水的过滤

1 过滤的基本概念
     浑水经砂层过滤后就会变清，这个概念是从生活经验中得来的。较早的滤池就是根据这个概念建立起来的，图3.1为其示意图。层高约1米的细砂层作为过滤层，下面辅以卵石，用来承托砂层并让过滤水流走，卵石层下为集水系统。

    自然沉淀可使水的浊度降到50度以下，把这样的原水通过上述滤池，其出水浊度可以接近于零，并能很好地去除细菌、病毒、嗅、味与色度，但需满足下列两个条件：(1)应在表面几厘米的砂层中形成由于一些藻类及原生动物繁殖的结果而产生的一层发粘的滤膜，它的形成大致要1—2个星期；(2)过滤的速度需很慢，约在0.1—0.3米/小时左右(过滤速度指水通过整个滤层面积的速度，而不是指水在滤层孔隙中流动的真切速度)。因为流速很慢，就叫它慢滤池。经过慢滤池处理的水，其水质很好，一般可以不经过消毒直接饮用，不会引起传染病。
    慢滤池工作1—3个月后就可能被泥堵塞，这时就要把表面2—3厘米厚的砂子刮出来，由于滤膜同时也将被刮掉，所以在重新产生滤膜的过程中水质会差一些。当滤层逐渐因刮砂变得太薄后，就要补充一些干净的砂子。
    慢滤池能去除水里面的浊度，是由于滤膜中微生物除能直接吞噬细菌外还分泌出一种能起凝聚作用的酶，它能够压缩胶体的双电层，使其能被吸附在砂粒上，滤膜里面的藻类放出的氧气又会起氧化作用。
    慢滤池经营率太低，不能满足经营发展的需要，便发展了能提高滤速的快滤池。快滤池的滤速可达到10米/小时以上。快滤池工作的先决条件是需先投加混凝剂。当投加混凝剂后，水中胶体的双电层*压缩，就容易被吸附在砂粒表面，或已被吸附的颗粒上，这就是接触凝聚的作用。
    快滤池工作的机理主要是按触凝聚而不是靠筛除作用。可以这样来解释，作一个简单的几何图，如图3.2, d₁代表砂粒直径，d₂代表能通过孔隙的较大颗粒直径，可推得d₁:d₂»6.5。直径大于d₂的颗粒将被筛除截留，但小于d₂的颗粒都可以通过砂层。如果较小砂粒直径为0.3毫米(比一般快摅池用的砂粒还要小)，则可得d₂»0.3/6.5»0.045毫米，即45m以下的颗粒都可通过砂层，但经过混凝沉淀进入滤池的较大颗粒尺寸一般为2～10m，还有很多更小的颗粒，既然滤池可以去除这样的颗粒，说明不可能是筛除作用。如果单靠筛除的办法去除颗粒，则要选用孔径很小的滤料。当然过滤时也会有筛除现象，但它不是快滤池的基本性能。
    微小的矾花从水中流动到砂粒表面上，然后被其吸附，这可用水力学的原理来解释。过滤时在砂粒孔隙内的水流一般是层流状态，而层流产生的速度梯度，会使微小的矾华不断旋转并跨过流线向砂粒表面运动，当矾花接触砂粒时，如果彼此间有足够的吸力，就被砂粒吸附，而加混凝剂产生的压缩双电层作用就为加强颗粒间的范德华吸力创造了条件。
    关于过滤的机理还有一些不同的说法，但以上所述的接触凝聚作用应该是比较合理的解释，它能帮助我们分析过滤的有关现象，因此不再罗列其他的说法。