文档介绍：5. 快滤的理论和模型
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。

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:
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(dp2和ρs-ρ)。
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)
(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
不同的经验速率表达式:
a.
b.
c.
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。
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
(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)。