多介质过滤器的滤料种类及顺序

2025-06-12

多种滤料凭借其独特的物理与化学性质，在多介质过滤器中各司其职：

无烟煤：常作为最上层的滤料。其优势在于密度较低（通常约1.4-1.7 g/cm³），颗粒相对较粗（常用粒径范围0.8-1.8 mm 或 1.6-2.5 mm）。这种组合赋予其出色的初始截污能力，能有效拦截水中的较大悬浮物、絮体、藻类及部分有机物，减轻下层滤料的负担。其表面相对光滑，吸附能力适中。
石英砂：是多层过滤体系中的中坚力量，密度约2.65 g/cm³。其粒径选择（常用0.4-0.8 mm 或 0.6-1.2 mm）介于无烟煤和下层细滤料之间。石英砂主要承担深度精细过滤任务，清除那些穿透了无烟煤层的更细小悬浮颗粒，确保出水浊度达标。其机械强度高、化学稳定性好，是应用最广泛的滤料。
石榴石/磁铁矿/钛铁矿：这些高密度矿物（密度通常在3.8-4.8 g/cm³范围）构成过滤器的底层支撑和最终把关层。粒径最细（常用0.2-0.4 mm 或 0.3-0.6 mm）。凭借其高密度和细小粒径，它们能防止上层滤料流失，并提供最精细的过滤，捕获穿透砂层的最微小颗粒，同时在高强度反冲洗时确保滤层结构稳定。
活性炭：虽然并非所有多介质过滤器都包含，但当需要去除有机物、余氯、异色异味及部分溶解性污染物时，颗粒活性炭（GAC）常被加入。其强大的吸附能力是物理过滤的重要补充。它可以单独成层（通常放在最上层或作为独立活性炭过滤器），有时也与石英砂组成双层滤料（活性炭在上层）。
锰砂：专为去除水中的铁（Fe²⁺）、锰（Mn²⁺）而设计。主要利用覆在其表面的二氧化锰（MnO₂）膜的催化氧化作用，将溶解态的铁锰氧化成不溶性的高价氧化物沉淀，然后滤除。通常自成一层或作为核心功能层。

滤料分层顺序的科学依据

分层排列绝非随意堆叠，而是基于密度和粒径两大核心物理属性的精心设计，遵循“反粒度过滤”原则：

上层：低密度、大粒径滤料（如无烟煤）

目的：拦截大部分粗大杂质，发挥其高孔隙率和容污能力优势，防止下层快速堵塞。
密度考量：密度最小，确保反冲洗时能悬浮在上层，便于按密度自然分层。

中层：中等密度、中等粒径滤料（如石英砂）

目的：进行深度过滤，去除细小颗粒。承接上层滤料工作，进一步提高水质。
密度考量：密度大于上层滤料，小于下层滤料，反冲洗后自然位于中间层。

下层：高密度、小粒径滤料（如石榴石、磁铁矿）

目的：提供最精细过滤和承托层。防止上层滤料漏入集水系统，保证出水精度，维持滤床结构。
密度考量：密度最大，反冲洗后自然沉降到底部。

反粒度过滤原理：水流方向是自上而下，先经过粒径最大、孔隙最大的上层滤料，再经过粒径渐次减小、孔隙渐次减小的下层滤料。这样，杂质被逐级截留在整个滤层深度内，而非仅仅堆积在表面，显著延长了过滤周期，提高了滤层的纳污能力和整体过滤效率。

典型滤料组合配置示例

双层滤料（常见）：

上层：无烟煤（如 1.0-1.6 mm）
下层：石英砂（如 0.5-1.0 mm）
特点：兼顾容污能力与过滤精度，应用广泛。

三层滤料（高效）：

上层：无烟煤（如 0.8-1.8 mm）
中层：石英砂（如 0.4-0.8 mm）
下层：石榴石/磁铁矿（如 0.2-0.4 mm）
特点：过滤精度最高，纳污能力最大，滤床更稳定，运行周期长，适用于更高要求的场合。

均质石英砂滤料：

仅使用单一粒径（或极窄粒径范围）的石英砂（如 0.8-1.2 mm 或 0.4-0.8 mm）。
特点：结构简单，但属于“正粒度”过滤，杂质主要堆积在表层，纳污能力较低，易堵塞，反冲洗频繁。

活性炭+石英砂（特定需求）：

上层：颗粒活性炭（用于吸附）
下层：石英砂（用于支撑和辅助过滤）

选择与设计要点

水源水质：悬浮物浓度、颗粒大小分布、污染物类型（如是否需要除铁锰、有机物）是选择滤料种类和级配的首要依据。
处理目标：对出水浊度、特定污染物去除率的要求决定了过滤精度和滤料组合。
滤速：滤速影响过滤效果和周期，需与滤料的截污能力匹配。
反冲洗系统：必须能提供足够强度和均匀性的反洗水流（水洗、气水联合反冲洗），确保不同密度的滤料能有效分离、清洗干净并恢复初始分层状态。这是维持过滤器长期高效运行的关键。
承托层：在最底部的集水装置（如滤头、滤板）与最下层滤料之间，通常还需铺设数层不同粒径的砾石作为承托层（如 2-4mm, 4-8mm, 8-16mm, 16-32mm），防止细滤料流失并均匀布水布气。

多介质过滤器