的污泥以及化學(xué)混凝處理過程中產(chǎn)生的絮狀化學(xué)污泥等。
氣浮法按氣泡產(chǎn)生的不同方式，分為鼓氣氣浮、加壓氣浮和電解氣浮。產(chǎn)生氣泡的方法一般分兩種：一是溶氣法，將氣體壓入盛有廢水的溶氣罐中，在水－氣充分接觸下，使氣在水中溶解并達(dá)到飽和，故又稱加壓溶氣氣浮。此種氣泡的直徑一般小于80μm；二是散氣法，主要采用多孔的擴(kuò)散板曝氣和葉輪攪拌產(chǎn)生氣泡，因此氣泡直徑較大，約在1000μm左右。試驗表明，氣泡的直徑越小，能除去的污染物顆粒就越細(xì)，凈化效率也越高。故目前工業(yè)廢水處理中，多采用溶氣法。
(2)設(shè)備
對于含油類物質(zhì)的工業(yè)廢水，常先采用隔油池去除可浮油，再采用氣浮法除去乳化油，然后根據(jù)需要再采取其它處理方法，使其進(jìn)一步凈化。
隔油池：隔油池的型式較多，主要有平流式隔油池(api)、平行板式隔油池(ppi)、波紋斜板隔油池(cpi)等。
圖8-8所示為平流式隔油池(api)，其構(gòu)造與平流式沉淀池相仿，在澄清區(qū)中油類上浮與水分離，同時其它固體雜質(zhì)沉淀。截留下來的油類產(chǎn)品，由可以自由轉(zhuǎn)動的集油管定期排除。這種隔油池占地面積較大，水流停滯時間較長(1.5~2.0小時)，水平流速大約為2~5mm/s。由于操作與維護(hù)容易，使用比較廣泛，但除油的效率較低。
若在平流式隔油池內(nèi)安裝許多傾斜的平行板，便成了平行板式隔油池(ppi)。斜板的間距為100mm。這種隔油池的特點是油水分離迅速，占地面積小(只為api的1/2)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)和清理都比較困難。傾斜板式隔油池的結(jié)構(gòu)示于圖8-9中。
若將ppi隔油池內(nèi)的平行板改換成波紋斜板，就變成了波紋板隔油池(cpi)。其內(nèi)板的間距為20~40mm，傾角為45°。水流沿板面向下，油滴沿板的下表面向上流動，匯集于集油區(qū)內(nèi)用集油管排出，處理后的水從溢流堰排出。這種隔油池的分離效率更高，池內(nèi)水的停留時間約為3omin，占地面積只有ppi式的2/3。
氣浮池：根據(jù)水流方向的不同，分為平流式和豎流式兩種氣浮池。通常，廢水在分離室的停留時間不少于60min。平流式氣浮池的長寬比應(yīng)大于3，水平流速約為4~10mm/s，工作區(qū)水深1.5~2.5m。豎流式氣浮池為圓形或方形池，廢水從下部進(jìn)入，向上流動，油渣聚集于水面，借助上部的刮渣機(jī)將油渣收集到池外。豎流式氣浮池的高度一般為4~5m，長、寬或直徑在9~l0m以內(nèi)，與豎式沉淀池類似。
加壓氣浮工藝流程，按加壓情況分為部分廢水加壓、全部廢水加壓和部分回流水加壓三種。加壓氣浮裝置由加壓水泵、空氣壓縮機(jī)、溶氣罐、溶氣釋放器和氣浮池等組成。
部分回流加壓氣浮是將處理后的部分廢水加壓溶氣，回流量一般為20~50%。通常認(rèn)為這種流程治理的效果較好，不會打碎絮凝體，出水的水質(zhì)穩(wěn)定，加壓泵及溶氣罐的容量及能耗等都較小，但氣浮池的體積則相應(yīng)增大。目前國內(nèi)較多采用這種部分回流加壓氣浮工藝流程，其流程示于圖8-10。
三、過濾
1.過濾的類型
過濾是去除懸浮物，待別是去除濃度比較低的懸濁液小微小顆粒的一種有效力法。過濾時，含懸浮物的水流過具有一定孔隙率的過濾介質(zhì)，水中的懸浮物被截留在介質(zhì)表面或內(nèi)部而除去。根據(jù)所采用的過濾介質(zhì)不同，可將過濾分為下列幾類。
(1)格篩過濾過濾介質(zhì)為柵條或濾網(wǎng)，用以去除粗大的懸浮物，如雜草、破布、纖維、紙漿等，其典型設(shè)備有格柵、篩網(wǎng)和微濾機(jī)。
(2)微孔過濾采用成型濾材，如濾布、濾片、燒結(jié)濾管、蜂房濾芯等，也可在過濾介質(zhì)上預(yù)先涂上一層助濾別(如硅藻土)形成孔隙細(xì)小的濾餅，用以去除粒徑細(xì)微的顆粒。其定型的商品設(shè)備很多。
(3)膜過濾采用特別的半透膜作過濾介質(zhì)在一定的推動力(如壓力、電場力等)下進(jìn)行過濾，由于濾膜孔隙極小且具選擇性，可以除去水中**、病毒、有機(jī)物和溶解性溶質(zhì)。其主要設(shè)備有反滲透、超過濾和電滲析等。
(4)深層過濾采用顆粒狀濾料，如石英砂、無煙煤等。由于濾料顆粒之間存在孔隙，原水穿過一定深度的濾層，水中的懸浮物即被截留。為區(qū)別于上述三類表面或淺層過濾過程，將這類過濾稱之為深層過濾，簡稱過濾。在給水處理戶，常用過濾處理沉淀或澄清池出水，使濾后出水渾濁度滿足用水要求。在廢水處理中，過濾常作為吸附、離子交換、膜分離法等的預(yù)處理手段，也作為生化處理后的深度處理，使濾后水達(dá)到回用的要求。
2.過濾的原理
快濾池分離懸浮顆粒涉及多種因素和過程，一般分為三類，即遷移機(jī)理、附著機(jī)理和脫落機(jī)理。
(1)遷移機(jī)理
懸浮顆粒脫離流線而與濾料接觸的過程，就是遷移過程。引起顆粒遷移的原因主要有如下幾種。
1)篩濾顆粒比濾層孔隙大的被機(jī)械篩分，截留于過濾表面上，然后這些被截留的顆粒形成孔隙更小的濾餅層，使過濾水頭增加，甚至發(fā)生堵塞。這種表面篩濾沒能發(fā)揮整個濾層的作用。在普通快濾池中，懸浮顆粒一般都比濾層孔隙小，因而篩濾對總?cè)コ守暙I(xiàn)不大。當(dāng)懸浮顆粒濃度過高時，很多顆粒有可能同時到達(dá)二個孔隙，互相拱接而被機(jī)械截留。
2)攔截小顆粒隨流線流動在流線上與濾料表面接觸。其去除概率與顆粒直徑的平方成正比，與濾料粒徑的立方成反比。
3)慣性當(dāng)流線繞過濾料表面時，具有較大動量和密度的顆粒因慣性沖擊而脫離流線碰撞到濾料表面上。
4)沉淀如果懸浮物的粒徑和密度較大，將存在一個沿重力方向的相對沉淀速度。在力作用下，顆粒偏離流線沉淀到濾料表面上。沉淀效率取決于顆粒沉速和過濾水速的相對大小和方向。
5)布朗運動對于微小懸浮顆粒，由于布朗運動而擴(kuò)散到濾料表面。
6)水力作用由于濾層中的孔隙和懸浮顆粒的形狀是極不規(guī)則的，在不均勻的剪切流場中，顆粒受到不平衡力的作用不斷地轉(zhuǎn)動而偏離流線。
實際過濾中，懸浮顆粒的遷移將受到上述各種機(jī)理的作用，它們的相對重要性取決于水流狀況、濾層孔隙形狀及顆粒本身的性質(zhì)(粒度、形狀、密度等)。
(2)附著機(jī)理
1)接觸凝聚在原水中投加凝聚劑，壓縮懸浮顆粒和濾料顆粒表面的雙電層后，但尚未生成微絮凝體時，立即進(jìn)行過濾。此時水中脫穩(wěn)的膠體很容易與濾料表面凝聚，即發(fā)生接觸凝聚作用。快濾池操作通常投加凝聚劑，因此接觸凝聚是主要附著機(jī)理。
2)靜電引力由于顆粒表面上的電荷和由此形成的雙電層產(chǎn)生靜電引力和斥力。當(dāng)懸浮顆粒和濾料顆粒帶異號電荷則相吸，反之，則相斥。
3)吸附懸浮顆粒細(xì)小，具有很強(qiáng)的吸附趨勢，吸附作用也可能通過絮凝劑的架橋作用實現(xiàn)。絮凝物的一端附著在濾料表面，而另一端附著在懸浮顆粒上。某些聚合電解質(zhì)能降低雙電層的排斥力或者在兩表面活性點間起鍵的作用而改善附著性能。
4)分子引力原子、分子間的引力在顆粒附著時起重要作用。萬有引力可以迭加，其作用范圍有限(通常小于50μm)，與兩分子的間距的6次方成反比。
(3)脫落機(jī)理
普通快濾池通常用水進(jìn)行反沖洗，有時先用或同時用壓縮空氣進(jìn)行輔助表面沖洗。在反沖洗時，濾層膨脹一定高度，濾科處于流化狀態(tài)。截留和附著于濾料上的懸浮物受到高速反洗水的沖刷而脫落;濾料顆粒在水流中旋轉(zhuǎn)，碰撞和摩擦，也使懸浮物脫落。反沖洗效果主要取決于沖洗強(qiáng)度和時間。當(dāng)采用同向流沖洗時，還與沖洗流速的變動有關(guān)。
3.過濾裝置
通常，過濾裝置(filter)包括快濾池和慢濾池，兩者的過濾機(jī)理是不同的。
慢濾池(slowfilter)也稱表層過濾，主要利用頂部的濾膜截留懸浮固體，同時發(fā)揮微生物對水質(zhì)的凈化作用。這種濾池生產(chǎn)水量少、濾速慢(<10m/d)、占地大；特別是在污水處理過程中．需要從污水中去除并積存在濾床中的污泥量十分龐大；而且污泥粘而易碎，很快就會在濾料表面出現(xiàn)泥封；而當(dāng)加大過濾水頭時，則容易發(fā)生污染物穿透現(xiàn)象。目前慢濾池方式在水處理，特別是污水處理中應(yīng)用較少。
快濾池(rapidfilter)也稱深層過濾池，濾速較快(>100m/d)，其構(gòu)造如圖8-11所示。
圖8-11快濾池構(gòu)造
在過濾過程中，懸浮顆粒能吸附在濾料表面，即“接觸絮凝”起了主要作用，而其它作用如截留和沉降處于次要地位。由于濾料表面通常帶負(fù)電，要使也帶負(fù)電的懸浮顆粒附著在濾料表面，必須對濾前水進(jìn)行預(yù)處理，通常是化學(xué)混凝處理(如果去除對象是生物污泥絮體，則不需化學(xué)混凝)，以改變懸浮顆粒所帶電荷。因此，快濾池可以定義為：利用濾層中粒狀材料所提供的表面積截留水中已經(jīng)過混凝處理的懸浮固體的設(shè)備。
濾料的*基本功能是提供粘著水中懸浮固體所需要的面積，至于懸浮團(tuán)體的可粘著性可以由絮凝過程來實現(xiàn)。因此，在某種意義上，濾料本身的性質(zhì)有時并不重要，一般除了長期使用的天然石英砂以外，還有加工成合乎規(guī)格的顆較材料，如無煙煤、大理石、白云石、花崗石、石榴石、磁鐵礦和鈦鐵礦等；一些無機(jī)材料經(jīng)燒結(jié)、破碎后也可以做濾料，如陶粒濾料和陶瓷油料；同樣，也可以用人工合成的粒狀材料，如纖維球、塑料珠等。在選擇濾料時應(yīng)滿足：足夠的機(jī)械強(qiáng)度；足夠的化學(xué)穩(wěn)定性；合適的顆粒粒徑級配和空隙率；較低的成本。當(dāng)處理廢水時，由于廢水水質(zhì)復(fù)雜，懸浮物濃度高、粘度大，油料要求粒徑更大些，機(jī)械強(qiáng)度更高些，更耐腐蝕.
單一油料新裝入濾池時，沿濾層高度的級配是均勻的，濾料顆粒所形成的空隙率分布也是均勻的，即沿著濾層高度的每一點都具有容納同樣多的懸浮固體的能力。但是，當(dāng)濾池進(jìn)行反沖洗后．由于水力分級的作用，原來的均勻濾層就變成了分級濾料濾層，即濾料按從小到大的順序排列。這樣，在過濾時就出現(xiàn)了兩個缺點：上部濾料空隙小，因此能容納的懸浮固體就比下部濾層少，整個濾層的容納能力不均勻；水流通過上部濾層的阻力比下部大，在截留懸浮固體后變得更嚴(yán)重，從而影響了整個濾層的發(fā)揮。理想的濾層應(yīng)該是，沿著過濾的水流方向，濾層中濾料的粒徑從大到小排列，同時空隙率也從大到小排列。此時，進(jìn)入濾池的水先接觸到的那部分濾層能夠比后接觸到的那部分濾層多容納懸浮固體，而且這部分的空隙率本來較大，容納了更多的懸浮固體后仍然保留了一定的空隙大小，允許水中的懸浮顆粒進(jìn)入濾層內(nèi)部，從而當(dāng)過濾水頭損失達(dá)到*大允許值的時候，整個濾層截留的能力都得到了充分的發(fā)揮。為了這個目的，人們對普通的濾池作了改進(jìn)：改變過濾的水流方向，如上升流、雙向流、輻向流等；選用適當(dāng)?shù)牧６群兔芏鹊臑V料配合，如粗粒深層過濾、均勻濾料過濾和多層過濾等。
濾池本身包括濾料層、承托層、配水系統(tǒng)、集水渠和洗砂排水槽五個部分。快濾池管廊內(nèi)有原水進(jìn)水、清水出水、沖洗排水等主要管道和與其相配的控制閘閥。
快濾池的運行過程主要是過濾和沖洗兩個過程的交替循環(huán)。過濾是生產(chǎn)清水過程，待過濾進(jìn)水經(jīng)來水干管和洗砂排水槽流入濾池，經(jīng)濾料層過濾截留水中懸浮物質(zhì)，清水則經(jīng)配水系統(tǒng)收集，由清水干管流出濾池。在過濾中，由于濾層不斷截污，濾層孔隙逐漸減小，水流阻力不斷增大，當(dāng)濾層的水頭損失達(dá)到*大允許值時，或當(dāng)過濾出水水質(zhì)接近超標(biāo)時，則應(yīng)停止濾池運行，進(jìn)行反沖洗。一般濾池一個工作周期應(yīng)大于8～12h。
濾池反沖洗時，水流逆向通過濾科層，使隨層膨脹、懸浮，借水流剪切力和顆粒碰撞摩擦力清洗濾料層并將濾層內(nèi)污物排出。反沖洗水一般由沖洗水箱或沖洗水泵供給，經(jīng)濾池配水系統(tǒng)進(jìn)入濾池底部反沖洗；沖洗廢水由洗砂排水槽、廢水渠和排污管排出。
4.濾料的選擇
濾料的種類、性質(zhì)、形狀和級配等是決定油層截留雜質(zhì)能力的重要因素。油料的選擇應(yīng)滿足以下要求。
①濾料必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以免在反沖洗過程中很快地磨損和破碎。一般磨損率應(yīng)小于4％，破碎率應(yīng)小于1％，磨損破碎率之和應(yīng)小于5％。
②濾料化學(xué)穩(wěn)定性要好，不少國家對濾料鹽酸可溶率上限值有所規(guī)定，如日本規(guī)定不大于3．5％，美國規(guī)定不大于測，法國規(guī)定不大于2％，并且對不同濾料，其值有所不同。
?濾料應(yīng)不含有對人體健康有害及有毒物質(zhì)，不含對生產(chǎn)有害、影響生產(chǎn)的物質(zhì)。
④濾料的選擇應(yīng)盡量采用吸附能力強(qiáng)、截污能力大、產(chǎn)水量高、過濾出水水質(zhì)好的濾料，以利于提高水處理廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
此外，濾料宜價廉、貨源充足和就地取材。
具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性好和對人體無害的分散顆粒材料均可作為水處理濾科，如石英砂、無煙煤粒、礦石粒以及人工生產(chǎn)的陶粒濾科、瓷料、纖維球、塑料顆粒、聚苯乙烯泡沫珠等，目前應(yīng)用*為廣泛的是石英砂和無煙煤。