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1、第七章 过 滤 尧 华 础 煞 液 洗 蕊 盗 吃 魔 篮 像 至 盒 绦 屡 棺 毕 灵 任 岩 奥 渣 抑 艳 蒙 余 兆 甘 甸 铜 拿 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第七章 过滤 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 本章主要内容 信 驻 休 跃 眨 阁 荷 政 免 甩 挨 脑 伤 箕 娠 豌 稗 朴 钻 尾 捅 灭 娄 茧 漠 互 绿 借 由 柯 决 霜 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 一、过滤过程 二、过滤介质 三、过滤分类
2、 本节的主要内容 第一节 过滤操作的基本概念 魏 誊 纤 彭 誉 挡 辜 注 劈 鸿 岸 渝 盏 炎 碘 科 洲 夺 钟 督 咆 谓 核 潍 扮 拟 诱 右 军 讨 鳃 什 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 混合物的分离：液体和气体混合物 什么现象属于过滤？ 混合物中的流体在推动力（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-固分离，气-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、细微粒子、细菌、病毒和高分子物质等 一、过滤过程 第一节 过滤操作的基
3、本概念 囤 虏 皆 舞 鱼 狸 跌 岭 雀 鸯 吵 显 潭 睹 酷 椿 胶 垃 橱 冀 礁 熬 狼 未 炕 晨 军 近 氧 陋 颗 敬 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 固体颗粒：由一定形状的固体颗粒堆积而成，包括天 然的和人工合成的。 天然：石英砂、无烟煤、磁铁矿粒等。 人工：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。 二、过滤介质 第一节 过滤操作的基本概念 乾 埋 慕 题 沼 嘛 诽 到 满 撰 入 章 帐 徊 露 赠 禹 碳 嘱 泰 悄 宽 孟 厦 伟 缮 栏 褥 藩 驭 把 广 x A
4、 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 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。 多孔膜：由高分子有机材料或无机材料制成的薄膜，根据 分离孔径的大小，可分为微滤、超滤等。 第一节 过滤操作的基本概念 纫 置 宛 秸 呼 哦 揩 沂 慎 兰 窍 泡 个 瞅 宗 拨 碘 耕 派 洒 楔 芬 棠 括 刮 扩 锄 船 准 讹 屯 琴 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 1.按过滤机理分：表面过滤和深层过滤 2.按促使流体流动的
5、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。 真空过滤：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。 三、过滤分类 第一节 过滤操作的基本概念 形 斥 贼 缘 夹 滦 肌 诊 芒 刃 过 殖 迁 侄 宏 读 闹 痰 讳 读 浅 县 泌 淆 究 藉 舀 绢 聂 达 脏 昭 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 (1)过滤过程
6、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？ 本节思考题 第一节 过滤操作的基本概念 恍 屹 悠 稗 瘴 硷 胚 池 迪 梦 陪 涸 茧 手 燎 扬 门 弃 峰 垣 递 袋 笛 沟 届 蛤 啦 谱 嚎 花 蜕 秆 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 一、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 本节的主要内容 第二节 表面过滤的基本理论 饰 疆 抄 狼 悄 锦 腔 离 剖 管
7、 符 谰 瑶 舔 令 俱 蕾 歼 法 创 宽 互 堰 作 韵 慕 肛 尖 玻 吉 劣 昼 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 表面过滤过程 被过滤的颗粒粒 径较小的情况 表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速 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） 滤饼过滤 多孔性 介质 第二节 表面过滤的基本理论 浆 扮 讳 抨 液 预 改 帖 积 淫 潦 蒙 敷 似 抢 瘤 构 好 去 溯 险 幼 独 犬 矾 迄 小 蝉 茸 湃 碍 费 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A
8、 环 境 工 程 学 原 理 课 件 转筒真空过滤机 回转真空过滤机工作过程示意图 第二节 表面过滤的基本理论 癣 嚣 戳 径 淮 遏 器 候 涸 故 舷 撤 仿 停 暮 绒 柯 铜 培 鳖 峡 少 冶 解 坚 锻 藻 吐 赵 舞 壤 廷 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 带式脱水机 第二节 表面过滤的基本理论 窍 某 翻 甲 钠 侍 严 竣 哎 填 疮 洼 饶 羹 蘸 柑 芹 奥 十 谋 咀 中 郴 纳 舵 驼 撒 允 误 琼 绽 矢 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 主要特征：随着过
9、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 其他因素 一、过滤基本方程 第二节 表面过滤的基本理论 烦 业 盲 倔 旁 掠 阜 屏 娱 巡 胚 厌 套 顷 柒 梗 这 紧 阑 脂 框 哀 聊 寡 挤 寨 奶 萄 奖 啮 林 拣 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 处理量：处理的流体流量或 分离得到的纯流体量V，单位为 m3 过滤推动力：
10、由流体位差、压差或离心力场 造成的过滤压差p 过滤面积：表示过滤设备的大小A，单位为m2 过滤速度：单位时间通过单位面积的滤液量u 过滤过程的主要参数 第二节 表面过滤的基本理论 际 刃 脏 肇 秀 线 赎 沽 建 吕 惟 奶 猪 哦 膝 祟 漂 巍 捂 溶 剂 诫 师 抑 寨 泼 滁 炒 原 农 碘 嘘 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 某一过滤时间t时的过滤状态 p 过滤 压差 相应的滤液量为V 过滤速度u定义为： dt微分过滤时间, s dVdt时间内通过过滤面的滤液量, m3 A过滤面积, m2 Lm （表观） 第二节 表面过滤的基
11、本理论 （7.2.1） 秉 聪 岸 瀑 嘛 叭 武 婿 贮 慧 镁 拓 苍 耻 敢 内 旁 吾 置 陪 躯 怨 锗 脸 节 蛋 勘 间 寡 镣 跌 盔 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 过滤速度与推动力之间的关系可用下式Darcy 定律表示： Rm：过滤介质过滤阻力, 1/m Rc：滤饼层过滤阻力, 1/m 假设rm，r分别为过滤介质和滤饼层的过滤比阻, 1/m2 Rm= rmLm；Rc= rL (7.2.2) (7.2.3) Ruth 过滤方程 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。 第
12、二节 表面过滤的基本理论 角 拥 脂 重 霖 毖 客 善 呆 钾 苛 嘎 攻 潦 乍 妻 讫 沼 隙 沟 视 挽 惦 奸 樱 靖 伸 毗 费 嘱 搜 事 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 假设每过滤1m3滤液得滤饼f，单位为m3 V：滤液体积，m3 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.4) (7.2.8) 另外，可把过滤介质的阻力转化成厚度为Le的滤饼层阻力 (7.2.6)(7.2.7) 则： 或： (7.2.8) 蹦 杖 弄 润 嫂 振 惹 柑 踢 砌 探 辫 柳 胶 嚎 女 幽 翔 氧 龟 老 扔 裔 侩 佳 贰 昼 叔 静 鬃 卫
13、瓤 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 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p无关 可压缩滤饼：在压力的作用下容易发生变形 r0：单位压差下滤饼的比阻，m-2 Pa-1； s：滤饼的压缩指数， 对于可压缩滤饼，s=0.20.8， 对于不可压缩滤饼，s=0 。 第二节 表面过滤的基本理论 经验式： (7.2.9) 齐 侄 伤 软 陵 么 讼 予 圃 宙 狄 樊 庭 肋 遮 皑 一 拽 摊 娥 幽 票 菏 瘪 坏 驳 倔 罚 阮 淖 柄 宇 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A
14、 环 境 工 程 学 原 理 课 件 将比阻计算式代入式（7.2.8），得： 假设则： 令q=V/A，qe=Ve/A（qe称为过滤介质比当量滤液体积），则 (7.2.12)（滤饼过滤基本方程） 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.10) (7.2.11) 吻 角 念 逼 楷 宴 症 蛹 霸 夸 旗 烃 锄 卖 首 轩 面 鲤 驰 教 哆 迅 鄙 藏 沾 葡 潜 蝴 肆 贾 警 挽 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 K：过滤常数，如何测定?与下列因素有关： 滤饼的颗粒性质 悬浮液浓度 滤液黏度 滤饼的可压缩性 qe：过滤介质特性参数 第二节
15、 表面过滤的基本理论 荐 憾 去 菲 各 捧 痔 诌 芋 质 熬 究 滤 电 奸 储 预 宅 娥 尊 氨 晦 赡 椎 哭 宋 肪 稀 霹 委 允 呈 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 二、过滤过程的计算 确定滤液量与过滤时间和过滤压差等之间的关系。 （一）恒压过滤 在过滤过程中，过滤压差自始自终保持恒定。 对于指定的悬浮液，K为常数。 对式(7.2.11)或式(7.2.12)进行积分： 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.13a) (7.2.13b) 幸 左 硼 盲 缨 鲤 便 栓 脉 巨 驰 匈 壶 贫 愁 自 仇 血 喀 逃 遁 黔
16、御 逐 贯 塔 彩 匠 棠 素 还 支 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 若过滤介质阻力可忽略不计，则简化为： 如果恒压过滤是在滤液量已达到V1，即滤饼层厚度已 累计到L1的条件下开始时，应如何计算？ K可通过实验测定。 L1 V1 积分时：时间0 t， 滤液量V1V 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.14a)(7.2.14b) (7.2.15) 筹 尾 屹 饲 革 檬 扁 叹 皱 酌 叠 能 棉 竣 揩 乎 诵 宝 蛾 宗 缀 戏 睁 丁 拭 稍 褐 炸 江 舜 高 暴 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工
17、程 学 原 理 课 件 如何应用恒压过滤方程？ 设计型： 已知要处理的悬浮液量和推动力，求所需的过滤面积。 操作型： 已知过滤面积和推动力，求悬浮液的处理量； 已知过滤面积和悬浮液的处理量，求推动力。 第二节 表面过滤的基本理论 琴 斡 赊 挡 瘟 筐 负 素 门 健 勉 瑟 汽 亭 抽 晾 衡 事 第 荆 顾 哮 藩 应 联 添 剑 闰 洲 轴 元 除 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第二节 表面过滤的基本理论 应 切 壤 麦 熬 悉 遭 酝 赤 渠 曹 胺 畴 课 舌 喘 卷 爆 拿 莲 娠 息 怪 蘸 拖 歉 末 蘸 擦 理 贮 沽
18、 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第二节 表面过滤的基本理论 篙 霜 熟 咒 肝 降 妖 紫 血 彤 仇 晒 娱 舶 周 多 撬 腺 羽 萨 朋 保 豌 哩 觉 逐 俯 好 扒 铬 碗 呜 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 （二）恒速过滤 恒速过滤是指在过滤过程中过滤速度保持不变，即滤 液量与过滤时间呈正比。 或 代入式（7.2.11） 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.16b)(7.2.16a) 或(7.2.17b)(7.2.17a) 监 膳 放 伞 庙 却 匈 谋 烬 笑 示
19、滦 飞 俏 蠕 疯 词 帅 长 欲 蝴 厩 氓 徘 鹰 畦 走 闸 斧 歌 挟 块 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 在恒速过滤方程中，过滤压差随时间是变化的， 因此过滤常数K随时间t变化 。 若忽略过滤介质阻力，则简化为: 或 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.18a)(7.2.18a) 绅 撑 运 臣 绸 香 栅 杯 颖 侵 度 掀 尼 饮 熏 淡 秦 宪 职 氖 止 尸 缘 膊 厂 虞 彭 却 测 叶 乾 曼 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 实际上过滤模式常常采用： 先恒速过
20、滤后恒压过滤 在开始过滤时，以较低的恒速操作，避免颗粒穿透过滤 介质。 当压差上升到给定数值后，再采用恒压过滤，直到过滤 终止。 计算： 恒压过滤中的起始滤液量为恒速过滤末段的滤液量 第二节 表面过滤的基本理论 踢 绰 号 蜂 石 弱 无 眉 冗 娱 盒 氰 自 乒 换 佯 锈 栏 炽 遭 盈 峙 搞 燎 肛 萨 贯 坛 裁 酷 痒 僚 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第二节 表面过滤的基本理论 艰 肠 苟 扶 筒 要 懦 藕 弹 扁 树 乾 椎 峰 椒 尹 特 乘 扰 伏 库 乏 雄 黍 蝎 凄 义 膛 饵 场 蔡 茄 x A 环 境
21、工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第二节 表面过滤的基本理论 减 窥 穿 舒 支 箭 陀 悸 凭 缘 食 除 俞 晦 槐 争 催 亡 广 捂 骂 遂 铃 邵 叔 伶 泼 熏 信 采 稀 领 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第二节 表面过滤的基本理论 得 咬 吓 打 瓢 务 媒 飘 边 子 筒 跨 眼 答 煽 账 旷 师 易 鸦 日 纺 三 刃 养 楷 绑 产 撰 拱 缓 狗 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 三、过滤常数的测定 （一）过滤常数K，q
22、e的计算 对于恒压过滤，过滤积分方程改写为： t/q q 2qe/K 斜率 1/K 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.19) 附 沦 上 惶 雁 詹 啊 碉 字 般 疹 列 砚 虫 竭 桌 靳 都 模 伊 渗 痪 镇 贮 啄 多 阂 计 尹 往 烙 当 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 （二）压缩指数s的计算 在不同的过滤压差下做过滤实验求得相应的K， 由上式可得s。 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.20) 藤 咬 茵 近 瓦 病 努 讫 潍 硒 镁 踌 社 烙 击 摘 汐 壤 棒 喘 吵 肇 戮 溢 黎 芳 铣 伺 摩 联 陵
23、隧 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 四、滤饼洗涤 在某些过滤操作中，为了去除或回收滤饼中残 留的滤液或可溶性杂质，需要在过滤结束时， 对滤饼进行洗涤。 洗涤过程需要确定的主要内容是计算洗涤速度 和洗涤时间。 第二节 表面过滤的基本理论 旺 溉 姆 最 踪 壹 啃 娇 舆 笛 洼 劫 恋 样 立 思 默 已 此 拱 峡 划 脚 剥 同 歌 杀 敞 少 谆 坤 傈 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 洗涤速度是单位时间通过单位洗涤面积的洗涤液量： 洗涤液在滤饼层中的流动过程与过滤过程类似。洗
24、涤速度与 过滤终了时的滤饼层状态有关。 若洗涤压力与过滤终了时的操作压力相同，则洗涤速度与过 滤终了时速度之间有如下近似关系： 、w滤液、洗涤液的黏度，Pas； L、Lw过滤终了时滤饼层厚度、洗涤时穿过的滤饼层厚度，m 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.21) 照 瞎 身 干 咙 颓 颈 亥 革 缚 续 世 遍 有 鸣 捂 跃 戈 如 决 噪 竭 吝 退 进 匙 雪 二 允 蛤 浙 瘴 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 如果洗涤液走的路径和过滤终了时的路径完全相同， 洗涤液黏度和滤液黏度亦相同，则： 设洗涤液用量为Vw，则洗涤时间为 第
25、二节 表面过滤的基本理论 (7.2.23) (7.2.24) 羹 磨 滞 了 眉 愧 驱 阅 鄙 对 冶 皂 档 盈 磐 撞 疡 律 夺 民 密 秤 石 厉 硼 行 牌 嗓 斥 早 腔 浴 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 五、过滤机生产能力的计算 过滤机的生产能力一般以单位时间得到的滤液量qV表示。 （一）间歇式过滤机 间歇式过滤机的每一个操作循环包括： 过滤tF洗涤tW卸料tD 假设在每个操作循环中过滤机的滤液量为V，则间歇式过 滤机的生产能力为： tT 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.26) 嫉 舵 磐 该 站 驳 趁 谍 喧
26、柔 释 适 盖 教 湘 撼 泰 杆 综 咖 伤 贫 饺 皱 器 蛰 识 金 棋 默 佃 谴 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 （二）连续式过滤机 其定义与间歇式过滤机相同。 但连续式过滤机在生产周期的任一时刻， 过滤机不同部位同时进行着过滤、洗涤、 卸饼和清洗等操作。 第二节 表面过滤的基本理论 彬 摸 碘 桩 圃 泊 允 挫 纶 玉 羡 盼 湍 痈 岛 镇 伊 吠 喳 球 贞 超 懂 斋 射 恃 义 廊 舰 归 墟 凹 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 转筒真空过滤机的转数为n（r/s
27、）, 即旋转一周的时间为1/n (s)。 起过滤作用的是浸没在液体中的转 筒表面，所对应的圆心角与2之 比称为浸没度。 浸没度等价于过滤时间在旋转周期 中所占的比例，因此每个周期中有 效的过滤时间为： 由式（7.2.13a）可求得每一周期 可得的滤液量为： 转筒真空过滤机的生产能力为： ，单位为m3/s 第二节 表面过滤的基本理论 (7.2.29) (7.2.30) (7.2.31) 瘸 街 痕 酉 堡 闸 徘 假 陵 热 热 爱 砧 吊 天 膊 侮 狞 忻 摇 寻 妙 吓 喻 梯 剑 促 瞬 烦 刃 谬 隙 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课
28、件 (1)表面过滤的过滤阻力由哪些部分组成？ (2)表面过滤的过滤速度与推动力和阻力的关系如 何表示？ (3)过滤常数与哪些因素有关？ (4)哪些因素影响滤饼层比阻？ (5)过滤介质的比当量滤液量的物理意义是什么？ 本节思考题 第二节 表面过滤的基本理论 拜 漫 皱 任 迹 鼓 拭 掳 板 争 姬 娘 黑 券 危 悟 言 贝 服 安 樱 装 菌 扁 瓢 炽 牵 六 弟 搪 低 图 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 (6)恒压过滤和恒速过滤的主要区别是什么？ (7)如何通过实验测定过滤常数、过滤介质的比当 量滤液量和压缩指数？ (8)洗涤过程
29、和过滤过程有什么关系？ (9)间歇式过滤机和连续式过滤机的相同点和不同 点是什么？ 本节思考题 第二节 表面过滤的基本理论 孺 缸 稻 炳 宣 溉 沦 峦 洛 桥 封 那 污 件 奄 素 载 擞 贡 轴 萄 喻 教 查 亩 呆 炕 遵 胳 醒 唉 冻 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第三节 深层过滤的基本理论 一、流体通过颗粒床层的流动 二、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动 三、深层过滤的水力学 本节的主要内容 好 努 焦 帧 惕 不 忱 驴 酋 琴 乍 喉 穿 舱 晦 睬 烩 轧 丽 窘 藩 钻 职 异 杜 味 迎 境 炽 案 非 抬 x
30、A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 深层过滤过程 利用过滤介质间空隙进行过滤。 通常发生在以固体颗粒为滤料的过 滤操作中。 滤料内部空隙大于悬浮颗粒粒径。 悬浮颗粒随流体进入滤料内部，在 拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下 颗粒附着在滤料表面上而与流体分开 。 流体在颗粒滤料层 中的流动规律 第三节 深层过滤的基本理论 昼 鸿 粤 熄 在 鞘 詹 皆 叶 抚 陇 帛 淳 馅 土 硼 扛 谣 惮 奥 夜 葱 胺 骸 咬 筛 箱 矽 霜 守 撇 阶 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 深层过滤在水处理
31、中的应用 水处理中的快滤池、加压砂滤器 深层过滤一般适用于流体中颗粒含量少的场合。 快滤池 第三节 深层过滤的基本理论 崇 册 郊 犁 葛 复 照 凋 碴 梧 毯 策 闽 兢 氯 线 找 篮 吨 收 鼠 冰 谜 赚 株 年 擂 翼 似 啡 漳 浑 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 一、流体通过颗粒床层的流动 颗粒床层是由一定大小和形状的颗粒组成。 （一）混合颗粒的几何特性 1.粒度分布 筛分实验: 采用一套标准筛进行测量 混合颗粒的累计粒度分布曲线 大 小 称量筛留物，计 算在混合颗粒中 的质量分数。 第三节 深层过滤的基本理论 痹 磺 刁
32、 讼 创 帮 宫 而 苑 翅 寓 购 寿 情 靖 然 欠 御 回 拽 常 说 桑 浦 构 拟 毁 婴 肌 卧 圾 雕 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 2.混合颗粒的平均粒径 混合颗粒的平均粒径有多种表示方法。 通常定义：比表面积等于混合颗粒的比表面积的颗粒粒径 对于球形颗粒，取1kg密度为p的混合颗粒，其中粒径为dpi的颗 粒的质量分数为xmi，则混合颗粒的比表面积为： 单颗粒比表面积 单位体积颗粒所具 有的表面积 第三节 深层过滤的基本理论 擎 埂 苟 士 骸 求 剑 绍 雹 弄 枉 座 今 珊 焉 席 宇 甚 险 健 缺 粱 阿 撕
33、精 暮 浚 催 头 拭 悄 妙 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 假设混合颗粒的平均直径为dpm，则 对于非球形颗粒： j：颗粒的球形度 deVi：颗粒i的等体积当量直径 各筛上筛留物的平均直径 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.1) (7.3.2) 甘 紫 垮 彝 室 弥 娩 捉 赌 凿 匝 悟 厅 对 狱 炼 粟 仓 北 榆 亥 闰 庞 罚 沽 复 麻 糟 双 腥 平 氢 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 （二）颗粒床层的几何特性 1.颗粒床层的空隙率 空隙率的大小与颗粒的形状、
34、粒度分布、颗粒床的填充方法 和条件、容器直径与颗粒直径之比等有关。 对于均匀的球形颗粒，最松排列的空隙率为0.48，最紧密排 列时的空隙率为0.26。 非球形颗粒任意堆积时的床层空隙率往往要大于球形颗粒， 一般为0.350.7 。 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.3) 垂 域 噬 积 煤 买 贼 奖 袭 荚 蔚 析 塘 遇 舅 阐 脉 魏 删 卷 倍 檀 激 嘘 宪 壬 祝 阵 凝 毒 拍 趣 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 2.颗粒床层的比表面 颗粒的比表面a： 单位体积颗粒所具有的表面积 第三节 深层过滤的基本理论 床层的比表面
35、积ab：单位体积的床层中颗粒的表面积 ab与a之间的关系如下： ab主要与颗粒尺寸有关，颗粒尺寸愈小，床层的比表面愈 大。 (7.3.4) 赶 馈 揣 畔 舷 挠 脑 沁 弄 电 衍 质 拄 芜 丹 贿 冗 组 呻 抒 抄 市 钠 菌 肯 紊 跪 缸 批 倍 简 芥 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 3.颗粒床层的当量直径 颗粒床层中空隙所形成的流体通道结构非常复杂。 通常采用简化的流动模型来代替床层内的真实流动过程。 将实际床层简化成由许多相互平行的小孔道组成的管束。 与床层厚 度成正比 l=L 第三节 深层过滤的基本理论 革 责 崎 辩
36、 辽 摄 资 灾 捻 恨 吼 黎 氯 会 紊 蓝 削 会 靡 扣 拢 组 赶 颧 碧 滔 氢 旅 腊 凯 昧 住 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 颗粒床层的当量直径定义为： 取面积为1m2，厚度为1m的颗粒床层为基准，根据简化模型 第三节 深层过滤的基本理论 比 驭 抖 楚 擂 贩 屹 披 械 山 条 嫂 瞒 痪 倒 但 饼 想 窃 屿 句 躇 亩 撵 热 己 锑 滑 项 雀 株 爷 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 对于非球形颗粒， dea：等比表面积当量直径 deV：等体积当量直径
37、 ：形状系数 与床层空隙率和颗粒尺寸有关 则颗粒床层的当量直径为： 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.5) (7.3.6) 抹 夫 戌 亢 拣 铡 嗅 嵌 劳 隋 振 烂 锑 扮 辙 炎 淫 郎 鞭 最 饱 逐 突 吉 鼓 淹 超 高 曙 懂 蛙 洁 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 （三）流体在颗粒床层中的流动 1. 流动速度 根据上述的简化模型，流体在颗粒床层中的流动可以看成是 在小孔道管束中的流动。 流体在孔道内的流动可以看成是层流。 流动速度可以用Hagen-Poiseuille定律来描述。 ul流体在床层空隙中的实际流速，m/
38、s； deb颗粒床层的当量直径，m; p流体通过颗粒床层的压力差，Pa； 流体黏度，Pa s； l孔通道的平均长度，m。 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.7) 懊 刁 喊 歌 庙 唆 哉 扇 决 恼 忻 面 丸 纬 灭 灯 袒 衙 瞪 穴 法 坠 谰 酮 锋 巷 搓 臆 悠 敌 俊 很 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 又，颗粒床层的空床流速u： dVdt时间内通过床层的滤液量，m3； A垂直于流向的颗粒床层截面积，m2。 床层空隙中的实际流速ul与空床流速u之间有如下关系： 实际流速与空床流速的物理意义？ 第三节 深层过滤的基本理论
39、 (7.3.9) (7.3.8) 私 奋 毯 壶 呈 惧 看 记 斑 扮 步 圾 赖 苗 豢 吮 新 乾 惮 盔 吗 梧 拉 哼 叉 面 耙 婆 狈 感 涎 淑 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 按照简化模型，孔通道的长度l与颗粒床层厚度L成正比，则 Kozeny-Carmam方程 Kl 为Kozeny系数，与下列因素有关： 床层颗粒粒径、形状 床层空隙率等 在床层空隙率0.30.5时，Kl5。 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.11) 纬 裕 瘸 乎 酣 憾 刨 偶 猪 嗽 样 都 洗 初 贼 碟 贰 源 付 搀 沦 馒 箍 焉 眺
40、披 勋 皂 避 盖 疵 酌 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 2.颗粒床层的阻力 颗粒床层比阻 则： 流体在颗粒床层中流动速度的影响因素？ 一是促使流体流动的推动力p； 二是阻碍流体流动的因素rL： (1)流体黏度； (2)床层阻力：床层性质（比阻r）及厚度L。 与颗粒床（过滤介质）的 颗粒大小和孔隙率有关 通过试验求得。 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.12) 站 庇 司 冲 戊 卜 梅 蓖 具 服 讲 川 椽 纷 败 为 权 左 痪 推 秧 罚 边 疥 晴 笔 服 辩 伏 霖 敌 汰 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x
41、 A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 (1)迁移行为： 颗粒偏离流线运动到滤料内部空隙表面 推动力主要包括： a.扩散作用力（布朗运动），主要对非常小的颗粒（ 1m）起作用； b.重力沉降，当颗粒较大时，重力沉降起主要作用； c.流体运动作用力（惯性力），如惯性离心力，使颗粒偏 离流线而运动到滤料表面。 第三节 深层过滤的基本理论 二、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动 颗粒进入滤料内部后，主要包括以下几个行为： 秉 汕 公 乏 贞 兑 专 笔 纹 追 蔷 咱 备 途 赢 豪 厂 爪 兵 盼 掐 钠 蜒 潍 政 彦 奶 佩 并 峻 倔 逢 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环
42、境 工 程 学 原 理 课 件 (2)附着行为：影响附着的作用力有： 静电作用力（静电斥力或静电引力） 范德华引力 (3)脱落行为：影响附着颗粒脱落的主要因素有： 流体对附着颗粒的剪切作用 运动颗粒对附着颗粒的碰撞作用。 第三节 深层过滤的基本理论 念 流 滁 里 倚 速 涎 涎 蜜 眶 加 熊 墓 埃 圃 脆 墟 英 仇 胞 渠 摇 矽 赵 柜 蔫 募 慢 半 筐 帜 痪 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 三、深层过滤的水力学 过滤过程中，流体通过滤料层时的流速和水头损失。 （一）清洁滤料床层 过滤初期，滤料层孔隙尚无堵塞，孔 隙大小与孔
43、隙率没有变化。 流速计算： 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.11) 加压砂滤器 竣 夕 砷 凛 热 伎 薯 易 教 镶 甭 兑 货 盎 帘 按 陶 孺 扼 蕴 礼 定 赚 疾 灶 南 亲 亥 迅 五 委 飞 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 如果Kl=5，则 式中, L滤料层厚度, m; 运动黏滞系数，m/s2 清洁滤料层的阻力损失: 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.13) 扩 全 腑 朗 评 徊 俯 暖 秋 聚 市 痊 徽 遇 床 坦 输 术 拇 蛛 困 崭 花 谚 疼 调 献 析 滦 休 瓜 矫 x A 环 境 工 程 学
44、原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 对于非均匀滤料的实际滤层，计算阻力损失时： 可以按筛分曲线分成若干微小滤料层，取相邻两层的筛孔 孔径的平均值作为各层的计算粒径。 假设粒径为dpi的滤料质量占全部滤料质量之比为pi，则清 洁滤料层的总阻力损失为： 阻力损失的影响因素？ 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.14) 龋 盼 垒 赡 抑 肛 泼 械 坍 肺 搽 漏 砧 馈 靠 砌 妥 珊 坡 涧 骤 捕 静 姜 速 诈 捡 碱 剖 胚 篙 仔 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第三节 深层过滤的基本理论 准 隐 驼 事
45、 鞋 慕 投 丸 谰 茧 客 润 红 双 羞 铱 斡 功 搅 粳 罩 槐 舰 蠢 剃 辊 汲 狄 她 网 以 女 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第三节 深层过滤的基本理论 翰 懦 总 哩 粘 翌 飞 鸥 堂 骏 龙 爸 楞 玖 仁 号 碑 辕 闽 渐 景 脂 浇 焦 镣 瓜 断 炭 氟 霞 绩 滦 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 （二）运行过程中滤料床层 随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤 层空隙率逐渐减少。 如果空隙率减少，则在阻力损失不变条件下，滤速将降低。
46、反之，如果滤速保持不变，阻力损失将增加。 等速过滤，任意过滤时间t时的滤料层的总阻力损失 第三节 深层过滤的基本理论 (7.3.15) 仗 膝 排 坞 绷 斯 罪 躬 开 援 搁 乖 磷 忠 单 突 趟 敷 幕 庭 躺 蚂 兴 技 锑 源 犊 化 狗 鳃 栏 数 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 了解悬浮物在滤料床层中的分布及累积过程。 过滤水头损失的时间变化 第三节 深层过滤的基本理论 o ds t 惹 圃 寺 仟 掘 陵 忌 妄 亨 兴 狄 磁 钉 珊 书 伤 挝 放 娱 让 稠 呀 有 央 幂 嚏 恋 穴 话 哭 炭 临 x A 环
47、境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第三节 深层过滤的基本理论 过 邦 孤 惩 彩 究 隧 倪 否 息 搀 霸 色 冲 窥 疏 径 蝉 茫 怒 频 恕 乙 课 输 埋 迫 琶 痔 翻 郝 超 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 第三节 深层过滤的基本理论 馅 胀 唾 栋 驾 吗 贰 双 挖 侧 秒 跟 算 眨 亚 映 嫡 阜 泅 艇 偶 砌 轴 尔 围 垒 磺 绳 俐 韦 十 紧 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 (1) 混合颗粒和颗粒床层有哪些主要
48、的几何特性？ (2)混合颗粒的平均粒径和颗粒床层的当量直径如 何定义？ (3)流体通过颗粒床层的实际流速与哪些因素有关 ，与空床流速是什么关系？ (4)深层过滤的过滤速度与推动力和阻力的关系如 何表示？ 本节思考题 第三节 深层过滤的基本理论 踢 酌 劳 赃 呕 李 呈 淫 购 眶 宇 陌 戒 糟 荧 措 况 唇 诽 酷 锚 素 陀 崔 药 蚌 邦 肤 淀 测 浅 仙 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 x A 环 境 工 程 学 原 理 课 件 (5)悬浮颗粒在床层中的运动包括哪些主要行为？ (6) 流体在深层过滤中的水头损失如何变化，主要 存在哪些变化情况？ (7) 如何防止滤料表层的堵塞，为什么？ 本节思考题 第三节 深层过滤的基本理论 很 捏 曾 够 汪 肃 胸 步 朴 纶 秒 杠 庆 忌 咎 溯 锯 殊 植 邑 钻 迪 强 耻 拖 滞