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1、过滤实验一、实验目的1、了解滤料级配原则；2、熟悉过滤实验设备的过滤、反冲洗过程；3、掌握过滤和反冲洗基本参数的求取方法。二、实验原理过滤是具有孔隙的物料层截留水中杂质从而使水得到澄清的工艺过程。过滤不仅可去除水中细小悬浮颗粒杂质，而且细菌、病毒及有机物也随浊度降低而被去除。过滤包括两个过程：即悬浮物颗粒脱离水流流线与滤料表面接触的迁移过程及悬浮颗粒在滤料表面被附着的过程，所以滤料层能截留粒径远比滤料孔隙小的悬浮物。在过滤当中，滤料起着核心的作用，为了取得良好的过滤效果，滤料应具有一定级配。滤料级配是指将不同粒径的滤料按一定的比例组合。滤料是带棱角的颗粒，不是规则的球体，所说的粒径是指把滤料颗
2、粒包围在内的球体直径（这是一个假想直径）。在生产中，简单的筛分方法是用一套不同孔径的筛子筛分滤料试样，选取合适的级配。我国现行的规范是采用0.5mm和1.2mm孔径的筛子进行筛选，取其中段，这种方法虽然简单易行，但却不能反映滤料粒径的均匀程度，因此还应该考虑级配的情况。能反映级配状况的指标是通过筛分曲线求得的有效粒径d10、d80和不均匀系数K80。d10时表示通过滤料重量10%的孔径，它反映滤料中细颗粒的尺寸，即产生水头损失的“有效”部分尺寸；d80时表示通过滤料重量80%的孔径，它反映滤料中粗颗粒的尺寸；K80=d80/d10。K80越大，表示粗细颗粒的尺寸相差越大，滤料粒径越不均匀，这样
3、的滤料对过滤及反冲洗均不利。尤其是反冲洗的时候，为了满足滤料粗颗粒的膨胀要求就会使细颗粒因为过大的反冲洗强度而被冲走；反之，若为了满足细颗粒不被冲走而减小冲洗强度，粗颗粒可能因为冲不起来而得不到充分的清洗。所以，滤料需要经过筛分以求得适宜的级配。在研究过滤过程的有关问题时，常常涉及到孔隙度的概念，其计算方法为：式中：m滤料孔隙度（%） Vn滤料层孔隙体积（m3） V滤料层体积（m3）要想过滤出水水质好，除了滤料组成须符合要求外，沉淀前或滤前投加混凝剂也是必不可少的。良好的滤层应不含有气泡，因为气泡对过滤有破坏作用，一是减少有效过滤面积，使过滤时的水头损失及滤速增加，严重时会破坏滤后水质；二是气
4、泡会穿过滤层上升，有可能把部分细滤料或轻质滤料带出，破坏滤层结构。为了保证滤后的水质和过滤速率，当过滤一段时间后，需要对滤层进行反冲洗，使滤料层在短时间内恢复工作能力。反冲洗流量增大后，滤料层完全膨胀，处于流态化状态。根据滤料层膨胀前后的厚度就可求出膨胀度：式中：L砂层膨胀后的厚度（m） L0砂层膨胀前的厚度（m）反冲洗的强度的大小决定了滤料层的膨胀度，膨胀度的大小直接影响了反冲洗的效果。反冲洗的强度取决于流速，但流速并不是越大越好，冲洗流速过大，滤层膨胀度过大，使得滤层空隙中的水流剪（冲刷）力降低，而且由于滤料颗粒过于分散，碰撞摩擦几率也减小，从而使得冲洗效果降低三、 实验装置与设备（一）实
5、验装置一个耐压的有机玻璃柱，柱的底部是承托层，上面是石英砂滤料，滤柱的上下分别有两个采样口，用以取样测定进出水浊度。过滤所用的原水由高处的高位水槽提供，以保证恒定的压头。通过一个调节阀控制流量，反冲洗用自来水进行。滤料柱属性：内径：100mm；堆积滤层厚度：40mm石英砂滤料属性：孔隙度：0.4；平均粒径：0.8mm；型度系数：0.8；密度：2.7g/cm3；滤料的筛分用孔径为2.00.2mm的一组筛子过筛。（二）实验设备及仪器仪表（1）过滤柱有机玻璃d=100mm，L=1500mm 1根（2）浊度仪 （加滤纸） 1台（3）烧杯 200mL（比色管50 mL） 8个（4）量筒 1000mL,
6、100mL 各1个（5）秒表、钢尺、温度计 各1个（6）硅藻土 四、实验步骤（一）清洁砂层过滤水头损失实验步骤（1）开启阀门6，冲洗滤层l min。（2）关闭阀门6，开启阀门5, 7，快滤5 min，砂面保持稳定。（3）调节阀门5, 7.使出水流量稳定后，测进水流量、浊度和水温。（4）分别测出滤柱过滤后1min、3min、5min、10min、15min、20min出水浊度，记入表51中。（5）量出滤层厚度L。（二）滤层反冲洗实验步骤（1）量出滤层厚度L0，慢慢开启反冲洗进水阀门6，使滤料刚刚膨胀起来待滤层表面稳定后，记录反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L。（2）开大反冲洗阀门6，变化反冲洗流量。
7、按步骤(1)测出反冲洗流量和滤层膨胀后的厚度L。（3）改变反冲洗流量68次，直至最后一次砂层膨胀率达100为止。测出反冲洗流量和膨胀后的厚度L，记入表52中。五、注意事项 (1）反冲洗滤柱中的滤料时，不要使进水阀门开启过大，应缓慢打开以防滤料冲出柱外。 (2）在过滤实验前，滤层中应保持一定水位，不要把水放空。 (3）反冲洗时，为了准确地量出砂层厚度一定要在砂面稳定后再测量，并在每一个反冲洗流量下连续测量三次。六、实验结果整理 实验日期： 年 月 日（一）清洁砂层过滤水头损失实验结果整理过滤柱d=100mm, L150mm.,横截面积W= m2，水温 ，滤速= m/h，流量= L/h，进水浊度=
8、 NTU (1)将过滤时所测出水浊度、填入表51中；(2)求出浊度去除率；(3)根据表51数据绘出浊度去除率随时间变化曲线。表51 过滤实验记录过滤时间/min出水浊度(NTU)浊度去除率(%)（三）滤层反冲洗实验结果整理反冲洗前滤层厚度L0=_cm。(1)按照反冲洗流量变化情况、膨胀后砂层厚度填入表5-2；(2）求出滤层膨胀度。记入表5-2中。(3)根据表52数据绘出滤层膨胀率随反冲洗流量变化曲线。表5-2 滤层反冲洗实验记录序号反冲洗流量(L/h)膨胀后砂层厚度(cm)砂层膨胀度(%)七、思考题（1）滤层内有空气泡时对过滤、冲洗有何影响？（2）冲洗强度为何不宜过大？（3）实验结果能获取哪些工艺设计参数？- 1 -
