滤料的粒径与级配

    滤料颗粒的大小用“粒径”表示，粒径是指能把滤料颗粒包围在内的一个假想球面的直径，如图3.7所示。滤料颗粒间的数量关系由筛分试验求得，具体方法如下。
    取砂样约300克，置于105℃的恒温箱中烘干，从干砂样中称取100—200克(准至0.01克)，放于一组筛中过筛，较后称出留在每一筛上的颗粒重量，得表3.2的筛分结果。表3.2的结果可以绘成图3.8的曲线，称为沙样的级配曲线。
    有了这个级配曲线，就可以了解许多有关滤料级配的术语。例如曲线与纵座标10％交点的横座标筛孔就叫做d₁₀，同样的关系可以得d₈₀、d₁₀称为有效粒径，指小于它的颗粒是产生水头损失的主要部分。d₈₀/d₁₀的比值叫做不均匀系数。从图中得：有效粒径d₁₀＝0.53毫米，d₈₀＝1.05毫米，并算得不均匀系数K₈₀»2。
    d₁₀反映了沙样中小颗粒的大小，K₈₀反映砂样颗粒大小不均匀程度，所以这两个指标对于砂样颗粒的大小关系基本上给出了一个的概念。
    不均匀系数越大。则大小颗粒间的差别越大，大小颗粒掺杂的结果，会降低滤料层的孔隙率，影响滤料层的含污能力和增加过滤时的阻力。
    什么叫滤料层的孔隙率?滤料层的孔隙率是指滤料颗粒间空隙的体积与滤料层的体积(它等于滤料颗粒的总体积与滤料颗粒间空隙的体积之和)的比值。目前常用的砂滤料的孔隙率约为0.40。无烟煤的孔隙率约为0.5。
    什么叫滤料的含污能力?滤料的含污能力是指在保持滤池的出水水质的条件下，在整个工作周期内，单位体积滤料内的含泥量。可用公斤/米³或克/厘米³表示。在同样的水质条件下，滤料的含污能力降低，则滤池的工作周期要缩短。
    上边介绍的方法是一般的表示筛分资料的方法，在经营中应用是比较方便的。但是为了*更好的滤料粒度的数据，特别是用于有关理论的计算时，这样得出的粒径的大小有两个缺点：(1)筛子孔径在供应及使用上有较大误差，(2)由于滤料形状是不规则的，所以只能反映颗粒能通过筛孔，反映不了它的形状，但实际的颗粒也可能是扁的，也可能是长条的，它们的重量及体积可能差得很远。为了解决上述矛盾，另有一种表示粒度的方法，就是用“筛的校准孔径”代替筛子的名义孔径。校准孔径d¢的求法如下：将滤料砂样放在筛孔为d的筛里面，筛掉那些细沙。筛完后将筛放在另一张纸上，并用盖将筛盖好。用劲将筛振动几下，这样又有一些颗粒筛落下来。这些颗粒代表恰好通过筛孔d的颗粒，从这些颗粒中取出n个，在分析天平上称其重量(通常称出100毫克)数出其粒数，再用下式计算筛的校准孔径：

                                                     (3.3)

式中 y——滤料颗粒的容重；
W——天平上称出的重量；
n——在W重量内，滤料的颗粒数。

    校准孔径d¢的意义见图3.9。d¢相当于恰好通过筛孔d的沙粒的等体积球体的直径。表3.2的筛分记录和图3.9的级配曲线都给出了校准孔径d¢和名义孔径d。
    由于同一来源的砂，它们在自然界形成的过程是相同的，所以每一颗粒的形状，也大致会一样，例如根据某一砂样的实测资料，如砂的体积为1，其三个垂直方向的长度约为1.38，1.05及0.69，即是一个证明。因此，用筛的校准孔径的方法表示粒径大小，基本上反映了颗粒的形状，同时也消除了筛孔的误差。筛孔校准后的级配曲线如图3.8所示，其d₁₀，d₈₀及K₈₀均较未校准的要小。
    除上述两种方法表示外，还会遇到有用当量粒径及平均粒径(即d₅₀)表示粒径大小的。
    当量粒径d_e可以按下式计算：

                                                     (3.4)

    式中符号的意义是将筛分级配曲线分为若干段，每段在粒径d_i1及_i2之间，其平均粒径为d_i，相应于d_i1及d_i2间的颗粒重量％为p_i。
平均粒径d₅₀为滤料重量的50％通过的筛孔孔径。当量粒径d_e与平均粒径d₅₀的数值一般都很接近。
    实践中较简便的方法是规定较大和较小两种粒径，用相应的两种筛子来定制滤料，截留于小孔径筛子上的滤料都合用。其较大和较小粒径一般会和它的d₃₀和d₁₀值相接近，这样K₈₀值也就自然地定出，不必另行规定。