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1、 水質(zhì)工程學(xué)第四章 過 濾 4-2 過濾理論(2)主講:張朝升 教授1粘附作用是一種物理化學(xué)作用。當(dāng)水中顆粒遷移到濾料表面時(shí)則在范德華引力和靜電力相互作用下,以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力下,粘附于濾料顆粒表面上,或者粘附在濾料表面上原先粘附的顆粒上。24-2 過濾理論一、過濾機(jī)理(二)顆粒粘附1此外,絮凝顆粒的架橋作用也會(huì)存在。粘附過程與澄清池中的泥渣所起的作用基本類似,不同的是濾料為固定介質(zhì),排列的緊密,效果好。因此,粘附作用主要決定于濾料和水中顆粒的表面物理化學(xué)性質(zhì)。未經(jīng)脫穩(wěn)的懸浮物顆粒,過濾效果很差,這就是證明?;谶@一概念,過濾效果主要取決于顆粒表面的性質(zhì)而無須增大顆粒尺寸。相

2、反如果懸浮顆粒尺寸過大而形成機(jī)械篩濾作用,反而會(huì)引起表面濾料孔隙堵塞。32 過濾開始階段,濾層比較干凈,孔隙率較大,孔隙流速小,水流剪力Fs1較小,因而粘附力作用占優(yōu)勢(shì)(大量雜質(zhì)被濾層表面所截留)。濾料Fa1Fa2Fs2Fs112Fa1表示顆粒1與濾料表面的粘附力;Fa2表示顆粒2與顆粒之間的粘附力;Fs1表示顆粒1所受到的平均水流剪力;Fs2表示顆粒2所受到的平均水流剪力。(三)濾料層截留雜質(zhì)的規(guī)律粘附力和水流剪力相對(duì)大小,決定了顆粒粘附和脫穩(wěn)程度。43 隨著過濾時(shí)間延長(zhǎng),濾層中雜質(zhì)逐漸增多,以至最后粘附上的顆粒(圖中顆粒3)將首先脫落下來,或者被水流夾帶的后續(xù)顆粒不在有粘附現(xiàn)象,于是, 懸

3、浮顆粒便向下層推移,下層濾料截留作用漸次得到發(fā)揮。濾料Fa1Fa2Fa3Fs2Fs3Fs1粘附力12354 水中雜質(zhì)進(jìn)入濾層后,首先被第一層濾料截留大部分,少量“漏網(wǎng)”的雜質(zhì)被下層的濾料所截留。過濾到一定時(shí)間后,表面濾料間孔隙逐漸被雜質(zhì)堵塞,孔隙率減小,嚴(yán)重時(shí),由于表層濾料的“篩濾”結(jié)果,形成濾膜,使過濾阻力劇增。上述結(jié)果,在一定過濾水頭下,濾速將急劇減小或?yàn)V膜產(chǎn)生裂縫時(shí),大量水流將自裂縫中流出,造成局部流速過大而使雜質(zhì)穿透整個(gè)濾層,出水水質(zhì)惡化。 65這時(shí)盡管下層濾料還未發(fā)揮它們應(yīng)有的作用,過濾也將被停止。 (雜質(zhì)在濾層中的分布情況見圖)截污量濾層深度截污量與濾層深度的關(guān)系0單層濾料雙層濾料

4、無煙煤石英砂石英砂濾層含污能力:是指工作周期結(jié)束時(shí),整個(gè)濾層單位體積濾料中所截留的雜質(zhì)量,以kg/m3或g/cm3計(jì),顯然含污能力大,表明整個(gè)濾層所發(fā)揮的作用大。76二、過濾水力學(xué)(一)清潔濾層的水頭損失卡曼康悉尼計(jì)算公式(CarmanKozony)式中:h0表示通過清潔濾層的水頭損失(cm); 水的運(yùn)動(dòng)粘度(cm3/s); g重力加速度(cm/s2); m0濾料孔隙度; d0與濾料體積相同的球體直徑(cm); l0濾層厚度(cm); v濾速(cm/s) 濾料顆粒球度系數(shù)。實(shí)際濾層是非均勻?yàn)V料。計(jì)算非均勻?yàn)V層水頭損失,可分成若干層,則各層水頭損失之和為整個(gè)濾層總水頭損失。87設(shè)粒徑為di的濾料

5、重量占全部濾料重量之比為pi,則清潔濾層總水頭損失為:分層越多,計(jì)算精度越高。(隨著過濾時(shí)間延長(zhǎng),濾層中懸浮物雜質(zhì)增多,m0,由H0公式知,當(dāng)d0、 l0 、 T已定時(shí),如m0 、 H0不變v,反之v不變 H0)這樣就產(chǎn)生了等速過濾與變速過濾兩種過濾方式。98沖洗后剛開始過濾時(shí),濾層水頭損失H0 ,當(dāng)過濾時(shí)間為t時(shí),濾層水頭損失增加Ht , 于是過濾 時(shí)濾池總水頭損失為:式中:H0清潔濾層水頭損失cm; h配水系統(tǒng)、承托層及管(渠)水頭損失之和cm; Ht 在時(shí)間為t時(shí)的水頭損失 增值cm。等速過濾中水頭損失的變化最高水位出水進(jìn)水最低水位HmaxhH0Ht(二)等速過濾中水頭損失的變化當(dāng)濾池過

6、濾速度保持不變,亦既濾池流量保持不變時(shí),稱“等速過濾”。109END11式中的H0和h在整個(gè)過濾過程中不變。 Ht隨t增加而增大。 Ht與t的關(guān)系,實(shí)際上反應(yīng)了濾層截留雜質(zhì)量與過濾時(shí)間的關(guān)系,亦既濾層孔隙率的變化與時(shí)間關(guān)系。由于過濾情況很復(fù)雜,目前雖然不少計(jì)算公式,但與生產(chǎn)實(shí)際相比都存在著差距。10END12圖中Hmax為水頭損失增值為 最大時(shí)的過濾水頭損失。 一般為1.52.0m。水頭損失(m)過濾時(shí)間(h)TvV H0 H0 Ht hHmaxT水頭損失與時(shí)間的關(guān)系曲線設(shè)濾速v v,其清潔砂層水頭損失為H0 一方面 H0 H0 ,同時(shí)單位時(shí)間內(nèi)被濾層截留的雜質(zhì)量較多,水頭損失增加也較快,tg tg,因而,過濾周期T T,其中已忽略了承托層及配水系統(tǒng)、管(渠)等水頭損失的微小變化。圖中T為過濾周期。過濾周期不僅決定于最大允許水頭損失、還與濾速有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)Ht與t一般呈直線關(guān)系:11END13實(shí)驗(yàn)方程: k2、b系數(shù),通過實(shí)驗(yàn)確定; T2與hma

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