水處理行業(yè)的發(fā)展歷程

       19世紀(jì)以來(lái)，砂就是飲用水的過(guò)濾材料。從利用細(xì)砂的大面積慢濾池已發(fā)展到使用顆粒無(wú)煙煤覆蓋細(xì)砂的更緊湊的快濾池。新一代過(guò)濾劑使用了兩層或三層不同的礦物，包括石榴石、無(wú)煙煤濾料、錳砂、沸石等濾料。

      慢砂過(guò)濾作用

          慢砂濾池含有粒徑為0.3mm的細(xì)砂，通常在600-1000mm,濾水速度約0.1-0.2m/h，濾砂上部水深為2-3m。由于流速緩慢，所以需要一個(gè)大面積的濾池。因此，在大型水廠中，每0.4公頃（約足球場(chǎng)大�。┚托枰�20-30層濾層，日產(chǎn)量高達(dá)50萬(wàn)立方米（噸）飲用水。

       濾砂是典型的次棱角狀的褐色或黃色石英砂。渾圓狀或球狀的純質(zhì)石英砂不能使用。過(guò)濾期間，濾砂顆粒的大小仍是混合的，不會(huì)發(fā)生分選和分層作用。由于殘留有細(xì)粒雜質(zhì)，所以濾池會(huì)發(fā)生堵塞。但是，更重要的是，在濾砂中和頂部20-30mm處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)生物層，稱之為臟物層。由于它具有占性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以可進(jìn)行高效過(guò)濾，從水中除去90%以上的細(xì)菌以及較大的雜質(zhì)顆粒和微生物。數(shù)星期后由于濾層發(fā)生了堵塞，水便不能很快的通過(guò)濾池，這時(shí)，要鏟去濾池頂部20-30mm的砂層使濾池得到清洗。除去的濾砂經(jīng)沖洗后原地保存。由于每次清洗后濾層的厚度都會(huì)減少，所以當(dāng)降到一個(gè)臨界點(diǎn)，即濾砂僅為300mm厚時(shí)，過(guò)濾質(zhì)量就不能得到保證。因此必須摻入沖洗過(guò)的備用濾砂，使之重新恢復(fù)到原有的厚度。對(duì)任何濾池而言，這個(gè)摻砂過(guò)程每隔2.5至3.5年就要進(jìn)行一次。

      快砂過(guò)濾作用

            約100年前，美國(guó)人喬治·富勒采用濾砂池以5m/h的速度進(jìn)行試驗(yàn)，其過(guò)濾速度比慢砂濾池快了50倍。這些快砂濾池使用粗砂（0.5-1.0mm）,深度同樣為750mm。這個(gè)設(shè)計(jì)仍保留了普通標(biāo)準(zhǔn)，盡管流速已達(dá)到15m/h。

        富勒的設(shè)計(jì)是為了減少濾池的面積，并且產(chǎn)生化學(xué)污垢層，它們由氫氧化鋁或氫氧化鐵構(gòu)成，通過(guò)加入水解鹽類（如硫酸鋁或氯化鐵）將它們從水中沉淀出來(lái)。通常在一天內(nèi)流動(dòng)速度越快，濾池就堵塞得越快。因此，富勒采用一個(gè)清洗工序即通過(guò)向上部注入干凈的水帶走沉淀物，然后利用一臺(tái)大型機(jī)械攪拌機(jī)將砂層中的沉淀物和砂分離出來(lái)，這個(gè)稱為回洗的清洗工序，已更加完善�，F(xiàn)采用向上層砂和水吹氣泡，可以除去沉淀物（氣沖），用回沖水將臟物沖入特殊的洗水槽。對(duì)于每天進(jìn)行的沖洗工序，所使用的過(guò)濾物質(zhì)必須是耐用和耐磨的。

      多層砂濾作用

        約60年前，美國(guó)人采用碎無(wú)煙煤充當(dāng)快砂濾池的過(guò)濾材料，進(jìn)行了多次試驗(yàn)。推動(dòng)該發(fā)明的動(dòng)力是認(rèn)識(shí)到一系列由粗至細(xì)的濾層有利于延長(zhǎng)過(guò)濾沖洗的時(shí)間。將粗砂置于細(xì)砂之上是不穩(wěn)定的，因?yàn)樵诨貨_期間，更重的粗砂將沉至底部。因此，需要較粗但質(zhì)輕的濾砂置于細(xì)砂上部。

        無(wú)煙煤的密度比砂低。所以發(fā)明了兩層設(shè)計(jì)，這樣在回沖時(shí)就不會(huì)沖走較輕的無(wú)煙煤。顆粒形態(tài)在過(guò)濾和回沖性能中起著重要的作用�？梢詫�(duì)過(guò)濾材料的球度進(jìn)行測(cè)定，球形為1.0，非球形小于1.0.濾砂具有典型的球度為0.8-0.9，但碎無(wú)煙煤是棱角狀的，球度為0.65-0.75。在實(shí)際中不同物質(zhì)構(gòu)成的濾層都可擴(kuò)展為三層結(jié)構(gòu)，其中大多數(shù)含有粗無(wú)煙煤—中粒砂—細(xì)石榴石，多層濾層的概念在工業(yè)上是可行的。

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