在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用水要求。在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等的预处理手段，也作为生化处理后的深度处理，使滤后的水达到回用的要求。 （1）过滤设备
常用的深层过滤设备是各种类型滤池。按过滤速度不同，有慢滤池(<0.4m/h)、快滤池(4～10m/h)和高速滤池(10～60m/h)三种；按作用力不同，有重力滤池(水头为4～5m)和压力滤池(作用水头15～25m)两种；按过滤时水流方向分类，有下向流、上向流、双向流和径向流滤池四种；按滤料层组成分类，有单层滤料、双层滤料和多层滤料滤池三种。
①快滤池。普通快滤池是常用的过滤设备，也是研究其他滤池的基础。图7-9为普通快滤池的透视与剖面示意图。快滤池一般用钢筋混凝土建造，池内有排水槽、滤料层、垫料层和配水系统；池外有集中管廊，配有进水管、出水管、冲洗水管、冲洗水排出管等管道及附件。
过滤时，加入凝聚剂的浑水自进水管经集水渠、排水槽进入滤池，自上而下穿过滤料层、垫料层，由配水系统收集，并经出水管排出。此时开F1、F2，关F3、F4、F5。经过一段时间过滤，滤料层截留的悬浮物数量增加，滤层孔隙率减小，使孔隙水流速增大，其结果一方面造成过滤阻力增大，另一方面水流对孔隙中截留的杂质冲刷力增大，使出水水质变差。当水头损失超过允许值，或者出水的悬浮物浓度超过规定值，过滤即应终止，进行滤池反冲洗。反冲洗时，开F3、F4，关F1、F2。反冲洗水由冲洗水管经配水系统进入滤池，由下而上穿过垫料层，滤料层，最后由排水槽经集水渠排出。反冲洗完毕，又进入下一过滤周期。
图7-9 快滤池构造图
1—进水干管；2—进水支管；3—清水支管；4—排水管；5—排水阀； 6—集水渠；7—滤料层；8—承托层；9—配水支管；10—配水干管； 11—冲洗水管；12—清水总管；13—排水槽；14—废水渠；15—走道空间
滤池里常用的滤料有石英砂、无烟煤粒、石榴石粒、磁铁矿粒、白云石粒、花岗岩粒以及聚苯乙烯发泡塑料球等。其中以石英砂使用最广。砂的机械强度大，相对密度2.65左右，在pH值为2.1～6.5的酸性水环境中化学稳定性好，但水呈碱性时，有溶出现象。无烟煤的化学稳定性较石英砂好，在酸性、中性及碱性环境中都不溶出，但机械强度稍差，其密度因产地不同而有所不同，一般为1.4～1.9。大密度滤料常用于多层滤料滤池（参阅表7-17），其中石榴石和磁铁矿的相对密度大于4.2。
垫料层主要起承托滤料的作用，故亦称承托层，一般配合大阻力配水系统使用（见表7-18）。由于滤料粒径较小，而配水系统的孔眼较大，为了防止滤料随过滤水流失，同时也帮助均匀配水，在滤料与配水系统之间增设一垫料层。如果配水系统的孔眼直径很小，布水也很均匀，垫料层可以减薄或省去。
垫料层要求不被反洗水冲动，形成的孔隙均匀，使布水均匀，化学稳定性好，机械强度高。通常，垫料层采用天然卵石或碎石。
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目前滤料的最大粒径为1～2mm，故垫料层的最小粒径一般不小于2mm，而其最大粒径以不被常规反洗强度下的水流冲动来考虑，一般为32mm。
表7-17 普通快滤池的滤料组成及滤速范围 滤池类型 单层滤池 双层滤池 滤料及粒径/mm 石英砂0.5～1.2 无烟煤0.8～1.8 石英砂0.5～1.2 无烟煤0.8～2.0 三层滤料 石英砂0.5～0.8 磁铁矿0.25～0.5 无烟煤1～2 三层滤料 石英砂0.5～1.0 石榴石0.2～0.4
表7-18 垫料层的规格(大阻力系统) 层次(自上而下) 1 2 粒径/mm 2～4 4～8 厚度/mm 100 100 层次(自上而下) 3 4 粒径/mm 8～16 16～32 厚度/mm 100 150 相对密度 2.65 1.5 2.65 1.5 2.65 4.75 1.7 2.65 4.13 滤料厚度/m 0.7 0.4～0.5 0.4～0.5 0.42 0.23 0.07 0.45 0.20 0.10 滤速/(m/h) 8～12 4.8～24 12左右 4.8～24 12左右 4.8～24 12左右 强制滤速/(m/h) 10～14 14～18
垫料下面设置配水系统，作用是均匀收集滤后水，更重要的是均匀分配反冲洗水，所以，它又称为排水系统。配水系统的合理设计是滤池正常工作，保持滤料层稳定的重要保证。如果反洗水在池内分配不均匀，局部地方反冲洗水量过大，滤料流化程度高，将会使这个部分的滤料移到反洗水量小的地方。滤层的水平移动使滤料分层混乱，局部地方滤料厚度减薄，出水水质恶化，反洗阻力减小，在下一次反洗时，单位面积的反洗水量进一步增大，进一步促使滤料平移，如此恶性循环，直至滤池无法工作为止。
由于反冲洗水流量比正常过滤水的流量大得多，因此，配水系统应主要考虑反冲洗水均匀分布的要求。
排水槽用以均匀收集和输送反冲洗污水，水板的长和宽都约在1m左右，整个滤池底都铺设滤水板，板缝用水泥填充，滤水板下集水空间高度为0.3m。集水渠一方面用以收集各排水槽送来的反洗污水，通过反排水管排入下水道，同时，它也起着连接进水管之用，故也称之为进水渠。
②无阀滤池。一般快滤池都有复杂的管道系统，并设有各种控制阀门，操作步骤相当复杂，同时也增加了建造费用。无阀滤池是利用水力学原理，通过进出水的压差自动控制虹吸产生和破坏，实现自动运行的滤池。
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图7-10 重力式无阀滤池示意图
1—进水分配槽；2—进水管；3—虹吸上升管；4—顶盖；5 挡板；6—滤料层；7—承托层； 8—配水系统；9—底部空间；10—连通间；11—冲洗水箱(清水池)；12—出水管；13—虹吸 辅助管；14—抽气管；15—虹吸下降管；16—水封井；17—虹吸破坏斗；18—虹吸破坏管
原水自进水管2进入滤池后，自上而下穿过滤床，滤后水经连通管进入顶部贮水箱，待水箱充满后，过滤水由出水管12排入清水池。随着过滤进行，水头损失逐渐增大，虹吸上升管3内的水位逐渐上升(即过滤水头增大)，当这个水位达到虹吸辅助管的管口处时，废水就从辅助管下落，并抽吸虹吸管顶部的空气，在很短的时间内，虹吸管因出现负压而投入工作，滤池进入反冲洗阶段。贮水箱中的清水自下而上流过滤床，反冲洗水由虹吸管排入排水井。当贮水箱水位下降至虹吸破坏管口时，虹吸吸进空气，虹吸破坏，反洗结束，滤池又恢复过滤状态。
无阀滤池的运行全部自动进行，操作方便工作稳定可靠；在运转中滤层不会出现负水头结构简单，材料节省，造价比普通快滤池30%～50%。但滤料进出困难；因冲洗水箱位于滤池上部，使滤池总高度较大；滤池冲洗时，原水也由虹吸管排出，浪费了一部分原水，且反洗污水量大。
无阀滤池多用于中、小水量的处理，且进水悬浮物浓度宜在100mg/L以内，因为是小阻力配水系统，所以单池面积也不太大。
③压力滤池（罐）。压力滤池是一个承压的钢罐，内部构造与普通快滤池相似，在压力下工作，允许水头损失可达6～7m。进水用泵直接抽入，滤后水压力较高，常可直接送到用水装置或水塔中。压力滤池过滤能力强，容积小，设备定型，使用的机动性大。但是，单个滤池的过滤面积较小，只适用于废水量小的场合。 压力滤池分竖式和卧式两种，竖式滤池有现成的产品(见图7-11)，直径一般不超过3m。池内常设无烟煤和石英砂双层滤料，粒径一般采用0.6～1.0mm，厚度一般用1.1～1.2m，滤速为8～10m/s或更大。配水系统通常用小阴力的缝隙式滤头、支管开缝或孔等。反冲洗污水通过顶部的漏斗或设有挡板的进水管收集并排除。为提高反洗效果，常考虑用压缩空气辅助冲洗。
压力滤池外部安装有压力表、取样管，及时临近水头损失和水质变化。滤池顶部还设有排气阀，以排除池内和水中析出的空气。
图7-11 压力滤池（罐）
④合成滤料过滤器。采用新型的密实度或孔隙率可变的滤料，这类滤料由柔性材料人工制成，如纤维球、轻质泡沫塑料珠、橡胶粒等。国产纤维球滤料由涤纶短丝结扎而成，有弹性，密实度由中心向周边递减，孔隙率达90%以上。纤维球在滤床上部比较松散，基本上呈球状。球间孔隙比较大，愈接近床层下部，由于自重及水力作用，纤维球堆积得愈
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密实，纤维丝相互穿插，形成一个纤维层整体。整个床层，上部孔隙率较高，下部孔隙率较低，近似理想滤池孔隙率分布。
实验表明，纤维球滤池过滤速度为砂滤池的5～8倍，如果采用同样的滤速，则纤维球过滤周期比砂滤池长3倍；能有效地去除0.5～10μm级的微小悬浮物；滤过水的悬浮物含量一般在10mg/L以下。但目前纤维球价格较贵；再生需用气、水联合反冲，气起主要作用，控制气量在40～50L/(m2·s)，水量在10L/( m2·s)时，可冲洗干净。
图7-12显示的纤维球过滤器是一种上流式过滤设备。处理水从底部进入过滤器内，向上流动通过两块多孔板之间的滤料，并从过滤器顶部排出。过滤器反洗时，利用机械装置将上部多孔板提起。虽然过滤器仍在继续进水。但可由下部多孔板以下部位过滤器左右两侧引入空气，使滤料产生滚动运动，由废水通过过滤器产生的剪力和滤料本身的磨擦作用使滤料得到清洗。含有被去除固体物的废水进入后续处理设施。为了完成反洗循环的过滤器返回运行操作，应将提升的多孔板置于初始位置，再经短暂正洗后，打开滤过水出水阀，恢复滤过水的正常排放。
图7-12 纤维球过滤器
最后用表7-19对目前在废水处理中使用的几种颗粒滤料过滤器做个比较。
表7-19 几种颗粒滤料过滤器比较 过滤器类型 操作方式 滤床型式 滤料 典型床 层深度 典型的水流向 反洗操作方式 固体贮存部位 表面及760mm 下流 间歇 上层滤床 说明 传统型 半连续 单介质 砂或无烟煤 水头损失增长速度快 双介质设计传统型 半连续 双介质，分层 砂和无烟煤 砂、无烟煤和石榴石 砂或无烟煤 920mm 下流 间歇 内部 可延长过滤器运行时间 多介质设计传统型 半连续 多介质，分层 920mm 下流 间歇 内部 延长过滤器运行时间 深床 半连续 单介质 1830 mm 深床用于贮下流 间歇 内部 存固体并延长过滤时间 深床用于贮上流 间歇 内部 存固体并延长过滤时间 砂滤床逆液上流 连续 内部 体流动方向运动 深床 半连续 单介质，分层 砂或无烟煤 1830 mm 1830 mm 深床 连续 单介质，不分层 砂 29
纤维球过滤器 半连续 单介质，不分层 合成纤维 610mm 上流 间歇 内部 (2) 过滤效率的影晌因素
①滤料的影响 粒度：过滤效率与粒径成反比，即粒度越小，过滤效率越高，但水头损失也增加越快。在小滤料过滤中，筛分与拦截机理起重要作用。
形状：角形滤料的表面积比同体积的球形滤料的表面积大，因此，当孔隙率相同时，角形滤料过滤效率高。
孔隙率：球形滤料的孔隙率与粒径关系不大，一般都在0.43左右。但角形滤料的孔隙率取决于粒径及其分布，一般约为0.48～0.55。较小的孔隙率会产生较高的水头损失和过滤效率，而较大的孔隙率提供较大的纳污空间和较长的过滤时间，但悬浮物容易穿透。 厚度：滤床越厚，滤液越清，操作周期越长。
表面性质 ：滤料表面的不带电荷或带有与悬浮颗粒表面电荷相反的电荷有利于悬浮颗粒在其表面上吸附和接触凝聚。通过投加电解质或调节pH值可改变滤料表面的电动电位。
②悬浮物的影响
粒度：几乎所有过滤机理都受悬浮物粒度的影响。粒度越大，通过筛滤去除越易向原水投加混凝剂，待其生成适当粒度的絮体或微絮体后，进行过滤，可以提高过滤效果。
形状：角形颗粒因比表面积大，其去除效率比球形颗粒高。 密度：颗粒密度主要通过沉淀，惯性及布朗运动机理影响过滤效率，因这些机理对过滤贡献不大，故影响程度较小。
浓度：过滤效率随原水浓度升高而降低，浓度越高，穿透越易，水头损失增加越快。 温度：温度影响密度及黏度，进而通过沉淀和附着机理影响过滤效率。降低温度，对过滤不利。
表面性质：悬浮物的絮凝特性，电动电位等主要取决于表面性质，因此，颗粒表面性质是影响过滤效率的重要因素。常通过添加适当的凝聚剂来改善表面性质。凝聚过滤法是在原水加药脱稳后，尚未形成微絮体时，进行过滤。这种方法，投药量少，过滤效果好。 (3) 常见故障及对策
①气阻。在过滤末期，局部滤层的水头损失可能大于该处实际的水压力，即出现负水头，此时，这部分滤层水中溶解的气体将释放出来，积聚在孔隙中，阻碍水流通过，以致滤水量显著减少。为防止气阻现象产生，首先应保持滤层上足够的水深，消除负水头。在池深已定时，可采取调换表层滤料，增大滤料粒径的办法。其次，在配水系统末端应设排气管，防止反冲洗水中带入气体积聚在垫层或滤层中。有时也可适当加大滤速，促使整个滤层纳污比较均匀。一旦发生气阻，应停止过滤，进行反冲洗。
②结泥球。滤层表面的颗粒较细，截留的悬浮物较多。如果冲洗不干净，则互相黏结成球。球径可达5～20cm。在下一次冲洗时，因质量较大而沉入滤层深处，造成布水不匀
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