给水工程-过滤

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。相反如果悬浮颗粒尺寸过大而形成机
•
而经过混凝沉淀的进入滤池的最大颗粒
尺寸一般为20 ~30 um之间，还有很多更小的
颗粒， 但滤池都能去除掉它们，说明不是
“筛滤”的作用。筛滤的机理无法解释。
•
经过多人研究，认为过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用
的结果。
• 水中的悬浮颗粒能够粘附与颗粒表面上，涉及两个问题：
•
第一、被水流夹带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接
触，
•
第二、它们接近时依靠那些力的作用，使它们粘附于滤
料表面上。
（一）颗粒迁移
•
在过滤过程中，滤层孔隙中的水流一般属层流状态。被水流夹带的颗
粒将随水流流线运动，它之所以会脱离流线而与滤料表面接近，完全是一
种物理的力学作用。一般认为有以下几种作用引起：
• 当颗粒尺寸较大时，处流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用； • 颗粒的速度较大时会在重力的作用下脱离流线，产生沉淀作用； • 颗粒具有较大惯性时也可以脱离流线与滤料表面接触（惯性作用）； • 颗粒较小时，布朗运动较剧烈时会扩散至滤料表面（扩散作用）；
• 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）。
•
随着过滤时间延长，滤层中杂质逐
渐增大，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，
悬浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留
• 在滤料表面附近存在速度梯度，非球体颗粒由于在速度梯度作用下，会产 生转动而脱离流线与颗粒流线接触（水动力作用）。
（二）颗粒粘附
•粘附作用Leabharlann 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。此外，絮凝颗粒的
，
造成局部流速过大而使杂质穿透
整个滤层，出水水质恶化。
• 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）
•
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。
•
滤池在运转过程中，由
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：
Ht H0hHt
• 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;
• 分层越多，计算精度越高。 • （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。
• （二）等速过滤中水头损失的变化
• 当滤池过滤速度保持不变，亦既滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。
•
冲洗后刚开始过滤
作用渐次得到发挥。
•
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
滤料间孔隙率逐渐被杂质堵塞，
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。其结果，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
械筛滤作用，反而会引起表面滤料孔隙堵塞。
• （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。
• 如图：颗粒粘附力和平均水流剪力示意图。
• 图中：Fa1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。
• 在保证滤后水质前提下，设法提高滤速和工作周期，这一直 是过滤技术研究的一个重要课题。并因此推动了过滤技术的 发展。
• 双层滤料 v=10 ~ 14 m/h； • 多层滤料 v=18~24 m/h。
§4-2 过滤理论
• 一、过滤机理
• 筛滤机理
• 设D=0.5 mm,以球体计， d80 um。
• 既80 um以下的颗粒都可以通过砂层。
于滤池出水水质恶化超过水
质标准，而停止工作的滤池
工作周期为水质周期T1。
• 水质周期常常用实验得到，
其实验方程为：
T1
1( L0 k1 v1.7d0.7
ad) v
• k1、a—系数与水质有关（可根据周期反求） • L0—滤层厚度； • v—滤速； • d—滤料直径。
• T1与L0成正比、与v成反比，与d成反比 。(滤料粗，周期短）
• （见教材P316）
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（Carman——Kozony)
h018g0(1 m m 030)2(1d0)2l0
• 式中：h0—表示水头损失（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。
•
设粒径为di的滤料重量占全部滤料重量之比为pi，则清洁滤层总水头
损失为：
H 0 h018 g(1 0 m m 03 0)2(1)l0vi n1(pi/di2)
• 普通快滤池构造剖视图
• 滤速：单位时间、单位过滤面积上的过滤水量称为滤速。
•
v Q （m/h)
•
单位面积上的过滤水量，这是表面负荷，但它具有速
度的因次“米/小时”所以习惯上又把表面负荷称作过滤速
度。
• Q—滤池的过滤水量（m3/h) • —滤池的过滤面积（m2)
• 普通快滤池 v=8~10 m/h； 周期 T=12 ~ 24h