环工原理第七章过滤.
环工原理第七章.过滤
∆p u= ( Rm + Rc )µ
Rm：过滤介质的过滤阻力，m-1 ：过滤介质的过滤阻力， Rc：滤饼层的过滤阻力， m-1 ：滤饼层的过滤阻力，
µ： 滤液黏度，Pa·s ： 滤液黏度，
2010-12-12
3、过滤介质及滤饼的阻力 、 单位m； 设过滤介质和滤饼的厚度分别为 Lm、L ，单位 ； 单位厚度的过滤介质或滤饼的阻力用 表示， 单位厚度的过滤介质或滤饼的阻力 用 rm、r表示 ， 表示 称之为过滤比阻。 称之为过滤比阻。 过滤比阻 则：Rm=rmLm;
一、过滤操作的基本概念
第七章 非均相物系分离
二、表面过滤基本理论 1、过滤基本方程 2、过滤过程的计算 3、过滤常数的测定 4、滤饼的洗涤 5、过滤机的生产能力 三、深层过滤的基本理论
——过 ——过
滤
2010-12-12
第一节 过滤操作的基本概念
1、过滤的概念 过滤是分离液体和气体非均相混合物的常用方法。 过滤是分离液体和气体非均相混合物的常用方法。 混合物中的流体在推动力 重力、压力、 推动力（ 过滤 ： 混合物中的流体在推动力（重力、压力、 离心力)作用下 作用下,通过能让液体流过而截留固体颗粒 离心力 作用下 通过能让液体流过而截留固体颗粒 多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固液得到 的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固液得到 ）， 分离的单元操作。 分离的单元操作。 滤浆： 过滤操作中所处理的悬浮液。 滤浆： 过滤操作中所处理的悬浮液。 滤液： 通过多孔介质的液体。 滤液： 通过多孔介质的液体。 滤渣（滤饼） 被截留住的固体物质。 滤渣（滤饼）： 被截留住的固体物质。
2010-12-12
得：
dV 上式就可以写成： 上式就可以写成： u = = Adt
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。
环境工程原理名词解释
径， deS
A ；等
10.吸收过程类型： ⑴按溶质和吸收剂 之间发生的作用,
表面积当量直径：
dea
6 a
。
可分为 物理吸收 和 化学吸收 ； 物理吸收：在吸收
6.旋风分离器主要 剂中的溶解度大而
用于除去气体中颗 粒在 5m 以上的
被吸收； 化学吸收：溶质与
粉尘。反映旋风分 吸收剂发生化学反
离器的分离性能的 应而被吸收。
使边界层的溶质浓
⑴沉降方向不 有时层流，有时湍 上所受到的剪力称
少。
度大大高于主体溶 是向下，而是向外， 流，处于不稳定状 为剪切应力。
14.萃取剂的选择 液中的浓度，形成 即背离旋转中心； 态，称为过渡区； 流动阻力：流体具
原则应考虑一下几 由膜表面到主体溶
⑵离心力随颗 取决于外界干扰条 有“黏滞性” →流
3000 Kc 50000 ； 学讨论的主要问题
⑶超高速离心机： 是过程发生的 方
Kc 50000 。 Kc 为 分离因数。 8.过滤按过滤机理 可分为 表面过滤 和 深层过滤 ⑴表面过滤：采用
向、极限及推动 力。 12.相际传质的助 力全部集中在 两 层停滞膜中 ，即双 助力模型。（选择）
过滤介质的孔比过 13.传质总阻力包 滤流体中的固体颗 括 气模阻力 和
是 理 想 流 体 的 流 湍流时大，形体阻 1.按过滤机理分：
动。 （5）流动分 力较大。（2）物体 表面过滤和深层过
为两个区域。
表面的粗糙度的影 滤
边界层分离条件 ： 响：粗糙表面摩擦 2.按促使流体流动
黏性作用和存在逆 阻力大。但是，当 的推动力分：
压梯度是流动分离 表面粗糙促使边界 重力过滤：在水位
环境工程原理思考题总结
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 哪些表达形式？ (7)吸收的传质阻力由哪几个部分组成，如何表示， 关系如何？ (8)简要说明气体性质对传质阻力的影响，并举例 说明。
第三节 分子传质
本节思考题
(1)什么是总体流动？分析总体流动和分子扩散的关系。 (2)在双组分混合气体的单向分子扩散中，组分A的宏观 运动速度和扩散速度的关系？ (3)单向扩散中扩散组分总扩散通量的构成及表达式。 (4)简述漂移因子的涵义。 (5)分析双组分混合气体中，当NB=0、 NB=－NA及NB=－
第六章 沉 降
第一节 反应器与反应操作
本节思考题
(1)哪些处理单元涉及沉降分离过程。
(3)颗粒的几何特性如何影响颗粒在流体中受到的阻力？
(4)不同流态区，颗粒受到的流体阻力不同的原因是什么？ (5)颗粒和流体的哪些性质会影响到颗粒所受到的流体阻力，怎 么影响。
第二节 热传导
本节思考题
(1)简述傅立叶定律的意义和适用条件。 (2)分析导温系数和导热系数的涵义及影响因素。 (3)为什么多孔材料具有保温性能？保温材料为什么 需要防潮？
(4)当平壁面的导热系数随温度变化时，若分别按变
量和平均导热系数计算，导热热通量和平壁内的 温度分布有何差异。 (5)若采用两种导热系数不同的材料为管道保温，试 分析应如何布置效果最好。
环境工程原理知识点总结
第I I篇思考题第一章绪论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。
4．在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量？其宏观的表现形式是什么？5．对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动？6．如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率？第二节流体流动的内摩擦力1.简述层流和湍流的流态特征。
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?
环境工程原理第07章_过滤
(7.2.11)
令q=V/A，qe=Ve/A（qe称为过滤介质比当量滤液体积），则
dq K dt 2( q qe )
(7.2.12)（滤饼过滤基本方程）
第二节 表面过滤的基本理论
K：过滤常数，如何测定?与下列因素有关：
•滤饼的颗粒性质
•悬浮液浓度 •滤液黏度 •滤饼的可压缩性 qe：过滤介质特性参数
(7.3.4)
ab主要与颗粒尺寸有关，颗粒尺寸愈小，床层的比表面愈 大。
第三节 深层过滤的基本理论
3.颗粒床层的当量直径 颗粒床层中空隙所形成的流体通道结构非常复杂。 通常采用简化的流动模型来代替床层内的真实流动过程。 将实际床层简化成由许多相互平行的小孔道组成的管束。
l’=L
与床层厚 度成正比
2 2 3 q q 0.1 2.073 10 1.6 10 0.1 0.473 10 所以 3 m3 2
因此可再得到的滤液为 0.473L。
第二节 表面过滤的基本理论
（二）恒速过滤 恒速过滤是指在过滤过程中过滤速度保持不变，即滤 液量与过滤时间呈正比。
留在过滤介质表面并逐渐积累成滤饼层。
滤饼层厚度：随过滤时间的增长而增厚，其增加速率与过
滤所得的滤液的量成正比。
过滤速度：由于滤饼层厚度的增加，因此在过滤过程中是
变化的。
过滤速度是描述过滤过程的关键！
推动力 其它因素
第二节 表面过滤的基本理论
过滤过程的主要参数
处理量：处理的流体流量或 分离得到的纯流体量V(m3) 过滤推动力：由流体位差、压差或离心力场 造成的过滤压差p 过滤面积：表示过滤设备的大小A(m2) 过滤速度：单位时间通过单位面积的滤液量u
本节的主要内容
环境工程原理
1、表面过滤：采用的过滤介质的孔一般要比待过滤的固体颗粒的粒径小，过滤时这些固体颗粒被过滤介质截留，并在其表面逐渐积累成滤饼，此时沉积的滤饼亦起过滤作用，因此表面过滤又称滤饼过滤。
2、深层过滤：在过滤时，颗粒物随流体进入过滤介质层，在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下附着在介质表面上而与流体分开。
3、吸收：依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中的物理溶解度的不同，而将气体混合物分离的过程。
4、吸收剂：混合气体组分从气相到液相的相同传质过程，所用的液体溶剂称为吸收剂。
5、吸附：通过多孔固体物料与某一混合组分体系接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。
6、吸附剂：能有效的从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。
7、停留时间：假设某一直径为d的颗粒处于入流断面的顶部，随流体的水平运动，从入口到出口所需的时间，即为颗粒在沉淀池或降尘室中的停留时间t停。
8、溶差极化：当含有不同大小分子的混合液流动通过膜面时，形成由膜表面到主体溶液之间的浓度差，浓度差的存在导致紧靠膜面的溶质反向扩散到主体溶液中，这就是超滤过程中的浓差极化现象。
9、渗透汽化：利用被分离混合物中某组分有优先选择性通过膜的特点，使进料侧的优先组分透过膜并在膜下游侧气体去除。
液态进料。
10、电渗析：在电场力作用下，溶液中的反离子发生定向迁移并通过膜，以达到去除溶液中离子的一种膜分离过程。
11、反渗透：借助于半透膜对溶液中低相对分子质量溶质的截留作用，以高于溶液渗透压的压差为推动力。
12、重力沉降：利用非均匀混合物中待分离颗粒与流体之间的密度差，在重力场中根据所受的重力的不同，将颗粒物从流体中分离的方法。
简答题1、简述土壤污染治理的技术？答:2、简述固体废物资源化的技术/废弃物资源化的技术有哪些？3、简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征？答：基本原理：将含有颗粒物的流体（水或气体）置于某种力场（重力场、电场或惯性场等）中，使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动，沉降到器壁、器底或其他沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。
环境工程原理过滤
三、过滤方式 1、滤饼过滤(表面过滤)： 过滤介质为织物、多孔材料或膜等，孔径可大于最 小颗粒的粒径。过滤初期，部分小颗粒可以进入或穿 过介质的小孔，后因颗粒的架桥作用使介质的孔径缩 小形成有效的阻挡。 截留在介质表面的颗粒形成滤渣层（滤饼）， 随滤饼的形成，真正起过滤介质作用的是滤饼，而 非过滤介质本身，故称作滤饼过滤。
则：
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
下不变形，r与p无关 。
可压缩滤饼：在压力作用下易变形，r与p有关 。
经验式：
单位压差下滤饼的 比阻，m-2 Pa-1
滤饼的压缩指数， 对于可压缩滤饼，s= 0.2~0.8， 对于不可压缩滤饼，s=0 。
代入
故： 令
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
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
令 q=V/A， qe=Ve/A
滤饼过滤基本方程
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： 对指定悬浮液，K为常数。
忽略过滤 介质阻力
主要用于含固量较大 （>1%）的场合。
慢滤池; 袋滤器; 压滤机。
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
(建筑工程管理)环境工程原理思考题
（建筑工程管理）环境工程原理思考题环境工程原理思考题第壹章绪论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.阐述环境净化和污染控制技术原理体系。
6.壹般情况下，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。
试根据环境净化和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。
第二章质量衡算和能量衡算第壹节常用物理量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，且阐述和质量浓度的关系。
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？第二节质量衡算进行质量衡算的三个要素是什么？简述稳态系统和非稳态系统的特征。
质量衡算的基本关系是什么？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？对存在壹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和环境的关系如何？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？第三章流体流动第壹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，且说明该方程的适用条件。
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。
环境工程原理第07章过滤 (NXPowerLite)
本章主要内容
第一节 过滤操作的基本概念 第二节 表面过滤的基本理论 第三节 深层过滤的基本理论
第一节 过滤操作的基本概念
主要内容 一、过滤过程 二、过滤介质 三、过滤分类
一、过滤过程 在外力作用下，使流体通过多孔介质孔道而将固
体颗粒截留，从而实现固体颗粒与流体的分离。
过滤介质 —多孔物质； 滤浆(料浆)—被处理的悬浮液； 滤饼(滤渣)—截留的固体颗粒； 滤液—通过滤饼及过滤介质的液体
令 q=V/A， qe=Ve/A
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：
对指定悬浮液，K为常数。u
dV
过滤推动力
Adt 过滤阻力
Hale Waihona Puke V0 2(V Ve )dV
t KA2dt
0
q
t
0 2(q qe )dq
Kdt
0
V 2 2VVe KA2t
忽略过滤 介质阻力
dV KA Adt 2(V Ve ) dq K dt 2(q qe )
V 2 KA2t
q2 2qqe Kt
q2 Kt
如果恒压过滤的滤液量已达到 V1，即滤饼层厚度已累 计到 L1 的条件下开始，如何计算？
深层过滤无滤饼形成，主要用于净化含固量较少 （<0.1%）的流体，如水的净化、烟气除尘等。
快滤池等。
在拦截、惯性碰撞、扩 散沉淀等作用下，颗粒 物最终附着在介质表面
过滤介质 深层过滤示意图
四、滤饼的压缩性和助滤剂
滤饼
环境工程原理要点
第一章 绪论1、环境净化与污染控制技术原理：稀释：降低污染物浓度的一种方法，以减轻污染物对生物和人体的短期毒害作用。
隔离：将污染物或者是污染介质隔离，从而切断污染物向周围环境的扩散，防止污染进一步扩大。
分离：利用污染物与污染介质或其他污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离，从而达到污染物去除或回收利用的目的。
转化：利用化学或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。
第二章 质量衡算1、当系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数，而不随时间变化，称为稳态系统；当上述物理量不仅随位置变化，而且随时间变化时，则称为非稳态系统。
稳态过程的数学特征是：0t=∂∂，即物理量只是空间坐标的函数，与时间t 无关。
2、质量平衡关系式：输入速率-输出速率+转化速率=积累速率；即dtdmqm qm -qm r 21=+； 稳态非反应系统：21qm qm =第三章 流体流动1、层流：当流体流速较小时，处于管内不同径向位置的流体微团各自以确定的速率沿轴向分层运动，层间流体互不掺混，不存在径向流速，这种流动形态称为层流或滞流。
稳态流动下，流量不随时间变化，管内各点的流速也不随时间变化。
2、紊流：当流体流速增大到某个值之后，各层流体相互掺混，应用激光测速仪可以检测到，此时流体流经空间固定点的速率随时间不规则地变化，流体微团以较高的频率发生各个方向的脉动，这种流动形态称为湍流或紊流。
脉动是湍流流动最基本的特征。
3、雷诺数：流体的流动状况不仅与流体的流速u 有关，而且与流体的密度ρ、黏度μ和流道的几何尺寸有关。
雷诺将这些因素组成一个量纲为1的数，用以判别流体的流动形态，称为雷诺数Re ，即μρuLRe =。
式中：u ——特征速度，m/s ；L ——特征尺寸，对于圆管，常采用管内径d ，m 。
雷诺数综合反映了流体的物理属性、流场的几何特征和流动速率对流体运动特征的影响。
流动状态转变时的雷诺数称为临界雷诺数，小于临界雷诺数时，流动为层流。
环境工程原理《过滤》习题及答案
环境工程原理《过滤》习题及答案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30min 内获得5m 3滤液，需要面积为0.4m 2的滤框多少个？ （2）求过滤常数K ，qe ，te 。
解：（1）板框压滤机总的过滤方程为252610V V A t -+=⨯在s 18006030=⨯=t 内，3m 5=V ，则根据过滤方程180010655252⨯⨯=+-A求得，需要的过滤总面积为2m 67.16=A 所以需要的板框数42675.414.067.16≈==n （2）恒压过滤的基本方程为t KA VV V e 222=+ 与板框压滤机的过滤方程比较，可得/s m 10625-⨯=K3m 5.0=e V ，23/m m 03.067.165.0===A V q e e s 1510603.0522=⨯==-K q t e e e t 为过滤常数，与e q 相对应，可以称为过滤介质的比当量过滤时间，Kq t e e 2=2、 如例7.3.3中的悬浮液，颗粒直径为0.1mm ，颗粒的体积分数为0.1，在9.81×103Pa 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，滤液黏度为1×10-3 Pa·s 。
试求：（1）每平方米过滤面积上获得1.5m 3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？解：（1）颗粒的比表面积为4610a =⨯m2/m3 滤饼层比阻为()()()222421033561010.651 1.33100.6a r εε⨯⨯⨯--===⨯m -2过滤得到1m 3滤液产生的滤饼体积0.10.1/0.90.61/310.610.6f ⎛⎫⎛⎫=-⨯= ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭过滤常数33102298104.4310110 1.33101/3p K rf μ--∆⨯===⨯⨯⨯⨯⨯m 2/s 所以过滤方程为2q Kt =当q=1.5时，231.55084.4310t -==⨯s （2）时间延长一倍，获得滤液量为 2.1q ==m 3 所以可再得0.6m 3的滤液。
《环工原理》部分课后作业及答案
第一篇第二章 质量衡算与能量衡算2.1 某室内空气中O 3的浓度是0.08×10-6（体积分数），求： （1）在1.013×105Pa 、25℃下，用μg/m 3表示该浓度；（2）在大气压力为0.83×105Pa 和15℃下，O 3的物质的量浓度为多少？ 解：（1）理想气体的体积分数与摩尔分数值相等由题，在所给条件下，1mol 空气混合物的体积为V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0＝22.4L×298K/273K ＝24.45L所以O 3浓度可以表示为0.08×10－6mol×48g/mol×（24.45L ）－1＝157.05μg/m 3（2）由题，在所给条件下，1mol 空气的体积为V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0=22.4L×1.013×105Pa×288K/(0.83×105Pa×273K ）＝28.82L所以O 3的物质的量浓度为0.08×10－6mol/28.82L ＝2.78×10－9mol/L2.2 假设在25℃和1.013×105Pa 的条件下，SO 2的平均测量浓度为400μg/m 3，若允许值0.14×10-6，问是否符合要求？解：由题，在所给条件下，将测量的SO 2质量浓度换算成体积分数，即33965108.31429810400100.15101.0131064A A RT pM ρ--⨯⨯⨯=⨯⨯=⨯⨯⨯ 大于允许浓度，故不符合要求2.6 某一段河流上游流量为36000m 3/d ，河水中污染物的浓度为3.0mg/L 。
有一支流流量为10000m 3/d ，其中污染物浓度为30mg/L 。
假设完全混合。
求： （1）求下游的污染物浓度；（2）求每天有多少kg 污染物质通过下游某一监测点。
环境工程原理_名词解释
n
质量比：混合物 中 某组分的质量 与 惰性组分质量 之比 X m ；
mA A
m mA
摩尔比：混合物 中 某组分的物质 的量 与 惰性组分 物质的量 之比 n ； X
A A
Байду номын сангаас
n nA
流量：单位时间 流过 流动截面 的 流体体积 ； 流速：单位时间 内流体在 流动方 向上 流过的 距 离 。 4.沉降分离包括： 重力沉降、离心沉 降、点沉降、惯性 沉降和扩散沉降 。 重力沉降和离心沉 降：利用分离颗粒 与流体之间存在的 密度差，在 重力或 离心力 的作用下 使颗粒和流体之间 发生相对运动；
1.按过滤机理分： 表面过滤和深层过 滤 2.按促使流体流动 的推动力分： 重力过滤：在水位 差的作用下被过滤 流态对分离的影 的混合液通过过滤 响： 层流边界层和 介质进行过滤，如 湍流边界层都会发 水处理中的快滤 生分离，在相同逆 池。 压梯度下，层流边 真空过滤：在真空 界层比湍流边界层 下过滤，如水处理 更容易发生分离， 中的真空过滤机。 由于层流边界层中 第五章 质量传递 压力差过滤：在加 近壁处速度随 y 的 传质机理：①分子 压条件下过滤，如 增长缓慢，逆压梯 扩散（慢） ：由分子 水处理中的压滤滤 度更容易阻滞靠近 的热运动引起；涡 池。 壁面的低速流体质 流扩散（快） ：由流 离心过滤：使被分 点，湍流边界层的 体微团的宏观运动 离的混合液旋转， 分离点延迟产生。 引起。 在所产生的惯性离 阻力损失起因： （1） 单向扩散 ：只有气 心力的作用下，使 内摩擦造成的摩擦 相组分从气相向液 流体通过周边的滤 阻力（2）物体前后 相传递，而没有物 饼和过滤介质，从 压强差造成的形体 质从液相想气相作 而实现与颗粒物的 阻力 相反方向的传递， 分离。 摩擦阻力：边界层 这种现象可视为单 主要特征：随着过 内的流动状态，边 向扩散（氨被水吸 滤过程的进行，流 界层的厚度 收） 。原理：P186 体中的固体颗粒被 形体阻力：物体前 等分子扩散： 在一 截留在过滤介质表 后压强差，边界层 些双组份混合体系 面并逐渐积累成滤 分离，尾流区域的 的传质过程中，当 饼层。 大小 体系总浓度保持均 滤饼层厚度：随过 阻力损失的影响因 匀不变时，组分 A 滤时间的增长而增 素： （ 流 动 的 雷 诺 在分子扩散的同时 厚，其增加速率与 数、物体的形状、 伴有组分 B 向相反 过滤所得的滤液的 表面粗糙度等） 摩 方向的分子扩散， 量成正比。 擦阻力：边界层内 且组分 B 扩散的量 过滤速度：由于滤 的流动状态，边界 与组分 A 相等，这 饼层厚度的增加， 层的厚度；形体阻 种传质过程就叫等 因此在过滤过程中 力：物体前后压强 分子扩散。 是变化的。 差，边界层分离， 第七章 过滤 比表面积等于混合 尾流区域的大小。 过滤过程 ：混合物 颗粒的比表面积的 （1）流态的影响： （非均相）的分离： 颗粒粒径 湍流时，摩擦阻力 液体或气体通过过 颗粒 i 的等体积当 较层流时大。但与 滤介质，固体颗粒 量直径 ：各筛上筛 层流时相比，分离 被截留下来，而流 留物的平均直径 点后移，尾流区较 体通过过滤介质， 颗粒床层的当量直 小，形体阻力将减 从而实现固液或固 径： 与床层空隙体
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。
4．在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量其宏观的表现形式是什么5．对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动6．如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率第二节流体流动的内摩擦力1.简述层流和湍流的流态特征。
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第二节
表面过滤的基本理论
一、过滤基本方程式
1、滤液通过饼层的流动的过滤速度
过滤速度：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积。
悬浮液 滤饼 L 滤 悬浮液 过滤介质 饼 滤液
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p
dV u Adt
过滤介质
2、过滤速度与推动力的关系为：(Darcy定律）
p u ( Rm Rc )
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3、过滤方式 ①表面过滤（滤饼过滤）
（见图4-7a）过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质 常用多孔织物，其网孔尺寸未必一定须小于被截留的颗粒 直径。在过滤操作开始阶段，会有部分颗粒进入过滤介质 网孔中发生架桥现象（图4-7b），也有少量颗粒穿过介质 而混与滤液中。随着滤渣的逐步堆积，在介质上形成一个 滤渣层，称为滤饼。不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤 介质，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。通常，在操 作开始阶段所得到滤液是浑浊的，须经过滤饼形成之后返 回重滤。
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设想以一层厚度为 L 的滤饼来代替过滤介质，
rm Lm rLe Rm
e
故上式可写为
P P u ( rL rLe ) r ( L Le )
式中： Le —过滤介质的当量滤饼厚度，或称为虚拟滤饼厚度，m; 在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时， Le为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同。
较慢、滤饼容易形成的情况。
深层过滤 适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（固 相体积分率在0.1%以下）的场合 。 如水的 净化，烟气除尘等。
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4、按促使流体流动的推动力分类
• 1）重力过滤
• 2）真空过滤
• 3）压力差过滤
• 4）离心过滤
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5、助滤剂
滤饼 不可压缩滤饼: 颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼 并不因所受的压力差而变形 。 可压缩滤饼: 颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作 用下变形，使滤饼中的流动通道变小， 阻力增大。 加入助滤剂：可减少可压缩滤饼的流动阻力,增加过滤速率。 助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒，能形成结构疏松 而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作助滤剂的物质有：硅藻 土、珍珠岩、炭粉、石棉粉等。 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进 预涂： 行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 加入方法 成的滤饼。 将助滤剂混在滤浆中一起过滤
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②深层过滤 颗粒尺寸比介质孔道小的多，孔道弯曲细长， 颗粒进入孔道后容易被截留。同时由于流 体流过时所引起的挤压和冲撞作用。颗粒 紧附在孔道的壁面上。介质表面无滤饼形 成，过滤是在介质内部进行的。
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3、过滤方式
表面过滤（滤饼过滤） 适用于处理固相含量稍高（固相体积分率 过滤 在 1% 以上）的悬浮液。或用于过滤速度
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4、过滤基本方程式 滤饼厚度L与当时已经获得的滤液体积V之间的关系为：
LA fV
L fV A
f——滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次，m3/m3 。 即每过滤得到1m3的滤液，产生的滤饼量为f m3。 同理 ：
fVe Le A
Ve——过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3 在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定的悬浮液时， Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve值不同。
Rm：过滤介质的过滤阻力，m-1 Rc：滤饼层的过滤阻力， m-1
µ ： 滤液黏度，Pa· s
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3、过滤介质及滤饼的阻力 设过滤介质和滤饼的厚度分别为 Lm、L ，单位m；
单位厚度的过滤介质或滤饼的阻力用 rm、r 表示，
称之为过滤比阻。 则：Rm=rmLm;
Rc=rL
p u ( rm Lm rL)
s
s——滤饼的压缩性指数，无因次。s=0～1,对于不
代入上式，过滤速率
dV A P Adt r0 f (V Ve )
——过滤基本方程式 适用于可压缩滤饼及不可压缩滤饼。
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dV 上式就可以写成： u Adt
得：
P V Ve rf ( ) A
dV AP ——过滤速率的一般关系式 Adt rf (V 的比阻是两侧压强差的函数，
r r0 ( P )
可压缩滤饼，s=0。
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一、过滤操作的基本概念
第七章 非均相物系分离
二、表面过滤基本理论 1、过滤基本方程 2、过滤过程的计算 3、过滤常数的测定 4、滤饼的洗涤
——过
滤
5、过滤机的生产能力
三、深层过滤的基本理论
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第一节 过滤操作的基本概念
1、过滤的概念 过滤是分离液体和气体非均相混合物的常用方法。 过滤 ： 混合物中的流体在推动力（重力、压力、 离心力)作用下,通过能让液体流过而截留固体颗粒 的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固液得到 分离的单元操作。
滤浆： 过滤操作中所处理的悬浮液。 滤液： 通过多孔介质的液体。 滤渣（滤饼）： 被截留住的固体物质。
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2、过滤介质 过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件： a) 多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又 能截住要分离的颗粒。 b) 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。 c)足够的机械强度，使用寿命长 d) 价格便宜 工业常用的过滤介质主要有： a) 织物介质：又称滤布，包括有棉、毛、丝等天 然纤维，玻璃丝和各种合成纤维制成的织物，以 及金属丝织成的网 能截留的粒径的范围较宽，从几十μm到1μm
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优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价 格比较便宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。 b)多孔固体介质：如素烧陶瓷，烧结金属．塑料细 粉粘成的多孔塑料，棉花饼等 这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留 1 ～ 3 μm 的颗粒 c) 堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉 等）或非编织的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较 厚。 d) 多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（几十μm 到200μm），孔很小，可以分离小到0.05μm的颗粒 ,应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。