内部资料
水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。颗粒比重大于1时，表现为下沉；小于1时，表现为上浮。在给水处理中，常遇到两种沉淀，一种是颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，称为自由沉淀；另一种是颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰，虽然其粒度和第一种相同，但沉淀速度却较小，称为拥挤沉淀。分述如下。
3.1.1悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
颗粒在静水中的沉淀速度取决于：颗粒在水中的重力F1和颗粒下沉时所受水的阻力F2；直径为d的球形颗粒在静水中所受的重力F1为
1F1=πd3（ρp-ρ1）g （16-1） 6式中 ρp及ρ1——颗粒及水的密度；
g——重力加速度。
3.1.2悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀
严格而言，自由沉淀是单个颗粒在无边际的水体中的沉淀。此时颗粒排挤开同体积的水，被排挤的水将以无限小的速度上升。当大量颗粒在有限的水体中下沉时，被排挤的水便有一定的速度，使颗粒所受到的水阻力有所增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时的沉速称为拥挤沉速。
拥挤沉速可以用实验方法测定。当水中含砂量很大时，泥砂即处于拥挤沉淀状态。常见的拥挤沉淀过程有明显的清水和浑水分界面，称为浑液面，浑液面缓慢下沉，直到泥砂最后完全压实为止。
水中凝聚性颗粒的浓度达到一定数量亦产生拥挤沉淀。由于凝聚性颗粒的比重远小于砂粒的比重，所以凝聚性颗粒从自由沉淀过渡到拥挤沉淀的临界浓度远小于非凝聚性颗粒的临界浓度。
四、过滤
4.1过滤概述
- 6 - 第 - 6 - 页 共 18 页
内部资料
在常规水处理过程中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得沉淀的工艺过程。滤池通常置于沉淀池或沉淀池之后。进水浊度一般在10度以下。滤出水浊度必须达到饮用水标准。当原水浊度较低(—般在100度以下)，且水质较好时，也可采用原水直接过滤。过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被部分去除。至于残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就为滤后消毒创造了良好条件。在饮用水的净化工艺中，有时沉淀池或沉淀池可省略，但过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。
滤池有多种形式。以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久。在此基础上，人们从不同的工艺角度发展了其它型式快滤池。为充分发挥滤料层截留杂质能力，出现厂滤料粒径循水流方向减小或不变的过滤层，例如，双层、多层及均质滤料滤地，上向流和双向流滤池等。为了减少滤池阀门， 出现了虹吸滤池、无阀滤池、移动冲洗罩滤池以及其它水力自动冲洗滤池等。在冲洗方式上，有单纯水冲洗和气水反冲洗两种。各种形式滤池，过滤原理基本一样，基本工作过程也相同，即过滤和冲洗交错进行。兹以普通快滤池为例，介绍快滤池工作过程。
过滤 过滤时，开启进水支管2与清水支管3的阀门。关闭冲洗水支管4阀门与排水阀5。浑水就经进水总管1、支管2从浑水渠6进入滤池。经过滤料层7、承托层8后， 由配水系统的配水支管9汇集起来再经配水系统干管渠10、清水支管、清水总管12流往清水池。浑水流经滤料层时，水中杂质即被截留。随着滤层中杂质截留量的逐渐增加，滤料层中水头损失也相应增加。一般当水头损失增至一定程度以致滤池产水量减少，或由于滤过水质不符合要求时，滤池便须停止过滤进行冲洗。
冲洗 冲洗时，关闭进水支管2与清水支管3阀门。开启排水阀5与冲洗水支管4阀门。冲洗水即由冲洗水总管11、支管4，经配水系统的干管、支管及支管上的许多孔眼流出，由下而上穿过承托层及滤料层，均匀地分布于整个滤池平面上。滤料层在由下而上均匀分布的水流中处于悬浮状态，滤料得到清洗。冲洗废水流入冲洗排水槽13，
- 7 - 第 - 7 - 页 共 18 页
内部资料
再经浑水渠6、排水管和废水渠14进入下水道。冲洗一直进行到滤料基本洗干净为止。冲洗结束后，过滤重新开始。从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池工作周期。从过滤开始至过滤结束称为过滤周期。
快滤池的产水量决定于滤速(以m/h计)。滤速相当于滤池负荷。滤池负荷以单位时间，单位过滤面积上的过滤水量计，单位为m3/(m2·h)。按没计规范，单层砂滤池的滤速约8—10m/h，双层滤料滤速约10～14m/h，多层滤料滤速一般可用18—20m/h。工作周期也直接影响滤池产水量。因为工作周期长短涉及滤池实际工作时间和冲洗水量的消耗。周期过短，滤池日产水量减少。一般，工作周期为12～24h。
4.2过滤理论 4.2.1过滤机理
首先以单层砂滤池为例，其滤料粒径通常为0.5mm至1.2mm，滤层厚度一般为70cm。经反冲洗水力分选后，滤料粒径自上而下大致按由细到粗依次排列，称滤料的水力分级，滤层中孔隙尺寸也因此由上而下逐渐增大。设表层细砂粒径为0.5mm，以球体计，滤料颗粒之间的孔隙尺寸约80μm。但是，进入滤池的悬浮物颗粒尺寸大部分小于30μm，仍然能被滤层截留下来，而且在滤层深处（孔隙大于80μm）也会被截留，说明过滤显然不是机械筛滤作用的结果。经过众多研究者的研究，认为过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用的结果。
水流中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面上，涉及两个问题。首先，被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这就涉及颗粒脱离水流流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理；第二，当颗粒与滤粒表面接触或接近时，依靠哪些力的作用使得他们粘附于滤粒表面上。这就涉及粘附机理。
（1）颗粒迁移
在过滤过程中，滤层孔隙中的水流一般属层流状态。被水流挟带的颗粒将随着水流流线运动。它之所以会脱离流线而与滤粒表面接近，完全是一种物理-力学作用。一般认为由以下几种作用引起：拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用等。颗粒尺寸较大时，
- 8 - 第 - 8 - 页 共 18 页
内部资料
处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用；颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离流线，产生沉淀作用；颗粒具有较大惯性时也可以脱离流线与滤料表面接触（惯性作用）；颗粒较小、布朗运动较剧烈时会扩散至滤粒表面（扩散作用）；在滤粒表面附近存在速度梯度，非球体颗粒由于在速度梯度作用下，会产生转动而脱离流线与颗粒表面接触（水动力作用）。对于上述迁移机理，目前只能定性描述，其相对作用大小尚无法定量估算。虽然也有某些数学模式，但还不能解决实际问题。可能几种机理同时存在，也可能只有其中某些机理起作用。例如，进入滤池的凝聚颗粒尺寸一般较大，扩散作用几乎无足轻重。这些迁移机理所受影响因素较复杂，如滤料尺寸、形状、滤速、水温、水中颗粒尺寸、形状和密度等。
（2）颗粒粘附
粘附作用是一种物理化学作用。当水中杂质颗粒迁移到滤料表面上时，则在范德华引力和静电相互作用下，以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力下，被粘附于滤料颗粒表面上，或者粘附在滤粒表面上原先粘附的颗粒上。此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。粘附过程与沉淀池中的泥渣所起的粘附作用基本类似，不同的是滤料的固定介质，排列紧密，效果更好。因此，粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。未经脱称的悬浮物颗粒，过滤效果很差，这就是证明。不过，在过滤过程中，特别是过滤后期，当滤层中孔隙尺寸逐渐减小时，表层滤料的筛滤作用也不能完全排除，但这种现象并不希望发生。
（3）直接过滤
原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。直接过滤充分体现了滤层中特别是深层滤料中的接触絮凝的作用。直接过滤有两种方式：1）原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。这种过滤方式一般称“接触过滤”。2）滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相近的微絮粒后（粒径大致在40～60μm左右）即刻进入滤池过滤。这种过滤方式称“微絮凝过滤”。上棕两种过滤方式，过滤机理基本相同，即通过脱称颗粒或微絮粒与滤料的充分碰撞接触和粘附，
- 9 - 第 - 9 - 页 共 18 页
内部资料
被滤层截留下来，滤料也是接触凝聚介质。不过前者往往因投药点和混合条件不同而不易控制进入滤层的微絮粒尺寸，后者可加以控制。之所以称“微絮凝池”，系指絮凝条件和要求不同于一般絮凝池。前者要求形成的絮凝体尺寸较小，便于深入滤层深处以提高滤层含污能力；后者要求絮凝体尺寸愈大愈好，以后果于在沉淀池内下沉。故微絮凝时间一般较短，通常在几分钟之内。
采用直接过滤工艺必须注意以下几点：
1）原水瀑度和色度较低且水质变化较小。一般要求常年原水浊度低于50度。若对原水水质变化及今后发展趋势无充分把握，不应轻易采用直接过滤方案。
2）通常采用双层、三层或均质滤料。滤料粒径和厚度适当增大，否则滤层表面孔隙易被堵塞。
3）原水进入滤池前，无论是接触过滤或微絮凝过滤，均不应形成大的絮凝体以免很快堵塞滤层表面孔隙。为提高微絮粒强度和粘附力，有时需投加高分子助凝剂（如活化硅酸及聚丙烯酰胺等）以发挥高分子在滤层中吸附架桥作用，使粘附在滤料上的杂质不易脱落而穿透滤层。助凝剂应投加在混凝剂投加点之后，滤池进口附近。
4）滤速应根据原水水质决定。浊度偏高时应采用较低滤速，反之亦然。由于滤前无混凝沉淀的缓冲作用，设计滤速应偏于安全。原水浊度通常在50度以上时，滤速一般在5m/h左右。最好通过试验决定滤速。
直接过滤工艺简单，混凝剂用量较少。在处理湖泊、水加等低浊度原水方面已有较多应用，也适宜于处理低温低浊水。至于滤前是否需设置微絮凝池，目前还有不同看法，应根据具体水质条件决定。
五、消毒
为防止通过饮用水传播疾病，在生活饮用水处理中，消毒是必不可少的。消毒并非要把水中微生物全部消灭，只是要消除水中致病微生物的致病作用。致病微生物包括病菌、病毒及原生动物胞囊等。
第 - 10 - - 10 - 页 共 18 页