《水质控制工程》课程PPT教学课件（英文版）第五章 快滤的理论和模型

5.快滤的理论和模型 5.1过滤机理 在颗粒床快滤中,颗粒的去除主要在滤层内部,一般称 为深床过滤。 深床过滤的机理包括:输送机理和附着机理 输送机理:将孔隙水流中的小颗粒帶到滤料表面。输送 机理可能包括沉淀、布朗扩散、拦截、惯性和水动力。 」附着机理:到达滤料表面的颞粒被粘附于滤料表面,或 粘附在沉积物表面。粘附作用是一种物理化学作用,主 要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质

5. 快滤的理论和模型 5.1 过滤机理 在颗粒床快滤中，颗粒的去除主要在滤层内部，一般称 为深床过滤。 深床过滤的机理包括：输送机理和附着机理 输送机理：将孔隙水流中的小颗粒带到滤料表面。输送 机理可能包括沉淀、布朗扩散、拦截、惯性和水动力。 附着机理：到达滤料表面的颗粒被粘附于滤料表面，或 粘附在沉积物表面。粘附作用是一种物理化学作用，主 要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质

a沉淀 b惯性 线 C.阻截 滤料 d.扩散 e水动力

a.沉淀 b.惯性 c.阻截 d.扩散 e.水动力

5.2过滤过程的数学描述 过滤的模型可以分为两类: 原理(微观)模型( Fundamental( Microscopic) Models..) 现象学(宏观)模型( phenomenological/( macroscopIc) models ①原理(微观)模型 出发点:研究不同的可能輪送机理的模型。 单个球体捕捉效率η:等于在埔捉器投影截面内成功碰撞的颗粒 数与总的可能碰撞颗粒数之比。 a.沉淀输送效率 7 V Ps-p)go 18u

5.2 过滤过程的数学描述 过滤的模型可以分为两类： 原理（微观）模型（Fundamental (Microscopic) Models.） 现象学（宏观）模型（phenomenological (macroscopic) models） ①原理（微观）模型 出发点：研究不同的可能输送机理的模型 。 单个球体捕捉效率η：等于在捕捉器投影截面内成功碰撞的颗粒 数与总的可能碰撞颗粒数之比。 a. 沉淀输送效率： ( ) V gd V Vs s p s     18 2 − = =

b.拦截输送效率 扩散输送效率 7l=0.9 kT、2/3 dd v 总的输送效率: no =n tntno 单个收集器去除效率:7=am 以上的关糸式说明影响颗粒去除的因素包括: 滤速(或Ⅵ23)(除了阻截,其与滤速无关)、粒径(d2 或d2()、粘度(1或g2),密度(d2和p)

b. 拦截输送效率： c. 扩散输送效率： 总的输送效率： 单个收集器去除效率 ： 以上的关系式说明影响颗粒去除的因素包括： 滤速（V-1或V-2/3）（除了阻截，其与滤速无关）、粒径（dc -2 或dc -2/3）、粘度（μ-1或μ-2/3），密度（dp 2和ρs -ρ）。 2 c p I ) d d ( 2 3  = 2 / 3 0.9( ) d d V KT p c D   =  O =s +I + D  = o

基于轨迹分析的经验公式 m=40413D )+A,NLoR2+3.38×10°A,NGR .4 均一球体构成的清洁滤床的去除效率 3(1-E)nL

基于轨迹分析的经验公式： 均一球体构成的清洁滤床的去除效率 ： 1/ 3 1/ 8 1 5/ 8 3 1.2 0.4 4.0 ( ) 3.38 10  − − = + A N R +  A N R Vd D A s LO s G c o s c o o d L C C (1  ) 2 3 ln( ) − = −

(1) 0.167 3 =1.0 ⊥L 0.1 10 dp(um) dp(um) (3) (4) 0.2 mm 4 8 0.6mm 0 EhhLLuL-LuL dp(um) dp(um)

（1） （2） （3） （4）

②现象学(宏观)模型 现象模型不去考虑考虑输送和附着的机理,而通过物料平衡方程和 一个经验速率表达式的联解,来描述考虑沉积的速率,这个速率是 过滤肘间和穿透深度的一个函数。 物料平衡方程:滤池中,从悬浊液中去除的颗粒质量或体积, 必然等于在孔中积累的固体的质量或体积 F(。) 6(G+8C ).=0 &z 60 王 日=修正时间,等于1-「

②现象学（宏观）模型 现象模型不去考虑考虑输送和附着的机理，而通过物料平衡方程和 一个经验速率表达式的联解，来描述考虑沉积的速率，这个速率是 过滤时间和穿透深度的一个函数。 物料平衡方程：滤池中，从悬浊液中去除的颗粒质量或体积， 必然等于在孔隙中积累的固体的质量或体积。 注： θ＝修正时间，等于 ) 0 ( ) ( ) ( = + t + z C z C V         − z V dz t 0 

不同的经验速率表达式: a C 60 k1(E。-aC St C di h,VC(F-o)k,aJ

不同的经验速率表达式： a. b. c. VC   = k VC t o ( ) 1      = − k VC F k J t      1 2 = ( − ) −

5.3过滤参数对滤池运行的影响 lves和Sho试验发现:过滤糸教λ反比于滤速、滤料粒径以及粘度 的平方。与以上几个理论式不是完全的统一。 5.4影响过滤过程的因素「「 (1)滤层的厚度和粒径 与欧洲的实践相比,中国所用的滤层较薄,但粒径较细。 滤层厚度和径的影响表现为,单位面积的滤层所提供的表面积须 」满足某一最低数值的要求。 单位滤池面积滤料的表面积 S=z(y).20-a E 丌tary 6

5.3 过滤参数对滤池运行的影响 Ives和Sholji试验发现：过滤系数λ反比于滤速、滤料粒径以及粘度 的平方 。与以上几个理论式不是完全的统一。 5.4 影响过滤过程的因素 （1）滤层的厚度和粒径 与欧洲的实践相比，中国所用的滤层较薄，但粒径较细。 滤层厚度和粒径的影响表现为，单位面积的滤层所提供的表面积须 满足某一最低数值的要求。 单位滤池面积滤料的表面积 ( ) ( ) ( ) ( ) V V V d L d L S d 0 0 3 2 0 0 0 6 1 6 1        − = − = 

(2)滤层的有效粒径和均匀糸数 有效粒径d0值大和均勺糸数υC小的滤料,过滤效果好,与滤层结构 有关糸。 (3)滤料的层数 与相同凵值的单层滤料相比,多层滤料中每一层都起去除悬浮固体 的作用,水头损失的增长很缓慢。 (4)流速 在流速增加的情况下,滤后水水质有所下降, (5)水力波动 当水力波动引起流速的噼变值过大时,会产生滤后水水质显著恶化 的现象(应该慢速变化)

（2）滤层的有效粒径和均匀系数 有效粒径d10值大和均匀系数UC小的滤料，过滤效果好，与滤层结构 有关系。 （3）滤料的层数 与相同L/de值的单层滤料相比，多层滤料中每一层都起去除悬浮固体 的作用，水头损失的增长很缓慢。 （4）流速 在流速增加的情况下，滤后水水质有所下降。 （5）水力波动 当水力波动引起流速的瞬变值过大时，会产生滤后水水质显著恶化 的现象（应该慢速变化）