过滤操作的基本概念

第七章过滤

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

本节的主要内容

—、过滤过程

二' 过滤介质

三、过滤分类

一、过滤过程

•混合物的分离：液体和气体混合物

•什么现象属于过滤？

混合物中的流体在E动;（重力、压力、离心力）的作用下通过过滤介质，固体粒子被截留，而流体通过过滤介质，从而实现流体与颗粒物的分离。

液一气一固分离

如砂滤池、袋式除尘器、口罩

•过滤分离的对象?

粗大颗粒、细微离子、细菌、病毒和高分子物质等

二、过滤介质

•固体颗粒:由一定形状的体颗粒堆积而成，包括天

然的和人工合成的。

天然：石英砂、无烟煤、磁铁矿粒等。

人丁聚苯乙烯发泡塑料球等。

固体颗粒过滤介质在水处理中的各类滤池中应用广泛, 通常称为滤料。

・织物介质：又称滤布，如棉、麻、丝、毛、合成纤维、金

属丝等编制成的滤布。

・多孔固体介质：如素烧陶瓷板或管、烧结金属板或管等。

・多孔;由高分子有机材料或无机材料制成的薄，根据分离孔径的大小，可分为微滤、超滤等。

三、过滤分类

1 •按过滤机理分：有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的混合液通过过滤介质进行过滤，如水处理中的快滤池。

•真空过在真空下过滤, 如水处理中的真空过滤机。

•压力差过滤；在加压条件下过滤，如水处理中的压滤滤池。

•离心过滤：使被分离的混合液旋转，在所产生的惯性离心力的作用下，使流体通过周边的滤饼和过滤介质，从而实现与颗粒物的分离。

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。

本节的主要内容

—、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

表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度 或 1

度较慢的情况。 给水处理：慢滤池

污泥脱水：使用的各类脱水机(如真空过滤机、板框式压 滤机等)

表面过滤过程

多孔性 介质

_被过滤的颗粒粒 孙的

情况

滤饼过滤

(a)滤饼过滤

(b)架桥现象

回转真空过滤机工作过程示意

(b)固定盘

1—转筒；2—滤饼；3—割刀；4—分配头；5—吸走滤液的真空凹槽；

6—吸走洗水的真空凹槽；7—通入压缩空气的凹槽；1—过滤区；II—洗涤脱水区；in-卸渣区

图5.6回转筒真空过滤机及分配头结构

带式脱水机

-7过滤基本方程

主要特征：随着过滤过程的进行，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

过滤过程的主要参数

处理量：处理的流体流重或

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AP

过滤面积：表示过滤设备的大小佩口2)

单位时间通过单位面积的滤液重" 过滤速度:

某一过滤时间出寸的过滤状态 过滤速度u 定义为：

dt --- 微分过滤时间,s

dV dt 时间内通过过滤面的滤液量,m 3

A 过滤面积,m 2

悬浮液

过滤a 压

差v

滤 液

相应的滤液量为v

（表观） dV

u = ----

Adt

过滤速度与推动力之间的关系可用下式（Darcy定律）表示：

Rc：滤饼层过滤阻力，1/m 假设r计r分别为过滤介质和滤饼层的过滤比阻，l/rri?

Rm=厂

U = gL

+江）〃（72羽呎过滤方程

m

r：与过滤介质上形成的滤饼层的孔隙结构特性有关L：与滤液量有

关，在过滤过程中是变化的。

假设每过滤Im?滤液得滤饼f (m3)

JV = LA

Vt 滤液体积(IT|3)

(7.2.5)

另外，可把过滤介质的阻力转化成厚度为〈的滤饼层阻力

(7.2.6

)

dV u =

AAp

Sw+匕)

dV

A 2

则:

或:

(7.2.7)

(7.2.8

)

滤饼层的比阻r有两种情况：

•不可压缩滤饼：滤饼层的颗粒结构稳定，在压力的作用下不变形，r与4□无关

•可压缩滤饼在压力的作用下容易发生变形

经验式：

厂=(729)

厂°：单位压差下滤饼的比阻，m-2pa「；

s：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

将比阻计算式代入式（7.2.8），得: _ A 时$

^q=V/A, q= V e /A （q°称为过滤介质比当量滤液体积），贝U

(7.2.11)

（7.2.12）（滤饼过滤基本方程）