第17章 过滤
1、为什么粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒会被滤层拦截下来？
答：颗粒较小时，布朗运动较剧烈，然后会扩散至滤粒表面而被拦截下来。 2、从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和滤池发展趋势。
答：使用双层滤料、三层滤料或混合滤料及均质滤料等滤层组成以改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提高滤层含污能力。
3、直接过滤有哪两种方式？采用原水直接过滤应注意哪些问题？
答：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凝池后（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”。
注意问题：1）原水浊度和色度较低且水质变化较小。2)采用双层、三层或均质材料，滤料粒径和厚度适当增大，否则滤层表面孔隙易被堵塞。3)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。4)滤速应根据原水水质决定。
4、清洁滤层水头损失与哪些因素有关？过滤过程中水头损失与过滤时间存在什么关系？可否用数学式表达？
答：因素：滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水温。 随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，当滤速保持不变的情况下，将引起水头损失的增加。
5、什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？两者分别在什么情况下形成？分析两种过滤方式的优缺点并指出哪几种滤池属“等速过滤”。
答：当滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤称“变速过滤”。
随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，由公式可知道，当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度以及水温已定时，如果孔隙率减小，则在水头损失保持不变的条件下，将引起滤速的减小；反之，当滤速保持不变的情况下，将引起水头损失的增加。这样就产生了等速过滤和变速过滤两种基本过滤方式。
与等速过滤相比，在平均滤速相同情况下，减速过滤的滤后水质较好，而且，在相同过滤周期内，过滤水头损失也较小。过滤初期，滤速较大可使悬浮杂质深入下层滤料；过滤后期滤速减小，可防止悬浮颗粒穿透滤层。等速过滤则不具备这种自然调节功能。
虹吸滤池和无阀滤池即属等速过滤的滤池，移动罩滤池属变速过滤的滤池，普通快滤池可以设计成变速过滤也可设计成等速过滤。
6.什么叫“负水头”?它对过滤和冲洗有何影响?如何避免滤层中“负水头”的产生?
答：在过滤过程中,当滤层截留了大量的杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时,便出现负水头现象.
负水头会导致溶解于水中的气体释放出来而形成气囊。气囊对过滤有破坏作用,一是减少有效过滤面积,使过滤时的水头损失及滤层中孔隙流速增加,严重时会影响滤后水质;二是气囊会穿过滤层上升,有可能把部分细滤料或轻质滤料带出,破坏滤层结构。反冲洗时,气囊更易将滤料带出滤池。
避免出现负水头的方法是增加砂面上水深,或令滤池出口位置等于或高于滤层表面,虹吸滤池和无阀滤池所以不会出现负水头现象即是这个原因。
7.什么叫滤料“有效粒径”和“不均匀系数”?不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响?“均质滤料”的涵义是什么?
滤料的有效径粒是指通过滤料重量的筛孔孔径,不均匀系数表示滤料粒径级配.不均匀系数愈大,表示粗细尺寸相差愈大,颗粒愈不均匀,这对过滤和冲洗都很不利。因为不均匀系数较大时,过滤时滤层含污能力减小;反冲洗时,为满足粗颗粒膨胀要求,细颗粒可能被冲出滤池,若为满足细颗粒膨胀要求,粗颗粒将得不到很好清洗,如果径粒系数愈接近1,滤料愈均匀,过滤和反冲洗效果愈好,但滤料价格提高。 8.双层和多层滤料混杂与否与那些因素有关?滤料混杂对过滤有何影响?
主要决定于滤料的密度差,粒径差及滤料的粒径级配,滤料形状,水温及反冲洗强度等因素.
滤料混杂对过滤影响如何,有两种不同的观点.一种意见认为,滤料交界面上适度混杂,可避免交界面上积聚过多杂质而是水头损失增加较快,故适度混杂是有益的;另一种意见认为滤料交界面不应有混杂现象.因为上层滤料起截留大量杂质作用,下层则起精滤作用,而界面分层清晰,起始水头损失将较小.实际上,滤料交界面不同程度的混杂是很难避免的.生产经验表明,滤料交界混杂厚度在一定时,对滤料有益无害. 9.滤料承托层有何作用?粒径级配和厚度如何考滤?
承托层作用,主要是防止滤料从配水系统中流失,同时对均布冲洗水也有一定作用.
为防止反冲洗时承托层移动,对滤料滤池常采用”粗-细-粗”的砾石分层方式.上层粗砾石用以防止中层细砾石在反冲洗过程中向上移动;中层细砾石用以防止砂滤料流失.下层粗砾石则用以支撑中层细砾石.具体粒径级配和厚度,应根据配水系统类型和滤料级配确定.对于一般的级配分层方式,承托层总厚度不一定增加,而是将每层厚度适当减小.
10.滤池反冲洗强度和滤层膨胀度之间关系如何?当滤层全部膨胀起来以后,反冲洗强度增大,水流通过滤层的水头损失是否同时增大?为什么?
当冲洗流速超过Vmf以后,滤层中水头损失不变,但滤层膨胀起来.冲洗强度愈大,膨胀度愈大。 不会,因为当冲洗流速超过最小流态化冲洗流速Vmf时,滤料处于悬浮状态，其受力平衡，即水流冲击力等于重力，水流冲击力用于克服重力做功，做功大小用水头损失表示，重力不变，所以水头损失也不变。 12什么叫“最小流态化冲洗流速”？当反冲洗流速小于最小流态化冲洗流速时，反冲洗时的滤层水头损失与反冲洗强度是否有关？
答： Vmf是反冲时滤料刚刚开始流态化的冲洗流速，称“最小流态化冲洗流速”。反冲洗流速小于最小流态化冲洗流速时，反冲洗时的滤层水头损失与反冲洗强度有关。 13气-水反冲洗有哪几种操作方式？ 答：操作方式有以下3种：
1）先用空气反冲，然后再用水反冲。 2）先用气-水同时反冲，然后再用水反冲。
3）先用空气反冲，然后用气-水同时反冲，最后再用水反冲。
14.滤池冲洗的目的是什么？冲洗方法有哪几种？简述各方式的工作原理和优缺点？
冲洗的目的是清除滤层中所截留的污物，使滤池恢复过滤能力。快滤池冲洗方法有以下几种：1.高速水流反冲洗；2.气、水反冲洗；3.表面助冲加高速水流反冲洗
高速反冲洗原理 ：利用流速较大的反向水流冲洗滤料层，使整个滤层达到流态化状态，且具有一定的膨胀度。截留于滤层中的污物，在水流剪力和滤料颗粒碰撞摩擦双重作用下，从滤料表面脱落下来，然后被冲洗水带出滤池。冲洗流速过大或过小，冲洗效果均会降低。优缺点：高速水流反冲洗虽然洗操作方便，池子和设备较简单，但是冲洗耗水量大，冲洗结束后，滤料上细下粗分层明显。
气、水反冲洗效果在于：利用上升空气气泡的振动可有效地将附着于滤料表面污物擦洗下来使之悬浮与水中，然后再用水“低速反冲”把污物排除池外。优缺点：采用气、水反冲洗方法既提高冲洗效果，有节省冲洗水量。同时，冲洗时滤层不一定需要膨胀或仅有轻微膨胀，冲洗结束后，滤层能保持原来滤层结构，从而提高滤层含污能力。但气、水反冲洗需增加气冲设备，池子结构及冲洗操作也较复杂。 14大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义是什么？各有何优缺点？
答：配水系统的作用在于使冲洗水在整个滤池面积上均匀分布。一般规定：配水系统开孔比为
?=0.20%~0.25%为大阻力配水系统；?=0.60%~0.80%为中阻力配水系统；?=1.0%~1.5%为小阻力配水系
统。大阻力配水系统的优点是配水均匀性好，但结构复杂，孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大；管道易结垢，增加检修困难，此外，对冲洗水头有限的虹吸滤池和无阀滤池，大阻力配水系统不能采用。小阻力配水系统可以克服上述缺点。
15所谓V型滤池，其主要特点是什么？简要地综合评述虹吸滤池、普通快滤池、无阀滤池、移动罩滤池、V型滤池及压力滤池的主要优缺点和适用条件
答：V型滤池的主要特点：
（1）可采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期。（2）气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲