过滤是水中悬浮物被滤料截留的过程,被截留的悬浮物充塞于滤料间的空隙。滤层孔隙尺度以及孔隙率的大小,在同种滤料、相同反冲洗条件下,随滤料粒度的加大而增加。即滤料粒度越粗,可容纳悬浮物的空间越大。其表现为过滤能力增强,纳污能力增加,截污量增加。同时,滤层孔隙越大,水中悬浮物越能被更深地输送至下一层滤层,在有足够厚度的条件下,悬浮物可以更多地被截留,使中下层滤层更好地发挥截留作用,滤池截污量增加。
有效粒径1.33mm石英砂滤料的截污能力比1.10mm石英砂滤料高出15%,有效粒径1.48mm石英砂滤料的截污能力比1.10mm石英砂滤料高出26%。可以看出,粒径为1.33mm的石英砂滤料,过滤过程中悬浮物被更深地携至中层,更多地发挥了中层滤料的截污作用,因而纳污能力强、过滤周期相应加长、产水量加大。从力学特性讲,滤料截留悬浮物依靠的是颗粒间的范德华力、库仑力和表面张力。这些力使悬浮物迁移并被吸附。
同时,过滤水流在滤层中的活动与滤料颗粒间的水流剪力,则具有使被截留吸附在滤料颗粒表面的悬浮物剥落的可能,并同时产生附加水头,即产生水头损失。滤料粒度增加,空隙标准加大,空隙空间增加,过水通道标准大,过滤水流阻力减弱,水头损失增量将得以延缓,其结果达到特定终止水头损失的过滤周期得以延长,产水量得到增加。由上述可得,滤料粒径大小、空隙度大小对过滤过程的影响,即滤料粒径增加、水头损失减小、过滤周期势必延长、产水量增加。
随着滤料粒径的加大,能更多地发挥下层滤料的截留作用,但同时也对穿透深度带来影响,即在其它条件等同时,粒径越粗穿透深度也越大。经絮凝后弱的絮体穿透深度与滤料粒径的三次方成正比,强的絮体穿透深度与滤料粒径的次方成正比。由此得出结论,相同厚度的滤层,在一定范围内,滤料粒径越粗,由于穿透深度越大,出水浊度将个如粒径较细的滤料。
在这里要说明的点,石英砂滤料、无烟煤滤料粒径越粗滤层截污能力越强、过滤周期产水量越大的观点应是建立在满足定出水水质(浊度)要求的前提下的。假如:一味地用出水水质做比较,在其它条件相同的情况下,粒径细的滤料出水浊度总要比粒径粗的滤料出水浊度低。这一点在实际工程中非常重要,叩为达到预期的水质要求,应尽量选用适当粗粒径的滤料,而不是用很粗粒径的滤料。
滤料粒度加大对过滤效果还会带来一个负作用。随着滤料粒径加大、孔隙度加大,所提供的表而积就会变小。而在快速滤池的过滤过程中,滤料所提供的颗粒表面积是至关重要的,由于快滤池的过滤能力来自滤料颗粒表而的吸附作用,滤料所提供的颗粒表而积越大,对水中悬浮物的附着力越强。滤料粒径加大就会导致表面积减小,从而降低过滤能力。因此,保证出水水质,单位面积滤层所提供的表面积需要满足某一很低量值以上的要求。在各种粒径范围的石英砂滤料中,小于指定下限粒径的不应大于3%,大于指定上限粒径的不应大于2%。