多介质过滤器设计与技术细节

多介质过滤器设计与技术细节

多介质过滤器，也称为机械过滤器或深床过滤器，是水预处理系统的核心设备之一。其核心设计理念是利用多种不同密度、不同粒径的滤料，形成自上而下、由粗到细的理想滤层孔隙分布，从而实现高精度、高容污能力的深层过滤。

一、 设计核心：层叠滤床理论

传统单介质过滤器（如石英砂）的主要缺点是滤床的“表层过滤”。水流带来的悬浮物绝大部分被截留在表面几厘米的滤料中，导致水头损失迅速增加，需要频繁反洗。

多介质过滤器通过精心选择两种或以上的滤料，利用其密度差和粒径差，在反冲洗后能够自动形成稳定的分层：

密度小的滤料（如无烟煤）尽管粒径较大，仍会位于上层。

密度大的滤料（如石榴石、磁铁矿）尽管粒径较小，仍会稳定位于下层。

这就构成了一个“上疏下密”的梯度滤层，水流中的大颗粒悬浮物首先被上层粗滤料截留， finer 的颗粒则被下层更细的滤料捕获。这使得污物穿透深度大大增加，整个滤层都被有效利用，从而显著延长了过滤周期，提高了过滤效率。

二、 关键技术细节与数据

1. 滤料的选择与配置，常见的配置有双介质和三介质。

 

 

 

数据说明：

有效粒径 (d10)：指10%的滤料能通过的筛孔直径，是表征滤料粗细的关键参数。

均匀系数 (UC)：UC = d60/d10。该值越接近1，说明滤料粒径越均匀。一般要求小于1.7，以减少反洗时的混层现象。

层高：总滤层高度通常在800-1200mm之间。无烟煤层最高，以提供足够的纳污空间。

2. 过滤速度

过滤速度是设计的核心运行参数，直接影响出水质量和运行周期。

常规设计流速：8-12m/h。

保守/高标准设计：可选用 5-8m/h，用于处理高浊度原水或对出水要求极高的场合。

高速设计：可达 15-20m/h，但通常需要更优质的原水（低浊度）和更频繁的反洗，需谨慎采用。

计算公式：过滤器直径 (D)=2×sqrt( 设计流量 (m?/h) / (流速 (m/h) × π) )

 

示例：设计流量100m?/h，选用10m/h的流速。D=2×sqrt(100/(10×3.14) )≈2×sqrt(3.185)≈3.57m，可选择直径为3.5米或3.6米的标准化罐体。

 

 

 

3. 反冲洗系统

反冲洗是恢复过滤器性能的关键，设计不当会导致滤料结块、混层、跑料等问题。

反洗方式：通常采用 “气水联合反洗” ，效果远优于单一水反洗。

无烟煤：12-15L/(m?·s) （约43-54m?/(m?·h)）

石英砂：13-16L/(m?·s) （约47-58m?/(m?·h)）

步骤1：空气擦洗- 通入压缩空气（强度约50-60m?/(m?·h)），强烈摩擦滤料表面，使附着物脱落。此步骤无需排水或仅低水位。

步骤2：水反洗- 用清水（通常是过滤后的水）以高强度自下而上冲洗。反洗强度是关键参数。

步骤3：正洗 - 反洗结束后，以正常过滤方向通水冲洗几分钟，直至出水清澈（浊度<1NTU），方可投入下一运行周期。

反洗时间：通常持续10-20分钟，以排水浊度不再下降为准。

反洗水耗：约占产水量的1%-3%，是系统自用水的主要部分。

4. 运行终止与触发反洗的条件

压差终止：这是最常用且可靠的控制方式。当滤层上下压差达到 0.05-0.08MPa（约0.5-0.8kg/cm?）时，自动启动反洗。

时间终止：作为备用条件，设定一个最大运行时间（如 24-72小时），防止因水质突然变好导致压差迟迟不升高。

出水水质终止：较少单独使用，通常作为报警。当出水浊度超过设定值（如1NTU）时，发出警报。

三、 结构设计要点

罐体：碳钢衬胶或不锈钢316L。设计压力通常为0.6MPa。

布水系统：顶部母支管式或挡板式，确保进水均匀，避免冲刷滤料表面。

 

集水系统：核心部件，必须保证：

反洗布水均匀，无死角。过滤时能有效收集出水。不会漏失滤料。常见形式：穹形板+ 滤帽、不锈钢筛管、滤砖等。其中“穹形板+ABS蘑菇头滤帽”是目前最主流和可靠的形式。

卸料口：顶部和侧面应设有人孔，便于首次装填和日后检修更换滤料。

四、 性能指标与应用

进水要求：入口浊度通常要求<20NTU，理想情况下<5NTU。

出水精度：可稳定达到<1NTU，设计良好且运行得当的情况下，出水可达 0.1-0.3NTU。

SDI (污染密度指数) 去除：可有效降低SDI值，为下游的反渗透（RO）系统提供保护。良好运行的多介质过滤器可使其出水SDI<5，甚至达到<3。