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多介質過濾器石英砂的過濾原理是怎樣的?

日期:2025-06-27 瀏覽:

一、機械篩分(直接攔截)

  • 原理石英砂過濾器石英砂顆粒按一定粒徑級配堆積形成濾層,顆粒間的孔隙構成 “篩網”,當水流通過時,大于孔隙直徑的懸浮物被直接攔截。

  • 關鍵特性

    • 石英砂粒徑越小、堆積越緊密,孔隙直徑越小,對細微顆粒的攔截精度越高(如 0.5mm 粒徑砂層可攔截≥5μm 顆粒);

    • 濾層上層孔隙因先接觸水流,易被大顆粒堵塞,形成 “初始濾餅層”,進一步提升篩分效率。

  • 應用場景:適用于去除原水中可見懸浮物(如泥沙、藻類殘骸),是過濾初期的主要機制。

二、慣性碰撞與攔截

  • 原理:水流中的顆粒隨水流繞過石英砂顆粒時,因慣性保持原有運動軌跡,與砂粒發生碰撞而被截留;部分顆粒雖未直接碰撞,但貼近砂粒表面時被吸附攔截。

  • 影響因素

    • 顆粒粒徑越大、流速越高,慣性作用越明顯(如 10μm 以上顆粒易因慣性碰撞被截留);

    • 石英砂表面粗糙度越高,碰撞攔截概率越大(天然石英砂比光滑石英砂攔截效率高 10%-20%)。

  • 典型案例:在地下水除鐵工藝中,Fe (OH)?膠體顆粒(粒徑 1-5μm)通過慣性碰撞被石英砂捕獲。

三、擴散沉積(布朗運動)

  • 原理:微小顆粒(<1μm)因布朗運動隨機運動,與石英砂表面接觸后被吸附,該機制在低流速條件下更顯著。

  • 關鍵參數

    • 水流速度≤5m/h 時,擴散沉積效率提升 30%-50%(如電子超純水預處理需控制低流速);

    • 石英砂比表面積越大(如細粒徑砂),擴散沉積作用越強。

  • 應用場景:用于去除水中膠體硅、細菌等微小顆粒,是深層過濾的主要機制。

四、吸附與絮凝作用

  • 物理吸附:石英砂表面存在范德華力,對水中帶電膠體(如黏土顆粒)產生吸附作用,尤其當砂粒表面帶負電荷時,可吸附水中陽離子膠體。

  • 化學吸附(催化作用)

    • 石英砂若含有微量金屬氧化物(如 Fe?O?),可催化水中溶解氧與鐵錳離子反應,生成沉淀物被截留(如地下水除鐵錳工藝);

    • 當原水投加絮凝劑(如 PAC)時,石英砂表面可作為絮凝核心,促進絮體長大并被截留。

  • 案例:在市政水處理中,投加 PAC 后形成的 Al (OH)?絮體,通過石英砂的吸附 - 架橋作用被高效去除。

五、深層過濾與截污分布

  • 濾層深度與截污規律

    • 上層濾層(0-300mm):主要截留大顆粒(>50μm),形成 “粗過濾區”,易堵塞;

    • 中層濾層(300-800mm):通過慣性碰撞和吸附截留中等顆粒(10-50μm);

    • 下層濾層(800mm 以下):依靠擴散沉積和吸附去除細微顆粒(<10μm),為 “精過濾區”。

  • 級配設計的作用
    采用 “上細下粗” 級配(如上層 0.5-0.8mm 石英砂,下層 1.0-2.0mm)時,截污分布更均勻,濾層利用率提升 40% 以上(對比單層等粒徑濾料)。


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