22.水质工程学-I-—过滤-§4-3滤料和承托层(2).ppt

水质工程学水质工程学第四章第四章 过过 滤滤4-3 4-3 滤料和承托层滤料和承托层(2)(2)主讲：张朝升主讲：张朝升 教授教授1通常以有效粒径通常以有效粒径d d1010和不均匀系数和不均匀系数 K K8080作为滤料级配指标。作为滤料级配指标。d d1010表示通过滤料重量表示通过滤料重量10%10%的筛孔的筛孔 直径，它反映滤料中细颗粒的尺寸；直径，它反映滤料中细颗粒的尺寸；d d +1 p1 p +1 1 d d p p 滤料筛分方法滤料筛分方法 不均匀系数不均匀系数 d d8080指通过滤料重量指通过滤料重量80%80%的筛孔的筛孔 直径，它反映粗颗粒的尺寸。直径，它反映粗颗粒的尺寸。K K8080 越大，表示粗细颗粒尺寸相差越大，表示粗细颗粒尺寸相差 越大，滤料粒径越不均匀，这对过滤越大，滤料粒径越不均匀，这对过滤 和冲洗都很不利。和冲洗都很不利。一般要求一般要求 d d1010=0.5=0.50.7 0.7 mm K mm K 2 2 另一种表示方法另一种表示方法 d dminmin d dmax max (0.50.51.2 1.2 mmmm)图：图：PiPi通过筛孔的滤料百分数（有一个通过筛孔的滤料百分数（有一个筛孔就有一个通过它的百分数）筛孔就有一个通过它的百分数）2取某天然河砂砂样取某天然河砂砂样300300g g，洗净后置于洗净后置于105 105 C C恒温箱中烘干，待冷却后称恒温箱中烘干，待冷却后称取取100100g g，用一组筛子过筛，最后秤出留在筛子上的重量，作好记录。用一组筛子过筛，最后秤出留在筛子上的重量，作好记录。(三）滤料的筛选方法三）滤料的筛选方法3 根据以上实验数据绘成曲线，从曲线上求得根据以上实验数据绘成曲线，从曲线上求得 d d1010=0.4=0.4 mmmm，d d80 80=1.34=1.34 mmmm ，因此：，因此：K K8080=1.34/0.4=3.37=1.34/0.4=3.37 上述河砂不均匀系数较大。根据设计要求：上述河砂不均匀系数较大。根据设计要求：d d1010=0.55mm,=0.55mm,K K8080=2.0,=2.0,则：则：d d8080=2=2 0.550.55=1.1mm1.1mm，按此要求筛选滤料。按此要求筛选滤料。20 0 40 60 80 100 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 100 0.55(%)d80=1.34d10=0.4 0.44 1.54 1.1 1080 20 40 60 0通通过过筛筛孔孔的的砂砂量量(%)筛孔直径（筛孔直径（mm）滤滤 料料 筛筛 分分 曲曲 线线104在科研上进行研究时存在以下缺点：在科研上进行研究时存在以下缺点：1.1.筛孔尺寸未必精确；筛孔尺寸未必精确；2.2.未反应滤料颗粒的形状因素；未反应滤料颗粒的形状因素；为此，常需求出滤料等体积球体直径，求法是：将滤料样品为此，常需求出滤料等体积球体直径，求法是：将滤料样品过筛后，再将筛用力振动几下，又会落下一些颗粒，这些颗过筛后，再将筛用力振动几下，又会落下一些颗粒，这些颗粒恰是通过筛孔的最大颗粒。从此中取出若干在分析天平上粒恰是通过筛孔的最大颗粒。从此中取出若干在分析天平上称重并数出颗粒数，按下式求出等体积球体直径称重并数出颗粒数，按下式求出等体积球体直径d d0 0。G G颗粒质量（颗粒质量（kgkg）n n颗粒数；颗粒数；颗粒密度（颗粒密度（kg/m3kg/m3）5颗粒球度颗粒球度 的定义：的定义：（四）滤料形状（四）滤料形状 根据实测滤料形状对过滤和反冲洗水力学特性的影响得出，根据实测滤料形状对过滤和反冲洗水力学特性的影响得出，天然砂滤料的球度系数一般宜采用天然砂滤料的球度系数一般宜采用0.750.75 0.800.80。（五）滤料孔隙率的测定（五）滤料孔隙率的测定 滤料层的孔隙率：滤料层的孔隙率：滤料层孔隙率与滤料粒形状、均匀程度以及压实程度有关：滤料层孔隙率与滤料粒形状、均匀程度以及压实程度有关：均匀粒径、不规则形状，均匀粒径、不规则形状，m m大；大；均匀粒径、均匀粒径、m m大；不均匀粒径、大；不均匀粒径、m m小；小；m m大含污能力高，对过滤有利。大含污能力高，对过滤有利。一般石英砂滤料一般石英砂滤料 m=0.42m=0.42，无烟煤。无烟煤。m=0.5m=0.5。6（六）滤料层的表面积六）滤料层的表面积粒径粒径d d，滤料的体积滤料的体积(1-(1-m m)，颗粒体积：，颗粒体积：颗粒数：颗粒数：表面积：表面积：7有两个问题值得讨论：有两个问题值得讨论：1.1.如何预示不同种类滤料的相互混杂程度；如何预示不同种类滤料的相互混杂程度；2.2.滤料混杂对过滤的影响。滤料混杂对过滤的影响。以石英砂为例（双层），在铺设滤料时，粒径小重度以石英砂为例（双层），在铺设滤料时，粒径小重度大的砂粒位于滤池底部，而粒径大大的砂粒位于滤池底部，而粒径大 、重度小的煤粒位于、重度小的煤粒位于滤层上部，但在反冲洗后，可能出现三种情况：滤层上部，但在反冲洗后，可能出现三种情况：（七）双层及多层滤料的级配（七）双层及多层滤料的级配8以上这种情况的出现，主要决定于煤砂的重度差、粒径差，砂的粒径级以上这种情况的出现，主要决定于煤砂的重度差、粒径差，砂的粒径级配配 、滤料的形状、水温及反冲洗强度。、滤料的形状、水温及反冲洗强度。1.1.分层正常，煤在上、砂在下；分层正常，煤在上、砂在下；2.2.煤砂相互混杂，也可能部分混杂（在煤砂交界面上）也可能完全混杂；煤砂相互混杂，也可能部分混杂（在煤砂交界面上）也可能完全混杂；3.3.煤砂分层颠倒，既上层砂、下层煤。煤砂分层颠倒，既上层砂、下层煤。正正 常常 （上煤、下砂）（上煤、下砂）部分混或全混部分混或全混 颠颠 倒倒（上砂、下煤）（上砂、下煤）在过滤中滤料的混杂现象在过滤中滤料的混杂现象 双层滤料滤池双层滤料滤池 （上煤、下砂）（上煤、下砂）9 煤砂在反冲洗以后，所以能够分层，主要原因是两种不同煤砂在反冲洗以后，所以能够分层，主要原因是两种不同比重的滤料在反冲洗上升水流中所形成的两种悬浮体比重不比重的滤料在反冲洗上升水流中所形成的两种悬浮体比重不同所致。同所致。（煤（煤水混合体，砂水混合体，砂水混合体）。水混合体）。比重大的趋向下层，比重小的趋向上层，反冲洗一旦停止，比重大的趋向下层，比重小的趋向上层，反冲洗一旦停止，两种滤料便保持分层状态。如果两种滤料形成的悬浮体比重两种滤料便保持分层状态。如果两种滤料形成的悬浮体比重相同，则将造成混杂。相同，则将造成混杂。（根据经验）最粗的无烟煤与最细的石英砂粒径之比在（根据经验）最粗的无烟煤与最细的石英砂粒径之比在3 34 4之间，可保持良好的分层状态，但交界面处一定的混杂也是之间，可保持良好的分层状态，但交界面处一定的混杂也是难免的。其混杂厚度在难免的。其混杂厚度在5 5cmcm左右。对过滤效果并无影响。左右。对过滤效果并无影响。10滤料混杂时对过滤有何影响，有两种观点：滤料混杂时对过滤有何影响，有两种观点：1.1.煤煤砂交界面上适度混杂，可避免交界面上积聚过多杂质砂交界面上适度混杂，可避免交界面上积聚过多杂质而使水头损失增加较快，故适度混杂是有宜的。而使水头损失增加较快，故适度混杂是有宜的。2.2.煤煤砂交界面不应有混杂现象，因为煤层起截留大量杂质砂交界面不应有混杂现象，因为煤层起截留大量杂质作用，砂层起精滤作用，而交界面分层清晰，起始水头损失作用，砂层起精滤作用，而交界面分层清晰，起始水头损失将较小。将较小。实际上，煤实际上，煤砂交界面上不同程度的混杂是难免的，只要不砂交界面上不同程度的混杂是难免的，只要不大于大于 5 5 cmcm左右左右就可以。就可以。另外，选用无烟煤时，要考虑煤的流失问题，在生产上此问另外，选用无烟煤时，要考虑煤的流失问题，在生产上此问题较严重。题较严重。11滤滤 料料 级级 配配 及及 滤滤 速速701.7重重质矿质矿石石dmax=0.5dmin=0.252301.5石英砂石英砂dmax=0.8dmin=0.5202518204501.7无烟煤无烟煤dmax=1.6dmin=0.8三三层滤层滤料料4002.0石英砂石英砂dmax=1.2dmin=0.5141810143004002.0无烟煤无烟煤dmax=1.8dmin=0.8双双层滤层滤料料10148107002.0dmax=1.2dmin=0.5单层单层石英砂石英砂滤滤料料厚度厚度（mm）不均匀系数不均匀系数K80粒径粒径（mm）强强制制滤滤速速（m/h）滤滤速速（m/h）滤滤料料组组成成类别类别注：滤料密度一般为：石注：滤料密度一般为：石 英英 砂砂 2.602.65 g/cm3;无无 烟烟 煤煤 1.401.60 g/cm3;重质矿石重质矿石 4.75.0 g/cm3。12取某天然河砂砂样取某天然河砂砂样300300g g，洗净后置于洗净后置于105 105 C C恒温箱中烘干，待冷却后称恒温箱中烘干，待冷却后称取取100100g g，用一组筛子过筛，最后秤出留在筛子上的重量，作好记录。用一组筛子过筛，最后秤出留在筛子上的重量，作好记录。13END14