多介质过滤器分析

多介质过滤器是指过滤器中含有多种过滤介质，在设定压力下使浊度较高的水通过，从而有效除去悬浮杂质，使水澄清的水处理设备。不同的介质滤料按不同要求及比重依次装填于过滤器中，所以叫多介质过滤器。

常用的滤料有石英砂、无烟煤、锰砂、石榴石、活性炭等。主要使用于水处理除浊，软化水，纯水的前级预处理等，出水浊度可达3度以下。 

一、简介

过滤的含义：在水处理过程中，过滤一般是指以石英砂、无烟煤等滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水澄清的工艺过程。用于过滤的多孔材料称为滤料，滤料有粒状、粉状和纤维状多种，常用滤料有石英砂、无烟煤、活性炭、磁铁矿、拓榴石、多孔陶瓷、塑料球等，石英砂是常见、常用的滤料。

多介质过滤器，即采用两种以上的介质作为滤层的介质过滤器，在工业循环水处理系统中，用以去除污水中杂质、吸附油等，使水质符合循环使用的要求。过滤的作用，主要是去除水中的悬浮或胶态杂质，特别是能有效地去除沉淀技术不能去除的微小粒子和细菌等，BOD5和COD等也有某种程度的去除效果。

二、结构介绍

多介质过滤器广泛用于水处理的工艺中，多介质过滤器主要由过滤器体、配套管线和阀门构成。其中过滤器体又包括：

1、 筒体；

2、反洗气管；

3、布水组件；

4、支撑组件；

5、滤料；

6、排气阀（外置）。

三、作用

多介质过滤器可去除水中的泥砂、悬浮物、胶体等杂质和藻类等生物，降低对反渗透膜元件的机械损伤及污染。

四、内滤层组成

过滤器内多介质滤料为均粒砾石、石英砂、磁铁矿、无烟煤等滤料，这些滤料根据其比重和粒径的大小在过滤器罐体内科学有序的分布，如比重小而粒径稍大的无烟煤放在滤床的上层，比重适中和粒径小的石英砂放在滤床的中层，比重大和粒径大的砾石放在滤床的下层。这样的配比保证了过滤器在进行反洗的时候不会产生乱层现象，从而保证了滤料的截留能力。

五、原理

多介质过滤器是以成层状的无烟煤、砂、细碎的石榴石或其他材料为床层，一个典型的多介质过滤器顶层由较轻和粗品级的材料组成，而较重和细品级的材料放在床的低部。其原理为按深度过滤——水中较大的颗粒在顶层被去除，较小的颗粒在过滤器介质的较深处被去除。从而使水质达到粗过滤后的标准。

设备为压力式，其原理是当原水自上而下通过滤料时，水中悬浮物由于吸附和机械阻流作用被滤层表面截留下来；当水流进滤层中间时，由于滤料层中的砂粒排列的更紧密，使水中微粒有更多的机会与砂粒碰撞，于是水中凝絮物、悬浮物和砂粒表面相互粘附，水中杂质截留在滤料层中，从而得到澄清的水质。经过滤后的出水悬浮物可在5毫克/升以下。

六、特点

1、多介质过滤器广泛用于水处理的工艺中，可以单独使用，但多数是做为水质深度处理（交换树脂、电渗析、反渗透）的预过滤。

2、多介质过滤器是常用的水质深度净化的预处理装置，可根据工艺要求填加不同的滤料。

3、多介质过滤器材质可采用玻璃钢、A3钢防腐或衬胶、全不锈钢。操作方式有全自动和手动两种形式，自动控制是采用美国进口的自动控制器及气、液动阀控制，操作简便易于维护保养，在各行各业水处理工艺的前处理装置得到广泛的应用。

4、多介质过滤器的过滤材料应有足够的化学稳定性，各介质的相对密度和粒径应有差别，由无烟煤与石英砂组成的双层滤料过滤器所用的无烟煤相对密度为1.4—1.6，粒径为0.8—1.8mm，石英砂相对密度为2.6—2.65，粒径为0.5—1.2mm;3层滤料过滤器除了以上两种滤料外还可以用锰砂、磁铁矿之类的重质矿石，其相对密度为4.7—5.0，粒径为0.5—4mm。

七、构造

多介质过滤器主要由过滤器体、配套管线和阀门构成。

其中过滤器体主要包括以下组件：筒体；布水组件；支撑组件；反洗气管；滤料；排气阀（外置）等。

八、滤料选择

1、有足够的机械强度，以免在反冲洗过程中很快磨损和破碎；

2、化学稳定性要好；

3、不含有对人体健康有害及有毒物质，不含有对生产有害、影响生产的物质；

4、滤料的选择，应尽量采用吸附能力、截污能力大、产水量高、出水水质好的滤料。

在滤料中，卵石主要起支撑作用，在过滤工艺过程中，因其强度高，相互之间的间距缝隙稳定，孔隙大，便于正洗工序中，滤后水顺利通过；同样，反洗工序中，反洗水和反洗空气等能顺利通过。

5、常规配置中，卵石分为四种规格，铺垫方式为自下而上先大后小。

6、滤料的粒径和装填高度之间的关系：

滤床的高度和滤料的平均粒径的比值为800～1 000（设计规范）。

滤料的粒径的大小和过滤精度相关。

九、滤料类型

多介质过滤器常见的滤料有：无烟煤，陶粒、石英砂、活性炭等。

1、多介质类

在水处理上经常使用的多介质过滤器有：无烟煤-石英砂-磁铁矿过滤器，活性炭-石英砂-磁铁矿过滤器，活性炭-石英砂过滤器，石英砂-陶瓷过滤器等。

多介质过滤器的滤层设计，主要考虑的因素为：

（1）不同滤料具有较大的密度差，保证反洗扰动后不会发生混层现象；

（2）根据产水用途选择滤料；

（3）粒径要求下层滤料粒径小于上层滤料粒径，以保证下层滤料的有效性和充分利用。

事实上，以三层滤床为例，上层滤料粒径较大，由密度小的轻质滤料组成，如无烟煤、活性炭；中层滤料粒径居中，密度居中，一般为石英砂组成；下层滤料由粒径小，密度大的重质滤料组成，如磁铁矿。由于密度差的限制，三层介质过滤器的滤料选择基本上是固定的。上层滤料起粗滤作用，下层滤料起精滤作用，这样就充分发挥了多介质滤床的作用，出水水质明显好于单层滤料的滤床。

而对于饮用水，一般禁止使用无烟煤，树脂等滤料。

2、石英砂类

石英砂过滤器是一种采用石英砂作为滤料的过滤器。优点如下：

（1）可有效去除水中的悬浮物，对水中的胶体、铁、有机物、农药、锰、细菌、病毒等污染物有明显的去除作用；

（2）石英砂过滤器设备结构简单、运行可以实现自动控制、处理流量大、反冲次数少、过滤效率高、阻力小、操作维修方便；

（3）石英砂过滤器有过滤阻力小，表面积大，耐酸碱性强，耐氧化，PH适用范围为2-13，抗污染性好等优点；

（4）石英砂过滤器通过优化滤料和过滤器的设计，实现了过滤器的自适应运行，滤料对原水浓度、操作条件、预处置工艺等具有很强的自适应性，即在过滤时滤床自动形成上疏下密状态，有利于在各种运行条件下保证出水水质，反洗时滤料充分散开，清洗效果好。

（5）石英砂过滤器具有过滤速度快、过滤精度高、截污容量大等优点。

石英砂过滤器广泛用于电力、电子、饮料、自来水、石油、化工、冶金、纺织、造纸、食品、游泳池、市政工程等各种工艺用水、生活用水、循环用水和废水的预处理领域。

3、铁锰类

装填精制锰砂和石英砂二元滤料，用于去除水中铁、锰。一般只在含铁锰原水的预处理中使用。

4、活性炭类

滤料为活性炭，用于去除色、味、余氯和有机物，其主要作用方式是吸附，活性炭是一种人工制成的吸附剂。

活性碳过滤器广泛用于生活用水及食品工业、化工、电力等行业的水的预处理。由于活性炭具有发达的细孔结构和巨大的比表面积，因此对水中的溶解性有机物，如苯类，酚类化合物等具有很强的吸附能力，而且对于用生物法和化学法很难去除的有机污染物，如色度、异臭、表面活性剂、合成洗涤剂和染料等都有较好的去除效果。

十、过滤器反冲洗

过滤器反冲洗：过滤器在使用周期后，其滤料层截留和吸附的杂物和污渍，这使得过滤器的出水水质下降。过滤器的反冲洗指过滤器净化后水反向冲洗，以恢复过滤器净化功能，去除过滤器堵塞，减小过滤器两端压差。

1、主要表征

过滤器正常过滤后水质变差，进水和出水管道的压力差加大，同时，单台过滤器的流量降低。

2、原理

水流逆向通过滤料层，使滤层膨胀、悬浮，借助水流的剪切力和颗粒的碰撞摩擦力清洗滤料层使滤层内的污物脱离并随反洗水排出。

3、过滤器反冲洗的必要性

（1）在过滤过程中，原水中的悬浮物等被滤料层截留吸附并不断地在滤料层中积累，于是滤层孔隙逐渐被污物堵塞，在滤层表面形成滤饼，过滤水头损失不断增加。当达到某一限度时，滤料需进行清洗，使滤层恢复工作性能，继续工作。

（2）过滤时由于水头损失增加，水流对吸附在滤料表面的污物的剪切力变大，其中有些颗粒在水流的冲击下移到下层滤料中去，会使水中的悬浮物含量不断上升，水质变差，当杂质透过滤层时，过滤器失去过滤效果。因此，到限定程度时，需要清洗滤料，以便恢复滤料层的纳污能力。

（3）污水中的悬浮物中含有大量有机物，长期滞留在滤层中会导致滤层中细菌微生物富集繁殖，发生厌氧腐败现象，需定期清洗滤料。

十一、参数分析

1、参数控制

（1）膨胀高度：反冲洗时，为了保证滤料颗粒有足够的间隙使污物迅速随水排出滤层，滤层膨胀率应大一些。但膨胀率过大时，单位体积中滤料的颗粒数变少，颗粒碰撞的机会也减少，所以对清洗不利。

注意事项：在生产运行中，对滤料的填充高度、膨胀高度等随机进行检查，因为正常反洗过程中，会有部分滤料的跑失或磨损，需要进行补充。相对稳定的滤层有以下优点：确保过滤水质的稳定，保证反冲洗的效果。

（2）反洗水量和压力：一般设计要求，反洗水的强度为40 m3/(m2—h)，反洗水的压力≤0.15 MPa。

（3）反洗空气量和压力：反洗空气的强度为15 m /(m ·h)，反洗空气的压力≤0．15 MPa。

注意：在反洗过程中，通入的反洗空气汇集于过滤器的顶部，大部分应通过双孔排气阀排出。日常生产中。需经常检查排气阀的通畅性，主要表征在阀球升降的自由度上。

2、气水联合

（1）先用空气冲洗，再用水反冲洗：首先将滤池水位降至滤层表面上100 mm处，通入空气数分钟，然后用水反冲洗。适用于表面污染重而内部污染轻的滤池。

注意事项：相应的阀门关闭到位；否则，水位降到滤层表面以下时，滤层的上部没有水的浸润，颗粒的上下扰动过程中，污物不能有效排出，反而会往滤层深处移动。

（2）空气和水联合反洗：从静止滤层下部同时送入空气和反洗水，空气在上升过程中在砂层内合形成大气泡，遇到滤料时又变成小气泡，同时对滤料表面产生擦洗作用；反洗水顶松滤层，使滤料呈悬浮状态，利于空气对滤料的擦洗。反洗水和反洗空气的膨胀作用相互叠加，比单一进行时，作用更强。

注意事项：水的反洗压力和空气的反洗压力和强度不同，应注意先后顺序，避免反洗水进入空气管道。

（3）在气水联合反洗结束后，停止进入空气，反洗水保持相同的流量，继续冲洗3 min ~5 min，即可去除在滤床中的气泡。

备注：留意顶部双孔排气阀的状态。

十二、注意事项

1、出水槽与滤板的平行允差不大于2 mm。

2、滤板的水平度及不平度均小于±1．5 mm。滤板的结构采用整体加工。当筒体直径较大时，或受原材料、运输等方面制约时，也可采用两瓣拼接成形。

3、对滤板和筒体各接合部位的合理处理，对空气反洗环节尤为重要。

（1）为消除因滤板加工和筒体卷制等方面误差造成的滤板和筒体的径向间隙，一般采用圆弧环板逐段焊接。接触部位采用满焊。

（2）管道和滤板的径向间隙处理方法同上。

备注：上述措施，确保了过滤和反洗只能通过滤帽或排管间隙连通。同时，也保证了反洗和过滤通道的分布均匀性。

4、滤板上加工的通孔，径向误差为±1．5 mm。滤帽导杆和滤板通孔之间配合尺寸的大，不利于滤帽的安装或固定。通孔的加工采用机械设备。

5、滤帽的材质，建议尼龙，ABS次之。因上部添加的滤料，对滤帽的挤压负荷大，要求强度要高，以避免变形。滤帽与滤板的接触面（上、下表面）需加弹性橡胶垫。

十三、应用领域

1、反渗透、电渗析、离子交换器、超滤等系统的预处理；

2、发电、化工、造纸、饮料等的原水前期过滤处理；

3、化工厂给水的脱色、去有机物；

4、生活用水预处理；

5、工业用水处理；

6、游泳池用水处理；

7、循环水旁滤系统；

8、地表水、地下水降浊除色；

9、废水处理。