多介質過濾器的濾料種類及順序

多種濾料憑借其獨特的物理與化學性質，在多介質過濾器中各司其職：

1. 無煙煤： 常作為最上層的濾料。其優勢在于密度較低（通常約1.4-1.7 g/cm3），顆粒相對較粗（常用粒徑范圍0.8-1.8 mm 或 1.6-2.5 mm）。這種組合賦予其出色的初始截污能力，能有效攔截水中的較大懸浮物、絮體、藻類及部分有機物，減輕下層濾料的負擔。其表面相對光滑，吸附能力適中。

2. 石英砂： 是多層過濾體系中的中堅力量，密度約2.65 g/cm3。其粒徑選擇（常用0.4-0.8 mm 或 0.6-1.2 mm）介于無煙煤和下層細濾料之間。石英砂主要承擔深度精細過濾任務，清除那些穿透了無煙煤層的更細小懸浮顆粒，確保出水濁度達標。其機械強度高、化學穩定性好，是應用最廣泛的濾料。

3. 石榴石/磁鐵礦/鈦鐵礦： 這些高密度礦物（密度通常在3.8-4.8 g/cm3范圍）構成過濾器的底層支撐和最終把關層。粒徑最細（常用0.2-0.4 mm 或 0.3-0.6 mm）。憑借其高密度和細小粒徑，它們能防止上層濾料流失，并提供最精細的過濾，捕獲穿透砂層的最微小顆粒，同時在高強度反沖洗時確保濾層結構穩定。

4. 活性炭： 雖然并非所有多介質過濾器都包含，但當需要去除有機物、余氯、異色異味及部分溶解性污染物時，顆粒活性炭（GAC）常被加入。其強大的吸附能力是物理過濾的重要補充。它可以單獨成層（通常放在最上層或作為獨立活性炭過濾器），有時也與石英砂組成雙層濾料（活性炭在上層）。

5. 錳砂： 專為去除水中的鐵（Fe2?）、錳（Mn2?） 而設計。主要利用覆在其表面的二氧化錳（MnO?）膜的催化氧化作用，將溶解態的鐵錳氧化成不溶性的高價氧化物沉淀，然后濾除。通常自成一層或作為核心功能層。

濾料分層順序的科學依據

分層排列絕非隨意堆疊，而是基于密度和粒徑兩大核心物理屬性的精心設計，遵循“反粒度過濾”原則：

• 上層：低密度、大粒徑濾料（如無煙煤）

• 目的： 攔截大部分粗大雜質，發揮其高孔隙率和容污能力優勢，防止下層快速堵塞。

• 密度考量： 密度最小，確保反沖洗時能懸浮在上層，便于按密度自然分層。

• 中層：中等密度、中等粒徑濾料（如石英砂）

• 目的： 進行深度過濾，去除細小顆粒。承接上層濾料工作，進一步提高水質。

• 密度考量： 密度大于上層濾料，小于下層濾料，反沖洗后自然位于中間層。

• 下層：高密度、小粒徑濾料（如石榴石、磁鐵礦）

• 目的： 提供最精細過濾和承托層。防止上層濾料漏入集水系統，保證出水精度，維持濾床結構。

• 密度考量： 密度最大，反沖洗后自然沉降到底部。

• 反粒度過濾原理： 水流方向是自上而下，先經過粒徑最大、孔隙最大的上層濾料，再經過粒徑漸次減小、孔隙漸次減小的下層濾料。這樣，雜質被逐級截留在整個濾層深度內，而非僅僅堆積在表面，顯著延長了過濾周期，提高了濾層的納污能力和整體過濾效率。

典型濾料組合配置示例

• 雙層濾料（常見）：

• 上層：無煙煤（如 1.0-1.6 mm）

• 下層：石英砂（如 0.5-1.0 mm）

• 特點：兼顧容污能力與過濾精度，應用廣泛。

• 三層濾料（高效）：

• 上層：無煙煤（如 0.8-1.8 mm）

• 中層：石英砂（如 0.4-0.8 mm）

• 下層：石榴石/磁鐵礦（如 0.2-0.4 mm）

• 特點：過濾精度最高，納污能力最大，濾床更穩定，運行周期長，適用于更高要求的場合。

• 均質石英砂濾料：

• 僅使用單一粒徑（或極窄粒徑范圍）的石英砂（如 0.8-1.2 mm 或 0.4-0.8 mm）。

• 特點：結構簡單，但屬于“正粒度”過濾，雜質主要堆積在表層，納污能力較低，易堵塞，反沖洗頻繁。

• 活性炭+石英砂（特定需求）：

• 上層：顆粒活性炭（用于吸附）

• 下層：石英砂（用于支撐和輔助過濾）

選擇與設計要點

• 水源水質： 懸浮物濃度、顆粒大小分布、污染物類型（如是否需要除鐵錳、有機物）是選擇濾料種類和級配的首要依據。

• 處理目標： 對出水濁度、特定污染物去除率的要求決定了過濾精度和濾料組合。

• 濾速： 濾速影響過濾效果和周期，需與濾料的截污能力匹配。

• 反沖洗系統： 必須能提供足夠強度和均勻性的反洗水流（水洗、氣水聯合反沖洗），確保不同密度的濾料能有效分離、清洗干凈并恢復初始分層狀態。這是維持過濾器長期高效運行的關鍵。

• 承托層： 在最底部的集水裝置（如濾頭、濾板）與最下層濾料之間，通常還需鋪設數層不同粒徑的礫石作為承托層（如 2-4mm, 4-8mm, 8-16mm, 16-32mm），防止細濾料流失并均勻布水布氣。