06第6章过滤水力学

一、迁移机理：颗粒与滤料颗粒表面的接触作用。
1、拦截作用：处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截。 2、沉淀作用：颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离流线产生沉淀。 3、惯性作用：颗粒具有较大惯性作用时，可以脱离流线与滤料表 面接触。
4、扩散作用：颗粒较小，布朗运动较剧烈时，颗粒会扩散至滤粒 表面。
滤砂组成 （%）
16.7
16.6
16.7
16.7 16.6 16.7
平均粒径 （mm） 0.445 0.535 0.640 0.760 0.970 1.30
解:卡门-柯真尼公式
h0
180
g
(1 m0 )2 m03
( 1 )2 (
n i1
pi di2
)L0v
其中:v= 0.136cm/s; L0=61cm; g=981cm/s2;
5、水动力作用：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滤粒表面接触。
惯性
水动力
二、粘附机理：颗粒粘附于滤料表面的作用力。 1、范德华引力
2、静电力
3、化学键作用
4、絮凝颗粒的架桥作用
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，未经脱稳的悬浮颗粒，过滤效果 很差。
如果孔隙率减小，在水头损失保持不变的条件 下，将引起滤速的减小。
反之，在滤速保持不变时，将引起水头损失 的增加。
因此基本过滤方式有等速过滤和变速过滤2种。
例题：试计算在滤速为0.136cm/s以及水温为100C 的条件下，厚度61cm，经过分层的快滤池的初始 水头损失。滤砂的球度系数等于0.81，孔隙率等于 0.40，比重等于2.65。滤砂组成如下：
h0
180
0.0131 981 1
(1 0.4)2 0.43
( 1 )2 0.81
239 .4 61 0.136
41cm
§6-3 滤层冲洗水力学
冲洗的目的是清除滤层中所截留的污物，使 滤池恢复过滤能力。
一、滤层反冲洗有关参数
1、冲洗强度q：滤池单位面积滤层所通过的冲洗 流量，以L/(s.m2)计。 2、滤层膨胀度e：滤池反冲洗时，滤层膨胀后所 增加的厚度与膨胀前厚度之比。
m0——滤层膨胀前孔隙率。
２、理查逊—赞基公式
m
(
1
)
1
m--滤层膨胀后孔隙率；
v1—使滤料颗粒达到自由沉淀状 态 时 的 冲 洗 流 速 ， cm/s ， 对 于 给定的滤料，v1为常数； α—指数，约4へ3。
由 e m m0 m m0 e
1 m
1 e
得
1m
(
m0 e 1 e
)
1
式中：m0--滤层膨胀前孔隙率； v—冲洗流速，cm/s。
式中：e—滤层膨胀度，%；
e
LL0 L0
100(%)
L0— 滤 层 膨 胀 前 厚 度 ， cm ； L--滤层膨胀后厚度，cm。
由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变， 则：
AL(1 m) AL0 (1 m0 )
L (1 m0 ) L0 (1 m)
e L 1 1 m0 1 m m m0
三、滤层反冲洗水头损失
当滤层膨胀起来以后，处于悬浮状态下的滤料对水流 的阻力，等于它们在水中的重量：
gAh (s g g)(1 m)AL
h s (1 m)L
或
h
s
(1
m0 )L0
式中:ρs ——滤料密度，g/cm3；
h
ρ——水的 密度，g/cm3；
m--滤层膨胀后孔隙率； m0--滤层膨胀前孔隙率； L0—滤层膨胀前厚度，cm；
L L0
v
L--滤层膨胀后厚度，cm。
1、现设计大阻力配水系统的普通快滤池一座，配 水支管配水孔口总面积0.15m2，干管（渠）过水面 积是孔口总面积的6倍，配水支管过水总面积是孔 口总面积的3倍，反冲洗时滤层呈液态化状态后厚 度为100cm，此时滤料混合浓度为1457.5g/L，滤料 密度ρs=2.65g/cm3，水的密度ρ=1.0g/ cm3，如 果以孔口平均流量代替干管起端支管上孔口流量， 孔口流量系数μ =0.62 ，求该滤池反冲洗时配水 均匀性 (Q a/Qc) 可达到多少？反冲洗时滤层水头损 失为多少?
d02
p1 p2 pn
p1 d12
p2 d22
pn
d
2 n
pi 1
pi
pi
di2
d
2 i
g—重力加速度，981cm2/s；
m0—滤料孔隙率； d0—与滤料体积相同的球体直径，cm； L0—滤层厚度，cm； v—流速，cm/s； φ—滤料颗粒球度系数。
随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物 量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，由上式可知：
0.01310 cm2 / s;
0.81;
m0 0.40.
层次 1 2 3 4 5 6
pi
di
Pi/di2
16.7
0.0445
84.1
16.6
0.0535
58.2
16.7
0.0640
40.7
16.7
0.0760
28.8
16.6
0.0970
17.7
16.7
0.1300
9.9
∑ 239.4
将上面各值代入公式，得
§6-2 过滤水力学 一、清洁滤层水头损失计算
滤层水对头于h0损砂失滤18约池0为，g3当0へ(滤14速0mcm为m03。0 8)P指d百计2へn1时、筛分(算1留0孔 数P公m12在。dd/、1如h0、筛…时)下d上2P2，L、:的n—0清滤…是料洁
式中：h0—水流通过清洁滤层水头损失，cm； ν—水的运动粘度cm2/s；
L0
1m 1m 1m
来自百度文库
式中： m0--滤层膨胀前孔隙率； m--滤层膨胀后孔隙率。
二、冲洗强度与滤层膨胀度关系 1、敏茨—舒别尔特公式
q
29.4
d01.31
0.54
(1
(e m0 )2.31 e)1.77 (1 m0 )0.54
式中：
q——反冲洗强度Ｌ/(s.m2)；
d0——滤料同体积球体直径； μ——水的动力粘度，pa.s； e ——滤层膨胀度；
第6章 过滤理论 §6-1 过滤机理
单层砂滤池滤料粒径一般在0.5~1.2mm之间， 表层为细砂，粒径约为0.5mm，其滤料颗粒间的孔 隙尺寸大约80μm，而进入滤池的悬浮物颗粒尺寸 大部分小于30μm，但悬浮物颗粒仍能被滤层截留 下来，这表明过滤并非机械筛滤作用的结果。
过滤机理为迁移作用和粘附作用。