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本论文属国家自然科学基金资助研究项目“不同材质均质滤料直接过滤过程的模拟、计算与控制”
(批准号 59778022)的一部分，
在全面分析了过滤机理的基础上，本文提出了均质滤料滤床的毛细管模型。即将均质滤料滤床的
过滤过程抽象描述为由无数条毛细管道组成的管束网。这些管束网具有以下特点:
(1)毛细管道的总空间与滤床的孔隙相同;
(2)毛细管道的总表面积与滤料的总表面积相同;
(3)毛细管的长度与滤床的深度相同。
如此描述后，得到毛细管的管径为:
dm=2E/3a(1-E)d.
单位面积滤池所拥有的毛细管数为:
n=9a2(1-E)2/πεd2
在均质滤料滤床毛细管模型的基础上，本文首次推导出了过滤过程中的滤层堵塞方程:
(δ)σ/(δ)t=λ1c-λ2/σ/ε0-σ/ν
过滤过程中的连续性方程:
(δ))σ/(δ)t+ν(δ)c/(δ)z+(ε0-σ)(δ)c/(δ)t=0
和过滤方程:
ν(δ)c/(δ)z+(ε0-σ)(δ)c/(δ)t=λ1c+λ2/σ/ε0-σ/ν
通过对上述方程的简化分析，求解出了滤层中的浊质最大比沉积量;
σmax=λ1c0ε0/λ1c0+λ2ν
滤层中的浊质比沉积量分布规律:
σ=σie(λ1/ν/λ2)z
滤层中的浊质浓度分布规律:
c+c0e/λ1/ν/z+σ1/ε0-σ1(1-e-λ2z)e-(λ1/ν/λ2)z
首次推导出过滤过程中的水头损失为清洁滤层的水头损失乘以水头系数。即:
H1=0.01872/μα20(1-ε0)2νL/ε30d20/=KtH0
其中水头系数Kt的计算式为:
Kt=l+1/θL/1n lε0-σ1e-α/ε0-σi+ε0/θL/σ1(1-e-α)/(ε0-σi)(ε0-σie-α)
通过分析指出:在过滤过程中，从严格的理论意义上来讲，在有限的过滤时间内，滤层中不可能
出现所谓的“完全饱和”阶段。也就是说，滤层不可能完全失去除浊能力。它的“饱和”是一个逐渐
逼近的过程。
传统观点认为，滤床的过滤过程是滤料表面的吸附过程。只要单位面积滤池中的滤料所具有的表
面积相同，则这样的滤池的过滤特性也就应该相同，从而导出了滤池的过滤特性与滤池的L/d相关。
但本文通过理论分析，首次提出“滤池的过滤特性并非与滤池的l/d相关，而是与滤池的L/d2 相
关”这一新观点。
本文首次提出了全面衡量过滤性能的评价指标—JP指标。其计算式为:
JP=HtLCe/ν2t2(C0-Ce)
本文还首次将正交试验设计方法引入到过滤试验的设计中，提高了试验效率;首次采用了改变滤
层层厚的方法进行过滤试验，以减小传统试验在滤层中部取样的方法所带来的系统误差。
采用4种混凝剂:FeCl3、AL2(SO4)3、PAC和PAM(F04240)，进行了152组试验。全面分析了各
组试验数据，反求出了在不同试验条件下的过滤系数λ1和λ2。并得出结论:在进行均质滤料直接过
滤时，Al2(SO4)3为最佳混凝剂;PAM(F04240)虽然可得到较好的出水水质，但易形成表层过滤，使水
头损失增长过快，同时还易在滤层中形成“泥球”，不易洗脱，因此不宜单独使用;PAC的过滤性能
较差，不宜在直接过滤中使用。