活性炭过滤酸气

1.3.1　水净化处理设备

1）悬浮澄清池

悬浮澄清池是利用上升水流与絮体（由混凝剂与悬浮颗粒产生的凝聚物）产生重力平衡，使絮体处于既不沉淀又不上浮的悬浮状态，形成絮体悬浮层。当原水通过时水中部溶性杂质又充分机会与絮体碰撞接触，并被絮体悬浮层中的絮体吸附，成为较大颗粒而逐渐沉淀下来，原水也就得到了澄清。

（1）基本结构

如图1.1所示为悬清池的结构。它主要由进出水系统、悬浮层、清水层和排泥系统等组成。澄清池的池体9呈长方形，用混凝土砌成，其底部倾斜。钟形反应罩7处于底部中央，进水管6在反应罩内，原水在反应罩内可以进行混合和反应。出水槽10在澄清池的上部，当清水溢入出水槽时，即可由连接出水槽的穿孔排水管（图中未示出）排出。在侧板2的中部，即悬浮层与清水层的分界处开有排泥孔，以供带有絮体的水排往浓缩室3。在浓缩室的底部装有排泥管4，以排除浓缩室中的污泥。其上部安有孔板，通往强制出水槽1。该设备从结构上将澄清池分为3部分，即第一反应室（反应罩7内）、第二反应室8（反应罩外）和浓缩室3。

图1.1　悬浮澄清池

（2）工作过程

原水在加注混凝剂后，由底部的进水管6经密集分布的小孔高速喷出，分布于反应罩7内，由于反应罩内容积较小，混凝剂与水能充分均匀地混合，然后从反应罩下的间隙进入第二反应室8。由于截面逐渐变大，流速也就逐渐变小，原水与混凝剂得以充分混合和反应。

在第二反应室中，原来就有悬浮的絮体，当原水由于水泵的压力上升经过悬浮层时，经过接触絮凝、吸附和过滤等作用，杂质便被悬浮层截留，清水上升漫过出水槽10，再由排水管排走。

当悬浮的絮体由于吸附水中的悬浮颗粒而不断增加时，多余的絮体便由侧板2上的排泥孔进入浓缩室3。在浓缩室中，流速更低，絮体迅速沉降、浓缩，然后由底部的排泥管4排走。在浓缩室中分离出来的清水，经过上面安置的孔板进入强制出水槽1，再排往池外。

（3）悬浮层的形成和稳定

由工作过程可以看出，悬浮层的存在是该设备正常工作的关键。它是这样形成的：当加注混凝剂的原水进入第二反应室8中时，混凝剂即与悬浮颗粒反应产生絮体，颗粒逐渐增大，受重力作用有下沉的趋势，但由于水流方向自下而上，具有一定的流速，使絮体受到顶托而处于悬浮状态。由于加混凝剂的原水不断进入，新鲜絮体不断产生。当悬浮层达到一定高度和一定浓度时，就形成一个起净水作用的悬浮层。悬浮层中的絮体具有活性，是一种特殊的吸附剂，能够大量地吸附原水中的杂质，使原水变清。

因此，为使原水净化过程顺利进行，必须保证悬浮层工作的稳定。为此，该设备采取了两个措施：一是澄清池的截面自下而上由小到大，水流的流速逐渐减小，水流上冲的能量得以减小；二是应使进入澄清池的原水中的空气尽量少，防止空气在上升时搅乱悬浮层，并把絮体带入清水层。为此，有的设备外安置了一个空气分离器，它是将加注混凝剂的原水在一个敞开的水槽中静置几秒钟，再泵入澄清池。

（4）使用注意事项

①事先要取样化验原水水质，确定杂质的成分和含量，再选取合适的混凝剂及用量。

②原水在进入澄清池以前，应使其中所含空气尽量少，必要时应经空气分离器处理。

③原水进入的流速应合适。流速太大，悬浮层难以形成；流速太小，悬浮层中的絮体会沉淀下来，也破坏了悬浮层。

④要随时注意水温的改变和进水量的变化，它们都可使悬浮层工作不稳定。

⑤定期检查清水水样，清水浊度应控制在5mg／L左右，否则不符合要求。

⑥定期开放排泥管排放污泥，一般工作48h排放1次，每次4～5min。

⑦若进水量太大，可关小进水阀，或开启反应罩内的泄水穿孔管，以稳定流量。

⑧若是初次使用，为有利于悬浮层的形成，可加入少量细黏土，并将混凝剂的投放量增大2～3倍。

⑨定期检查反应罩的位置，其出水间隙应适当，且保持均匀一致。

⑩随时注意水质的变化，若水质发生改变，则改变混凝剂的品种或投放量。

2）过滤器

机械过滤器广泛用于饮用水、游泳池水、工业用水的过滤，制取软化纯水，高纯水的预过滤。过滤器的滤料一般为石英砂、无烟煤、颗粒多孔陶瓷等，是反渗透（Ro）、电渗析（ED）、离子交换器等水处理系统不可缺少的前处理设备。过滤常用砂石过滤器、砂滤棒过滤器等。

（1）砂石过滤器

①砂石过滤的原理。以砂石、木炭作过滤层，滤层的厚度依水的混浊度而定，一般滤池从上至下的填充料为小石、粗砂、木炭、细砂、中砂等。滤层总厚度70～100cm。过滤速度一般为5～10m／h（线速度）。以上对原水的过滤处理，可去除原水中的悬浮杂质、胶体物质、铁、锰、部分微生物和余氯，能取得优良效果。砂石过滤器的过滤原理属深层过滤原理，过滤包括阻力截留、重力沉降和接触凝聚等作用。

②砂石过滤器的结构。砂石过滤器的结构及填料形式很多，举一例，如图1.2所示。

壳体3呈圆柱形，底部封头与壳体焊接在一起，顶部封盖用法兰连接在壳体上。封盖上安有原水进口2（也是冲洗水出口）、放空气口1和压力表等。净水出口7（也是冲洗水进口）安在封头底部。整个壳体由支座6支撑。壳体内主要是滤料层4和承托板5。承托板的作用是支撑滤料层。它是一块多孔合金铝板，安在壳体下部。由于滤料粒度不同，其孔眼也不一样，以不堵塞、不漏料为宜。承托板上孔眼面积之和与其总面积的比值叫开孔率。开孔率大，阻力小、流量大；反之，阻力大、流量小。应当兼顾阻力和流量。孔眼的排列一般以正三角形排列为好。

图1.2　沙石过滤器的结构

1—放空气口；2—原水进口；3—壳体；4—滤料层；
5—承托板；6—支座；7—净水出口

在承托板的上面，是完成过滤作用的滤料层4。良好的滤料应满足下列要求：有足够的化学稳定性、足够的机械强度、适宜的级配和足够的孔隙率。但这些条件并不总能同时具备。如极细的砂粒能阻留絮体，但会增加阻力，粗砂则与之相反。目前是采用较粗的砂粒和大的厚度，以兼顾滤速和过滤质量。

该过滤器的滤料层分两部分：上部为砂粒层，下部为砾石层。各层滤料粒径也不同，一般是上细下粗，孔隙上小下大。这种结构在工作时（水流自上而下），悬浮物截留在上层滤料表面，下层滤料未充分利用，滤层含污能力较低，使用周期较短。滤料层还有其他结构形式。

③使用与注意事项：

a.操作砂石过滤器的操作主要由过滤和反洗两个过程循环组成。过滤是产生清水的过程，而反洗是恢复过滤器的净化和生产能力的过程。过滤时，原水在泵压下由上部原水进口2进入过滤器。由于泵压及水的重力，由上而下经过滤料层。滤料层对其悬浮杂质实施阻力截留、重力沉降和接触凝聚等作用，将原水中的悬浮物除去，清水穿过滤料层，从下面的净水出口排出。

经过一段时间（视原水水质而定）工作后，滤料层中充满了悬浮物，此时，过滤速度大为降低，就需要进行反洗。利用反洗，将滤料吸附的悬浮物剥离下来。若反洗不及时，则会使过滤能力下降，水头损失增大，且滤料表面的悬浮物会结成块，越来越牢固地附着在滤料上，以致难以清除。

反洗多采用逆流水力冲洗。即压力水反向从底部净水出口7，以一定的流量进入过滤器，水流的冲力应能使滤料成悬浮状。此时，由滤料间高速水流产生的剪切力，便把悬浮物剥离下来，随着水流从上部原水进口2排出。

反洗的效果取决于适宜的冲洗强度。强度过小，不能使滤料“松散”，也不能达到从滤料表面剥离杂质所需要的剪切力。强度过大，则会减少滤料间的碰撞，并使细小砂粒流失和浪费冲洗水。

b.注意事项：

工作前，应检查封盖的密封情况，将紧固螺栓上紧，并检查各阀门接头是否完好。

对原水水质应先取样化验，当浊度大于50mg／L时，过滤效果较差，不宜使用该设备。

滤料的级配应适当。在装填滤料前，应将滤料洗净，再用稀盐酸浸泡，之后用清水洗净。

装填滤料时，动作要轻，特别是最下层的砾石层，以免损伤合金铝承托板。

过滤时，应控制进水量。一般应根据原水水质来决定流量大小。

定期检查出水水样，浊度应小于3mg／L，否则，应停机冲洗。

（2）砂滤棒过滤器

饮料用水在水消毒前进行砂滤棒过滤，可使原水中存在的少量有机物及微生物被砂滤棒的微小孔隙吸附截留于表面而除去一部分。尤其是机械杂质含量较少时，如自来水，可用砂滤棒过滤器。这是一种在饮料用水处理中应用十分广泛的过滤设备。

①工作原理。砂滤棒过滤器的主要工作部件是砂棒，又称砂滤棒或砂芯。它是采用细微颗粒的硅藻土和骨灰等物质，成型后在高温下焙烧，使其熔化，可燃性物质变成气体逸散，形成2～4mm的小孔。当具有一定压力的原水进入容器，通过砂棒上的微小孔隙时，水中存在的有机物、微生物等杂物即被隔滤在砂棒表面，经过滤后的净水由砂棒内腔流出，完成过滤过程。砂滤棒过滤器已是我国水处理设备中的定型产品，可根据处理的水量选择其适用的型号。同时，考虑到生产的连续性，至少有两台并联安装。当一台清洗时，可用另一台。

②基本结构。砂滤棒过滤器主要有101型和106型两类。虽然这两个的型号不同，但其在构造上都可以分为两个区，即原水区和净水区。两区中间用一块经过精密加工的、带有封闭性能的隔板（又称箅子）隔开，四周用定制橡胶圈密封。隔板中间钻有很多孔，孔径及其数量视不同型号而异，隔板既是固定砂棒的器件又是原水区和净水区的分界线，如图1.3所示。

在使用中，由于砂滤棒过滤器的材料较脆，当水压太高时很容易破碎，造成污染。所以，在操作中要严格注意表压，如表压突然下跌，应立即停用，待检修后方能使用。当砂滤棒使用一段时间后，表压逐渐升高，那是因为砂滤棒外壁积垢较多，滤水量下降所引起。当表压升至一定值时，应立即停止使用。将砂滤棒卸出，用水砂纸轻轻擦去表面的污垢层，经刷洗冲净恢复至砂滤棒原色，即可安装重新使用。若使用洗涤剂，也可以不用卸出砂滤棒作封闭冲洗。

砂滤棒在使用前均需消毒处理，一般用75%的酒精或0.25的新洁尔灭或10%的漂白粉液，注入砂滤棒内，堵住出水口，使消毒液与内壁完全接触，数分钟后倒出。安装时凡是与净水接触的部分都要进行消毒。

图1.3　101型砂滤棒过滤器

1—放气阀；2—原水进口；3—排污阀；4—净水出口；5—下盖；6—隔板；7—砂棒；8—拉杆；9—器身；10—上盖

（3）活性炭过滤器

有些水中含有余氯和异臭杂味，将极大地影响饮料口感。为了使水质无色、无臭、无味，可进行活性炭过滤处理。活性炭过滤器主要用于去除水中有机物、胶体硅、余氯（Cl2）等。对臭味、色度、重金属离子的吸附能力强。

①工作原理。活性炭是一种以木炭、木屑、果核壳、焦炭等为原料制得的高纯度具有高吸附性能的炭。其颗粒可分为粉状和粒状两类。前者粒度为10～15μm，后者粒度为0.4～2.4mm。粒状活性炭按其形状又可分为圆柱形、球形、无定形等。活性炭为黑色固体，无臭、无味，具有多孔结构，表面积十分庞大，对气体、蒸汽或胶状固体有强大的吸附力，1g粉状活性炭的总表面面积可达1000m2。

活性炭在水溶液中能吸附溶质分子（杂质分子），是由于溶质分子的憎水性和对溶质分子的吸引力所致。某溶质分子的亲水性越强，向活性炭表面运动的可能性就越小，该溶质分子就越难被吸附。活性炭与溶质分子间的吸引力，是由于静电吸附、物理吸附和化学吸附3种力联合作用的结果。

活性炭过滤器之所以能将杂质除去，除了上述的吸附作用外，还因为过滤器有厚厚的一层活性炭，同时兼有机械过滤的作用。

②基本结构。活性炭过滤器有固定床式和膨胀床式两类。膨胀床式是炭层在工作中处于膨松状态，层高发生改变。固定床式在工作中炭层层高不发生变化。膨胀床式的处理效果较好，但炭粒易于流失，而固定床式则较稳定。在饮料水处理中，多采用固定床式。小型活性炭过滤器如图1.4所示，大型活性炭过滤器如图1.5所示。

固定床式活性炭过滤器有一个圆柱形的器身，上、下封头与器身用法兰联结，中间垫有橡胶密封圈，以免泄漏。上、下封头与器身均用不锈钢制造，以防锈蚀。

在器身内部，从上到下依次是盖板、滤料层、承托层和支撑板。支撑板6为一多孔金属板，用以支撑滤料层。金属板上面覆盖一层金属网，其上装填一层石英砂作为承托层，高度为0.2～0.3m（约占总高度的1／8），上面再装上5倍承托层高度的活性炭滤料层，粒径为0.2～1.5mm。滤料层上压了一块多孔盖板2，其作用是固定滤料层的高度，以免在反洗时炭粒随水流流失。

经过一段时间工作后，炭粒表面为污物覆盖，失去吸附能力，这时需要进行清洗，以除去污物。清洗时，由反向通入原水，冲洗滤料，经原水进口排污，历时10～15min即可。清洗周期视过滤水量，一般为3～7d，待排出的水质较为清洁后即可。但不得频繁清洗，以免影响活性炭寿命。

③再生。活性炭经过较长时间工作后，光靠清洗已不能使其恢复工作能力，这时需要进行再生处理。

④注意事项。活性炭必须是符合食用标准的植物性活性炭，以保证饮料质量。在进行过滤时，要求原水中无大颗粒悬浮杂质，否则易于堵塞炭粒微孔。在安装过滤器后，应用饱和蒸汽对进出水管及阀门零件进行消毒处理。正式投入使用前，应开足进水阀冲洗20 min，取样化验后方可投入正常使用。每次使用时，刚流出的水若是黑水，属正常现象，顷刻就会洁净。原水流量应与过滤器的设计能力相适应，否则水质难以达到要求。活性炭的吸附作用，与温度和流速有关，水温高，流速低，净化效果好，反之则差。活性炭的使用期限随水质而异，正常运转可用3年，此时，再生也无济于事，应予以更换。