介质过滤中滤料的选择与设计

2025-01-12 15:53 宁夏

介质过滤是城市给水预处理、工业给水预处理、市政污水深度处理、工业废水预处理等水处理项目中普遍使用技术。常用的过滤介质有无烟煤、石英砂、石榴石、锰砂、磁铁矿滤料等，另外需要配以砾石（鹅卵石）作为滤料的承托层。但在实际项目中，大部分运营人员往往关注过滤面积、反洗强度等指标，而忽略了基础性的问题，本文既针对滤料的选择与设计方法这一基础性的问题进行说明，供水处理人士参考。

一、介质过滤分类

按照过滤介质的层数（或种类）可以分为单层滤料过滤和多层滤料过滤。其中，单层滤料过滤又可以分为均匀滤料过滤和级配滤料过滤；多层滤料过滤又分为双层滤料过滤和多介质过滤，如下图所示。

值得注意的是，由于很多EPC单位的错误宣传，导致当下水处理项目中，甲方普遍认为有无烟煤和石英砂两种滤料的就是多介质过滤，实则不然，这两种滤料的组合属于双层滤料过滤。典型的多介质过滤有三层滤料过滤和五层滤料过滤，三层和五层的滤料从上至下的配置如图所示。

二、滤料的适用范围

不同的滤料和滤料组合适用于不同型式的过滤池（器），主要表现在过滤速度上，如下表所示。

从表中可见，双层或多介质过滤可以实现更高的滤速。且其出水水质优于单层滤料，多介质过滤可以去除粒径大于10 μm的悬浮物。绝大部分EPC单位在前期与甲方交流过程中，取多介质过滤器的滤速为8~10 m/h，并宣称其是保守起见、按照设计规范较低值选取，而HJ2008-2010《污水过滤处理工程技术规范》中单层粗砂滤池是8~10 m/h、双层滤料是9~12 m/h，并且该规范中并没有涉及多介质过滤，这实际上是EPC单位在混淆双层滤池与多介质过滤的概念，以降低滤速、增大过滤面积、增加甲方建设投资。

三、滤料的设计

从全国水处理项目来看，在选择滤料时，普遍没有滤料设计计算，设计院或EPC单位凭借所谓的“项目经验”进行选取，缺乏科学依据。对于滤料的设计，主要包括粒径、两种滤料之间的粒径之比、不均匀系数、滤料层厚度。

对于单层滤料的粒径可按上文表格中选取，对于均匀粒径的滤料层厚度为700 mm、承托层为400mm，承托层的粒径不是均匀的，2~4 mm、4~6 mm、6~15 mm、15~25 mm的砾石各100 mm厚；对于级配滤料的滤料层厚度为600~700 mm，承托层与均匀粒径滤料相同。

对于双层滤料滤池，应按照下式计算无烟煤滤料的最大粒径和石英砂滤料的最小粒径之比。

式中：dc-max为无烟煤滤料的最大粒径，mm；ds-min为石英砂滤料的最小粒径，mm；K为不均匀系数，可取1.30~1.40；ρc为无烟煤的密度。在选取滤料后，应保证上式比值在3.6~3.9之间。

如果认为计算麻烦，我们可以通过上式总结出一个简单的规律，石英砂比重普遍约为2.65，而无烟煤由于煤质不同，比重有所差异，在与石英砂配合作为双层滤料时，应选择比重在1.55~1.65之间的无烟煤。双层滤料的厚度：无烟煤为300~400 mm、石英砂为400 mm。

对于三层滤料和多介质过滤的粒径和厚度可参照前文中图片选取。

总结

过滤池（器）设计当中，滤料的选择和设计是其它一切设计的基础，其影响过滤效果、过滤压力损失、反洗效果等。使用真正意义的多介质过滤可以提高过滤速度，对于新建项目，可以减少设备投资；对于已建项目，可以提高设备处理能力；对于一些有特殊要求的过滤场景，应针对性的在多介质过滤中添加相应的滤料，如除铁、锰、氟，可增加磁铁矿滤料。另外，在选择石英砂时，应注意选择天然海砂，部分运营项目为了节约成本，采购低价石英砂，其实则为河砂或海中石头破碎而成的，并非真正的天然海砂。

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