第七章-过滤
环境工程原理思考题
环境工程原理思考题第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么?2. 去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法?它们的技术原理是什么?3. 简述土壤污染治理的技术体系。
4. 简述废物资源化的技术体系。
5. 阐述环境净化与污染控制技术原理体系。
6. 一般情况下,污染物处理工程的核心任务是:利用隔离、分离和(或)转化技术原理,通过工程手段(利用各类装置),实现污染物的高效、快速去除。
试根据环境净化与污染防治技术的基本原理,阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。
第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1.什么是换算因数?英尺和米的换算因素是多少?2.什么是量纲和无量纲准数?单位和量纲的区别是什么?3.质量分数和质量比的区别和关系如何?试举出质量比的应用实例。
4.大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度,试说明该单位的优点,并阐述与质量浓度的关系。
5.平均速度的涵义是什么?用管道输送水和空气时,较为经济的流速范围为多少?第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么?2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。
3.质量衡算的基本关系是什么?4.以全部组分为对象进行质量衡算时,衡算方程具有什么特征?5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时,物质的转化速率如何表示?第三节能量衡算1.物质的总能量由哪几部分组成?系统内部能量的变化与环境的关系如何?2.什么是封闭系统和开放系统?3.简述热量衡算方程的涵义。
4.对于不对外做功的封闭系统,其内部能量的变化如何表现?5.对于不对外做功的开放系统,系统能量能量变化率可如何表示?第三章流体流动第一节管流系统的衡算方程1.用圆管道输送水,流量增加1倍,若流速不变或管径不变,则管径或流速如何变化?2.当布水孔板的开孔率为30%时,流过布水孔的流速增加多少?3.拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系,试简述这种关系,并说明该方程的适用条件。
第七章-过滤案例
3 滤料性能参数
1) 滤料的比表面积 单位体积滤层中滤料的表面积称为滤料的比表面积。对于粒径不相 等的非均匀滤料，可以看作是由许多粒径相同的均匀滤料所组成。 单位为cm2/g或cm2/ cm3。
a
ai P i
6 1 di
P di的组分再滤料中所占权 重。 i为粒径 P i＝P i P i 1
滤料
悬浮颗粒
流线
1—沉淀
2—扩散
3—惯性
4—阻截
5—水动力
悬浮颗粒的迁移过程
设表层细砂粒径为0.5mm，其孔隙尺寸约为80µm，而水中细小 杂质只有2～30µm，对于这样细小的颗粒能被滤料层截留下来 的现象，作用机理： 水中悬浮物能够粘附于滤料颗粒表面，涉及两个问题： 1 被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒接近或接触—这就是涉 及颗粒脱离水流流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理。
2.7~7m 99% 7~12m99.9% 较大颗粒 99%~99.9%
工作条件 1.出水浊度可接近于0NTU，而且能很好的去除细菌、臭味、色度，水质很 好，可直接饮用。 2.过滤速度慢：v=0.1～0.3m/h 3.在滤料表面几厘米砂层中形成发粘的滤膜，这滤膜是一些藻类和原生动 植物繁殖的结果，形成滤膜大约需要1～2week。 4.滤池工作1～6个月后，被淤泥堵塞，需人工将表面1～2cm砂刮出来清洗， 再重新铺装。
2）有效粒径与不均匀系数 粒径级配可以用滤料的有效粒径和不均匀系数表示，关系如下：
k 80
d 80 d10
(1)有效粒径d10和不均匀系数k80表示
d10－通过滤料重量10％的筛孔孔径，反映小颗粒所占比例。是产生 水头损失的主要部分。砂滤池d10 =0.5～0.6mm。 实验表明：若滤料d10相等，即使其级配曲线不一样，过滤时产生的 水头损失仍然相近，由此可知造成水头损失有效部分正是粒径小于 d10的哪些颗粒，所以把d10称为有效粒径。
环境工程原理期末复习资料河南工业大学
1、管路分为简单管路（①、通过各管路的质量流量不变；②、整个管路阻力损失等于各管路阻力损失之和。
）和复杂管路，复杂管路包括分支管路（①、总管流量等于各支管流量之和；②、主管段各段流量不同，阻力损失需分段加以计算；③、机械能守恒。
）和并联管路（①、总流量等于各支管流量之和；②、各支管中阻力损失相等；③、各支管的流量依据阻力损失相同的原则进行分配。
）。
2、流量计包括测速管（毕托管）（测得的是点速度）、孔板流量计（固定安装，阻力损失较大）、文丘里流量计（比孔板流量计减少了机械能损失），转子流量计（必须垂直安装，流体自上而下流动）。
3、热量传递包括热传导、对流传热、辐射传热。
4、导热系数：①、气体导热系数很小，利于绝热保温，随温度和压强的升高而升高。
②、水的导热系数最大，常用做导热介质。
液体（除水和甘油外）导热系数随温度的升到而减小，压力影响不大。
③、固体：金属的λ选大于非金属的λ；金属有杂质，λ减小；纯金属λ随温度升高而减小，合金λ随温度升高增大；晶体λ随温度升高而减小，非晶体λ随温度升高而增大。
5、环境工程中常见的传质过程有：吸收、萃取、吸附、离子交换、膜分离。
6、重力沉降和离心沉降的比较：区别：①、重力沉降的动力是重力，沉降方向向下，沉降速度恒定，沉降的加速度为重力加速度；②、离心沉降的动力是离心力，沉降方向向外，沉降的速度与半径有关，是变化的，沉降的加速度为离心加速度。
联系：离心分离因数，是离心分离设备的重要指标，表示离心沉降速度较沉降速度可以提高的倍数。
7、过滤可以分为：表面过滤（滤饼过滤）和深层过滤。
8、表面过滤与深层过滤的比较：区别：①、表面过滤的条件是颗粒物浓度高，滤速慢，虑饼易形成，过滤的介质是织布或多孔固体，过滤介质的孔一般比颗粒物的粒径小，有效过滤介质主要是虑饼，实际应用于真空过滤机、板框式压滤机、慢滤池、袋滤器。
②、深层过滤的条件是颗粒物浓度底，滤速快，过滤介质是固体颗粒，过滤介质的空隙大于颗粒物粒径，有效的过滤介质是固体颗粒，实际应用于快滤池。
06第七章__凝胶过滤
实践中 测定外水体积（Vo）
通常选用蓝色葡聚糖2000作为测定外水体积的物质。 理由是： 该物质分子质量大(为200万)，呈蓝色， 在各种型号的葡聚糖凝胶中都被完全排阻， 并可借助本身的颜色，采用肉眼或分光光度计检测(在210nm或 260nm、620nm)洗脱体积Ve，即 V e = Vo
测定内水体积(Vi)
常用于： 分离纯化蛋白质(包括酶类)、核酸、多糖、激素、氨 基酸和抗生素等物； 还可用于: 测定蛋白质的分子质量，样品的浓缩和脱盐等方面。
第一节 凝胶的分类及性质
凝胶是不溶于水但在水中有较大膨胀度和较好分子筛 功能的一类化合物。 这化合物目前主要有： 葡聚糖凝胶 天然琼脂糖 交联琼脂糖 其次还有： 聚丙烯酰胺凝胶(生物胶Bio-gel) 交联葡聚糖与双丙烯酰胺共聚凝胶 交联琼脂糖与葡聚糖共结合的凝胶 (superdex) 详见表6-1。
三、聚丙烯酰胺凝胶
聚丙烯酰胺凝胶的商品名称为Bio-gel。 它是以甲撑双丙烯酰胺(双体)作交联剂，以过硫酸铵 作催化剂， 在N,N,N’,N’,- 四甲基乙二胺(TEMED)加速剂的作用 下， 将丙烯酰胺(不同的产物。
该物质对尿素和盐酸胍等破坏氢键的试剂有较强的抵 抗力，在pH4.0~9.0的缓冲液中是稳定的。 琼脂糖凝胶室温保存，其物理稳定性超过了聚丙烯酰 胺和葡聚糖凝胶。 琼脂糖凝胶在干燥状态下保存时易破裂，故一般存放 在含防腐剂的水溶液中，同时还要避免剧烈的搅动。 琼脂糖凝胶按其浓度来分有Sepharose 2B(2％)、4B(4％) 和6B(6％)。
Kav值的计算
从公式Kav=（Ve-Vo）/（Vt-Vo）看出， 只要测出：床体积Vt 外水体积Vo 洗脱体积Ve 即可计算出Kav值。
第七章《过滤》答案
7.1 用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液，过滤方程为252610V V A t -+=⨯式中：t 的单位为s 。
(1)如果30 min 内获得5 3m 滤液，需要面积为0．4 2m 的滤框多少个?(2)求过滤常数K ，e q ，e t 。
解：（1）板框压滤机总的过滤方程为 252610V V A t -+=⨯在t=30×60s=1800s 内，V=5m 3, 则根据过滤方程有52+5 = 6×10-5A 2×1800求得需要的过滤总面积为A = 16.67 m2所以需要的板块数 n = 16.67 m 2/0.4 m 2= 41.675 ≈42 （2）恒压过滤的基本方程为 222e V VV KA t ==与板框压滤机总的过滤方程比较可得 K= 6×10-5m 2/sVe = 0.5 m 3 , qe = Ve/A =0.5 m 3/16.67 m 2 =0.03 m 3/ m2te = qe 2/K = 0.03 /6×10-5=15 ste 为过滤常数，与qe 相对应，可以称为过滤介质的比当量过滤时间，te = qe 2/K 。
7.2 如例题7．3．3中的悬浮液，颗粒直径为0．1 m m ，颗粒的体积分数为0．1，在9．81×310Pa 的恒定压差下过滤，过滤时形成不可压缩的滤饼，空隙率为0．6，过滤介质的阻力可以忽略，试求：(1)每平方米过滤面积上获得1．5 3m 滤液所需的过滤时间； (2)若将此过滤时间延长一倍，可再得多少滤液?7.3 用过滤机处理某悬浮液，先等速过滤20 min ，得到滤液2 3m ，随即保持当时的压差等压过滤40 min ，则共得到多少滤液(忽略介质阻力)?解：恒速过滤的方程式为 22112KA t V =所以过滤常数为 21212V K A t =此过滤常数为恒速过滤常数，也是恒压过滤开始时的过滤常数，在恒压过滤过程中保持不边，所以恒压过滤方程式为2222222222112112121122V V t V V KA t V V A t V V A t t -=→-=→-=2222261211222(2)2020V t V V m t ⨯=+=⨯40+=总的滤液量为V=4.47m 37.4 有两种悬浮液，过滤形成的滤饼比阻都是13210 6.7510m Pa r --=⨯ ，其中一种滤饼不可压缩，另一种滤饼的压缩系数为0．5。
环境工程原理期末复习资料 河南工业大学
1、管路分为简单管路（①、通过各管路的质量流量不变；②、整个管路阻力损失等于各管路阻力损失之和。
）和复杂管路，复杂管路包括分支管路（①、总管流量等于各支管流量之和；②、主管段内各段流量不同，阻力损失需分段加以计算；③、机械能守恒。
）和并联管路（①、总流量等于各支管流量之和；②、各支管中阻力损失相等；③、各支管的流量依据阻力损失相同的原则进行分配。
）。
2、流量计包括测速管（毕托管）（测得的是点速度）、孔板流量计（固定安装，阻力损失较大）、文丘里流量计（比孔板流量计减少了机械能损失），转子流量计（必须垂直安装，流体自上而下流动）。
3、热量传递包括热传导、对流传热、辐射传热。
4、导热系数：①、气体导热系数很小，利于绝热保温，随温度和压强的升高而升高。
②、水的导热系数最大，常用做导热介质。
液体（除水和甘油外）导热系数随温度的升到而减小，压力影响不大。
③、固体：金属的λ选大于非金属的λ；金属有杂质，λ减小；纯金属λ随温度升高而减小，合金λ随温度升高增大；晶体λ随温度升高而减小，非晶体λ随温度升高而增大。
5、环境工程中常见的传质过程有：吸收、萃取、吸附、离子交换、膜分离。
6、重力沉降和离心沉降的比较：区别：①、重力沉降的动力是重力，沉降方向向下，沉降速度恒定，沉降的加速度为重力加速度；②、离心沉降的动力是离心力，沉降方向向外，沉降的速度与半径有关，是变化的，沉降的加速度为离心加速度。
联系：离心分离因数，是离心分离设备的重要指标，表示离心沉降速度较沉降速度可以提高的倍数。
7、过滤可以分为：表面过滤（滤饼过滤）和深层过滤。
8、表面过滤与深层过滤的比较：区别：①、表面过滤的条件是颗粒物浓度高，滤速慢，虑饼易形成，过滤的介质是织布或多孔固体，过滤介质的孔一般比颗粒物的粒径小，有效过滤介质主要是虑饼，实际应用于真空过滤机、板框式压滤机、慢滤池、袋滤器。
②、深层过滤的条件是颗粒物浓度底，滤速快，过滤介质是固体颗粒，过滤介质的空隙大于颗粒物粒径，有效的过滤介质是固体颗粒，实际应用于快滤池。
水污染控制工程第七章
Se S010 K1t
（7-4）
式中：t—污水与滤料平均接触时间，与滤层深度，水力负荷以及 滤料特性有关。
H Echenfelder提出可用下式计算接触时间 t C n q
（7-5）
式中：C、n是与滤料比表面积及水流特性有关的常数。当为紊流 时，n=2/3；当为层流时，n=1/2。代入式7-4，得
生物滤池的设计计算
供氧量 由温差确定
（7-8）
v = 0.075△T - 0.15 式中：v ─ 空气流速(m/min)
△T ─ 池内外温差，一般为6℃
氧的利用率一般按5～8％考虑。
生物滤池的运转管理与优、缺点
运行管理
挂膜、防止堵塞、减小环境影响
优点
动力省（不需曝气）、操作运转简便
缺点
处理效率低于活性污泥法
工艺特征及优缺点
工艺特征
工艺特征 高负荷率、滤层内部的分层
优缺点 与普通生物滤池和高负荷生物滤池相比，塔式生物滤池具有如下的 优缺点： 1）具有较高的负荷率，因此所需滤池体积较小； 2）塔身高，因而占地面积小； 3）对冲击负荷的适应性好。当受突变负荷冲击时，一般只是上层滤 料的生物膜受到影响，因此可较快地恢复正常工作； 4）塔身高,形成拔风状态,通风效果好;必要时塔顶可加设引风机; 5）由于塔身高，因而废水的提升费用高； 6）运行管理不甚方便。
生物滤池的设计计算
工艺设计
有机负荷法 已知 Fv a 滤料层容积 b 平面尺寸
V A H
Q ( S0 S e ) V FV
H=1~3m
（7-1） （7-2）
c 校核水力负荷
Q q A
（7-3）
q应在适宜范围内，否则改变H，重新求A
环境工程原理第07章过滤讲解
u
?
?p
r? ?L ?
Le ?
过滤过程中饼厚 L 难以直接测定，而滤液体积 V 易于测量，故用 V 计算过滤速度更为方便。
假设每过滤 1m3 滤液，产生滤饼量 f m3 ，
fV ? LA
L ? fV V：滤液体积， m3 A
同理，生成厚度 Le的滤饼获得过滤介质的当量滤液体
下易变形，导致滤饼中通道变小， 阻力增大。
为降低可压缩滤饼的过滤阻力，可加入助滤剂改 变滤饼的结构。 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松 饼层的固体颗粒或纤维状物质 ，有两种加法：一是直 接将其混入悬浮液；二是预涂于过滤介质上。
一般只有在以获得清净滤液为目的时才使用助滤 剂。常用的 助滤剂有粒状 （硅藻土，珍珠岩粉，碳粉 或石棉粉等）和 纤维状（纤维素、石棉等）两大类。
悬浮液 (滤浆)
滤饼 过滤介质
滤液
过滤操作的外力：重力、压力差或惯性离心力。
过滤方式很多，适用广泛，固 -液、固 -气、大、小颗 粒等。无论采用何种过滤方式，均需过滤介质，过滤 介质是影响过滤操作重要因素。
二、过滤介质
起支撑滤饼作用，并让滤液通过，基本要求是具有足 够的机械强度、尽可能小的流动阻力，耐腐蚀和耐热
第一节 过滤操作的基本概念
本节思考题
(1)过滤过程在环境工程领域有哪些应用？ (2)环境工程领域中的过滤过程，使用的过滤介
质主要有哪些？ (3)过滤的主要类型有哪些？ (4)表面过滤和深层过滤的主要区别是什么？
第二节 表面过滤的基本理论
主要内容 一、过滤基本方程 二、过滤过程的计算 三、过滤常数的测定 四、滤饼洗涤 五、过滤机生产能力的计算
过滤p 压差?
第七章层析分离技术2——凝胶过滤层析
（1）介质不带电荷, 具有化学惰性，不与被分离物 质发生化学反应，条件温和，不会使物质变性；
（2）色谱介质不需再生,可反复便用； （3）分离效率高，回收率较高； （4）广泛应用于生物大分子的初级分离，脱盐等。 （5）分辨率较低，需采用细长柱。 （6）经过凝胶过滤色谱后样品被稀释，上样前需
显影响 其分离效果不受去污剂、促溶盐类、变性剂等影响 能在多种有机溶剂存在下使用
②Superdex
根据分级范围不同，可分为若干型号（见表5.6，P80）， 其中，数字越大，孔径越大。 prep grade 颗粒较大。
Superdex peptide Superdex 30 prep grade Superdex 75、200 （ prep grade ）
根据交联之前母胶中琼脂糖的含量不同，Sepharose CL系 列凝胶也有三种类型：Sepharose CL-2B、Sepharose CL4B和Sepharose CL-6B。
特点
Sepharose CL系列凝胶在颗粒直径、分级范围方面与Sepharose系 列完全相同
在pH稳定范围、机械强度（流速）及温度稳定性等方面得到了很 大的改进
二、凝胶过滤介质
2. 凝胶介质的种类
按基质组成主要可以分为 ：
葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、聚苯乙烯 -二乙烯苯凝胶、二氧化硅凝胶，以及由两种物质混合 形成的如琼脂糖-葡聚糖混合凝胶、聚丙烯酰胺-葡聚糖 混合凝胶等。
按凝胶过滤层析能达到的柱效和分辨率又可分为：
标准凝胶介质：颗粒尺寸较大（一般为100~250 μm），机
（1）葡聚糖凝胶（Sephadex ） G-数字 联度越大，分级范围越小。）
凝
胶 过
（2）琼脂糖凝胶
第七章-过滤选编
k80
d80 d10
反映滤料颗粒的均匀程度。
k80大（粗细相差大），对过滤和反冲洗不利。
过滤时，杂质积在表层，滤层含污能力减小
反洗时，满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒洗不净
满足粗颗粒膨胀要求，细颗粒冲出滤池
k80
d80 d10
反映滤料颗粒的均匀程度。
k80大（粗细相差大），对过滤和反冲洗不利。
3 滤料性能参数
1) 滤料的比表面积
单位体积滤层中滤料的表面积称为滤料的比表面积。对于粒径不相 等的非均匀滤料，可以看作是由许多粒径相同的均匀滤料所组成。 单位为cm2/g或cm2/ cm3。
a
ai Pi
6 1
di
Pi为粒径di的组分再滤料中所占权重。 Pi＝Pi Pi1
二 承托层
1 一般由一定级配的卵石组成，敷设于滤料和反冲洗配水系统之间。 2 作用：（1）支承滤料，防止滤料从配水系统中流失
（2）均匀分布冲洗水 3 选用：一般按习惯，不必仔细计算
(1) 大阻力配水系统总厚度约450～500mm (2) 中、小阻力系统总厚度约200mm左右，也可不设
承托层组成
层次（自上而下） 1 2 3
(二)粘附机理
粘附作用是一种物理化学作用，取决于颗粒表面的性质 和滤料表面的物理化学性质，即借范德华力和静电力相互作 用以及某些化学键、某些特殊的化学吸附力，絮凝颗粒被粘 附在滤料颗粒表面上，或粘附在滤料表面上原先粘附的颗粒 上，类似于澄清池中泥渣层所起的粘附作用，而且滤料为固 定介质，排列紧密，效果更好。
2 当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠哪些力的作用，使 它们粘附于滤料表面上—这涉及粘附机理。
颗粒迁移 滤料孔隙的水流一般属于层流状态，被水流挟带的颗粒随着水流流线运
环境工程原理思考题总结
物质的转化速率如何表示？
第三节 能量衡算
本节思考题
（1）物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量 的变化与环境的关系如何？
（2）什么是封闭系统和开放系统？ （3）简述热量衡算方程的涵义。 （4）对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变
化如何表现？ （5）对于不对外做功的开放系统，系统能量变化率
第二节 物理吸收
本节思考题
(1)亨利定律有哪些表达形式，意义如何，常数之 间的关系如何？
(2)如何通过相平衡曲线判断传质方向，其物理意 义何在？
(3)举例说明如何改变平衡条件来实现传质极限的 改变。
(4)吸收过程有哪几个基本步骤？
第二节 物理吸收
本节思考题
(5)双膜理论的基本论点是什么？ (6)吸收速率与传质推动力和传质阻力的关系，有
同点。 (3)使用转子流量计时读数为什么需要换算？ (4)测定气体的流量计能否用来测量液体？ (5)简述转子流量计的安装要求。
第四章 热量传递
第一节 热量传递的方式
本节思考题
(1)什么是热传导？ (2)什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自
然对流传热的实例。 (3)简述辐射传热的过程及其特点。 (4)试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空
么影响。
第二节 重力沉降
本节思考题
(1)简要分析颗粒在重力沉降过程中的受力情况。 (2)层流区颗粒的重力沉降速度主要受哪些因素影响？ (3)影响层流区和湍流区颗粒沉降速度的因素有何不同，
原因何在？ (4)流体温度对颗粒沉降的主要影响是什么？ (5)列出你所知道的环境工程领域的重力沉降过程。 (6)分析说明决定降尘室除尘能力的主要因素是什么。 (7)通过重力沉降过程可以测定颗粒和流体的哪些物性
环境工程原理第07章过滤
解得： q3 2.073102 m3/m2
2 2 3 所以 q3 q2 0.1 2.073 10 1.6 10 0.1 0.473 10 m3
因此可再得到的滤液为 0.473L。
（二）恒速过滤
dV 过滤推动力 V 常数 特点： K不为常数， u At Adt 过滤阻力
1 s
dV KA Adt 2(V Ve )
令 q=V/A， qe=Ve/A
K 过滤常数，与滤饼的颗粒性质、 悬浮液浓度、滤液黏度、滤饼的 可压缩性有关，由实验测定。 qe：过滤介质特性参数
滤饼过滤基本方程
dq K dt 2(q qe )
二、过滤过程的计算
过滤计算的基本问题：确定过滤速度与推动力、 阻力等因素的具体关系。 1、恒压过滤： dV 过滤推动力 对指定悬浮液，K为常数。 u Adt 过滤阻力 dV KA V t 2 2(V Ve )dV KA dt Adt 2(V Ve ) 0 0 q t dq K 2(q qe )dq Kdt dt 2(q qe ) 0 0
掌握过滤过程的基本计算、过滤常数及其测定，
掌握过滤机生产能力的计算。
一、过滤基本方程 主要特征：过滤是一种不稳定流动过程，随过滤的进 行，流体中的固体颗粒被截留在过滤介质表面并逐渐 积累成滤饼层。 滤饼厚度：随过滤时间的延长而增厚，其增厚速率与 过滤所得滤液量成正比。 过滤速度：由于滤饼厚度增加，过滤速度逐渐减小。
同理，生成厚度Le的滤饼获得过滤介质的当量滤液体 积用Ve表示
fVe Le A
dV Ap 则： u Adt r f (V Ve )
滤饼比阻 r 有两种情况：
不可压缩滤饼：滤饼层的颗粒结构稳定，在压力作用
环境工程原理-过滤2
Ht H0 Ktu0t
Kt：实验系数 ρ0：过滤原液的固体浓度
(7.3.15)
随着过滤时间的延长，水头损失逐渐增加。当水头损失
增加到一点值后，就需要对滤料床层进行反冲洗，以清
第三节 深层过滤的基本理论
【例题 7.3.2】某颗粒床由直径为 0.5mm 球形颗粒堆积而成，空隙率
为 0.4，床层的厚度为 1m。
（1）如果清水通过床层的压力差为 1×104Pa，求清水在床层中的实
际流速；
（2）如果固定床的横截面积为 1.2m2，清水通过流量为 10m3/h，求
清水通过固定床的水头损失。
对于每个筛，尺寸小于筛孔的颗粒通过筛下落，称
为筛过物。
大
尺寸大于筛孔的颗粒留在筛上，称筛留物。
振动一定时间后称量筛留物，计算在混合颗粒中的
小
质量分数，得到筛分结果。
第三节 深层过滤的基本理论
混合颗粒粒度分布最直观的表示方法是对不同颗粒粒径作相 应的质量分数曲线。
粒度分布还可以用累计分布曲线来表示。
g
Kl (1 )2 3
1
deV
2
Lu
——运动黏滞系数，m2/s， v ；
所以
h0
36
1103 9.811000
51 0.42
0.43
1
1 0.5 103
2
1 2.31103
0.95 m
得清水通过颗粒床层的水头损失为 0.95m。
第三节 深层过滤的基本理论
（二）运行过程中滤料床层
• 随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤 层空隙率逐渐减少。
环境工程原理7. 膜分离
对称膜又称为均质膜，膜两侧截面的结构及形态相同、孔径与孔径分布也基本一 致的膜称为对称膜，分致密的无孔膜和对称的多孔膜两种，如图7-2 (a)所示。一 般对称膜的厚度为10～200μm，传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的厚度可以 提高透过速率。
(a)
(b)
(c)
图7-2 对称膜横断面示意图 (a) 柱状孔；(b)多孔德；(c)均质的（无孔的） 非对称膜的横断面具有不对称结构。一体化非对称膜是用同种材料制备， 由厚度为0.1～0.5μm的致密皮层和50～150μm的多孔支撑层构成，其支撑层结 构具有一定的强度，在较高的压力下也不会引起很大的形变，它结合了致密 膜的高选择性和疏松层的高渗透性的有点。显然，复合膜也是一种非对称膜。 对于复合膜，非对称膜的传质阻力主要由致密表皮层决定。由于非对称膜的 表皮层比均质膜的厚度薄得多，故其渗透速率比对称膜大得多，因此非对称 膜在工业上的应用十分广泛。 复合膜也是一种具有表皮层的非对称膜。通常，表皮层材料与支撑层材 料不同，超薄的致密皮层可以通过物理或化学等方法在支撑层上直接复合或 多层叠合制得。由于可以分别选用不同的材料制作超薄皮层和多孔支撑层， 易于使复合膜的分离性能最优化。
② 截留率
截留率是指在混合物的分离过程中膜将各组分分离开的能力，对于不同的膜分 离过程和分离对象，其截留率可用不同的方法表示。对于反渗透过程，通常用 截留率表示其分离性能。截留率反映膜对溶质的截留程度，对盐溶液又称为脱 盐率，以R表示，定义为：
式中：cF——原料中溶质的浓度； cP——渗透物中溶质的浓度。 100%截留率表示溶质全部被膜截留，此为理想的半渗透膜：0截留率则表 示全部溶质透过膜，无分离作用。通常截留率在0～100%。
式中：Kw——水的渗透系数，是溶解度和扩散系数的函数，对反渗透过程， 其值大约为6×10-4～3×10-2m3/(m2· h· MPa)； KA——溶质A的渗透系数，m/s； Δp——膜两侧压力差，Pa； Δπ——溶液渗透压差，Pa。 上式表明膜的选择性随压力的增加而增大。膜材料的选择性渗透系数和直接 影响分离效率。要实现高效分离，系数应尽可能地大，而尽可能地小。
七年级科学上册每章知识点
七年级科学上册每章知识点科学是一门关注自然界和人类生活的学科。
它的研究对象包括天体、地球、生命、物质等方面，每一个方面都有着独特的规律和特点。
七年级科学上册主要涉及了光学、热学、化学等方面的知识。
第一章：光的传播和反射本章主要介绍了光的传播和反射的原理和规律。
通过实验，发现光线在真空和同种介质中呈直线传播，同时介绍了光在不同介质中传播时的折射规律。
第二章：光的成像在这章主要学习了光的成像，包括凸透镜和凹透镜的成像原理以及成像公式的推导。
同时，通过实验和计算，可以对于物体的位置、凹凸度及镜片的焦距进行测量和计算。
第三章：声的传播和反射这一章主要介绍了声波的传播和反射的原理和规律。
同时讲解了声音的特性，引导学生逐步理解声音在不同介质中的传播过程。
第四章：声的基本特性本章详细讲解了声的基本特性，包括频率、波长、振幅等。
同时介绍了声音与物体产生共振的原因，并引导学生探究如何利用声音来产生保健效果。
第五章：物质的三态在这一章中，我们了解了物质的分类和性质，并重点介绍了液体和固体两种常见状态的特征和性质。
特别是对于固体状态的表面张力和物态变化的规律进行了讲解。
第六章：水的四种状态本章主要介绍了水的四种状态，即液态、气态、冰态和水蒸气态。
课程中引导学生探究水分子的组成和结构，以及冰的晶体结构和化学反应的原理。
第七章：溶解和过滤这一章着重介绍了溶解和过滤的原理和实验方法。
同时，教师也引导学生如何判断物质的溶解度，并且介绍了溶解度和温度的关系。
第八章：热的传递在这一章中，学生将会学习热的三种传递方式，即导热、对流和辐射。
同时，引导学生探究热传递与温度的关系，以及如何对于材料的导热性进行测量和计算。
第九章：热的效应这一章主要介绍了热的效应，包括固体的热胀冷缩、液体的沸腾与结晶、气体的压缩和膨胀等方面。
同时，教师也引导学生探究热的效应在工业和生活中的应用。
第十章：元素与化合物本章将学生带入到化学的门槛之中，介绍了元素与化合物的基本概念和性质。
第七章 过滤计算题
7.1 用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液，过滤方程为t A V V 252106-⨯=+式中：t 的单位为s 。
(1) 如果30min 内获得5m 3滤液，需要面积为0.4m 2的滤框多少个？(2) 过滤常数K 、q e 。
解：已知t = 30min ， V = 5m 3(1) 将已知数据代入上述方程，得：603010655252⨯⨯⨯=+-A解得：A = 16.67m 2 框个数：2124.067.16=⨯=n(2) 根据过滤方程：t KA VV V e 222=+两方程对照可知：V e = 0.5m 3，s m K /10625-⨯=8. 板框压滤机有20个板框，框的尺寸为450mm×450mm×20mm ，过滤过程中，滤饼体积与滤液体积之比为0.043m 3/m 3，滤饼不可压缩。
实验测得，在50.5kPa 的恒压下，过滤方程为t q q 521016.504.0-⨯=+(q 和t 的单位分别是m 3/m 2和s)。
求：在50.5kPa 恒压过滤时，框完全充满所需要的时间；解：n = 20，f = 0.043m 3/m 3，Δp = 50.5kPa框全充满时，滤饼总体积：3081.002.045.045.020m V s =⨯⨯⨯= 滤液体积：3884.1043.0081.0m f V V s=== 过滤面积：240.720243.043.0m A =⨯⨯⨯= 由此得：23/255.040.7884.1m m A Vq ===代入过滤方程，得：t 521016.5255.004.0255.0-⨯=⨯+解得：t = 1457.8s ，即需要24.3min课外习题1. 采用过滤面积为0.2m 2的过滤机，对某悬浮液进行过滤常数的测定。
操作压强差为0.15MPa ，温度为20℃，过滤进行到5min 时共得滤液0.034m 3；进行到10min 时，共得滤液0.050m 3。
试估算(1)过滤常数K 和q e ；(2)按这种操作条件，过滤进行到1h 时的滤液总量。
生物制药工艺学第7章凝胶层析08-3-25
分子筛层析 (molecular sieve chromatography) 凝胶过滤 (Gel filtration) 排阻层析 (exclusion chromatography)
将样品混合物通过一定孔径的凝胶固定相， 由于各组分流经体积的差异，使不同分子量 的组分得以分离的层析方法。
物质B分子量介于渗入限与排阻限之 间。 “部分排阻”或“部分渗入”。 流 经 体 积 Ve 是 全 部 外 水 体 积 加 上 内 水体积的一部分，即Ve=V0+KdVi
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三、分配系数Kd
排阻系数：
当Kd=1时，洗脱体积Ve=V0+Vi，为全渗入。 当Kd=0时，洗脱体积Ve=V0，为全排阻。 0＜Kd＜1时，洗脱体积Ve=Vo+KdVi，为部分渗
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第三节 凝胶层析的实验条件和操作
一、凝胶的选择和处理 二、凝胶层析柱的设计和制备 三、凝胶层析操作 四、主要参数测算
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一、凝胶的选择和处理
（一）凝胶的选择—凝胶性质、分离目的
(1).将分子量极为悬殊的两类物质分开，如 蛋白质与盐类，称作类分离。
(2).将分子量相差不大的大分子物质加以分
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四、凝胶层析的特点
（1）凝胶层析操作简便，所需设备 简单。
（2）分离效果较好，重复性高。 （3）分离条件缓和。 （4）应用广泛（除盐，分子量测定，
分离纯化）。 （5）分辨率不高，分离操作较慢。
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第二节 凝胶的结构和性质
一、葡聚糖凝胶 (Sephadex) 二、修饰葡聚糖凝胶 (Modified Sephadex) 三、聚丙烯酰胺凝胶 （Bio-Gel P） 四、琼脂糖类凝胶 （Sepharose ） 五、多孔玻璃微球 (Bio-glas) 六、疏水性凝胶（hydrophobic gels）
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2 种类： 在单层滤料中，目前常用的滤料是石英砂；在双层、多层滤料中常用的 还有无烟煤、石榴石、钛铁矿、磁铁矿、金刚砂等。 活性炭滤池中，使用粒状活性炭； 硅藻土滤池中，用硅藻土； 轻质滤料（聚苯乙烯塑料珠、陶粒等） 双层和多层滤料效果较好，但无烟煤、磁铁矿、石榴石等滤料来源和加 工尚有一定困难，价格比较贵。
3 滤料性能参数
1) 滤料的比表面积
单位体积滤层中滤料的表面积称为滤料的比表面积。对于粒径不相 等的非均匀滤料，可以看作是由许多粒径相同的均匀滤料所组成。 单位为cm2/g或cm2/ cm3。
a
ai • Pi
2.7~7m 99% 7~12m99.9% 较大颗粒
99%~99.9%
工作条件
1.出水浊度可接近于0NTU，而且能很好的去除细菌、臭味、色度，水质很 好，可直接饮用。
2.过滤速度慢：v=0.1～0.3m/h
3.在滤料表面几厘米砂层中形成发粘的滤膜，这滤膜是一些藻类和原生动植 物繁殖的结果，形成滤膜大约需要1～2week。
一 滤料 1 要求
1)具有足够的机械强度，以防止冲洗时，滤料产生严重磨损和破碎现象。 2)具有足够的化学稳定性，以免滤料与水产生化学反应而恶化水质，尤 其不能含有对人体健康和生产有害的物质。 3)具有一定的颗粒粒度级配和适当的孔隙率，尤其外形近于球形的颗粒 孔隙率大，表面比较粗糙者，其比表面积较大。
分类
1 按滤速：慢滤池和快滤池 2 按滤料层结构：单层、双层和多层滤料 3 按水流流经滤层的方向：上向流、下向流等 4 按阀门配置：四阀滤池（普通快滤池）、双阀滤池、
无阀滤池、虹吸滤池、单阀滤池 5 按滤池运行方式：间歇式和连续式 6 按过滤驱动力：重力式和压力式
滤池的分类：
普通快滤池
慢滤池 双层或三层滤料滤池
根据滤速的不同分为:
接触滤池
快滤池 重力式无阀滤池
虹吸滤池
移动罩滤池
V型滤池
7.2 慢滤池和快滤池
一 慢滤池
于1826年在英国伦敦首先建立，亦名英国滤池。 构造如图：
慢滤池进水浊度宜小于20NTU。 慢滤池滤料宜采用石英砂, 滤 层厚度800～1200mm。 慢滤池滤料表面以上水深宜为 1.2～1.5m。 过滤速度慢：v=0.1～0.3m/h
滤膜 砂粒径0.3～1mm
卵石粒径1～32mm 集水系统 图7--1
超高0.3m 1.2～1.5
0.8～1.2 0.5～0.6 0.4～0.5
慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备，能有效地 去除水的色度、嗅和味，见7-1。由于慢滤池占地面积大、 操作麻烦、寒冷季节时其表层容易冰冻，在城镇水厂中使用 的慢滤池逐渐被快滤池所代替。
第 七 章 过滤
以普通快滤池的过滤和反冲洗 为重点，讲授过滤理论和反冲洗理 论。其它则介绍其工艺特点。
7.1 过滤概述
过滤：混凝、沉淀之后进一步降低水中的杂质，达到生活饮用水
标准的工艺过程。因为混凝沉淀之后水中浊度约为10NTU，含有
微小的絮凝颗粒（即2～30µm的颗粒）需要进一步去除。
功能： 1 进一步去除水中的悬浮颗粒。
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3
图 6-3 普通快滤池构造剖视图（箭头表示冲洗水流方向）
1-进水总管；2-进水支管；3-清水支管；4-冲洗水支管；5-排水阀； 6-浑水阀；7-滤料层；8-承托层；9-配水支管；10-配水干管； 11-冲洗水总管；12-清水总管；13-冲洗排水槽；14-废水渠
1 构造
进水系统、过滤系统、集水系统、反洗系统
H滤层＝0.7～0.8m;
d=0.5～1.2mm
K80=d80/d10=2.0左右； H水深=1.5～2.0m
进水浊度一般在10NTU左右，出水可达饮用水标准。
V滤速＝8～12m/h（滤池的产水量用滤速表示）滤速是指
单位时间、单位过滤面积上的过滤水量，单位为m3/（m2 • h）或m/h。
若原水浊度较低，一般在150mg/l以下时，并且未受工业废水 的严重污染，可以直接过滤，亦可以加药混凝后，直接进入滤池 进行过滤，这通常称为接触滤池。
过滤是不可缺少的水处理工艺过程，它是保证生活饮用水卫生 安全的必要措施，也是活性炭过滤除臭除味、离子交换处理工业 给水的前处理。 2 过滤能去除水中有机物、细菌、病毒等，去除率大约为70～80 ％以上。 3 残留于滤后水中的细菌、病毒、有机物，失去浑浊度（物质）的 保护或依存而大部分呈裸露状态，为消毒杀菌创造了条件。
4.滤池工作1～6个月后，被淤泥堵塞，需人工将表面1～2cm砂刮出来清洗， 再重新铺装。
优缺点： 优点：水质好，能去除细菌、病毒，分别达98～99%，
可直接饮用。
缺点：生产效率太低，占地面积大。 如生产量为2000m3/h的水厂，需占滤池面积2000/0.2＝ 10000㎡=1公顷。
慢滤池砂的清洗很费时间，很费人工，劳动强度大。
表7-1 现代慢滤池的适用的进水条件与出水水质
适用的进水条件
出水水质
细菌的去除效率 颗粒物去除效率
浊度10ntu以下； 总大肠菌类 10~1000个 /100mL；
藻类不太多；
10000人以下的给 水处理
小于1.0ntu 总大肠菌类<1个
/100mL
细菌总数99% 能去除逗号弧菌
(Vibrio comma)
二 快滤池
经历60年后于1884年被提出，其特点有：
1) 原水必须加混凝剂，经混凝处理之后过滤才能有效地去除浑浊度。
2) 去除浊度不是靠筛除颗粒作用，而是靠接触絮凝作用。因为过滤时， 在砂粒孔隙内的水流都是层流状态，而层流产生速度梯度，会使微小的 矾花不断旋转，亦使矾花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，就被吸附去除了，而加混凝剂，压缩双电层 作用就为加强颗粒间的范德华引力创造了条件。构造如下图：
2 工作过程
（1）过滤过程：
（2）反冲洗过程：
快滤池的工作周期：从过滤开始到冲洗结束的一段时间，称为快 滤池的工作周期。一般12～24小时，它直接关系到滤池的实际工作时 间和冲洗水量的消耗。
过滤周期：从过滤开始到过滤结束。
如何提高滤速和延长工作周期，一直是过滤技术研究的一个重要课题。
7.3 颗粒滤料和承托层