過濾操作的基本概念

第七章

過濾

第七章過濾

第一節(jié)過濾操作的基本概念

第二節(jié)表面過濾的基本理論

第三節(jié)深層過濾的基本理論

本章主要內(nèi)容

一、過濾過程

二、過濾介質(zhì)

三、過濾分類

本節(jié)的主要內(nèi)容

第一節(jié)過濾操作的基本概念

?混合物的分離：液體和氣體混合物

?什么現(xiàn)象屬于過濾？

混合物中的流體在推動力（重力、壓力、離心力）的

作用下通過過濾介質(zhì)，固體粒子被截留，而流體通過

過濾介質(zhì)，從而實現(xiàn)流體與顆粒物的分離。

液一固分離，氣一固分離

如砂濾池、袋式除塵器、口罩……

?過濾分離的對象？

粗大顆粒、細(xì)微離子、細(xì)菌、病毒和高分子物質(zhì)等

一、過濾過程

第一節(jié)過濾操作的基本概念

?固體顆粒：由一定形狀的固體顆粒堆積而成，包括天

然的和人工合成的。

天然：石英砂、無煙煤、磁鐵礦粒等。

人工：聚苯乙烯發(fā)泡塑料球等。

固體顆粒過濾介質(zhì)在水處理中的各類濾池中應(yīng)用廣泛,

通常稱為濾料。

二、過濾介質(zhì)

第一節(jié)過濾操作的基本概念

?織物介質(zhì)：又稱濾布，如棉、麻、絲、毛、合成纖維、金

屬絲等編制成的濾布。

?多孔固體介質(zhì)：如素?zé)沾砂寤蚬?、燒結(jié)金屬板或管等。

?多孔膜：由高分子有機材料或無機材料制成的薄膜，根據(jù)

分離孔徑的大小，可分為微濾、超濾等。

第?節(jié)過濾操作的基本概念

L按過濾機理分：有表面過濾和深層過濾

2.按促使流體流動的推動力分：

?重力過濾：在水位差的作用下被過濾的混合液通過過濾介

質(zhì)進行過濾，如水處理中的快濾池。

?真空過濾：在真空下過濾，如水處理中的真空過濾機。

?壓力差過濾：在加壓條件下過濾，如水處理中的壓濾濾池。

?離心過濾：使被分離的混合液旋轉(zhuǎn)，在所產(chǎn)生的慣性離心

力的作用下，使流體通過周邊的濾餅和過濾介質(zhì)，從而實

現(xiàn)與顆粒物的分離。

三、過濾分類

第一節(jié)次濾:作的基本概念

(1)過濾過程在環(huán)境工程領(lǐng)域有哪些應(yīng)用。

(2)環(huán)境工程領(lǐng)域中的過濾過程，使用的過濾介質(zhì)

主要有哪些。

(3)過濾的主要類型有哪些。

(4)表面過濾和深層過濾的主要區(qū)別是什么。

本節(jié)思考題

第一節(jié)過濾操作的基本概念

一、過濾基本方程

二、過濾過程的計算

三、過濾常數(shù)的測定

四、濾餅洗滌

五、過濾機生產(chǎn)能力的計算

本節(jié)的主要內(nèi)容

第二節(jié)表面過濾的基本理論

表面過濾過程

被過濾的顆粒粒

徑較小的情況

表面過濾通常發(fā)生在過濾流體中顆粒物濃度較高或過濾速

度較慢的情況。

給水處理：慢濾池

污泥脫水：使用的各類脫水機(如真空過濾機、板框式壓

濾機等)

濾餅過濾

多孔性

介質(zhì)

第二節(jié)表面過濾的基本理論

轉(zhuǎn)筒真空過濾機

回轉(zhuǎn)真空過濾機工作過程示意

第二節(jié)表面過濾的基本理論

帶式脫水機

第二節(jié)表面過濾的基本理論

主要特征：隨著過濾過程的進行，流體中的固體顆粒被截

留在過濾介質(zhì)表面并逐漸積累成濾餅層。

濾餅層厚度：隨過濾時間的增長而增厚，其增加速率與過

濾所得的濾液的量成正比。

過濾速度：由于濾餅層厚度的增加，因此在過濾過程中是

變化的。

過濾速度是描述過濾過程的關(guān)鍵！

推動力

其它因素

一、過濾基本方程

第二節(jié)表面過濾的基本理論

處理量：處理的流體流量或

分離得到的純流體量V(m

3

)

過濾推動力：由流體位差、壓差或離心力場

造成的過濾壓差p

過濾面積：表示過濾設(shè)備的大小A(m

2

)

過濾速度：單位時間通過單位面積的濾液量u

過濾過程的主要參數(shù)

第二節(jié)表面過濾的基本理論

某一過濾時間t時的過濾狀態(tài)

P

過濾

壓差

相應(yīng)的濾液量為V

過濾速度U定義為：

Adt

dV

u

dt-----微分過濾時間,s

dV——dt時間內(nèi)通過過濾面的濾液量,m

3

A-----過濾面積,m

2

L

m

(表觀)

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.1)

過濾速度與推動力之間的關(guān)系可用下式(Darcy定律)表示:

)(

cm

RR

P

u

R

m

：過濾介質(zhì)過濾阻力，1/m

R

c

：濾餅層過濾阻力，1/m

假設(shè)r

m

，r分別為過濾介質(zhì)和濾餅層的過濾比阻，1/m

2

R

m

=r

m

L

m

；R

c

=rL

(7.2.2)

)(rLLr

P

u

mm

(7.2.4)Ruth過濾方程

r：與過濾介質(zhì)上形成的濾餅層的孔隙結(jié)構(gòu)特性有關(guān)

L：與濾液量有關(guān)，在過濾過程中是變化的。

第二節(jié)表面過濾的基本理論

假設(shè)每過濾1m

3

濾液得濾餅f(m

3

)

fVLA

fV

L

A

V：濾液體積(m

3

)

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.5)

.......(7.2.8)

另外，可把過濾介質(zhì)的阻力轉(zhuǎn)化成厚度為L

e

的濾餅層阻力

emm

rLLr

(7.2.6)

fV

L

A

(7.2.7)

2

()

e

dVAp

dtrfVV

()

e

dVAp

u

AdtrfVV

則：

(7.2.8)

濾餅層的比阻r有兩種情況：

?不可壓縮濾餅：濾餅層的顆粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在壓

力的作用下不變形，r與p無關(guān)

?可壓縮濾餅：在壓力的作用下容易發(fā)生變形

r

0

：單位壓差下濾餅的比阻，m

-2

Pa

-1

s：濾餅的壓縮指數(shù)，

對于可壓縮濾餅，s=0.2?0.8,

對于不可壓縮濾餅，s=0

第二節(jié)表面過濾的基本理論

S

prr

0

經(jīng)驗式：

(7.2.9)

將比阻計算式代入式(7.2.8),得：

1

0

0

s

dVAp

AdtrfVV

假設(shè)

1

0

2

s

P

K

rf

則：

2()

e

dVKA

AdtVV

☆q=V/A,q

e

=V

e

/A(q

e

稱為過濾介質(zhì)比當(dāng)量濾液體積)，則

)(2

e

qq

K

dt

dq

(7.2.12)(濾餅過濾基本方程)

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.10)

(7.2.11)

K：過濾常數(shù)，如何測定?與下列因素有關(guān):

?濾餅的顆粒性質(zhì)

?懸浮液濃度

?濾液黏度

?濾餅的可壓縮性

：過濾介質(zhì)特性參數(shù)

第二節(jié)表面過濾的基本理論

二、過濾過程的計算

確定濾液量與過濾時間和過濾壓差等之間的關(guān)系。

(-)恒壓過濾

在過濾過程中，過濾壓差自始自終保持恒定。

對于指定的懸浮液，K為常數(shù)。

對式(7211)或式(7.2.12)進行積分：

第二節(jié)表面過濾的基本理論

tV

e

dtKAdVVV

0

2

0

)(2tKAVVV

e

22

2

(7.2.13a)

tq

e

Kdtdqqq

00

)(2

Ktqqq

e

2

2

(7.2.13b)

若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計，則簡化為:

tKAV

22

Ktq

2

如果恒壓過濾是在濾液量已達到V

1

，即濾餅層厚度已

累計到L

1

的條件下開始時，應(yīng)如何計算？

K可通過實驗測定。

L

1

V

1

積分時：時間從0t,

濾液量V

1

V

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.14a)(7.2.14b)

tKAVVVVV

e

2

1

2

1

2

)(2)(

(7.2.15)

如何應(yīng)用恒壓過濾方程？

設(shè)計型：

已知要處理的懸浮液量和推動力，求所需的過濾面積

操作型：

已知過濾面積和推動力，求懸浮液的處理量；

已知過濾面積和懸浮液的處理量，求推動力。

第二節(jié)表面過濾的基本理論

第二節(jié)表面過濾的基本理論

例721在實驗室中用過濾面積為0.1m

2

的濾布對某種水懸浮液進

行過濾試驗，在恒定壓差下，過濾5min得到濾液1L,又過濾5min

得到濾液0.6L。如果再過濾5min,可以再得到多少濾液?

解：在恒壓過濾條件下，過濾方程為

2

2

e

qqqKt

3

2

1

110

110

0.1

q

m

3

/m

2

1

560300ts

3

2

2

10.610

1.610

0.1

q

m

3

/m

2

2

600ts

代入過濾方程得

2

22

1102110300

e

qK

(1)

2

22

1.61021.610600

e

qK

(2)

聯(lián)立兩式可以求得

2

0.710

m

3

/m

2

9

6

0.81OK

m

3

/m

2

s

因此，

226

20.7100.81Oqqt

當(dāng)

3

1560900ts

S,則：

226

33

20.7100.810900qq

解得：

2

3

2.07310q

m

3

/m

2

所以

223

32

0.12.073101.6100.10.4731Oqq

m

3

因此可再得到的濾液為0.473L。

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(二)恒速過濾

恒速過濾是指在過濾過程中過濾速度保持不變，即濾

液量與過濾時間呈正比。

utq

AutV或

常數(shù)

At

V

Adt

dV

代入式(7.2.11)

)(2

2

e

vv

KA

dt

dV

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.16b)

(7.2.16a)

tA

K

WV

e

22

2

或

t

K

qqq

e

2

2

(7.2.17b)

(7.2.17a)

在恒速過程方程中，過濾壓差隨時間是變化,

因此過濾常數(shù)K隨時間t變化

若忽略過濾介質(zhì)阻力，則簡化為：

tA

K

V

22

2

K

q

2

2

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.18a)

(7.2.18a)

實際上過濾模式常常采用：

先恒速過濾后恒壓過濾

在開始過濾時.，以較低的恒速操作，避免顆粒穿透過濾

介質(zhì)。

當(dāng)壓差上升到給定數(shù)值后，再采用恒壓過濾，直到過濾

終止。

計算:

恒壓過濾中的起始濾液量為恒速過濾末段的濾液量

第二節(jié)表面過濾的基本理論

第二節(jié)表面過濾的基本理論

例題722用一臺過濾面積為10m

2

的過濾機過濾某種懸浮液。已

知懸浮液中固體顆粒的含量為60kg/m

3

,顆粒密度為1800kg/m

3

O

已知濾餅的比阻為4x10

11

m

-2

，壓縮指數(shù)為0.3,濾餅含水的質(zhì)量

分?jǐn)?shù)為0.3,且忽略過濾介質(zhì)的阻力，濾液的物性接近20c的水。

采用先恒速后恒壓的操作方式，恒速過濾lOmin后，進行恒壓操

作30min,得到的總濾液的量為8m

3

o求最后的操作壓差和恒速過

濾階段得到的濾液量。

解：設(shè)恒速過濾階段得到的濾液體積為V

1

，根據(jù)恒速過濾的方程

式(7.2.18a),得

212

2

1

0

2

s

KAtpAt

V

rf

第二節(jié)表面過濾的基本理論

濾液的物性可查得：黏度H=1X10

Pas,密度為998.2kg/m

3

,根據(jù)過濾的物

料衡算按以下步驟求得f：

已知1m

3

懸浮液形成的濾餅中固體顆粒重60kg,含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3,所以濾

餅中的水y為：

0.3

60

y

y

,所以25.7ykg,

所以濾餅的體積為

6025.7

0.059

1800998.2

m

3

,濾液體積為10.0590.941m

3

所以

0.059

0.0627

0.941

f

所以

122

20.730.7

1

311

0

101060

2.39410

1104100.0627

s

pAt

Vpp

（1）

第二節(jié)表面過濾的基本理論

在恒壓過濾階段,應(yīng)用式（7-2-15）,

222

1

VVKAt

122

220.720.7

1

311

0

2103060

81.43610

1104100.0627

s

pAt

Vpp

rf

（2）

聯(lián)立（1）、（2）式，得

2

1

2

1

641.436

6

0.2394

V

V

所以，求得恒速過濾的濾液體積

1

3.02Vm

3

進而求得恒壓過濾的操作壓力為

5

1.31OpPa

三、過濾常數(shù)的測定

（一）過濾常數(shù)K,q

e

的計算

對于恒壓過濾，過濾積分方程改寫為:

e

q

K

q

Kq

t21

t/q

2q

e

/K

斜率

1/K

第二節(jié)表面過濾的基本理論

（7.2.19）

（二）壓縮指數(shù)s的計算

1

0

2

s

P

K

rf

BpsKlg)1(1g

在不同的過濾壓差下做過濾實驗求得相應(yīng)的K,

由上式可得s。

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.20)

四、濾餅洗滌

?在某些過濾操作中，為了去除或回收濾餅中殘

留的濾液或可溶性雜質(zhì)，需要在過濾結(jié)束時，

對濾餅進行洗滌。

?洗滌過程需要確定的主要內(nèi)容是計算洗滌速度

和洗滌時間。

第二節(jié)表面過濾的基本理論

洗滌速度是單位時間通過單位洗滌面積的洗滌液量:

w

Adt

dV

洗滌液在濾餅層中的流動過程與過濾過程類似。洗滌速度與

過濾終了時的濾餅層狀態(tài)有關(guān)。

若洗滌壓力與過濾終了時的操作壓力相同，則洗滌速度與過

濾終了時速度之間有如下近似關(guān)系：

WW

F

W

L

L

Adt

dV

Adt

dV

終

w

?濾液、洗滌液的粘度，Pas；

L、L

w

—過濾終了時濾餅層厚度、洗滌時穿過的濾餅層厚度，m

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.21)

如果洗滌液走的路徑和過濾終了時的路徑完全相同，

洗滌液粘度和濾液粘度亦相同，則：

終，F(xiàn)w

Adt

dV

Adt

dV

設(shè)洗滌液用量為V

w

,則洗滌時間為

W

W

W

dt

dV

V

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.23)

(7.2.24)

五、過濾機生產(chǎn)能力的計算

過濾機的生產(chǎn)能力一般以單位時間得到的濾液量q

V

表示。

(一)間歇式過濾機

間歇式過濾機的每一個操作循環(huán)包括：

過濾t

F

洗滌t

W

卸料t

D

假設(shè)在每個操作循環(huán)中過濾機的濾液量為V,則間歇式過

濾機的生產(chǎn)能力為：

V

FWD

V

q

ttt

t

T

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.26)

(二)連續(xù)式過濾機

?其定義與間歇式過濾機相同。

?但連續(xù)式過濾機在生產(chǎn)周期的任一時刻,

過濾機不同部位同時進行著過濾、洗滌、

卸餅和清洗等操作。

第二節(jié)表面過濾的基本理論

?轉(zhuǎn)筒真空過濾機的轉(zhuǎn)數(shù)為n(r/s),

即旋轉(zhuǎn)一周的時間為1/n(s)o

?起過濾作用的是浸沒在液體中的轉(zhuǎn)

筒表面，所對應(yīng)的園心角與2之

比稱為浸沒度。

?浸沒度等價于過濾時間在旋轉(zhuǎn)周期

中所占的比例，因此每個周期中有

效的過濾時間為：

F

t

n

?由式(7213a)可求得每一周期

可得的濾液量為：

2222

Feeee

VKAtVVKAVV

?轉(zhuǎn)筒真空過濾機的生產(chǎn)能力為：(m

3

/s)

V

qnV

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.29)

(7.2.30)

(7.2.31)

(1)表面過濾的過濾阻力由哪些部分組成。

(2)表面過濾的過濾速度與推動力和阻力的關(guān)系如

何表示。

(3)過濾常數(shù)與哪些因素有關(guān)。

(4)哪些因素影響濾餅層比阻。

(5)過濾介質(zhì)的比當(dāng)量濾液量的物理意義是什么。

本節(jié)思考題

第二節(jié)表面過濾的基本理論

(6)恒壓過濾和恒速過濾的主要區(qū)別是什么。

(7)如何通過實驗測定過濾常數(shù)、過濾介質(zhì)的比當(dāng)

量濾液量和壓縮指數(shù)。

(8)洗滌過程和過濾過程有什么關(guān)系。

(9)間歇式過濾機和連續(xù)式過濾機的相同點和不同

點是什么。

本節(jié)思考題

第二節(jié)表面過濾的基本理論

第三節(jié)深層過濾的基本理論

一、流體通過顆粒床層的流動

二、深層過濾過程中懸浮顆粒的運動

三、深層過濾的水力學(xué)

本節(jié)的主要內(nèi)容

深層過濾過程

?利用過濾介質(zhì)間空隙進行過濾。

?通常發(fā)生在以固體顆粒為濾料的過

濾操作中。

?濾料內(nèi)部空隙大于懸浮顆粒粒徑。

?懸浮顆粒隨流體進入濾料內(nèi)部，在

攔截、慣性碰撞、擴散沉淀等作用下

顆粒附著在濾料表面上而與流體分開。

流體在顆粒濾料層

中的流動規(guī)律

第三節(jié)深層過濾的基本理論

深層過濾在水處理中的應(yīng)用

?水處理中的快濾池、加壓砂濾器

?深層過濾一般適用于流體中顆粒含量少的場合。

快濾池

第三節(jié)深層過濾的基本理論

一、流體通過顆粒床層的流動

顆粒床層是由一定大小和形狀的顆粒組成。

(-)混合顆粒的兒何特性

L粒度分布

篩分實驗：

采用一套標(biāo)準(zhǔn)篩進行測量

混合顆粒的累計粒度分布曲線

大

小

稱量篩留物，計

算在混合顆粒中

的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

0

20

40

60

80

100

00.20.40.60.811.21.41.61.8

dp(mm)

F

(

%

)

第三節(jié)深層過濾的基本理論

2.混合顆粒的平均粒徑

混合顆粒的平均粒徑有多種表示方法。

通常定義：比表面積等于混合顆5謀缺碧娘目帕A>?

對于球形顆粒，取1kg密度為

P

的混合顆粒，其中粒徑為d

Pi

的顆

粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x

mi

,則混合顆粒的比表面積為：

6

()

mi

Ppi

x

d

PP

dV

A

a

6

…單顆粒比表面積

單位體積顆粒所具

有的表面積

第三節(jié)深層過濾的基本理論

假設(shè)混合顆粒的平均直徑為d

pm

,則

66

()

mi

PpiPpm

x

dd

1

pm

mi

x

d

對于非球形顆粒:

1

pm

mi

eVi

d

x

d

：顆粒的球形度

d

evi

:顆粒i的等體積當(dāng)量直徑

各篩上篩留物的平均直徑

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.1)

(7.3.2)

(二)顆粒床層的兒何特性

1.顆粒床層的空隙率

床層體積

顆粒體積床層體積

床層體積

床層空隙體積

?空隙率的大小與顆粒的形狀、粒度分布、顆粒床的填充方法

和條件、容器直徑與顆粒直徑之比等有關(guān)。

?對于均勻的球形顆粒，最松排列的空隙率為0.48,最緊密排

列時的空隙率為0.26。

?非球形顆粒任意堆積時的床層空隙率往往要大于球形顆粒，

一般為0.35?0.7。

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.3)

2.顆粒床層的比表面

顆粒的比表面a：

單位體積顆粒所具有的表面積

顆粒體積

顆粒表面積

a

第三節(jié)深層過濾的基本理論

床層的比表面積a

b

：單位體積的床層中顆粒的表面積

a

b

與a之間的關(guān)系如下：

aa

b

)1(

a

b

主要與顆粒尺寸有關(guān)，顆粒尺寸愈小，床層的比表面愈

大。

(7.3.4)

3.顆粒床層的當(dāng)量直徑

顆粒床層中空隙所形成的流體通道結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。

通常采用簡化的流動模型來代替床層內(nèi)的真實流動過程。

將實際床層簡化成由許多相互平行的小孔道組成的管束。

與床層厚

度成正比

1

L

第三節(jié)深層過濾的基本理論

顆粒床層的當(dāng)量直徑定義為：

流道表面積

流道容積

流道長度濕潤周邊

流道長度流道截面積

濕潤周邊

流道截面積

444

eb

d

取面積Im

2

,厚度為1m的顆粒床層為基準(zhǔn)，根據(jù)簡化模型

1流道容積

a)1(1床層比表面積床層體積流道表面積

第三節(jié)深層過濾的基本理論

a

d

eb

)1(

4

對于非球形顆粒,

)1(6

4

)1(6

4

evea

eb

dd

d

d

ea

：等比表面積當(dāng)量直徑

d

ev

：等體積當(dāng)量直徑

：形狀系數(shù)

…與床層空隙率和顆粒尺寸有關(guān)

則顆粒床層的當(dāng)量直徑為：

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.5)

(7.3.6)

(三)流體在顆粒床層中的流動

1.流動速度

根據(jù)上述的簡化模型，流體在顆粒床層中的流動可以看成是

在小孔道管束中的流動。

流體在孔道內(nèi)的流動可以看成是層流。

流動速度可以用Hagen-Poiseuille定律來描述。

u

1

——流體在床層空隙中的實際流速，m/s；

d

eb

——顆粒床層的當(dāng)量直徑，叫

P-流體通過顆粒床層的壓力差，Pa；

—流體粘度，Pas；

r——孔通道的平均長度，mo

第三節(jié)深層過濾的基本理論

'32

2

I

pd

u

eb

(7.3.7)

又，顆粒床層的空床流速u：

dV

u

Adt

dV---dt時間內(nèi)通過床層的濾液量，m

3

?

A——垂直于流向的顆粒床層截面積，m

2

O

床層空隙中的實際流速U

1

與空床流速U之間有如下關(guān)系：

U

U

1

實際流速與空床流速的物理意義？

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.9)

(7.3.8)

按照簡化模型，孔通道的長度F與顆粒床層厚度L成正比，則

3

22

(1)

I

P

u

KaL

Kozeny-Carmam方程

K

1

為Kozeny系數(shù)，與下列因素有關(guān):

床層顆粒粒徑、形狀

床層空隙率等

在床層空隙率=0.3?0.5時，K

I

=5。

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.11)

2.顆粒床層的阻力

3

22

)1(

aK

r

1

顆粒床層比阻

R

P

rL

P

u

則：

流體在顆粒床層中流動速度的影響因素?

一是促使流體流動的推動力p；

二是阻礙流體流動的因素rL：

(1)流體黏度；

(2)床層阻力：床層性質(zhì)(比阻r)及厚度L。

與顆粒床(過濾介質(zhì))的

顆粒大小和孔隙率有關(guān)

通過試驗求得。

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.12)

(1)遷移行為：

顆粒偏離流線運動到濾料內(nèi)部空隙表面

推動力主要包括：

a.擴散作用力(布朗運動)，主要對非常小的顆粒

(基本理論

二、深層過濾過程中懸浮顆粒的運動

顆粒進入濾料內(nèi)部后，主要包括以下幾個行為：

⑵附著行為：影響附著的作用力有：

靜電作用力(靜電斥力或靜電引力)

范德華引力

(3)脫落行為：影響附著顆粒脫落的主要因素有：

流體對附著顆粒的剪切作用

運動顆粒對附著顆粒的碰撞作用。

第三節(jié)深層過濾的基本理論

三、深層過濾的水力學(xué)

過濾過程中，流體通過濾料層時的流速和水頭損失。

(一)清潔濾料床層

過濾初期，濾料層孔隙尚無堵塞，孔

隙大小與孔隙率沒有變化。

流速計算：

3

22

(1)

1

P

u

KaL

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.11)

加壓砂濾器

如果K

1

=5,則

2

2

0

3

(1)1

180

ev

hLu

gd

2

222

0

33

(0(1)1

36

11

ev

KaK

hLuLu

ggd

式中,L——濾料層厚度,m；

——運動黏滯系數(shù)，m/s

2

清潔濾料層的阻力損失：

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.13)

2

2

2

00

3

1

(1)1

36(/)

n

1

?Pi

i

K

HhLupd

g

?對于非均勻濾料的實際濾層，計算阻力損失時：

?可以按篩分曲線分成若干微小濾料層，取相鄰兩層的篩孔

孔徑的平均值作為各層的計算粒徑。

?假設(shè)粒徑為d

Pi

的濾料重量占全部濾料重量之比為p

i

，則清

潔濾料層的總阻力損失為：

阻力損失的影響因素？

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.14)

【例7.3.2】某顆粒床由直徑為0.5mm球形顆粒堆積而成，空隙率為

0.4,床層的厚度為1m。

(1)如果清水通過床層的壓力差為1x10

4

Pa,求清水在床層中的實

際流速；

(2)如果固定床的橫截面積為1.2m

2

，清水通過流量為10m

3

/h,求

清水通過固定床的水頭損失。

解：

⑴顆粒床的空隙率為0.4，顆粒的比表面積

4

3

66

1.210

0.510

P

a

d

m

2

/m

3

，清水的黏度為lx10

-3

Pas,取比

例系數(shù)5

1

K，由式(7.3.11)得床層的空床速度:

334

3

223

22

4

0.4110

2.4710

1101

1

510.41.210

1

P

u

L

Ka

m/s

則清水通過床層的實際流速：U

I

=u/=6.17510

-3

m/s

第三節(jié)深層過濾的基本理論

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(2)清水通過顆粒床的空床流速為

3

10/3600

2.3110

1.2

V

q

u

A

m/s

由式(7.3.13)

2

222

0

33

(1)(1)1

36

11

ev

KaK

hLuLu

ggd

運動粘滯系數(shù)，m

2

/s,v

所以

2

2

3

3

0

33

510.4

1101

3612.31100.95

9.8110000.410.510

h

得清水通過顆粒床層的水頭損失為0.95m。

（二）運行過程中濾料床層

OOtt

HHKut

?隨著過濾時間的延長，濾層中截留的懸浮物量逐漸增多，濾

層空隙率逐漸減少。

?如果空隙率減少，則在阻力損失不變條件下，濾速將降低。

?反之，如果濾速保持不變，阻力損失將增加。

?等速過濾，任意過濾時間t時的濾料層的總阻力損失

第三節(jié)深層過濾的基本理論

(7.3.15)

了解懸浮物在濾料床層中的分布及累積過程。

過濾水頭損失的時間變化

第三節(jié)深層過濾的基本理論

總

水

頭

損

失

/

H

例7.3.3直徑為0.1mm球形顆粒物質(zhì)懸浮于水中，過濾時形成

不可壓縮的濾餅，空隙率為0.6,求濾餅的比阻。如果懸浮液

中顆粒所占的體積分率為0.1，求每平方米過濾面積上獲得

0.5m

3

濾液時濾餅的阻力。

解：(1)濾餅的空隙率為0.6,顆粒的比表面積

4

3

66