全面解析多介質過濾器的設計原理

多介質過濾器是利用一種或幾種過濾介質，在一定的壓力下把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒材料，從而有效的除去懸浮雜質使水澄清的過程，常用的濾料有石英砂，無煙煤，錳砂等，主要用于水處理除濁，軟化水，純水的前級預處理等，出水濁度可達3度以下。

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

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

多介質過濾器工作原理

多介質過濾器(又稱機械過濾器)是以成層狀的無煙煤、砂、細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的材料組成，而最重和最細品級的材料放在床的低部。其原理為按深度過濾--水中較大的顆粒在頂層被去除，較小的顆粒在過濾器介質的較深處被去除。從而使水質達到粗過濾後的标準。

多介質過濾器的結構

 1、多介質過濾器的分類： 多介質過濾器直徑可從Ф300mm—Ф3000mm，依據直徑大小可分為大型過濾器和小型過濾器。一般直徑小于1000mm的稱為小型過濾器，直徑大于1000mm的稱為大型過濾器。其産水能力約為：0.5—80噸/時。

2、多介質過濾器的結構：

　　A、殼體 多介質過濾器的殼體有鋼襯膠，或不鏽鋼，或玻璃鋼或塑料等。

　　B、濾料 根據原水的不同和使用範圍的不同，多介質過濾器的濾料有石英砂、石英石、無煙煤等。

　　C、布（集）水系統 有多孔闆（管）、濾水帽等。

　　D、操作系統 有管道、閥門、流量計及壓力表等。

濾料的選擇依據

(1)必須有足夠的機械強度，以免在反沖洗過程中很快地磨損和破碎； 　　

(2)化學穩定性要好； 　　

(3)不含有對人體健康有害及有毒物質，不含有對生産有害、影響生産的物質； 　　

(4)濾料的選擇，應盡量采用吸附能力、截污能力大、産水量高、出水水質好的濾料。 　　

在濾料中，卵石主要是起支撐作用，在過濾工藝過程中，因其強度高，相互之間的間距縫隙穩定，孔隙大，便于正洗工序中，濾後水順利通過；同樣，反洗工序中，反洗水和反洗空氣等能順利通過。常規配置中，卵石分為四種規格，鋪墊方式為自下而上先大後小。

在水處理上使用的多介質過濾器，常見的有：無煙煤-石英砂-磁鐵礦過濾器，活性炭-石英砂-磁鐵礦過濾器，活性炭-石英砂過濾器，石英砂-陶瓷過濾器等。

多介質過濾器的濾層設計，主要考慮的因素為：

1、不同濾料具有較大的密度差，保證反洗擾動後不會發生混層現象。 　　

2、根據産水用途選擇濾料。 　　

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。 

事實上，以三層濾床為例，上層濾料粒徑最大，有密度小的輕質濾料組成，如無煙煤、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，密度最大的重質濾料組成，如磁鐵礦。由于密度差的限制，三層介質過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，這樣就充分發揮了多介質濾床的作用，出水水質明顯好于單層濾料的濾床。而對于飲用水，一般禁止使用無煙煤，樹脂等濾料。

石英砂過濾器

石英砂過濾器是一種采用石英砂作為濾料的過濾器。可有效去除水中的懸浮物，并對水中的膠體、鐵、有機物、農藥、錳、細菌、病毒等污染物有明顯的去除作用。其有過濾阻力小，比表面積大，耐酸堿性強，耐氧化，PH适用範圍為2-13，抗污染性好等優點，石英砂過濾器的獨特優點還在于通過優化濾料和過濾器的設計，實現了過濾器的自适應運行，濾料對原水濃度、操作條件、預處置工藝等具有很強的自适應性，即在過濾時濾床自動形成上疏下密狀态，有利于在各種運行條件下保證出水水質，反洗時濾料充分散開，清洗效果好。砂過濾器具有過濾速度快、過濾精度高、截污容量大等優點。廣泛用于電力、電子、飲料、自來水、石油、化工、冶金、紡織、造紙、食品、遊泳池、市政工程等各種工藝用水、生活用水、循環用水和廢水的預處理領域。石英砂過濾器設備結構簡單、運行可以實現自動控制、處理流量大、反沖次數少、過濾效率高、阻力小、操作維修方便等特點。

活性炭過濾器

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

活性碳過濾器廣泛用于生活用水及食品工業、化工、電力等行業的水的預處理。由于活性炭具有發達的細孔結構和巨大的比表面積，因此對水中的溶解性有機物，如苯類，酚類化合物等具有很強的吸附能力，而且對于用生物法和化學法很難去除的有機污染物，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。粒狀活性炭對水中的Ag^+，Cd^2+，CrO4^2-等離子去除率達85%以上。通過活性炭濾床後，水中懸固小于0.1mg/L，COD去除率一般為40%~50%，遊離氯小于0.1mg/L。

反沖洗工藝

過濾器的反洗，主要是指過濾器在使用一定周期後，其濾料層截留和吸附一定量的雜物和污漬，這使得過濾器的出水水質下降，主要表征：過濾器的正常濾後水質變差，進水和出水管道的壓力差增大，同時，單台過濾器的流量降低。 反沖洗的原理：水流逆向通過濾料層，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内的污物脫離并随反洗水排出。

反沖洗的必要性

(1)在過濾過程中，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，過濾水頭損失不斷增加。當達到某一限度時，濾料需進行清洗，使濾層恢複工作性能，繼續工作。 　

(2)過濾時由于水頭損失增加，水流對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，最終會使水中的懸浮物含量不斷上升，水質變差，當雜質透過濾層時，過濾器失去過濾效果。因此，到一定程度時，需要清洗濾料，以便恢複濾料層的納污能力。 　　

(3)污水中的懸浮物中含有大量有機物，長期滞留在濾層中會導緻濾層中細菌微生物富集繁殖，發生厭氧腐敗現象，需定期清洗濾料。

反沖洗參數控制和确定

(1)膨脹高度：反沖洗時，為了保證濾料顆粒有足夠的間隙使污物迅速随水排出濾層，濾層膨脹率應大一些。但膨脹率過大時，單位體積中濾料的顆粒數變少，顆粒碰撞的機會也減少，所以對清洗不利。雙層濾料，膨脹率為40％----50％ 。 注意：在生産運行中，對濾料的填充高度、膨脹高度等随機進行檢查，因為正常反洗過程中，會有部分濾料的跑失或磨損，需要進行補充。相對穩定的濾層，有以下優點：确保過濾水質的穩定，保證反沖洗的效果。(2)反洗水量和壓力：一般設計要求，反洗水的強度為40 m3／(m2•h)，反洗水的壓力≤0．15 MPa。(3)反洗空氣量和壓力：反洗空氣的強度為15 m ／(m •h)，反洗空氣的壓力≤0．15 MPa。 注意：在反洗過程中，通入的反洗空氣彙集于過濾器的頂部，大部分應通過雙孔排氣閥排出。日常生産中。需經常檢查排氣閥的通暢性，主要表征在閥球升降的自由度上。

氣水聯合反洗

(1)先用空氣沖洗，再用水反沖洗：首先将濾池水位降至濾層表面上100 mm處，通入空氣數分鐘，然後用水反沖洗。适用于表面污染重而内部污染輕的濾池。

注意：相應的閥門，關閉必須到位；否則，水位降到濾層表面以下時，濾層的上部沒有水的浸潤，顆粒的上下擾動過程中，污物不能有效排出，反而會往濾層深處移動。

(2)空氣和水聯合反洗：從靜止濾層下部同時送入空氣和反洗水，空氣在上升過程中在砂層内合形成大氣泡，遇到濾料時又變成小氣泡，同時對濾料表面産生擦洗作用；反洗水頂松濾層，使濾料呈懸浮狀态，利于空氣對濾料的擦洗。反洗水和反洗空氣的膨脹作用相互疊加，比單一進行時，作用更強。

注意：水的反洗壓力和空氣的反洗壓力和強度不同，應注意先後順序，避免反洗水進入空氣管道。

(3)在氣水聯合反洗結束後，停止進入空氣，反洗水保持相同的流量，繼續沖洗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态。

濾料闆結原因分析

(1)截留在濾層上表層的污物，如果在一定周期内，不能有效地去除，在随後的反洗過程中，如果反洗空氣的分布不均勻會導緻膨脹高度不均勻，随着反洗空氣的搓動，搓動量小的地方，濾料表面的油污等雜質不能有效去除，在投入下一正常濾水周期後，局部負荷增大，雜質會從表面沉入内部，球團逐漸增大，并同時向過濾器的填充深度内延伸，直至整個過濾器失效。 　　備注：實際運行中，反洗空氣不均勻的現象經常出現，主要是由于底部布氣管道的穿孔、局部濾帽的堵塞或損壞或是栅管間距的變形等原因引起。 

(2)濾層的表面濾料顆粒細小，反沖洗時相互碰撞機會少，動量小，所以不易清洗幹淨。附着的砂粒易結成小泥球。當反沖洗結束濾層重新級配時，泥球就進入下層濾料中，随着泥球的長大不斷向深處移動。 

(3)原水中所包含的油，截留在過濾器内，經反洗并殘餘部分，日積月累，是導緻過濾器濾料闆結的主要因素。何時進行反洗可根據原水的水質特點和出水水質要求，采用限定水頭損失、出水水質或過濾時間等标準來确定。