《水质控制工程》课程PPT教学课件（英文版）第二章 滤料

2 Filter media 2.1 Types of media 石英砂 无烟煤 过滤作用 石榴石 钛铁矿 粒状活性炭(GAC”→过滤和吸附作用 American Water Works Association Standard B100-96(AWWA, 1996) American Water Works Association Standard B604-90(AWWA, 1991

2. Filter media 2.1 Types of media ▪ 石英砂 ▪ 无烟煤 ▪ 石榴石 ▪ 钛铁矿 ▪ 粒状活性炭(GAC)* American Water Works Association Standard B100-96 (AWWA, 1996) * American Water Works Association Standard B604-90 (AWWA, 1991) 过滤作用 过滤和吸附作用

Garnet(石榴石) 石榴石一般是几种不同矿物质的总称,包括: Almandite(铁铝榴石或贵榴石), andradite(钙铁 榴石),和 grossularite(钙铝榴石),糸铁、铝、钙 混合物的硅酸盐,石榴石的比重:3.6~4.2。 ILmenite(钛铁矿) 钛铁矿是一种铁钛矿石,总是和 hematite(赤铁矿 magnetite(磁铁矿)伴生,钛铁矿的比重:42~46

Garnet（石榴石）： 石榴石一般是几种不同矿物质的总称，包括： Almandite（铁铝榴石或贵榴石）， andradite（钙铁 榴石）， 和 grossularite（钙铝榴石），系铁、铝、钙 混合物的硅酸盐，石榴石的比重：3.6～4.2。 Ilmenite（钛铁矿）： 钛铁矿是一种铁钛矿石 ，总是和hematite （赤铁矿）、 magnetite（磁铁矿）伴生，钛铁矿的比重：4.2～ 4.6

2.2粒状滤料的重要性质 滤料的很多性质直接影响其过滤的性能,并且也是区 分滤料类型的标志,这些性质包括:粒径,形状,密 度,硬度、表面电性以及堆积密度和孔隙率等。 粒径大小和粒径分布 滤料的粒径直接影响过滤的效果和滤层的反冲洗, 般采用筛分曲线来表述滤料的粒径大小和分布。 描述指标包括 有效粒径( effective size,ES)rdno,dao,do 均勺余数 uniformity coefficient,U)rdo/do 90=do(10 1.67 log UCY

2.2 粒状滤料的重要性质 滤料的很多性质直接影响其过滤的性能，并且也是区 分滤料类型的标志，这些性质包括：粒径，形状，密 度，硬度、表面电性以及堆积密度和孔隙率等。 ▪ 粒径大小和粒径分布 滤料的粒径直接影响过滤的效果和滤层的反冲洗，一 般采用筛分曲线来表述滤料的粒径大小和分布。 描述指标包括： 有效粒径（effective size，ES） ☞ d10，d60，d90 均匀系数（uniformity coefficient， UC） ☞d60/d10 d90 = d10(10 1.67 log UC)

50 40 doo =29 mm 30 ANTHRACITE 20 do=2.2 mm 15 10 d10=13mm 08 SAND dgo =0.87 mm 06 dso =0.76 mm 4 dIo=0.54 mm 03 02 25102030405060708090 999 Percent passing by weight 两种滤料的筛分曲线

两种滤料的筛分曲线

举例:滤料筛分结果 筛孔筛的标准孔径|剩在筛上的砂重 通过该号筛的砂重 筛号 (mm ( mn 重量(g)百分数(%) 12 0 141 1.23 985 985 1.19 101 5.6 929 92.5 0.82 17.8 75.1 75.1 25 0.71 36.7 384 384 35 0.50 0.49 33.4 5.0 5.0 0.25 0.24 1.5 0.177 0.17 1.0 0.8 0.8

举例：滤料筛分结果 筛 孔 筛的标准孔径 剩在筛上的砂重 通过该号筛的砂重 筛 号 （mm） （mm） （g） 重量（g） 百分数（％） 12 1.68 1.51 0 100 100 14 1.41 1.23 1.5 98.5 98.5 16 1.19 1.01 5.6 92.9 92.5 18 1.00 0.82 17.8 75.1 75.1 25 0.71 0.64 36.7 38.4 38.4 35 0.50 0.49 33.4 5.0 5.0 60 0.25 0.24 3.2 1.8 1.5 80 0.177 0.17 1.0 0.8 0.8

几种特征粒径 滤层滤料的当量粒径: ∑ P=(p2-p1)/100 滤料的等体积球直径:

几种特征粒径 滤层滤料的当量粒径： 滤料的等体积球直径：  = i i e d p d 1 ( 1 2 ) ( 2 1 )/100 2 1 di di di pi = pi − pi =  3 6     = n G dV

滤料的形状和球度 滤料的形状和球度影响滤床的反冲洗强度、滤层孔隙率 水头损失、过滤效果以及滤料筛分的难易。 描述指标包括: 等体积球表面积 球形度糸数( sphericity丿) 粒子表面积 形状糸数( shape factor) 颗粒的球形度和形状系数 球形度v形状系数a材料 球形度v形状系数a 锐角石英砂 0.67~0.6 1.50-167 立方八面体 0.906 颗粒异常杂乱的砂|05905310-187 正八面体 0.846 l.18 无烟煤料 061-040164252 24 焦。炭 55 86 正四面体 10.670 149 页岩屑 032-0293.17-3.50 河砂 煤末 062-0.39162~2.58 海砂 1.16

▪滤料的形状和球度 滤料的形状和球度影响滤床的反冲洗强度、滤层孔隙率、 水头损失、过滤效果以及滤料筛分的难易。 描述指标包括： 球形度系数（sphericity  ） 形状系数（shape factor ） 颗粒的球形度和形状系数 粒子表面积 等体积球表面积  =   1 = 材 料 球形度 ψ 形状系数 α 材 料 球形度 ψ 形状系数 α 球 形 1.0 1.0 锐角石英砂 0.67~0.6 1.50~1.67 立方八面体 0.906 1.10 颗粒异常杂乱的砂 0.59~0.53 1.70~1.87 正八面体 0.846 1.18 无烟煤粒 0.61~0.40 1.64~2.52 立方体 0.806 1.24 焦 炭 0.35 2.86 正四面体 0.670 1.49 页岩屑 0.32~0.29 3.17~3.50 河 砂 0.85 1.17 煤 末 0.62~0.39 1.62~2.58 海 砂 0.86 1.16

滤料的密度和比重 颗粒的密度主要影响滤层的反冲洗,比重越大,反冲洗肘 最小流态化速度越大。 根据ASTM标准监测方法C128-93测定比重,然后推算密度。 方法有:①“ bulk specific gravity, saturated surface dry”(饱和表面干 燥 ②“ apparent specific gravity”(烘干)

▪滤料的密度和比重 颗粒的密度主要影响滤层的反冲洗，比重越大，反冲洗时 最小流态化速度越大。 根据ASTM 标准监测方法 C128-93测定比重，然后推算密度。 方法有： ① “bulk specific gravity, saturated surface dry”（饱和表面干 燥） ② “apparent specific gravity” （烘干）

颗粒的硬度 颗粒的硬度直接影响到媲料长期使用中的耐磨性,是滤料基本 的性能之 描述指标 MOH硬度数(刮擦试验) Case:(Standard B604-90, AWWA, 1991)for Granular ctivated Carbon 堆积床的孔隙率 孔隙率影响滤层的反冲洗、水头损失和纳污能力。 影响因素包括:滤料粒径,颗糍的球形度,滤层的密实性 测定方法:①比重瓶 ②模型滤柱实测(密实程度和边壁效应的影响

▪颗粒的硬度 颗粒的硬度直接影响到滤料长期使用中的耐磨性，是滤料基本 的性能之一。 描述指标： MOH 硬度数（刮擦试验） Case： (Standard B604-90，AWWA，1991) for Granular ctivated Carbon ▪堆积床的孔隙率 孔隙率影响滤层的反冲洗、水头损失和纳污能力。 影响因素包括：滤料粒径，颗粒的球形度，滤层的密实性 测定方法： ① 比重瓶 ② 模型滤柱实测（密实程度和边壁效应的影响）

TABLE 8.2 Typical Properties of Common Filter Media for Granular-Bed Filters(Cleasby and Fan, 1981; Dharmarajah and Cleasby, 1986; Cleasby and Woods, 1975) Granular Silica Anthracite activated sand coal carbon Garnet ILmenite Grain density, Ps Kg/m' 2650 1450-17301300-1500*3600420042004600 oose- bed porosity∈d 0.42-0.470.560.600.50 0.45-0.55 Sphericity y 0.7-0.8 0.460.600.75 0.60 For virgin carbon, pores filled with water, density increase when organics are adsorbed w Not available