無煙煤濾料(liao)的水力篩分現現象(xiang)及(ji)顆(ke)粒的排列(lie)方式(shi)

一、濾料水力篩(shai)分現象

當濾(lv)料(liao)是單(dan)層(ceng)濾(lv)料(liao)時(shi)，由于(yu)濾(lv)料(liao)顆(ke)(ke)粒的(de)大(da)(da)小(xiao)不一，反沖洗時(shi)在上升水(shui)(shui)流中所受到的(de)重(zhong)力(li)不同，向上流動的(de)水(shui)(shui)流速(su)度(du)把濾(lv)層(ceng)托起(qi)來，使砂粒處于(yu)懸浮狀態，且順著水(shui)(shui)流方向從大(da)(da)到小(xiao)排(pai)列，反洗結束后(hou)，處于(yu)懸浮狀態的(de)濾(lv)料(liao)，自動地重(zhong)新按小(xiao)顆(ke)(ke)粒在上、大(da)(da)顆(ke)(ke)粒在下的(de)順序排(pai)列，這(zhe)稱為水(shui)(shui)力(li)篩分現象，又稱為水(shui)(shui)力(li)分級現象。

二(er)、濾料(liao)顆粒的排列方式與過濾性(xing)能的關系

濾(lv)(lv)料(liao)顆粒(li)的(de)排列方(fang)式是濾(lv)(lv)池(chi)過(guo)濾(lv)(lv)的(de)關鍵，順著過(guo)濾(lv)(lv)水流方(fang)向(xiang)觀察濾(lv)(lv)料(liao)粒(li)徑(jing)(jing)(jing)的(de)變化(hua)，大(da)約可以分為四種情(qing)況(kuang)，即粒(li)徑(jing)(jing)(jing)相同的(de)均(jun)徑(jing)(jing)(jing)濾(lv)(lv)床(chuang)、粒(li)徑(jing)(jing)(jing)由(you)小(xiao)變大(da)的(de)下向(xiang)流普通濾(lv)(lv)床(chuang)、粒(li)徑(jing)(jing)(jing)由(you)大(da)到小(xiao)的(de)上向(xiang)流濾(lv)(lv)床(chuang)、粒(li)徑(jing)(jing)(jing)在同一層(ceng)(ceng)內部(bu)粒(li)徑(jing)(jing)(jing)由(you)小(xiao)變大(da)排列的(de)雙層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)床(chuang)，如圖4-3所示(shi)。

在(zai)水的過濾過程(cheng)中(zhong)，水中(zhong)懸(xuan)浮(fu)(fu)雜質(zhi)在(zai)濾層行進(jin)過程(cheng)中(zhong)沿層逐(zhu)級截留，懸(xuan)浮(fu)(fu)雜質(zhi)是一群各種不同(tong)尺(chi)寸的雜質(zhi)混(hun)合群體(ti)，因尺(chi)寸和黏著力的差異，被截留的難易程(cheng)度是先易后難。因此，水在(zai)濾層流動過程(cheng)中(zhong)，易除(chu)去的懸(xuan)浮(fu)(fu)雜質(zhi)優先被上游(you)濾層截獲，殘留的較難除(chu)去的懸(xuan)浮(fu)(fu)雜質(zhi)進(jin)入(ru)下(xia)游(you)濾層。沿過濾水流方向看，越往(wang)濾層深處(chu)走所剩懸(xuan)浮(fu)(fu)雜質(zhi)的除(chu)去難度越大，故濾層的截污能力是隨濾料粒徑(jing)增加而變小的。

三、均徑濾床

在(zai)均徑濾(lv)(lv)床(chuang)中(zhong)(zhong)水中(zhong)(zhong)懸(xuan)(xuan)浮物除去難(nan)度(du)沿層(ceng)(ceng)增加，而濾(lv)(lv)料(liao)(liao)截污能力沒有相應增強，因此，上層(ceng)(ceng)沒能截留的(de)懸(xuan)(xuan)浮物也難(nan)被下層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)層(ceng)(ceng)截獲，或者說需要(yao)更厚一層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)才(cai)能達到與上層(ceng)(ceng)同等的(de)截污效果。可以(yi)看出，用均徑濾(lv)(lv)料(liao)(liao)所(suo)構成的(de)濾(lv)(lv)層(ceng)(ceng)對過濾(lv)(lv)是不理(li)(li)想的(de)，均徑濾(lv)(lv)料(liao)(liao)難(nan)于在(zai)生產中(zhong)(zhong)使用，在(zai)研究過濾(lv)(lv)的(de)理(li)(li)論時(shi)有時(shi)用均徑濾(lv)(lv)料(liao)(liao)做實驗。

四、普通濾床

當(dang)石英(ying)砂(sha)新裝入濾(lv)(lv)(lv)(lv)池時，形(xing)成的濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)是(shi)均(jun)質濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)，在水(shui)流反洗(xi)以(yi)后(hou)由于存在水(shui)力篩分(fen)現象，粒(li)徑小的濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)留在了(le)上層(ceng)，沿濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)的厚度方向濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)是(shi)按(an)從(cong)小到大的順序排列的。形(xing)成了(le)分(fen)級(ji)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)，如(ru)圖4-3(b)所(suo)示。可以(yi)說單層(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)的濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)都是(shi)分(fen)級(ji)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)。

分(fen)(fen)(fen)級(ji)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)在過濾(lv)(lv)(lv)(lv)時有兩個(ge)(ge)不(bu)(bu)利之處，一(yi)是上部濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)由(you)(you)于孔(kong)隙小(xiao)(xiao)，能(neng)(neng)容納的(de)(de)懸(xuan)浮固體(ti)(ti)比下部濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)少(shao)，整(zheng)個(ge)(ge)濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)的(de)(de)容納能(neng)(neng)力(li)不(bu)(bu)均勻。另(ling)一(yi)個(ge)(ge)是水(shui)流(liu)通(tong)過上部濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)的(de)(de)阻力(li)比下部大，在截(jie)留(liu)懸(xuan)浮固體(ti)(ti)后變(bian)得更嚴重。從整(zheng)體(ti)(ti)上看，這種(zhong)(zhong)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)方(fang)式是用截(jie)污(wu)(wu)能(neng)(neng)力(li)較(jiao)強的(de)(de)細濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(表(biao)層(ceng))去攔(lan)截(jie)水(shui)中容易除(chu)去的(de)(de)大顆粒雜質，用截(jie)污(wu)(wu)能(neng)(neng)力(li)較(jiao)弱的(de)(de)粗濾(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)(底層(ceng))去攔(lan)截(jie)水(shui)中較(jiao)難(nan)除(chu)去的(de)(de)小(xiao)(xiao)顆粒雜質，也(ye)就是說沿(yan)著水(shui)流(liu)方(fang)向濾(lv)(lv)(lv)(lv)床截(jie)污(wu)(wu)能(neng)(neng)力(li)由(you)(you)強到弱的(de)(de)變(bian)化與水(shui)中雜質先易后難(nan)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)級(ji)篩除(chu)很不(bu)(bu)適應。所以，該濾(lv)(lv)(lv)(lv)床出水(shui)水(shui)質差，過濾(lv)(lv)(lv)(lv)周期短。這種(zhong)(zhong)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)，事實上會造(zao)成污(wu)(wu)泥絕(jue)大部分(fen)(fen)(fen)堆積在上層(ceng)，導致濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)阻力(li)增長過快，水(shui)頭(tou)損(sun)失太(tai)大，在過濾(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)(de)水(shui)頭(tou)損(sun)失達到允許(xu)值的(de)(de)時候(hou)，整(zheng)個(ge)(ge)濾(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)的(de)(de)截(jie)留(liu)懸(xuan)浮固體(ti)(ti)能(neng)(neng)力(li)未能(neng)(neng)發揮出來。

五、上(shang)向流濾床(chuang)

從(cong)上面分析可(ke)(ke)以(yi)看出，單(dan)層濾(lv)(lv)料下向流過濾(lv)(lv)的固(gu)有缺陷是沿過濾(lv)(lv)水(shui)(shui)流方(fang)向濾(lv)(lv)料顆粒由(you)小(xiao)到大(da)排列，為消除這(zhe)一缺陷可(ke)(ke)以(yi)考慮改變水(shui)(shui)流方(fang)向，讓(rang)水(shui)(shui)自下而上通過濾(lv)(lv)料層，即采用向上流過濾(lv)(lv)，如(ru)圖4-3(c)所示。

采用向上(shang)流過濾(lv)(lv)時，濾(lv)(lv)料(liao)沿濾(lv)(lv)層(ceng)從粗到細排(pai)列，截(jie)污(wu)能(neng)力沿層(ceng)漸增，因(yin)而實現了全層(ceng)濾(lv)(lv)料(liao)截(jie)污(wu)能(neng)力與殘留雜(za)質(zhi)除去(qu)難度的較(jiao)佳(jia)匹配。這種濾(lv)(lv)床性能(neng)優越，截(jie)污(wu)容量(liang)大，過濾(lv)(lv)周期長，出水(shui)水(shui)質(zhi)好，水(shui)頭損(sun)失增長慢。

六(liu)、多層濾床

為消除單(dan)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料下向流(liu)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)的固有缺陷的另(ling)一(yi)個辦法是采用(yong)(yong)多層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料。通(tong)過選擇密(mi)度不同(tong)的兩種(zhong)或三種(zhong)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料，做到(dao)反沖洗后(hou)輕(qing)而粗(cu)(cu)的濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料在上(shang)層(ceng)(ceng)，細而重(zhong)的濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料處于(yu)下層(ceng)(ceng)，形成(cheng)(cheng)(cheng)上(shang)粗(cu)(cu)下細的較佳排列，圖(tu)4-3(d)為兩種(zhong)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料形成(cheng)(cheng)(cheng)的雙(shuang)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床示意圖(tu)。雙(shuang)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料每(mei)種(zhong)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料裝填一(yi)定高(gao)度形成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)層(ceng)(ceng)，兩層(ceng)(ceng)疊(die)加共同(tong)構(gou)成(cheng)(cheng)(cheng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床。現(xian)已用(yong)(yong)于(yu)生產的有無(wu)煙煤濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料和石英砂(sha)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)的雙(shuang)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床，以及無(wu)煙煤濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料、石英砂(sha)和重(zhong)質礦石組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)的三層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床。

當水由上而(er)下通過(guo)多(duo)層(ceng)濾(lv)(lv)(lv)料床(chuang)時(shi)，上部粗濾(lv)(lv)(lv)料除去水中較大尺寸的雜(za)質(zhi)起粗濾(lv)(lv)(lv)作用(yong)，下部細(xi)濾(lv)(lv)(lv)料進一(yi)步除去細(xi)小的剩余雜(za)質(zhi)起精(jing)濾(lv)(lv)(lv)作用(yong)，這樣每(mei)(mei)層(ceng)濾(lv)(lv)(lv)料發揮(hui)特長，截污能力得到(dao)充(chong)分發揮(hui)，所以，多(duo)層(ceng)濾(lv)(lv)(lv)床(chuang)出水濁度小，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)周期長，水頭(tou)損失小，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)性能比單層(ceng)優越。不過(guo)，就多(duo)層(ceng)濾(lv)(lv)(lv)床(chuang)的每(mei)(mei)一(yi)層(ceng)而(er)言，在(zai)(zai)反沖洗以后每(mei)(mei)層(ceng)濾(lv)(lv)(lv)料都存在(zai)(zai)各(ge)自的水力篩分現象(xiang)，仍然是上細(xi)下粗，單層(ceng)濾(lv)(lv)(lv)料床(chuang)的固有缺陷(xian)并沒(mei)有消除。

七、雙向流(liu)過濾

雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)向流(liu)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)就是在濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)中部設置(zhi)一出水的(de)(de)集(ji)水管，進(jin)(jin)水從池(chi)子上部和(he)池(chi)子下(xia)部同時流(liu)入，因此也(ye)稱雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)流(liu)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床。雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)流(liu)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床的(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)厚(hou)度約(yue)為(wei)單層(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床的(de)(de)兩(liang)倍，并具有下(xia)列特點：①由(you)于(yu)集(ji)水管上下(xia)都進(jin)(jin)水，一座雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)向濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床相當于(yu)兩(liang)座單層(ceng)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)床的(de)(de)作(zuo)用(yong)；②集(ji)水管下(xia)面的(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)起近似理想濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層(ceng)的(de)(de)作(zuo)用(yong)。雖(sui)然雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)向濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)池(chi)的(de)(de)閥門太多，結構(gou)也(ye)較復雜(za)，但由(you)于(yu)其工藝上的(de)(de)優(you)點，我國(guo)鍋爐給水中的(de)(de)壓力過濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器常采用(yong)雙(shuang)(shuang)(shuang)(shuang)向流(liu)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)。

通過上(shang)述(shu)分析，可以(yi)看出理想(xiang)的(de)濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)應該是(shi)沿著過濾(lv)(lv)(lv)水(shui)流的(de)方向(xiang)，濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)中濾(lv)(lv)(lv)料(liao)的(de)粒徑從大(da)(da)(da)到(dao)(dao)小遞減(jian)，由于濾(lv)(lv)(lv)料(liao)顆粒的(de)孔(kong)隙也是(shi)從大(da)(da)(da)到(dao)(dao)小遞減(jian)，創(chuang)造了(le)(le)兩個(ge)(ge)有(you)利(li)條件：一(yi)個(ge)(ge)是(shi)進入濾(lv)(lv)(lv)池的(de)水(shui)先接(jie)觸(chu)到(dao)(dao)的(de)那部(bu)(bu)(bu)分濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)能夠(gou)比后接(jie)觸(chu)到(dao)(dao)的(de)濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)多容納(na)懸浮固體；另一(yi)個(ge)(ge)是(shi)這(zhe)部(bu)(bu)(bu)分的(de)孔(kong)隙本(ben)來較(jiao)大(da)(da)(da)，在(zai)容納(na)更多的(de)懸浮固體后，仍然保留了(le)(le)一(yi)定(ding)的(de)孔(kong)隙大(da)(da)(da)小，允(yun)許水(shui)中的(de)懸浮物(wu)進入濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)的(de)內部(bu)(bu)(bu)，在(zai)過濾(lv)(lv)(lv)的(de)水(shui)頭損(sun)失達到(dao)(dao)較(jiao)大(da)(da)(da)允(yun)許值時，整個(ge)(ge)濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)都得到(dao)(dao)充分利(li)用。