全面解析多介質(zhì)過(guò)濾器的設(shè)計(jì)原理

多介質(zhì)過(guò)濾器是利用一種或幾種過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力下把濁度較高的水通過(guò)一定厚度的粒狀或非粒材料，從而有效的除去懸浮雜質(zhì)使水澄清的過(guò)程，常用的濾料有石英砂，無(wú)煙煤，錳砂等，主要用于水處理除濁，軟化水，純水的前級(jí)預(yù)處理等，出水濁度可達(dá)3度以下。

過(guò)濾的含義，在水處理過(guò)程中，過(guò)濾一般是指以石英砂、無(wú)煙煤等濾料層截留水中懸浮雜質(zhì)，從而使水獲得澄清的工藝過(guò)程。 用于過(guò)濾的多孔材料稱為濾料，石英砂是最常見(jiàn)的濾料。濾料有粒狀，粉狀和纖維狀多種。常用濾料有石英砂、無(wú)煙煤、活性炭、磁鐵礦、拓榴石、陶瓷、塑料球等。多介質(zhì)過(guò)濾器（濾床），既采用兩種以上的介質(zhì)作為濾層的介質(zhì)過(guò)濾器，在工業(yè)循環(huán)水處理系統(tǒng)中，用以去除污水中雜質(zhì)、吸附油等，使水質(zhì)符合循環(huán)使用的要求。過(guò)濾的作用，主要是去除水中的懸浮或膠態(tài)雜質(zhì)，特別是能有效地去除沉淀技術(shù)不能去除的微小粒子和細(xì)菌等，BODs和COD等也有某種程度的去除效果。

其中過(guò)濾器體主要包括以下組件：簡(jiǎn)體；布水組件；支撐組件；反洗氣管；濾料；排氣閥(外置)等。

多介質(zhì)過(guò)濾器工作原理

多介質(zhì)過(guò)濾器(又稱機(jī)械過(guò)濾器)是以成層狀的無(wú)煙煤、砂、細(xì)碎的石榴石或其他材料為床層，床的頂層由最輕和最粗品級(jí)的材料組成，而最重和最細(xì)品級(jí)的材料放在床的低部。其原理為按深度過(guò)濾--水中較大的顆粒在頂層被去除，較小的顆粒在過(guò)濾器介質(zhì)的較深處被去除。從而使水質(zhì)達(dá)到粗過(guò)濾后的標(biāo)準(zhǔn)。

多介質(zhì)過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)

 1、多介質(zhì)過(guò)濾器的分類： 多介質(zhì)過(guò)濾器直徑可從Ф300mm—Ф3000mm，依據(jù)直徑大小可分為大型過(guò)濾器和小型過(guò)濾器。一般直徑小于1000mm的稱為小型過(guò)濾器，直徑大于1000mm的稱為大型過(guò)濾器。其產(chǎn)水能力約為：0.5—80噸/時(shí)。

2、多介質(zhì)過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)：

　　A、殼體 多介質(zhì)過(guò)濾器的殼體有鋼襯膠，或不銹鋼，或玻璃鋼或塑料等。

　　B、濾料 根據(jù)原水的不同和使用范圍的不同，多介質(zhì)過(guò)濾器的濾料有石英砂、石英石、無(wú)煙煤等。

　　C、布（集）水系統(tǒng) 有多孔板（管）、濾水帽等。

　　D、操作系統(tǒng) 有管道、閥門、流量計(jì)及壓力表等。

濾料的選擇依據(jù)

(1)必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以免在反沖洗過(guò)程中很快地磨損和破碎； 　　

(2)化學(xué)穩(wěn)定性要好； 　　

(3)不含有對(duì)人體健康有害及有毒物質(zhì)，不含有對(duì)生產(chǎn)有害、影響生產(chǎn)的物質(zhì)； 　　

(4)濾料的選擇，應(yīng)盡量采用吸附能力、截污能力大、產(chǎn)水量高、出水水質(zhì)好的濾料。 　　

在濾料中，卵石主要是起支撐作用，在過(guò)濾工藝過(guò)程中，因其強(qiáng)度高，相互之間的間距縫隙穩(wěn)定，孔隙大，便于正洗工序中，濾后水順利通過(guò)；同樣，反洗工序中，反洗水和反洗空氣等能順利通過(guò)。常規(guī)配置中，卵石分為四種規(guī)格，鋪墊方式為自下而上先大后小。

在水處理上使用的多介質(zhì)過(guò)濾器，常見(jiàn)的有：無(wú)煙煤-石英砂-磁鐵礦過(guò)濾器，活性炭-石英砂-磁鐵礦過(guò)濾器，活性炭-石英砂過(guò)濾器，石英砂-陶瓷過(guò)濾器等。

多介質(zhì)過(guò)濾器的濾層設(shè)計(jì)，主要考慮的因素為：

1、不同濾料具有較大的密度差，保證反洗擾動(dòng)后不會(huì)發(fā)生混層現(xiàn)象。 　　

2、根據(jù)產(chǎn)水用途選擇濾料。 　　

3、粒徑要求下層濾料粒徑小于上層濾料粒徑，以保證下層濾料的有效性和充分利用。 

事實(shí)上，以三層濾床為例，上層濾料粒徑最大，有密度小的輕質(zhì)濾料組成，如無(wú)煙煤、活性炭；中層濾料粒徑居中，密度居中，一般為石英砂組成；下層濾料由粒徑最小，密度最大的重質(zhì)濾料組成，如磁鐵礦。由于密度差的限制，三層介質(zhì)過(guò)濾器的濾料選擇基本上是固定的。上層濾料起粗濾作用，下層濾料起精濾作用，這樣就充分發(fā)揮了多介質(zhì)濾床的作用，出水水質(zhì)明顯好于單層濾料的濾床。而對(duì)于飲用水，一般禁止使用無(wú)煙煤，樹(shù)脂等濾料。

石英砂過(guò)濾器

石英砂過(guò)濾器是一種采用石英砂作為濾料的過(guò)濾器?？捎行コ械膽腋∥?，并對(duì)水中的膠體、鐵、有機(jī)物、農(nóng)藥、錳、細(xì)菌、病毒等污染物有明顯的去除作用。其有過(guò)濾阻力小，比表面積大，耐酸堿性強(qiáng)，耐氧化，PH適用范圍為2-13，抗污染性好等優(yōu)點(diǎn)，石英砂過(guò)濾器的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)還在于通過(guò)優(yōu)化濾料和過(guò)濾器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了過(guò)濾器的自適應(yīng)運(yùn)行，濾料對(duì)原水濃度、操作條件、預(yù)處置工藝等具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，即在過(guò)濾時(shí)濾床自動(dòng)形成上疏下密狀態(tài)，有利于在各種運(yùn)行條件下保證出水水質(zhì)，反洗時(shí)濾料充分散開(kāi)，清洗效果好。砂過(guò)濾器具有過(guò)濾速度快、過(guò)濾精度高、截污容量大等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于電力、電子、飲料、自來(lái)水、石油、化工、冶金、紡織、造紙、食品、游泳池、市政工程等各種工藝用水、生活用水、循環(huán)用水和廢水的預(yù)處理領(lǐng)域。石英砂過(guò)濾器設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、處理流量大、反沖次數(shù)少、過(guò)濾效率高、阻力小、操作維修方便等特點(diǎn)。

活性炭過(guò)濾器

濾料為活性炭，用于去除色、味、余氯和有機(jī)物，其主要作用方式是吸附，活性炭是一種人工制成的吸附劑。 

活性碳過(guò)濾器廣泛用于生活用水及食品工業(yè)、化工、電力等行業(yè)的水的預(yù)處理。由于活性炭具有發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，因此對(duì)水中的溶解性有機(jī)物，如苯類，酚類化合物等具有很強(qiáng)的吸附能力，而且對(duì)于用生物法和化學(xué)法很難去除的有機(jī)污染物，如色度、異臭、表面活性劑、合成洗滌劑和染料等都有較好的去除效果。粒狀活性炭對(duì)水中的Ag^+，Cd^2+，CrO4^2-等離子去除率達(dá)85%以上。通過(guò)活性炭濾床后，水中懸固小于0.1mg/L，COD去除率一般為40%~50%，游離氯小于0.1mg/L。

反沖洗工藝

過(guò)濾器的反洗，主要是指過(guò)濾器在使用一定周期后，其濾料層截留和吸附一定量的雜物和污漬，這使得過(guò)濾器的出水水質(zhì)下降，主要表征：過(guò)濾器的正常濾后水質(zhì)變差，進(jìn)水和出水管道的壓力差增大，同時(shí)，單臺(tái)過(guò)濾器的流量降低。 反沖洗的原理：水流逆向通過(guò)濾料層，使濾層膨脹、懸浮，借助水流的剪切力和顆粒的碰撞摩擦力清洗濾料層使濾層內(nèi)的污物脫離并隨反洗水排出。

反沖洗的必要性

(1)在過(guò)濾過(guò)程中，原水中的懸浮物等被濾料層截留吸附并不斷地在濾料層中積累，于是濾層孔隙逐漸被污物堵塞，在濾層表面形成濾餅，過(guò)濾水頭損失不斷增加。當(dāng)達(dá)到某一限度時(shí)，濾料需進(jìn)行清洗，使濾層恢復(fù)工作性能，繼續(xù)工作。 　

(2)過(guò)濾時(shí)由于水頭損失增加，水流對(duì)吸附在濾料表面的污物的剪切力變大，其中有些顆粒在水流的沖擊下移到下層濾料中去，最終會(huì)使水中的懸浮物含量不斷上升，水質(zhì)變差，當(dāng)雜質(zhì)透過(guò)濾層時(shí)，過(guò)濾器失去過(guò)濾效果。因此，到一定程度時(shí)，需要清洗濾料，以便恢復(fù)濾料層的納污能力。 　　

(3)污水中的懸浮物中含有大量有機(jī)物，長(zhǎng)期滯留在濾層中會(huì)導(dǎo)致濾層中細(xì)菌微生物富集繁殖，發(fā)生厭氧腐敗現(xiàn)象，需定期清洗濾料。

反沖洗參數(shù)控制和確定

(1)膨脹高度：反沖洗時(shí)，為了保證濾料顆粒有足夠的間隙使污物迅速隨水排出濾層，濾層膨脹率應(yīng)大一些。但膨脹率過(guò)大時(shí)，單位體積中濾料的顆粒數(shù)變少，顆粒碰撞的機(jī)會(huì)也減少，所以對(duì)清洗不利。雙層濾料，膨脹率為40％----50％ 。 注意：在生產(chǎn)運(yùn)行中，對(duì)濾料的填充高度、膨脹高度等隨機(jī)進(jìn)行檢查，因?yàn)檎７聪催^(guò)程中，會(huì)有部分濾料的跑失或磨損，需要進(jìn)行補(bǔ)充。相對(duì)穩(wěn)定的濾層，有以下優(yōu)點(diǎn)：確保過(guò)濾水質(zhì)的穩(wěn)定，保證反沖洗的效果。(2)反洗水量和壓力：一般設(shè)計(jì)要求，反洗水的強(qiáng)度為40 m3／(m2?h)，反洗水的壓力≤0．15 MPa。(3)反洗空氣量和壓力：反洗空氣的強(qiáng)度為15 m ／(m ?h)，反洗空氣的壓力≤0．15 MPa。 注意：在反洗過(guò)程中，通入的反洗空氣匯集于過(guò)濾器的頂部，大部分應(yīng)通過(guò)雙孔排氣閥排出。日常生產(chǎn)中。需經(jīng)常檢查排氣閥的通暢性，主要表征在閥球升降的自由度上。

氣水聯(lián)合反洗

(1)先用空氣沖洗，再用水反沖洗：首先將濾池水位降至濾層表面上100 mm處，通入空氣數(shù)分鐘，然后用水反沖洗。適用于表面污染重而內(nèi)部污染輕的濾池。

注意：相應(yīng)的閥門，關(guān)閉必須到位；否則，水位降到濾層表面以下時(shí)，濾層的上部沒(méi)有水的浸潤(rùn)，顆粒的上下擾動(dòng)過(guò)程中，污物不能有效排出，反而會(huì)往濾層深處移動(dòng)。

(2)空氣和水聯(lián)合反洗：從靜止濾層下部同時(shí)送入空氣和反洗水，空氣在上升過(guò)程中在砂層內(nèi)合形成大氣泡，遇到濾料時(shí)又變成小氣泡，同時(shí)對(duì)濾料表面產(chǎn)生擦洗作用；反洗水頂松濾層，使濾料呈懸浮狀態(tài)，利于空氣對(duì)濾料的擦洗。反洗水和反洗空氣的膨脹作用相互疊加，比單一進(jìn)行時(shí)，作用更強(qiáng)。

注意：水的反洗壓力和空氣的反洗壓力和強(qiáng)度不同，應(yīng)注意先后順序，避免反洗水進(jìn)入空氣管道。

(3)在氣水聯(lián)合反洗結(jié)束后，停止進(jìn)入空氣，反洗水保持相同的流量，繼續(xù)沖洗3 min ~5 min，即可去除遺留在濾床中的氣泡。

備注：可留意頂部雙孔排氣閥的狀態(tài)。

濾料板結(jié)原因分析

(1)截留在濾層上表層的污物，如果在一定周期內(nèi)，不能有效地去除，在隨后的反洗過(guò)程中，如果反洗空氣的分布不均勻會(huì)導(dǎo)致膨脹高度不均勻，隨著反洗空氣的搓動(dòng)，搓動(dòng)量小的地方，濾料表面的油污等雜質(zhì)不能有效去除，在投入下一正常濾水周期后，局部負(fù)荷增大，雜質(zhì)會(huì)從表面沉入內(nèi)部，球團(tuán)逐漸增大，并同時(shí)向過(guò)濾器的填充深度內(nèi)延伸，直至整個(gè)過(guò)濾器失效。 　　備注：實(shí)際運(yùn)行中，反洗空氣不均勻的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，主要是由于底部布?xì)夤艿赖拇┛?、局部濾帽的堵塞或損壞或是柵管間距的變形等原因引起。 

(2)濾層的表面濾料顆粒細(xì)小，反沖洗時(shí)相互碰撞機(jī)會(huì)少，動(dòng)量小，所以不易清洗干凈。附著的砂粒易結(jié)成小泥球。當(dāng)反沖洗結(jié)束濾層重新級(jí)配時(shí)，泥球就進(jìn)入下層濾料中，隨著泥球的長(zhǎng)大不斷向深處移動(dòng)。 

(3)原水中所包含的油，截留在過(guò)濾器內(nèi)，經(jīng)反洗并殘余部分，日積月累，是導(dǎo)致過(guò)濾器濾料板結(jié)的主要因素。何時(shí)進(jìn)行反洗可根據(jù)原水的水質(zhì)特點(diǎn)和出水水質(zhì)要求，采用限定水頭損失、出水水質(zhì)或過(guò)濾時(shí)間等標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。