水质工程学I-过滤§过滤理论课件

1、 水质工程学第四章 过 滤 4-2 过滤理论(2)主讲：张朝升 教授1粘附作用是一种物理化学作用。当水中颗粒迁移到滤料表面时则在范德华引力和静电力相互作用下，以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力下，粘附于滤料颗粒表面上，或者粘附在滤料表面上原先粘附的颗粒上。24-2 过滤理论一、过滤机理（二）颗粒粘附1此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。粘附过程与澄清池中的泥渣所起的作用基本类似，不同的是滤料为固定介质，排列的紧密，效果好。因此，粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。未经脱稳的悬浮物颗粒，过滤效果很差，这就是证明。基于这一概念，过滤效果主要取决于颗粒表面的性质而无须增大颗粒尺寸。相

2、反如果悬浮颗粒尺寸过大而形成机械筛滤作用，反而会引起表面滤料孔隙堵塞。32 过滤开始阶段，滤层比较干净，孔隙率较大，孔隙流速小，水流剪力Fs1较小，因而粘附力作用占优势（大量杂质被滤层表面所截留）。滤料Fa1Fa2Fs2Fs112Fa1表示颗粒1与滤料表面的粘附力；Fa2表示颗粒2与颗粒之间的粘附力；Fs1表示颗粒1所受到的平均水流剪力；Fs2表示颗粒2所受到的平均水流剪力。（三）滤料层截留杂质的规律粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱稳程度。43 随着过滤时间延长，滤层中杂质逐渐增多，以至最后粘附上的颗粒（图中颗粒3）将首先脱落下来，或者被水流夹带的后续颗粒不在有粘附现象，于是， 悬

3、浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留作用渐次得到发挥。滤料Fa1Fa2Fa3Fs2Fs3Fs1粘附力12354 水中杂质进入滤层后，首先被第一层滤料截留大部分，少量“漏网”的杂质被下层的滤料所截留。过滤到一定时间后，表面滤料间孔隙逐渐被杂质堵塞，孔隙率减小，严重时，由于表层滤料的“筛滤”结果，形成滤膜，使过滤阻力剧增。上述结果，在一定过滤水头下，滤速将急剧减小或滤膜产生裂缝时，大量水流将自裂缝中流出，造成局部流速过大而使杂质穿透整个滤层，出水水质恶化。 65这时尽管下层滤料还未发挥它们应有的作用，过滤也将被停止。 （杂质在滤层中的分布情况见图）截污量滤层深度截污量与滤层深度的关系0单层滤料双层滤料

4、无烟煤石英砂石英砂滤层含污能力：是指工作周期结束时，整个滤层单位体积滤料中所截留的杂质量，以kg/m3或g/cm3计，显然含污能力大，表明整个滤层所发挥的作用大。76二、过滤水力学（一）清洁滤层的水头损失卡曼康悉尼计算公式（CarmanKozony)式中：h0表示通过清洁滤层的水头损失（cm）； 水的运动粘度(cm3/s)； g重力加速度(cm/s2)； m0滤料孔隙度； d0与滤料体积相同的球体直径(cm)； l0滤层厚度(cm)； v滤速(cm/s) 滤料颗粒球度系数。实际滤层是非均匀滤料。计算非均匀滤层水头损失，可分成若干层，则各层水头损失之和为整个滤层总水头损失。87设粒径为di的滤料

5、重量占全部滤料重量之比为pi，则清洁滤层总水头损失为：分层越多，计算精度越高。（随着过滤时间延长，滤层中悬浮物杂质增多，m0，由H0公式知，当d0、 l0 、 T已定时，如m0 、 H0不变v，反之v不变 H0）这样就产生了等速过滤与变速过滤两种过滤方式。98冲洗后刚开始过滤时，滤层水头损失H0 ，当过滤时间为t时，滤层水头损失增加Ht , 于是过滤 时滤池总水头损失为：式中：H0清洁滤层水头损失cm; h配水系统、承托层及管（渠）水头损失之和cm; Ht 在时间为t时的水头损失 增值cm。等速过滤中水头损失的变化最高水位出水进水最低水位HmaxhH0Ht（二）等速过滤中水头损失的变化当滤池过

6、滤速度保持不变，亦既滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。109END11式中的H0和h在整个过滤过程中不变。 Ht随t增加而增大。 Ht与t的关系，实际上反应了滤层截留杂质量与过滤时间的关系，亦既滤层孔隙率的变化与时间关系。由于过滤情况很复杂，目前虽然不少计算公式，但与生产实际相比都存在着差距。10END12图中Hmax为水头损失增值为 最大时的过滤水头损失。 一般为1.52.0m。水头损失（m）过滤时间（h）TvV H0 H0 Ht hHmaxT水头损失与时间的关系曲线设滤速v v，其清洁砂层水头损失为H0 一方面 H0 H0 ，同时单位时间内被滤层截留的杂质量较多，水头损失增加也较快，tg tg，因而，过滤周期T T，其中已忽略了承托层及配水系统、管（渠）等水头损失的微小变化。图中T为过滤周期。过滤周期不仅决定于最大允许水头损失、还与滤速有关。通过实验Ht与t一般呈直线关系:11END13实验方程： k2、b系数，通过实验确定； T2与hma