单层无烟煤滤料截留杂质规

单层无烟煤滤料截留杂质规律

单层无烟煤滤料截留杂质规律的数学模式

从单层无烟煤滤料的过滤机理分析可知：滤料层截留杂质是很复杂的过程，共有3种作用机理11种作用过程，而且这些作用又都是时间的函数，过滤使悬浮杂质颗粒在上述这些作用下被截留在滤料层中，从而使浑水得到澄清。与此同时，无烟煤滤料层中因截留了大量的悬浮杂质颗粒而增大了水头损失。所以，描述滤料层截留杂质的数学模式通常是将过滤过程归结为“澄清”和“水头损失”两个方面来分析的。

滤料层截留杂质的“澄清”数学模式。对于滤料层截留杂质的“澄清”数学模式，长期以来，不少学者和专家通过大量测试和试验，在一定的假设条件下建立了不少数学模式，但由于过滤过程涉及因素多并且复杂，到目前为止，还没有真正从理论上彻底解决这一课题，至今还处于理论研究阶段，未达到实用阶段。从20世纪30年代末才出现有关过滤过程的理论研究论文。这些论文可分为两类：一类是研究过滤周期或者悬浮杂质颗拉在滤料层中的穿透深度等这些过滤指标与无烟煤滤料的粒径、过滤速度等参数的关系；另一类是想建立整个过滤过程的数学模型。这些数学模式都是在一些假设条件下得出来的，和滤池的实际运行过程有一定的差距，但这些假设模式可以帮助我们预测过滤的一些些工艺过程，对合理设计滤池具有一定的指导意义。

1937年Bay1is得出过滤周期和d2.15 10v-1.5成正比，d10和v分别为滤料层中滤料的有效

粒径和过滤速度。这类公式都是在具体的生产条件或试验条件下得出的，所给的有关因素间

的数量关系对于一般的过滤过程来说，只起定性的描述作用，不能定量地去计算。下面介绍

两个模式。a.假设滤料是均匀无烟煤滤料，即滤料层截留悬浮杂质的规律是随深度呈一级变化的。该模式是1937年日本的Tominisa Iwasaki根据长期对滤池过滤过程的研究，用数学语言描述的过滤过程，其模式为:ac/al=gyc y=1/vadbuy 式中，C指滤料层中某一深度某一时刻水中悬浮杂质的含量；y为过滤系数，随时间t而变化；a、b、y为待定系数，需通过试验确定，一般为简化计算，按经验取a=b=1，Y=2；v为过滤速度；D为滤料粒径；u为动

力黏滞系数。此模式可以帮助我们对两个不同粒径滤料滤池的过滤效果进行比较。一般小粒径无烟煤滤料滤池的过滤效果好，因为粒径越小，孔隙率越小，表面积越大，过滤出水水质越好。大粒径滤

料滤池要得到和小粒径滤料滤池同样的出水水质，则需要增加滤层的厚度。b.根据过滤机理认为杂质在滤料层中处于动态平衡状态。前苏联的一位学者提出了考虑杂质从滤料表面脱落因素这一动态过程的数学模式，即考虑黏附--脱落--再黏附附而建立的滤料层截留杂质的数学模式为:-ac/al=y0c-ao/u 式中y0为清洁滤料层的过滤系数；a为脱落系数；o为单位体积滤料所截留的悬浮杂质体积；u为过滤速度；C为无烟煤滤料层中某一深度某一时刻水中悬浮杂质的含量。

滤料层截留杂质的“水头损失”数学模式。随着过滤过程的进行，悬浮杂质颗粒不断沉积在滤料孔隙中，因而水流通过滤料层时会产生水头损失，过滤的水头损失包括干净滤料层的水头损失和沉淀物产生的水头损失两项。过滤的水头损失与滤料的种类、杂质颗粒、原水浊度、截污情况等多个因素有关。对于清洁滤料层即滤料层尚未截留悬浮杂质时的过滤阻力，也称为初期水头损失，可用Carman-Kozeny公式进行计算：h0=180*v/g*(1-m0) 2/m30*(1/yd0)2l0u 式中，h0为水流通过清洁滤料层的水头损失，Cm；v为水的运动黏度，cm2/s；g为重力加速度，981cm/s2；m0为滤料孔隙率；d0为与滤料体积相同的球体直径，cm；l0为滤料层厚度，cm；u为过滤速度，cm/s；y为滤料颗粒的球度系数(y=同体积球体表面积/颗粒实际表面积)。

随后许多研究者在此式的基础上也提出了许多有关过滤阻力的计算公式。然而，滤池工作时，过滤阻力随着无烟煤滤料层中截留悬浮杂质量的增加而增大。即使截留悬浮杂质总量相同，发生表层截留与深层截留其过滤阻力的增加情况也不同。下向流过滤时，悬浮杂质如果多被截留在表层，其阻力增加得就快；如果悬浮物能达到滤料层深处而被截留，那么过滤阻力增加得就慢。所以准确定量地计算过滤过程的水头损失仍很困难。